先进制造新概念37

1、第9章 先进制造新概念9.1智能制造造9.1.1智能能制造研研究的背背景市场的因因素技术进步步因素9.1.2智能能制造的的含义智能制造造技术是是指在制制造工业业的各个个环节，以一种种高度柔柔性与高高度集成成的方式式，通过过计算机机模拟人人类专家家的智能能活动，进行分分析、判判断、推推理、构构思和决决策，旨旨在取代代或延伸伸制造环环境中人人的部分分脑力劳劳动，并并对人类类专家的的制造智智能进行行收集、存储、完善、共享、继承与与发展的的技术。9.1智能制造造智能制造造系统基于IMT的制造系系统(IMS)则是一种种借助计计算机，综合应应用人工工智能技技术、智智能制造造设备、agent技术、材材料技术

2、术、现代代管理技技术、制制造技术术、信息息技术、自动化化技术和和系统工工程技术术。在国国际标准准化和互互换性的的基础上上，使得得制造系系统中的的经营决决策、生生产规划划、作业业调度、制造加加工和质质量保证证等各个个子系统统分别智智能化，成为网网络集成成的高度度自动化化制造系系统。9.1智能制造造智能制造造系统的的特点制造系统统的自组组织能力力制造系统统的自律律能力自学习和和自维护护能力整个制造造环境的的智能集集成9.1智能制造造9.1.3智能能制造研研究的支支撑技术术1.人工工智能技技术2.并行行工程3.虚拟拟制造技技术9.1智能制造造9.1.4智能能制造研研究的内内容1.智能能制造理理论和系

3、系统设计计技术2.智能能制造单单元技术术的集成成1)智智能设计计。应用用并行工工程和虚虚拟制造造技术，实现产产品的并并行智能能设计。2)生生产过程程的智能能规划。在现有有的检索索式、半半创成式式CAPP系统的基基础上，研究和和开发创创成式CAPP系统，使使之面向向IMS。3)生产过程程的智能能调度。4)智智能监测测、诊断断和补偿偿。5)生生产过程程的智能能控制。6)智智能质量量控制。7)生生产与经经营的智智能决策策。9.1智能制造造3.智能能机器的的设计智能机器器是IMS中模拟人人类专家家智能活活动的工工具之一一，因此此，对智智能机器器的研究究在IMS研究中占占有重要要的地位位。IMS常用的智

4、智能机器器包括智智能机器器人、智智能加工工中心、智能数数控机床床和自动动引导小小车(AGV)等。9.1智能制造造9.1.5日本本智能制制造系统统国际合合作计划划从1995年开开始，IMS计划进入入全面实实施阶段段，总投投资为40亿美美元，到到目前为为止共批批准了12个项项目：1)面面向21世纪的的全球制制造业的的企业集集成全球人人21（Globeman21）。2)具有分布布、自律律、敏捷捷、仿生生、分形形等特点点的下一一代制造造系统（NGMS）。3)全能制造造系统（HMS）。4)知识系统统化（GNOSIS）。5)变结构物物料储运运系统（MMHS）。6)快速产品品开发（RPD）。7)人机共存存系

5、统的的组织问问题（HUMACS）。8)创新型和和智能型型现场工工厂建设设研究（IGT）。9)数字化模模具设计计系统（3DS）。10)智能复合合产品。11)人人的感感觉因素素对产品品全生命命周期的的影响（INCOMPRO）。12)适用于全全球分布布式企业业设计、规划、运行的的建模与与仿真环环境（MISSION）。9.1智能制造造9.1.6中国国国家自自然科学学基金重重点项目目“智能能制造技技术基础础”的研研究项目背景景研究成果果与特色色9.2敏捷制造造9.2.1基本本概念定义以柔性生生产技术术和动态态组织结结构为特特点，以以高素质质、协同同良好的的工作人人员为核核心，实实施企业业间网络络集成，形

6、成快快速响应应市场的的社会化化制造体体系。9.2敏捷制造造9.2.2敏捷捷制造的的特征(1)与与其他他先进制制造模式式相比较较，敏敏捷制造造的主要要特征1)以以满足用用户要求求，获获得利润润为目标标。2)以以竞争能能力和信信誉为依依据，选选择组组成动态态公司的的合作伙伙伴。3)基基于合作作间的相相互信任任、分工工协作、共同目目标来有有力地增增强整体体实力。4)把把知识、技艺、信息投投入最底底层生产产线。9.2敏捷制造造(2)与与传统统的大量量生产方方式相比比，敏捷捷制造主主要特征征1)全全新的企企业合作作关系虚拟拟企业(virtual enterprise)或动态联联盟。2)大大范围的的通讯基

7、基础结构构。在信信息交换换和通讯讯联系方方面，必必须有一一个能将将正确的的信息在在正确的的时间送送给正确确的人的的“准时时信息系系统”(justintimeinformationsystem)，作为灵活活的管理理系统的的基础，通过信信息高速速公路与与国际互互联网络络将全球球范围的的企业相相联。3)为为订单而而设计、为订单单而制造造的生产产方式。4)高高度柔性性的、模模块化的的、可伸伸缩的生生产制造造系统。这种柔柔性生产产系统往往往规模模有限，但成本本与批量量无关，在同一一系统内内可生产产出的产产品品种种是无限限的。5)柔柔性化、模块化化的产品品设计方方法。6)“高质量量”的产产品。敏敏捷制造造

8、的质量量观念已已变成使使整个产产品生命命周期内内的用户户满意，企业将将质量跟跟踪持续续到产品品报废为为止。9.2敏捷制造造7)有有知识、有技术术的人是是企业成成功的关关键因素素。在敏敏捷企业业中，认认为解决决问题靠靠的是人人，不是是单纯的的技术，敏捷制制造系统统的能力力将不受受限于设设备，而而只受限限于劳动动者的想想像力、创造力力和技能能。8)基基于信任任的雇佣佣关系。雇员与与雇主之之间将建建立一种种新型的的“社会会合同”的关系系，大家家能意识识到为了了长远利利益而和和睦相处处。9)基基于任务务的组织织与管理理。敏捷捷制造企企业的基基层单位位是“多多学科群群体”(multidiscipline

9、 team)的项目组组，是以以任务为为中心的的一种动动态组合合，敏捷捷企业强强调权力力分散，把职权权下放到到项目，提倡倡“基于于统观全全局的管管理”模模式，要要求各个个项目组组都能了了解全局局的远景景，胸怀怀企业全全局，明明确工作作的目标标和任务务的时间间要求，而完成成任务的的中间过过程则完完全可以以自主。10)对对社会会的正效效应。大大量生产产方式通通常只关关心企业业本身效效益，不不关心对对社会的的影响，所以通通常会带带来不同同程度的的环境污污染，能能源浪费费及失业业等社会会问题。而敏捷捷制造则则要全面面消除企企业生产产给社会会造成的的不利影影响，企企业必须须完全服服务于社社会。9.2敏捷制

10、造造图9-1一个跨跨国虚拟拟企业的的结构9.2敏捷制造造虚拟企业业的特点点1)功功能的虚虚拟化。2)组组织的虚虚拟化。3)地地域的虚虚拟化。9.2敏捷制造造9.2.3敏捷捷制造研研究的内内容分布式数数据库子子系统；分布式式群决策策软件子子系统；智能控控制子系系统；智智能传传感器子子系统；基于知知识的人人工智能能研究；快速合合作子系系统；工工厂网络络子系统统；企业业集成子子系统；用户交交互子系系统；人人与技术术接口子子系统； 教育育培训子子系统； 模块块化可重重构的硬硬件子系系统；仿仿真与与建模子子系统； 废物物处理和和消除子子系统； 零故故障方法法学子系系统；节节能子子系统； 动态态合作子子系

11、统； 性能能测量与与评价子子系统。9.2敏捷制造造9.2.4国内内外发展展现状及及应用(1)国国外研研究现状状及应用用(2)我我国敏敏捷制造造的发展展策略9.3并行工程程9.3.1基本本概念定义 并行工程程(concurrent engineering，CE)是近年来来国际制制造业中中兴起的的一种新新型企业业组织管管理理论论，旨在在提高产产品质量量，降低低产品成成本和缩缩短开发发周期。目前，人们普普遍采用用R.I.Winner在国防分分析研究究所(IDA)R338研究报告告中的定定义：“并行工工程是对对产品及及其相关关过程(包括制制造过程程和支持持过程)进行并并行，一一体化设设计的一一种系统统

12、化的工工作模式式。这种种工作模模式力图图使开发发者们从从一开始始就考虑虑到产品品全生命命周期(从概念念形成到到产品报报废)中中的所有有因素，包括质质量、成成本、进进度与用用户要求求。”9.3并行工程程并行工程程的特点点与传统设设计方法法相比，并行工工程主要要特点为为：设计计的出发发点是产产品的整整个生命命周期的的技术要要求；并并行设计计组织是是一个包包括设计计、制造造、装配配、市场场销售、安装及及维修等等各方面面专业人人员在内内的多功功能设计计组，其其设计手手段是一一套具有有CAD、CAM、仿真、测测试功能能的计算算机系统统，它既既能实现现信息集集成，又又能实现现功能集集成，可可在计算算机系统

13、统内建立立一个统统一的模模型来实实现以上上功能；并行设设计能与与用户保保持密切切对话，可以充充分满足足用户要要求；可可缩短新新产品投投放市场场的周期期，实现现最优的的产品质质量、成成本和可可靠性。9.3并行工程程并行工程程的基础础技术研研究目前前主要集集中在以以下几方方面：1)面面向并行行工程的的组织机机构研究究。2)面面向并行行工程的的管理决决策支持持系统。3)面面向并行行工程的的新设计计学科。4)面面向并行行工程机机制的CAD/CAPP/CAM/CAE。5)建模与仿仿真技术术。6)基基于计算算机的知知识信息息、工具具集成技技术。9.3并行工程程CE的理论基基础与运运行机制制CE的理论基基础

14、从本质上上讲，CE是一种以以空间换换取时间间、处理理系统复复杂性的的系统化化方法(systematic approach)，它以信息息论、控控制论和和系统论论为理论论基础，在数据据共享、人机交交互等工工具及集集成上述述工具的的智能技技术支持持下，按按多学科科、多层层次协同同 (synergy)一致的组组织方式式工作。与传统统串行工工作模式式相比，它大大大地扩大大了系统统状态空空间，大大大地缩缩短了复复杂问题题交互式式求解进进程的迭迭代次数数，促使使最终目目标一次次成功(dorightfirst)，以非线性性的管理理机制和和整体性性 (holism)思想，赢赢得集成成附加的的协同效效益。9.3并

15、行工程程9.3并行工程程9.3.2并行行工程的的实施CE环境实施CE的必要条条件与步步骤CE的实施框框架9.3.3并行行工程在在我国的的研究进进展9.4虚拟制造造系统9.4.1基本本概念虚拟制造造技术虚拟制造造技术(virtual manufacturingtechnology，VMT)可以通俗俗而形象象地理解解为：在在计算机机上模拟拟产品的的制造和和装配全全过程。换句话话说，借借助建模模和仿真真技术，在产品品设计时时，就可可以把产产品的制制造过程程、工艺艺设计、作业计计划、生生产调度度、库库存管理理以及成成本核算算和零部部件采购购等生产产活动在在计算机机屏幕上上显示出出来，以以便全面面确定产

16、产品设计计和生产产过程的的合理性性。9.4虚拟制造造系统虚拟制造造系统虚拟制造造系统(virtual manufacturingsystem，VMS)是基于VMT实现的制制造系统统，是现现实制造造系统(real manufacturingsystem，RMS)在虚拟环环境下的的映射，而现实实制造系系统是物物质流、信息流流、能量量流在控控制机的的协调与与控制下下在各个个层次上上进行相相应的决决策，实实现从投投入到输输出的有有效的转转变，而而其中物物质流及及信息流流协调工工作是其其主体。9.4虚拟制造造系统VMS的要求功能一致致性结构相似似性组织的柔柔性集成化智能化9.4虚拟制造造系统9.4.2V

17、MS研究内容容及其关关键技术术VMS研究内容容虚拟制造造系统的的理论体体系基于分布布式并行行处理环环境下的的虚拟制制造系统统的开放放式体系系结构(VMS-OSA)的研究虚拟环境境下的产产品主模模型技术术虚拟环境境下并行行处理的的分布式式智能协协同求解解技术与与系统虚拟环境境下系统统全局最最优决策策理论与与技术RMS和VMS之间的映映射，虚虚拟设备备、虚拟拟传感器器、虚拟拟单元、虚拟生生产线、虚拟车车间及虚虚拟工厂厂(公司司)的建建立，以以及各种种虚拟设设备的重重用性和和重组性性技术基于真实实动画感感的虚拟拟产品的的装配仿仿真、生生产制造造过程及及生产调调度仿真真、数控控加工过过程仿真真等技术术

18、与系统统应用虚拟拟现实技技术实现现虚拟环环境及虚虚拟制造造过程中中的人机机协同求求解VMS集成开发发平台的的体系结结构、构构件库及及用户开开发界面面管理系系统虚拟公司司的组织织、调度度及控制制策略与与技术9.4虚拟制造造系统VMS的关键技技术软件方面面的关键键技术硬件方面面的有关关技术9.4虚拟制造造系统9.4.3VM的软硬件件研究情情况及其其应用与VM相关的软软硬件研究情况况VM的应用实实例9.5快速原型型技术基本概念念快速原型型（rapidprototyping，RP）是使用一一种特殊殊的设备备来产生生实体模模型的技技术。该该技术摆摆脱了传传统的“去除”加工方方法，采采用全新新的“增增长”

19、加加工方法法，通过过层层堆堆积的方方式，制制造零件件的实体体模型。快速原原型设备备使用计计算机三三维模型型中水平平薄切片片的数据据来构造造塑料、陶瓷或或金属等等零件。快速原原型采用用光敏感感光聚脂脂、纸质质薄片材材料、工工程塑料料丝、塑塑料粉末末和金属属粉末等等原料来来建造实实体模型型。9.5快速原型型技术快速原型型的作用用快速原型型的几种种加工方方法和技技术快速原型型技术流流程快速模具具制造快速原型型应用的的障碍快速原型型的发展展趋势9.6绿色制造造9.6.1概概念基于生命命周期的的概念，绿色制制造可定定义为：在不牺牺牲产品品功能、质量和和成本的的前提下下，系统统考虑产产品开发发制造及及其活动动对环境境的影响响，使产产品在整整个生命命周期中中对环境境的负面面影响最最小，资资源利用用率最高高，并使使企业经经济效益益和社会会效益协协调优化化。9.6绿色制造造9.6绿色制造造研究内容容绿色设计计技术制造企业业的物能能资源优