先进生产模式与自动化制造系统的发展趋势

第九章先进生产模式与自动化制造系统的发展趋势第一节计算机集成制造系统CIMS第二节精益生产LP第三节敏捷制造AM第四节智能制造系统的基本概念第五节网络化制造第六节可重构制造系统第七节快速原型制造技术第八节自动化制造系统的发展趋势第一节计算机集成制造系统一、CIM与CIMS的基本概念CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在企业信息系统的支持下，将制造企业的全部要素和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、产品质量、产品成本、相关服务、交货期和环境保护等方面均取得整体最佳效果。经营决策中央计算机产品CAD/CAM图形工作站财务、人事、生产计划、生产管理、生产技术数据管理等各职能部门计算机作业管理层计算机FMS管理其他生产单元管理装配管理FMS1FMSN生产单元1生产单元N装配单元1装配单元N产品产品质量总检验FMS与生产单元层作业管理层设计计划层经营决策层MIS二、计算机集成制造系统的组成CIMS由四个应用分系统和两个支撑分系统组成1.管理信息系统经营管理、物料管理、生产管理、人力资源管理2.工程设计自动化系统工程设计、分析和制造基本功能：①面向产品生命周期的建模②实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成主要功能模块（1）计算机辅助设计与分析（CAD/CAE）（2）计算机辅助制造（CAM）管理信息系统工程设计系统质量保证系统制造自动化系统数据库计算机网络CIMS系统的基本组成第二节精益生产LP一、精益生产的基本概念精益生产的产生背景20世纪50年代日本丰田汽车公司1985年美国MIT精益生产是贯彻以人为中心的思想，通过系统结构、人员组织、运行方式、产品结构和市场需求等方面的变革，精简生产过程中一切无用、多余的东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。二、精益生产的基本思想：在企业的各个环节上去除一切多余无用的东西，每个岗位的活动安排是必须增值，不能增值的岗位和活动一律撤销，即“消灭一切浪费”和“不断改善”，在组织的各个层面上雇用多面手，并且应用通用性强而自动化程度又高的柔性制造设备来生产品种多变的产品。其主要的支撑体系是准时生产（JIM）、全面质量管理（TQC）、成组技术（GT）、弹性作业人数和尊重人性。三、精益生产的特征：①重视客户需求②重视人的作用③精简一切生产中不创造价值的工作④精益求精、持续不断地改进生产，降低成本，追求零废品、零库存和产品品种多样化。第三节敏捷制造AM一、、敏敏捷捷制制造造的的基基本本概概念念敏捷捷制制造造的的基基本本原原理理：：采用用标标准准化化和和专专业业化化的的计计算算机机网网络络和和信信息息集集成成基基础础结结构构，，以以分分布布结结构构连连接接各各类类企企业业，，构构造造虚虚拟拟制制造造环环境境；；以以竞竞争争合合作作为为原原则则，，在在虚虚拟拟制制造造环环境境内内动动态态选选择择成成员员，，组组成成面面向向任任务务的的虚虚拟拟公公司司进进行行快快速速生生产产；；系系统统运运行行的的最最大大目目标标是是满满足足客客户户的的要要求求。。定义义敏捷捷制制造造指指的的是是制制造造企企业业能能够够把把握握市市场场机机遇遇，，及及时时动动态态地地重重组组生生产产系系统统，，在在最最短短的的时时间间内内向向市市场场推推出出有有利利可可图图的的、、用用户户认认可可的的、、高高质质量量的的产产品品。。一一句句话话，，敏捷捷制制造造企企业业的的一一切切活活动动都都是是围围绕绕着着快快和和好好这这两两个个字字进进行行的的，，要要求求企企业业具具有有很很强强的的自自适适应应能能力力。。敏捷捷制制造造系系统统的的体体系系结结构构敏捷捷制制造造的的产产生生背背景景敏捷捷制制造造是是美美国国为为了了重重新新树树立立其其在在全全球球制制造造业业中中的的领领导导地地位位，，而而提提出出的的一一种种面面向向21世世纪纪的的新新型型制制造造模模式式。。它它综综合合了了即即时时生生产产、、制制造造资资源源规规划划和和精精益益生生产产等等先先进进生生产产管管理理技技术术的的优优点点，，能能系系统统全全面面地地满满足足高高效效低低成成本本、、高高质质量量多多品品种种、、迅迅速速及及时时、、动动态态柔柔性性等等难难以以由由一一个个统统一一生生产产系系统统来来实实现现的的生生产产管管理理目目标标要要求求，，代代表表着着现现代代生生产产管管理理的的最最新新发发展展。。虚拟拟企企业业a)虚虚拟拟企企业业的的功功能能b)虚虚拟拟企企业业的的生生命命周周期期敏捷捷制制造造的的特特点点1.敏敏捷捷制制造造对对市市场场需需求求反反应应敏敏捷捷2.敏敏捷捷制制造造是是高高度度柔柔性性化化、、无无库库存存的的生生产产组组织织方方式式3.敏敏捷捷制制造造企企业业的的生生产产成成本本与与生生产产批批量量无无关关4.产产品品服服务务可可以以全全程程面面向向用用户户5.敏捷制造可以以做到充分的的资源共享6.敏捷制造造可以充分发发挥人的作用用敏捷制造企业业的示意图第四节智能能制造系统的的基本概念一、智能制造系统统的基本概念念智能制造系统统是一种由智能能机器人和人人类专家共同同组成的人机机一体化智能能系统，它将将人工智能技技术融合进制制造系统的各各个环节中，，通过模拟人人类专家的智智能活动，诸诸如分析、推推理、判断、、构思和决策策等，取代或或延伸制造环环境中应由人人类专家完成成的那部分活活动，使系统统具有智能特特征。二、智能制造造系统的发展展概况美国是智能制制造思想的发发源地最早正式提出出智能制造并并付诸实施的的是建立在美美国普渡大学学的智能制造造国家工程中中心。美国其他大学学欧洲日本三、智能制造造系统的研究究领域智能设计智能机器人智能调度智能办公系统统智能诊断智能控制第五节网络络化制造正在来临的信信息网络化时时代20世纪90年代以来，，美国进行了了大量的信息息化投资，微微机累计产量量在8500万台以上，，同时微机－－VAN网络络成员数量在在100万人人以上。家用用信息电器的的电子手册、、系统手册，，以及美国阿阿波罗公司推推出的个人数数字辅助系统统（PDA））等个人信息息系统正在迅迅速普及。正在来临的信信息网络化时时代由于文化和经经济背景不同同，国际市场场并不仅仅是是多个国家市市场之和。全全球市场更是是一种考虑不不同国家对产产品的要求差差异的新型国国际市场。对对现有的跨国国公司和组织织结构、发展展过程和策略略进行研究和和调查分析后后，得出不同同国际制造网网络的模式及及其关系，以以及如何向全全球制造网络络化系统发展展的途径，如如图中箭头表表示。正在来临的信信息网络化时时代不同国际制造造网络及其关关系和发展途途径正在来临的信信息网络化时时代这个从传统的的制造企业向向全球制造网网络化发展的的模型，按照照公司的经营营策略、工厂厂的地理分布布、文化背景景以及技术和和零部件供需需来源可分为为六种不同层层次的模式：：①GMC3———分散网络络化的全球制制造模式；②GMC2———多国制造造模式；③GMC1———区域制造造模式；④EMC3———全球出口口模式；⑤EMC2———多国出口口模式；⑥EMC1———区域出口口模式。此外，各种模模式之间并没没有严格的界界限，甚至可可以相互逆转转。网络上的虚拟拟企业及其虚虚拟制造信息息服务务网网络化的全球球制造不仅是是跨国公司的的未来，中小小企业也可以以通过网络上上的虚拟企业业来实现全球球制造。事实实上，跨国公公司为了实现现全球制造，，也正在逐步步分布化和虚虚拟化。什么是网络上上的虚拟企业业？这里的““虚拟”并非非没有。推出出高质量、低低成本的新产产品最快的办办法是利用不不同地区的现现有资源，把把它们迅速组组合成为一种种没有围墙的的、超越空间间约束的、靠靠电子手段联联系的、统一一指挥的经营营实体——网网络上的虚拟拟企业。网络络上的虚拟企企业的特点是是企业功能上上的不完整性性、地域上的的分散性和组组织结构上的的非永久性，，即：①功能的虚拟拟化；②组织织的虚拟化；；③地域的虚虚拟化。全球制造模式式中的制造系系统与设备的的控制技术全球制造模式式中的产品开开发、市场营营销、加工制制造、装配调调试是分布在在不同的地点点，通过企业业内部网络和和国际互联网网络加以连接接，实现文件件、数据、图图像和声音的的同时传送，，各企业间的的刀具和夹具具的管理，零零件图纸数控控程序的编制制方法、管理理和分配，以以及数控机床床可用性的保保证体系。如如下图:全球制造模式式中的制造系系统及设备的的控制技术全球制造模式式中的制造系系统与设备的的控制技术（1）数控自自动编程系统统及其后置处处理。（2）工夹具具管理一一个工夹具管管理系统应具具有以下几方方面的功能：：①工夹具供应应数据库；②刀、夹具数数据库，包括括模块化刀、、夹具各组成成部分的图形形库；全球制造模式式中的制造系系统与设备的的控制技术③工夹具装配配数据库；④刀具调整数数据库；⑤切削用量数数据库；⑥输出具有刀刀具简图的刀刀具调整单；；⑦工夹具CAD系统，如如刀具与夹具具之间的碰撞撞检查等。全球制造模式式中的制造系系统与设备的的控制技术（3）DNC（DistributeNumericalControl））数据程序管管理及分配系系统（4）制造系系统与设备的的控制技术应应用的网络化化、虚拟化第六节可重重构制造系统统一、可重构制制造系统的概概念可重构制造系系统是以产品品全生命周期期理论为指导导，以报废设设备及其零部部件的循环使使用和反复利利用为目的，，以报废产品品为毛坯，采采用先进再制制造成形技术术，使报废设设备及其零部部件恢复尺寸寸、形状和性性能，形成再再制造产品的的一系列技术术措施或工程程活动的总称称。再制造工艺路路线简图二、可重构制制造系统的现现状分析随着资源的日日益枯竭和环环境污染的加加剧，人们逐逐渐认识到可可持续发展战战略的重要意意义，并不断断探索实现可可持续发展的的手段。再制制造工程就是是在人类对资资源要求的日日益增长和对对环境保护的的迫切需要的的情况下，形形成的一门新新的工程学科科，因其巨大大的资源、环环境、社会效效益而受到世世界各国的重重视，成为落落实可持续发发展战略的重重要技术支撑撑。可重重构构制制造造系系统统是是废废旧旧装装备备高高技技术术维维修修的的产产业业化化工工程程，，再再制制造造出出来来的的产产品品是是新新产产品品而而不不是是旧旧产产品品，，其其重重要要特特征征是是再制制造造产产品品质质量量和和性性能能可可以以达达到到或或超超过过新新品品，，而而成成本本却却只只有有新新品品的的50%，，制制造造过过程程节节能能60%，，节节材材70%，，对对环环境境的的不不良良影影响响显显著著降降低低。三、、可可重重构构制制造造系系统统的的特特点点1.资资源源效效益益2.环环保保效效益益3.社社会会经经济济效效益益第七七节节快快速速原原型型制制造造技技术术一、、快快速速成成形形技技术术概概述述1.快快速速成成形形的的概概念念快速速成成形形技技术术是是一一种种用用材材料料逐逐层层或或逐逐点点堆堆积积出出制制件件的的新新型型加加工工技技术术。。快速速成成形形技技术术不不采采用用常常规规的的模模具具或或刀刀具具来来加加工工工工件件，，而而是是利利用用光光、、电电、、热热等等手手段段，，通通过过固固化化、、烧烧结结、、粘粘结结、、熔熔结结、、聚聚合合作作用用或或化化学学作作用用等等方方式式，，有有选选择择地地固固化化（（或或粘粘结结））液液体体（（或或固固体体））材材料料，，从从而而实实现现材材料料的的迁迁移移和和堆堆积积，，形形成成所所需需要要的的原原型型零零件件。。传统统加加工工与与快快速速成成形形比比较较a)传传统统加加工工b)快快速速成成形形三维维地地形形模模型型的的制制作作2.快快速速成成形形技技术术的的历历史史2.快速速成成形形技技术术的的原原理理首先先要要用用CAD软软件件设设计计出出所所需需零零件件的的计计算算机机三三维维模模型型；；然然后后根根据据工工艺艺要要求求，，将将三三维维模模型型按按一一定定的的厚厚度度进进行行离离散散，，从从而而将将原原来来的的三三维维模模型型转转变变为为二二维维平平面面信信息息，，接接着着对对分分层层后后的的信信息息进进行行处处理理，，产产生生数数控控代代码码；；最最后后，，数数控控系系统统以以平平面面加加工工的的方方式式，，有有序序地地连连续续地地加加工工出出每每个个薄薄层层，，并并使使它它们们自自动动粘粘接接而而成成形形。。快速速成成形形技技术术的的原原理理3.快快速速成成形形的的过过程程⑴前前处处理理⑵分分层层叠叠加加成成形形⑶后后处处理理快速速成成形形产产品品4.三三维维建建模模立体体光光刻刻的的设设备备及及产产品品5.快快速速成成形形技技术术的的特特点点⑴适适合合于于加加工工复复杂杂零零件件⑵自自动动化化程程度度高高⑶加加工工周周期期短短，，成成本本低低⑷制制造造过过程程具具有有高高柔柔性性⑸技技术术集集成成度度高高⑹设设计计制制造造一一体体化化⑺使使用用材材料料类类型型多多⑻属非接触加加工⑼应用领域广广泛熔融沉积成形形的设备及产产品6.快速成形形技术的应用用⑴用于产品设设计评估与校校审⑵用于产品工工程功能试验验⑶用作厂商与与客户的交流流手段⑷用于快速模模具制造⑸用于快速直直接制造⑹应用于医学学、建筑等行行业分层实体制造造工艺的设备备及产品返回目录1.材料及制制造方法的发发展材料的发展与与产品的发展展密切相关，，继1770年瓦特发明明蒸汽机以后后，陆续出现现了Daimler汽油油发动机、Parson蒸汽轮机、、高速斜齿轮轮柴油发动机机，1910年左右出现现了滚动轴承承，以后又发发展了燃汽轮轮机、喷气发发动机。20世纪50年年代以后，则则出现了导弹弹、人造卫星星，而今天宇宇宙飞船、载