现代制造系统解析课件

1、第7章 现代制造系统引导案例 大型飞机的设计制造是一个复杂的制造系统工程，波音787飞机的研制过程中大量地采用了并行工程、虚拟制造、计算机集成制造、精益生产等现代制造模式和技术。波音公司用了10亿美元和10年时间，构建了基于构型控制的数字化制造信息管理系统，来支持整个波音公司分布在全球72个不同场所的45000名员工在40000多台各种工作站上同时进行并行的工作，并通过网络支持全球供应商的有关产品数据管理；在研制787客机的过程中，采用了全新的基于模型定义的计算机集成制造技术，采用数字化的三维模型彻底代替二维图纸，将三维制造信息和三维设计信息共同定义到产品的三维数字化模型中来实现CAD和CAM

2、的高度集成；在整个飞机的装配工作过程中，进行全机装配过程的数字化模拟仿真，通过建立“波音虚拟实验室”，设计人员可以在实验室带上三维眼镜，来操作和控制实际飞机的装配过程，评估在装配中是否有影响可达性的情况，以及将来飞机进入航线后的可维护性问题；采用电子看板管理的模式，应用精益生产的原则，使零部件、工艺装备、材料和人员在精确的时间到达生产线所需要的精确地点。 先进制造模式和技术对于改善企业的生产、经营和管理，进而提升企业的管理效率和综合竞争能力具有重要的作用。本章在介绍制造系统的概念与发展的基础上，阐述了现代制造系统的理论和特点，并着重介绍了几种典型现代制造模式的产生背景、原理及应用，包括精益生产

3、、并行工程、大规模定制、敏捷制造、计算机集成制造以及虚拟制造。第7章 现代制造系统12主要内容制造系统的基本概念制造系统面临的挑战及其发展趋势精益生产联合战斗机的研制与现代制造系统并行工程大规模定制敏捷制造虚拟制造计算机集成制造7.1.1.1 制造系统的定义7.1.1.2 制造系统的基本类型7.1.1制造系统的基本概念理解制造系统定义制造系统的产生制造系统的定义离散型制造系统连续型制造系统7.1.1.3 制造系统的发展历史7.1.1.4 制造系统的基本理论7.1.1制造系统的基本概念第二阶段 数控加工系统 第一阶段 刚性制造系统 第三阶段 柔性加工系统 第四阶段 计算机集成制造系统（CIMS）

4、 第五阶段 智能制造系统（CIMS） 制造系统的基本特性 制造系统的四流结构伦 7.1.1制造系统的基本概念7.1.1.1 制造系统的定义制造系统的产生 制造活动是社会最基本的活动。人们为了以最有效的方式实现从原材料到产品的转换，必须用系统论的观点来分析和研究制造过程。制造系统的定义 制造系统是指由制造过程及其涉及的硬件和相关软件所组成、实现资源转换以满足社会需求的有机整体。7.1.1制造系统的基本概念理解制造系统定义结构上: 制造系统是指由制造过程及其涉及的硬件和相关软件所 组成有机整体。过程上：制造系统是产品全生命周期所经历的制造活动过程，包括 市场分析、产品设计、工艺规划、制造装备、检验

5、包装、 销售服务和报废处理等环节。功能上：制造系统是一个将资源（原材料、能源等）转换为产品或 半成品的输入输出系统。7.1.1制造系统的基本概念7.1.1.2 制造系统的基本类型离散型制造系统 产品有许多零部件构成，各零件的加工过程相互彼此独立，制成零件通过部件装配和总装配最后成为产品。例如，机械制造、家具制造、电子设备制造等。连续型制造系统 工艺过程的加工顺序是固定不变的，生产设施按照工艺流程布置;生产对象按照固定的工艺流程连续不断地通过一系列设备和装置，被加工、处理成为产品。7.1.1制造系统的基本概念7.1.1.3 制造系统的发展历史制造系统的发展经历为五个阶段第二阶段 数控加工系统 第

6、一阶段 刚性制造系统 第三阶段 柔性加工系统 第四阶段 计算机集成制造系统（CIMS） 第五阶段 智能制造系统（CIMS） 7.1.1制造系统的基本概念刚性制造系统20世纪50年代前基本完成 采用专用机床和自动单机等组成流水生产线和自动生产线，实现大批量生产。 可实现固定产品的高生产率生产继电器程序控制、组合机床、自动化生产线等。 时期主要内容 特点主要技术第一阶段 控加工系统数控加工包括数控（NC）和计算机数控（CNC）。NC技术在20世纪5070年代发展成熟，70年代后，由于计算机技术的飞速发展。数控车床、数控铣床、加工中心等，辅助设备包括自动上下料装置、机械手等。柔性好、加工质量高、速度

7、快，适应多品种、中小批量的生产（包括单件产品）。数控技术、计算机编程技术等。时期数控加工设备 特点主要技术第二阶段 7.1.1制造系统的基本概念7.1.1制造系统的基本概念柔性加工系统产生于20世纪60年代末，70年代以后得到快速发展。柔性加工系统包括计算机直接数控（DNC）加工系统、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS） 和柔性制造生产线（FML） 强调制造过程的柔性和高效率，适应于多品种、中小批量的生产。成组技术（GT）、NDC、FMC、FMS、FML、离散系统理论与方法、计算机仿真技术、车间计划与调度、制造过程诊断与监控技术等时期主要内容 特点主要技术第三阶段 7.1.1制造系统

8、的基本概念计算机集成制造系统（CIMS）20世纪80年代迅速发展至今 计算机集成制造系统包括信息集成、过程集成和企业集成。强调制造全过程的系统性和集成性，以解决企业生存与竞争的TQCSFE。现代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术、环境工程技术时期主要内容 特点主要技术第四阶段 7.1.1制造系统的基本概念什么是TQCSFE时间（Time）质量（Quality）成本（Cost）服务（Service）环境（Environment）柔性（Flexibility）？7.1.1制造系统的基本概念智能制造系统（IMS）21世纪制造的发展方向 将人工智能融合到制造系统的每一个

9、环节而形成的人机一体化制造。在制造过程中能进行智能活动，诸 如分析、推理、判断、 构思和决策等。 可实现固定产品的高生产率生产 人工智能（AI）、并 行工程（CE）、虚拟制造（VM）、特征分析、加工过程的智能监视、诊断和控制、信息网络技术、敏捷技术、生产过程的智能调度等。时期主要内容 特点主要技术第五阶段 7.1.1制造系统的基本概念7.1.1.4 制造系统的基本理论制造系统的基本特性 制造系统是人力资源与其他多种资源组合而成的复杂人造系统，并受多种要素的制约。因此，必须用系统科学和系统工程的观点、方法来研究和描述制造系统的基本特性。 制造系统的基本特性包括： 集合性、相关性、目的性、环境适应

10、性、动态性、反馈性、随机性7.1.1制造系统的基本概念制造系统的四流结构论 制造系统运行过程的本质是资源转换的过程，是面向客户需求、不断适应环境变化、不断改善和进化的动态过程。在资源转换过程中，物料流、信息流、资金流和工作流四种要素在流动，极大地影响着制造系统的运行质量和发展活力。7.1.1制造系统的基本概念制造系统的“四流”示意图7.1.1制造系统的基本概念物料流（Material Flow） 物料流是一个输入制造资源通过制造过程而输出产品或半产品，并同时产生废弃物的动态过程。任何制造系统都是根据客户和市场的需求，开发产品，购进原材料，加工制造出成品，以商品的形式销售给客户并提供售后服务。物

11、料从供方开始，沿着各个环节向需方移动。7.1.1制造系统的基本概念信息流（Information Flow） 信息流是指制造系统与环境和系统内部各单元传递与交换各种数据、情报和知识的运动过程。根据类型可将信息分为需求信息和供给信息。需求信息如客户订单、生产计划、采购合同等从需求方向供应方流动，这时还没有物料流动，但它引发物流。而供给信息如入库单、完工报告单、库存记录、提货单等，同物料一起从供应方向需求方流动。信息流表明了制造过程中信息的采集、特征提取、组织、交换、传递、处理等特性资金流（Bankroll Flow） 物料是有价值的，物料的流动引发资金的流动。制造系统的各项业务活动都会消耗一定的

12、资源。消耗资源会导致资金流出，只有当消耗资源生产出产品出售给客户后，资金才会重新流回制造系统，并产生利润。一个商品的经营生产周期，是以接到客户订单开始到真正收回货款为止。为了合理使用资金，加快资金周转，必须通过企业的财务成本控制系统来控制每一个环节上的各项经营生产活动；通过资金的流动来控制物料的流动；通过资金周转率的快慢体现企业系统的经营效益。7.1.1制造系统的基本概念工作流（Work Flow） 工作流是指制造系统中有关人员的安排、技术的组织与分布等业务活动。信息、物料、资金都不会自己流动，要靠制造系统的业务活动即工作流来带动。工作流决定了各种流的流速和流量，制造系统的体制组织必须保证工作

13、流的畅通，对瞬息万变的环境作出响应，加快各种流的流速（生产率），在此基础上增加流量（产量），为企业系统谋求更大的效益。7.1.1制造系统的基本概念7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势7.1.2.1 传统制造业面临的挑战7.1.2.2现代制造系统的发展趋势制造虚拟化 制造绿色化 制造智能化 制造网络化 制造敏捷化 制造全球化 7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势7.1.2.1 传统制造业面临的挑战制造已不再仅仅是传统意义上的制造行为，还包括社会、经济、人文等综合因素。现代制造系统必须体现数字化、柔性化、敏捷化、客户化、网络化与全球化等基本特征。市场需求驱动的、建立在全球分布式网络化基础上

14、的现代制造系统，其本质上是一个复杂的社会经济人文交互系统。7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势制造企业的组织形态、经营模式和管理机制需要有全方位的创新，使之满足现代制造系统模式要求。7.1.2.1 传统制造业面临的挑战制造系统和制造过程的复杂性问题变得十分突出。制造系统的信息及信息量急剧增长。7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势7.1.2.2现代制造系统的发展趋势 近年来，制造自动化技术的研究发展迅速，发展趋势可用“六化”简要描述。发展趋势制造虚拟化制造智能化制造网络化制造绿色化制造敏捷化制造全球化7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势市场的国际化，产品销售的全球网络正在形成产品设计

15、和开发的国际合作产品制造的跨国化制造企业在世界范围内的重组与集成制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用全球制造的体系结构将要形成制造全球化7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势制造敏捷化柔性：包括组织柔性、机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性等。重构能力：能实现快速重组重构，增强对新产品开发的快速响应能力。快速化的集成制造工艺：如快速原型制造RPM，是一种CAD/CAM的集成工艺。7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势制造网络化制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程

16、设计、管理信息系统等各子系统的集成通过网络实现异地制造7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势制造虚拟化 制造虚拟化主要指虚拟制造，又称拟实制造。虚拟制造(VM)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。7.1.2制造系统面临的挑战及其发展趋势制造智能化 智能制造将是未来制造自动化发展的重要方向。所谓智能制造系统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，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。7.1.2制造

17、系统面临的挑战及其发展趋势制造绿色化 制造业即是创造人类财富的支柱产业，但同时又是当前环境污染的主要源头。为使制造业尽可能少地产生环境污染，于是就提出绿色制造（GM）的概念。 绿色制造涉及的面很广，涉及到产品的整个生命周期。绿色制造主要关于资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。绿色制造是目前和将来制造自动化系统应该予以充分考虑的一个重大问题。7.2.1精益生产7.2.1.1 精益生产的产生背景7.2.1.2精益生产的原理7.2.1.3 三洋制冷的“零库存”之路精益生产的特点精益生产的概念20世纪初 美国人福特开创的大量生产(Mass Production)，占世界主流地位。20世

18、纪50到70年代 日本丰田汽车公司在分析总结美国福特大量流水生产方式利弊的基础上，提出丰田生产方式。20世纪90年代至今 石油危机以后，丰田生产方式在日本汽车工业企业中得到迅速普及，并体现出巨大的优越性。20世纪70年代 麻省理工学院在分析造成日本与美国以及西欧各国在汽车工业发展上的差距的基础上，总结丰田生产方式，正式命名为“精益生产”。7.2.1.1 精益生产的产生背景精益生产（Lean Production，LP）来源于日本的丰田生产方式。7.2.1精益生产7.2.1.2精益生产的原理精益生产 精益生产是以满足市场需求为出发点，以充分发挥人的作用为根本，对企业所拥有的生产资源进行合理配置，

19、使企业适应市场的应变能力不断增强。从而获得最高经济效益的一种生产模式。精益生产的概念7.2.1精益生产看一看：精益生产的基本思想1）以满足市场需求为出发点 精益生产要求企业的一切活动均以适应市场变化，从价格、质量、交货速度、售后服务等各个方面满足用户的需求。7.2.1精益生产2）以“简化”为主要手段，消除一切浪费 (1) 精简组织机构。去掉一切不增值的岗位和人员。 (2) 简化产品开发过程。强调并行设计，并成立高效率的产 品开发小组。 (3) 简化零部件的制造过程。采用“准（及）时制”(Just-In-Time，JIT)生产方式，尽量减少库存。 (4) 协调总装厂与协作厂的关系。避免相互之间的

20、利益冲突。7.2.1精益生产4）以“尽善尽美”为追求目标 精益生产系统最终追求的目标是“尽善尽美”，在降低成本、减少库存、提高产品质量等方面持续不断地努力。3）以“人”为中心 (1) 将人视为比机器更为重要的财富。 (2) 推行独立自主的小组化(teamwork)工作方式。 (3) 原则上工人是终身雇佣的。 (4) 要求工人是多面手。7.2.1精益生产精益生产特点拉动式（pull）准时化生产（JIT）全面质量管理（TQM）团队工作法（Teamwork）并行工程（CE）。精益生产的特点7.2.1精益生产7.2.1.3 三洋制冷的“零库存”之路 三洋制冷在1995年引进“准时制生产方式”时，进行了

21、认真的研究和比较分析。发现在大批量生产方式下的均衡生产，是以大量的原材料、零部件、在制品、半成品的库存为条件的，超量的库存掩盖了生产过程中的矛盾，造成了均衡生产的假象，占用了大量的资金、空间、时间，浪费了人力和物力。为此，三洋制冷结合实际情况，提出了“零库存”的生产管理思想。借着ERP（企业资源计划）系统投入使用的机会，生产管理部全面掌握库存，避免盲目采购，并根据营销部门的合同和信息，有计划地使用积压物资、采购短缺物资，从源头上控制库存。经过艰苦的努力，在当年圆满完成了原材料采购、库存、资金的控制指标，“零库存”的生产管理思想得到了验证。7.2.2并行工程7.2.2.1并行工程的产生背景7.2

22、.2.2并行工程的原理7.2.2.3并行工程在美国的应用并行工程的概念 并行工程的体系结构 并行工程的关键技术 串、并行产品开发过程对比7.2.2并行工程7.2.2.1并行工程的产生背景 20世纪80年代中期后，制造业商品市场发生质的变化。同类商品日益增多，企业之间的竞争愈演愈烈。竞争的焦点转移到满足用户需求和综合上市时间、产品质量、产品成本和售后服务等指标。同时，顾客对产品质量、成本和种类要求越来越高，产品的生命周期越来越短。企业为了赢得市场优势，就不得不解决加速新产品开发、提高产品质量、降低成本和提供优质服务等一连串的问题。在这些问题中，迅速开发出新产品，使其尽早进入市场成为赢得竞争优势的

23、关键。为解决以上问题，人们引入了并行工程概念 我国于1992年开始酝酿并行工程，1995年正式作为关键技术列入863/ CIMS研究计划。7.2.2并行工程串、并行产品开发过程对比7.2.2并行工程7.2.2.2并行工程的原理 并行工程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中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。并行工程的定义并行工程的概念7.2.2并行工程 并行工程通常是由过程管理与控制。工程设计、质量管理与控制、生产制造、支持环境等分系统所组成。体系结构如下图。并行工程的体系结构7

24、.2.2并行工程质量功能配置(QFD) QFD是一种结构化过程、一种可视化语言和一组相互关联的工程与管理图表，它使用“客户的声音(VOC)”获取客户的需求，并将需求转化为设计、生产和制造过程的特征。面向全生命周期的设计(DFX)。 DFX技术是在 CAX技术基础上发展起来的一类新兴技术。旨在产品开发的早期阶段尽可能考虑影响产品生命周期的各种因素，在产品投产之前，解决设计中存在的各种问题，避免产品开发后期的设计返工。并行工程的关键技术7.2.2并行工程并行工程的关键技术计算机支持协同工作(CSCW) 为了适应多专业的协同工作，必须建立一个协同工作环境，即建立一个内部可以交互操作的支持环境，一方面

25、做到：正确的信息在正确的时刻以正确的方式送给正确的人，以便作出决策、修改或认可；另一方面建立各种数据库及方法库，积累在设计和管理中的经验，重复使用以前所获得的成果，辅助决策。7.2.2并行工程7.2.2.3并行工程在美国的应用 美国波音公司在777大型民用客机的研制中，运用CE技术，组成了包含200个研制小组的群组协同工作组，减小了工程更改50%以上。它与波音767飞机的研制周期相比，缩短了13个月，实现了5年内从设计到试飞的一次成功。 美国洛克希德公司1992年在新型号导弹的研制中，采用了并行工程方法，将开发周期从5年缩短到2年。 美国ATF（先进技术战斗机）计划中，引入“综合产品组”（IP

26、T）概念。F-22飞机组建了84个IPT，F119发动机组建了100个IPT。与F-100-PW-220相比，研制F119推行并行工程后，返修率下降74%，非计划拆卸率减少33%，每飞行小时的维修人时减少63%，平均故障间隔增加62%，空中停机率减少20%，7.2.3.1大规模定制的产生背景7.2.3.2大规模定制的原理7.2.3.3浙江泰恒光学有限公司的大规模定制实施应用7.2.3大规模定制大规模定制的概念大规模定制生产与大批量生产、完全定制生产的区别 大规模定制的关键技术大规模定制的概念大规模定制分类7.2.3大规模定制1970年 阿尔文托夫勒在未来的冲击中提出以类似于标准化或大量生产的成

27、本和时间，提供满足顾客特定需求的产品和服务的设想。1987年 斯坦达维斯在完美的未来中将这种生产方式称为大量定(MassCustomization，MC)，它又称为大批量定制或大量定制。21世纪 约瑟夫派恩二世在大量定制商业竞争的新前线中对大规模定制进行了完整地描述，并将它与大量生产模式进行了比较，从而确定了它的概念内涵。1993年 国内外的学术界和企业界对MC生产进行了广泛的理论研究和实际应用。我国863计划CTMS主题专家组在“九五”和“十五”期间也有计划地部署了一系列课题，对MC的理论、方法和技术等进行了深入的研究。7.2.3.1大规模定制的产生背景 随着经济全球化的发展，企业之间的竞争

28、愈加剧烈，大量定制生产模式以其独特的竞争优势，引起人们的重视，得到迅速的发展。7.2.3.2大规模定制的原理 MC是一种在系统整体优化的思想指导下，集企业、顾客、供应商和环境于一体，充分利用企业己有的各种资源，根据顾客的个性化需求，以大量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产模式。大规模定制（MC）的定义7.2.3大规模定制大规模定制的概念大规模定制（MC）的优势MC的指导思想是系统整体优化MC的产品能够满足顾客的个性化需求，即定制MC具有大量生产的产品相同的成本、质量和效率MC是对企业的设计、制造、销售、服务等活动以顾客为中心进行思考的一种哲理，是考虑问题的思想方法7.2.3大

29、规模定制看一看：大规模定制的基本思想 通过产品结构和制造过程的重构，运用现代信息技术、新材料技术、柔性制造技术等一系列高新技术，把产品的定制生产问题全部或部分转化为大量生产，以大量生产的成本和速度，为单个顾客或小批量多品种市场定制任意数量的产品。7.2.3大规模定制看一看：大规模定制的基本思想大规模定制与大批量生产的比较比较项目大批量生产大规模定制关注点通过稳定和控制获得效率通过柔性和快速反应取得品种和定制目标以几乎每个人都能支付的低价格开发、生产、销售和分发商品和服务开发、生产、销售和分发可支付的商品和服务，其种类和定制足以使几乎每个人能买到满足自己需要的商品主要特征1、稳定的需求2、巨大、

30、统一的市场3、低成本、稳定的质量、标准产品和服务4、产品开发周期长5、产品生命周期长1、分散的需求2、不同的小市场3、低成本、高质量、定制的商品和服务4、产品开发周期短5、产品生命周期短利润模式通过规模效益获得利润通过对满足客户个性化需求的不同产品实行差别定价实现利润最大化7.2.3大规模定制大规模定制与大批量生产、完全定制生产的区别大规模定制生产与完全定制生产的比较比较项目大规模定制生产完全定制生产适用对象适合于对产品价格有要求的同时，又对产品个性化有较高需求的顾客适合于完全追求产品个性化而不太考虑价格或成本的顾客实现定制的方法通过减少客户工程和对标准设计以及工艺流程的修改，同时扩大标准件和

31、容易实现定制的零件比例，来满足定制通过改变或修改设计以及工艺流程来满足定制需求成本成本较低成本高敏捷性主动的反应策略，敏捷性高，能快速响应市场的需求变化被动的反应方式，敏捷性差适用条件产品变化很大，而生产流程没有太大变化产品变化很大，同时生产流程也不确定7.2.3大规模定制使用MC模式的企业通过对比大规模定企业获得的竞争优势价格优势成本优势竞争优势销售优势市场优势双赢优势7.2.3大规模定制 大规模定制生产是一种大规模生产和定制生产相结合的混合模式，企业根据市场预测和客户订单分离点（CODP）进行大规模生产。客户订单分离点如下图。7.2.3大规模定制大规模定制的分类 根据客户订单分离点（COD

32、P）在生产过程中的不同位置，可将大规模定制分为如下4种类型 （1）按订单销售(sale-to-order，STO) 指根据客户订单的需求量出库。 （2）按订单装配(assemble-to-order，ATO) 指接到客户订单后，企业将已有的零部件经过再配置后向客户提供定制产品的 生产方式。 （3）按订单制造(make-to-order，MTO) 指接到客户订单后，在已有零部件的基础上进行变形设计、制造和装配，最终 向客户提供定制产品的生产方式。 （4）按订单设计(engineer-to-order，ETO) 指按照客户订单中的特殊需求，重新设计能满足特殊需求的新零部件或整个产 品，在此基础上向

33、客户提供定制产品的生产方式。7.2.3大规模定制（1）产品模块化技术（2）产品变型设计技术7.2.3大规模定制 模块化产品设计方法的原理是，在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的顾客定制的产品，以满足市场的不同需求。 一个产品的开发并不是从零开始，为了减少错误、提高质量、降低开发成本并缩短开发时间，必须充分利用企业已有的产品信息资源。因此，有必要开发组合产品系统以有效支持产品信息资源的重用，该系统还应提供对产品进行标准化和规范化的功能，从而可将新的主产品结构加入到组合产品系统中，丰富组合产品系统

34、的主产品模型。大规模定制的关键技术（3）大规模定制的产品决策及评价技术7.2.3大规模定制 MC是面向产品族的设计，其设计结果是可变型的产品模型。成功产品族的获得需要对客户需求进行系统分析，但根据客户的产品需求，可以得到多种产品配置方案，在众多配置方案中选择最具竞争优势的方案也是需研究的关键技术。7.2.3大规模定制7.2.3.3浙江泰恒光学有限公司的大规模定制实施应用 浙江泰恒光学有限公司成立于1996年，坐落在温州市瓯海经济开发区。公司年生产各类眼镜4000万副，各类镜片1000万副，产品95%以上出口欧美、东南亚等100多个国家和地区，具有自营进出口权。2006年销售额2.7亿元，是中国

35、最大的集眼镜产品设计、生产、贸易于一体的企业之一。 为了适应多品种、变批量的市场环境变化。2002年，泰恒公司依托温州大学工业工程与管理研究中心雄厚的科研实力和多年的实践经验，将定制化的思想引入眼镜产品的生产中，建立个性化眼睛信息系统平台。这样，顾客可以在眼睛信息系统平台已有的大规模基本产品的基础上，进行个性化定制。建立眼睛信息系统平台的关键技术（1）产品族的建立7.2.3大规模定制（2）脸形参数提取技术（3）相似匹配搜索技术 脸形特征指的是与眼镜产品相关的脸部生理参数。基于特征的眼镜产品设计的关键在于脸形特征的提取和识别，而脸形特征参数的提取主要基于人体的测量技术。通过对人体脸型特征的分析，

36、以及脸部特征点的选取，系统计算出脸型的关键参数，从而为客户的产品定制和设计人员的个性化设计提供重要的数据。 在系统的产品族平台上，客户可以选择模块进行组装设计，并通过系统的匹配搜索技术，设计输出客户所需的产品的图像效果。其基本原理是利用各模块在眼镜装配中的重要程度和需求特征与模块特征之间的相似度这两个指标在可选模块单元域内进行搜索，从而得到眼镜配置设计方案。7.2.3大规模定制7.2.4.1敏捷制造的产生背景7.2.4.2敏捷制造的原理7.2.4.3透视戴尔敏捷制造的应用7.2.4敏捷制造敏捷制造的概念敏捷制造的特征敏捷制造的概念敏捷制造的实现技术7.2.4敏捷制造7.2.4.1敏捷制造的产生

37、背景 20世纪70年代到80年代初，美国的制造业严重衰退，逐步丧失了其世界霸主的地位。为应对这一问题，1986年，麻省理工学院（MIT）工业生产率委员会深入研究美国制造业衰退的原因，并提出以先进技术、强大竞争力的国内制造业来夺回美国优势的振兴制造业的对策。 1988年，美国里海大学和通用汽车公司GM共同提出了敏捷制造（AgileManufacturing，AM）的概念。1991年，美国里海大学和美国工业界联合向美国国会提交了21世纪制造企业发展战略报告，描述了AM的概念、方法和技术。1993年，美国国家自然科学基金会联合国防部在纽约、伊利诺伊、得克萨斯等州建立了敏捷制造国家研究中心，分别研究电

38、子行业、机床工业和航天国防工业中敏捷制造问题。 我国“863”计划从1993年开始对敏捷制造进行跟踪研究，国家自然科学基金委员会（NSFC）自1995年，每年都有资助敏捷制造方面的研究项目。目前，敏捷制造已在电脑制造、汽车与航空业等领域里有一定的实践基础，其理论体系也已初具雏形。7.2.4敏捷制造7.2.4.2敏捷制造的原理 制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源，包括技术、管理和组织，以有效和协调的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性。 敏捷制造的核心是保持企业具备高度的敏捷性。敏捷制造的定义敏捷制造的概念7.2.4敏捷制造思考：理解敏捷制造的含义出发点：快速响应市场和用户的需求，因此

39、要求制造系统具有足够的柔性。着重点： 高素质、多能的员工团队。立足点：多个相关企业的协同工作，提高市场竞争能力。支撑点：虚拟制造技术7.2.4敏捷制造敏捷制造CIM技术并行工程技术模型和仿真技术企业集成网络技术工作流管理标准化技术 企业欲实施敏捷制造模式需要具备如右图的技术。敏捷制造的实现技术7.2.4敏捷制造敏捷制造模式区别于其他制造模式具有两个显著特征1.敏捷虚拟企业 简称虚拟企业（Virtual Enterprise），或称企业动态 联盟（Dynamic Alliance Enterprise）敏捷制造的特征2.虚拟制造技术7.2.4敏捷制造虚拟企业（Virtual Enterprise

40、） 定义：依据市场需求和具体任务大小，按照资源、技术和人员的最优配置原则，通过信息技术和网络技术，将同一公司的相关部门或者同一地域的一些相关公司或者不同地域且拥有不同资源与优势的若干相关企业联系在一起，快速组成一个统一指挥的生产与经营动态组织或临时性联合企业。 特点：组织结构的动态性和灵活性；地理位置的分布性；结构的可重构性；资源的互补性；依赖于信息和网络技术。 条件：参与联盟的各个单元企业无法单独地完全靠自身的能力实现超常目标，或者说目标已经超越某企业运用自身资源可以达到的限度。7.2.4敏捷制造2.虚拟制造技术2.虚拟制造技术 虚拟制造技术又称可视化制造技术，是指综合运用仿真、建模、虚拟现

41、实等技术，提供三维可视交互环境，对从产品概念产生、设计到制造全过程进行模拟实现，以便在真实制造前，预计产品的功能及可制造性，获取产品的实现方法，从而缩短产品上市时间，降低产品成本。7.2.4敏捷制造7.2.4.3透视戴尔敏捷制造的应用敏捷制造管理在戴尔的成功应用体现在三个方面：1.速度最快、最满足顾客要求的戴尔 尽可可能消弭一切中间环节，第一时间把握市场需求，将高度模块化的半成品组装成产品，满足客户需求。2.比顾客更了解顾客的戴尔 戴尔公司采用市场细分和顾客细分的数据分析方法，通过评估每个细分市场的投资回报率，并与其它市场作比较，就可以制定出日后的绩效目标，使各项业务的全部潜能得以充分发挥。3

42、.虚拟整合：建立信息伙伴关系 戴尔以客户为驱动，通过互联网直接直接消费者建立伙伴关系，并在第一时间满足客户需求。7.2.5.1虚拟制造的产生背景7.2.5.2虚拟制造的原理7.2.5.3数字化虚拟制造在制造业中应用虚拟制造的概念虚拟制造的体系结构虚拟制造的关键技术7.2.5虚拟制造7.2.5虚拟制造7.2.5.1虚拟制造的产生背景虚拟制造（Virtual Manufacturing，VM）1993年的一下下午，日本科学家Kimura在公园里散步。在他思考并行工程的支持技术时，首次采用虚拟制造（Virtual Manufacturing，VM）来解释这个问题。7.2.5虚拟制造 虚拟制造是全新的

43、概念，到目前为止，国际还没有一个统一的定义，下面是几个主流思想。 虚拟制造是与实际制造一样在计算机上执行制造过程，其中的虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测。 佛罗里达大学Gloria J.Wies什么是虚拟制造？7.2.5.2虚拟制造的原理虚拟制造的概念7.2.5虚拟制造 虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制的一体化的、综合性的控制环境 马里兰大学Edward Lin等人 虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。 美国Wright空军实验室什么是虚拟制造？7.2.5虚拟制造虚拟制造的体系结构，主要由四部分组成。分别是

44、 ： （1）虚拟开发平台（2）虚拟生产平台（3）虚拟企业平台（4）虚拟制造集成虚拟制造的体系结构7.2.5虚拟制造虚拟制造的体系四部分组成结构关系如下图 ： 7.2.5虚拟制造虚拟制造的关键技术7.2.5虚拟制造7.2.5.3数字化虚拟制造在制造业中应用虚拟制造技术的主要应用在以下几个方面：1虚拟样机2虚拟企业7.2.5虚拟制造虚拟样机零部件的三维CAD模型及各级装配体，三维模型应参数化、适合于变形设计和部 件模块化与三维CAD模型相关联的二维工程图三维装配体适合运动结构分析、有限元分析、优化设计分析形成基于三维CAD的PDM结构体系从虚拟样机制作过程中摸索出定制产品的开发模式及所遵循的规律三

45、维整机的检测与试验7.2.5虚拟制造虚拟企业生产模式：采用“两头在内，中间在外”哑铃型生产经营模式，即产品研究、开发、设计和组装、调试、销售两头在公司内部进行，而中间的机械加工部分则通过外协、外购方式进行。特征：企业地域分散化。虚拟企业从用户订货、产品设计、零部件制造，以及总成装配、销售、经营管理都可以分别由处在不同地域的企业，按契约互惠互利联作，进行异地设计、异地制造、异地经营管理。7.2.6.1计算机集成制造的产生背景7.2.6.2计算机集成制造的原理7.2.6.3中强电动公司的CIMS应用计算机集成制造的概念CIMS的体系结构计算机集成制造的关键技术7.2.6计算机集成制造CIMS工程概

46、况CIMS工程的综合效益7.2.6计算机集成制造7.2.6.1计算机集成制造的产生背景计算机技术在工业生产中的应用及其发展趋势1974 年，美国人约瑟夫 哈林顿博士，在一次计算机技术在工业生产中的应用及其发展趋势的讨论中，首先提出了计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing System，CIM）的概念。计算机集成制造7.2.6计算机集成制造7.2.6.2计算机集成制造的原理 CIMS包括两个基本要点：一是企业生产经营的各个环节，如市场分析预测、产品设计、加工制造、经营管理、产品销售等一切的生产经营活动，是一个不可分割的整体；二是企业整个生产经营过程从本质上看是一个数据的采集、传递、加工处理的过程，而形成的最终产品也可看成是数据的物质表现形式。 约瑟夫 哈林顿什么是计算机集成制造？ 计算机集成制造是全新的概念，到目前为