数字工厂技术

课程简介 数字 :数字，数据 数字化：数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据。 制造：通过 生产对象在几何形状和材料性能上的变化 来为社会提供所需的产品与服务 数字化制造：制造领域的数字化 数字工厂：数字化制造的 载体 名称解读 课程简介 感性认识 课程简介 数字工厂是数字化制造中关键环节之一，数字工厂技术最主要解决产品设计和产品制造之间的鸿沟，降低设计到生产制造之间的不确定性， 在数字空间中将 生产制造过程压缩和提前 ，使生产制造过程在数字空间中得以检验，从而提高系统的成功率和可靠性，缩短从设计到生产的转化时间。 背景 课程简介 了解先进制造技术的发展趋势，数字制造技术特征、概念与发展，数字工厂与数字制造技术之间的关系，数字工厂与虚拟制造之间的关系，理解数字工厂技术在现代制造企业中的作用。 深刻理解数字工厂的概念及其内涵，包括数字工厂的体系框架、数字工厂的基本功能模块；了解数字制造的建模理论。 了解制造系统仿真与优化、虚拟现实技术基本原理与方法；初步掌握工厂、车间、单元设备多层次数字化方法，生产线规划与仿真，数字化装配和数字化质量管理等数字工厂关键使能支撑技术。 了解数字工厂软件技术的发展及应用情况。 目的与要求 课程简介 1.考核方式 学生的成绩由平时成绩和考试 (开卷 )成绩综合评定。 2.教材及参考书 教材： 数字化工厂技术与应用 张浩，樊留群，马玉敏编著 .北京，机械工业出版社， 2006年 4月 教学参考书： 数字制造 周祖德编著 .北京，科学出版社 .2004年 6月 虚拟制造的理论、技术基础与实践 严隽琪，范秀敏，马登哲编著 .上海，上海交通大学出版社 .2003年 8月 课程简介 虚拟制造技术 数字制造的建模理论 绪论 数字工厂支撑技术 数字工厂理论 数字工厂应用技术 3 13 23 3 43 53 6第一章 绪论 1 概述 2 先进制造技术 3 数字化制造内涵与体系 第一章 绪论 -概述 制造技术是当代科学技术发展最为活跃的领域，是产品更新、生产发展、国际间技术竞争的重要手段； 制造业是国民经济最重要的支柱产业，在工业化国家约有 25%的人口从事制造业， 70%80%的物质财富来自制造业； 制造业是我国国民经济的核心和工业化的原动力，我国制造业总产值约占全国 GDP的 42.5%； 世界各发达国家都把先进制造技术列为国家中、长期发展的重大关键技术。 原材料 产品 工艺 能源 知识 技能 工具 制造 与物流有关的加工和装配过程 狭义制造 包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动 广义制造 一、制造与制造业 1. 制造（ Manufacturing) 第一章 绪论 -概述 11 产品制造的全过程 市场需求调研 产品设计开发 产品制造 售后服务回收 产品销售 第一章 绪论 -概述 2. 制造技术（ Manufacturing Technology) 在产品生产中，使 原材料 转化为 产品 过程所施行的 各种手段 的总和，称为制造技术。 运用一定的知识、技能 操纵可以利用的物质、工具 采取有效的方法 手段包括 第一章 绪论 -概述 制造系统 具有特定功能的有机整体 制造过程 硬件 制造过程 软件 硬件 人员 经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程 生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置 软件 制造理论、制造工艺和方法、各种 制造信息等 3. 制造系统 制造系统是制造业的基本组成实体 第一章 绪论 -概述 制造系统特性 软件 硬件 制造系统结构特性 结构特性 制造系统可视为若干 硬件 的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有 软件 支持。 第一章 绪论 -概述 转变特性 主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。 获取阶段 转变阶段 分配阶段 制造系统的物质流 原材料供应者 原材料库存 零件加工 零件库存 装配 成品库存 最终用户 第一章 绪论 -概述 压力加工 油漆 车身装配 内部装饰 驱动桥装配 变速箱装配 轮胎装配 底盘装配 车身安装 最后试验 发动机装配 发动机试验 机械加工 热处理 锻造 熔化 造型 浇铸 压铸 油漆 机械加工 自动线 热处理 汽车生产物流示意图 第一章 绪论 -概述 制造业 可供人们使用和消费的产品行业，是所有与制造有关的企业群体 4. 制造业 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。 第一章 绪论 -概述 制造业生产方式的演变 大批量生产 刚性制造线 多品种小批量 柔性制造 大批量定制 敏捷制造 信息化程度 网络化 设计制造 1960s 1980s 2000s 一、 制造技术的进步和发展 （市场需求不断变化的驱动下） 第一章 绪论 -先进制造技术 制造技术的变化 手工 机械化 单机自动化 刚性自动化 柔性自动化 （在科学技术高速发展的推动下） 一、 制造技术的进步和发展 第一章 绪论 -先进制造技术 工场式生产时期： 18世纪 ， 瓦特发明 蒸汽机 ， 标志第一次工业革命兴起 ， 工业化大生产从此开始 。 手工作坊到以机械加工为中心的工厂生产的转变 。 工业化规模生产时期 ： 19世纪 ， 麦克斯韦 建立电磁场理论 ， 电气化时代开始 。 电气技术与其他制造技术的融合 。 实现了 批量生产 、 工业化规范生产 。 刚性自动化发展时期： 20世纪初 ， 内燃机 的发明 。 福特汽车生产线 ， 泰勒科学管理方法， 标志自动化时代到来 （ 以大量生产为特征 Mass Production） 制造技术的 5个发展时期 第一章 绪论 -先进制造技术 柔性自动化发展时期 ： 二战后 ， 计算机 、 微电子技术 ， 信息技术及自动化技术的发展， 使 中小批量生产 自动化成为可能 ， 并产生了 综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式 。 包括 NC、 CNC、 FMC、 FMS等 综合自动化发展时期： 20世纪 80年代以来，制造技术向 自动化、柔性化、集成化的方向发展。计算机技术和其他应用技术的结合，促进了制造业中的设计、制造和管理在内的单元自动化技术。 设计 ： CAD/CAM， CAPP， CAE， CAT； 管理 ： MRP物料， ERP， TQM； 加工制造 ： DNC， CNC， FMC/FMS， ROBOT； 集成技术 ： CIMS， CE， LP 第一章 绪论 -先进制造技术 至今尚无明确的和一致公认的定义 ， 通过对其特征的分析和多年的实践 ， 可以认为： 二、先进制造 技术 (AMT)定义和特征 先进制造 技术 AMT： 是 制造业 不断吸收机械、 电子、信息、能源及 和现代系统管理技术 的 先进成果 ，综合 应用 于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的 制造全过程 ，以实现 优质、高效、低耗、清洁、灵活 生产，提高对市场的 适应能力和竞争力 的制造技术的总称。 第一章 绪论 -先进制造技术 目标提高制造企业对市场的 适应能力和竞争力 强调 信息技术 、 现代管理技术与制造技术 的有机结合 信息技术 、 现代管理技术 在整个制造过程中综合应用 第一章 绪论 -先进制造技术 先进制造 技术 AMT： 是 制造业 不断吸收机械、 电子、信息、能源及 和现代系统管理技术 的 先进成果 ，综合 应用 于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的 制造全过程 ，以实现 优质、高效、低耗、清洁、灵活 生产，提高对市场的 适应能力和竞争力 的制造技术的总称。 美国联邦政府科学 、 工程和技术协调委员会 （FCCSET） 于 1994年提出 AMT的分类目录 ， 指出 “ AMT 是制造技术和现代高技术结合而产生的一个完整的技术群” 。 其结构体系见下图 。 主体技术群 设计技术群 （产品和工艺 设计技术群） （加工和装配 技术群） 制造工艺技术群 支撑技术群 AMT结构体系 管理技术群 三、先进制造 技术的体系结构 第一章 绪论 -先进制造技术 产品 、 工艺设计 ， 包括： 计算机辅助设计 （ CAD） 适于加工和装配的设计 （ DFM， DFA） 工艺过程建模和仿真 计算机辅助工艺过程设计 （ CAPP） 工作环境设计 符合环保的设计 快速原型制造技术 （ 快速原形法 ） 并行工程 其它 CAD-Computer Aided Design 计算机辅助设计 CAM-Computer Aided Manufacturing 计算机辅助制造 CAPP-Computer Aided Precess Planning 计算机辅助工艺规程设计 第一章 绪论 -先进制造技术 主体技术群之一：产品设计技术群 主体技术群之二：制造工艺技术群 材料生产工艺 加工工艺， 包括： 切削加工 材料热处理 表面涂层与改性 复合材料工艺 铸、锻、压力加工 电子工艺（光刻 /沉积、离子注入等微细加工） 连接与装配 测试与检验 环保技术 维修技术 其它 第一章 绪论 -先进制造技术 信息技术 接口和通信 数据库技术 软件工程 决策支持系统 集成框架 人工智能、专家系统、神经网络 标准和框架 数据标准 产品定义标准 接口框架 工艺标准、检验标准 机床和工具技术 传感与控制技术 其它 支撑技术群 指支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性核心技术，包括： 第一章 绪论 -先进制造技术 管理技术群 其内容主要包括： 质量管理 用户 /供应商交换作用 工作人员培训和教育 技术获取和利用 全局监督与基准评测 其它 第一章 绪论 -先进制造技术 (1)先进制造技术是多学科的融合 传统制造业 网络信息技术 智能理论 控制论 企业管理 信息论 现代制造理论体系 计算机集成制造、智能制造、敏捷制造、网络化制造 第一章 绪论 -先进制造技术 现代制造的特征 (2)先进制造是覆盖产品全生命周期的制造 设计 制造 销售 使用 设计 制造 销售 使用 第一章 绪论 -先进制造技术 现代制造的特征 网络协同化 大型集团企业信息化向网络协同化方向发展 ， 为其在全球范围内优化配臵资源提供支撑 。 系统集成化 骨干企业信息化向系统集成化方向发展 ， 促进企业核心竞争力的提升 。 服务平台化 中小企业信息化向服务平台化方向发展 ， 降低其企业信息化成本 ， 提高其敏捷 、 灵活与快速响应性 。 (3) 信息化与数字化制造 数字化制造是先进制造技术与信息技术相结合的产物，体现了 制造技术的发展趋势和学科前沿； 现代制造的特征 第一章 绪论 -先进制造技术 德国 法国 英国 西班牙 机舱内装饰 前后机身 驾驶舱和中段 机翼 发动机机架 垂直尾翼 水平尾翼 发动机 工装 美国 其它供应商 （ 4）网络协同化： 制造业信息化技术支撑产业链、企业间的国际化协作和全球资源优化配臵，实现集团企业与供应商、经销商和服务商的信息流、业务流的集成。 第一章 绪论 -先进制造技术 现代制造的特征 福特公司 C3P计划强调使用单一的核心系统和产品数据模型，实现设计制造集成。 集成环境 C3P，使得产品数据能够在各个部门间高效传递，大幅度减少了纸制介质的使用，缩短了研发周期。 在 Teamcenter基础上进行二次开发和系统定制，将 PDM向 PLM延伸并实现与ERP系统的有机融合，提供汽车全生命周期的集成平台。 （ 5） 系统集成化： 制造业信息化技术促进企业内部的数据、资源的集成，实现企业内部数字化设计、制造与管理的互连互通，支撑企业核心竞争力的提升。 第一章 绪论 -先进制造技术 现代制造的特征 （ 6） 服务平台化： 以公共服务平台为基础，采用一对多的服务方式，为中小企业提供制造业信息化的应用服务，支持企业的业务过程、实现产业链协作的信息集成。 汽车行业公共数据网络平台（ ANX）为汽车制造厂、多级配件供应商、多级销售商和多级服务企业建立了统一的信息交流环境。 ANX平台大大降低了运营成本，为众多中小企业提供了介入原本只有大型企业才能拥有的采购、销售和服务体系。 ANX：美国 ENX：欧洲 JNX：日本 KNX：韩国 AANX：澳大利亚 TANX：中国台湾 现代制造的特征 第一章 绪论 -先进制造技术 传统制造技术向高精度、高速高效、自动化和智能化方向发展 生物制造与仿生机械：结构、功能、能源与运动机械仿生和仿生制造、生物自生长成形制造；机械超前反馈仿生与制造的科学与技术；生物制造原理和技术；新一代生物芯片制造原理与技术 纳米制造科学与技术：纳米材料制备及其性能测量；纳米尺度加工、制造、测量与装配；纳电子制造与分子原子制造的原理与技术 绿色制造 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 新的制造理念与发展 随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界正经历一场网络化革命 网络化、数字化、全球化、知识化和服务化是制造业面临的挑战 数字化已成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因素。制造业由传统的能量驱动型逐步转为数字信息驱动型 未来的制造业将成为一种信息产业，信息将成为制造业的决定因素，用信息化技术促进制造业的改造已成为时代的潮流 新的制造理念与发展 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 信息在制造过程中的作用 人类大脑 四肢 工具 对象 感官器官 环境 人类体力与智力为主导的制造 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造的概念和发展 信息在制造过程中的作用 人类大脑 手 机器 对象 感官器官 环境 工业革命 -机器时代 数字制造的概念和发展 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 信息在制造过程中的作用 人类大脑 数字指令 控制器 对象 感官器官 环境 计算机时代 -数字控制时代 执行器 传感器 数字制造的概念和发展 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 信息在制造过程中的作用 智能体 控制器 执行器 对象 传感器 环境 信息时代 数字制造的概念和发展 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 装配 有限元分析 机构分析 工艺规划 数控编程 CAD、 CAM、 CAPP、 PDM 制造执行 柔性制造 企业资源计划 供应链管理 客户关系管理 STEP/TCP/IPXML 数字制造的概念和发展 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 波音 777是世界上第一个采用全数字化定义和无纸化生产的大型飞机 依据飞机部件功能划分为 238个综合设计制造小组，共有人员 8000余人 配置 2200个使用 CATIA软件的 IBM RISC6000工作站和9000多台 PC，建立了由 8台主机联网的并行工程环境，支持238小组进行产品设计与信息交换 减少设计更改和返工率 50%以上，降低成本 30%-60%，缩短开发时间 50% 数字制造案例之一 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 设计制造周期大大缩短： 4.5年（波音 757、 767约 9-10年） A380客机 欧洲的骄傲 A380客机是世界上最大的全双层客机，载客量 550人，续航能力 14800公里。 A380客机运行成本可降低1520%，续航能力提高1520%，油耗、噪音和喷射排放等指标都有所降低，是目前世界最先进的客机。 A380客机改变了飞行旅行的概念，已经有新加坡航空公司等 11家定购 129架。 数字制造案例之二 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 Airbus 全球化采购 Airbus 的采购网络遍布全球 30个国家，有 1500家以上的供应商加盟，其中： 40%是美国供应商，其他为欧洲、亚洲、非洲和澳大利亚。 Airbus 采购范围从原材料到飞机结构件和起落架。 Airbus 有完整的采购策略、采购过程和系统，包括规范的加工外包策略和合同政策。 Airbus 建立了采购门户网站 SupirWorld，保证整个供应链采购信息的及时沟通。 数字制造案例之二 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 从设计到飞行实行全线数字化 全球数字协同网络 整个系统实行 PLM 与任何 CAX系统兼容 超级保密，迅即访问 可快速和低风险地扩展 超过 50,000用户 经过验证是优秀可靠的 JSF -各军兵种联合起来，共同研制一种用途广泛、性能先进、通用性好、价格可承受的新一代战斗机 . JSF -联合攻击战斗机 (93-96-2001) 2006亿美元 50+ 公司 /30 国家 3002 架飞机 , 成本控制在 3000万美元 首批交货在 2008年 寿命在 40至 50年 JSF-第一个基于全球虚拟企业制造的飞机项目 数字制造案例之三 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 1.在一条生产线上生产和装配 2.使用同一种通用的支援和维护系统 3.各种型别之间的零部件 /系统 /设备的通用性应在 80%以上 JSF 采用信息技术，建立了全球 50家公司参与研发的数字化协同环境，形成了无缝连接、紧密配合的全球虚拟企业，快速地实现了以数字化技术为研制基础的三种变型、四个军种、客户化程度高的飞机设计。 数字制造案例之三 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 1.建立全球 30个国家 50家公司参与研发的数字化协同平台 2.无缝连接 、 紧密配合的全球虚拟企业和产业链 3.实现了以数字化技术为研制基础的三种变型、四个军种的飞机设计与制造 4.缩短研制周期 50%，降低制造成本 50% C A D C A E C A MC A D C A E C A M设计Hon e y w ellTRWG o od ric h24 ot hersMRPSCMSCMMRO空军海军陆战队国防部F o r t W o r th M a r i et ta Pal md a l e Pt. M u g a诺斯罗普格鲁门英宇航 罗罗公司 普惠公司+数据 /BOM 表项目需求美国协同平台英国 其他 28 个国家和地区JSF 集成产品研制与协同生产的最高典范 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造案例之三 总体外形设计 维护 结构分析 机构仿真 数字预装配 强度分析 管路设计 结构设计 电器设计 复材壁板 数字样机 新支线飞机虚拟样机数字化设计 数字制造案例之四 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造案例之四 载人航天工程是“神六”飞船、火箭、测控通信等高技术产品的成功。 载人航天工程更是 我国自主创新的航天工业能力的成功 。 载人航天工程是在系统工程指导下，全国 110个研究所、3000多家单位大协作的成功 。 “ 神六”测控图 载人航天工程是当今技术最复杂、难度最大的系统工程，融合与集成了众多的最新技术成果， 是产品自主创新和先进工业能力的典型代表 。 数字制造案例之五 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造案例之六 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 探月工程 数字仿真与模拟 微观过程数字化： 制造工艺过程知识的获取以及进行制造工艺自主设计和优化控制 宏观过程数字化： 生产系统的布局设计与实际优化运作的数字化 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 用数字化定量、表述、存储、处理和控制方法，支持 产品全生命周期 和企业的全局优化运营，以制造过程的知识融合为基础，以 数字化建模仿真 与优化为特征；它是在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库等技术支撑下，根据用户的需求，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现 对产品设计和功能的仿真以及原型制造 ，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过程。 数字制造的概念 数 字 化 模 型 及 信 息 模 型网 络 制 造以设计为中心的数字制造以制造为中心的数字制造以管理为中心的数字制造数 字 制 造计 算 机 集 成 制 造虚拟制造快速制造I n t e r n e t / I n t r a n e t数字制造的概念轮图 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造的概念 以制造为中心的数字制造观 来源于数字控制技术与数控机床是数字制造的基础； 多台数控机床和工业机器人协同工作，形成柔性制造单元，若干柔性制造单元形成柔性制造系统，以数字量 实现加工过程的物料流、加工流和控制流的表征、存储和控制 通过网络技术将每台设备作为一个节点实现一个车间或多个车间的生产过程自动化 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 三种数字制造观 以设计为中心的数字制造观 由于计算机的发展以及计算机图形学与机械设计的结合，产生了以数据库为核心，以交互式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的计算机辅助设计系统（ CAD）； 将 CAD的产品设计信息转换为产品制造、工艺规则信息，进一步形成面向产品设计、制造、工艺、管理、成本核算等所有信息数字化； 计算机网络技术的高速发展形成了支持异地协同跨平台、区域的群体智能协作 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 三种数字制造观 以管理为中心的数字制造观 根据不断变化的市场信息、用户订货和预测，从企业全局和长远利益出发，通过决策模型，评价企业的生产和经营状况，预测企业的未来和现阶段的运行状况； 出现了能够覆盖整个企业从产品的市场需求、研发、设计、制造、销售、服务、维护等生命周期中信息的产品数据管理系统，从而实现以产品和供应链为核心的过程集成； 形成了以 ERP为中心的 MRP/PDM/MIS/ERP等技术集成 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 三种数字制造观 数字制造 宏观数字制造 微观数字制造 制造资源、环境、服务等数字化 生产系统布局设计与实际优化运作 产品营销、维修、使用等数字化 决策支持系统 QFD、 CAD、DFX、 VM、 RP、CAE、 CAM、CAPP NC、 MC、 CNC、 FMC、FMS、基于 Web制造、无纸化制造、远程协同 最终产品 数字制造信息支持技术： IGES、 STEP、 MRP、 MIS、 PDM。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 决策支持 数字设计 计算机辅助工程 管理调度 市场与客户 维修与报废 数字制造 数字制造的概念体系 标准化 数据库 建模仿真 知识管理 监控调度 通信网络 信息网络技术 数字装备 制造工艺 材料资源 制造技术与装备 信息科学 管理科学 控制科学 制造科学 基础理论和科学问题 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造关键技术 1.数字制造技术标准及实施规范 2.制造信息学 3.数字制造建模与仿真工具 4.网络化制造 5.数字装备 6.数字制造中的知识管理与应用 7.以可视化为代表的人机交互技术 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造内容 设计 数字化 过程 数字化 资源 数字化 实际 数字化制造 过程体系 制造活动 数字样机 建模体系 数字样机 虚拟试验和 制造体系 数字化工厂与数字化制造系统 扩展企业 单独企业 数字车间 数字制造单元 设计方法学 产品数字模型 试验建模 VR方法 管理数字化 装备数字化 服务 数字化 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造体系 管路设计 强度分析 结构分析 数字预装配 CAM 装配过程仿真 装配过程仿真 生产过程仿真 设计数字化 通过实现产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，促进产品的数字化，提高企业的产品创新能力。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 制造装备数字化： 通过实现制造装备的数字化、自动化和精密化，提高产品的精度和加工装配的效率。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 制造装备数字化 制造装备的数控化 加工机床、生产辅助设备、生产周转设备实现数字化或者支持数字化控制； 自动化的辅助装备 比如物料自动立体仓库、射频信息采集手段、自动传送带、快装快卸自动化工装等； 建立生产网络环境 网络节点遍布主要的加工设备、质量控制点和管理部门； 生产监控的数字化 制造装备的运程控制、远程监控、运程维护。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 生产过程数字化： 通过实现生产过程控制的数字化、自动化和智能化，提高企业生产过程自动化水平。 PCS MES ERP Intelligent-Plant-Control (IPC) 流程工业 离散制造业 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 制造 ERP PDM CRM PDM ERP SCM CRM SCM ERP ERP ERP CRM 工程 供应商 用户 管理数字化： 通过实现企业内外部管理的数字化，促进企业重组和优化，提高企业管理效率和水平。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造的全球实现 网络化制造 数字制造的动态联盟 敏捷制造 数字制造的计算机实现 虚拟制造 数字制造的快速实现 快速原型制造 数字制造的集成模型 计算机集成制造 数字制造的环保实现 绿色制造 数字制造的服务化 服务型制造 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 数字制造环境下的生产模式 Manufacturing Cell1 Manufacturing Cell n OEM 1 OEM m Internet 网 Customer 1 Customer p System portal Client expert Technology support Networked manufacturer 在网络化制造系统下，需要有 客户、供应商、网络化制造集 成者、技术专家等的共同参与 。他们借助于网络化制造的门 户网站进行异地网络化制造系 统的组建、管理、合作协调等。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 网络化制造 敏捷制造 敏 捷 性 员 工 敏 捷 性 管 理 高素质员工 动态灵活的 虚拟组织 先进的柔性 生产技术 集成人、组织和技术的方法论 敏 捷 性 技 术 敏捷制造 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 敏捷制造蕴涵着许多不同于传统生产方式的哲理和思想 ， 主要表现在： 需求响应的快捷性 制造资源的集成性 组织形式的动态性 敏捷制造 工作原理 借助计算机网络和信息集成基础结构 ， 构造由多个企业参加的 “ 虚拟制造 ” 环境；以 竞争合作 为原则 ， 动态选择合作伙伴 ， 组成面向任务的 虚拟公司 ， 进行快速和最佳化生产 。 动态企业联盟网络 企业 K+1 企业 K+2 企业 N 协调 信息 服务 企业 1 企业 2 企业 K 企业 3 企业 4 “ 虚拟制造”环境与虚拟企业 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 并行工程（ Concurrent Engineering CE）定义 1988年 ， 美国国防部防卫分析研究所 （ IDA） 发表 R338 报告： 并行工程 （ CE） 是对产品及其相关过程 （ 包括制造过程和支持过程 ） 进行并行 、 一体化设计的一种系统化的工作模式 。 这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期 （ 从概念形成到产品报废 ） 中所有的因素 ， 包括质量 、 成本 、 进度与用户需求 。 注：支持过程 包括对 制造过程 的支持 （ 原材料的获取 ,中间产品的库存 ， 工艺过程设计 ， 生产计划制定 ）和 使用过程 的支持 （ 产品销售 ， 使用维护 ， 售后服务 ， 产品报废后的处理 ） 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 当新产品开发成为赢得竞争的主要手段后 ， 单纯集成已不够 。按顺序方法开发产品常需要多次反复 ， 不仅延误了时间 ， 而且在资金上也造成巨大浪费 。 产品设计 工艺规划 加工装配 市场需求 无法加工 装配困难 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 虚拟制造定义 一个在计算机网络及虚拟现实环境中完成的，利用制造系统各层次及不同侧面的数学模型，对包括设计、制造、管理和销售等各个环节的产品全生命周期的各种技术方案和技术策略进行评估和优化的综合过程。 虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 快速原型制造 (Rapid Prototype Manufacturing) 快速原型制造 （ Rapid Photograph Manufacturing RPM） ， 又称 “ 快速成形技术 ” （ Rapid Photograph RP） 或 “ 分层制造 ” （ Layer Manufacturing LM） ， 是20世纪 80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术 。 它将计算机辅助设计 （ CAD） 、 计算机辅助制造 （ CAM） 、计算机数控 （ CNC） 、 精密伺服驱动 、 新材料等先进技术集于一体 ， 依据计算机上构成的产品三维设计模型 ， 对其进行分层切片 ， 得到各层截面的轮廓 。 按照这些轮廓 ， 激光束选择性地切割一层层的箔材 （ 或固化一层层的液态树脂 ， 或烧结一层层的粉末材料 ） ， 或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等 ， 形成一个个薄层 ， 并逐步迭加成三维实体 。 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 快速原型制造 (Rapid Prototype Manufacturing) 喷粘结剂 喷热熔材料 三维产品（样品 /模具） 表面处理 构造三维模型 模型近似处理 切片处理 激光 喷射源 固化树脂 切割箔材 烧结粉末 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 快速原型制造 (Rapid Prototype Manufacturing) 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 计算机集成制造 (Computer Integrated Manufacturing) CIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲理，将信息技术、现代管理技术、系统工程技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成。以加强企业新产品开发的 T（技术）、 Q（质量）、 C（成本）、 S（服务）、E（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。” 第一章 绪论 -数字化制造内涵与体系 计算机集成制造 计算机集成系统的核心是集成 集成的特征： 1、人员和组织集成，管理者、设计者、制造者、保障者（质量、销售、服务） 2、信息集成：产品生命周期中各类信息的获取、表示、处理和操作工具集成为一体。（产品信息模型 PIM .产品数据模型 PDM） 3、 技术集成：产品开发全过程中涉及的多学科知