制造业信息化第2章2

1、第2章 制造业信息化的先进 理论与模式1 一、基本概念 产品生命周期（Product Lifecycle）：指从产品开发、产品使用到产品报废和回收的全过程。 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX） DFX（design for X）：是面向产品生命周期设计的缩写，X可以代表产品生命周期的某个环节，如加工、装配、维修等，也可以代表决定产品竞争力的因素，如质量、成本、研制周期等；design不仅仅是产品的设计，也指系统设计和产品开发过程设计。 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX） DFX是一种哲理，一种设计方法，它强调产品设计与过程设计同步进行，要求所有开发人员都应该在产品的设计阶段尽量考虑

2、产品整个生命周期的各项因素的影响，只有这样才能提高产品的竞争力。 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX）二、DFX分类 DFX分类取决于X的分类。 1）X代表决定产品竞争力的因素，如质量、成本等，称之为面向竞争力的设计（design for competitiveness，DFC）。这种分类方法必须面向整个生命周期； 2）X代表产品生命周期的某个环节，如加工、装配等，称之为面向产品生命周期某环节的设计（design for lifecycle，DFL） 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX） 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX）DFXDFLDFCDFCDFTDFRDFPDFQDFMDF

3、ADFIDFS三、面向集成的DFM技术 DFM有狭义和广义之分。 狭义的DFM是指零件的DFM。是对零件设计的优化分析技术，指在零件设计过程中就应该考虑制造过程中的各种因素，实现零件设计与零件制造过程的集成。提高加工效率和降低成本。 制造过程要考虑的相关约束有材料成本的最小化、加工工艺的最优化、可制造性等。 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX） 广义的DFM是指产品的DFM。是对整个产品设计方案的优化分析技术，将产品设计过程与产品制造和装配过程相集成的一种优化技术，它包含三部分内容： 1）零件DFM 2）面向装配的设计（DFA），从装配的角度对产品结构进行优化设计，包括对组成产品零件的分析

4、和对零件之间装配关系的分析。 * 产品零件分析主要遵循零件数量精简的原则、零件设计标准化的原则。零件精简主要从功能、结构和相对运动关系以及可制造性等方面对组成产品的零件进行综合分析，减少不必要的冗余零件。不仅提高产品可靠性，也会降低制造费用。 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX） * 零件装配关系分析主要考虑可装配性、装配顺序规划及装配的精度与可靠性，通过分析对装配过程中的费用进行评估，从中确定优选的装配工艺。 3）成本早期预估 从成本最低的角度，对多种设计方案的制造费用和装配费用进行分析与比较，以便确定最优方案。 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX）四、集成化DFM系统的体系结构 D

5、FM的关键在于把产品设计和工艺设计集成为一个活动，目的是使设计的产品易于制造、易于装配。因此，需要充分考虑与制造有关的约束，全面评价产品设计和工艺方案设计，及时提供反馈信息，以便优化产品的总体性能，保证其可制造性和可装配性。 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX） 2.2 面向产品生命周期的设计（DFX）一、基本概念 并行工程是对产品设计及其相关过程（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，是一种指导新产品开发的哲理。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求等。其运行机理的要求体现在两个方面：一方面突出人的作

6、用，强调团队的协同工作；另一方面，要求一体化、并行地进行相关过程的设计。 2.3 并行工程（CE） 狭义的并行设计是指针对设计与制造过程并行；广义的并行设计是指面向产品生命周期的设计，即在产品设计阶段就要尽可能同时考虑产品生命周期的所有影响，全面考虑市场要求、产品开发、产品使用和服务、产品维修和报废的全过程。 2.3 并行工程（CE）二、串行与并行开发过程比较 根本区别在于：并行工程把产品开发的各个活动看成是一个整体、集成的过程，并从全局优化的角度出发，对集成过程进行管理与控制，使产品设计一次性成功。 2.3 并行工程（CE）三、并行产品开发的特点 并行工程对传统产品开发模式的变革体现在三个方

7、面： * 在组织方面，通过组建多学科小组来促进设计过程的协作与并行； * 在管理方面，通过改革管理方式和机构重组，建立扁平化的生产管理模式，实现跨时域、跨功能、多目标的决策与协调； * 在技术方面，不仅继承和发展了传统的CAD/CAM技术，而且还采用了多种并行工程的使能工具及集成技术。 2.3 并行工程（CE） 并行工程的核心内容：产品开发队伍重构；过程重构；数字化产品定义；协同工作环境。 并行工程开发的特点： 1）在产品设计期间，并行地处理整个产品生命周期中各个环节的关系，消除了传统串行过程中的孤立、分散式的作业方式。 2）组织跨部门、多学科的集成产品开发团队。开发团队控制的主要内容是进度、

8、成本和质量。其信息技术支持工具应包括：项目管理、工作流管理、群体决策支持系统等。 2.3 并行工程（CE） 3）协同工作环境是实施并行工程的必要条件。 4）在产品设计一开始就考虑影响产品质量的所有因素，包括可制造性、可装配性、可维护性等，从而保证产品开发过程接近一次性成功的目标。 5）销售者和用户在产品设计阶段就参与工作，对产品设计和生产的有关要求进行沟通和监督。 2.3 并行工程（CE）四、应用实例 波音公司的飞机生产 美国波音飞机制造公司投资40多亿美元，研制波音777型喷气客机，采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造。从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了3年零2个月就试

9、制成功，进行试飞，一次成功，即投入运营。在实物总装后，用激光测量偏差，飞机全长63.7米，从机舱前端到后端50米，最大偏差仅为0.9毫米。波音777的整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，使其开发周期从过去8年时间缩短到3年多，甚至在一架样机未生产的情况下就获得了订单。 2.3 并行工程（CE）四、应用实例 AT&T公司的产品生产 AT&T公司在生产计算机配套印刷组产品时，由于原来的设计中未考虑生产工艺性问题，致使产品质量低下，合格率仅为5%。采用并行设计以后，利用计算机虚拟检测，找出设计中的缺陷，使产品合格率达到90%。 2.3 并行工程（CE）四、应用实例

10、基于并行工程的导弹复杂结构件设计与制造一体化系统的总体结构如下： 2.3 并行工程（CE）一、敏捷制造的理念 敏捷制造（agile manufacturing，AM）的理念是美国里海大学亚科卡研究所于1991年在21世纪制造企业战略研究报告中提出的。其基本思想是：通过对高素质的员工、动态灵活的组织机构、企业内及企业间的灵活管理以及先进的制造技术进行全面集成，使企业对持续变化、不可预测的市场需求作出快速反应，从而获得长期、持续的经济效益。敏捷制造强调人、组织、管理和技术的高度集成，强调企业面向市场的敏捷性。 2.4 敏捷制造（AM） 敏捷制造的主要特征： 1）是21世纪信息时代最有竞争力的生产模

11、式。它在全球化的市场竞争中，能以最短的交货期，最经济的方式，为用户生产出最满意的具有竞争力的产品。 2）具有灵活的动态组织机构。以最快的速度，把企业内部和外部不同企业的优势资源集成在一起，形成具有快速响应能力的动态企业联盟。 3）敏捷制造必须在其生产的各环节都采用先进的制造理论与技术。 2.4 敏捷制造（AM） 4）敏捷制造必须建立开放式的基础结构，以便把企业的生产经营活动与市场和合作伙伴紧密地联系起来，使协作企业能在一体化的电子商业环境中生存。 5）动态企业联盟是实现敏捷制造理念最常用的生产框架与模式。 关键技术包括：敏捷虚拟企业的组织及管理技术、敏捷化产品设计和企业活动的并行运作、基于模型

12、与仿真的拟实制造、可重构/可重用的制造技术、敏捷生产计划与控制、企业间的集成技术、全球化企业网、敏捷后勤与供应链等。 2.4 敏捷制造（AM） 二、企业的敏捷性 企业在不断变化和不可预测的全球化竞争环境中成功获得市场的一种主动型综合应变能力，主要涵盖以下几方面： 1）企业对市场需求的快速响应性 2）企业组织形态的动态可重组性、可重用性与可扩展性 3）企业管理方式的自适应性 4）制造资源的分布性、可配置性及可重构性 5）制造系统的柔性及集成性 6）制造活动的协同性 2.4 敏捷制造（AM） 三、敏捷制造系统的实现技术 2.4 敏捷制造（AM） 四、敏捷制造的实施方法 2.4 敏捷制造（AM） 五、产品驱动的企业动态联盟 企业动态联盟亦成为虚拟企业，它是敏捷制造的一种主要实现模式，它以具有共同利益的产品开发与制造为凝聚核心，将不同企业中具有技术与经验优势和资源优势的相关部分组合在一起，构成了企业链形态。 2.4 敏捷制造（AM） 2.4 敏捷制造（AM）图2-14 产品驱动的企业动态联盟组织形态 企业动态联盟的生命周期 1）产品确认并形成盟主企业 2）盟主企业通过一定方法，如招投标机制选择盟员企业 3）按“扁平结构”组成企业的动态联盟 4）企业动态联盟的运行 5）企业动态联盟运行中止并进行利益清算 6）企业动