先进制造模式讲稿资料

1、现代制造系统第 1 章 制造系统总论第 2 章 制造系统基本原理第 3 章 先进制造模式 第 4 章 先进设计技术第 5 章 先进制造装备及技术 第 6 章 先进制造工艺技术 第 7 章 绿色设计与制造第 8 章 典型产品的制造系统 第 9 章 制造系统展望 第 3 章 先进制造模式3.1 制造模式的类型与作用3.2 并行工程（CE）3.3 敏捷制造（AM）3.4 可重构制造（RM）3.5 大量定制（MC）3.6 成组技术（GT）3.7 精益生产（LP） 3.8 计算机集成制造（CIM）3.9 虚拟制造（VM）3.10 网络化制造（NM）3.11 智能制造（IM）3.12 几种制造模式的比较3

2、.4.1 RM的发展 3.4.2 RM的原理3.4.3 案例：RM使老企业 旧貌换新颜 3.4 可重构制造（RM）3.4.1 RM的发展 可重构制造系统的发展可以追溯到1916年汽车制造商在发动机中采用的模块元件。 1977年日本开始研制柔性加工单元（FMC），明确地引进了“模块结构”（Modular construction）的新概念。可重构技术最开始应用于电子硬件、计算机超大规模集成电路和计算机软件设计，构筑了基于计算机硬件和软件的可重构结构体系。 1991年福特提出了模块化轿车概念，这些都是可重构制造系统中模块化思想的初步应用，但没有形成比较完整的体系和概念。 20世纪90年代，制造业受

3、到一系列因素的挑战，企业只有具有快速、有效和低成本地适应各种变化的能力才能在新的环境中生存。 3.4.1 RM的发展 制造系统研制周期长已成为制造系统发展的瓶颈。系统研制周期的缩短可通过对其模块化的构件进行快速设计和对已有制造系统进行重构来实现。1996年，美国密执安（Michigan）大学工程研究中心（ERC）在美国国家科学基金会（NSF）和25家公司资助下开展了有关可重构制造系统（Reconfigurable Manufacturing System，RMS）的研究。1997年，Y. Koren、U. Heisel等人首次正式提出RMS的概念。美国国家研究委员会（NRC）于1998年在20

4、20年制造挑战的设想的报告中明确地将RMS列入6大挑战与10大关键技术中，而且RMS名列10大关键技术之首。 3.4.1 RM的发展从1997年起，我国在国家自然科学基金和“十五”863计划基金资助下，对RMS的理论及方法进行了研究。我国在跟踪学习国外先进制造模式研究成果的基础上，取得了一定研究成果。清华大学及北京机床研究所研究了快速可重构制造系统的科学原理和建模；中科院沈阳自动化研究所研究了重构理论与方法；华中科技大学研究了可重构制造系统资源；南京航空航天大学研究了可重构制造机床 。许多企业失败破产的原因就是其内部变革的步伐跟不上环境的变化。我国机械工厂于1996年开始实施重构：山东某厂每年

5、按订单重构生产线8次。江苏某计算机组件制造厂根据周计划可以随时在8小时内完成CNC加工中心组成的制造系统重构，最短的重构周期达到24小时或更短。 3.4.2 RM的原理1. 重构的概念2. 制造系统的可重构性 3. RMS的定义与特性 4. RMS的组成与类型 5. RMS的支撑技术 3.4.2 RM的原理1. 重构的概念 系统构形：是指系统在给定条件下的一个确定的物理形态或抽象概念模式。任何系统都呈现一个临时性固定状态，即表现出一种构形。构形是系统进化轨迹上的一个突变点。构形包括由其所有构件组成的整体集合、构件的属性和构件间的空间、时间、功能和逻辑关系等内容。 系统重构（Reconfigur

6、ation）：也称为重组或重配置，是系统从一种构形向另一种构形的转移。它是系统生存和发展的基本手段。能够进行构形变化的系统称为可重构系统，而系统进行可重构的能力称为可重构性（Reconfigurability）。3.4.2 RM的原理 “重构”与“重组” ：严格地说，“重构”的内涵比“重组”宽泛一些。重构指重新构造系统的结构及重新组合系统的功能，可能需要从系统外引入新的构件，或从系统中移出已有构件，或用一个构件替换另一个构件（物理重构），或保持己有系统构件不变而改变生产作业计划（逻辑重构）；而重组指重新组合，一般仅在系统原有构件的基础上进行，不必从系统外引入新的构件。另外，把“重构”称为“重组

7、”时，相应地应将相关概念如“构形”、“构件”分别称为“组态”、“组元”。 1. 重构的概念 3.4.2 RM的原理2. 制造系统的可重构性 制造系统的可重构性是指一种可以按照规划和设计规定的变化，利用子系统、模块或构件的重排、更替、剪裁和革新等手段对系统进行重新构形、更新过程、变换功能或改变系统的输出量以快速响应市场变化的能力。可重构性与组合性有本质的区别：可重构性不仅考虑了物理、几何相似性，而且考虑了生物学相似性。按照生物制造的观点，制造系统的可重构与自然界中生物的进化有共同特征：内部均具有层次状的实体结构，当环境发生变化原有功能不能适应需求时，通过“遗传与变异”的“自组织”方式，集成合适的

8、基本单元，重新构成新的功能。 3.4.2 RM的原理定义一 可重构制造系统是一种为响应市场或客户需求的突然变化，快速调整在一个零件族内的生产能力和生产功能，在最初就设计成为可快速改变结构、由硬件与软件的构件组成的制造系统。定义二 可重构制造系统是一种能按市场需求变化和系统规划与设计的规定，以重排（重新组态）、重复利用和更新系统或子系统组态的方式，实现低的重组成本、短的系统研制周期和斜升时间、高的质量和投资效益、快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的可变制造系统。3. RMS的定义与特性 3.4.2 RM的原理定义三 可重构制造系统是一种对环境变化具有快速响应能力的、可重新实现系统构形的、满

9、足系统决策要素要求的制造系统。由制造系统的层次性，也可给出在不同层次上具有不同内涵的RMS的定义。 定义四 对单元级制造系统，如加工作业层，RMS是一种由可重构设备及调度控制软件等构成的可重构加工系统（Reconfigurable machining system），相应的可重构物流系统和可重构控制系统组成的制造系统。这是狭义RMS。3. RMS的定义与特性 而广义RMS包括以下两级： 3.4.2 RM的原理定义五 对企业级制造系统，即企业层，RMS是一种包含企业组织、产品、过程和加工系统、物流系统、控制系统重构等多个方面的可变制造系统。其构件不只局限在机床和调度控制软件上，种类、结构和性质更

10、加庞大和复杂化。定义六 对全球制造系统，即企业外层，RMS是一种基于计算机广域网络和敏捷制造的快速响应制造系统（Rapidly Responsive Manufacturing System），又称为快速重构制造系统（Rapidly RMS，简称RRMS）。3. RMS的定义与特性 3.4.2 RM的原理表3-2 可重构制造系统的特性特性特性的说明可重构性由一个生产需求期转向下一生产需求期而使所要加工的产品集发生变化时，按照变化了的生产要求准确、经济性地由一种构形向另一种构形转换的能力。模块性所有部件采用模块化设计，包括系统的各种硬件和软件，如结构件、动力头、控制器件、控制软件、组合夹具、刀具

11、和工具等。可集成性系统所有部件和和控制模块等构件具有与其他构件进行集成的接口以及易于新技术引入的性能。RMS的主要特性3.4.2 RM的原理表3-2 可重构制造系统的特性特性特性的说明可定制性利用已有的生产线来生产不同的产品，同时品种更换时系统调整所需的时间较短。包括：柔性定制指基于制造加工的零件族及具体零件加工所需的柔性来选择加工设备和构造系统；控制定制指基于开放性结构技术，通过与控制模块进行集成而提供所需的附加控制功能。可转换性在优化作业模式下和一定作业时间（通常为一天）内，一批作业完成、下批作业开始之间快速平稳过渡转换的性能，在转换过程中应尽快完成必要的操作，如更换工艺装备和CNC程序及

12、进行其他的手工操作。可诊断性快速地诊断（辨识和探测）影响产品质量和可靠性（故障产生）的原因，具有相应的修正和微调能力。可重用性在满足相同生产需求的前提下，用对已有系统进行重构的方式构建制造系统的成本要低于用首次构建的方式构建制造系统的成本的性能。RMS的主要特性3.4.2 RM的原理4. RMS的组成与类型 (1)单元级RMS 一般由三个子系统组成：1)可重构加工系统2)可重构物流系统3)可重构控制系统如图3-12所示。可重构制造系统（RMS）图3-12 单元级RMS结构和组成可重构加工系统可重构加工设备普通加工设备辅助设备检测设备清洗设备可重构物流系统储存系统输送系统操作系统工件流刀具流配套

13、流可重构控制系统过程控制过程调度过程监控毛坯产品3.4.2 RM的原理企业级RMS如图3-13所示。这些组成部分源于制造系统的层次性，也表明它的可重构性具有层次性。图3-13 企业级可重构制造系统的组成信息集成技术平台 组织结构业务过程产品开发加工系统制造战略4. RMS的组成与类型 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理1)制造战略是企业进行各种决策时的依据和指导原则。一般常见的有：快速市场响应战略、低成本战略、高质量和高性能的产品战略、创新战略、产品独创战略、可持续发展战略、产品分线战略、竞争与合作战略等。RMS运行是机遇驱动的，必须重视创新战略。 制造战略涉及到外部组织重构。外部组织

14、重构是指不同企业间的组织重构。它分为两种形式：静态重构和动态重构。4. RMS的组成与类型 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理内部组织重构是指企业内部不同组织单元间以及同一组织单元内部的重构。重构时每个组织单元根据内外部要求通过自组织和自优化对结构进行重构。常见的组织结构有递阶结构、分布式结构和动态结构，其中递阶式静态企业结构已不能适应快速多变的市场环境；分布式结构与中国的文化和社会价值观有显著冲突，因此不宜采用。从严格的多级递阶结构转变为面向过程的扁平化的动态合作式结构，比较符合中国国情。因为它吸收递阶和分布式的优点。4. RMS的组成与类型 2)组织结构系统结构描述三方面的关系和约

15、束：系统和环境相关的方式和强度；系统内部各组织单元之间的关系和强度；系统的组织单元内部结构和性质。 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理3)业务过程 RMS更加面向过程，其运作可分为若干业务流过程。典型的企业业务过程包括经营规划、市场销售、采购供应、生产计划调度、库存控制和售后服务等。与有机体一样，企业在对环境变化做出反应并适应这种变化的过程中，不断地发展变化，必须对业务过程进行重构。业务过程重构 是针对制造过程的可变性，对制造系统业务过程的功能性活动及由相关活动组成的有机序列进行分析、分类、整理和重构，动态改变由系统设备布局、作业计划等确定的人、加工设备等的操作时序及物流路径，构造定义

16、明确的具有针对性的业务过程。业务过程重构可以分为三个阶段：过程建模、过程分析及过程重构。4. RMS的组成与类型 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理4)产品开发产品重构是指在设计初期由用户需求变化、材料节约和环境保护等因素驱使而进行的涉及产品全生命周期的重构。b. 产品结构详细设计阶段尽可能利用现有的零部件设计 产品方案设计阶段按多种构形设计开发和管理产品 c. 采用面向环境的设计技术，考虑产品再利用和环境保护等因素，减少生态影响，对旧零件进行回收利用。 产品可重构性包含三层意义： 4. RMS的组成与类型 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理5)加工系统主要指产品加工与装配设备

17、的重构。加工系统重构是指按照业务过程重构动态地改变加工系统（如制造单元、生产线和加工中心）中的构件及其之间的联系，从而改变系统的生产功能和生产能力。设备的可重构性是整个企业可重构性的基石，关键问题是模块化组件，模块化控制软件和标准化接口。 4. RMS的组成与类型 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理 按重构的加工系统层次分类：系统级的快速重构。包括生产线、物流系统或者制造单元的生产能力、制造过程和功能的快速重构；设备级的快速重构。包含组成制造系统的各种设备的快速重构；部件级的快速重构。包含各种功能部件、组件与工具、其他刀具与辅助系统的快速重构。4. RMS的组成与类型 5)加工系统加工

18、系统重构的主要内容：在变化的环境中较为平稳地在系统级上添加、更换和减少设备，进行系统物理重构。在变化的环境中动态地完成软件、控制系统重构，进行系统逻辑重构。根据变化动态改变设备的功能和结构，灵活性地完成多种任务。 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理 信息平台重构是指为实现制造系统的可重构性，构建具有可重构性的由计算机网络、硬件平台和应用软件等构成信息集成框架，实现各种模块的“即插即用”。 按软硬件分为：硬件系统及其构件的快速重构； 软件系统及其构件的快速重构。4. RMS的组成与类型 6)信息集成技术平台 制造系统中信息平台的可重构性，是由应用软件、集成框架（中间件）和计算机网络三方面

19、的可重构性组成。 (2)企业级RMS 3.4.2 RM的原理5. RMS的支撑技术 RMS涉及先进的制造战略、营销、新产品创新与改进的设计与开发、系统工程与分析、随机动态规划与决策、质量工程、系统可靠性和运行跟踪与诊断、计算机技术、自治与协同控制、硬软件接口与协议技术、经济可承受性、系统集成管理和生产运作管理等多学科、多种技术的交叉融合，因此为了实现RMS的构建和重构，需要研究RMS的设计原理、开放式控制系统、模块化设计方法以及可重构设备方面等关键技术，见表3-3。 3.4.2 RM的原理表3-3 可重构制造系统的关键技术关键技术研究项目研究内容设计原理指导思想并行工程协同设计、智能制造、敏捷

20、生产等先进制造技术思想和哲理设计理论创新设计、离散随机过程系统控制决策、基于突变流理论系统规划、开放式控制系统体系结构设计方法模块化设计方法、可制造性设计、可诊断性设计、经济可承受性设计、系统运行决策优化设计信息集成与CAD、CAPP、CAM、PDM、MRP、MRP 11、ERP、CRM、SCM、CPC等信息系统的集成5. RMS的支撑技术 3.4.2 RM的原理开放式控制系统标准和规范系统封装及集成、基于 CORBA的对象封装机制、COM/DCOM标准、STEP标准、接口技术和基于总线的分布式控制结构高速化和高精度化高加减速度和高精度的位置检测系统和伺服系统控制系统的误差补偿技术智能化控制系

21、统的自适应控制、专家系统、故障诊断系统等智能技术5. RMS的支撑技术 关键技术研究项目研究内容可重构制造系统的关键技术3.4.2 RM的原理5. RMS的支撑技术 关键技术研究项目研究内容硬件模块化设计系统布局按形状、接口、运动和刚性等方式定义硬件子模块集合、定义硬件子模块间的约束、按运动和过程等定义硬件设备的集合、零件加工过程顺序的描述、定义合理的系统布局模块化结构机械界面的标准化、控制系统接口的标准化、软件系统的模块化、管理系统的模块化、物流系统接口标准化、工装夹具接口标准化模块接口系统接口（系统间连接的标准化）、模块接口（模块间连接的标准化）、子模块接口（模块内部的标准化）、功能接口标

22、准化、数据接口标准化、能量接口标准化可重构制造系统的关键技术3.4.2 RM的原理5. RMS的支撑技术 关键技术研究项目研究内容软件模块化设计设计标准CORBA规范、COM/DCOM标准、STEP数据标准设计方法中间件技术的软件设计方法、面向对象技术的设计方法科学的软件系统设计规划及描述3.4.2 RM的原理可重构设备设计设计内容产品的变化、工件规格的可重构性、零件的几何可重构性、机械加工精度的可重构性、批量与生产率的可重构性、加工过程变化的可重构性、平行运动学设计理论基于系统性的广义相似性理论及其与用户需求的关系、基于接口界面静动态力学与热物理性能基础的静动态综合误差和误差流理论、基于振动

23、测量的刀具/工件相对振动振幅测量、设备可诊断性设计及其可诊断设计的测量参数集合、重心分布的设计设计原则基于广义相似性的模块划分和整合集成、基于模块间性能测试和分析、模块间的物理/几何性能分析与预测、整机物理、几何和误差性能的系统测试、预测和控制、设备的可移动性原则可重构生产线设计设计内容生产线（PL）平衡、PL工艺流程设计和工序分析、PL节拍计算、PL设备选型、PL物流系统设计、PL夹具设计、PL刀具和量具设计、PL布局优化、PL成本估算、PL作业调度、PL缓冲区数量设置及优化、PL控制系统研究、PL设备系统、PL检测系统、PL可靠性等。5. RMS的支撑技术 3.4.3 案例：RM使老企业旧

24、貌换新颜 无锡机床股份有限公司 存在的问题:设备的柔性功能差，产品品种多、批量小等因素已严重影响产品的出产周期和产品质量，大而全的生产模式制约了公司的发展。因此，对企业制造体系的重构，已成为企业迫切需要解决的问题。3.4.3 案例：RM使老企业旧貌换新颜 无锡机床股份有限公司 解决的方法：首先对目前“纺锤形”制造体系进行了重构，对机械加工零件实施“扩粗存精”战略，并通过逻辑重构，通过调整数控加工程序来适应产品的变化。其次用高精、高效的数控设备替代陈旧设备。3.4 END3.5.1 MC的发展 3.5.2 MC的原理3.5.3 MC的优势与应用 3.5.4 案例：戴尔与海尔的MC应用 3.5 大

25、量定制（MC） 1970年阿尔文托夫勒（A1vin Toffler）在未来的冲击一书中提出了一个设想：以类似于标准化或大量生产的成本和时间，提供满足顾客特定需求的产品和服务。1987年斯坦达维斯（Stan Davis）在完美的未来一书中将这种生产方式称为大量定制（Mass Customization，MC）。它又称为大批量定制或大规模定制或大规模顾客化生产。1988年欧洲开始的ESPRIT的扩展FOF（Factory of future，未来工厂）研究，主要进行顾客驱动的制造（Customer driver manufacturing）方面的基础研究。1993年约瑟夫派恩二世（Joseph P

26、ine ）在大量定制商业竞争的新前线中进行了完整地描述，并将它与大量生产模式进行了比较，从而确定了它的模式概念。 3.5.1 MC的发展目前，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。例如，美国Motoro1a公司的传真机、日本松下公司的自行车、英国Ra1eigh公司的山地车、德国Benz公司的轿车、意大利Levi公司的牛仔裤、我国青岛海尔公司的家用电器等都不同程度地采用了MC生产方式。中国科学院软件研究所工业管理与设计工程研究中心在1998年开始了MC设计技术的研究。我国863计划CIMS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

27、技术等进行了深入的研究。3.5.1 MC的发展1. MC的内涵 2. MC与大量生产的比较3. 定制方法分类4. MC的相关技术5. MC的实施策略3.5.2 MC的原理大量定制（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，充分利用企业已有的各种资源，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。 3.5.2 MC的原理1. MC的内涵 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的成本、质量和效率同大量生产的产品一致；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

28、理，是考虑问题的思想方法。 基本思想：通过产品结构和制造过程重构，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规模生产，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产品。 3.5.2 MC的原理产品多样化有两种情况：顾客可以感受到的产品外部多样化；在产品的设计、制造、销售和服务过程中企业可以感受到的产品内部多样化。为了支持企业以大量生产的效益生产满足顾客个性化需求的定制产品，归根结底是应该尽可能减少产品内部多样化、增加产品外部多样化，这是MC的核心。 1. MC的内涵 MC是一种将相似性原理、重用性原理和全局性原理与应用实

29、践相结合的生产方式，以减少产品内部多样化、增加产品外部多样化为目的，在空间上对整个产品族、在时间上对产品全生命周期进行全方位的优化，低成本、快速地生产定制产品。 3.5.2 MC的原理1. MC的内涵 MC的重点是如何减少定制的成本，缩短定制的时间，使定制产品能同大量生产的标准产品相抗衡。表3-4对MC生产与大量生产方式进行了比较。MC生产与大量生产方式的主要差别在于重点、目标、特征等方面。 3.5.2 MC的原理2. MC与大量生产的比较3.5.2 MC的原理表3-4 大量定制和大量生产的比较大量生产大量定制重点通过稳定和控制取得效率通过柔性和快速反应取得品种和定制目标以使几乎每个顾客都能承

30、受的低成本和低价格来开发、生产、销售和运送商品和服务以使几乎每个顾客足够找到可支付的、确切满足自己需要的品种和定制来开发、生产、销售和运送商品和服务特征稳定的需求，统一的大市场低成本、稳定的质量、标准化的产品和服务产品开发周期长，产品生命周期长动态的需求，分散的小市场低成本、高质量、定制的产品和服务产品开发周期短，产品生命周期短2. MC与大量生产的比较3.5.2 MC的原理产品单价图3-14 大量定制的经济性1大量生产成本曲线成 2大量定制成本曲线3客户愿支付的价格 4大量生产净利润（规模经济性） 5大量定制净利润（范围经济性）小 中 大生产批量2. MC与大量生产的比较随着市场的越来越分散

31、，大量生产的机会将越来越少。但这并不说明大量生产获得低成本的方法已经失效。大量生产获得低成本的规模经济，虽然造成产品种类单一，但在设计、生产、制造没有做到完全柔性之前，由于减少了工装准备和更换加工件等所需要的消耗，确实能够降低单位成本，从而降低产品价格。MC通过范围经济，即根据不同产品间设计流程、功能实现等的相似性，使用统一的开发流程、产品组成模块等，利用范围的扩大实现小批量的大型化，降低成本，获得经济效益，如应用单一流程，更便宜、更快速地生产多种产品或提供多种服务，也继承了规模经济的优点。同时MC要求制造柔性的发展，最终实现生产成本与批量无关。 3.5.2 MC的原理2. MC与大量生产的比

32、较按对产品功能及其附加属性设计的不同影响分 按顾客需求对企业生产活动影响程度不同分 3.5.2 MC的原理3. 定制方法分类合作定制：是指定制企业通过与顾客交流，帮助顾客澄清其需要，准确设计并制造出能够满足顾客需要的个性化产品。透明定制：是指企业为顾客提供定制化的商品或服务，而顾客并没有清楚地意识到这些产品和服务是为其定制的。装饰定制：是指企业以不同的包装把同样的产品提供给不同的顾客。适应定制：是指企业提供标准化的产品，但产品本身是可顾客化的，顾客可根据自身需要对产品进行调整。 3.5.2 MC的原理(1)按对产品功能及其附加属性设计的不同影响分按订单销售：是指企业用标准产品加上特定的附件形成

33、有个性的产品，它由销售部门或者配送机构来实现定制以满足不同顾客的需求。是一种大量生产方式，只有销售活动是由顾客驱动的，如日常生活用品等。按订单装配：是指接到顾客订单后，将企业中已有的零部件经过再配置后向顾客提供定制产品。其装配及下游的活动都由顾客订单驱动，如个人计算机等。3.5.2 MC的原理(2)按顾客需求对企业生产活动影响程度不同分按订单制造：是指接到顾客订单后，在已有零部件的基础上进行变型设计、制造和装配，最终向顾客提供定制产品。它的变型设计及其下游的活动都由顾客订单驱动，如低压电器开关等。按订单装配和按订单制造其本质上都是强调某一产品族的产品配置。按订单设计：是指根据顾客订单中的特殊要

34、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，向顾客提供定制产品。它在产品设计、制造、装配和销售配送阶段都是定制的，如大型设备的制造。 3.5.2 MC的原理(2)按顾客需求对企业生产活动影响程度不同分对于不同的企业，MC的实现有不同的层次。根据变化的性质和程度将其区别表示为表3-5。企业采用不同的定制方法，在设计产品时就会考虑相应的实现方法，而达到不同的效果。3.5.2 MC的原理3. 定制方法分类3.5.2 MC的原理表3-5 提供顾客大量定制的程度定制程度小较小中大定制范围没有小范围大范围全范围价 格很高同标准件领先时间同单独定制同大量产品发 放库存件及时装配变化性质没有外

35、观定制功能选择核心定制变化程度没有顾客详细定制3. 定制方法分类MC的设计技术MC的制造技术 MC的管理技术 MC的信息技术 3.5.2 MC的原理4. MC的相关技术在上述4个方面的相关技术中，MC的设计与制造是实现MC生产的途径；MC的管理是MC哲理在企业经营管理方面的运用；而MC的信息技术是其他3个方面的基础和手。只有充分利用计算机和网络等信息技术，MC的目标才有可能真正实现。 3.5.2 MC的原理(1) MC的设计技术是实现MC的核心和源头。它包括产品设计技术与工艺设计技术，前者的对象是产品，而后者的对象则是产品的加工或装配过程。MC的设计技术强调基于相似性的“简化”和“重用”。这里

36、“简化”和“重用”既是目的，又是手段，其包括产品结构的简化、生产过程的简化和组织机构的简化等一系列内容。MC将产品设计分成产品开发和快速设计两个阶段。图3-15表示了一种比较典型的大量定制的设计过程。MC的设计技术赋予产品零部件及其工艺过程和工艺装备以更高的相似性，从而为在后续生产活动中重用这些相似性奠定了良好的基础。 3.5.2 MC的原理图3-15 大量定制的设计过程大量定制的产品开发阶段确定产品的工作原理进行新产品的概念设计进行标准化、规范化建立产品模型和过程模型大量定制的快速设计阶段迅速向顾客提供正确的报价快速设计产品和制造过程前期工作建立MC编码体系零部件ABC分析零部件分类零部件名

37、称分析产品建模几何形状分析参数分析建立主模型建立主文档建立主结构主模型主文档主结构产品配置设计产品变型设计顾 客 需 求(1) MC的设计技术3.5.2 MC的原理(2) MC的制造技术主要包括制造信息资源的有序化技术、可重组的制造系统与过程技术、模块化制造技术以及模块化装配技术等方面。为了全面实现MC，对底层的制造技术和系统也提出了较高的要求。MC的制造技术应具有足够的物理和逻辑的灵活性，能够根据被加工对象的特点，方便、高效、低成本地改变系统的布局、控制结构、制造过程和生产批量等，有效地支持MC。当然，为了有效地实现MC的制造，在制造过程的上游还必须提供一定的条件。例如，产品设计和工艺设计必

38、须做到标准化、规范化和通用化，以便在制造过程中可以利用标准的制造方法和标准的制造工具，优质、高效、快速地制造出顾客定制的产品。 3.5.2 MC的原理(3) MC的管理技术是实现MC的关键技术。主要包括MC的企业资源管理技术、MC的业务过程重组技术、MC的过程管理技术、各种顾客需求获取技术、MC的企业协同技术、MC的知识管理和企业文化等。 (4) MC的信息技术主要包括MC的产品信息标准化与规范化技术、MC的信息分类编码技术、MC的数据仓库技术、MC的信息系统开发技术以及MC的信息系统集成技术等。 3.5.2 MC的原理5. MC的实施策略MC模式是通过把大量生产和定制生产这两种生产模式的优势

39、有机结合起来，在不牺牲企业经济效益的前提下，了解并满足单个顾客的需要。图3-16描述了MC中的产品优化和过程优化的基本原理。企业产品中的各种零部件可分为通用零部件和定制零部件两大类。产品优化方向是减少定制零部件数。将产品的生产环节分成大量生产环节和定制生产环节两部分。过程优化方向是减少定制生产环节数。MC的实质是要减少图中的小矩形面积。产品优化的一般方法是采用模块化设计技术。过程优化的一般方法是采用延迟制造策略。只有将这两大策略结合在一起，才能充分发挥MC的优势。 3.5.2 MC的原理产品生产环节数（过程优化）产品零部件数（产品优化）通用零部件数定制零部件数定制生产环节数大规模生产环节数图3

40、-16 大量定制中的产品优化和过程优化5. MC的实施策略3.5.2 MC的原理推动式（push）供应链拉动式（pull）供应链 MC模式是推动式和拉动式供应链的整合，集成了结两种供应链构的优点。图3-17是一种典型的推拉整合的MC模式，它是对推动式和拉动式的两种供应链结构进行整合，将整个生产流程分为推动阶段（通用化过程）和拉动阶段（定制化过程），两个阶段的结合面称之为延迟边界。 5. MC的实施策略3.5.2 MC的原理图3-17 推拉整合的大量定制模式定制化过程拉动阶段需求拉动通用化过程推动阶段延迟边界（缓冲地带）产品推动生产、装配、包装过程（）供应商P1P2P3P4P5A1A2A3生产、

41、装配、包装过程（）顾 客M1M2M3D1M4M5M6D2零部件 部件组装 通用模块组装配送中心或第三方物流公司特殊模块组装 目标市场5. MC的实施策略3.5.2 MC的原理 推动式供应链推动式供应链：链上的企业通常按预测生产，依靠产成品多少来满足顾客需求。该运作方式以制造商为核心，产品生产出来以后从分销商逐级推向市场，分销商和零售商处于被动接受地位，会产生牛鞭效应。企业间集成度低、库存量高、提前期长、快速响应市场能力差。但能利用制造和运输的规模性，为供应链上的企业带来规模经济的利益。 3.5.2 MC的原理拉动式供应链拉动式供应链：链上的企业通常按订单生产，顾客需求激发最终产品供给，生产是由

42、需求驱动，生产是根据实际顾客需求信息传递给制造机构，供应链集成度高，可以根据用户需求实现定制化服务，这种运作方式与推动式相比，减轻了牛鞭效应，缩短了提前期，降低了库存量，以至提高市场占有率和服务水平，发挥范围经济优势，但难以形成规模经济。 3.5.2 MC的原理 供应链上的推动阶段推动阶段是第一阶段，指所有顾客需求的产品都要经过这部分流程，按照长期预测进行生产和运送基本功能单元（产品通用部件），以推动方式经营为主。为确保实施该模型的效果，对产品流程设计借助于标准化、模块化、通用化等技术，在产品到达延迟边界之前，尽量减少产品构造的差异性，延长通用化过程，形成规模经济。3.5.2 MC的原理 供应

43、链上的拉动阶段拉动阶段是第二阶段，指产品个性化的差异化过程，对产品特殊功能单元（体现顾客个性化的部件）进行生产、装配、包装及运送，以拉动方式经营为主。该阶段为延迟边界之后的流程，根据确实掌握的订单信息，可以快速灵活地执行，保证产品高质量与精确度，实现定制化服务，满足用户个性化需求。延迟边界形成一个缓冲地带，到达这里的由产品共同部分形成的在制品是较通用的在制品，到这里并不立即下单制造或往下游移动，而是利用DM，等到确实掌握订单的信息，根据订单需求，将在制品或根据个性化需求加以修改的在制品与特殊的部件和模块进行有效的组合实现定制化服务。 1. MC模式的优势 2. MC的应用条件 3. MC的应用

44、要求 3.5.3 MC的优势与应用 3.5.3 MC的优势与应用 1. MC模式的优势 能够降低产品的多样化成本，提高利润使生产者和消费者达到双赢的结果 增强了企业快速反应市场需求的能力 增加了供应链系统的敏捷性和协调性 3.5.3 MC的优势与应用2. MC的应用条件 可分离性产品可模块化最终加工过程的易执行性 产品的重量、体积和品种 适当的交货提前期 市场的不确定程度高 3.5.3 MC的优势与应用3. MC的应用要求 对生产系统的柔性要求高 对整体供应链结构进行重新构造 需要成熟和高效的供应链支撑 戴尔公司的订单定制和网上直销 Dell通过电话或Internet与顾客直接交互，并生产出顾

45、客自己定制的产品。“每台计算机都是按订单生产，但从打电话到装上车只需36h。”这就是Dell最后为自己找到的竞争法宝。Dell通过电话及其网站（包括44个国家的专门站点）向全世界的顾客提供订单定制和向PC用户直销。Dell有34400名雇员，这些雇员与顾客保持着紧密的联系，其生产的产品能够满足每个顾客的独特需求。Dell的制造设备非常高效，能够在一天中生产出超过2万台顾客定制的计算机，并且价格要低于其他同行业的竞争者。 3.5.4 案例：戴尔与海尔的MC应用顾客在向Dell下订单的时候，可根据需要自由组合各种配置，如CPU、内存、硬盘、光驱、显示器等单元，从而装配出完全符合自己需要的计算机系统

46、。假设公司有12种主板，5种CPU，3种机箱，5种硬盘，20种显示器，8种调制解调器，4种声卡，其基本模块是57种（12+5+3+5+20+8+457），若将这些模块按不同的组合方式进行组合，则最多可形成57.6万种产品。顾客不仅可以为各种配置的计算机估价，获得最新报价，也可以获得技术支持。 3.5.4 案例：戴尔与海尔的MC应用戴尔公司的订单定制和网上直销 De11位于世界各地的每个工厂的每条生产线都以每隔两个小时的周期进行生产计划和作业安排，因此在物料供应上只需为工厂提供足够两个小时使用的物料即可。这种及时供应的方式减少了不必要的库存。通常Dell系统中的原材料和零部件库存量大概只能维持4

47、天的生产，而其同行业竞争者的库存量大多在3040天。因此，Dell既能以当天最低的价格买到部件和原材料，又节省了库存成本，提高了顾客满意度。 3.5.4 案例：戴尔与海尔的MC应用戴尔公司的订单定制和网上直销 海尔公司的大量定制为了适应市场环境的变化，海尔集团从1999年开始转变经营思路，将定制化的思想引入家电产品的生产中，开始根据订单实施大量定制，把经营模式从传统的“我生产你购买”转变为“你设计我生产”，从而满足消费者对家电产品的个性化需求。 3.5.4 案例：戴尔与海尔的MC应用海尔建立了一个可供顾客进行个性化定制的电子商务平台，把研制开发出的冰箱、洗衣机、空调等58个门类9200多种基本

48、产品类型放到平台上，顾客可以在这些平台上进行模块化操作。这些基本产品类型，就相当于提供了9200多种设计“素材”，再加上平台提供的上千种可供顾客自由选择的基本功能模块，使得顾客可以根据自己的特殊需求，有针对性地进行产品功能的重新组合，定制出自己喜爱的产品。经过海尔电子商务平台及功能模块化的设计，可使海尔9200多种基本产品类型放大到10倍以上。 3.5.4 案例：戴尔与海尔的MC应用海尔公司的大量定制为了推进MC，海尔在全集团内实施了CIMS工程，并有针对性地开发了EOS商务系统、ERPM系统、JIT配送系统等六大辅助系统，从而使生产线的生产模式更加柔性化，可以实现不同型号产品的混流生产。海尔

49、ERPM系统可以随时获得用户通过电子商务平台提交的订单信息和定制要求，自动地生成向生产线配送物料的BOM，并通过无线扫描、红外传输等现代物流技术的支持，实现定时、定量、定点的“三定”JIT配送。正是在前端面向用户的电子商务平台以及后端面向生产的柔性化制造系统的紧密集成下，海尔不但完成家电产品的按需生产，同时还保证低成本和快速交货。 3.5.4 案例：戴尔与海尔的MC应用海尔公司的大量定制3.5 END3.6.1 GT的发展 3.6.2 GT的原理3.6.3 案例：船用阀门的成组生产 3.6 成组技术（GT）成组技术（Group Technology，GT）3.6.1 GT的发展多品种中小批量生

50、产企业约占机械工业企业总数的75%80%，如何有效地提高这些企业的劳动生产率，缩短生产周期，降低产品生产成本，增强企业的市场竞争力，是关系到这些企业的生存与发展的重大问题。为了解决这一问题，最终发展了成组技术（Group Technology，GT）。其名称虽是“技术”，但实质是一种制造模式，或应准确地称其为成组生产（Group Production，GP）。最早提出成组技术（GT）思想的是前苏联科学院士米特洛凡诺夫，他在20世纪50年代出版了成组工艺科学原理一书，对机械零件的成组加工和成组工艺进行了系统的研究和总结。3.6.1 GT的发展到了20世纪60年代，西欧各国对GT的研究达到了高潮，

51、以德国阿亨工业大学Opitz教授为代表，使GT成为一门完整的科学理论。德国阿亨工业大学通过大量的统计分析表明，任何一种机械产品中的组成零件都可以分为三类（图3-18） C标准件20%25%A特殊件5%10%B相似件65%70%图3-18 组成机械产品的三类零件3.6.1 GT的发展20世纪70年代以后，美国、日本等国开始接受GT思想，并与计算机技术相结合，使其得到深入发展。80年代以后，GT作为一种制造哲理已被人们普遍接受，成为先进制造系统的重要理论基础之一。在制造系统中应用GT就成为一种有特色的制造模式。1. GT的概念 2. 零件的分类和编码3. 成组生产4. GT在制造系统中的应用及其效

52、益 3.6.2 GT的原理3.6.2 GT的原理成组技术是在多品种的生产活动中，研究和利用有关事物的相似性，将相似的问题分类成组，寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得期望的经济效益的一门生产技术科学。这是成组技术的一般定义。1. GT的概念 成组技术，即将一组加工工艺过程相似的零件放在一起形成零件组，制定统一的加工工艺过程。这是成组技术在机械制造领域的定义（又称为成组工艺）。 成组加工是指将某一工序中加工方法、安装方式和机床调整相近的零件组成零件组，放在一起加工，以减少机床调整工作量和提高加工效率。 3.6.2 GT的原理把与生产活动有关的事物（如零件、材料、工艺、产品等），按照一定

53、的规则进行成组分类，是实施GT的核心和基础，其理论基础是相似性原理。就零件本身属性而言，其相似性可理解为作用相似和结构特征相似。 2. 零件的分类和编码要实施GT必须首先建立相应的零件分类编码系统。所谓的零件分类编码就是用数字来描绘零件的名称、几何形状、工艺特征、尺寸和精度等，也就是零件特征的数字化。世界上为推广GT已有的分类编码系统达70多种，其中影响较广的是德国研制的Opitz系统。 我国于1984年制定的“机械零件分类编码系统（JLBM-1系统）” 如图3-19所示。图319 JLBM-1分类编码系统的总体结构材料毛坯原始形状热处理零件名称类别码3.6.2 GT的原理2. 零件的分类和编码3.6.2 GT的原理系统的特点零件类别按名称类别矩阵划分，便于设计、检索；分类表简单，定义明确，容易掌握；码位适中，具有足够描述信息的容量。其编码示例见图3-20。 图320 JLBM1 分类编码系统编码示例非回转类零件 名称：座 材料：HT150内回转加工为高精度长度尺寸250500mm宽度160440mm无热处理铸件灰铸铁辅助孔为单方向、直线排列内部无平面加工主孔为平行轴线无外形要素外部无曲面加工外部有两侧平行平面加工总体形状无弯曲，轮廓边缘由直线组成连接板板块