先进制造技术654

第6章先进制造模式12336.1计算机集成制造系统(CIMS)6.2虚拟制造技术6.3敏捷制造与并行工程返回第6章先进进制造模模式566.5绿色制造造技术6.6生物制造造技术返回46.4智能制造造与精益益生产6.1计算机集集成制造造系统((CIMS)6.1..1CIMS的内涵涵计算机集集成制造造系统((ComputerIntegratedManufacturingSystem,CIMS)是由由一个多多级计算算机控制制硬件结结构,配配合一套套订货、、销售、、设计、、制造和和管理综综合为一一体的软软件系统统所构成成的全盘盘自动化化制造系系统。它它是在信信息技术术、自动动化技术术及制造造技术的的基础上上,通过过计算机机技术把把分散在在产品设设计制造造过程中中各种孤孤立的自自动化子子系统有有机地集集成起来来,形成成适用于于多品种种、小批批量生产产,实现现整体效效益的集集成化和和智能化化制造系系统。计计算机集集成制造造系统((CIMS)是是基于计计算机集集成制造造(CIM)哲哲理而组组成的系系统,是是CIM思想想的物理理体现。。6.1..2CIMS的基本本组成下一页返回6.1计算机集集成制造造系统((CIMS)1.CIMS体系分分系统CIMS通常是是由管理理信息系系统、产产品设计计与制造造工程设设计自动动化系统统、制造造自动化化(柔性性自动化化)系统统、质量量保证系系统以及及计算机机网络和和数据库库系统6个部分分有机地地集成起起来的。。所以一一般说CIMS是由4个功能能分系统统和两个个支撑分分系统组组成,图6.1所示为其其6个分分系统及及其与外外部信息息的联系系。企业业、工厂厂实施CIMS时会根根据具体体需求和和条件增增加或减减少某个个分系统统。下面面对此6个分系系统做一一简要介介绍。(1)管管理信息息系统管理信息息系统是是CIMS的上上层管理理系统,,它不仅仅需要根根据厂情情、国情情和国际际市场的的需息做做出生产产决策、、确定生生产计划划和估算算产品成成本和生生产效益益,而且且需要做做出物料料、能源源、设备备、人员员的计划划安排,,保证生生产的正正常运行行。上一页下一页返回6.1计算机集集成制造造系统((CIMS)(2)产产品设计计与制造造工程设设计自动动化系统统产品设计计与制造造工程设设计自动动化系统统是计算算机辅助助产品设设计、制制造准备备及产品品性能测测试阶段段的工作作,即常常说的CAD//CAPP/CAM系系统,,目的是是使产品品开发活活动更高高效、更更优质、、更自动动地进行行。(3)制制造自动动化或柔柔性制造造系统制造自动动化或柔柔性制造造系统是是CIMS中信信息流和和物料流流的结合合点,是是CIMS最终终产生经经济效益益的聚集集地,可可以由数数控机床床、加工工中心、、清洗机机、测量量机、运运输小车车、立体体仓库、、多级分分式控制制(管理理)计算算机等设设备及相相应支持持软件组组成。根根据产品品的工程程技术信信息、车车间层的的加工指指令,完完成对零零件毛坯坯加工的的作业调调度及制制造,使使产品制制造活动动优化、、周期短短、成本本低、柔柔性强。。(4)质质量保证证系统上一页下一页返回6.1计算机集集成制造造系统((CIMS)质量保证证系统包包括质量量决策、、质量检检测与数数据采集集、质量量评价、、控制与与跟踪等等功能。。系统保保证从产产品设计计、制造造、检验验到售后后服务的的整个过过程,从从而实现现产品的的高质量量、低成成本,提提高了企企业的竞竞争力。。(5)计计算机网网络分系系统计算机网网络分系系统是支支持CIMS各各个分系系统的开开放型网网络通信信系统,,其采用用国际标标准和工工业化标标准规定定的网络络协议,,可以实实现异种种机互联联和异构构局部网网络及多多种网络络的互联联。以分分布为手手段,满满足各应应用分系系统对网网络支持持服务的的不同需需求,支支持资源源共享、、分布处处理、分分布数据据库、分分层递阶阶和实时时控制。。(6)数数据库分分系统数据库分分系统是是支持CIMS各分系系统,覆覆盖企业业全部信信息的数数据库系系统,它它在逻辑辑上是统统一的,,在物理理上可以以是分布布的全局局数据管管理系统统,以实实现企业业数据共共享和信信息集成成。上一页下一页返回6.1计算机集集成制造造系统((CIMS)2.笼笼统分析析笼统地分分析,CIMS的组成成包含三三个要素素,即人人/机构构、经营营与技术术,如图6..2所示。在在三要素素的相交交部分需需解决四四类集成成问题::3.总总体功能能的角度度分析如图6--3所示,从从总体功功能的角角度分析析,CIMS的的组成主主要包括括以下4大部分分:6.1..3CIMS的技术术优势(1)保保障和提提高了新新产品开开发的前前景CIMS(包括括并行工工程和虚虚拟制造造技术等等)使企企业提高高了产品品创新设设计的深深度,大大大有利利于提高高企业产产品的技技术含量量。CIMS建建立了企企业从产产品设计计、生产产制造、、经营管管理全方方位的计计算机集集成制造造环境,,做到了了企业信信息流、、物流、、资金流流的集成成。上一页下一页返回6.1计算机集集成制造造系统((CIMS)(2)缩缩短了新新产品的的上市周周期CIMS是一个个集成化化的生产产模式,,覆盖了了市场分分析、经经营决策策、新产产品研制制、工程程设计、、加工制制造、库库存供应应、质量量保证、、售后服服务等整整个制造造业的活活动。在在这种环环境支持持下,通通过企业业信息的的快速流流动,缩缩短了产产品的设设计周期期。同时时,由于于在设计计时参考考了产品品的可制制造性等等特性,,在MIS及制制造自动动化系统统的支持持下,也也极大地地提高了了产品的的生产及及销售效效率。这这些都保保证了企企业新产产品上市市周期的的显著改改善。(3)经经营管理理科学化化,同时时降低了了产品的的成本在经营管管理方面面,使企企业的经经营决策策和生产产管理趋趋于科学学化,使使企业能能够在市市场竞争争中快速速、准确确地报价价,赢得得时间;;在实际际生产中中,解决决“瓶颈颈”问题题,减少少在制品品,同时时降低了了库存资资金的占占用。调调查材料料表明,,采用计计算机集集成制造造系统后后,企业业新产品品的各项项因素发发生了明明显的变变化,数数据变化化如表61所所示。上一页返回6.2虚拟制造造技术6.2..1虚虚拟现实实虚拟现实实(VirtualReality,VR),又又称灵境境、拟实实,是一一门高新新技术,,它采用用计算机机技术生生成一个个逼真的的,具有有视、听听、触等等多种感感知的人人工媒体体空间((即人工工虚拟环环境),,使置身身于该环环境中的的人,可可以通过过各种多多媒体传传感交互互设备与与这一虚虚构的环环境进行行实时交交互作用用,产生生身临其其境的感感觉。这这种虚拟拟环境既既可以是是真实世世界的模模拟体现现,也可可以是构构想中的的世界。。6.2..2虚虚拟制造造的概念念现在对虚虚拟制造造(VirtualManufacturing,VM)的定定义多种种多样,,美国佛佛罗里达达大学GloriaJ.Wiens等人对对虚拟制制造的定定义侧重重于虚拟拟制造与与实际制制造过程程的相似似性,认认为虚拟拟制造与与实际制制造一样样,只不不过是在在计算机机上执行行制造的的全过程程,其中中虚拟模模型是在在实际制制造之前前,下一页返回6.2虚拟制造造技术用于对产产品的功功能及可可制造的的潜在问问题进行行预测,,而美国国空军Wright实实验室和和马里兰兰大学EdwardLin的的定义则则侧重于于虚拟制制造的仿仿真、建建模与分分析技术术和工具具的综合合应用,,以增强强各层的的制造设设计能力力及生产产决策与与控制能能力。综综合以上上定义,,不难看看到,目目前对虚虚拟制造造技术的的研究正正处于不不断的深深入、细细化之中中,因此此对其的的定义也也是在不不断地完完善。6.2..3虚虚拟制造造系统的的体系结结构为了能够够“在计计算机里里进行制制造”,,VM将将提供供从产品品设计到到生产计计划和制制造过程程优化的的建模和和模拟环环境。完完成这些些任务,,主要是是以下3种类型型的VM起着着特殊的的作用。。(1)以以产品设设计为中中心的VM(简简称产品品设计型型VM))上一页下一页返回6.2虚拟制造造技术提供设计计工程师师设计产产品的设设计工具具和环境境,如面面向制造造的设计计(DFM)、、面向装装配的设设计(DFA))等并行行式设计计工具;;产品设设计型VM产产生的结结果包括括产品模模型、成成本估价价等,因因此可以以识别与与设计有有关的潜潜在问题题和判断断其优缺缺点(以以成本的的形式或或以其他他的形式式)。(2)以以工艺设设计为中中心的VM(简简称工艺艺设计型型VM))以工艺技技术为中中心的VM可可以构造造生成工工艺规程程和生产产计划、、规划资资源需求求(新设设备采购购等),,并评价价这些计计划的环环境;换换言之,,它可以以为工艺艺工程师师提供虚虚拟的制制造车间间现场环环境和设设备,使使之可以以分析、、改进生生产计划划和生产产工艺,,验证NC程序序及物流流控制,,并提供供精确的的成本信信息和产产品供货货计划表表。(3)以以控制为为中心的的VM((简称控控制型VM)VM虚虚拟环境境的体系系结构如图6.4所示。上一页下一页返回6.2虚拟制造造技术6.2..4虚虚拟制造造的关键键技术虚拟制造造是近几几年来国国际上提提出的,,完整的的理论体体系还没没有形成成,其研研究尚处处于探索索阶段。。虽然某某些基础础单元技技术已有有了较深深入的研研究,但但即使是是在欧、、美、日日等工业业发达国国家,目目前也主主要是分分析虚拟拟环境下下基础单单元技术术的要求求,对其其进行理理论上的的研究。。美国自自然科学学基金((NSF)、美美国国家家标准和和技术研研究所((NIST)和和美国国国防部高高级研究究计划署署(ARPA))资助与与支持下下的几所所大学和和企业联联合研究究中心正正在进行行虚拟制制造各个个领域关关键技术术和系统统开发方方面的研研究。日日本东京京大学和和大阪大大学的研研究人员员1993年起起也在CIRP上发表表论文,,论述虚虚拟环境境下产品品建模的的需求及及其关键键技术、、虚拟制制造系统统体系结结构等方方面的研研究成果果。1.虚虚拟制造造哲理的的研究虚拟制造造哲理的的研究为为制造企企业实现现从精良良制造向向敏捷制制造的转转变提供供指导思思想。在在信息集集成的基基础上,,通过组组织管理理、技术术、资源源和人机机集成实实现产品品开发过过程的集集成。上一页下一页返回6.2虚拟制造造技术2.虚虚拟制造造技术层层虚拟制造造技术的的研究为为虚拟制制造的实实施与虚虚拟制造造系统的的建立提提供理论论和技术术上的支支持。它它由3大大主体技技术群((建模技技术群、、仿真技技术群、、控制技技术群))和一个个支撑技技术群((为3大大主体技技术群的的实施提提供支持持)组成成。(1)建建模技术术群建模技术术群是指指用来开开发虚拟拟制造系系统中各各种模型型的所有有技术与与方法,,主要包包括以下下几个方方面的内内容。(2)仿仿真技术术群仿真技术术群是指指运行和和操作构构成虚拟拟制造系系统的各各种模型型的所有有方法和和技术。。分布式式交互仿仿真技术术和虚拟拟现实技技术在仿仿真中的的应用是是虚拟制制造对仿仿真提出出的新要要求。上一页下一页返回6.2虚拟制造造技术(4)支支撑技术术群支撑技术术群是指指支持虚虚拟制造造系统开开发、控控制与运运行的基基础性技技术,主主要包括括以下几几个方面面的内容容。3.虚虚拟制造造原型系系统层在虚拟制制造哲理理和技术术研究的的基础上上,虚拟拟制造原原型系统统的研究究和开发发可以从从以下3个方面面进行。。4.虚虚拟制造造集成开开发平台台层在理论研研究和虚虚拟制造造原型系系统的开开发的基基础上,,从集成成开发平平台的要要求出发发,对虚虚拟制造造的通用用功能、、模块以以及子系系统等方方面进行行归纳整整理,构构造虚拟拟制造集集成开发发平台,,以适应应灵活方方便地建建立针对对不同产产品和制制造环境境的虚拟拟制造系系统的需需求,研研究内容容如下。。上一页下一页返回6.2虚拟制造造技术6.2..5虚虚拟制造造技术在在制造业业中的应应用虚拟制造造技术在在制造业业中的应应用:首首先在军军事、航航空航天天、汽车车领域中中获得成成功的应应用。例例如波音音飞机公公司777飞机机的设计计,就是是采用虚虚拟制造造技术的的典型范范例,开开发周期期从通常常的8年年减少到到5年,,设计、、装机、、测试均均在计算算机中完完成模拟拟,保证证一次试试制成功功。虚拟拟制造在在汽车领领域的应应用涉及及汽车的的整个生生命周期期,它可可以在汽汽车生产产设备、、工装和和模具,,甚至校校车的设设计之前前,很容容易地对对生产系系统和工工艺过程程进行建建模、修修改、分分析及优优化。上一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程6.3..1敏敏捷制造造1.敏敏捷制造造AM的的内涵涵及定义义随着市场场经济的的发展和和经济全全球化的的到来,,以及人人们对产产品的追追求趋于于多样化化、个性性化,以以前表现现在流水水线生产产、规模模经济、、产品标标准化、、高效低低成本的的大规模模生产模模式,在在新的市市场环境境下,其其一些固固有的局局限性已已突现出出来。追追随具有有多样化化需求的的细分市市场,并并尽量满满足这些些细分市市场中不不断变化化的需求求,实现现产品多多样化,,需要制制造过程程的灵活活性和多多样性。。敏捷制制造正是是适应这这一环境境而产生生的新的的生产模模式,并并表现出出强有力力的发展展势头。。AM的的基本本思想就就是通过过把灵活活的动态态联盟、、先进和和实用的的柔性制制造技术术和高素素质的劳劳动者三三者有机机地结合合起来,,从而使使企业能能够从容容的应付付快速和和不可预预测的市市场需求求,获得得企业的的长期经经济利益益。AM的一一个关键键概念是是敏捷性性,敏捷捷性能使使企业以以更快的的速度、、更好的的质量、、更低的的成本以以及更优优质的服服务来赢赢得市场场竞争。。下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程2.敏敏捷制造造关键技技术(1)虚虚拟制造造(VirtualManufacturing,VM)敏捷制造造企业追追求的目目标是对对用户需需求做出出快速响响应,虚虚拟制造造是实现现这一目目标的有有效途径径。实现现虚拟制制造的主主要手段段是仿真真:在产产品的设设计周期期,借助助建模和和仿真技技术及时时模拟出出产品在在整个生生命周期期的各种种活动,,可以对对产品的的配置((包括零零件、部部件、整整机装配配)、构构造(结结构布局局、干涉涉检查))进行仿仿真。VMS))的集成成。(2)快快速原型型制造快速原型型制造((RPM)是将将计算机机辅助设设计(CAD))、计算算机辅助助制造((CAM)、计计算机数数字控制制(CNC)、、激光、、精密伺伺服驱动动和新材材料等先先进技术术集成于于一体的的技术,,其核心心是基于于数字化化的新型型成形技技术。上一页下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程虽然快速速成形技技术问世世不长,,但由于于它给制制造业带带来的巨巨大效益益,使得得这一技技术的应应用日益益广泛,,成为现现代先进进制造技技术中的的一项支支柱技术术。3.敏敏捷制造造产品实实现过程程敏捷制造造技术的的三个核核心是::逆向工工程(ReverseEngineering))、分析析建模((AnalyticalModeling)和固固体自由由构成((So1idFreedomFabrication))。逆向向工程是是指从一一个部件件实物创创建其计计算机模模型。分分析建模模意指确确定制造造过程参参数和利利用计算算机仿真真预测部部件性能能。固体体自由构构成表示示从计算算机模型型直接生生产原型型和功能能部件::只容许许极少量量的浪费费,少数数几个过过程工序序,极小小量的修修正。4.敏敏捷制造造环境下下的系统统集成敏捷性是是企业在在未来市市场竞争争中保持持优势的的前提。。上一页下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程敏捷制造造正是为为了实现现企业生生产制造造的敏捷捷性,采采用现代代通信手手段,通通过快速速配置各各种资源源,以有有效和协协调的方方式响应应用户需需求的一一种新的的企业发发展战略略。它强强调把动动态灵活活的虚拟拟组织、、先进的的拟实制制造技术术和高素素质的人人员进行行有机的的结合,,使企业业在快速速变化的的市场环环境中取取得长期期效益。。5.敏敏捷企业业的互相相合作————动动态联盟盟基于我国国企业绝绝大部分分是专业业配套厂厂,即生生产零部部件的企企业,我我们可以以建立一一种以信信息或技技术为基基础的企企业联盟盟(即以以一个核核心企业业为盟主主,在一一定地区区内,一一定行业业领域内内相关企企业组成成的一种种生产加加工型的的企业联联盟)。。在主要要的业务务范围内内,盟主主和成员员相对稳稳定,只只是当出出现某个个较特殊殊的业务务时,才才扩展到到一些新新成员。。成员企企业也应应有自己己的相对对独立性性,也有有自己的的业务开开拓领域域。但是是这些独独立性应应在不违违背盟约约的基础础上实现现,明确确的责任任机制和和约束机机制是企企业之间间共同利利益及正正常业务务发展的的重要保保证。上一页下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程(1)动动态联盟盟的组织织实施要要点(2)动动态联盟盟企业的的任务分分配与控控制6.敏敏捷制造造的发展展趋势实施敏捷捷制造的的过程是是制造业业在现有有基础上上不断提提高的平平滑转变变过程,,而目前前对敏捷捷制造的的研究刚刚刚兴起起,完整整的理论论体系尚尚未形成成,其实实施方法法、手段段和途径径仍有待待进一步步探索。。因此,,美国等等国政府府对敏捷捷制造的的开发与与应用给给予了高高度重视视,资助助许多研研究单位位开发实实现敏捷捷制造的的参考模模型和支支持工具具,并鼓鼓励在不不同行业业进行示示范应用用,以期期望在边边研究边边应用的的过程中中积累经经验,完完善敏捷捷制造工工具产品品,为更更多的行行业、企企业应用用打下基基础。上一页下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程6.3..2并并行工程程并行工程程(ConcurrentEngineering)又又称同步步工程或或并行设设计。传传统制造造业中产产品的开开发过程程沿用串串行生产产模式,,遵循““需求分分析————方案案设计————产产品设计计————加工计计划控制制————加工、、装配、、检测————实实验验证证————修改””的流程程。这种种方法在在设计早早期不能能全面考考虑下游游的可制制作性、、可装配配性和质质量保证证等多种种因素,,只有在在制造后后期才能能发现制制造的产产品存在在很多缺缺陷,这这必须要要求对设设计进行行更改,,造成了了从概念念设计到到加工制制造、实实验修改改的大循循环,而而且可能能在不同同环节多多次重复复这一过过程,使使得设计计改动量量大,产产品开发发周期长长,成本本高,难难以满足足激烈的的市场竞竞争的需需求。并并行工程程是解决决这些问问题的有有效方案案。上一页下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程1.并并行工程程的含义义与特点点1988年,美美国国防防分析研研究所((简称IDA))为了改改进国防防武器和和军用产产品的生生产,缩缩短生产产周期,,降低成成本,首首次提出出了并行行工程的的概念,,即并行行工程是是对产品品及其相相关过程程(包括括制造和和支持过过程)进进行集成成并行设设计的系系统化工工作模式式,这种种方法要要求产品品开发人人员在设设计一开开始就考考虑产品品整个周周期(从从概念形形成到报报废)中中的各种种因素,,包括质质量、成成本、进进度及用用户需求求等,以以便最大大限度提提高产品品的开发发效率和和一次性性成功率率。因此此,并行行工程所所针对的的是整个个产品开开发及其其生命周周期,它它强调在在产品开开发早期期,组织织多种职职能协同同工作的的项目组组,使有有关人员员从一开开始就获获得对新新产品需需求的要要求和信信息,积积极研究究涉及本本部门的的工作业业务,并并将所需需要求提提供给设设计人员员,使许许多问题题在开发发早期就就能得到到解决。。图6.7和图6.8所示说明明了一个个产品开开发过程程中产品品设计、、工艺设设计、材材料采购购和市场场方案分分别按照照串行和和并行两两种模式式安排示示意。上一页下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程通过对图图6.7和图6.8对对比,我我们可以以很清楚楚地看到到并行工工程和串串行工程程显著地地区别就就是各个个阶段之之间前后后顺序的的不同::串行工工程强调调的是一一个阶段段结束之之后,把把输出作作为下一一个阶段段的输入入,依次次往下进进行,若若后一阶阶段发生生了问题题还需要要反馈到到前面阶阶段进行行解决;;并行工工程强调调的是在在上一个个阶段进进行的时时候就要要对以后后的相关关阶段进进行分析析和考虑虑,并不不是单纯纯的上、、下游关关系,这这种模式式可以很很好地避避免返工工浪费。。2.并行行工程的的核心技技术和关关键要素素(1)并并行工程程的核心心技术并行工程程是一种种系统化化、集成成化的产产品开发发模式,,其核心心就是组组建集成成产品开开发团队队(简称称IPT)和产产品开发发过程重重构。1)集成成化开发发团队((IPT)上一页下一页返回6.3敏捷制造造与并行行工程2)产品品开发过过程重构构并行工程程和串行行工程开开发方式式的本质质区别就就是并行行工程把把产品开开发过程程中的各各个子过过程看成成了一个个集成的的过程,,是从全全局优化化的角度度对这个个集成过过程进行行管理和和控制,,并且对对已发生生的过程程进行不不断的改改进。由由于IPT打破破了传统统的功能能部门的的界限,,所以产产品开发发过程之之间也就就没有了了严格的的界限,,这使得得产品开开发过程程中的活活动具有有了高度度的随机机性。(2)并并行工程程的关键键要素通过上文文对并行行工程和和串行工工程的对对比分析析,我们们了解到到如果想想要成功功的实施施并行工工程,就就需要对对下面几几个方面面进行改改进:(3)并并行工程程的发展展前沿上一页返回6.4智能制造造与精益益生产6.4..1智智能制造造系统((IMS)1.智智能制造造产生的的背景当今世界界各国的的制造业业活动趋趋向于全全球化,,制造、、经营活活动、开开发研究究等都在在向多国国化发展展,为了了有效地地进行国国际间信信息交换换及世界界先进制制造技术术共享,,各国的的企业都都希望以以统一的的方式来来交换信信息和数数据。因因此,必必须开发发出一个个快速有有效的信信息交换换工具,,创建并并促进一一个全球球化的公公共标准准来实现现这一目目标。2.智智能制造造系统的的含义和和特征(1)智智能制造造系统的的含义智能制造造系统((IntelligentManufacturingSystem,IMS)是是一种由由智能机机器和人人类专家家共同组组成的人人机一体体化智能能系统,,它在制制造过程程中能以以一种高高度柔性性的方式式,借助助计算机机模拟人人类专家家的智能能活动进进行分析析、推理理、判断断、构思思和决策策等,从从而取代代或者延延伸制造造环境中中人的部部分脑力力劳动。。同时,,收集、、存储、、完善、、共享、、集成和和发展人人类专家家的智能能。下一页返回6.4智能制造造与精益益生产(2)智智能制造造系统的的特点1)自组组织能力力系统中的的各种智智能机器器能够按按照工作作任务的的要求,,自行集集结成一一种最合合适的结结构,并并按照最最优的方方式运行行。自组组织能力力是IMS的一一个重要要标志。。2)自律律能力能根据周周围环境境和自身身作业状状况的信信息进行行监测和和处理,,并根据据处理结结果自行行调整控控制策略略,以采采用最佳佳行动方方案。这这种自律律能力使使整个制制造系统统具备抗抗干扰、、自适应应和容错错等能力力。3)自学学习和自自维护能能力能以原有有的专家家知识为为基础,,在实践践中不断断进行学学习,完完善系统统知识库库,并删删除库中中有误的的知识,,使知识识库趋向向最优。。同时,,还能对对系统故故障进行行自我诊诊断、排排除和修修复。4)整个个制造系系统的智智能集成成上一页下一页返回6.4智能制造造与精益益生产3.智智能制造造系统的的关键技技术理论上智智能制造造系统与与人类的的知识积积累密切切相关,,归纳起起来包括括以下几几个方面面:(1)知知识库的的建立人类的发发展过程程是知识识发展和和积累的的过程,,整理归归纳其中中的经验验和教训训后便可可建立较较完整的的知识库库,从而而使人们们在生产产中少走走了许多多弯路,,使决策策更加准准确。(2)代代替人类类工作的的机器人人的研究究机械工业业的发展展过程是是人类从从繁重劳劳动中解解脱出来来的过程程,许多多环境恶恶劣的工工作均需需要有机机器来代代替。上一页下一页返回6.4智能制造造与精益益生产4.智智能制造造系统中中人类的的智能结结点从智能制制造系统统的描述述与分析析出发,,同时考考虑到便便于操作作,我们们把智能能结点定定义为::智能结结点为在在不确定定性环境境中能自自主完成成一定任任务的实实体。自自主性并并不意味味着完全全独立,,而是指指在必要要时,能能自动地地向其他他智能结结点请求求提供服服务和支支持。因因此,人人类专家家、智能能CAD系统、、智能加加工单元元等,都都可以看看作是智智能制造造系统中中的智能能结点。。上一页下一页返回6.4智能制造造与精益益生产(1)智智能制造造系统中中人的作作用对于人工工智能((AI))的研究究,一开开始就未未能摆脱脱制造机机器生物物的思想想,即““机器智智能化””。这种种以“自自主”系系统为目目标的研研究路线线,严重重地阻碍碍了AI研究的的进展,,国、内内外有许许多学者者都意识识到这一一点,如如人工智智能的鼻鼻祖Feigenbuam和和Newell,国国内的钱钱学森等等,他们们不约而而同地从从计算机机角度出出发,提提出了人人与计算算机相结结合的智智能系统统新概念念。目前前国外对对多媒体体及灵境境技术研研究进行行了大量量投资,,日本的的第五代代智能计计算机研研制计划划的搁浅浅等事例例,就是是对智能能系统研研究目标标有所改改变的证证明。(2)人人机一体体化系统统的基本本概念A.M..Laper等等人综合合分析了了机械科科学的发发展状况况,在结结合现代代科学最最新发展展成果的的基础上上,提出出人机一一体化系系统科学学与技术术的基本本概念及及理论体体系,对对“人机机一体化化系统””(HumachineSystem)作作下定义义:所谓谓人机一一体化系系统,就就是采取取以人为为中心,,人—机机械一体体上一页下一页返回6.4智能制造造与精益益生产的技术路路线,人人与机器器处在平平等合作作的地位位,人与与机器共共同组成成一个系系统,各各自执行行自己最最擅长的的工作,,人与机机器共同同认识、、共同感感知、共共同决策策、共同同工作,,从而突突破传统统的“人人工智能能系统””的概念念,形成成达到甚甚至超过过人的能能力乃至至智力的的“超智智能”((SuperhumanIntelligence)系系统。其其核心内内容是强强调人在在系统中中的重要要性,重重新安排排人与机机械的位位置,突突破现有有系统将将人排除除在外的的旧格局局,研究究新型的的人与机机械的关关系,开开发新一一代的机机械系统统————人机一一体化系系统。5.智智能制造造系统在在国内外外的发展展现状6.4..2精精益生产产(LP)技术术1.精精益生产产的产生生与发展展精益生产产(LeanProduction,LP)来源源于日本本的丰田田生产方方式,它它是美国国麻省理理工学院院根据题题为《国国际汽车车计划》》的研究究中总结结出日本本企业成成功经验验后提出出的一个个概念,,在我国国称为精精益生产产精良生生产。上一页下一页返回6.4智能制造造与精益益生产之所以称称为“精精益”,,是因为为它与大大量生产产方式相相比,一一切投入入都大为为减少————工工厂中的的工作人人员、生生产占用用的场地地和设备备投资都都减半,,用一半半的时间间就能开开发出新新的产品品,所用用的开发发新产品品的工程程设计时时间也减减半。此此外,它它所需要要的现场场库存至至少可以以节省一一半以上上,废品品也大大大减少,,产品的的品种不不仅多而而且不断断变化。。2.精精益生产产的内涵涵与基本本特点(1)精精益生产产的内涵涵精益生产产是通过过在系统统结构、、人员组组织、运运行方式式和市场场供求等等方面的的变革,,使生产产系统能能很快适适应用户户需求的的不断变变化,并并能使生生产过程程中一切切无用、、多余的的东西被被精简,,最终达达到包括括市场供供销在内内的生产产的各方方面最好好的结果果。上一页下一页返回6.4智能制造造与精益益生产3.精精益生产产在我国国的推广广及应用用精益生产产方式产产生于日日本经济济基础薄薄弱之时时,当时时日本国国内资金金紧缺,,市场需需求不旺旺且变化化无常,,而目前前我国企企业主要要也是面面临这两两方面的的问题,,生产管管理和生生产方式式越来越越被企业业家所重重视,他他们认识识到管理理可以创创造越来来越大的的效益,,而投入入却很小小。当前前我国绝绝大多数数企业在在管理方方面与世世界先进进水平还还存在很很大的差差距,精精益生产产可以使使他们根根据自己己的实际际情况,,改进完完善管理理体系。。当前实实施精益益生产有有一个较较好的基基础,全全面质量量管理((TOM)、看看板管理理等精益益技术在在我国很很多企业业已经得得到不同同程度的的应用,,如何根根据本企企业的实实际情况况,正确确使用这这些工具具以及将将这些管管理技术术结合起起来,最最终达到到消除浪浪费的目目的是我我国企业业应该着着重思考考的问题题。精益益生产作作为一种种新的生生产方式式,在技技术上已已经基本本成熟,,在我国国已经有有了一些些很好实实施精益益生产的的企业做做出了很很好的典典范,而而且有一一批精益益思想者者和精益益实践者者,他们们在实践践过程中中结合中中国的国国情,使使精益生生产理论论不断完完善。上一页下一页返回6.4智能制造造与精益益生产4.精精益生产产在推广广中应注注意的问问题精益生产产方式在在先进的的工业化化国家中中已得到到广泛的的推广和和实施,,也是我我国大部部分企业业所面临临生存与与发展问问题的最最好解决决方法。。上一页返回6.5绿色制造造技术6.5..1绿绿色制造造的基本本概念所谓绿色色制造,,是一种种综合考考虑环境境影响和和资源效效率的现现代制造造模式,,其目标标是使产产品从设设计、制制造、包包装、运运输、使使用到报报废处理理的整个个产品生生命周期期中,对对环境负负面的影影响极小小,资源源利用率率极高,,并使企企业经济济效益和和社会效效益协调调优化。。这体现现出一个个基本观观点,那那就是制制造系统统中导致致环境污污染的根根本原因因是资源源消耗和和废弃物物的产生生,因此此,绿色色制造的的定义体体现了资资源和环环境两者者不可分分割的关关系。所所以,绿绿色制造造涉及的的问题包包括三个个方面::一是制制造问题题,包括括产品生生命周期期全过程程;二是是环境保保护问题题;三是是资源优优化利用用问题。。绿色制制造就是是这三部部分内容容的交叉叉。下一页返回6.5绿色制造造技术6.5..2绿绿色制造造的研究究现状绿色制造造(GreenManufacturing,,GM))又称环环境意识识制造EnvironmentallyConsciousManufacturing,ECM)、、面向环环境的制制造(ManufacturingforEnvironment,,MFE)等。。绿色制制造有关关内容的的研究可可追溯到到20世世纪80年代,,但比较较系统地地提出绿绿色制造造的概念念、内涵涵和主要要内容的的文献是是美国制制造工程程师学会会(SME)于于1996年发发表的关关于绿色色制造的的专门蓝蓝皮书《《GreenManufacturing》。6.5..3绿绿色制造造的研究究内容绿色制造造的主要要内容包包括:绿绿色设计计、绿色色资源、、绿色生生产、绿绿色包装装和绿色色回收处处理。1.绿绿色设计计上一页下一页返回6.5绿色制造造技术绿色设计计是实施施绿色制制造的关关键。绿绿色设计计存在于于产品的的整个生生命周期期的各个个阶段,,包括设设计、选选材、生生产、包包装、运运输、使使用及报报废处理理,这些些都必须须考虑其其对资源源和环境境的影响响。在充充分考虑虑产品的的功能、、质量和和成本的的同时,,着重考考虑产品品的环境境属性,,使得产产品及其其制造过过程、使使用过程程和报废废处理后后,对环环境的总总体影响响最小,,同时资资源的消消耗也降降到最低低。2.绿绿色资源源的选用用资源包括括原材料料和能源源。原材料的的选用,,应尽量量选用储储量丰富富、可再再生的绿绿色材料料,少用用或不用用稀缺材材料,有有些材料料虽可再再生,但但使用后后会对环环境造成成破坏,,如树木木,这种种材料也也要尽量量少用。。总之,,选用的的材料要要在生产产、使用用过程及及其废弃弃后,对对环境的的影响最最小,对对人体无无害,并并且易回回收、易易处理、、易降解解、可循循环利用用。上一页下一页返回6.5绿色制造造技术3.绿绿色制造造工艺技技术的研研究和开开发绿色制造造工艺就就是尽量量采用原原材料和和能源消消耗少、、废弃物物少、对对环境污污染小的的工艺方方法。4.绿绿色包装装技术绿色包装装就是从从环境保保护的角角度,优优化产品品包装方方案,使使得资源源消耗和和废弃物物最少。。包装材材料要选选择无毒毒、无害害、可再再生的材材料,发发展纸包包装,开开发各种种替代塑塑料薄膜膜的防潮潮、保鲜鲜纸包装装制品,,包装结结构上尽尽量做到到减少材材料的消消耗,包包装的废废弃物应应可回收收重用、、循环再再生或可可降解。。5.绿绿色回收收处理产品的生生命周期期终结后后,若不不回收处处理,将将造成资资源浪费费和环境境污染。。因此,,报废的的产品要要及时回回收处理理,如经经过拆卸卸,有的的零部件件可以重重新利用用,可节节省大量量的原材材料,有有的可循循环再生生或可降降解。上一页下一页返回6.5绿色制造造技术6.5..4绿绿色制造造的发展展趋势绿色制造造近年来来的研究究非常活活跃,研研究内容容体系也也正在形形成,其其发展趋趋势为以以下几个个方面::1.全全球化————绿绿色制造造的研究究和应用用将越来来越体现现全球化化的特征征和趋势势2.社社会化————需需要形成成绿色制制造的社社会支撑撑系统绿色制造造的研究究和实施施需要全全社会的的共同努努力和参参与,以以建立绿绿色制造造所必需需的社会会支撑系系统。企业要真真正有效效地实施施绿色制制造,必必须考虑虑产品寿寿命终结结后的处处理,这这就可能能导致企企业、产产品、用用户三者者之间新新型集成成关系的的形成。。例如,,有人就就建议,,需要回回收处理理的主要要产品,,如汽车车、冰箱箱、空调调、电视视机等,,用户只只了使用用权,而而企业拥拥有所有有权,有有责任进进行产品品报废后后的回收收处理。。上一页下一页返回6.5绿色制造造技术3.集集成化————更更加注重重系统技技术和集集成技术术的研究究绿色制造造涉及产产品生命命周期全全过程,,涉及企企业生产产经营活活动的各各个方面面,因而而是一个个复杂的的系统工工程问题题。因此此要真正正有效地地实施绿绿色制造造,必须须从系统统的角度度和集成成的角度度来考虑虑和研究究绿色制制造中的的有关问问题。4.并并行化————绿绿色并行行工程将将可能成成为绿色色产品开开发的有有效模式式绿色设计计今后仍仍将是绿绿色制造造中的关关键技术术。绿色色设计今今后的一一个重要要趋势就就是与并并行工程程结合,,从而形形成一种种新的产产品设计计和开发发模式绿绿色并行行工程。。5.智智能化————人人工智能能和智能能制造技技术将在在绿