先进制造技术15

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章先进制造模式566.5绿色制造技术6.6生物制造技术返回46.4智能制造与精益生产6.1

计算机集成制造系统(CIMS)6.1.1CIMS的内涵计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem,CIMS)是由一个多级计算机控制硬件结构,配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的软件系统所构成的全盘自动化制造系统。它是在信息技术、自动化技术及制造技术的基础上,通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来,形成适用于多品种、小批量生产,实现整体效益的集成化和智能化制造系统。计算机集成制造系统(CIMS)是基于计算机集成制造(CIM)哲理而组成的系统,是CIM思想的物理体现。6.1.2CIMS的基本组成下一页返回6.1

计算机集成制造系统(CIMS)1.CIMS体系分系统CIMS通常是由管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化(柔性自动化)系统、质量保证系统以及计算机网络和数据库系统6个部分有机地集成起来的。所以一般说CIMS是由4个功能分系统和两个支撑分系统组成,图6.1所示为其6个分系统及其与外部信息的联系。企业、工厂实施CIMS时会根据具体需求和条件增加或减少某个分系统。下面对此6个分系统做一简要介绍。(1)管理信息系统管理信息系统是CIMS的上层管理系统,它不仅需要根据厂情、国情和国际市场的需息做出生产决策、确定生产计划和估算产品成本和生产效益,而且需要做出物料、能源、设备、人员的计划安排,保证生产的正常运行。上一页下一页返回6.1

计算机集成制造系统(CIMS)(2)产品设计与制造工程设计自动化系统产品设计与制造工程设计自动化系统是计算机辅助产品设计、制造准备及产品性能测试阶段的工作,即常说的CAD/CAPP/CAM系统,目的是使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。(3)制造自动化或柔性制造系统制造自动化或柔性制造系统是CIMS中信息流和物料流的结合点,是CIMS最终产生经济效益的聚集地,可以由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分式控制(管理)计算机等设备及相应支持软件组成。根据产品的工程技术信息、车间层的加工指令,完成对零件毛坯加工的作业调度及制造,使产品制造活动优化、周期短、成本低、柔性强。(4)质量保证系统上一页下一页返回6.1

计算机集成制造系统(CIMS)质量保证系统包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能。系统保证从产品设计、制造、检验到售后服务的整个过程,从而实现产品的高质量、低成本,提高了企业的竞争力。(5)计算机网络分系统计算机网络分系统是支持CIMS各个分系统的开放型网络通信系统,其采用国际标准和工业化标准规定的网络协议,可以实现异种机互联和异构局部网络及多种网络的互联。以分布为手段,满足各应用分系统对网络支持服务的不同需求,支持资源共享、分布处理、分布数据库、分层递阶和实时控制。(6)数据库分系统数据库分系统是支持CIMS各分系统,覆盖企业全部信息的数据库系统,它在逻辑上是统一的,在物理上可以是分布的全局数据管理系统,以实现企业数据共享和信息集成。上一页下一页返回6.1

计算机集成制造系统(CIMS)2.笼统分析笼统地分析,CIMS的组成包含三个要素,即人/机构、经营与技术,如图6.2所示。在三要素的相交部分需解决四类集成问题:3.总体功能的角度分析如图6-3所示,从总体功能的角度分析,CIMS的组成主要包括以下4大部分:6.1.3CIMS的技术优势(1)保障和提高了新产品开发的前景CIMS(包括并行工程和虚拟制造技术等)使企业提高了产品创新设计的深度,大大有利于提高企业产品的技术含量。CIMS建立了企业从产品设计、生产制造、经营管理全方位的计算机集成制造环境,做到了企业信息流、物流、资金流的集成。上一页下一页返回6.1

计算机集成制造系统(CIMS)(2)缩短了新产品的上市周期CIMS是一个集成化的生产模式,覆盖了市场分析、经营决策、新产品研制、工程设计、加工制造、库存供应、质量保证、售后服务等整个制造业的活动。在这种环境支持下,通过企业信息的快速流动,缩短了产品的设计周期。同时,由于在设计时参考了产品的可制造性等特性,在MIS及制造自动化系统的支持下,也极大地提高了产品的生产及销售效率。这些都保证了企业新产品上市周期的显著改善。(3)经营管理科学化,同时降低了产品的成本在经营管理方面,使企业的经营决策和生产管理趋于科学化,使企业能够在市场竞争中快速、准确地报价,赢得时间;在实际生产中,解决“瓶颈”问题,减少在制品,同时降低了库存资金的占用。调查材料表明,采用计算机集成制造系统后,企业新产品的各项因素发生了明显的变化,数据变化如表61所示。上一页返回6.2

虚拟制造技术6.2.1虚拟现实虚拟现实(VirtualReality,VR),又称灵境、拟实,是一门高新技术,它采用计算机技术生成一个逼真的,具有视、听、触等多种感知的人工媒体空间(即人工虚拟环境),使置身于该环境中的人,可以通过各种多媒体传感交互设备与这一虚构的环境进行实时交互作用,产生身临其境的感觉。这种虚拟环境既可以是真实世界的模拟体现,也可以是构想中的世界。6.2.2虚拟制造的概念现在对虚拟制造(VirtualManufacturing,VM)的定义多种多样,美国佛罗里达大学GloriaJ.Wiens等人对虚拟制造的定义侧重于虚拟制造与实际制造过程的相似性,认为虚拟制造与实际制造一样,只不过是在计算机上执行制造的全过程,其中虚拟模型是在实际制造之前,下一页返回6.2

虚拟制造技术用于对产品的功能及可制造的潜在问题进行预测,而美国空军Wright实验室和马里兰大学EdwardLin的定义则侧重于虚拟制造的仿真、建模与分析技术和工具的综合应用,以增强各层的制造设计能力及生产决策与控制能力。综合以上定义,不难看到,目前对虚拟制造技术的研究正处于不断的深入、细化之中,因此对其的定义也是在不断地完善。6.2.3虚拟制造系统的体系结构为了能够“在计算机里进行制造”,VM将提供从产品设计到生产计划和制造过程优化的建模和模拟环境。完成这些任务,主要是以下3种类型的VM起着特殊的作用。(1)以产品设计为中心的VM(简称产品设计型VM)上一页下一页返回6.2虚拟制造技术术提供设计工程程师设计产品品的设计工具具和环境,如如面向制造的的设计(DFM)、面向向装配的设计计(DFA)等并行式设设计工具;产产品设计型VM产生的的结果包括产产品模型、成成本估价等,因此可以识识别与设计有有关的潜在问问题和判断其其优缺点(以以成本的形式式或以其他的的形式)。(2)以工艺艺设计为中心心的VM(简简称工艺设计计型VM)以工艺技术为为中心的VM可以构造造生成工艺规规程和生产计计划、规划资资源需求(新新设备采购等等),并评价价这些计划的的环境;换言言之,它可以以为工艺工程程师提供虚拟拟的制造车间间现场环境和和设备,使之之可以分析、、改进生产计计划和生产工工艺,验证NC程序及物物流控制,并并提供精确的的成本信息和和产品供货计计划表。(3)以控制制为中心的VM(简称控控制型VM)VM虚拟环环境的体系结结构如图6.4所示。上一页下一页返回6.2虚拟制造技术术虚虚拟制造的的关键技术虚拟制造是近近几年来国际际上提出的,完整的理论论体系还没有有形成,其研研究尚处于探探索阶段。虽虽然某些基础础单元技术已已有了较深入入的研究,但但即使是在欧欧、美、日等等工业发达国国家,目前也也主要是分析析虚拟环境下下基础单元技技术的要求,对其进行理理论上的研究究。美国自然然科学基金(NSF)、、美国国家标标准和技术研研究所(NIST)和美美国国防部高高级研究计划划署(ARPA)资助与与支持下的几几所大学和企企业联合研究究中心正在进进行虚拟制造造各个领域关关键技术和系系统开发方面面的研究。日日本东京大学学和大阪大学学的研究人员员1993年年起也在CIRP上发表表论文,论述述虚拟环境下下产品建模的的需求及其关关键技术、虚虚拟制造系统统体系结构等等方面的研究究成果。1.虚拟制制造哲理的研研究虚拟制造哲理理的研究为制制造企业实现现从精良制造造向敏捷制造造的转变提供供指导思想。。在信息集成成的基础上,通过组织管管理、技术、、资源和人机机集成实现产产品开发过程程的集成。上一页下一页返回6.2虚拟制造技术术2.虚拟制制造技术层虚拟制造技术术的研究为虚虚拟制造的实实施与虚拟制制造系统的建建立提供理论论和技术上的的支持。它由由3大主体技技术群(建模模技术群、仿仿真技术群、、控制技术群群)和一个支支撑技术群(为3大主体体技术群的实实施提供支持持)组成。(1)建模技技术群建模技术群是是指用来开发发虚拟制造系系统中各种模模型的所有技技术与方法,主要包括以以下几个方面面的内容。(2)仿真技技术群仿真技术群是是指运行和操操作构成虚拟拟制造系统的的各种模型的的所有方法和和技术。分布布式交互仿真真技术和虚拟拟现实技术在在仿真中的应应用是虚拟制制造对仿真提提出的新要求求。上一页下一页返回6.2虚拟制造技术术(4)支撑技技术群支撑技术群是是指支持虚拟拟制造系统开开发、控制与与运行的基础础性技术,主主要包括以下下几个方面的的内容。3.虚拟制制造原型系统统层在虚拟制造哲哲理和技术研研究的基础上上,虚拟制造造原型系统的的研究和开发发可以从以下下3个方面进进行。4.虚拟制制造集成开发发平台层在理论研究和和虚拟制造原原型系统的开开发的基础上上,从集成开开发平台的要要求出发,对对虚拟制造的的通用功能、、模块以及子子系统等方面面进行归纳整整理,构造虚虚拟制造集成成开发平台,以适应灵活活方便地建立立针对不同产产品和制造环环境的虚拟制制造系统的需需求,研究内内容如下。上一页下一页返回6.2虚拟制造技术术虚虚拟制造技技术在制造业业中的应用虚拟制造技术术在制造业中中的应用:首首先在军事、、航空航天、、汽车领域中中获得成功的的应用。例如如波音飞机公公司777飞飞机的设计,就是采用虚虚拟制造技术术的典型范例例,开发周期期从通常的8年减少到5年,设计、、装机、测试试均在计算机机中完成模拟拟,保证一次次试制成功。。虚拟制造在在汽车领域的的应用涉及汽汽车的整个生生命周期,它它可以在汽车车生产设备、、工装和模具具,甚至校车车的设计之前前,很容易地地对生产系统统和工艺过程程进行建模、、修改、分析析及优化。上一页返回6.3敏捷制造与并并行工程敏敏捷制造1.敏捷制制造AM的的内涵及定义义随着市场经济济的发展和经经济全球化的的到来,以及及人们对产品品的追求趋于于多样化、个个性化,以前前表现在流水水线生产、规规模经济、产产品标准化、、高效低成本本的大规模生生产模式,在在新的市场环环境下,其一一些固有的局局限性已突现现出来。追随随具有多样化化需求的细分分市场,并尽尽量满足这些些细分市场中中不断变化的的需求,实现现产品多样化化,需要制造造过程的灵活活性和多样性性。敏捷制造造正是适应这这一环境而产产生的新的生生产模式,并并表现出强有有力的发展势势头。AM的的基本思想想就是通过把把灵活的动态态联盟、先进进和实用的柔柔性制造技术术和高素质的的劳动者三者者有机地结合合起来,从而而使企业能够够从容的应付付快速和不可可预测的市场场需求,获得得企业的长期期经济利益。。AM的一一个关键概念念是敏捷性,敏捷性能使使企业以更快快的速度、更更好的质量、、更低的成本本以及更优质质的服务来赢赢得市场竞争争。下一页返回6.3敏捷制造与并并行工程2.敏捷制制造关键技术术(1)虚拟制制造(VirtualManufacturing,VM)敏捷制造企业业追求的目标标是对用户需需求做出快速速响应,虚拟拟制造是实现现这一目标的的有效途径。。实现虚拟制制造的主要手手段是仿真:在产品的设设计周期,借借助建模和仿仿真技术及时时模拟出产品品在整个生命命周期的各种种活动,可以以对产品的配配置(包括零零件、部件、、整机装配)、构造(结结构布局、干干涉检查)进进行仿真。VMS)的集集成。(2)快速原原型制造快速原型制造造(RPM)是将计算机机辅助设计(CAD)、、计算机辅助助制造(CAM)、计算算机数字控制制(CNC)、激光、精精密伺服驱动动和新材料等等先进技术集集成于一体的的技术,其核核心是基于数数字化的新型型成形技术。。上一页下一页返回6.3敏捷制造与并并行工程虽然快速成形形技术问世不不长,但由于于它给制造业业带来的巨大大效益,使得得这一技术的的应用日益广广泛,成为现现代先进制造造技术中的一一项支柱技术术。3.敏捷制制造产品实现现过程敏捷制造技术术的三个核心心是:逆向工工程(ReverseEngineering)、分析建建模(AnalyticalModeling)和固体自自由构成(So1idFreedomFabrication)。逆逆向工程是指指从一个部件件实物创建其其计算机模型型。分析建模模意指确定制制造过程参数数和利用计算算机仿真预测测部件性能。。固体自由构构成表示从计计算机模型直直接生产原型型和功能部件件:只容许极极少量的浪费费,少数几个个过程工序,极小量的修修正。4.敏捷制制造环境下的的系统集成敏捷性是企业业在未来市场场竞争中保持持优势的前提提。上一页下一页返回6.3敏捷制造与并并行工程敏捷制造正是是为了实现企企业生产制造造的敏捷性,采用现代通通信手段,通通过快速配置置各种资源,以有效和协协调的方式响响应用户需求求的一种新的的企业发展战战略。它强调调把动态灵活活的虚拟组织织、先进的拟拟实制造技术术和高素质的的人员进行有有机的结合,使企业在快快速变化的市市场环境中取取得长期效益益。5.敏捷企企业的互相合合作———动动态联盟基于我国企业业绝大部分是是专业配套厂厂,即生产零零部件的企业业,我们可以以建立一种以以信息或技术术为基础的企企业联盟(即即以一个核心心企业为盟主主,在一定地地区内,一定定行业领域内内相关企业组组成的一种生生产加工型的的企业联盟)。在主要的的业务范围内内,盟主和成成员相对稳定定,只是当出出现某个较特特殊的业务时时,才扩展到到一些新成员员。成员企业业也应有自己己的相对独立立性,也有自自己的业务开开拓领域。但但是这些独立立性应在不违违背盟约的基基础上实现,明确的责任任机制和约束束机制是企业业之间共同利利益及正常业业务发展的重重要保证。上一页页下一页页返回6.3敏捷制制造与与并行行工程程(1)动态态联盟盟的组组织实实施要要点(2)动态态联盟盟企业业的任任务分分配与与控制制6.敏敏捷捷制造造的发发展趋趋势实施敏敏捷制制造的的过程程是制制造业业在现现有基基础上上不断断提高高的平平滑转转变过过程,而目目前对对敏捷捷制造造的研研究刚刚刚兴兴起,完整整的理理论体体系尚尚未形形成,其实实施方方法、、手段段和途途径仍仍有待待进一一步探探索。。因此此,美美国等等国政政府对对敏捷捷制造造的开开发与与应用用给予予了高高度重重视,资助助许多多研究究单位位开发发实现现敏捷捷制造造的参参考模模型和和支持持工具具,并并鼓励励在不不同行行业进进行示示范应应用,以期期望在在边研研究边边应用用的过过程中中积累累经验验,完完善敏敏捷制制造工工具产产品,为更更多的的行业业、企企业应应用打打下基基础。。上一页页下一页页返回6.3敏捷制制造与与并行行工程程并并行工工程并行工工程(ConcurrentEngineering)又称称同步步工程程或并并行设设计。。传统统制造造业中中产品品的开开发过过程沿沿用串串行生生产模模式,遵循循“需需求分分析—————方案案设计计————产产品设设计—————加工工计划划控制制————加加工、、装配配、检检测—————实验验验证证————修修改””的流流程。。这种种方法法在设设计早早期不不能全全面考考虑下下游的的可制制作性性、可可装配配性和和质量量保证证等多多种因因素,只有有在制制造后后期才才能发发现制制造的的产品品存在在很多多缺陷陷,这这必须须要求求对设设计进进行更更改,造成成了从从概念念设计计到加加工制制造、、实验验修改改的大大循环环,而而且可可能在在不同同环节节多次次重复复这一一过程程,使使得设设计改改动量量大,产品品开发发周期期长,成本本高,难以以满足足激烈烈的市市场竞竞争的的需求求。并并行工工程是是解决决这些些问题题的有有效方方案。。上一页页下一页页返回6.3敏捷制制造与与并行行工程程1.并并行行工程程的含含义与与特点点1988年年,美美国国国防分分析研研究所所(简简称IDA)为为了改改进国国防武武器和和军用用产品品的生生产,缩短短生产产周期期,降降低成成本,首次次提出出了并并行工工程的的概念念,即即并行行工程程是对对产品品及其其相关关过程程(包包括制制造和和支持持过程程)进进行集集成并并行设设计的的系统统化工工作模模式,这种种方法法要求求产品品开发发人员员在设设计一一开始始就考考虑产产品整整个周周期(从概概念形形成到到报废废)中中的各各种因因素,包括括质量量、成成本、、进度度及用用户需需求等等,以以便最最大限限度提提高产产品的的开发发效率率和一一次性性成功功率。。因此此,并并行工工程所所针对对的是是整个个产品品开发发及其其生命命周期期,它它强调调在产产品开开发早早期,组织织多种种职能能协同同工作作的项项目组组,使使有关关人员员从一一开始始就获获得对对新产产品需需求的的要求求和信信息,积极极研究究涉及及本部部门的的工作作业务务,并并将所所需要要求提提供给给设计计人员员,使使许多多问题题在开开发早早期就就能得得到解解决。。图6.7和图6.8所示说说明了了一个个产品品开发发过程程中产产品设设计、、工艺艺设计计、材材料采采购和和市场场方案案分别别按照照串行行和并并行两两种模模式安安排示示意。。上一页页下一页页返回6.3敏捷制制造与与并行行工程程通过对对图6.7和图图6.8对对比,我们们可以以很清清楚地地看到到并行行工程程和串串行工工程显显著地地区别别就是是各个个阶段段之间间前后后顺序序的不不同:串行行工程程强调调的是是一个个阶段段结束束之后后,把把输出出作为为下一一个阶阶段的的输入入,依依次往往下进进行,若后后一阶阶段发发生了了问题题还需需要反反馈到到前面面阶段段进行行解决决;并并行工工程强强调的的是在在上一一个阶阶段进进行的的时候候就要要对以以后的的相关关阶段段进行行分析析和考考虑,并不不是单单纯的的上、、下游游关系系,这这种模模式可可以很很好地地避免免返工工浪费费。2.并并行工工程的的核心心技术术和关关键要要素(1)并行行工程程的核核心技技术并行工工程是是一种种系统统化、、集成成化的的产品品开发发模式式,其其核心心就是是组建建集成成产品品开发发团队队(简简称IPT)和和产品品开发发过程程重构构。1)集集成化化开发发团队队(IPT)上一页页下一页页返回6.3敏捷制制造与与并行行工程程2)产产品开开发过过程重重构并行工工程和和串行行工程程开发发方式式的本本质区区别就就是并并行工工程把把产品品开发发过程程中的的各个个子过过程看看成了了一个个集成成的过过程,是从从全局局优化化的角角度对对这个个集成成过程程进行行管理理和控控制,并且且对已已发生生的过过程进进行不不断的的改进进。由由于IPT打破破了传传统的的功能能部门门的界界限,所以以产品品开发发过程程之间间也就就没有有了严严格的的界限限,这这使得得产品品开发发过程程中的的活动动具有有了高高度的的随机机性。。(2)并行行工程程的关关键要要素通过上上文对对并行行工程程和串串行工工程的的对比比分析析,我我们了了解到到如果果想要要成功功的实实施并并行工工程,就需需要对对下面面几个个方面面进行行改进进:(3)并行行工程程的发发展前前沿上一页页返回6.4智能制制造与与精益益生产产智智能制制造系系统(IMS)1.智智能能制造造产生生的背背景当今世世界各各国的的制造造业活活动趋趋向于于全球球化,制造造、经经营活活动、、开发发研究究等都都在向向多国国化发发展,为了了有效效地进进行国国际间间信息息交换换及世世界先先进制制造技技术共共享,各国国的企企业都都希望望以统统一的的方式式来交交换信信息和和数据据。因因此,必须须开发发出一一个快快速有有效的的信息息交换换工具具,创创建并并促进进一个个全球球化的的公共共标准准来实实现这这一目目标。。2.智智能能制造造系统统的含含义和和特征征(1)智能能制造造系统统的含含义智能制制造系系统(IntelligentManufacturingSystem,IMS)是是一种种由智智能机机器和和人类类专家家共同同组成成的人人机一一体化化智能能系统统,它它在制制造过过程中中能以以一种种高度度柔性性的方方式,借助助计算算机模模拟人人类专专家的的智能能活动动进行行分析析、推推理、、判断断、构构思和和决策策等,从而而取代代或者者延伸伸制造造环境境中人人的部部分脑脑力劳劳动。。同时时,收收集、、存储储、完完善、、共享享、集集成和和发展展人类类专家家的智智能。。下一一页页返回回6.4智能能制制造造与与精精益益生生产产(2)智智能能制制造造系系统统的的特特点点1)自自组组织织能能力力系统统中中的的各各种种智智能能机机器器能能够够按按照照工工作作任任务务的的要要求求,自自行行集集结结成成一一种种最最合合适适的的结结构构,并并按按照照最最优优的的方方式式运运行行。。自自组组织织能能力力是是IMS的的一一个个重重要要标标志志。。2)自自律律能能力力能根根据据周周围围环环境境和和自自身身作作业业状状况况的的信信息息进进行行监监测测和和处处理理,并并根根据据处处理理结结果果自自行行调调整整控控制制策策略略,以以采采用用最最佳佳行行动动方方案案。。这这种种自自律律能能力力使使整整个个制制造造系系统统具具备备抗抗干干扰扰、、自自适适应应和和容容错错等等能能力力。。3)自自学学习习和和自自维维护护能能力力能以以原原有有的的专专家家知知识识为为基基础础,在在实实践践中中不不断断进进行行学学习习,完完善善系系统统知知识识库库,并并删删除除库库中中有有误误的的知知识识,使使知知识识库库趋趋向向最最优优。。同同时时,还还能能对对系系统统故故障障进进行行自自我我诊诊断断、、排排除除和和修修复复。。4)整整个个制制造造系系统统的的智智能能集集成成上一一页页下一一页页返回回6.4智能能制制造造与与精精益益生生产产3.智智能能制制造造系系统统的的关关键键技技术术理论论上上智智能能制制造造系系统统与与人人类类的的知知识识积积累累密密切切相相关关,归归纳纳起起来来包包括括以以下下几几个个方方面面:(1)知知识识库库的的建建立立人类类的的发发展展过过程程是是知知识识发发展展和和积积累累的的过过程程,整整理理归归纳纳其其中中的的经经验验和和教教训训后后便便可可建建立立较较完完整整的的知知识识库库,从从而而使使人人们们在在生生产产中中少少走走了了许许多多弯弯路路,使使决决策策更更加加准准确确。。(2)代代替替人人类类工工作作的的机机器器人人的的研研究究机械械工工业业的的发发展展过过程程是是人人类类从从繁繁重重劳劳动动中中解解脱脱出出来来的的过过程程,许许多多环环境境恶恶劣劣的的工工作作均均需需要要有有机机器器来来代代替替。。上一一页页下一一页页返回回6.4智能能制制造造与与精精益益生生产产4.智智能能制制造造系系统统中中人人类类的的智智能能结结点点从智智能能制制造造系系统统的的描描述述与与分分析析出出发发,同同时时考考虑虑到到便便于于操操作作,我我们们把把智智能能结结点点定定义义为为:智智能能结结点点为为在在不不确确定定性性环环境境中中能能自自主主完完成成一一定定任任务务的的实实体体。。自自主主性性并并不不意意味味着着完完全全独独立立,而而是是指指在在必必要要时时,能能自自动动地地向向其其他他智智能能结结点点请请求求提提供供服服务务和和支支持持。。因因此此,人人类类专专家家、、智智能能CAD系系统统、、智智能能加加工工单单元元等等,都都可可以以看看作作是是智智能能制制造造系系统统中中的的智智能能结结点点。。上一一页页下一一页页返回回6.4智能能制制造造与与精精益益生生产产(1)智智能能制制造造系系统统中中人人的的作作用用对于于人人工工智智能能(AI)的的研研究究,一一开开始始就就未未能能摆摆脱脱制制造造机机器器生生物物的的思思想想,即即““机机器器智智能能化化””。。这这种种以以““自自主主””系系统统为为目目标标的的研研究究路路线线,严严重重地地阻阻碍碍了了AI研研究究的的进进展展,国国、、内内外外有有许许多多学学者者都都意意识识到到这这一一点点,如如人人工工智智能能的的鼻鼻祖祖Feigenbuam和和Newell,国国内内的的钱钱学学森森等等,他他们们不不约约而而同同地地从从计计算算机机角角度度出出发发,提提出出了了人人与与计计算算机机相相结结合合的的智智能能系系统统新新概概念念。。目目前前国国外外对对多多媒媒体体及及灵灵境境技技术术研研究究进进行行了了大大量量投投资资,日日本本的的第第五五代代智智能能计计算算机机研研制制计计划划的的搁搁浅浅等等事事例例,就就是是对对智智能能系系统统研研究究目目标标有有所所改改变变的的证证明明。。(2)人人机机一一体体化化系系统统的的基基本本概概念念等等人人综综合合分分析析了了机机械械科科学学的的发发展展状状况况,在在结结合合现现代代科科学学最最新新发发展展成成果果的的基基础础上上,提提出出人人机机一一体体化化系系统统科科学学与与技技术术的的基基本本概概念念及及理理论论体体系系,对对““人人机机一一体体化化系系统统””(HumachineSystem)作作下下定定义义:所所谓谓人人机机一一体体化化系系统统,就就是是采采取取以以人人为为中中心心,人人——机机械械一一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》。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绿色制造技术术绿色设计是实实施绿色制造造的关键。绿绿色设计存在在于产品的整整个生命周期期的各个阶段段,包括设计计、选材、生生产、包装、、运输、使用用及报废处理理,这些都必必须考虑其对对资源和环境境的影响。在在充分考虑产产品的功能、、质量和成本本的同时,着着重考虑产品品的环境属性性,使得产品品及其制造过过程、使用过过程和报废处处理后,对环环境的总体影影响最小,同同时资源的消消耗也降到最最低。2.绿色资资源的选用资源包括原材材料和能源。。原材料的选用用,应尽量选选用储量丰富富、可再生的的绿色材料,少用或不用用稀缺材料,有些材料虽虽可再生,但但使用后会对对环境造成破破坏,如树木木,这种材料料也要尽量少少用。总之,选用的材料料要在生产、、使用过程及及其废弃后,对环境的影影响最小,对对人体无害,并且易回收收、易处理、、易降解、可可循环利用。。上一页下一页返回6.5绿色制造技术术3.绿色制制造工艺技术术的研究和开开发绿色制造工艺艺就是尽量采采用原材料和和能源消耗少少、废弃物少少、对环境污污染小的工艺艺方法。4.绿色包包装技术绿色包装就是是从环境保护护的角度,优优化产品包装装方案,使得得资源消耗和和废弃物最少少。包装材料料要选择无毒毒、无害、可可再生的材料料,发展纸包包装,开发各各种替代塑料料薄膜的防潮潮、保鲜纸包包装制品,包包装结构上尽尽量做到减少少材料的消耗耗,包装的废废弃物应可回回收重用、循循环再生或可可降解。5.绿色回回收处理产品的生命周周期终结后,若不回收处处理,将造成成资源浪费和和环境污染。。因此,报废废的产品要及及时回收处理理,如经过拆拆卸,有的零零部件可以重重新利用,可可节省大量的的原材料,有有的可循环再再生或可降解解。上一页下一页返回6.5绿色制造技术术绿绿色制造的的发展趋势绿色制造近年年来的研究非非常活跃,研研究内容体系系也正在形成成,其发展趋趋势为以下几几个方面:1.全球化化———绿色色制造的研究究和应用将越越来越体现全全球化的特征征和趋势2.社会化化———需要要形成绿色制制造的社会支支撑系统绿色制造的研研究和实施需需要全社会的的共同努力和和参与,以建建立绿色制造造所必需的社社会支撑系统统。企业要真正有有效地实施绿绿色制造,必必须考虑产品品寿命终结后后的处理,这这就可能导致致企业、产品品、用户三者者之间新型集集成关系的形形成。例如,有人就建议议,需要回收收处理的主要要产品,如汽汽车、冰箱、、空调、电视视机等,用户户只了使用权权,而企业拥拥有所有权,有责任进行行产品报废后后的回收处理理。上一页下一页返回6.5绿色制造技术术3.集成化化———更加加注重系统技技术和集成技技术的研究绿色制造涉及及产品生命周周期全过程,涉及企业生生产经营活动动的各个方面面,因而是一一个复杂的系系