自動化技術發展趨向——採索澳門工業的未來
陳偉基(澳門大學科技學院副教授)
Industrialization from the Perspective of Automation：The Future of Industries in Macau
This paper focuses on the development strategy of the industries in Macau. Three issues are discussed in this paper.
1. The computer, integrated manufacturing systems (CIMS) are introduced. CIMS are the advanced automation techniques adopted by the industries of developed countries in recent years. CIMS have been adopeted by machine manufacturers, and by power, transportation, communication, costume and hotel systems. The functions of CIMS include the design and manufacture of products and also the management of the whole factory. The mail goals of CIMS are to improve the quality of the products, lower the cost of production, and minimize production time, so that the industries can compete more vigorously in international markets. Based on specialists' projections, CIMS are one of the most important tools for industrial automation in the future.
2. In this paper the economic environment, the social environment, the development prospects, and the evolution of technique development of CIMS are analyzed.
3. The development strategy of industries in Macau should be to adopt advanced automation techniques.
近年來在一些工業發達國家的現代化工業中廣泛採用帶有電腦的自動化技術，例如在產品設計和工藝設計等方面發展了電腦輔助設計系統(ComPuter Aided Design簡稱CAD)，在工藝製造過程方面發展了電腦輔助製造系統(Computer Aided Manufacturing簡稱CAM)，在生產和管理方面發展了應用電腦的管理信息系統(Management Information Systems簡稱MIS)。電腦應用的進一步發展则將上述電腦辅助設計子系統、辅助製造子系統和管理信息子系統綜合成一個相互聨係的複雜的大系統，稱之爲電腦集成製造系統。(Computer Integrated Manufacturing systems簡稱CIMS)。電腦集成製造系統，不局限於“製造業”的生產部門(如機械製造、服裝製造)，同時，也可以應用於電力系統、交通運输、通訊系統和酒店系統等非製造業的生產部門。CIMS的職能通常包括全廠產品的設計、製造和管理。它的目的就是使工廠能在最短的時間內、用最低的成本生產出高質量的產品以適應國際市場競爭之需要。
在建成CIMS後其效益是顯著的，根據國統計資料CIMS的主要效益爲：
1.產品質量提高(減少廢品數量) 200~500%
2.交貨時間縮短 30~60%
3.生產率提高 40~70%
4.設備利用率提高 200~300%
5.工程設計費用減少 15~20%
6.增強工程技術人員分析問題的廣度和深度 3~35倍
7.減少人力 5~20%
根據専家們的預測，CIMS是未來工業自動化發展的重要工具。因此，今天許多工業發達國家正在製造龐大的國家級電腦集成製造系統硏究發展計劃，以加速本國電腦集成自動化工廠技術的發展。這些計劃包括集成製造軟件系統，單元製造和成組技術(Group Technology)，製造過程和設備的電腦控製、機械人、柔性製造系統(Flexible Manufacturing Systems简稱FMS)、物料需求規劃(Material Requirements Planning 簡稱 MRP)、適時系統(Just in time簡稱JIT)和電腦集成自動化工廠原型等。
本文將借鑒國外CIMS自動化技術發展的趨向分析，探討澳門工業發展的方向。
一、外國CIMS技術發展的經濟和社會環境
1.國際上，市場競爭日趨激烈。以美國爲例，在全球性的經濟大戰中，60年代美國處於世界經濟金融的頂峰，佔有世界機械製造市場的75%。到70年代末，美國僅保持世界機械製造市場的17%。爲了適應市場競爭的需要生產出滿足用戶要求的多品種，小批量，高質量和低價格的產品，美國把希望寄托在CIMS上。
2.在典型的工業化國家，當製造業佔國民生產總値(GNP)的1/3時，服務業佔(GNP)的1/2。但是，服務業並没有眞正創造財富，因此機械製造業負責貢獻出典型工業化國家眞正生產財富的2/3，其餘1/3來自耗取自然資源的產業(諸如農業，漁業和礦業)以及建築業。1980年，美國製造業約佔GNP的23%，耗取自然資源的工業和建築業約佔11%，服務業約佔GNP的66%。製造業創造全國眞正財富的68%(約2/3)。在服務部門(非眞正生產財富)中，人民生活，居住水平和社會經濟福利的提高均有賴於眞正生產財富部門的支持，所以製造業造價的降低將是這些國家優先考慮的內容。現在人們普遍地認爲：電腦集成製造系統的應用將對降低製造業的造價具有較大的潛力，因此，所有工業化國家都盡可能快地發展和實現電腦集成製造技術。
3.影響製造業的社會環境是即將到來的後工業社會，在這個社會中比較重要的動向之一是：人們不願意從事製造業這類工作。目前在工業化國家，願意在服務業中做工的人數和製造業相比，正穩定地增加。在那些國家中，從前工業社會到工業社會已較早地出現對工作類型偏愛的傾向。例如，在美國，當19 世紀製造業發展的時候，受僱於農業勞動力的百分比逐年下降，到1976年約佔4%。但是，近年來製造業勞動力有所下降，從1947年佔勞動力總數的30%，下降到24.9%(1968年)，據美國蘭德(RAND)公司預測，在2000年以前受雇於製造業的工人僅佔勞動力總數的2%。缺少製造業工人將成爲世界上所有工業國存在的問題。這種勞動力的轉移將是慢慢地，穩步地發展。爲了發展和維持製造業的生產，電腦集成製造系統早已展示出潛力。
由於經濟和社會環境對製造業的影響，所以世界上許多工業國家(例如美國、西德、日本等)正對電腦集成製造系統進行巨大的硏究和發展計劃，並且常常由國家一大學一企業等單位共同合作來完成。中國大陸和香港也在建造大型的CIMS實驗進行硏究和發展。
二、國外CIMS技術的預測：
近年來，國外較多地應用Delphi法對製造業的前景進行技術預測，以下介紹幾個預測的結果：
1.1977~1987年美國製造工程師協會應用Delphi法對製造業的材料加工，製造系統和装配進行了預測，從133個事件中，有99個(74%)預測電腦集成工廠即將到來，結論如下：
①1985年以前：將装配操作和其它機械操作相結合，使電腦輔助製造系統成爲可能。在該専門小組所提供的公司中，有25%在製造計劃方面(其中包括加工次序，選擇機床和夾具，選擇操作順序，刀具選擇，選擇最優切削條件等)，將全部應用工序的自動化控制和最優化控制電腦軟件系統。
②1987年以前：15%的機床將不作單機使用，而將成爲多功能製造系統的一部份並由中央過程電腦控制。
③1990年以前，傳感器技術的發展將使装配用的機械人更加接近於人的能力，50%新的装配綫的設計將採用電腦輔助設計技術。
④1995年以前：汽車總装50%的直接勞動將被程序自動化代替。
上述結論預示着本世紀末之前，電腦集成自動化工廠將可能實現。
2.1986年美國波音(Boeing)公司對CIMS單元技術的預測如下：
①視覺系統：達到柔性現場分析判斷，全自動知識獲取和數據庫的現代化。(2005年)
②語音系統：將使自然語言處理接近人的理解水平。(2005年)
③知識庫系統：實現利用専家系統處理中間知識。(2010年)
④計劃系統：達到複雜的物理機理和過程的功能及操作的推理，應用模擬的推理和連續時間的推理。(2010年)
⑤機械人系統：達到自治，應用有限的超視覺，柔性現場分析，判斷和高水平的計劃功能進行自動調節。(2005年)
⑥電腦系統：採用人工智能的大規模多用途的分佈處理系統(2005年)
3.1987年國際應用系統分析硏究所(IIASA)對CIMS的單元技術及它的發展進行預測，其結果如下：
①微電子技術的預測：微電子的發展將成爲機器控制，機械人，傳感器和CIMS的其它部份提供運算能力和信息處理能力。爲了提高運算能力，一方面可以通過改進或採用新的元件技術，如：硅、砷化鎵、光電子和超導等，另一方面還可以採用高效率的結構設計。
a.硅技術：存儲器和處理器的性能價格比在未來10年得到改進。
b.砷化鎵：(處於原始階段)和硅元件相比，速度提高5倍，價格也高5~10倍。(1995－2000年)
c.光電子：(處於實驗階段)光學，市場以每年40%的高速度增長。
d.新技術創新：(高效結構設計)將使電腦主機和內部存儲單元性能顯著提高。
②CAD/CAM和人工智能的預測：
a.視覺系統：可變形目標，不規則移動的現場分析判斷，自動知識獲取和數據庫現代化。(2020年)
b.過程計劃：適時系統(JIT)生產和生產計劃等(1990－2000年)。分散的専家系統，過程複雜的知識庫(2000－2010年)。知識庫的綜合和通訊，一般模式和専家系統(2010年)，函數推理和複雜生產過程的操作，模擬推理，連續模式的討論，中間知識的應用，複雜的相關模型。(2020年)
③加工及装配過程技術預測：
a.機械工具的“硬性”智能化，自動化(機械人)。(2000年)
b.整個技術過程的柔性集成。(1990－2000年廣泛應用)。
c.自適應調節系統：製造單元自動化，JIT，智能檢測，知識庫應用。(2000－2010年以後在最先進的工廠實現)。
④CIMS的預測工作：
首先爲CIMS製定下述評價指標，並把這些指標分成四個組(勞動，資本，質量和柔性)然後進行預測，其結果如下：
三、國外CIMS技術發展進程：
全部電腦集成系統的實現是工業化國家的長期目標。爲了能夠從今天的工業方法，技能和設備起步到達這個目標，需要一個“逐步進化”發展的過程，而不是一個“大改變”的過程。爲此，國外對CIMS提出了短期硏究發展的策略，並根據國情製定近期的發展CIMS單項技術和逐步集成的硏究計劃。
1.國外CIMS短期硏究和發展策略：
①要考慮有足夠的經濟效益，以便自身能進行調整和支持下一個系統的投資。
②要從整體考慮，最後能使整個電腦製造系統實現電腦自動化，最優化和集成化。
2.國外CIMS近期的硏究計劃：
①發展集成製造軟件系統的單個軟件模塊，這些模塊最後應能相互連接，並適用於各種製造業的軟件系統。這項硏究工作在美國，日本，西德，挪威和經互會的國家正在迅速展開。
②發展和應用單元製造和成組技術作爲分級電腦系統和柔性製造系統發展的基礎。這些工作在美國、日本、西德、荷蘭、挪威、比利時和經互會國家正在進行。
③發展和應用刀具和工件的自動處理，機器操作和各種製造過程的電腦控制機械人。這項工作在日本、美國、西德、挪威、瑞典、蘇聨、比利時、捷克、匈牙利正在進行。
④發展和應用電腦控制的柔性製造系統(FMS)。這項工作在日本、德國、蘇聨、美國、比利時、捷克、匈牙利和挪威都在發展。
⑤計劃和發展電腦——自動化工廠原型。這項工作在日本迅速進行，日本正建立自動化工廠，計劃10人完成一般工廠，700~800人的工作。美國100人以上的製造公司55000個，其中97%着手進行電腦集成工作，大約1%初步實現CIMS。另外一些西歐國家，經互會的國家和蘇聨也已計劃實施。
3.實例：
挪威是一個小國，目前它的漁業工業迅速地退 化，農業進一步實現機械化，這些因素使挪威的農業地區嚴重地缺少就業機會，而在城市，願意做製造業工作的人正在減少，農業地區的人口正往城市轉移，挪威政府提出解決這個問題的計劃。
①在農業地區建立製造業工廠，可以雇用那裏的人員就業。
②用“高技術核心”提供給工廠。挪威是當今世界上工資最高的國家之一，爲了滿足製造業在世界市場競爭的需要，製造業產品的生產率和效率要高，而造價要求降低。“高技術核心”是解決這些問題的途徑，它包括成組技術，電腦控制機床，加工中心和機械人，要求工廠每天24小時自動化地進行生產，第一班職工們僅用5－15分鐘進行工作(制訂電腦辅助計劃，生產計劃，作業表，熱處理，離線單元過程自動化監測和貨架上零件的自動装卸等)。其它兩個班自動地運行。
四、借鑒國外自動化技術的發展探討澳門工業發展的方向。
1.澳門經濟發展仍需依賴工業。
製造、旅游、服務和金融是澳門經濟發展的四大支柱。，1987年它們佔GDP百分比分别爲製造業29%，旅游業26%，服務業22%，金融業6%。近年來製造業有下降趨勢，1989年，製造業佔GDP的27%，旅遊業佔28%。據一般推測，1990年出口加工業可能下降到26%，而旅游博彩業可能達到36%。儘管近年兩者所佔比重有升有降，但製造業仍然是提供了本地區大部份的外匯收入來源。1990年澳門工業出口(主要是製造業產品)總値136038億澳元，即支付了所有生產和生活資料進口(總値123.43億澳元)，又對增加澳門外匯儲備，穩定澳門貨幣等具有重要意義。此外，製造業還提供了本地區大部份的就業職位。1992年全澳勞動人口估計爲17.8萬人，其中製造業佔32.6%。借鑒前述工業國家的經驗，如美國1980 年即使製造業佔GNP23%，服務業佔66%，仍努力發展創造財富的製造業。結合澳门的情況，若削弱主要經濟支柱之一的製造業，將造成經濟失調，外匯收入下降，失業人口增加，同時還會間接影響服務業、銀行、金融、運輸、保險等行業的發展，社會的繁榮安定將受到影響。因此，建議政府和投資者繼續支持和促進製造業的發展。
2.自動化生產也是澳門工業未來發展的必然階段。
工業自動化生產是作爲工業化國家爲了適應國際市場競爭的重要工具。此外，在即將到來的後工業社會中，人們不願意從事製造業，製造業工人的短缺，將成爲工業國普遍存在的問題。爲了發展和維持製造業的生產，他們發展了應用電腦的集成製造系統等“高科技”自動化生產技術作爲長期目標，並逐步向這個目標過渡。澳門的近鄰香港正擬向工業自動化邁進。香港早在八十年代初期已出現工業自動化，但其發展卻落後於新加坡、臺灣和南韓，爲了急起直追，香港工業署於1992年透過“香港生產力促進局”完成一份工業自動化硏究報告書，指出自動化生產是保持香港未來競爭力的必然階段。澳門製造業自動化技術應用和現代化生產水平比香港低，技術人才和勞工短缺。爲了適應未來國際市場競爭的需要，澳門製造業也應逐步採用“中、高科技”的自動化生產技術。因此，建議政府有關部門制訂澳門工業自動化計劃，以引導製造業進一步發展。
高級自動化技術投資比較大，國外在應用高級工業自動化技術時也考慮到要有足夠的經濟效益，以便進行調整和支持下一個自動化項目的投資。此外，在逐步實現高級工業自動化過程中，近期從發展和應用單機自動化和成組技術的生產自動線作爲電腦集成製造系統的基礎，同時又從長遠和整體考慮，以便最後能使整個電腦集成製造系統實現自動化，最優化和集成化。澳門製造業中小型工廠較多，資金較小，又受到“九九”問題的影響，投資者不大願意作更大的投資。因此建議澳門政府也像挪威，香港政府那樣把高級自動化生產技術提供給工廠，並抓緊培養高級自動化技術的本地人才。此外，還建議投資者眼光放長遠些，充分利用澳門政治制度長期不變，低税率制度以及幾年之後澳門具備完善的交通運輸和資訊綱絡等有利條件，加強與擁有技術人才和成果的中國大陸以及歐共體成員國之一的葡國合作，增加投資，促進製造業更多採用高級自動化技術，爭取九十年代打好工業自動化基礎，積極迎接未來的經濟發展。
參考文獻
[1] M.Eugene Merchant,The Factory of the Future--Technological Aspect 1980, 101st Winter Annual Meeting of ASME,Chicago,111inois.
[2] Working Group on Microelectronics,1987, Report of the Informal IIAS, Meeting on Technology Forecasting.
[3] Working Group on CAD/CAM Software and AI,1987,Report of the Informa IIASA Meeting on Technology Forecasting.
[4] R.H.Tredgold ,Working Group on Machining, Forming,Joining and Assembly,1987, Report of the Informal IIASA meeting on Technology Forecasting.
[5] Working Group on CIM Systems, 1987, Report of Informal IIASA Meeting on Technology Forecasting.
[6] Comments on Organizing a technology Forecasting Workship,1987,Report of Informal IIA-SA Meeting on Technology Forecasting.
[7] Space Technology,1986, Boeing, Report of Informal IIASA Meeting on Technology Forecasting.
[8] Eric Teicholz,Joel N. Orr.Computer Integrated Manufacturing Handbook,1987.
[9] Hiroyuki Yoshikawa,Computer Integrated Manufacturing--visions and Realities about the Factory of the Future, Computers in Industry 8 (1987) 181--196.
[10] Raymond H.ASH, Manufacturing System Integrated by Information and Control, Control Engineering vol 33 No.5 May 1986.
[11] Stanley B. Gershwin ect. A Control Perspective on Recent Trends in Manufacturing Systems, IEEE Control Systems Magazine, April 1986.
[12] Jay H.Heizer, Manufacturing Productivity:Japanese Techniques Not Enough. IM. Sept--Oct. 1986.
[13]我國發展計算機綜合自動化製造系統(CIMS)的分析与預測。1988.12機械電子部北京機械工業自動化硏究所。
[14]黃漢強：“澳門經濟—今日的發展與未來的趨向”(當前香港經貿情勢與展望座談會)1991，1
[15]楊允中：“澳門與現代經濟增長”澳門經濟學會出版1992，8
[16]楊俊文：“澳門的工業何去何從？”珠江三角洲的區域合作與發展國際學術硏討會論文1992，10
