先进制造模式培训课件

1、先进制造模式培训课件6.1 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)6.1.1 CIMS的内涵的内涵计算机集成制造系统计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem,CIMS)是由一个多级计算是由一个多级计算机控制硬件结构机控制硬件结构,配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的软件系统所构成的全盘自动化制造系统。它是在信息技术、自动化技术软件系统所构成的全盘自动化制造系统。它是在信息技术、自动化技术及制造技术的根底上及制造技术的根底上,通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种通过

2、计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来孤立的自动化子系统有机地集成起来,形成适用于多品种、小批量生产形成适用于多品种、小批量生产,实现整体效益的集成化和智能化制造系统。计算机集成制造系统实现整体效益的集成化和智能化制造系统。计算机集成制造系统(CIMS)是基于计算机集成制造是基于计算机集成制造(CIM)哲理而组成的系统哲理而组成的系统,是是CIM 思想的物理表达思想的物理表达。6.1.2 CIMS的根本组成的根本组成下一页返回6.1 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)1. CIMS体系分系统体系分系统CIMS通常是由管理信息系统、产品设计与制造工

3、程设计自动化系统、通常是由管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化制造自动化(柔性自动化柔性自动化)系统、质量保证系统以及计算机网络和数据库系统、质量保证系统以及计算机网络和数据库系统系统6个局部有机地集成起来的。所以一般说个局部有机地集成起来的。所以一般说CIMS是由是由4个功能分系统个功能分系统和两个支撑分系统组成和两个支撑分系统组成,图图6.1所示为其所示为其6个分系统及其与外部信息的联系个分系统及其与外部信息的联系。企业、工厂实施。企业、工厂实施CIMS时会根据具体需求和条件增加或减少某个分系时会根据具体需求和条件增加或减少某个分系统。下面对此统。下面对此6个分系统做

4、一简要介绍。个分系统做一简要介绍。(1)管理信息系统管理信息系统管理信息系统是管理信息系统是CIMS的上层管理系统的上层管理系统,它不仅需要根据厂情、国情和国它不仅需要根据厂情、国情和国际市场的需息做出生产决策、确定生产方案和估算产品本钱和生产效益际市场的需息做出生产决策、确定生产方案和估算产品本钱和生产效益,而且需要做出物料、能源、设备、人员的方案安排而且需要做出物料、能源、设备、人员的方案安排,保证生产的正常运行保证生产的正常运行。上一页下一页返回6.1 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)(2)产品设计与制造工程设计自动化系统产品设计与制造工程设计自动化系统产品设计与制造工程

5、设计自动化系统是计算机辅助产品设计、制造准备产品设计与制造工程设计自动化系统是计算机辅助产品设计、制造准备及产品性能测试阶段的工作及产品性能测试阶段的工作,即常说的即常说的CAD/CAPP/CAM 系统系统,目的是使目的是使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。(3)制造自动化或柔性制造系统制造自动化或柔性制造系统制造自动化或柔性制造系统是制造自动化或柔性制造系统是CIMS中信息流和物料流的结合点中信息流和物料流的结合点,是是CIMS最终产生经济效益的聚集地最终产生经济效益的聚集地,可以由数控机床、加工中心、清洗机、测量可以由数控机床、加工中心、清

6、洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分式控制机、运输小车、立体仓库、多级分式控制(管理管理)计算机等设备及相应支计算机等设备及相应支持软件组成。根据产品的工程技术信息、车间层的加工指令持软件组成。根据产品的工程技术信息、车间层的加工指令,完成对零件完成对零件毛坯加工的作业调度及制造毛坯加工的作业调度及制造,使产品制造活动优化、周期短、本钱低、柔使产品制造活动优化、周期短、本钱低、柔性强。性强。(4)质量保证系统质量保证系统上一页下一页返回6.1 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)质量保证系统包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、控制与质量保证系统包括质量决策、质量检测与数

7、据采集、质量评价、控制与跟踪等功能。系统保证从产品设计、制造、检验到售后效劳的整个过程跟踪等功能。系统保证从产品设计、制造、检验到售后效劳的整个过程,从而实现产品的高质量、低本钱从而实现产品的高质量、低本钱,提高了企业的竞争力。提高了企业的竞争力。(5)计算机网络分系统计算机网络分系统计算机网络分系统是支持计算机网络分系统是支持CIMS各个分系统的开放型网络通信系统各个分系统的开放型网络通信系统,其采其采用国际标准和工业化标准规定的网络协议用国际标准和工业化标准规定的网络协议,可以实现异种机互联和异构局可以实现异种机互联和异构局部网络及多种网络的互联。以分布为手段部网络及多种网络的互联。以分布

8、为手段,满足各应用分系统对网络支持满足各应用分系统对网络支持效劳的不同需求效劳的不同需求,支持资源共享、分布处理、分布数据库、分层递阶和实支持资源共享、分布处理、分布数据库、分层递阶和实时控制。时控制。(6)数据库分系统数据库分系统数据库分系统是支持数据库分系统是支持CIMS各分系统各分系统,覆盖企业全部信息的数据库系统覆盖企业全部信息的数据库系统,它它在逻辑上是统一的在逻辑上是统一的,在物理上可以是分布的全局数据管理系统在物理上可以是分布的全局数据管理系统,以实现企以实现企业数据共享和信息集成。业数据共享和信息集成。上一页下一页返回6.1 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)2.

9、 笼统分析笼统分析笼统地分析笼统地分析,CIMS的组成包含三个要素的组成包含三个要素,即人即人/机构、经营与技术机构、经营与技术,如图如图6 .2所示。在三要素的相交局部需解决四类集成问题所示。在三要素的相交局部需解决四类集成问题:3. 总体功能的角度分析总体功能的角度分析如图如图6-3所示所示,从总体功能的角度分析从总体功能的角度分析,CIMS的组成主要包括以下的组成主要包括以下4大局部大局部:6.1.3 CIMS的技术优势的技术优势(1)保障和提高了新产品开发的前景保障和提高了新产品开发的前景CIMS(包括并行工程和虚拟制造技术等包括并行工程和虚拟制造技术等)使企业提高了产品创新设计的深使

10、企业提高了产品创新设计的深度度,大大有利于提高企业产品的技术含量。大大有利于提高企业产品的技术含量。CIMS建立了企业从产品设计建立了企业从产品设计、生产制造、经营管理全方位的计算机集成制造环境、生产制造、经营管理全方位的计算机集成制造环境,做到了企业信息流做到了企业信息流、物流、资金流的集成。、物流、资金流的集成。上一页下一页返回6.1 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)(2)缩短了新产品的上市周期缩短了新产品的上市周期CIMS是一个集成化的生产模式是一个集成化的生产模式,覆盖了市场分析、经营决策、新产品研覆盖了市场分析、经营决策、新产品研制、工程设计、加工制造、库存供给、质量

11、保证、售后效劳等整个制造制、工程设计、加工制造、库存供给、质量保证、售后效劳等整个制造业的活动。在这种环境支持下业的活动。在这种环境支持下,通过企业信息的快速流动通过企业信息的快速流动,缩短了产品的缩短了产品的设计周期。同时设计周期。同时,由于在设计时参考了产品的可制造性等特性由于在设计时参考了产品的可制造性等特性,在在MIS及制及制造自动化系统的支持下造自动化系统的支持下,也极大地提高了产品的生产及销售效率。这些都也极大地提高了产品的生产及销售效率。这些都保证了企业新产品上市周期的显著改善。保证了企业新产品上市周期的显著改善。(3)经营管理科学化经营管理科学化,同时降低了产品的本钱同时降低了

12、产品的本钱在经营管理方面在经营管理方面,使企业的经营决策和生产管理趋于科学化使企业的经营决策和生产管理趋于科学化,使企业能够使企业能够在市场竞争中快速、准确地报价在市场竞争中快速、准确地报价,赢得时间赢得时间;在实际生产中在实际生产中,解决解决“瓶颈瓶颈问题问题,减少在制品减少在制品,同时降低了库存资金的占用。调查材料说明同时降低了库存资金的占用。调查材料说明,采用计算采用计算机集成制造系统后机集成制造系统后,企业新产品的各项因素发生了明显的变化企业新产品的各项因素发生了明显的变化,数据变化数据变化如表如表6 1所示。所示。上一页返回6.2 虚拟制造技术虚拟制造技术6.2.1 虚拟现实虚拟现实

13、虚拟现实虚拟现实(VirtualReality,VR),又称灵境、拟实又称灵境、拟实,是一门高新技术是一门高新技术,它采用它采用计算机技术生成一个逼真的计算机技术生成一个逼真的,具有视、听、触等多种感知的人工媒体空间具有视、听、触等多种感知的人工媒体空间(即人工虚拟环境即人工虚拟环境),使置身于该环境中的人使置身于该环境中的人,可以通过各种多媒体传感交互可以通过各种多媒体传感交互设备与这一虚构的环境进行实时交互作用设备与这一虚构的环境进行实时交互作用,产生身临其境的感觉。这种虚产生身临其境的感觉。这种虚拟环境既可以是真实世界的模拟表达拟环境既可以是真实世界的模拟表达,也可以是设想中的世界。也可

14、以是设想中的世界。6.2.2 虚拟制造的概念虚拟制造的概念现在对虚拟制造现在对虚拟制造(VirtualManufacturing,VM)的定义多种多样的定义多种多样,美国佛罗美国佛罗里达大学里达大学GloriaJ.Wiens等人对虚拟制造的定义侧重于虚拟制造与实际等人对虚拟制造的定义侧重于虚拟制造与实际制造过程的相似性制造过程的相似性,认为虚拟制造与实际制造一样认为虚拟制造与实际制造一样,只不过是在计算机上只不过是在计算机上执行制造的全过程执行制造的全过程,其中虚拟模型是在实际制造之前其中虚拟模型是在实际制造之前,下一页返回6.2 虚拟制造技术虚拟制造技术用于对产品的功能及可制造的潜在问题进行

15、预测用于对产品的功能及可制造的潜在问题进行预测,而美国空军而美国空军Wright实实验室和马里兰大学验室和马里兰大学EdwardLin的定义那么侧重于虚拟制造的仿真、建模的定义那么侧重于虚拟制造的仿真、建模与分析技术和工具的综合应用与分析技术和工具的综合应用,以增强各层的制造设计能力及生产决策与以增强各层的制造设计能力及生产决策与控制能力。综合以上定义控制能力。综合以上定义,不难看到不难看到,目前对虚拟制造技术的研究正处于目前对虚拟制造技术的研究正处于不断的深入、细化之中不断的深入、细化之中,因此对其的定义也是在不断地完善。因此对其的定义也是在不断地完善。6.2.3 虚拟制造系统的体系结构虚拟

16、制造系统的体系结构为了能够为了能够“在计算机里进行制造在计算机里进行制造,VM 将提供从产品设计到生产方案和将提供从产品设计到生产方案和制造过程优化的建模和模拟环境。完成这些任务制造过程优化的建模和模拟环境。完成这些任务,主要是以下主要是以下3种类型的种类型的VM 起着特殊的作用。起着特殊的作用。(1)以产品设计为中心的以产品设计为中心的VM(简称产品设计型简称产品设计型VM)上一页下一页返回6.2 虚拟制造技术虚拟制造技术提供设计工程师设计产品的设计工具和环境提供设计工程师设计产品的设计工具和环境,如面向制造的设计如面向制造的设计(DFM)、面向装配的设计面向装配的设计(DFA)等并行式设计

17、工具等并行式设计工具;产品设计型产品设计型VM 产生的结果包产生的结果包括产品模型、本钱估价等括产品模型、本钱估价等,因此可以识别与设计有关的潜在问题和判断其因此可以识别与设计有关的潜在问题和判断其优缺点优缺点(以本钱的形式或以其他的形式以本钱的形式或以其他的形式)。(2)以工艺设计为中心的以工艺设计为中心的VM(简称工艺设计型简称工艺设计型VM)以工艺技术为中心的以工艺技术为中心的VM 可以构造生成工艺规程和生产方案、规划资源可以构造生成工艺规程和生产方案、规划资源需求需求(新设备采购等新设备采购等),并评价这些方案的环境并评价这些方案的环境;换言之换言之,它可以为工艺工程它可以为工艺工程师

18、提供虚拟的制造车间现场环境和设备师提供虚拟的制造车间现场环境和设备,使之可以分析、改进生产方案和使之可以分析、改进生产方案和生产工艺生产工艺,验证验证NC程序及物流控制程序及物流控制,并提供精确的本钱信息和产品供货方并提供精确的本钱信息和产品供货方案表。案表。(3)以控制为中心的以控制为中心的VM(简称控制型简称控制型VM)VM 虚拟环境的体系结构如图虚拟环境的体系结构如图6.4所示。所示。上一页下一页返回6.2 虚拟制造技术虚拟制造技术6.2.4 虚拟制造的关键技术虚拟制造的关键技术虚拟制造是近几年来国际上提出的虚拟制造是近几年来国际上提出的,完整的理论体系还没有形成完整的理论体系还没有形成

19、,其研究其研究尚处于探索阶段。虽然某些根底单元技术已有了较深入的研究尚处于探索阶段。虽然某些根底单元技术已有了较深入的研究,但即使是但即使是在欧、美、日等工业兴旺国家在欧、美、日等工业兴旺国家,目前也主要是分析虚拟环境下根底单元技目前也主要是分析虚拟环境下根底单元技术的要求术的要求,对其进行理论上的研究。美国自然科学基金对其进行理论上的研究。美国自然科学基金(NSF)、美国国家、美国国家标准和技术研究所标准和技术研究所(NIST)和美国国防部高级研究方案署和美国国防部高级研究方案署(ARPA)资助与资助与支持下的几所大学和企业联合研究中心正在进行虚拟制造各个领域关键支持下的几所大学和企业联合研

20、究中心正在进行虚拟制造各个领域关键技术和系统开发方面的研究。日本东京大学和大阪大学的研究人员技术和系统开发方面的研究。日本东京大学和大阪大学的研究人员1993年起也在年起也在CIRP上发表论文上发表论文,论述虚拟环境下产品建模的需求及其关键技论述虚拟环境下产品建模的需求及其关键技术、虚拟制造系统体系结构等方面的研究成果。术、虚拟制造系统体系结构等方面的研究成果。1. 虚拟制造哲理的研究虚拟制造哲理的研究虚拟制造哲理的研究为制造企业实现从精良制造向敏捷制造的转变提供虚拟制造哲理的研究为制造企业实现从精良制造向敏捷制造的转变提供指导思想。在信息集成的根底上指导思想。在信息集成的根底上,通过组织管理

21、、技术、资源和人机集成通过组织管理、技术、资源和人机集成实现产品开发过程的集成。实现产品开发过程的集成。上一页下一页返回6.2 虚拟制造技术虚拟制造技术2. 虚拟制造技术层虚拟制造技术层虚拟制造技术的研究为虚拟制造的实施与虚拟制造系统的建立提供理论虚拟制造技术的研究为虚拟制造的实施与虚拟制造系统的建立提供理论和技术上的支持。它由和技术上的支持。它由3大主体技术群大主体技术群(建模技术群、仿真技术群、控制建模技术群、仿真技术群、控制技术群技术群)和一个支撑技术群和一个支撑技术群(为为3大主体技术群的实施提供支持大主体技术群的实施提供支持)组成。组成。(1)建模技术群建模技术群建模技术群是指用来开

22、发虚拟制造系统中各种模型的所有技术与方法建模技术群是指用来开发虚拟制造系统中各种模型的所有技术与方法,主主要包括以下几个方面的内容。要包括以下几个方面的内容。(2)仿真技术群仿真技术群仿真技术群是指运行和操作构成虚拟制造系统的各种模型的所有方法和仿真技术群是指运行和操作构成虚拟制造系统的各种模型的所有方法和技术。分布式交互仿真技术和虚拟现实技术在仿真中的应用是虚拟制造技术。分布式交互仿真技术和虚拟现实技术在仿真中的应用是虚拟制造对仿真提出的新要求。对仿真提出的新要求。上一页下一页返回6.2 虚拟制造技术虚拟制造技术(4)支撑技术群支撑技术群支撑技术群是指支持虚拟制造系统开发、控制与运行的根底性

23、技术支撑技术群是指支持虚拟制造系统开发、控制与运行的根底性技术,主要主要包括以下几个方面的内容。包括以下几个方面的内容。3. 虚拟制造原型系统层虚拟制造原型系统层在虚拟制造哲理和技术研究的根底上在虚拟制造哲理和技术研究的根底上,虚拟制造原型系统的研究和开发可虚拟制造原型系统的研究和开发可以从以下以从以下3个方面进行。个方面进行。4. 虚拟制造集成开发平台层虚拟制造集成开发平台层在理论研究和虚拟制造原型系统的开发的根底上在理论研究和虚拟制造原型系统的开发的根底上,从集成开发平台的要求从集成开发平台的要求出发出发,对虚拟制造的通用功能、模块以及子系统等方面进行归纳整理对虚拟制造的通用功能、模块以及

24、子系统等方面进行归纳整理,构构造虚拟制造集成开发平台造虚拟制造集成开发平台,以适应灵活方便地建立针对不同产品和制造环以适应灵活方便地建立针对不同产品和制造环境的虚拟制造系统的需求境的虚拟制造系统的需求,研究内容如下。研究内容如下。上一页下一页返回6.2 虚拟制造技术虚拟制造技术6.2.5 虚拟制造技术在制造业中的应用虚拟制造技术在制造业中的应用虚拟制造技术在制造业中的应用虚拟制造技术在制造业中的应用:首先在军事、航空航天、汽车领域中获首先在军事、航空航天、汽车领域中获得成功的应用。例如波音飞机公司得成功的应用。例如波音飞机公司777飞机的设计飞机的设计,就是采用虚拟制造技就是采用虚拟制造技术的

25、典型范例术的典型范例,开发周期从通常的开发周期从通常的8年减少到年减少到5年年,设计、装机、测试均在设计、装机、测试均在计算机中完成模拟计算机中完成模拟,保证一次试制成功。虚拟制造在汽车领域的应用涉及保证一次试制成功。虚拟制造在汽车领域的应用涉及汽车的整个生命周期汽车的整个生命周期,它可以在汽车生产设备、工装和模具它可以在汽车生产设备、工装和模具,甚至校车的甚至校车的设计之前设计之前,很容易地对生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化很容易地对生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。上一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程6.3.1 敏捷制造敏捷制造1. 敏捷制造敏捷制

26、造AM 的内涵及定义的内涵及定义随着市场经济的开展和经济全球化的到来随着市场经济的开展和经济全球化的到来,以及人们对产品的追求趋于多以及人们对产品的追求趋于多样化、个性化样化、个性化,以前表现在流水线生产、规模经济、产品标准化、高效低以前表现在流水线生产、规模经济、产品标准化、高效低本钱的大规模生产模式本钱的大规模生产模式,在新的市场环境下在新的市场环境下,其一些固有的局限性已突现其一些固有的局限性已突现出来。追随具有多样化需求的细分市场出来。追随具有多样化需求的细分市场,并尽量满足这些细分市场中不断并尽量满足这些细分市场中不断变化的需求变化的需求,实现产品多样化实现产品多样化,需要制造过程的

27、灵活性和多样性。敏捷制需要制造过程的灵活性和多样性。敏捷制造正是适应这一环境而产生的新的生产模式造正是适应这一环境而产生的新的生产模式,并表现出强有力的开展势头。并表现出强有力的开展势头。AM 的根本思想就是通过把灵活的动态联盟、先进和实用的柔性制造技的根本思想就是通过把灵活的动态联盟、先进和实用的柔性制造技术和高素质的劳动者三者有机地结合起来术和高素质的劳动者三者有机地结合起来,从而使企业能够沉着的应付快从而使企业能够沉着的应付快速和不可预测的市场需求速和不可预测的市场需求,获得企业的长期经济利益。获得企业的长期经济利益。AM 的一个关键概的一个关键概念是敏捷性念是敏捷性,敏捷性能使企业以更

28、快的速度、更好的质量、更低的本钱以敏捷性能使企业以更快的速度、更好的质量、更低的本钱以及更优质的效劳来赢得市场竞争。及更优质的效劳来赢得市场竞争。下一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程2. 敏捷制造关键技术敏捷制造关键技术(1)虚拟制造虚拟制造(VirtualManufacturing,VM)敏捷制造企业追求的目标是对用户需求做出快速响应敏捷制造企业追求的目标是对用户需求做出快速响应,虚拟制造是实现这虚拟制造是实现这一目标的有效途径。实现虚拟制造的主要手段是仿真一目标的有效途径。实现虚拟制造的主要手段是仿真:在产品的设计周期在产品的设计周期,借助建模和仿真技术及时模拟出产品在整

29、个生命周期的各种活动借助建模和仿真技术及时模拟出产品在整个生命周期的各种活动,可以可以对产品的配置对产品的配置(包括零件、部件、整机装配包括零件、部件、整机装配)、构造、构造(结构布局、干预检查结构布局、干预检查)进行仿真。进行仿真。VMS)的集成。的集成。(2)快速原型制造快速原型制造快速原型制造快速原型制造(RPM)是将计算机辅助设计是将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制、计算机数字控制(CNC)、激光、精密伺服驱动和新材料等先进、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成于一体的技术技术集成于一体的技术,其核心是基于数字化的新型成形技术。其核

30、心是基于数字化的新型成形技术。上一页下一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程虽然快速成形技术问世不长虽然快速成形技术问世不长,但由于它给制造业带来的巨大效益但由于它给制造业带来的巨大效益,使得这使得这一技术的应用日益广泛一技术的应用日益广泛,成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。3. 敏捷制造产品实现过程敏捷制造产品实现过程敏捷制造技术的三个核心是敏捷制造技术的三个核心是:逆向工程逆向工程(ReverseEngineering)、分析建、分析建模模(AnalyticalModeling)和固体自由构成和固体自由构成(So1idFreedomF

31、abrication)。逆向工程是指从一个部件实物创立其计算机模型。分析建模意指确定。逆向工程是指从一个部件实物创立其计算机模型。分析建模意指确定制造过程参数和利用计算机仿真预测部件性能。固体自由构成表示从计制造过程参数和利用计算机仿真预测部件性能。固体自由构成表示从计算机模型直接生产原型和功能部件算机模型直接生产原型和功能部件:只容许极少量的浪费只容许极少量的浪费,少数几个过程少数几个过程工序工序,极小量的修正。极小量的修正。4. 敏捷制造环境下的系统集成敏捷制造环境下的系统集成敏捷性是企业在未来市场竞争中保持优势的前提。敏捷性是企业在未来市场竞争中保持优势的前提。上一页下一页返回6.3 敏

32、捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程敏捷制造正是为了实现企业生产制造的敏捷性敏捷制造正是为了实现企业生产制造的敏捷性,采用现代通信手段采用现代通信手段,通过通过快速配置各种资源快速配置各种资源,以有效和协调的方式响应用户需求的一种新的企业开以有效和协调的方式响应用户需求的一种新的企业开展战略。它强调把动态灵活的虚拟组织、先进的拟实制造技术和高素质展战略。它强调把动态灵活的虚拟组织、先进的拟实制造技术和高素质的人员进行有机的结合的人员进行有机的结合,使企业在快速变化的市场环境中取得长期效益。使企业在快速变化的市场环境中取得长期效益。5. 敏捷企业的互相合作敏捷企业的互相合作动态联盟动态联盟基于我国

33、企业绝大局部是专业配套厂基于我国企业绝大局部是专业配套厂,即生产零部件的企业即生产零部件的企业,我们可以建我们可以建立一种以信息或技术为根底的企业联盟立一种以信息或技术为根底的企业联盟(即以一个核心企业为盟主即以一个核心企业为盟主,在一在一定地区内定地区内,一定行业领域内相关企业组成的一种生产加工型的企业联盟一定行业领域内相关企业组成的一种生产加工型的企业联盟)。在主要的业务范围内。在主要的业务范围内,盟主和成员相对稳定盟主和成员相对稳定,只是当出现某个较特殊的只是当出现某个较特殊的业务时业务时,才扩展到一些新成员。成员企业也应有自己的相对独立性才扩展到一些新成员。成员企业也应有自己的相对独立

34、性,也有也有自己的业务开拓领域。但是这些独立性应在不违背盟约的根底上实现自己的业务开拓领域。但是这些独立性应在不违背盟约的根底上实现,明明确的责任机制和约束机制是企业之间共同利益及正常业务开展的重要保确的责任机制和约束机制是企业之间共同利益及正常业务开展的重要保证。证。上一页下一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程(1)动态联盟的组织实施要点动态联盟的组织实施要点(2)动态联盟企业的任务分配与控制动态联盟企业的任务分配与控制6. 敏捷制造的开展趋势敏捷制造的开展趋势实施敏捷制造的过程是制造业在现有根底上不断提高的平滑转变过程实施敏捷制造的过程是制造业在现有根底上不断提高的平滑转变

35、过程,而而目前对敏捷制造的研究刚刚兴起目前对敏捷制造的研究刚刚兴起,完整的理论体系尚未形成完整的理论体系尚未形成,其实施方法、其实施方法、手段和途径仍有待进一步探索。因此手段和途径仍有待进一步探索。因此,美国等国政府对敏捷制造的开发与美国等国政府对敏捷制造的开发与应用给予了高度重视应用给予了高度重视,资助许多研究单位开发实现敏捷制造的参考模型和资助许多研究单位开发实现敏捷制造的参考模型和支持工具支持工具,并鼓励在不同行业进行示范应用并鼓励在不同行业进行示范应用,以期望在边研究边应用的过以期望在边研究边应用的过程中积累经验程中积累经验,完善敏捷制造工具产品完善敏捷制造工具产品,为更多的行业、企业

36、应用打下根为更多的行业、企业应用打下根底。底。上一页下一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程6.3.2 并行工程并行工程并行工程并行工程(ConcurrentEngineering)又称同步工程或并行设计。传统制又称同步工程或并行设计。传统制造业中产品的开发过程沿用串行生产模式造业中产品的开发过程沿用串行生产模式,遵循遵循“需求分析需求分析方案设方案设计计产品设计产品设计加工方案控制加工方案控制加工、装配、检测加工、装配、检测实验验证实验验证修改的流程。这种方法在设计早期不能全面考虑下游修改的流程。这种方法在设计早期不能全面考虑下游的可制作性、可装配性和质量保证等多种因素的可制作

37、性、可装配性和质量保证等多种因素,只有在制造后期才能发现只有在制造后期才能发现制造的产品存在很多缺陷制造的产品存在很多缺陷,这必须要求对设计进行更改这必须要求对设计进行更改,造成了从概念设造成了从概念设计到加工制造、实验修改的大循环计到加工制造、实验修改的大循环,而且可能在不同环节屡次重复这一过而且可能在不同环节屡次重复这一过程程,使得设计改动量大使得设计改动量大,产品开发周期长产品开发周期长,本钱高本钱高,难以满足剧烈的市场竞争难以满足剧烈的市场竞争的需求。并行工程是解决这些问题的有效方案。的需求。并行工程是解决这些问题的有效方案。上一页下一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程

38、1. 并行工程的含义与特点并行工程的含义与特点1988年年,美国国防分析研究所美国国防分析研究所(简称简称IDA)为了改进国防武器和军用产品的为了改进国防武器和军用产品的生产生产,缩短生产周期缩短生产周期,降低本钱降低本钱,首次提出了并行工程的概念首次提出了并行工程的概念,即并行工程是即并行工程是对产品及其相关过程对产品及其相关过程(包括制造和支持过程包括制造和支持过程)进行集成并行设计的系统化进行集成并行设计的系统化工作模式工作模式,这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个周期这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个周期(从概念形成到报废从概念形成到报废)中的各种因素中的

39、各种因素,包括质量、本钱、进度及用户需求等包括质量、本钱、进度及用户需求等,以便最大限度提高产品的开发效率和一次性成功率。因此以便最大限度提高产品的开发效率和一次性成功率。因此,并行工程所针并行工程所针对的是整个产品开发及其生命周期对的是整个产品开发及其生命周期,它强调在产品开发早期它强调在产品开发早期,组织多种职组织多种职能协同工作的工程组能协同工作的工程组,使有关人员从一开始就获得对新产品需求的要求和使有关人员从一开始就获得对新产品需求的要求和信息信息,积极研究涉及本部门的工作业务积极研究涉及本部门的工作业务,并将所需要求提供给设计人员并将所需要求提供给设计人员,使使许多问题在开发早期就能

40、得到解决。许多问题在开发早期就能得到解决。图图6.7和图和图6.8所示说明了一个产品开发过程中产品设计、工艺设计、材所示说明了一个产品开发过程中产品设计、工艺设计、材料采购和市场方案分别按照串行和并行两种模式安排示意。料采购和市场方案分别按照串行和并行两种模式安排示意。上一页下一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程通过对图通过对图6.7和图和图6.8比照比照,我们可以很清楚地看到并行工程和串行工程显我们可以很清楚地看到并行工程和串行工程显著地区别就是各个阶段之间前后顺序的不同著地区别就是各个阶段之间前后顺序的不同:串行工程强调的是一个阶段串行工程强调的是一个阶段结束之后结束之后,

41、把输出作为下一个阶段的输入把输出作为下一个阶段的输入,依次往下进行依次往下进行,假设后一阶段发假设后一阶段发生了问题还需要反响到前面阶段进行解决生了问题还需要反响到前面阶段进行解决;并行工程强调的是在上一个阶并行工程强调的是在上一个阶段进行的时候就要对以后的相关阶段进行分析和考虑段进行的时候就要对以后的相关阶段进行分析和考虑,并不是单纯的上、并不是单纯的上、下游关系下游关系,这种模式可以很好地防止返工浪费。这种模式可以很好地防止返工浪费。2.并行工程的核心技术和关键要素并行工程的核心技术和关键要素(1)并行工程的核心技术并行工程的核心技术并行工程是一种系统化、集成化的产品开发模式并行工程是一种

42、系统化、集成化的产品开发模式,其核心就是组建集成产其核心就是组建集成产品开发团队品开发团队(简称简称IPT)和产品开发过程重构。和产品开发过程重构。1)集成化开发团队集成化开发团队(IPT)上一页下一页返回6.3 敏捷制造与并行工程敏捷制造与并行工程2)产品开发过程重构产品开发过程重构并行工程和串行工程开发方式的本质区别就是并行工程把产品开发过程并行工程和串行工程开发方式的本质区别就是并行工程把产品开发过程中的各个子过程看成了一个集成的过程中的各个子过程看成了一个集成的过程,是从全局优化的角度对这个集成是从全局优化的角度对这个集成过程进行管理和控制过程进行管理和控制,并且对已发生的过程进行不断

43、的改进。由于并且对已发生的过程进行不断的改进。由于IPT打打破了传统的功能部门的界限破了传统的功能部门的界限,所以产品开发过程之间也就没有了严格的界所以产品开发过程之间也就没有了严格的界限限,这使得产品开发过程中的活动具有了高度的随机性。这使得产品开发过程中的活动具有了高度的随机性。(2)并行工程的关键要素并行工程的关键要素通过上文对并行工程和串行工程的比照分析通过上文对并行工程和串行工程的比照分析,我们了解到如果想要成功的我们了解到如果想要成功的实施并行工程实施并行工程,就需要对下面几个方面进行改进就需要对下面几个方面进行改进:(3)并行工程的开展前沿并行工程的开展前沿上一页返回6.4 智能

44、制造与精益生产智能制造与精益生产6.4.1 智能制造系统智能制造系统(IMS)1. 智能制造产生的背景智能制造产生的背景当今世界各国的制造业活动趋向于全球化当今世界各国的制造业活动趋向于全球化,制造、经营活动、开发研究等制造、经营活动、开发研究等都在向多国化开展都在向多国化开展,为了有效地进行国际间信息交换及世界先进制造技术为了有效地进行国际间信息交换及世界先进制造技术共享共享,各国的企业都希望以统一的方式来交换信息和数据。因此各国的企业都希望以统一的方式来交换信息和数据。因此,必须开必须开发出一个快速有效的信息交换工具发出一个快速有效的信息交换工具,创立并促进一个全球化的公共标准来创立并促进

45、一个全球化的公共标准来实现这一目标。实现这一目标。2. 智能制造系统的含义和特征智能制造系统的含义和特征(1)智能制造系统的含义智能制造系统的含义智能制造系统智能制造系统(IntelligentManufacturingSystem,IMS)是一种由智能机是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在制造过程中能以一种它在制造过程中能以一种高度柔性的方式高度柔性的方式,借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等判断、构思和决策等,从而取代或者延伸制造环境中人的局部脑力劳

46、动。从而取代或者延伸制造环境中人的局部脑力劳动。同时同时,收集、存储、完善、共享、集成和开展人类专家的智能。收集、存储、完善、共享、集成和开展人类专家的智能。下一页返回6.4 智能制造与精益生产智能制造与精益生产(2)智能制造系统的特点智能制造系统的特点1)自组织能力自组织能力系统中的各种智能机器能够按照工作任务的要求系统中的各种智能机器能够按照工作任务的要求,自行集结成一种最适宜自行集结成一种最适宜的结构的结构,并按照最优的方式运行。自组织能力是并按照最优的方式运行。自组织能力是IMS的一个重要标志。的一个重要标志。2)自律能力自律能力能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理能根据周

47、围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理,并根据处理结果并根据处理结果自行调整控制策略自行调整控制策略,以采用最正确行动方案。这种自律能力使整个制造系以采用最正确行动方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。统具备抗干扰、自适应和容错等能力。3)自学习和自维护能力自学习和自维护能力能以原有的专家知识为根底能以原有的专家知识为根底,在实践中不断进行学习在实践中不断进行学习,完善系统知识库完善系统知识库,并并删除库中有误的知识删除库中有误的知识,使知识库趋向最优。同时使知识库趋向最优。同时,还能对系统故障进行自还能对系统故障进行自我诊断、排除和修复。我诊断、排除和修复。4)整

48、个制造系统的智能集成整个制造系统的智能集成上一页下一页返回6.4 智能制造与精益生产智能制造与精益生产3. 智能制造系统的关键技术智能制造系统的关键技术理论上智能制造系统与人类的知识积累密切相关理论上智能制造系统与人类的知识积累密切相关,归纳起来包括以下几个归纳起来包括以下几个方面方面:(1)知识库的建立知识库的建立人类的开展过程是知识开展和积累的过程人类的开展过程是知识开展和积累的过程,整理归纳其中的经验和教训后整理归纳其中的经验和教训后便可建立较完整的知识库便可建立较完整的知识库,从而使人们在生产中少走了许多弯路从而使人们在生产中少走了许多弯路,使决策使决策更加准确。更加准确。(2)代替人

49、类工作的机器人的研究代替人类工作的机器人的研究机械工业的开展过程是人类从繁重劳动中解脱出来的过程机械工业的开展过程是人类从繁重劳动中解脱出来的过程,许多环境恶劣许多环境恶劣的工作均需要有机器来代替。的工作均需要有机器来代替。上一页下一页返回6.4 智能制造与精益生产智能制造与精益生产4. 智能制造系统中人类的智能结点智能制造系统中人类的智能结点从智能制造系统的描述与分析出发从智能制造系统的描述与分析出发,同时考虑到便于操作同时考虑到便于操作,我们把智能结我们把智能结点定义为点定义为:智能结点为在不确定性环境中能自主完成一定任务的实体。自智能结点为在不确定性环境中能自主完成一定任务的实体。自主性

50、并不意味着完全独立主性并不意味着完全独立,而是指在必要时而是指在必要时,能自动地向其他智能结点请能自动地向其他智能结点请求提供效劳和支持。因此求提供效劳和支持。因此,人类专家、智能人类专家、智能CAD系统、智能加工单元等系统、智能加工单元等,都可以看作是智能制造系统中的智能结点。都可以看作是智能制造系统中的智能结点。上一页下一页返回6.4 智能制造与精益生产智能制造与精益生产(1)智能制造系统中人的作用智能制造系统中人的作用对于人工智能对于人工智能(AI)的研究的研究,一开始就未能摆脱制造机器生物的思想一开始就未能摆脱制造机器生物的思想,即即“机机器智能化。这种以器智能化。这种以“自主系统为目

51、标的研究路线自主系统为目标的研究路线,严重地阻碍了严重地阻碍了AI研研究的进展究的进展,国、内外有许多学者都意识到这一点国、内外有许多学者都意识到这一点,如人工智能的鼻祖如人工智能的鼻祖Feigenbuam 和和Newell,国内的钱学森等国内的钱学森等,他们不约而同地从计算机角度他们不约而同地从计算机角度出发出发,提出了人与计算机相结合的智能系统新概念。目前国外对多媒体及提出了人与计算机相结合的智能系统新概念。目前国外对多媒体及灵境技术研究进行了大量投资灵境技术研究进行了大量投资,日本的第五代智能计算机研制方案的搁浅日本的第五代智能计算机研制方案的搁浅等事例等事例,就是对智能系统研究目标有所

52、改变的证明。就是对智能系统研究目标有所改变的证明。(2)人机一体化系统的根本概念人机一体化系统的根本概念A.M.Laper等人综合分析了机械科学的开展状况等人综合分析了机械科学的开展状况,在结合现代科学最新开在结合现代科学最新开展成果的根底上展成果的根底上,提出人机一体化系统科学与技术的根本概念及理论体系提出人机一体化系统科学与技术的根本概念及理论体系,对对“人机一体化系统人机一体化系统(HumachineSystem)作下定义作下定义:所谓人机一体化所谓人机一体化系统系统,就是采取以人为中心就是采取以人为中心,人人机械一体机械一体上一页下一页返回6.4 智能制造与精益生产智能制造与精益生产的

53、技术路线的技术路线,人与机器处在平等合作的地位人与机器处在平等合作的地位,人与机器共同组成一个系统人与机器共同组成一个系统,各自执行自己最擅长的工作各自执行自己最擅长的工作,人与机器共同认识、共同感知、共同决策、人与机器共同认识、共同感知、共同决策、共同工作共同工作,从而突破传统的从而突破传统的“人工智能系统的概念人工智能系统的概念,形成到达甚至超过形成到达甚至超过人的能力乃至智力的人的能力乃至智力的“超智能超智能(SuperhumanIntelligence)系统。其核系统。其核心内容是强调人在系统中的重要性心内容是强调人在系统中的重要性,重新安排人与机械的位置重新安排人与机械的位置,突破现

54、有突破现有系统将人排除在外的旧格局系统将人排除在外的旧格局,研究新型的人与机械的关系研究新型的人与机械的关系,开发新一代的开发新一代的机械系统机械系统人机一体化系统。人机一体化系统。5. 智能制造系统在国内外的开展现状智能制造系统在国内外的开展现状6.4.2 精益生产精益生产(LP)技术技术1. 精益生产的产生与开展精益生产的产生与开展精益生产精益生产(LeanProduction,LP)来源于日本的丰田生产方式来源于日本的丰田生产方式,它是美国麻它是美国麻省理工学院根据题为省理工学院根据题为?国际汽车方案国际汽车方案?的研究中总结出日本企业成功经验的研究中总结出日本企业成功经验后提出的一个概

55、念后提出的一个概念,在我国称为精益生产精良生产。在我国称为精益生产精良生产。上一页下一页返回6.4 智能制造与精益生产智能制造与精益生产之所以称为之所以称为“精益精益,是因为它与大量生产方式相比是因为它与大量生产方式相比,一切投入都大为减一切投入都大为减少少工厂中的工作人员、生产占用的场地和设备投资都减半工厂中的工作人员、生产占用的场地和设备投资都减半,用一半用一半的时间就能开发出新的产品的时间就能开发出新的产品,所用的开发新产品的工程设计时间也减半。所用的开发新产品的工程设计时间也减半。此外此外,它所需要的现场库存至少可以节省一半以上它所需要的现场库存至少可以节省一半以上,废品也大大减少废品

56、也大大减少,产品产品的品种不仅多而且不断变化。的品种不仅多而且不断变化。2. 精益生产的内涵与根本特点精益生产的内涵与根本特点(1)精益生产的内涵精益生产的内涵精益生产是通过在系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的精益生产是通过在系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革变革,使生产系统能很快适应用户需求的不断变化使生产系统能很快适应用户需求的不断变化,并能使生产过程中一并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简切无用、多余的东西被精简,最终到达包括市场供销在内的生产的各方面最终到达包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。最好的结果。上一页下一页返回6.4 智能制造与精益生产

57、智能制造与精益生产3. 精益生产在我国的推广及应用精益生产在我国的推广及应用精益生产方式产生于日本经济根底薄弱之时精益生产方式产生于日本经济根底薄弱之时,当时日本国内资金紧缺当时日本国内资金紧缺,市市场需求不旺且变化无常场需求不旺且变化无常,而目前我国企业主要也是面临这两方面的问题而目前我国企业主要也是面临这两方面的问题,生产管理和生产方式越来越被企业家所重视生产管理和生产方式越来越被企业家所重视,他们认识到管理可以创造越他们认识到管理可以创造越来越大的效益来越大的效益,而投入却很小。当前我国绝大多数企业在管理方面与世界而投入却很小。当前我国绝大多数企业在管理方面与世界先进水平还存在很大的差距

58、先进水平还存在很大的差距,精益生产可以使他们根据自己的实际情况精益生产可以使他们根据自己的实际情况,改进完善管理体系。当前实施精益生产有一个较好的根底改进完善管理体系。当前实施精益生产有一个较好的根底,全面质量管理全面质量管理(TOM)、看板管理等精益技术在我国很多企业已经得到不同程度的应用、看板管理等精益技术在我国很多企业已经得到不同程度的应用,如何根据本企业的实际情况如何根据本企业的实际情况,正确使用这些工具以及将这些管理技术结合正确使用这些工具以及将这些管理技术结合起来起来,最终到达消除浪费的目的是我国企业应该着重思考的问题。精益生最终到达消除浪费的目的是我国企业应该着重思考的问题。精益

59、生产作为一种新的生产方式产作为一种新的生产方式,在技术上已经根本成熟在技术上已经根本成熟,在我国已经有了一些在我国已经有了一些很好实施精益生产的企业做出了很好的典范很好实施精益生产的企业做出了很好的典范,而且有一批精益思想者和精而且有一批精益思想者和精益实践者益实践者,他们在实践过程中结合中国的国情他们在实践过程中结合中国的国情,使精益生产理论不断完善使精益生产理论不断完善。上一页下一页返回6.4 智能制造与精益生产智能制造与精益生产4. 精益生产在推广中应注意的问题精益生产在推广中应注意的问题精益生产方式在先进的工业化国家中已得到广泛的推广和实施精益生产方式在先进的工业化国家中已得到广泛的推

60、广和实施,也是我国也是我国大局部企业所面临生存与开展问题的最好解决方法。大局部企业所面临生存与开展问题的最好解决方法。上一页返回6.5 绿色制造技术绿色制造技术6.5.1 绿色制造的根本概念绿色制造的根本概念所谓绿色制造所谓绿色制造,是一种综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式是一种综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中生命周期中,对环境负面的影响极小对环境负面的影响极小,资源利用率极高资源利用率极高,并使企业经济效益并使企业经济效益和社会效益协调优化