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篇1

【關鍵詞】 內部控制； 內部控制質量； 整合觀

中圖分類號：F272.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-5937（2014）30-0054-05

一、問題的提出

內部控制質量的度量首先是實證研究范式在內部控制領域興起的客觀需要，是內部控制實證研究的前提。內部控制質量的度量除了為內部控制的影響因素、經濟后果和市場反映等研究提供計量基礎之外，還使得檢驗內部控制的治理機理以及與其他治理機制的協(xié)同效應成為可能，使內部控制實證研究走向深化，推動理論向前發(fā)展。從實踐角度看，建立科學合理的內部控制評價體系是推動內部控制規(guī)范實施的重要環(huán)節(jié)。內部控制質量的度量作為內部控制評價的數(shù)量化表示，不僅可以完善企業(yè)內部控制體系建設、提升風險管控能力，而且對規(guī)范資本市場運行以及推動我國經濟的可持續(xù)發(fā)展等都有著積極而深遠的意義。

但是，內部控制質量的度量一直都是內部控制研究領域的難點問題?，F(xiàn)實情況是，對于內部控制效率，理論上既沒有合乎邏輯的理論框架，實務中又缺乏有效的評價方法，以至于人們在內部控制效率的語義內涵、衡量標準和測度方法上難以形成統(tǒng)一的意見。首先，對內部控制質量的概念本身就存在著爭議。COSO委員會認為內部控制的質量是指內部控制制度設計的有效性和執(zhí)行的有效性，而有些學者則認為內部控制的質量體現(xiàn)在對于內部控制目標的實現(xiàn)提供的保證程度上，這就產生了內部控制評價中關于“有效性”與“效率”兩個基礎概念的選擇問題，基礎概念的分歧進而帶來了定性與定量評價的不同側重以及度量方式的差異。其次，在度量方法上也存在著爭議。內部控制質量的度量是一個涉及到多指標的綜合評價過程，各種管理工程學方法和綜合評價技術被引入其中，但各種方法莫衷一是，而且都無法很好地解決度量過程中定性指標向定量指標轉化的主觀性偏差。

針對這些問題，理論界與實務界展開了積極的探索，取得了一些進展，本文將對現(xiàn)有的關于內部控制質量度量的文獻進行系統(tǒng)梳理，以期獲得對現(xiàn)有研究進展的準確把握和深入理解，并在此基礎上提出關于內部控制質量度量的新思路――整合觀。

分類是理清思路、研究問題的一個重要方法。根據(jù)對相關文獻的梳理，發(fā)現(xiàn)目前對于內部控制質量度量的分類方法不盡相同，各種分類方法相互重疊，尚未形成一種統(tǒng)一的分類方式。就研究需要來說，過多的分類方式將會帶來研究上的混亂，而一種合理且統(tǒng)一的分類將對于研究體系的構建起到支撐作用。對于內部控制質量的度量，其分類方法首先應當與內容緊密聯(lián)系，從研究的內容入手往往更有意義，體現(xiàn)對事物分類的目的。同時還要求分類具有明確的類別界限和一定的包容性，這樣既可以清晰地劃分各種類別，又可以涵蓋現(xiàn)有內容。因此，從現(xiàn)有文獻出發(fā)，結合對內部控制框架的借鑒以及上述原則的指導，將內部控制質量度量方式劃分為缺陷觀、要素觀和目標觀三種基本方式。

二、內部控制質量度量的缺陷觀

追溯早期實證類的文獻，筆者發(fā)現(xiàn)，在要素觀與目標觀度量方法尚未成型之前，為了實證研究的需要，學者們簡單地根據(jù)披露的內部控制缺陷情況來度量內部控制質量，稱之為缺陷觀。國外的實證研究最早就是采用了這種方式。美國2002年通過了薩班斯法案之后，對財務報告內部控制自我評價和審計等方面提出了強制性要求，并很快被其他國家效仿，這種強制性披露制度的推行在很大程度上解決了內部控制信息的來源問題，為開展內部控制實證研究提供了新的契機。我國早期實證研究也多受此啟發(fā)。

需要指出的是，對于2008年以前的研究，有的學者是用內部控制的自愿披露情況構造虛擬變量作為內部控制質量的度量指標的。例如張龍平等（2010）以公司是否披露內部控制鑒證報告作為內部控制質量的度量方式，根據(jù)2006至2008年數(shù)據(jù)研究了內部控制與盈余質量的關系。這與筆者這里定義的缺陷觀是有區(qū)別的。上海證券交易所2006年6月《上海證券交易所上市公司內部控制指引》（2006年7月1日起施行），鼓勵（而非強制）有條件的上市公司披露內部控制評價報告，深圳證券交易所2006年9月《深圳證券交易所上市公司內部控制指引》（2007年7月1日起施行），強制主板上市公司披露內部控制評價報告，2008年的內部控制基本規(guī)范要求2009年7月1日起在上市公司范圍內施行，并且強制披露內部控制信息。由此可以看出，我國內部控制信息的披露制度經歷了一個從自愿到半強制再到強制的發(fā)展過程。很顯然，這種以是否自愿披露信息作為內部控制質量度量的方法已經失去了應用的制度基礎。

從方法上來說，僅僅以是否披露信息作為內部控制的度量指標過于簡單化，缺乏嚴謹性。在此之后，以公開的內部控制鑒證報告的類型、披露的內部控制缺陷以及缺陷的個數(shù)構造度量指標的缺陷觀發(fā)展起來。

缺陷觀更多地出現(xiàn)在具體的內部控制實證研究文獻當中，其中國內具有代表性的文獻包括：李萬福、林斌、宋璐（2011）根據(jù)公司是否存在內部控制缺陷構造虛擬變量度量內部控制質量指標，檢驗了內部控制對投資效率的影響；單華軍（2010）等以上市公司是否披露內部控制缺陷和披露的內部控制缺陷個數(shù)來衡量內部控制質量，并以此檢驗了內部控制缺陷與公司違規(guī)之間的相關性；方紅星、金玉娜（2013）在前人的基礎上，提出了可感知的內部控制度量方法，采用分類法將內部控制質量分為低、中、高三類，分別賦值-1、0、1。從外文文獻來看，國外學者在做內部控制實證研究的時候主要采用的就是缺陷觀。例如Doyle et al.（2007）、Ashbaugh-Skaife et al.（2008）分別利用披露的內部控制缺陷情況構造虛擬變量，實證檢驗了內部控制與應計質量的關系；Goh and Li（2011）利用披露的內部控制重大缺陷構造虛擬變量研究內部控制質量與財務穩(wěn)健性的關系。Krishnan（2005）同樣利用缺陷觀構造虛擬變量檢驗了內部控制與審計委員會質量的關系。

內部控制質量度量的缺陷觀的突出特點就是簡單易行，但這也帶來了諸多不足。很重要的一點在于缺陷觀完全依賴于內部控制信息的披露情況，如果企業(yè)披露的內部控制信息存在缺陷，那么根據(jù)這種披露而進行的評價就會產生偏差。雖然我國內部控制自愿性披露轉為強制性披露，但上市公司監(jiān)管較弱，強制性披露流于形式。據(jù)財政部會計司頒布的上市公司2012年實施企業(yè)內部控制規(guī)范體系情況分析報告顯示，2012年共有2 244家上市公司披露了內部控制評價報告，占滬、深交易所2 492家上市公司的比例為90.05%，但只有8家上市公司披露存在內部控制重大缺陷，披露比例為0.36%。因此不難發(fā)現(xiàn)，我國上市公司內部控制信息披露就數(shù)量而言比較可觀，但是質量不盡人意。因而缺陷觀在我國尚缺乏應用的基礎；另外，簡單地使用虛擬變量，無法反映內部控制質量的差異性。以披露的內部控制缺陷為例，對內部控制信息進行簡單加總僅僅考慮了數(shù)量因素，沒有考慮質量特征，同樣是內部控制缺陷，但缺陷的大小程度不同，一個嚴重的內部控制缺陷對公司的影響很可能比多個中低程度內部控制缺陷的影響要大得多，采用對內部控制信息簡單加總的方法可能導致較大偏差；并且這種度量方式完全忽略了對內部控制要素、過程的考量，無法全面、準確地評價內部控制的真實質量，缺乏說服力。

三、內部控制質量度量的要素觀

內部控制歸根結底是由基本要素組成的，要素是COSO整合框架的核心內容，是實現(xiàn)內部控制目標的基礎。這些要素及其構成方式，決定著內部控制的內容與形式。

內部控制質量度量的要素觀受到內部控制要素的啟發(fā)，認為既然內部控制是一個控制過程，人們無法時刻關注內部控制的運行情況，而內部控制要素又構成了完整適用的控制體系，那么當要素安排得當、相對健全的時候，就可以合理保證內部控制過程的效率效果。從這個角度出發(fā)，對內部控制質量的衡量就成了對內部控制要素的考察。內部控制質量度量需要涉及到企業(yè)內部控制的各個方面，既要考慮到內部控制評價的主觀性，又要使內部控制評價結果具有客觀性，同時，評價過程還需要遵循系統(tǒng)性、全面性、重要性、可比性、定性與定量結合的原則，因此，需要一個合理的邏輯框架作為支撐。COSO整合框架的五要素論優(yōu)化了內部控制的結構與體系，整合了對內部控制的不同理解，構造了一個共識性的概念平臺和框架，因此不失為一個合理的度量邏輯框架。

要素觀的本質是對內部控制要素的統(tǒng)計綜合評價，在一定的數(shù)理統(tǒng)計和系統(tǒng)工程方法的幫助下以綜合性的數(shù)值表示評價結果。這種方式與下面目標觀的背后思想都是對于真實效率與可測效率之間理想與現(xiàn)實的妥協(xié)。真實效率由于其內在的復雜性是無法完全觀測到的。即對于我們來說，內部控制效率其實就是一個“黑箱”。人們所能夠觀測和計算的，只是可以在某個能夠觀察到并且又可以用財務指標（或非財務指標）進行測算的那部分可測效率。這就決定著企業(yè)對內部控制效率的評價，只能建立在可觀測效率的概念之上，也從一定程度上解釋了為何內部控制質量度量是一個難點問題。

國內要素觀具有代表性的文獻包括：陳漢文（2010）根據(jù)內部控制五要素構建了由四級指標構成的評價體系，其中一級指標5個、二級指標24個、三級指標43個，四級指標144個，然后利用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP），遵循構造層次分析結構、建立判斷矩陣群、計算權重及一致性檢驗的步驟最終獲得內部控制質量的數(shù)值；林鐘高、鄭軍、王書珍（2007）在借鑒內部控制五大要素的基礎上結合公司治理指標設計的內容，構建了中國上市公司內部控制綜合評價指數(shù)（ICI），基本涵蓋了COSO框架下的控制環(huán)境、風險評估、控制手段、信息與溝通及監(jiān)督五個主要方面；朱衛(wèi)東等（2005）運用BP神經學網絡算法，根據(jù)五要素把描述企業(yè)內部控制狀況的特征信息作為神經網絡的輸入向量，而把代表相應綜合評價結果的值作為神經網絡的輸出，并用足夠的樣本訓練這個網絡，使不同的輸入向量得到不同的輸出量值，從而對企業(yè)的內部控制狀況進行了量化的評價；此外，還有駱良彬、王河流（2008），韓傳模、汪士果（2009）運用AHP與模糊綜合評價方法的研究都屬于要素觀。國外要素觀的文獻包括：EI Paso（2002）從COSO整合框架出發(fā)，構建了包含5級量度，93個指標的內部控制評價指標體系；Sung-Sik Hwang et al.（2004）按照COSO報告構建了EPP環(huán)境下的內部控制評價模型，該模型由5個維度28個評價指標組成，并且使用層次分析法對評價指標賦權。

要素觀主要有以下兩大優(yōu)點：首先，內部控制要素框架是一個成熟的體系，可以作為我們借以度量內部控制質量的現(xiàn)成基礎，使評價工作有據(jù)可循，并且這種從制度基礎角度的評價方式具有邏輯上的合理性和現(xiàn)實中的可行性；其次，管理工程方法和數(shù)理統(tǒng)計知識的運用，擺脫了綜合評價指標合成過程中的主觀因素干擾，使得評價保持了方法上的客觀性。

但是也應當看到，以內部控制要素為出發(fā)點的度量方法所具有的缺陷。首先，就數(shù)據(jù)的可獲得性來說，內部控制要素內化于企業(yè)管理系統(tǒng)當中，作為外部的研究者很難獲取數(shù)據(jù)。例如，于增彪、王競達、瞿衛(wèi)菁（2007）采用實地調研的方法探討了亞新科安徽子公司如何設計和應用內控評價體系，但這種方式費時費力，對于大樣本實證研究無能為力；其次，很多內部控制要素的衡量都是定性的，這種方法涉及到對內部控制要素從定性評價到定量化的轉化過程，往往需要尋找替代變量或者引入虛擬變量，運用專家打分等方法，這會帶來原始數(shù)據(jù)的主觀性偏差，雖然做到了綜合指標合成過程的客觀性，但原始賦值的偏差后果是致命的。

四、內部控制質量度量的目標觀

內部控制目標，是決定內部控制運行方式和方向的關鍵，是認識內部控制基本理論的出發(fā)點，是內部控制設計與執(zhí)行的導向。內部控制質量度量的目標觀同樣受到COSO內部控制框架的啟發(fā)，但目標觀認為以要素為基礎設置指數(shù)變量，指數(shù)的計算主要采用專家打分法，存在較大的主觀性，難以無偏地反映上市公司的內部控制水平，因此從控制的效果、目標的達成情況來評價內部控制的質量更為合理。其背后的思想仍然是以可觀測效率來推斷實際效率，客觀上簡化了評價度量工作。

國內目標觀具有代表性的觀點包括：張先治等（2011）根據(jù)COSO風險管理框架內部控制四大目標，即戰(zhàn)略目標、經營的效率效果、財務報告的可靠性和法律法規(guī)的遵守，從結果層指標、目標層指標、準則層指標、具體評價指標展開構建評價指標體系，同時建議使用分層模糊處理方法獲取綜合得分。除了提出具體的度量方法外，張先治還從我國內部控制實踐和監(jiān)管環(huán)境出發(fā)，分別從內部控制評價內涵、評價目的、評價模式、評價主體、評價客體、評價模型角度系統(tǒng)論述并構建了中國企業(yè)內部控制評價系統(tǒng)，為從目標觀角度進行內部控制質量的度量提供了重要指引；中國上市公司內部控制指數(shù)研究課題組（2011）公布的中國上市公司內部控制指數(shù)，是由迪博公司基于時任財政部副部長王軍批準的全國重點會計科研課題――中國上市公司內部控制指數(shù)研究設計而來，又叫迪博指數(shù)。迪博指數(shù)從內部控制目標出發(fā)，并結合我國的內部控制規(guī)范體系，根據(jù)2008年我國頒布的內部控制基本規(guī)范中的內部控制五目標，構建了內部控制基本指數(shù)體系，即戰(zhàn)略指數(shù)變量、經營指數(shù)變量、報告指數(shù)變量、合規(guī)指數(shù)變量和資產安全指數(shù)變量以及對應的二級指標體系，并將內部控制重大缺陷作為修正指標，對內部控制基本指數(shù)進行補充與修正。在數(shù)據(jù)處理上，利用標準化法對指數(shù)變量進行無量綱化，使得各變量之間具有可比性，并采用算術平均法為各變量賦予權重，從而得到綜合評價的結果；此外，程曉陵、王懷明（2008），張兆國、張旺峰、楊清香（2011）在實證研究中采用的方法都可以劃分為這一類。國外文獻中具有代表性的是Chih-Yang Tseng（2007）構建的企業(yè)風險管理指數(shù)，該指數(shù)基于企業(yè)風險管理整合框架，從戰(zhàn)略目標、經營目標、報告目標和合規(guī)目標的實現(xiàn)程度來計算評分。

這種以目標為導向的評價方法最大的優(yōu)點在于評價結果的客觀可靠性。不同于內嵌于企業(yè)經營活動中那些千差萬別、紛繁復雜的控制環(huán)節(jié)要素，內部控制目標的實現(xiàn)通過企業(yè)最終經營的一系列數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來，具有數(shù)字化、精確化的特點，大大減少了要素觀中定性評價指標定量化的環(huán)節(jié)，可靠性提升的同時加上指標的透明化又帶來了評價結果的可比性，并且提高了評價效率。另外，以目標為導向的評價方法所需要的資料易于為外部研究者獲取，可行性較高。

但是目標觀的不足也是顯而易見的，那就是以目標的實現(xiàn)來衡量內部控制質量時存在的相關性問題。以經營目標為例，內部控制只是實現(xiàn)經營效率效果的一個方面，而企業(yè)最終的經營成果還要受到宏觀經濟環(huán)境、競爭對手策略，甚至是自然氣候因素的影響，是多重因素共同作用的結果，所以，目標實現(xiàn)程度來衡量內部控制有效性存在系統(tǒng)性偏差。

五、內部控制質量度量的新思路

從前文分析可以看出，現(xiàn)有的內部控制質量度量方法各有各的優(yōu)勢，其度量方式都具有一定的創(chuàng)造性與獨特性，但是也普遍表現(xiàn)出無法全面衡量內部控制質量的缺陷。具體來說，缺陷觀易于理解、操作簡便，但無法對內控質量進行全面評價；要素觀過程導向，相關性較強，但可靠性較弱，數(shù)據(jù)計算易受主觀因素的影響；目標觀結果導向，可靠性較強，但相關性較弱，因為目標的實現(xiàn)未必與內控的高質量相關。

其實，從最早的缺陷觀到后來的要素觀與目標觀，各種度量方法一直在不斷發(fā)展、完善，并且，正是由于單一度量觀的不足，已經有學者意識到有必要結合不同度量觀來評價內部控制質量。例如，迪博指數(shù)在設計之時就考慮了用內部控制重大缺陷對指標進行修正，盡量減少度量偏差；方紅星的可感知度量方法實際上是用經過控制目標實現(xiàn)情況調整后的內部控制信息披露情況來度量內部控制質量。但是，這些結合或是簡單地在一種方法的基礎上引入另一種方法進行修正，或是簡單地把兩種方式生硬地糅合，這樣的結合是否能夠有效整合各種方式的優(yōu)點，又在多大程度上克服現(xiàn)有方式的不足，仍值得商榷。例如，迪博指數(shù)引入的內部控制重大缺陷對指標進行修正并沒有解決目標觀度量的相關性問題，可感知方法也沒能解決缺陷觀無法對內部控制全面衡量的問題?？梢哉f，在方法的整合上，現(xiàn)有的研究并不充分。

因此，如何將不同度量觀有效結合，切實整合三種觀點的優(yōu)勢并且克服各自的不足以獲得內部控制質量的全面準確度量就成為了解決問題的關鍵。有鑒于此，筆者在這里提出內部控制質量度量的新思路――整合觀。

整合觀的核心思想是以要素觀為基本框架，并融合目標觀與要素觀的內容，吸取其合理內核并克服其局限性，以我國企業(yè)內部控制規(guī)范指引為依據(jù)，結合美國COSO框架2013年最新進展，以期構建一套兼具科學性與可操作性的內部控制有效性評價體系，最終編制出具有廣泛認可度的我國上市公司內部控制指數(shù)。

社會科學的研究目的在于發(fā)現(xiàn)各種社會現(xiàn)象及其規(guī)律并將其運用到實踐中，因而更加關注的是相關性。雖然沒有絕對的精確性要求，但是度量指標的信度和效度、相關性和可靠性是衡量度量指標恰當性的絕對標準，這也是對度量方式的合理性評價的出發(fā)點與落腳點。以要素觀為基本框架最大的優(yōu)勢就是能夠避免目標觀在相關性上的不足以及缺陷觀無法全面衡量內部控制質量的問題，從內部控制制度本身考量內部控制制度，全面評價內部控制質量，并且要素觀能夠利用成熟的內部控制框架，在理論上更加完備。與此同時，整合觀吸收目標觀與要素觀的合理做法，全面地利用各種方式的優(yōu)點對要素觀進行有益補充，能夠克服要素觀在計算易受主觀因素的影響而導致可靠性不足的缺點。

需要指出的是，雖然以要素觀為基礎存在著數(shù)據(jù)的可獲得性問題，但是隨著資本市場信息披露制度的不斷完善和范圍的擴大以及商品化數(shù)據(jù)平臺的發(fā)展，這一問題將會得到很大程度的解決。因此，以要素觀為基礎的全面整合觀將是解決內部控制質量度量問題的有效途徑，這既從理論上實現(xiàn)了內部控制度量難題的突破，為解決內部控制評價難題提供了新的研究視角，推進內部控制評價方面的研究，促進內部控制領域研究的深入發(fā)展，又必將為內部控制的應用實踐帶來新的發(fā)展契機。

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篇2

關鍵詞：先進制造技術；新工業(yè)革命；制造模式；新一代信息技術；

作者簡介：周佳軍(1989-)，男，湖北黃岡人，博士研究生，研究方向：計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機集成制造系統(tǒng)等

0引言

制造業(yè)是中國經濟增長的主體和支柱，是綜合國力的重要體現(xiàn)。當前我國制造業(yè)的總體情況依然落后，從資源與環(huán)境的角度看，我國制造業(yè)對能源和資源消耗巨大，環(huán)境污染嚴重；從技術與創(chuàng)新水平的角度看，我國制造產業(yè)的技術創(chuàng)新能力薄弱，科技含量低，技術水平落后，有自主知識產權的產品少，產品的附加值較低[1]；從產業(yè)內部價值鏈的角度看，我國傳統(tǒng)制造業(yè)處在價值鏈上(研發(fā)、制造、營銷)價值創(chuàng)造能力最低的環(huán)節(jié)，在研發(fā)和營銷領域，科技創(chuàng)新能力弱、品牌建設不足；從市場環(huán)境的角度看，知識經濟時代的市場競爭日趨激烈，消費更加個性化，傳統(tǒng)的以追求生產效率為目的而進行的品種單一、大批量以及標準化的產品制造模式，很難適應現(xiàn)代市場中客戶的個性化和多樣化需求。

先進制造技術(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)注重經濟效益和技術的融合性，通過柔性生產、靈活生產、產品差異化、注重效率和質量等方式增強企業(yè)對市場的反應能力、提高自主創(chuàng)新能力，為客戶提供更加人性化的服務，具有產品質量精良、技術含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、經濟效益好等特性，通過發(fā)展AMT和戰(zhàn)略性新興產業(yè)改造提升傳統(tǒng)的資源密集型和勞動密集型工業(yè)，以開辟一條科技含量高、資源消耗低和環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路，已成為提高我國高新技術發(fā)展、推動經濟發(fā)展和滿足人民日益增長需求的主要技術支撐。

2012年以來，新工業(yè)革命成為各國討論的熱點，以物聯(lián)網(Internetofthings)和大數(shù)據(jù)(bigdata)為代表的信息技術、以綠色能源為代表的新能源技術、以3D打印技術為代表的數(shù)字化智能制造等技術系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新，將柔性化、智能化、敏捷化、精益化、全球化和人性化融為一體，將改變制造業(yè)的生產模式和全球經濟系統(tǒng)，引領人們的生活走向智能化時代。工業(yè)西方發(fā)達國家紛紛提出“再工業(yè)化戰(zhàn)略”，試圖實現(xiàn)從“產業(yè)空心化”到“再工業(yè)化”的回歸，提出的再工業(yè)化戰(zhàn)略并不是恢復傳統(tǒng)制造業(yè)的生產能力，而是通過加快突破和應用AMT搶占新一輪科技和產業(yè)競爭的制高點，占領產業(yè)鏈的高端。為了保證我國制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，必須盡快完成制造業(yè)的轉型升級，實現(xiàn)由制造大國向制造強國的轉變。

1先進制造技術

AMT自20世紀80年代提出以來，世界各國都十分重視其理論和應用實踐研究。AMT既包括先進加工技術(AdvancedProcessingTechnology，APT)(主要指材料加工工藝及方法)，又包括對先進裝備、人的智慧等有機構成的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的智能控制和組織管理的先進制造模式(AdvancedManufacturingMode，AMM)，主要指制造模式及系統(tǒng)。美國聯(lián)邦科學、工程和技術協(xié)調委員會(FederalCoordinatingCouncilorScienceEngineeringandTechnology，F(xiàn)CCSET)下屬的工業(yè)和技術委員會AMT工作組提出其主要包括三個技術群[2]：主體技術群(AMT的關鍵支撐，如計算機輔助設計、加工工藝規(guī)劃、增材制造技術、并行工程，以及材料生產工藝、加工工藝、加工和測試技術等)、支撐技術群(如計算機技術、自動化技術、檢測與轉換技術、標準和框架等)和管理技術群(如質量管理、基礎設施、人員培訓、全局監(jiān)督等)。雖然先進制造模式和AMT密不可分，實踐中也常將二者混為一談，但是它們是兩個不同的概念。AMT注重制造單元功能效用的發(fā)揮(偏重技術)，AMM注重組織方式，強調的是人、組織結構和技術三者的協(xié)同。兩者的關系如圖1所示。

從社會技術系統(tǒng)的觀點看，任何制造系統(tǒng)都有兩個尺度，即技術系統(tǒng)和伴隨技術系統(tǒng)的社會系統(tǒng)，社會技術系統(tǒng)強調系統(tǒng)中技術系統(tǒng)與社會系統(tǒng)兩類因素的相互作用，技術影響社會系統(tǒng)投入的種類、轉換過程的性質和系統(tǒng)的產出。然而，社會系統(tǒng)決定著技術利用的有效性和效率，如果孤立地試圖使其中一個系統(tǒng)最優(yōu)化，則可能使系統(tǒng)的總效能降低。AMT是各個單項技術在先進制造哲理下的有機集成，從最初關注技術和工程科學等自然科學的集成，慢慢過渡為重視在AMT應用過程中科學技術、組織結構以及人的智慧等的深度融合，尤其注重自然科學與社會科學的集成、系統(tǒng)體系觀念和整體全局優(yōu)化，最終目的是使整個制造系統(tǒng)能對外部市場環(huán)境的變化產生及時、高效、敏捷的反應。

1.1先進制造技術的概念、內涵及主要內容

制造指對原材料進行加工或再加工，以及對零部件裝配過程的總稱。AMT的概念起源于美國[3]，早期其定義是以計算機和信息技術為基礎的制造技術群，主要包括計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助工程、機器人及柔性制造技術、自動控制系統(tǒng)、數(shù)控技術及裝備等[4-5]，從研究的角度看，先進制造技術在不同時代具有不同的含義，當前各種新出現(xiàn)的、先進的機械加工技術(納米加工、激光切割、增材制造等)、精益生產、并行工程、柔性制造、虛擬制造、敏捷制造和現(xiàn)代集成制造模式等，都屬于AMT的研究之列。

我國學者在對國外學者有關AMT定義的歸納和研究中，更為系統(tǒng)地對AMT進行了定義，認為AMT是一個多學科體系，包括從市場需求、產品設計、工藝規(guī)劃到制造過程與市場反饋的人—機—物系統(tǒng)工程[6-7]。AMT本質上是自然科學(自動控制技術、工藝規(guī)劃技術等)和社會科學(組織管理和經濟學等)的有機融合體，是通過生產方式的智能化和柔性化來提高企業(yè)的核心競爭力和對市場環(huán)境的反應能力。

從制造系統(tǒng)的觀點看，AMT是一個三層次的技術群，如圖2所示：第一個層次(內層)為基礎制造技術，主要指優(yōu)質、高效、低耗、清潔的通用共性技術，對應AMT中的支撐技術(如圖1)；第二層(中層)是新型制造單元技術，由制造技術與信息技術、新型材料加工技術、清潔能源、環(huán)境科學等結合而成，涉及多學科交叉、集成與融合，對應于先進制造技術中的主體技術和管理技術；第三層(外層)為先進制造模式/系統(tǒng)(集成技術)，是由先進制造單元技術和組織管理等融合而成的現(xiàn)代集成制造模式，強調技術系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的協(xié)同與融合，對應于圖1的先進制造模式，是人、技術、組織和管理等要素的集成，也是人機物協(xié)同制造系統(tǒng)。

1.1.1基礎制造技術

優(yōu)質、高效、低耗、清潔的基礎制造技術，主要指傳統(tǒng)的制造工藝技術(如毛坯測量下料、鑄造/塑性成形、鍛壓、焊接、熱處理、材料強韌化、表面保護、機械加工、優(yōu)質高效連接技術、功能性防護涂層及各種與設計制造等)經過優(yōu)化和改進后形成的基礎制造工藝，是先進制造技術的核心組成部分。

1.1.2新型制造單元技術

新型制造單元技術由制造技術與互聯(lián)網信息技術、人工智能、新型材料加工技術、清潔能源、環(huán)境科學等結合而成，涉及多學科交叉、集成與融合，主要包括以下內容：

(1)新型材料、納米技術和激光加工傳統(tǒng)材料的研制過程通過基本材料的組合反復試驗配制獲得，整個過程非常緩慢。2011年6月，美國先進制造業(yè)伙伴關系(AdvancedManufacturingPartnership，AMP)計劃之一的“材料基因組計劃”[8]，從分子結構的角度分析材料，通過原子排列找出相—顯微組織—性能—環(huán)境參數(shù)—使用壽命的關系，建立了原子、分子的結構與材料性能的關系，極大地提高了研發(fā)、生產和應用先進材料的速度。納米技術和激光加工引發(fā)了機械技術與電子技術在毫微米水平上的融合。

(2)增材制造與精密成型技術增材制造(如3D打印[9])是材料技術、粘結技術和打印技術的融合創(chuàng)新，由原材料直接制造成精密工件的材料近凈成型技術(Near-netShapeForming，NSF)制作的零件不需要加工或少量加工即可投入使用，極大地改造了傳統(tǒng)的毛坯成型技術[10]。

(3)機器人、自動化及智能化技術工業(yè)機器人在生產加工中可以完成某些過程復雜、費時耗力的標準化生產流程[11]；自動化促使機器或生產過程從自動控制發(fā)展到自學習、自組織、自維護和自修復等；智能化技術綜合了信息技術、模糊算法、神經網絡控制等智能優(yōu)化算法，使機器在沒有人工干預的情況下進行生產，具有人機一體化、自律能力強、自組織與超柔性、自學習與自我維護等特點。

(4)先進電子技術裝備先進電子裝備，如平板電腦、智能手機、穿戴設備等普適人機交互設備和移動終端會越來越普及，使人與物理世界的交互方式更加普適化、虛擬化、智能化和個性化，實現(xiàn)任何地點、任何時間、任何人都能訪問任何信息的交互，傳感器和嵌入式設備將會感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測對象信息，并對這些信息進行處理，用戶能夠利用自然普適智能的方式無縫地實現(xiàn)資源共享和服務的獲取。

(5)分子生物學和生物制造通過學習生物系統(tǒng)的結構、功能及其控制機制，解決制造過程中的一系列難題。強調生命科學的應用，方法包括基因算法、進化算法、強化學習和神經網絡等。

(6)供應鏈管理制造過程是物質流、信息流在控制流的協(xié)調下實現(xiàn)從原料到產品的轉換，供應鏈管理以整體效益最優(yōu)化為目標，以系統(tǒng)化的觀點綜合考慮對人、技術、管理、設備、物料、信息等系統(tǒng)構成要素的優(yōu)化組合，實現(xiàn)產品生命全周期經濟效益、社會效益和生態(tài)效益的協(xié)調統(tǒng)一。

(7)清潔生產技術、綠色可持續(xù)制造清潔生產和綠色制造主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1綠色設計，設計階段就充分考慮對資源和環(huán)境的影響；2綠色選材，將環(huán)境因素融入材料的選擇過程中；3綠色制造，采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對環(huán)境污染小的制造方法；4回收和循環(huán)再制造，實現(xiàn)資源―產品―廢棄物―再生資源或再生產品的反饋式循環(huán)模式[12]。

(8)物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、云計算(cloudcomputing)等新一代信息技術IBM公司基于新一代信息技術提出的智慧地球(smartplanet)掀起了物聯(lián)網研究的，引起了國內外學者和政府的廣泛關注[13]。物聯(lián)網是利用無線射頻識別(RadioFrequencyIDentification，RFID)、嵌入式系統(tǒng)、傳感器等技術獲取現(xiàn)實世界信息，使物體與物體之間通過網絡相互連接并進行信息交互，以實現(xiàn)智能化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡[14]。物聯(lián)網技術融入產品的全生命周期及制造過程的各個階段，將形成新的制造模式———制造物聯(lián)。隨著物聯(lián)網時代的到來，社交網絡、電子商務、信息物理系統(tǒng)、移動終端等迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)量尤其是半結構化、非結構化數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長，據(jù)著名咨詢公司IDC的研究報告，2011年網絡大數(shù)據(jù)總量為1.8ZB，預計到2020年，總量將達到35ZB，大數(shù)據(jù)時代正在來臨[15]。一般意義上，大數(shù)據(jù)指無法在一定時間內用常規(guī)機器和軟硬件工具對其進行感知、獲取、管理、處理和服務的數(shù)據(jù)集合[16]，具有大量、高速、多樣、價值密度低的特點。對于制造業(yè)而言，數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)的廣度還不夠，數(shù)據(jù)應用大多針對傳統(tǒng)企業(yè)內的結構化數(shù)據(jù)，有效整合大數(shù)據(jù)，包括微博、論壇、網站等數(shù)據(jù)源，分析發(fā)掘這些數(shù)據(jù)蘊藏的潛在價值，有助于快速預測市場趨勢和客戶的個性化需求，細分客戶并提供量身定制的合適服務，及時了解整個供應鏈的供需變化等。此外，制造系統(tǒng)中包括大量的物料、人員、生產設備狀態(tài)及加工過程等數(shù)據(jù)，研究制造系統(tǒng)中產生的大量不同來源的數(shù)據(jù)的動態(tài)演變過程，搜索、比較、聚類、分析、處理與融合制造過程的數(shù)據(jù)，可以支持制造過程的優(yōu)化決策，優(yōu)化生產流程和改進產品質量，有效提升制造企業(yè)的經營管理效率和市場競爭力。大數(shù)據(jù)分析需要高效的數(shù)據(jù)處理平臺，目前制造業(yè)已經進入大數(shù)據(jù)時代，而大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量巨大、數(shù)據(jù)類型繁多、查詢分析復雜等特點，超越了現(xiàn)有企業(yè)的IT架構和基礎設施的承載能力，因此需要高性能的計算機和網絡基礎設施，必須依托云計算的分布式架構、分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、虛擬化技術等。云計算[17]是能夠提供動態(tài)資源池、虛擬化和高可用性的下一代計算平臺，通過按需使用的方式為用戶提供可配置的資源(包括網絡、服務器、存儲、IT基礎設施、軟件、服務等)。云計算融合物聯(lián)網、面向服務、高性能計算和智能科學等技術形成云制造[18]，將各類制造資源或能力虛擬化、服務化，通過網絡和云平臺為用戶提供可高效便捷、按需使用、優(yōu)質廉價的制造全生命周期服務。

1.1.3先進制造模式/系統(tǒng)

制造模式是制造業(yè)為了提高產品質量、市場競爭力、生產規(guī)模和生產速度，以完成特定的生產任務而采取的一種有效的生產方式和一定的生產組織形式。先進制造模式是以計算機信息技術和智能技術為代表的高新技術為支撐技術，在先進制造思想的指導下，用扁平化、網絡化組織結構方式組織制造活動，追求社會整體效益、顧客體驗和企業(yè)盈利，是最優(yōu)化的柔性、智能化生產系統(tǒng)。按照歷史唯物主義的觀點，社會存在決定社會意識，從制造業(yè)的發(fā)展進程來看，不同社會發(fā)展時期決定了不同的制造思想、生產組織方式和管理理念，它們相互作用、共同決定了特定時期的制造模式。如圖3所示，按照制造技術的發(fā)展水平、生產組織方式和管理理念，將制造模式的發(fā)展歷程歸納為手工作坊式生產、機器生產、批量生產、低成本大批量生產、高質量生產、網絡化制造、面向服務的制造、智能制造8個階段。

工業(yè)革命以前，產品主要以手工作坊式和單件小批量模式生產為主，產品質量主要依賴手工匠的技藝，其成本較高、生產批量小，零部件的質量可控性和兼容性比較差，供不應求成為制造業(yè)進一步發(fā)展必須解決的問題。產業(yè)革命后，新的生產技術和管理思想大量涌現(xiàn)，這一階段的早期，制造技術的改進重點是規(guī)模化大批量生產和提高生產效率，流水線式生產方式使得專業(yè)分工和標準化規(guī)模生產從技術方法上成為可能，科學組織管理理念等又從組織、結構和方式上保障了流水線式生產的實現(xiàn)，使得大規(guī)模制造成為可能。然而，大規(guī)模、批量化生產方式的精細化分工和高度標準化形成了一種剛性的資源配置系統(tǒng)，在買方市場下，市場環(huán)境瞬息萬變，這種生產模式會給企業(yè)帶來巨大損失，20世紀90年代，隨著先進制造理念、先進生產技術以及先進管理方式的不斷成熟與發(fā)展，各種新的制造理念、先進制造新模式得到了迅猛發(fā)展，理論界相繼出現(xiàn)了高質量生產、網絡化制造、面向服務的制造、智能制造等一系列新概念，各種先進制造模式之間的關系如圖4所示。

(1)高質量生產

并行工程、柔性制造、精益生產[19-20]這三類制造模式是基礎的生產管理方法，是虛擬制造、敏捷制造、現(xiàn)代集成制造的基礎技術；虛擬制造[21]是實現(xiàn)敏捷制造[22-23]的重要手段；生物制造[24]和綠色制造[25-26]是考慮環(huán)境影響和資源利用率的制造模式，相關文獻已有介紹，不再贅述。

(2)網絡化制造

網絡化制造是指在產品全生命周期制造活動中，以信息技術和網絡技術等為基礎，實現(xiàn)快速響應市場需求和提高企業(yè)競爭力的制造技術/系統(tǒng)的總稱。比較典型的應用模式有制造網格(MGrid)[27]、應用服務提供商(ApplicationServiceProvider，ASP)[28]。制造網格是運用網格技術對制造資源進行服務化封裝和集成，屏蔽資源的異構性和地理上的分布性，以透明的方式為用戶提供服務，從而實現(xiàn)面向產品全生命周期的資源共享、集成和協(xié)同工作；ASP是企業(yè)將其部分或全部流程業(yè)務委托給服務提供商進行管理的一種外包式服務，以優(yōu)化資源配置、提高生產和管理效率。企業(yè)用戶可以直接租用ASP平臺提供的各類軟件進行自己的業(yè)務管理，如產品生命周期管理(ProductLifecycleManagement，PLM)、企業(yè)資源規(guī)劃(EnterpriseResourcePlanning，ERP)等，不必購買整個軟件和在本地機器上安裝該軟件，從而節(jié)省了IT產品技術的購買和運行費用，降低了客戶企業(yè)的應用成本，特別適用于中小型企業(yè)。

(3)面向服務的制造

制造的價值鏈正不斷延伸和拓展，制造和服務逐漸融合，制造企業(yè)更加傾向于為顧客提品服務及其應用解決方案。面向服務的制造是為實現(xiàn)制造價值鏈的增值，通過產品和服務融合、客戶全程參與、提供生產型服務或服務型生產，實現(xiàn)分散的制造資源整合和各自核心競爭力的高效協(xié)同，達到高效創(chuàng)新的一種制造模式[29]。面向服務的制造的典型應用有眾包生產(CrowdSourcing，C-Sourcing)、工業(yè)產品服務系統(tǒng)(IndustrialProductServiceSystem，IPSS)等。眾包生產源于眾包，眾包一詞最早出現(xiàn)在2006年，由美國《連線》雜志一位名叫杰夫·豪的記者首次提出[30]。眾包是一種分布式的問題解決和生產模式，它將工作任務通過互聯(lián)網以公開、自由自愿的方式分發(fā)給非特定的大眾。眾包生產就是網絡化社會生產，讓更多產品和服務用戶參與到產品的創(chuàng)新活動中來，打破企業(yè)創(chuàng)新來源的界限，聚集大眾智慧，增加公眾的參與度，并通過“用戶創(chuàng)造內容”的形式生產出符合消費者需求的個性化產品[31]。眾包生產對構建創(chuàng)新型制造企業(yè)非常重要，它具有開放式生產、組織構成的動態(tài)性、物理范圍的分布性、參與者的主動性等特點，能夠突破傳統(tǒng)生產模式，通過外部資源的整合實現(xiàn)產品開發(fā)任務；另外，它還可以通過激勵機制代替合約機制，以極低的成本聚集外部的零散個體用戶和群體資源，為客戶提品及其應用解決方案。面對多樣化的個性需求和不斷變化的市場環(huán)境，眾包生產能夠靈活、高效、低成本地進行資源的重新分配和整合，有效降低產品制造成本，減少企業(yè)風險，提高適應個性化需求的靈活性，它的出現(xiàn)給企業(yè)的研發(fā)、生產、銷售、管理和售后服務帶來了巨大影響。產品服務系統(tǒng)(ProductServiceSystem，PSS)通過系統(tǒng)地集成產品和服務，為用戶提品功能而不是產品本身來滿足用戶需求，從而實現(xiàn)產品全生命周期內的價值增值和生產與消費的可持續(xù)性[32]。IPSS[33]是在PSS的基礎上提出的。IPSS是工業(yè)產品及其相關服務的集成，它將產品與服務作為一個集成化的整體提供給用戶，這里的產品既可以是用戶所有，也可以是IPSS的提供者所有，不但關注產品本身質量而且考慮顧客體驗，通過用戶的參與來提高產品服務創(chuàng)新能力；服務則是覆蓋整個產品全生命周期內的所有活動(設計、制造、運輸、銷售、使用、維護、售后服務等)，通過專業(yè)的服務共享降低用戶的成本投入，從而集中更多的精力關注其核心競爭力。IPSS的核心是提供工業(yè)產品的工作能力，這依賴于提供者的知識水平和經驗豐富程度，因此它具有知識服務和生產型服務的特點。

(4)智能制造

基于新一代信息技術和IBM智慧地球的研究框架，制造系統(tǒng)的集成協(xié)同越來越關注人的發(fā)展和周圍環(huán)境的融合，研究的關注點從之前側重信息技術和工程科學的集成，逐步轉變?yōu)榧夹g體系、組織結構、人及環(huán)境的深度融合與無縫集成，實現(xiàn)優(yōu)勢互補與可持續(xù)制造。此類制造包括云制造、制造物聯(lián)、基于信息物理系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem，CPS)的智能制造乃至智慧制造。德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出了工業(yè)4.0戰(zhàn)略，在該戰(zhàn)略下提出的智能制造是面向產品全生命周期，實現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術是在新一代信息技術、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網技術、納米技術、傳感技術和人工智能等基礎上，通過感知、人機交互、決策、執(zhí)行和反饋，實現(xiàn)產品設計、制造、物流、管理、維護和服務的智能化，是信息技術與制造技術的集成協(xié)同與深度融合。在產品加工過程中，智能制造將傳感器及智能診斷和決策軟件集成到裝備，由程序控制的裝備上升到智能控制，能自適應反饋被加工工件在過程中的狀況[34]。例如，基于CPS的智能制造生產過程與傳統(tǒng)的數(shù)控加工技術相比，能感知溫度、環(huán)境、加工材料的屬性變化，并作出相應調整，不會死板地執(zhí)行預定程序，能夠保證加工出的產品精度?；谠朴嬎恪⑽锫?lián)網、面向服務和智能科學等技術的云制造也是一種智能化的制造模式[35]，它利用網絡和云制造服務平臺，按需組織網上制造資源(制造云)，為用戶提供可隨時獲取的、動態(tài)的、敏捷的制造全生命周期服務[36-38]。云制造能促進制造資源/能力的物聯(lián)化、虛擬化、服務化、協(xié)同化和智能化。與傳統(tǒng)的網絡化制造相比，云制造具有更好的資源動態(tài)性、敏捷性以及產品和服務解決方案的靈活性，同時能更好地解決ASP模式的客戶端智能性和數(shù)據(jù)安全性的不足問題，以實現(xiàn)更大范圍的推廣和應用；與制造網格相比，云制造在“分散資源集中使用”思想的基礎上，還體現(xiàn)了“集中資源分散服務”的思想。制造物聯(lián)[39]是基于互聯(lián)網、嵌入式系統(tǒng)、RFID、傳感網、智能技術等構建的現(xiàn)代制造物聯(lián)網絡，是以中間件、海量信息融合和系統(tǒng)集成技術為基礎，基于物聯(lián)網系統(tǒng)開發(fā)服務平臺和應用系統(tǒng)，解決產品設計、制造、維護、管理、服務等過程中的信息感知、可靠傳輸與智能處理，增加制造的服務化與智能化水平的制造新模式。制造物聯(lián)在制造系統(tǒng)中的應用能夠有效地管理制造資源、監(jiān)控制造過程、匹配制造需求等，將傳統(tǒng)的產品制造從市場調研、研發(fā)設計、供應鏈、生產過程、銷售、物流運輸與售后服務融為一體，協(xié)同制造過程中物料流、能量流、信息流、價值流的優(yōu)化運行，以支持產品智能化、生產過程自動化、供應鏈與物流的準時化和精益化、企業(yè)經營管理輔助決策等應用，極大地提高了制造企業(yè)的核心競爭力。

基于語義Web、務聯(lián)網(InternetofService，IoS)、社會性網絡服務(SocialNetworkService，SNS)等，智能制造/云制造的進一步發(fā)展將會誕生智慧制造(WisdomManufacturing，WM)[40-41]。WM將機器智能、普適智能和人的經驗、知識與智慧結合在一起，形成以客戶需求為中心、以人為本、面向服務、基于知識運用、人機物協(xié)同的制造模式。

綜上所述，先進制造模式是以所追求的目標和生產開展方式的轉變?yōu)榛A而產生及發(fā)展的，體現(xiàn)的是消費者的個性化需求、科學技術發(fā)展水平和市場競爭形勢，是由先進制造哲理、先進組織管理方式、先進制造技術及人的相互融合發(fā)展、相互協(xié)同作用的產物。這是一個系統(tǒng)靈活性不斷增大、組織結構和過程不斷優(yōu)化的進程，將形成人機物協(xié)同制造系統(tǒng)，使制造資源得到最佳利用、生產效率得到極大提高，能夠對市場變化和內部變化作出迅速響應。

1.2先進制造技術對產品生產活動的影響

從生產流程來看，AMT與傳統(tǒng)制造技術對制造過程的影響如圖5所示。傳統(tǒng)制造是利用制造資源將原材料轉換為產品的過程，僅為生產過程的一部分，一般包括產品的加工和裝配兩大內容，制造商自行生產或者從供應商購買零件，將其組裝成產品并檢驗以符合要求。制造過程中輸入的是原材料、能量、信息、人力資源等，輸出的是符合要求的產品。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)設計、制造與銷售各部分之間信息的傳遞與反饋不暢，各部門按功能分解任務，容易只考慮本部門的利益，對系統(tǒng)的優(yōu)化考慮較少，造成設計與制造部門間難以協(xié)調、矛盾突出。

AMT主要從材料設計、制造流程改造、產品服務融合的集成解決方案和循環(huán)利用四個方面拓展傳統(tǒng)制造技術的內容：

(1)材料設計新型材料的成型和加工技術愈發(fā)重要，對材料分子層或原子層的定向改造極大地提高了產品性能，超硬材料、功能梯度復合材料的某些新的成形、加工技術將不斷涌現(xiàn)，如超導材料成形加工等。

(2)制造流程改造傳統(tǒng)制造是面向批處理、時間上和空間上分離的分布式加工，先進制造超效能加工和自動化技術能夠促使連續(xù)流制造，減少零件庫存。

(3)產品服務融合先進制造強調涵蓋從產品研發(fā)直至客戶應用的全過程，提品、軟件和服務于一體的產品解決方案和端對端的服務。知識資本、人力資本和技術資本的高度聚合，使制造活動擺脫了傳統(tǒng)制造低技術含量、低附加值的模式，通過產品設計、管理咨詢等活動，技術和知識在生產過程中被實際運用，將技術進步轉化為生產能力和競爭力，為企業(yè)產生更高的附加價值。

(4)循環(huán)利用[42]先進制造注重材料的回收利用，不但對環(huán)境友好而且節(jié)約原材料成本。傳統(tǒng)的產品制造模式是一個開環(huán)系統(tǒng)，即原料工業(yè)生產產品使用報廢棄入環(huán)境，是以大量消耗資源和破壞環(huán)境為代價的制造方式；而循環(huán)生產是一個閉環(huán)系統(tǒng)，整個生命周期考慮生態(tài)環(huán)境和資源效率，從單純的產品功能設計擴展到生命周期設計，強調所有資源應該實現(xiàn)在經濟體系內的循環(huán)利用。

基礎制造技術、新型制造單元技術和現(xiàn)代先進集成制造技術對制造業(yè)的發(fā)展產生了重要影響?；A制造技術通過改進、整合形成新型制造單元技術，進而影響整個制造過程。諸如網絡化制造、面向服務制造和智能制造等先進集成制造技術已在前文說明，這里著重探討新型制造單元技術對制造過程的影響。具體來講，新型制造單元技術(圖2中第二層)對傳統(tǒng)制造流程的改造如圖6所示，增材/精準制造用于對加工階段的改造；機器人/自動化技術用于組裝和生產流程的自動化；先進電子技術用于產品和服務的融合以及加工過程的控制；供應鏈設計以整體效益最優(yōu)化為目標，以系統(tǒng)化的觀點綜合考慮人、技術、管理、設備、物料、信息等系統(tǒng)構成要素的優(yōu)化組合，在滿足產品或服務供給要求的同時，達到成本最低；清潔生產技術主要用于材料的循環(huán)利用、回收等環(huán)節(jié)；分子生物學和生物制造用于材料設計及制造流程的改進；納米材料技術用于合成與加工功能梯度材料、復合材料等；物聯(lián)網、云計算和大數(shù)據(jù)用于對產品全生命周期制造過程進行全方位跟蹤、分析、優(yōu)化和控制，實現(xiàn)多維度、透明化的泛在感知，確保制造過程的高效、敏捷、可持續(xù)和智能化。

需要指出的是，AMT對傳統(tǒng)制造流程的改造，不但使原有制造和裝配工藝等制造中期階段產生了質的變化，而且涵蓋了市場信息分析、產品決策、產品設計、生產準備等生產前階段，以及質量監(jiān)測、銷售使用、售前售后服務、產品報廢的處理和回收再生產等后階段，覆蓋了產品生命周期的制造全過程，可提供集產品、軟件和服務于一體的整體解決方案，實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產。

1.3各國先進制造技術發(fā)展情況和研究進展

近年來，美國、日本、德國等發(fā)達國家先后針對AMT的研發(fā)提出了國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略計劃。美國在2009年12月頒布了《AFrameworkforRevitalizingAmericanManufacturing》(重振美國制造業(yè)框架)[43]；2011年6月宣布了《TheAdvancedManufacturingPartnership》(先進制造伙伴計劃)[44]；2012年2月了《ANationalStrategicPlanForAdvancedManufacturing》(先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略)[45]，提出通過加強研究和試驗稅收減免、擴大和優(yōu)化政府投資、建設智能制造技術平臺，以加快智能制造的技術創(chuàng)新。

日本在1989年就發(fā)起“智能制造系統(tǒng)”計劃，推動本國AMT的研究和發(fā)展；2010年5月公布了《產業(yè)結構藍圖》，同年6月通過《新增長戰(zhàn)略》法案，規(guī)劃了日本經濟2011年~2020年的十年發(fā)展戰(zhàn)略，其中包括對先進制造業(yè)的支持策略，通過大力調整制造業(yè)結構，加快發(fā)展機器人、無人化工廠、3D打印技術等尖端領域，提升制造業(yè)的國際競爭力[46]。

德國作為工業(yè)強國，為保持其制造業(yè)的競爭優(yōu)勢，采取積極有效的行動，將大量人力和物力投入到AMT中，推動AMT的發(fā)展，并制訂了相關的計劃[47]，特別是2010年7月制訂了《高技術戰(zhàn)略2020》，以支持制造領域新型革命性技術的研究與創(chuàng)新。其中“工業(yè)4.0”項目[48]是《高技術戰(zhàn)略2020》確定的十大未來技術項目之一，用以支持工業(yè)技術領域新一代關鍵技術的研發(fā)和創(chuàng)新，該項目成為2013年漢諾威自動化展最熱門的話題。工業(yè)4.0旨在通過互聯(lián)網、物聯(lián)網、CPS、IoS等技術提升制造系統(tǒng)的智能化水平，它包括兩大主題：1智能工廠，重點研究智能化生產系統(tǒng)和過程，以及網絡化分布式生產設施的實現(xiàn)；2智能生產，主要涉及整個企業(yè)的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產過程中的應用等。歐盟于1998年~2007年相繼公布了第五框架計劃(1998~2002)、第六框架計劃(2002~2006)和第七框架計劃(2007~2013)，于2009年頒布了《歐盟共同關鍵使能技術發(fā)展戰(zhàn)略》，次年3月頒布了《歐洲2020戰(zhàn)略》[49]。發(fā)達國家希望以高新技術為依托大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保產品、清潔能源、新材料等新興產業(yè)，構筑新的優(yōu)勢，消除不利因素，創(chuàng)造有利環(huán)境及符合自身優(yōu)勢的新興市場，規(guī)避在傳統(tǒng)制造領域與中國等發(fā)展中國家相比的競爭劣勢，以樹立其AMT的持續(xù)競爭優(yōu)勢，提高其先進制造業(yè)的競爭力。

我國也十分重視AMT的發(fā)展，國家863計劃在清華大學建立了CIMS工程研究中心。先進制造技術作為一個主題在國家科技部領導下取得重大進展，如數(shù)字化制造與工業(yè)工程[50]、網絡協(xié)同設計[51]、網絡制造、仿生制造[52]、綠色制造與區(qū)域網絡制造[53]、供應鏈、網絡化制造、大批量定制和仿生制造[54-55]等。特別是國家“十二五”制造業(yè)信息化科技工程規(guī)劃中，明確提出了大力發(fā)展新一代集成協(xié)同技術、制造服務技術和制造物聯(lián)技術，該規(guī)劃的實施將促進互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網等新一代信息技術與制造技術相融合，為加速制造業(yè)結構調整和轉型升級、發(fā)展高端制造業(yè)等戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)揮極其重要的作用。制造業(yè)信息化工程的實施使我國在AMT領域取得了大批具有先進水平的研究成果，促進了制造業(yè)向精益化、全球化、協(xié)同化、服務化、綠色化、智能化的方向發(fā)展，為傳統(tǒng)產業(yè)的升級改造和高技術產業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。

2新工業(yè)革命

工業(yè)革命是生產技術的變革，同時也是一場深刻的社會關系變革。新科技群的協(xié)同效應和深度融合將導致生產組織方式和制造模式發(fā)生重大變化，從而引發(fā)新的工業(yè)革命。目前正在出現(xiàn)一種新工業(yè)革命，但仍是一個十分模糊的概念，不同研究者對新工業(yè)革命的概念有各自的理解，主要有5種不同的觀點：

(1)杰里米·里夫金[56]認為，歷史上重要的工業(yè)革命都是在新通訊方式和新能源結合之際產生的，當前正由互聯(lián)網和新能源結合引發(fā)新的經濟和社會變革，即包括五大支柱的新工業(yè)革命，如圖7所示，其中：1能源轉型，向可再生能源轉型，利用風和陽光等，不再消耗石化產品；2分散式生產，互聯(lián)網信息技術等基礎設施的建設大大減小了時間、空間對人們的經濟活動交流的制約，基于知識的共享、創(chuàng)新和發(fā)展的扁平式、分散化、合作性的生產組織結構更加符合現(xiàn)代商業(yè)的需求；3存儲，充分利用社會基礎設施存儲間歇式可再生能源；4構建能源互聯(lián)網，利用互聯(lián)網技術將電網轉變?yōu)槟茉垂蚕砭W，通過一種網格式的智能分布式電力系統(tǒng)和他人共享；5交通工具轉變，將汽車、卡車、火車等運輸工具轉向插電式或者燃料電池等以可再生能源為動力的交通工具，電動車需要的電可在充電站購買。這五大支柱協(xié)同發(fā)展實現(xiàn)了1+1+1+1+1>5的整合效應，樹立起一個新經濟發(fā)展范例，帶領世界進入新紀元。

(2)克里斯·安德森[57]認為，新型材料的應用和增材制造技術等數(shù)字化制造方式將引發(fā)新工業(yè)革命，采用新型材料、3D打印技術和基于網絡的協(xié)同制造服務等智能化與數(shù)字化制造方法，能夠迅速和精準地將計算機中的虛擬設計模型轉化為真實物體，甚至直接打印出零件或模具，基于網絡的新型數(shù)字化設計及制造的創(chuàng)新提供給網絡用戶以創(chuàng)造真實物體的能力，將制造延伸至范圍更廣的生產人群中，這些制造過程蘊藏著由普通人完成的無限可能，眾多個人制造聯(lián)合推動全面創(chuàng)造，將直接加快向新型工業(yè)化趨勢發(fā)展的步伐，從而引領新工業(yè)革命。

(3)英國彼得·馬什[58]在《新工業(yè)革命：消費者、全球化以及大規(guī)模生產的終結》一書中，將工業(yè)革命劃分為五次，如表1所示，而將始于2005年的第五次工業(yè)革命稱為新工業(yè)革命。

(4)保羅·麥基利的三次革命說[49，59]認為，以制造業(yè)數(shù)字化為核心的第三次工業(yè)革命(新工業(yè)革命)即將到來，互聯(lián)網、智能軟件、新能源、新材料、機器人、新的制造方法和以網絡為基礎的商業(yè)服務模式將使技術要素和市場配置要素發(fā)生革命性變革，產生改變社會發(fā)展歷程的巨大能量。而制造業(yè)的數(shù)字化進程正從智能計算機軟件、新材料、更靈巧的機器人、基于網絡的制造業(yè)服務化、新的制造方法5個方面向前推進。

(5)德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會上，正式推出了工業(yè)4.0第四次工業(yè)革命[48]項目，目的是支持工業(yè)領域新一代革命性技術的研發(fā)與創(chuàng)新。工業(yè)4.0強調在工業(yè)生產過程中，以信息物理融合系統(tǒng)為核心，將眾多智能體聚集在信息平臺上，形成一種高度協(xié)同的互聯(lián)互通關系，從而構建智能化的新型生產模式與產業(yè)結構。工業(yè)4.0正引領新一輪的工業(yè)革命，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產生各種新的活動領域、商業(yè)模式和合作形式，將導致工業(yè)結構、經濟結構和社會結構從垂直向扁平轉變，從集中向分散轉變。

這些研究預言了新的工業(yè)革命即將來臨，勾勒出了先進制造業(yè)的影響，描繪了未來制造業(yè)的走向。從上述觀點可以看出，工業(yè)革命的實質是制造方式與模式的革命：保羅·麥基利認為生產工具發(fā)生很大變化將導致新工業(yè)革命；杰里米·里夫金認為生產動力的變革將引發(fā)新工業(yè)革命；彼得·馬什認為新工業(yè)革命主要集中在材料、動力、加工工藝、制造模式等方面的變革；克里斯·安德森的新工業(yè)革命觀點主要體現(xiàn)在生產方式的革新；德國工業(yè)4.0體現(xiàn)在在工業(yè)生產過程中，基于CPS建立了一種高度協(xié)同的產品與服務的生產模式。其實，任何一項單一的技術都不足以引發(fā)新一輪工業(yè)革命，判斷工業(yè)革命的依據(jù)關鍵為是否有新科技群協(xié)同效應以及是否帶來人類生產、生活方式的重大變革。因此，新工業(yè)革命是基于新能源、智能制造、數(shù)字化制造、機器人技術、新一代信息網絡技術等先進技術綜合系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新及突破性的發(fā)展，融合信息、計算機、數(shù)字化、互聯(lián)網技術創(chuàng)新變革，使工業(yè)生產方式與制造模式發(fā)生巨大變化，從而使交易方式與人們的生活方式發(fā)生重大變化。傳統(tǒng)的自上而下、集中規(guī)?；纳a模式將逐步被新工業(yè)革命的分散、扁平和協(xié)作的模式取代，定制化、個性化、智能化、分散化和合作化是新工業(yè)革命的主要特征。

3先進制造技術與新工業(yè)革命之間關系

從主導技術和新興產業(yè)的角度來看，以生產方式變革為主線的AMT的群體涌現(xiàn)、協(xié)同融合將導致新的工業(yè)革命，各種技術之間產生的耦合效應推動了工業(yè)革命的進程。新工業(yè)革命不是依賴單一學科或某幾類技術，而應該是全方位的多學科、多技術層次、寬領域的協(xié)同效應和深度融合。人類制造模式的演變從原始手工生產模式到現(xiàn)代先進制造模式的演變過程中，經歷了3次大的革命性變革。圖8所示為由市場變化與技術發(fā)展推動的先進制造模式的變革。

圖中：第一次工業(yè)革命中，由于蒸汽機、電氣技術、內燃機的發(fā)明與改進，機器取代手工成為主導生產方式，制造業(yè)進入機械化制造時代，成為近代工業(yè)化大生產時代的開端。第二次工業(yè)革命中，大規(guī)模制造成為主導生產方式，20世紀20年代，隨著電子技術、信息技術的發(fā)展，以流水線為典型代表的大規(guī)模制造模式在組織結構上追求縱向一體化與大規(guī)模，內部分工仔細，專業(yè)化程度高，簡單熟練的操作提高了生產效率，使制造成本隨規(guī)模遞減，同時質量的穩(wěn)定性也得到提高，制造模式進入批量大規(guī)模制造階段。新工業(yè)革命是現(xiàn)代先進制造模式集成協(xié)同創(chuàng)新的結果，進入20世紀90年代后期，隨著網絡信息技術、智能控制技術研究的深入和以知識為基礎的經濟時代的到來，制造業(yè)的市場環(huán)境與技術變革發(fā)生了根本性的改變。大規(guī)模制造系統(tǒng)的剛性與市場的個性化需求以及環(huán)境快速變化所要求的響應速度之間的矛盾日益尖銳，正是在此背景下，各種新制造模式研究探索與試驗如雨后春筍般迅速興起，現(xiàn)代AMT融合自然科學和社會科學的最新進展，以綠色、低碳、可持續(xù)為發(fā)展理念，帶來了產業(yè)組織模式的轉變，對轉變經濟增長方式、政府管理模式和社會組織形態(tài)都有巨大的推動作用，使全球技術要素和市場要素配置方式發(fā)生了革命性變化。

AMT的發(fā)展將在新工業(yè)革命中發(fā)揮重要作用。如前所述，工業(yè)革命的實質是制造業(yè)生產方式與制造模式發(fā)生重大變化，它必然也是始于制造技術突破性的發(fā)展。AMT是制造業(yè)產生變革的根本力量，新一代信息技術(云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、務聯(lián)網、云平臺等)、新能源(再生能源、清潔能源等)、新材料(復合材料、納米材料等)技術等將為新工業(yè)革命創(chuàng)造強大的新基礎設施；分散式制造(網絡化制造、制造物聯(lián)、云制造、智能制造)、眾包生產、集群效應、利基思維等使生產方式產生變革，將整個工業(yè)生產體系提升到一個新的水平，工業(yè)生產、經濟體系和社會結構將從垂直轉向扁平、從集中轉向分散；以智能制造為代表的新一代先進制造模式，必將使商業(yè)模式、管理模式、服務模式、企業(yè)組織結構和人才資源需求發(fā)生巨大變化，給工業(yè)領域、生產價值鏈、業(yè)務模式乃至生活方式帶來根本性變革，進而推進和實現(xiàn)新的工業(yè)革命。

制造模式的演進與新工業(yè)革命的出現(xiàn)由市場發(fā)展、社會變革、技術突破、管理創(chuàng)新多種動因的綜合作用決定。對新工業(yè)革命的內涵的理解必須通過與社會科學(如經濟學和管理學)等跨學科的對話和交流，適當突破自然科學和工程技術學科的理論范疇。工業(yè)發(fā)展歷程表明，新的生產模式的出現(xiàn)均為與特定的社會制度、組織結構和經濟因素等相互作用的產物，而新的制造模式又會對既有社會制度和管理方式提出新的要求，從而推進企業(yè)管理模式、社會制度環(huán)境的變革[60]。綜上所述，在市場、技術、社會經濟環(huán)境變化與全球一體化趨勢的推動下，制造業(yè)正在經歷著一場革命，一場以實施先進制造技術和經營方式徹底變革為主要內容的先進制造模式的革命，涉及制造理念、制造戰(zhàn)略、制造技術、制造組織與管理各個領域的全面變革。

4新一代先進制造技術的應用案例

產品制造的智能化變革絕不僅是優(yōu)化現(xiàn)有的制造業(yè)，而是將制造延伸至范圍更廣的生產人群中———既有現(xiàn)存的制造商又有正成為創(chuàng)業(yè)者的普通民眾。隨著社會化網絡的發(fā)展，通過充分開發(fā)大眾的智慧、力量和資源，以用戶創(chuàng)造內容(Usergeneratedcontent)為代表的社會化生產模式更能形成突破性創(chuàng)新，彰顯出巨大的能量和商業(yè)價值。以思科(Cisco)為例[31]，2007年秋，思科借助Brightidea公司的創(chuàng)意網絡平臺，為其一個十億美元的新業(yè)務尋找創(chuàng)意，通過征集創(chuàng)意—進行篩選—提煉創(chuàng)意三個階段，最后從104個國家的2500多名參與者提交的約1200個創(chuàng)意中，成功篩選出最佳創(chuàng)意；再如美國越野賽車LocalMotors公司通過社會化生產方式，將越野賽車的個性化設計與制造分包給不同的社區(qū)，在社區(qū)內的微型工廠實現(xiàn)了快速小批量設計與生產；波音公司聯(lián)合全球40多個國家和地區(qū)企業(yè)，通過網絡協(xié)同和制造服務外包的形式協(xié)同研發(fā)制造了波音787，將研發(fā)周期縮短至原來的30%，成本也減少了50%[18]。如此一來，創(chuàng)意新階層得以進入生產領域，將自己的設計產品模型轉變成產品，卻無需自行建立工廠或公司，制造變成了另外一種可由網絡瀏覽器獲取的云服務，實現(xiàn)了低成本的高技術，保持了小型化與全球化并存的能力。借助物聯(lián)網、云服務、大數(shù)據(jù)等技術，用戶參與不再局限于創(chuàng)意征集階段，而向設計研發(fā)、制造、實驗、檢測、營銷等縱深發(fā)展，向產品全生命周期拓展，這些生產方式將為開發(fā)出成功的產品、降低生產成本、提高效率作出巨大貢獻。

以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網/CPS、云計算等新一代信息技術為基礎的先進制造技術將促進制造系統(tǒng)向服務化、智慧化、個性化、社會化的方向發(fā)展，智慧制造應運而生[40-41]。智慧制造將制造系統(tǒng)分為社會系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)，其中社會系統(tǒng)強調群體智慧和人的主觀能動性，尤其是人及其隱性知識的集成，是基于人際網(Internetofpeople)所形成的社會化網絡，注重客戶參與的互動性、個性化和創(chuàng)新性；物理系統(tǒng)通過物聯(lián)網實現(xiàn)物理實體的互聯(lián)互通，利用RFID、嵌入在資源或產品內的感知器等獲得資源狀態(tài)和環(huán)境的數(shù)據(jù)信息；信息系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)技術對業(yè)務對象的屬性、位置和狀態(tài)等信息進行整合，從海量數(shù)據(jù)中抽取出所需的信息、知識和智慧，為需求分析、設計、生產、營銷和回收等制造全生命周期過程提供知識支持。物聯(lián)網獲取的數(shù)據(jù)與知識的價值是通過服務的形式來體現(xiàn)的，通過云計算和“一切皆為服務”的理念，為用戶提供按需即取的服務方式，將服務資源延伸到物理世界，最終得以在物理系統(tǒng)中實現(xiàn)產品生產。

新工業(yè)革命將促進社會制造/智慧制造理念的實現(xiàn)。社會制造將使傳統(tǒng)的企業(yè)轉變?yōu)槟軌蛑鲃痈兄㈨憫蛻舸笠?guī)模個性化定制需求的智慧型企業(yè)，其核心就是主動、實時地將社會需求與社會制造能力有機地結合起來，從而高效、實時動態(tài)地滿足客戶需求。Shapeways公司就是一個典型的例子[61]，該公司于2007年創(chuàng)立于荷蘭，后將總部移至美國曼哈頓，是一家利用3D打印技術為客戶定制各種產品和服務的公司，至今已獲數(shù)千萬美元的風險投資支持，截止2012年6月20日，其生產產品已經超過100萬款，產量超過60億件。2012年10月19日，該公司位于紐約皇后區(qū)的“未來工廠”正式投入運營。該工廠占地2.5×104m2，可以容納50臺工業(yè)打印機，每年可按照消費者的需求生產上千萬件產品。Shapeways的市場運營模式如下：通過Facebook和Twitter等社會媒體接受客戶關于各種產品的3D設計方案，將顧客的需求發(fā)送給Shapeways工廠，由工作人員確定是否可行，評估并制定方案，并在數(shù)天內完成產品的打印生產，然后寄送給客戶。同時，該公司還為商家和設計者設立平臺，使他們可以利用公司的3D打印機生產并銷售自己設計或收集的產品，用戶提交他們的產品創(chuàng)意，如果有足夠多的人喜歡(如通過Twitter，F(xiàn)acebook等獨特社區(qū))，則產品開發(fā)團隊將制作產品原型，用戶可在線對其進行投票、評分、提意見或建議，參與產品的設計開發(fā)、改進、預售和營銷等，即通過聚集大眾智慧的方式，讓社區(qū)參與產品開發(fā)的整個過程。如果產品獲得預期成功，則發(fā)明者和其他協(xié)作者可分享一定的產品銷售收入。在過去的2014年，其月均訂單已超過18.1萬件，成為目前全球第一的在線3D打印社區(qū)。該案例成功地利用社會性網絡、群體智慧和3D打印等技術實現(xiàn)了個性化產品的生產，涉及社會系統(tǒng)、信息系統(tǒng)及物理系統(tǒng)的各個層次，大批3D打印機形成制造網絡，并與互聯(lián)網、物聯(lián)網、務聯(lián)網和人際網(社會性網絡)無縫連接，形成復雜的社會制造網絡系統(tǒng)，從而將社會需求、虛擬設計與實物制造有機地銜接起來，在一定程度上為智慧制造/社會制造提供了例證。

5我國制造業(yè)發(fā)展的思考

新工業(yè)革命將對全球產業(yè)結構、生產資料、勞動者素質等生產力要素和人類生產生活方式、思想觀念產生巨大影響，企業(yè)組織結構、管理方式、社會制度政策環(huán)境等因素決定了先進制造技術在制造業(yè)領域應用的廣度和深度。我國應基于國情把握好新工業(yè)革命的發(fā)展機遇，高度重視AMT的發(fā)展動態(tài)，大力發(fā)展戰(zhàn)略新興產業(yè)，為新工業(yè)革命創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，從而促進我國經濟社會快速發(fā)展[62]。自2009年以來，我國密集部署未來新興產業(yè)的重點發(fā)展方向和主要任務，提出積極發(fā)展新能源、新一代信息技術、新材料等七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)，努力抓住“新工業(yè)革命”這一難得的發(fā)展機遇，發(fā)展知識技術密集、資源消耗小、成長潛力巨大、綜合效益好的產業(yè)，增強自主發(fā)展能力。我國先進制造業(yè)目前主要由兩大部分構成(如圖9)：1由融合先進制造技術的傳統(tǒng)制造業(yè)改造而成的先進制造業(yè)，如數(shù)控機床、海洋工程設備、航空航天裝備等；2科技重大突破創(chuàng)新的成果落地應用后形成的新產業(yè)，如增量制造(3D打印)、生物制造、微納制造等。

(1)信息化和工業(yè)化深度融合

新工業(yè)革命的興起為我國探索資源消耗低、環(huán)境污染少的工業(yè)新類型和生產新方法帶來了契機，新一代智能化技術、新能源、新材料等新科技正快速形成產業(yè)規(guī)模市場，該市場有利于發(fā)展循環(huán)生產和循環(huán)經濟，實現(xiàn)經濟效益與環(huán)境效益、社會效益的均衡發(fā)展。新工業(yè)革命以智能化微制造科技為關鍵科技支撐體系、以深層次循環(huán)式生產為主導，促使生產力和生產方式向更深層次和更廣范圍拓展。我國未來的現(xiàn)代產業(yè)體系應該更多地建立在新的工業(yè)生產方式、新的生產組織方式和新的生產制造模式基礎上。

(2)發(fā)展戰(zhàn)略新興產業(yè)

戰(zhàn)略性新興產業(yè)[63]以重大科學技術突破性發(fā)展為基礎，對社會發(fā)展具有重大引導帶動作用，而且知識密集、資源消耗小、發(fā)展?jié)摿薮蟛⑶揖C合效益好，能增強我國的自主創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展能力，更深入地參與國際競爭。發(fā)展戰(zhàn)略新興產業(yè)目前面臨知識科技創(chuàng)新、組織管理創(chuàng)新、體制政策創(chuàng)新三大重要創(chuàng)新任務。我國十分重視戰(zhàn)略新興產業(yè)，2010年10月18日頒布了《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》，準備用20年左右時間，使節(jié)能環(huán)保能源產業(yè)、新一代電子信息技術、高端裝備制造業(yè)等七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)的創(chuàng)新能力和發(fā)展水平達到世界領先；在《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出了七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)的發(fā)展方向和任務，以重大技術突破和重大發(fā)展需求為基礎，將知識技術密集型、引領作用強、發(fā)展?jié)摿煤途C合效益大的新興產業(yè)作為發(fā)展重點，建立戰(zhàn)略性新興產業(yè)重點領域產業(yè)聯(lián)盟，大力發(fā)展可再生新能源、生物技術、智慧物聯(lián)網、云計算、普適人機交互等新技術，并且注重智力資源的開發(fā)、新能源和互聯(lián)網的應用，將創(chuàng)新放在關鍵的位置。

(3)為新工業(yè)革命創(chuàng)造環(huán)境條件

新工業(yè)革命創(chuàng)造環(huán)境條件包括至關重要的制度改革、政策環(huán)境和商業(yè)模式等，新工業(yè)革命帶來的不是個別政策的微量調整，而是系統(tǒng)化大規(guī)模變革問題。首先建立創(chuàng)新激勵機制和知識產權保護，集聚大量的高端創(chuàng)新人才，將技術和管理、軟科學和硬科學結合在一起協(xié)同創(chuàng)新，增強市場化導向和創(chuàng)新激勵機制；其次加強政策引導企業(yè)技術創(chuàng)新及技術改造，鼓勵企業(yè)和科研院所建立各種模式的創(chuàng)新聯(lián)盟，促進產業(yè)集聚和資源整合；最后通過法律強制、財政資金支持、稅收優(yōu)惠等措施引導和支持企業(yè)突破核心關鍵技術，支持新技術新產品的推廣應用。與新的制造技術相適應的企業(yè)管理方式和社會制度基礎決定了其在制造業(yè)領域應用的廣度和深度，同時也在一定程度上決定了AMT能在多大程度上轉化為制造業(yè)的產業(yè)競爭力。

(4)培育知識創(chuàng)新能力與人力資本

篇3

關鍵詞：制動尖叫；穩(wěn)健設計；影響因素；綜述

中圖分類號：U463.51+文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.03.01

制動尖叫頻率高（1～16 kHz），強度大[超過70 dB（A）]，不僅嚴重影響車輛的乘坐舒適性和行駛安全性，而且會造成嚴重的噪聲污染[1-2]。因此，研究制動尖叫的發(fā)生機理，確定制動尖叫的關鍵因素，尋求制動尖叫的有效控制措施一直在汽車業(yè)界倍受關注。

前期研究表明，制動尖叫會受到制動器材料、結構、制動工況和環(huán)境等因素的顯著影響[3]。從是否可控的角度，可以將這些因素分為可控因素和不可控因素?？煽匾蛩厥侵改鼙辉O計者控制的因素，例如摩擦材料的配方與選型，制動器零部件的結構與形狀尺寸，以及制動器的系統(tǒng)裝配方式等；不可控因素又稱噪聲因素，是指不能被設計者控制的影響因素，例如多變的制動工況和環(huán)境因素等。事實上，由于受到制動器的生產制造過程、多變的運行條件和人類認知能力等的影響，即使是可控因素也并非完全理想可控。例如，很多因素是不均一的、隨機的和時變的，具有不確定性和統(tǒng)計性特點?？紤]這些因素的多變性，從系統(tǒng)性能穩(wěn)健性的角度出發(fā)，必須降低制動尖叫對這些設計因素的敏感度[4]。因此，借鑒質量工程學領域中的穩(wěn)健性設計方法，合理進行制動器的參數(shù)設計，提高制動器尖叫的穩(wěn)健性，成為重要的研究方向之一。

穩(wěn)健性設計方法最早由田口玄一博士于20世紀70年代提出，其目標是通過可控設計變量的最佳組合，使產品具有對不可控因素干擾的抵抗能力，從而實現(xiàn)高度穩(wěn)定的產品性能，提高質量[5-6]。與一般的優(yōu)化設計相比，穩(wěn)健性設計方法更有助于獲得質量穩(wěn)定、高性能、低成本的產品，并已在電子、機械、化工等諸多領域得到廣泛應用[7-9]。但迄今為止，有關制動尖叫穩(wěn)健性設計的研究工作開展得還比較少，更沒有針對性的綜述性。在此背景下，本文將在深入分析制動尖叫結構影響因素的基礎上，對全球范圍內有關制動尖叫穩(wěn)健性設計的研究進展進行綜述，并提出未來的研究方向。為了方便感興趣的讀者開展研究，對穩(wěn)健性設計的各種方法及其最新進展進行簡要評述。

1 影響制動尖叫的制動器結構參數(shù)

制動器結構參數(shù)無疑是汽車制動器設計的最重要內容之一，也是改善制動器尖叫性能時需要重點考慮的控制要素。圖1所示為典型的盤式制動器及其主要部件[10]。作為重要的可控設計參數(shù)，制動器各個構件的結構參數(shù)必然成為制動尖叫穩(wěn)健性設計的重點。下面以日益廣泛應用的盤式制動器為例，按照其主要組成構件，從制動盤、制動塊、制動鉗和保持架依次進行有關盤式制動器制動尖叫結構影響因素的綜合分析，為穩(wěn)健性設計評述奠定基礎。

1.1 制動盤結構參數(shù)的影響

制動盤是制動器重要的摩擦副組成部件之一，一般采用灰鑄鐵鑄造而成，由制動盤面、帽部和通風散熱筋構成，具有回轉對稱的結構特點，如圖1所示。近年來，為了達到更好的散熱性能，逐漸由實心盤向通風盤轉變。制動盤的結構參數(shù)對于制動尖叫具有重要影響，一方面是因為其表面積大，是主要的聲輻射源；另一方面，在1～16 kHz的頻率范圍內，制動盤具有幾十階面內模態(tài)和面外模態(tài)，模態(tài)密度較大，成為制動器產生模態(tài)耦合的重要來源。

國內外有關制動盤結構參數(shù)對制動尖叫的影響研究主要集中在制動盤結構尺寸、材料屬性和表面形貌的影響（表1）。通過表1可以看出：

（1）從研究方法來看，包括了部件模態(tài)試驗與實模態(tài)有限元計算、制動器復模態(tài)計算以及制動器尖叫的臺架和道路試驗方法。

（2）從研究發(fā)現(xiàn)來看，改變制動盤盤面、帽部以及通風散熱筋的結構尺寸都會產生結構模態(tài)頻率的移頻，從而對特定的結構模態(tài)頻率產生影響，進而改變尖叫性能；不同的盤面開槽方式或者不同的表面形貌，則會同時對摩擦系數(shù)、接觸壓力以及制動尖叫性能產生影響。

1.2 制動塊結構參數(shù)的影響

制動塊是制動器另一重要摩擦副部件，工作時與制動盤面直接接觸，產生摩擦力作用。制動塊分為活塞側和鉗指側制動塊，一般由金屬制動背板、石棉/半金屬基摩擦襯片和消音片構成，如圖1所示。

在1～16 kHz的頻帶內，制動塊的模態(tài)密度不高，且其結構形狀以及模態(tài)振型對接觸狀態(tài)具有重要影響，是制動器模態(tài)耦合產生尖叫的關鍵因素，因此歷來是制動器尖叫設計的關注重點。針對制動塊多樣化的結構形式及不同的材料屬性對制動尖叫的影響，廣大學者開展了大量的研究（表2）。通過表2可以看出：

（1）從研究方法來看，涵蓋了部件模態(tài)試驗與實模態(tài)有限元計算、制動器復模態(tài)的計算、制動器多柔體動力學計算方法，以及接觸壓力測量試驗、制動器尖叫的臺架和道路試驗方法。

（2）從研究發(fā)現(xiàn)來看，改變制動背板的結構尺寸和材料屬性主要會產生結構模態(tài)移頻，影響制動尖叫；摩擦襯片的總體尺寸變化、開槽、倒角以及材料屬性的變化則會產生模態(tài)頻率與模態(tài)振型變化、接觸壓力分布變化等綜合效應，進而全面影響制動尖叫傾向性的變化；消音片的不同結構型式、尺寸以及材料屬性會對阻尼效應以及接觸壓力分布都產生重要影響，進而影響制動尖叫的強度與特性。

1.3 制動鉗結構參數(shù)的影響

作為制動塊的壓緊裝置（圖1），制動鉗本身具有較大的質量和剛度，其結構參數(shù)的改變會引起制動器尖叫性能發(fā)生變化，但由于制動鉗的結構復雜不規(guī)則，前期研究開展較少（表3）。由表3可知：研究主要集中在部件剛度參數(shù)以及接觸剛度的影響方面，研究方法也以有限元計算和臺架試驗為主。連接剛度與接觸剛度的改變會產生移頻效應和接觸壓力變化效應，進而影響制動尖叫。

1.4 保持架結構參數(shù)的影響

保持架固定于轉向節(jié)上，結構如圖1所示。制動器工作時，制動鉗沿導向銷相對于保持架軸向滑動。作為制動器主要的固定、連接部件，保持架的結構參數(shù)對制動尖叫也有較大影響。目前的研究主要圍繞保持架的結構形式及尺寸展開。從前期研究來看，改變保持架的體積、橫梁剛度以及加設加強肋等，都會對制動尖叫的優(yōu)化發(fā)揮一定的作用。

1.5 影響因素研究的綜合評述

國內外研究者針對制動器結構參數(shù)對制動尖叫的影響開展了大量的研究工作，取得了重要的研究進展，但是也存在以下幾個方面的缺陷。

（1）研究手段主要集中在有限元計算上，而臺架試驗和道路試驗開展的相對較少，嚴重影響研究結論的準確性和實用性。這主要是因為按照不同的影響因素進行不同水平的部件試制以及試驗會造成很高的研究費用和研究周期，實現(xiàn)比較困難。

（2）研究時往往針對某一特性尖叫頻率或者籠統(tǒng)地針對全頻率范圍進行尖叫傾向性的計算與評價，而沒有針對不同的頻段進行有針對性的研究，這不僅不利于深入揭示不同頻率尖叫的發(fā)生機理與影響因素，也妨礙了有針對性的結構參數(shù)設計。

（3）前期研究基本都是在確定性的假設條件下，假設影響因素參數(shù)都具有理想的可控性，而忽略了參數(shù)的時變性、隨機性和不確定性特點，因此，設計結果與試驗結果往往存在很大的不一致性，也嚴重影響控制措施的有效性。

2 制動尖叫的穩(wěn)健性設計研究現(xiàn)狀

2.1 研究現(xiàn)狀

目前，國內外針對制動尖叫開展的穩(wěn)健性設計研究還很少，且主要集中在國外。下面對該領域的研究進展進行文獻綜述。

1999年，福特公司Yu-Kan Hu，Kevin Zhang和CAE軟件公司Sanjay Mahajan[42]建立制動器系統(tǒng)的有限元模型，將瞬態(tài)動力學分析法和試驗設計法相結合，優(yōu)化制動器的尖叫性能。他們選取6個對制動尖叫有較大影響且相互獨立性強的可控因素作為設計變量，分別是制動鉗鉗指厚度、摩擦襯片開槽、摩擦襯片倒角、摩擦材料、制動盤厚度、摩擦襯片厚度。通過正交試驗表進行仿真分析，通過仿真結果得到尖叫強度因子，并以尖叫強度因子為評價指標（優(yōu)化目標），研究各設計變量對制動器尖叫性能的影響，以及不同設計變量之間的相互作用對制動器尖叫性能的影響，確定尖叫性能最優(yōu)的設計變量組合。

Yu-Kan Hu等人的研究[42]雖然將試驗設計方法應用于制動尖叫問題，改善了制動器的尖叫性能，具有重要的指導作用和借鑒意義，但其研究過程中并未考慮噪聲因素的影響，優(yōu)化結果不具有穩(wěn)健性。2003年，美國通用公司Pravin Kapadnis等人[43]基于制動器系統(tǒng)復特征值分析，將田口方法應用于制動器尖叫性能的改善。他們選取的設計變量是散熱筋高度、散熱筋旋轉角度及制動塊厚度，而將線性阻尼系數(shù)和摩擦系數(shù)視為噪聲因素，以制動器系統(tǒng)復特征值實部的最大值為設計目標變量，利用正交試驗設計和數(shù)據(jù)分析，確定了各設計參數(shù)對制動器尖叫性能的影響，并確定了最終的穩(wěn)健性參數(shù)組合方案。Kapadnis等人考慮了設計結果的穩(wěn)健性，但是沒有對穩(wěn)健性設計方案的效果進行實際驗證。

與Kapadnis等人的研究不同，M Nouby，

D Mathivanan和K Srinivasan等人[44]建立了只包含制動盤和制動塊的簡化的制動器有限元模型，通過響應面法進行制動尖叫的穩(wěn)健性設計。研究時，他們重點針對6 200 Hz的尖叫頻率，選取制動背板的楊氏模量、背板厚度、襯片倒角、襯片上兩槽間的距離、槽的寬度及槽的角度為設計變量，以負阻尼比為目標變量，經過部分析因設計和中心復合設計[45]，計算并擬合出目標變量與設計變量之間的響應面，并根據(jù)該響應面分析各設計變量對尖叫性能的影響，從而實現(xiàn)了基于響應面法的對尖叫的預測和改善方法。

同樣采用響應面法進行制動尖叫研究的還有密歇根大學的Heewook Lee[46]和亞拉巴馬大學的

Yi Dai[36]。Heewook Lee[46]將復特征值法、靈敏度分析及響應面法相結合，通過對制動器部件模態(tài)和制動器系統(tǒng)復特征值的分析，得到使尖叫性能最優(yōu)的制動器結構參數(shù)組合。Yi Dai[36]則基于復特征值法和響應面法，同時引入了神經網絡算法，對制動塊的開槽方式進行優(yōu)化，改善了制動器的尖叫性能。

此外，Andreas Wagner等人[47]將改善制動器尖叫性能的措施定量化，提出以尖叫主頻附近的特征頻率分離的最小范圍為評價指標，指導制動尖叫的穩(wěn)健性設計。

2.2 存在的問題

前期針對制動尖叫的穩(wěn)健性設計研究雖然取得了初步進展，但總體上還處于探索階段，而且存在以下幾個主要問題。

（1）選取的設計變量較少，尚未針對所有的制動器結構參數(shù)進行尖叫穩(wěn)健性的設計與分析。

（2）未能充分考慮不可控噪聲因素的影響，例如制動器熱機耦合效應、摩擦接觸時變效應等的影響。

（3）未能提出合理的、統(tǒng)一的評價指標，復特征值實部最大值、負阻尼比及特征頻率分離的最小范圍等指標均不能完全可靠地反映全頻段內的制動尖叫特征。

（4）僅在參數(shù)確定的假設條件下進行穩(wěn)健性設計，未能根據(jù)工程實際考慮各參數(shù)的概率分布特性。

因此需要建立更加科學合理的評價指標作為目標參數(shù)，考慮更多的影響因素，引入最新的穩(wěn)健性設計方法進行制動尖叫的穩(wěn)健性研究與設計。為此，下面對穩(wěn)健性設計方法的研究進展進行概述。

3 穩(wěn)健性設計方法研究進展

穩(wěn)健性設計方法的研究始于二戰(zhàn)后的日本，田口玄一提出的田口方法奠定了穩(wěn)健性設計的理論基礎[48]。在田口方法的基礎上，經過廣大學者的不斷完善和改進，相繼提出了很多新的穩(wěn)健性設計方法。例如，在基于試驗設計的傳統(tǒng)穩(wěn)健性設計方法方面，Shoenaker提出的響應面法[49]，減少了穩(wěn)健性設計所需要的試驗次數(shù)；Vining等人將田口方法與響應面模型有機結合，提出雙響應面法[50]，避免了信噪比的計算；Pregibon提出廣義線性模型法[51]，用于處理參數(shù)設計中不滿足回歸模型中假定方差齊性的要求時的方法。

近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，工程模型被廣泛地應用于設計，在此基礎上發(fā)展形成了基于工程模型和優(yōu)化技術的工程穩(wěn)健優(yōu)化設計方法，可用于有約束的穩(wěn)健性設計問題，主要有容差多面體法[52]、容差模型法[53]、隨機模型法[54]、最小靈敏度法[55]等方法。

兩大類型的穩(wěn)健性設計方法及其發(fā)展歷程如圖2所示。其中，田口方法、響應面法、雙響應面法和隨機模型法的理論研究較為深入且工程應用廣泛，本文將對這4種方法作重點介紹。

3.1 田口方法

田口方法由日本的田口玄一于20世紀70年代提出，是一種以試驗設計為基礎提高與改進產品質量的設計方法，是目前最為成熟、最基本的穩(wěn)健性設計方法 [8-9，48]。田口玄一提出了質量損失函數(shù)和信噪比的概念，通過正交試驗設計來確定產品參數(shù)值的最佳水平組合。田口方法通常主要適用于少參數(shù)、單質量指標和無約束問題[48，56-57]。

田口方法的優(yōu)點是可以定量計算出產品性能對設計參數(shù)的敏感度，設計變量可以是連續(xù)變量、離散變量、非數(shù)值變量。其缺點則主要在于：必須事先知道最優(yōu)解的大致范圍和水平，即對優(yōu)化時的初始點要求較高，否則就要進行多輪正交試驗；信噪比的公式概念模糊，在應用中存在缺陷；按正交試驗表進行試驗需要多次試驗，設計周期長[5-6，48-50]。

近半個世紀以來，田口方法不斷完善和發(fā)展，研究的方法和技術手段越來越簡化、巧妙，并有相應的商業(yè)化軟件包出現(xiàn)，如RPDPACK軟件[58]，應用范圍也不斷擴大。

3.2 響應面法

響應面法是Shoenaker等人于1991年提出的一種以試驗設計為基礎，用于處理多變量問題建模的統(tǒng)計處理方法，其基本思想是通過近似構造一個具有明確表達形式的多項式來表達隱式功能函數(shù)[49]。響應面法是數(shù)學方法和統(tǒng)計方法結合的產物，用來對所感興趣的響應受多個變量影響的問題進行建模和分析，其目的是優(yōu)化響應[49，59-61]。

響應面法克服了田口方法需要預先知道解的大致范圍的不足，擬合響應面需要的試驗次數(shù)也較少。但是，響應面法對試驗數(shù)據(jù)非常敏感，數(shù)據(jù)的缺失會對結果造成較大影響；當參數(shù)維數(shù)較高時，模型的擬合將非常復雜和困難[59-62]。

隨著計算機性能的提高，響應面法被頻繁用于解決各種工程問題，如優(yōu)化設計、可靠性分析、動力學研究及工程過程控制等。然而，目前將響應面法應用于制動尖叫問題的實例并不多見，只有一些初步的嘗試，如M Nouby等人的研究[44]。此外，在仿真軟件Hyperworks及車輛動力學軟件ADAMS中有內含的響應面法軟件包，可直接用于制動器模型的仿真，但這些程序都有待進一步完善和繼續(xù)研究[27，59]。

3.3 雙響應面法

雙響應面法是Myers等人于1973年提出，Vining等人于1990年將其用于穩(wěn)健性設計。其基本思想是將輸出特性的均值和方差各建立一個響應曲面模型，以其中一個為目標，另一個為約束條件進行優(yōu)化[50]。

雙響應面法的優(yōu)點是數(shù)學提法嚴格，用均值和方差的響應面模型代替了田口方法的信噪指標，設計結果更加準確可信，可以充分考慮影響因素間的相互作用，而且求解精度較高。其不足之處在于：難以同時獲得均值最優(yōu)和方差最小的結果；建立響應模型時，部分關鍵參數(shù)需要靠經驗得出，會帶來試驗和計算上的反復；當參數(shù)維數(shù)較高時，模型的擬合也將變得非常復雜和困難[6，50，60-61，63]。

自雙響應面法提出以來，廣大學者相繼對其進行了改進和發(fā)展，并大量用于工程實踐。如大連理工大學的許煥衛(wèi)將多項式響應面與神經網絡響應面結合，提出混合響應面模型，減小了計算量并提高了計算精度[61]；Dennis K. J. Lin等人采用均方差準則，用均方差將均值的平方與方差統(tǒng)一到一個表達式中，從而將均值與方差的響應面模型有效地結合，解決了同時優(yōu)化兩個響應面時存在的沖突[64]；李玉強等人將質量管理中的6σ設計理念與雙響應面法結合，構造了基于雙響應面模型的6σ穩(wěn)健設計方法，取得良好的效果[65]。然而，目前尚未出現(xiàn)應用雙響應面法改善制動器尖叫性能的實例，有待嘗試和探索。

3.4 隨機模型法

隨機模型法是將優(yōu)化技術、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、計算機技術相結合，處理含有隨機因素工程問題的方法。其基本思想是：考慮各種隨機因素對產品質量的影響，把產品質量設計表示為一個隨機模型，通過求解該隨機模型，同時確定產品設計參數(shù)及其容差，使產品保持性能指標穩(wěn)定[66-67]。

在工程實際中，可控因素和不可控因素大多具有隨機性，因此隨機模型法具有重要的工程應用價值；其不足之處在于隨機模型的建立和求解過程復雜，實際中不得不采用近似的數(shù)據(jù)和算法，降低了計算結果的精度[5-6，68-69]。

隨著計算機技術的發(fā)展和多學科的結合，隨機模型法也得到改進和完善，并在工程問題中得到廣泛應用[6，54，70]，如工程結構的穩(wěn)健性設計[69]，零缺陷設計模型[71]等。相應的軟件系統(tǒng)如SOD[72]等的出現(xiàn)，也促進了隨機模型法的發(fā)展和應用。遺憾的是，目前的制動尖叫的穩(wěn)健性設計并未考慮設計參數(shù)的隨機性，因此隨機模型法在制動尖叫的穩(wěn)健性設計中將具有重要價值及急需深化的應用研究。

3.5 穩(wěn)健性設計綜合評述

從以上穩(wěn)健性設計方法介紹與分析可以發(fā)現(xiàn)：

（1）目前的各種穩(wěn)健性設計方法仍然存在諸多的缺陷，尚未發(fā)展成為完全成熟的實用工程設計技術。例如，田口方法試驗次數(shù)過多，對優(yōu)化初始點要求高且信噪比存在缺陷；響應面法對試驗數(shù)據(jù)非常敏感，模型擬合較為困難；雙響應面法難以同時獲得讓人滿意的均值和方差結果；隨機模型法雖然考慮了設計參數(shù)的概率分布特性，但建模和求解過程復雜，求解精度低。

（2）進行具體工程問題的穩(wěn)健性設計時，一方面可以結合具體工程問題的特點對已有的穩(wěn)健性設計方法進行改進，例如進行多目標的穩(wěn)健性設計[62]，建立均方差準則[64]以及采用新的評價指標[73]等，以彌補原有方法的不足；另一方面，應考慮不同的穩(wěn)健性設計方法的結合，以及穩(wěn)健性設計與其它學科的結合[6，71]，充分發(fā)揮各方法互補優(yōu)勢，獲得滿意的工程設計結果。

4 討論與結論

制動尖叫的穩(wěn)健性設計會涉及設計變量、干擾因素以及性能目標的選擇，以及最適合的穩(wěn)健性設計方法的應用。下面從這幾個環(huán)節(jié)進行討論，并指出未來的制動尖叫穩(wěn)健性設計研究重點。

（1）制動尖叫的結構影響因素眾多，但是目前針對這些因素尚未開展系統(tǒng)的穩(wěn)健性設計，而以參數(shù)靈敏度分析為主進行制動尖叫的設計與控制，嚴重影響制動尖叫控制的實際效果。因此，建議一方面針對特定的尖叫頻率進行盡可能多因素的穩(wěn)健性設計，同時建立全頻段的設計指標，確保制動器全頻段內的制動尖叫性能。

（2）制動器的影響因素，無論是可控因素還是不可控因素都由于加工制造誤差、運行條件變化等的影響具有顯著的時變性、隨機性和不確定性特征。因此，在進行穩(wěn)健性設計的研究時必須改變原來的確定性假設條件，進行不確定性假設條件下的穩(wěn)健性設計方法研究與應用。

（3）目前的制動尖叫穩(wěn)健性設計尚處于初始的萌芽探索階段，具有很大的研究前景。穩(wěn)健性設計方法包括基于試驗設計的傳統(tǒng)穩(wěn)健性設計方法和基于工程模型與優(yōu)化技術的工程穩(wěn)健性設計方法。這些方法具有各自的優(yōu)缺點，建議在制動尖叫的穩(wěn)健性設計實際應用中，結合不同方法的特點建立組合方案或者改進方案，以達到預期的設計效果。

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