第六章先进生产制造模式

第一节计算机集成制造第二节并行工程第三节精益生产第四节敏捷制造第五节智能制造系统第六章先进生产制造模式1/9/20231第一节计算机集成制造

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234CIM和CIMS的概念CIMS的组成CIMS递阶控制结构CIMS的体系结构CIMS在我国的实施进展51/9/20232CIM：ComputerIntegratedManufacturing计算机集成制造美国JosephHarrington博士1973年提出；基本出发点：系统的观点：企业的各种生产经营活动是不可分割的，要统一考虑；信息的观点：整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程；内涵：借助于以计算机为核心的信息技术，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来，使企业内的各类功能得到整体优化，从而提高企业适应市场竞争的能力；1计算机集成制造

1.1CIM和CIMS的概念CIMS：ComputerIntegratedManufacturingSystem计算机集成制造系统基于CIM理念而组成的系统，是CIM的具体实现；CIMS的核心－集成技术集成将企业内各生产环节的有关技术集成；生产管理技术；计算机辅助设计、分析技术；计算机辅助制造技术；计算机辅助质量管理与控制技术；要素集成人/机构、经营管理和技术三要素集成；经营人/机构技术1计算机集成制造

1.1CIM和CIMS的概念CIMS的基本要素及其作用技术在CIMS中的作用作为一种高新技术，CIMS首先为企业提供一套技术手段综合应用计算机技术、自动化技术、系统工程技术、现代制造技术以及管理科学等，对企业的各种经营方法给予技术上的支持；从本质上讲，CIMS是一种以“内含”为主的技术改造计算机辅助设计技术支持企业产品改革；用柔性制造系统、自动生产线、先进的控制方法对生产过程进行改造；用计算机辅助工艺设计提供更科学的工艺规程；CIMS是覆盖面更大的全方位的企业改造不仅在工程设计和生产制造方面，它对企业的经营管理也提供了先进的方法和工具，从技术上给予支持；同时，也不可避免地引起管理机制和组织机构的改革1计算机集成制造

1.1CIM和CIMS的概念CIMS的基本要素及其作用管理在CIMS中的作用CIMS覆盖了整个工厂，企业的管理是企业的决策中枢、协调中心，也是CIMS的重要组成部分；现代的大工业生产，规模大、环节多、分工细、关系复杂，因此管理内容多，工作复杂，要处理大量的静态和动态数据，需要用计算机进行集成管理；先进的技术，包括CIMS提供的各种先进技术手段和工具，必须与先进的管理机制相匹配，才能充分发挥作用；人在CIMS中的作用人为主体：CIMS是辅助工具；CIMS的实施改变了人的工作方式；1计算机集成制造

1.1CIM和CIMS的概念组成功能组成分系统经营管理信息系统；工程设计自动化系统；制造自动化系统；质量保证信息系统；支持分系统计算机网络数据库管理工程设计自动化分系统经营管理信息分系统制造自动化分系统质量保证信息分系统数据库分系统计算机网络分系统市场信息技术信息支撑分系统功能分系统售后服务信息1计算机集成制造

1.2CIMS的组成经营管理信息分系统将企业生产经营过程中产、供、销、人、财、物等进行统一管理的计算机应用系统；基本功能信息处理：信息的收集、传输、加工和查询；事物处理：经营计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理等；辅助决策：分析归纳现有信息，利用数学方法预测未来，提供企业经营管理过程中辅助决策信息；核心制造资源计划MRPII；1计算机集成制造

1.2CIMS的组成工程设计自动化分系统包括：CAD/CAPP/CAMCAD：计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计、动态分析与仿真、物料清单生成等功能；CAPP：毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定以及工时定额计算等；CAM：刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等；核心3C技术的集成。产品数据规范化、标准化，在各个系统中交换和共享，实现3C技术的集成。1计算机集成制造

1.2CIMS的组成制造自动化分系统通过对车间内各生产设备资源进行计划、调度和控制，实现零件和产品的加工制造；系统由制造设备系统、物料运输与存储系统、车间运行控制系统组成；制造设备系统：包括机械加工设备、测量设备、辅助设备等物料运输与存储系统：包括物料仓库、缓冲工作站、搬运机器人、传送带、有轨小车、无轨小车等；车间运行控制系统：生产作业计划调度与控制；资源(物料、刀具、夹具等)需求计划及调度；物料流、刀具流的协调和控制；系统状态监控和故障诊断处理；生产数据采集及反馈；研究表明：生产中每个工件平均占用机床的时间只占它在工厂中停留总时间的5%左右，其余95%用于不同地点和机床之间的搬运和等待。因此，减少工件搬运、等待的闲置时间，减少在制品库存等成为生产计划调度与控制的主要目的。1计算机集成制造

1.2CIMS的组成质量保证信信息分系统统包括质量计计划子系统统、质量检检测管理子子系统、质质量分析评评价子系统统和质量信信息综合管管理与反馈馈控制子系系统；质量计划子子系统：确定改进进质量目标标，建立质质量标准和和技术标准准，计划可可能达到的的途径和预预计可能达达到的改进进效果，并并根据生产产计划及质质量要求制制定检测计计划及检测测规程和规规范；质量检测管管理子系统统：包括建立立成品出厂厂档案，改改善售后服服务工作质质量；管理理进厂材料料、外购件件和外协件件的质量检检验数据；；管理生产产过程中影影响成品质质量的数据据等；质量分析评评价子系统统：包括对产产品设计质质量、外购购外协件质质量、工序序控制点质质量、供货货商能力、、质量成本本等进行分分析，评价价各种因素素对造成质质量问题的的影响，查查明主要原原因；质量信息综综合管理与与反馈控制制子系统：包括质量量报表生成成、质量综综合查询、、产品使用用过程质量量综合管理理等；1计算机机集成制造造1.2CIMS的的组成CIMS控控制结构CIMS是是一个复杂杂的大系统统，控制功功能复杂、、控制对象象地域分散散，用一台台计算机集集中控制难难以实现；；递阶控制结结构：将一个复复杂的控制制系统按照照其功能分分解成若干干层次；各各层分别由由独立的计计算机控制制处理，完完成各自功功能；层与与层之间保保持信息交交换，上层层对下层发发出命令，，下层向上上层回送命命令执行结结果，通过过通信联系系构成一个个完整的控控制系统；；美国国家标标准与技术术局(NIST)在在80年代代提出五层层递阶控制制结构；工厂车间生产系统单单元工作站设备层次作业规划周期工厂月－年车间周－月单元小时－周工作站分－小时设备秒－分制造自动化化CIMS1计算机机集成制造造1.3CIMS递递阶控制结结构五层递阶控控制结构工厂级控制制系统最高一级控控制，进行行生产管理理，履行””厂部”职职能；车间级控制制系统负责协调车车间的生产产和辅助性性工作；单元级控制制系统负责相似零零件分批通通过工作站站的顺序和和管理诸如如物料贮运运、检验及及其他有关关辅助工作作；工作站级控控制系统负责指挥和和协调车间间中一个设设备小组的的活动；设备级控制制系统各种设备的的控制器：：机器人、、机床、小小车等；1计算机机集成制造造1.3CIMS递阶阶控制结结构我国实施施CIMS可划划分四个个阶段90年代代前后，，全国选选四家企企业进行行可行性性研究；；1993~1995年年，实施施国家级级CIMS示范范工程；；1996~2000年年，各省省实施CIMS示范工工程；2000年以来来，大面面积推广广；1计算算机集成成制造1.4CIMS在在我国的实实施进展第二节并并行工程1234行工程定义义行工程运行行模式并行工程特特征并行工程关关键技术并行工程的的支持工具具512/29/202215串行工程前一工作环环节完成之之后才开始始后一工作作环节的工工作；各工作环节节的作业在在时序上没没有重叠和和反馈，即即使有反馈馈，也是事事后的反馈馈；并行工程是一种对产产品及其相相关过程(包括制造造过程和支支持过程)进行并行行的、一体体化设计的的工作模式式，这种模模式可使产产品开发人人员一开始始就能考虑虑从产品概概念设计到到产品消亡亡的整个产产品生命周周期中的所所有因素，，包括质量量、成本、、进度和用用户要求；；两个关键思思想是一种工作模式，而不是具具体的工作作方法；(工作环节节先后次序序客观存在在)着重于从产产品设计一一开始就对对产品的关关键因素进进行全面考考虑，以保保证产品设设计一次成功；(多多次次修修改改)2并并行行工工程程2.1并并行行工工程程定定义义串行行工工程程并行行工工程程产品设计工艺设计制造装配检测测试用户与供应商市场人员设计人员工艺人员制造人员检测人员产品设计工艺设计制造装配检测测试用户与供应商市场人员设计人员工艺人员制造人员检测人员2并并行行工工程程2.1并并行行工工程程定定义义开发发团团队队模模式式(IntegratedProductTeam,IPT)产品品开开发发由由传传统统的的部部门门制制或或专专业业组组变变成成以以产产品品(型型号号)为为主主线线的的多多功功能能集集成成产产品品开开发发团团队队；；IPT有有两种基基本类型型(1)实实体小组组：小组组成员物物理上聚聚集；(2)虚虚拟小组组：小组组成员通通过网络络联系；；产品设计装配设计检验设计检验仿真装配仿真加工仿真性能仿真工艺设计评估检验计划装配计划作业计划产品样图2并行行工程2.2并并行工工程运行行模式并行特征征把时间上上有先后后的作业业活动转转变为同同时考虑虑和尽可可能同时时处理和和并行处处理的活活动；整体特征征强调全局局性地考考虑问题题，即产产品研制制者从一一开始就就考虑到到产品整整个生命命周期中中的所有有因素，，追求整整体最优优；协同特征征强调人们们的群体体协同作作用，包包括与产产品全生生命周期期(设计计、工艺艺、制造造、质量量、销售售、服务务等)的的有关部部门人员员组成的的小组或或小组群群协同工工作；集成特征征包括人员员集成、、信息集集成、功功能集成成和技术术集成；；2并行行工程2.3并并行工工程特征征产品开发发过程的的协调与与控制并行工程程与传统统生产方方式的本质区别别是把产品品开发的的各个活活动作为为一个集集成的、、并行的的产品开开发过程程，强调调下游过过程在产产品开发发早期参参与设计计过程；；因此，产品开发发过程管管理和控控制是并行工工程的关关键技术术；包括：过过程建模模技术、、过程管管理技术术、过程程评估技技术、过过程分析析技术和和过程集集成技术术；集成的产产品信息息模型能够全面面表达产产品信息息、工艺艺信息、、制造信信息以及及产品生生命周期期内各个个环节的的信息；；能够表达达产品各各个版本本的演化化历史；；能够表达达产品的的可制造造性、可可维护性性和安全全性；能够使设设计小组组成员共共享模型型中的信信息；2并行行工程2.4并并行工工程关键键技术CAXCAD、、CAE(计算算机辅助助工程分分析)、、CAPP、CAM、、CAT(计算算机辅助助质量检检测)DFXDFM(DesignforManufacturing)面面向向制造设设计DFA(DesignforAssembly)面面向装装配设计计DFT(DesignforTesting)面面向检测测设计DFU(DesignforUnAssembly)面面向向拆卸设设计PDM协同的网网络通信信手段多媒体邮邮件、电电子公告告板、基基于网络络的视频频会议系系统；2并行行工程2.5并并行工工程的支支持工具具第三节节精精益生生产1234精益生生产的的历史史背景景精益生生产的的内涵涵精益生产的的体系结构构精益生方式式的主要内内容12/29/20222250年代初初制造自动动化技术迅迅速发展数控技术＋＋成组技术术柔性制造造系统；只着眼于提提高制造的的效率，减减少生产准准备时间，，却忽略了了可能增加加的库存而而带来的成成本的增加加；日本丰田公公司提出及时生生产：追求求一种无库库存或使库库存最小的的生产；1980年年以1100万辆的的产量全面面超过美国国；精益生产1985-1990年，美国国麻省理工工学院对美美国、日本本以及西欧欧90多家家汽车制造造厂的研究究发现：日本与美国国以及西欧欧各国在汽汽车工业发发展上的差差距，不在在于企业的的自动化程程度的高低低、生产批批量的大小小、产品类类型的多少少，其根本本原因在于于生产方式式的不同。。将日日本本的的生生产产方方式式称称为为：：””精精益益生生产产””3精精益益生生产产3.1精精益益生生产产的的历历史史背背景景精益益生生产产的的基基本本概概念念“精精””就就是是精精干干，，““益益””就就是是效效益益；；运用用多多种种现现代代管管理理方方法法和和手手段段，，以以社社会会需需求求为为依依托托，，以以充充分分发发挥挥人人的的作作用用为为根根本本，，有有效效配配置置和和合合理理使使用用企企业业资资源源为为企企业业谋谋求求经经济济效效益益的的一一种种新新型型企企业业生生产产方方式式；；精益生生产的的特征征(1)强调调以人人为中中心所有工工作人人员都都是终终身雇雇员，，不能能随意意淘汰汰；扩大雇雇员及及其小小组的的独立立自主主权，，生产产线工工人在在生产产出现现故障障时有有权让让一个个工区区的生生产停停下来来；职工工是是多多面面手手；；3精精益益生生产产3.2精精益益生生产产的的内内涵涵精益益生生产产的的特特征征(2)以以简简化化为为手手段段简化化组组织织结结构构和和产产品品开开发发过过程程－－按按并并行行工工程程组组成成项项目目组组；；简化化与与协协作作厂厂的的关关系系－－利利益益共共同同，，不不以以价价格格谈谈判判为为基基础础；；简化化生生产产过过程程，，减减少少非非生生产产性性费费用用－－及及时时生生产产；；简化化生生产产检检验验环环节节，，采采用用一一体体化化的的质质量量保保证证体体系系；；(3)以以尽尽善善尽尽美美为为目目标标：：零零缺缺陷陷、、零零准准备备、、零零库库存存、、零零搬搬运运、、零零故故障障停停机机、、零零提提前前期期和和批批量量为为一一；；从上述特点不不难看出，精精益生产不仅仅是一种生产产方式，而且且更主要是一一种适用于现现代制造企业业的组织管理理方法；生产自动化的的水平对企业业来说是非常常重要的，但但未必是工厂厂效率的决定定因素，更重重要的人的集集成和协作关关系的融洽，，以及按需求求驱动的原则则进行组织和和管理产品的的生产和开发发。日本工序自动动化率34%，欧洲48%，日本劳劳动投入量少少70%3精益生产产3.2精益益生产的内涵涵基础计算机信息网网络支持下的的群体小组工工作方式和并并行工程；组成及时生产方式式JIT成组技术GT全面质量管理理TQC核心及时生产方式式JIT成组技术GT将几何形状和和加工工艺过过程相似的零件构造为一一个个零件工工艺族，提高生产批量、、降低生产成成本；计算机网络支持下的并行工作方式和小组工作方式及时生产JIT成组技术GT质量管理TQC精益生产体系3精益生产产3.3精益益生产的体系系结构主查制的开发发组织，并行行式开发程序序主查－－项目目负责人；拉动式的生产产管理及时生产方式式JIT以人本管理为为根本的劳动动组织体制生产工人是企企业的主人；；简化产品检验验环节，强调调一体化的现现场质量管理理将保证产品质质量的职能和和责任转移到到直接生产操操作人员；总装厂与协作作厂之间的相相互依存建立一种相互互依存的信任任关系，代替替单纯订货式式的买卖关系系以顾客为中心心的销售策略略主动销售，主主动服务；3精益生产产3.4精益益生方式的主主要内容第四节敏捷捷制造1234敏捷制造提提出的背景景敏捷制造的的内涵敏捷制造的的关键因素素及关键技技术敏捷制造对对制造业影影响12/29/202228市场竞争价格质量速度对制造业的的重新认识识20世纪后后期，美国国将制造业业列为”夕夕阳产业””，制造业业衰退；美国人认识识到：制造业是一一个国家国国民经济的的支柱；敏捷制造的的提出敏捷制造(AgileManufacturing，，AM)虚拟企业(VirtualEnterprise，VE)美国里海大大学于1991年正正式提出：：敏捷制造造核心观点除了学习日日本经验外外，更要利利用美国信信息技术的的优势，夺夺回制造工工业的世界界领先地位位；4敏捷制制造4.1敏敏捷制造提提出的背景景定义制造系统在在满足低成成本和高质质量的同时时，对变幻幻莫测的市市场需求的的快速反应应；内涵敏捷的生产产系统柔性制造－－产品型号号变化，质质量、成本本、速度无无明显差别别敏捷的经营营管理响应市场的的敏捷性；；企业日常常运行的敏敏捷性；敏捷的员工工提高员工素素质，增加加员工应付付新挑战的的适应能力力；培养员工主主人翁责任任感、敬业业精神；4敏捷制制造4.2敏敏捷制造的的内涵敏捷制造是是全球范围围内企业和和市场的集集成将企业、商商业等部门门用网络连连通，实行行面向网络络的设计、、制造、销销售、服务务。制造企业不不拘泥于固固定的形式式、集中的的办公地点点、固定的的组织机构构，而是一一种以高度度灵活方式式组织的企企业；敏捷制造的的组成敏捷制造的的基础结构构为形成虚拟拟企业提供供环境和条条件；敏捷制造的的虚拟企业业实现对市场场不可预期期变化的响响应；4敏捷制制造4.3敏敏捷制造的的组成敏捷制造的的组成敏捷制造的的基础结构构物理基础结结构：虚拟拟企业运行行所必需的的厂房、设设备、实施施、运输、、资源等必必要的物理理条件；法律基础结结构：国家家关于虚拟拟企业的法法律和政策策条文；社会基础结结构：虚拟拟公司的解解散和重组组、人员的的流动等是是非常自然然的事，这这些都需要要社会来提提供职业培培训、职业业中介等服服务环境；；信息基础结结构：敏捷捷制造的信信息支持环环境，包括括企业信息息网络、各各种服务网网点、中介介机构等一一切为虚拟拟公司服务务的信息手手段。4敏捷制制造4.3敏敏捷制造的的组成敏捷制造的的组成敏捷制造的的虚拟企业业虚拟企业又又称动态联联盟，是面面向产品经经营过程的的一种动态态组织结构构；定义：企业业群体为了了赢得某一一个机遇性性市场竞争争，把某复复杂产品迅迅速开发生生产出来并并推向市场场，由一个个企业内部部有优势的的不同部分分和有优势势的不同企企业，按照照资源、技技术和人员员的最优配配置，快速速组成一个个功能单一一的临时性性的经营实实体；这种种以以最最快快的的速速度度把把企企业业内内部部的的优优势势和和企企业业外外部部不不同同公公司司的的优优势势集集合合起起来来所所形形成成的的竞竞争争力力，，是是以以固固定定专专业业部部门门为为基基础础的的静静态态不不变变的的组组织织结结构构对对市市场场的的竞竞争争力力无无法法比比拟拟的的；；4敏敏捷捷制制造造4.3敏敏捷捷制制造造的的组组成成敏捷捷制制造造的的组组成成敏捷捷制制造造的的虚虚拟拟企企业业虚拟拟企企业业的的生生命命周周期期把握握市市场场机机遇遇选择择伙伙伴伴经营营设设计计与与仿仿真真签订订协协议议虚拟拟企企业业形形成成虚拟拟企企业业运运作作产品品或或项项目目任任务务完完成成解散散和和重重组组4敏敏捷捷制制造造4.3敏敏捷捷制制造造的的组组成成敏捷捷制制造造的的组组成成敏捷捷制制造造的的虚虚拟拟企企业业虚拟拟企企业业的的优优点点中小小企企业业可可以以通通过过分分享享其其他他合合作作者者的的资资源源完完成成过过去去只只有有大大企企业业才才能能完完成成的的工工作作；；而而大大企企业业在在不不需需要要大大量量投投资资的的情情况况下下通通过过转转包包生生产产的的方方式式迅迅速速扩扩大大它它的的生生产产能能力力和和市市场场占占有有率率；；降降低低了了失失败败的的风风险险；；由于合合作者者有着着各自自的专专长和和优势势，虚虚拟企企业可可以在在经济济和技技术实实力上上很方方便地地超过过它的的所有有竞争争对手手；跨地区区、跨跨国界界的国国际合合作，，使每每个合合作者者都有有机会会进入入更广广泛的的市场场，各各自的的资源源可以以得到到充分分的利利用可兼容容企业业间的的竞争争和合合作，，保存存竞争争的活活力，，又避避免过过度竞竞争；；虚拟企企业改改变了了传统统的静静态不不变的的组织织结构构，是是敏捷捷制造造的核核心4敏敏捷制制造4.3敏敏捷制制造的的组成成联合竞竞争企业之之间的的竞争争供应链链之间间的竞竞争技术能能力交交叉虚拟企企业内内部制制造技技术和和管理理模式式的交交流和和发展展；企业内内部的的生产产单元元不受受企业业产品品类型型的限限制，，可充充分发发挥其其生产产能力力；环境意意识加加强加入虚虚拟企企业的的企业业需要要通过过质量量、绿绿色制制造等等认证证；信息称称为商商品信息中中介服服务向企业业和顾顾客提提供各各种咨咨询服服务；；向企业业提供供零件件库及及生产产企业业目录录信息息；设计服服务机机构－－向企企业提提供各各种设设计服服务；；4敏敏捷制制造4.4敏敏捷制制造对对制造造业影影响第五节节智智能制制造1234智能制制造研研究的的背景景智能制制造的的含义义智能制制造系系统的的特征征智能加加工与与智能能加工工设备备12/29/202237背景(1)制制造自自动化技技术的发发展，使使得制造造系统由由原先的的能量驱动动型转变变为信息息驱动型型，要求制制造系统统具有更更强的信信息加工工能力，，特别是是信息的的智能加加工能力力；(2)20世世纪70年代开开始，发发达国家家为了追追求廉价价劳动力力，逐渐渐将制造造业移向向了发展展中国家家，发展中国国家专业业人才严严重短缺缺，制约了了制造业业的发展展；因此，制制造业希希望减少少对人类类智慧的的依赖，，以解决决人才供供求的矛矛盾；智能制造造技术(IntelligentManufacturingTechnology，IMT)智能制造造系统(IntelligentManufacturingSystem，，IMS)某种意义义上可认认为是机机器人技技术在整整个制造造系统中中的推广广；5智能能制造5.1智智能制制造研究究的背景景智能制造造包含智智能制造造技术和和智能制制造系统统智能制造造技术指利用计计算机模模拟制造造业人类类专家的的分析、、判断、、推理、、构思和和决策等等智能活活动，并并将这些些智能活活动与智智能机器器有机地地融合起起来，将将其贯穿穿应用于于整个制制造企业业的各个个子系统统；智能制造造系统一种智能