制造工程学第三讲制造理念

本章要点批量法那么〔BR〕成组技术〔GT〕计算机集成制造〔CIM〕并行工程〔CE〕精良消费与矫捷制造〔LP&AM〕第二讲先进制造理念2CIM提出CIM一词首先由Dr.J.Harrington于1973年提出，其两个根本观念：CIM概念提出后，未被立刻接受，因条件不成熟。直至20世纪80年代初，各项单元技术〔CAD、CNC、CAPP、MIS、FMC、FMS…〕得到充分开展，并构成一个个自动化“孤岛〞。在这种情势下，为获得更大的经济效果，需求将这些“孤岛〞集成起来，CIM概念遭到注重并被实施。2〕整个消费过程可以视为一个数据采集、传送和加工处置的过程，最终产品可视为数据的物化表现。1〕企业消费活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、运营管理到售后效力是一个一致的不可分割的整体。3.计算机集成制造〔CIM〕320世纪80年代中、后期，CIM逐渐开场实施，并显示出明显的效益——提高企业的消费率和市场竞争才干。以往，竞争力主要取决于消费率，现今更重要的是对市场的呼应才干。信息时代的到来,使世界正在“变小〞。世界大市场的开展，使竞争更加猛烈，这一方面极大地促进了社会的开展，另一方面也给企业呵斥了严酷的“生存环境〞。企业为求得生存和开展，必需在TQCSE五要素上下工夫。T〔Time〕——时间，加速新产品研制周期，缩短交货期Q〔Quality〕——质量C〔Cost〕——本钱S〔Service〕——效力E〔Environment〕——环保为实现这一目的，CIM是一种强有力的方式。3.计算机集成制造〔CIM〕4CIM定义CIM是将人及其运营知识和才干与信息技术和制造技术综合运用，以提高制外型企业的消费率和呼应才干。企业一切人员、功能、信息、组织管理等方面都是集成起来的整体的各个部分。欧共体CIM-OSA〔开放体系构造〕课题委员会：◆CIM是一种哲理、思想、方法；◆CIMS是CIM哲理的详细表达；◆CIMS是一个计算机控制的闭环反响系统，其输入是产品的需求和概念，输出的是合格的产品。CIM与CIMS3.计算机集成制造〔CIM〕5讨论◆整体优化是CIM的目的〔相对于自动化孤岛〕。◆CIM的中心是集成，而集成的本质是信息集成。◆3M〔人、机器、管理〕集成，其中人是中心。普渡大学T.J.Willian教授提出CIMS参考模型的两个概念：★Automability〔可自动化性〕——指消费活动中可用数学方式或计算机程序描画的部分，消费活动中的这一部分内容可用计算机来进展处置。★Innovation〔创新〕——消费活动中无法用数学方式或计算机程序描画的部分，这一部分内容仍需人来完成。他以为工业革命使人变成了机器的奴隶，新技术革命那么要“恢复人格〞〔Humanlization〕。Real3.计算机集成制造〔CIM〕6◆SME的“制造企业轮图〞也强调以人为本。图26CASA/SME的“制造企业轮图〞〔第三版1993〕资源人资料设备信息技术供应商责任规章品德环境社团雇员投资者顾客人小组组织共享知识系统制造用户效力资料管理装配检验作业方案资源方案用户知识产品/工艺生命周期变化全球组织分销促销产品定义系统设计零部件设计不断改良文档发布零部件制造资源3.计算机集成制造〔CIM〕7◆CIM往往和人们经常提到的“三无工厂〞〔无图纸、无库存、无人化),“3J〞〔Justintime，Justincase，Justinsupply〕等概念相联络。◆搞CIM是非常复杂的事情，是一项高投入、高风险工程，必需谨慎行事〔20世纪80年代只需少数公司获得胜利〕。图27无图纸消费实例—波音777客机◆CIMS的实现程度受企业运营环境的制约，与企业的技术程度、投资才干、运营战略等相联络，决议了CIMS是一个多层次、多方式、动态开展、逐渐向理想形状趋近的系统。◆限定“制外型企业〞。3.计算机集成制造〔CIM〕8NetworkDB市场信息消费过程信息技术信息原资料，能源产品MIS，BM，PMMM，LM，FM…EISCADCAECAPPNCPCATD∶QISCAICATCAQCCMM∶MASCNC,MC,FMC,FMS,ROBOT,AA…图28CIMS功能模型CIMS的体系构造指以信息的观念建立的企业模型框架〔或功能模型〕。CIMS功能模型通常由5个分系统组成〔图28〕。3.计算机集成制造〔CIM〕9CIMS开展简况〔国外〕欧共体——1984年开场实施ESPRIT〔欧洲信息技术研讨战略方案〕，在130个协作工程中，关于CIM工程占28项日本——CNC、DNC、FMS已处于世界领先位置，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂〞，相当于CIMS实验基地。美国——不仅企业注重，国家也极为注重，以为CIM是夺回失去市场、获得竞争胜利的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导位置的新的消费方式。20世纪80年代初，美国国家规范局〔NBA〕所属AMRF〔自动化研讨实验基地〕建立了世界上第一个CIMS实验系统〔见图29〕新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等——也在积极跟踪和开展CIM技术。3.计算机集成制造〔CIM〕10主控制室辅助控制室运输小车入口出口货架车削MC立式MC卧式MC清洗机CMM图29AMRF的CIMS实验系统〔FMS部分〕3.计算机集成制造〔CIM〕11CIMS开展简况〔国内〕◆863方案◎目的：跟踪世界高技术最新开展◎自动化领域两个主题：1〕CIM；2〕工业机器人◎组织与指点机构〔图27〕自动化领域总体战略、分阶段战略部署，对外协作，总经费、年度经费分配，学术指点详细指点各项任务开展专题学术指点，组长由主题专家组成员担任图30863自动化领域组织构造自动化领域专家委员会CIM主题专家组CIM专题专家小组3.计算机集成制造〔CIM〕12◆CIMS实验工程〔CIMS-ERC〕技术原那么：1〕包括实践工厂主要功能递推构造；2〕最小配置实践制造环境；3〕采用开放系统概念，多厂家设备〔软、硬件〕集成；4〕以信息集成为主，不追求机械设备完善；5〕自顶向下设计与自下而上实现相结合。1987.6——可行性论证1988.3——经过国家评审1988.5～1989.5——总体设计1989.6～1992.12——开发实施1993.3——国家验收1994年获美国CASA/SME〔美国机械工程师协会计算机与自动化系统分会〕“UniversityLEADAward〞〔大学领先奖〕3.计算机集成制造〔CIM〕13图311994年CASA/SME颁发的“UniversityLEADAward〞3.计算机集成制造〔CIM〕14CAD/CAPP/CAM工程DB日作业方案方案DB方案管理系统仿真监控DBNCDB调度消费监控管理实时DB车削MC立式MC卧式MC物流刀具装夹丈量运输车物流DB刀具DB夹具DB单元控制图32CIMS-ERC4级递阶控制构造3.计算机集成制造〔CIM〕15注重研讨→注重运用大型企业→中小型企业“技术推进〞→“需求牵动〞强调技术支撑→强调人、技术、运营集成CIM运用方式越来越多CIM实施过程中不断吸收新技术、新思想、新概念CIMS开展趋势3.计算机集成制造〔CIM〕16并行工程〔ConcurrentEngineering——CE〕定义1988年，美国国防部防卫分析研讨所〔IDA〕发表R338报告：并行工程〔CE〕是对产品及其相关过程〔包括制造过程和支持过程〕进展并行、一体化设计的一种系统化的任务方式。这种任务方式力图使开发者从一开场就思索到产品全生命周期〔从概念构成到产品报废〕中一切的要素，包括质量、本钱、进度与用户需求。注：支持过程——包括对制造过程的支持〔原资料的获取,中间产品的库存，工艺过程设计，消费方案制定…〕和运用过程的支持〔产品销售，运用维护，售后效力，产品报废后的处置…〕4.并行工程〔CE〕17CE与CIM的目的都是为了博得市场竞争，着眼点均为“TQCSE〞。随着市场竞争的日趋猛烈，“TQCSE〞五要素中“T〞变的越来越重要，减小新产品开发周期成为“TQCSE〞的“瓶颈〞。CIM着眼于信息集成与信息共享，经过网络与数据库将自动化孤岛集成起来。但消费过程的组织构造与管理仍是传统的，独立、顺序进展。消费管理者在信息集成的根底上，对整个消费进程有清楚的了解，从而可以进展有效的控制，并最终在TQCSE上获得胜利。CE与CIM具有一样的背景4.并行工程〔CE〕18图33顺序方法开发产品的弊端产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工装配困难◆当新产品开发成为博得竞争的主要手段后，单纯集成已不够。按顺序方法开发产品常需求多次反复，不仅延误了时间，而且在资金上也呵斥宏大浪费。4.并行工程〔CE〕19图34串行与并行方法需求分析产品设计过程设计原型产品a〕串行方法需求分析产品设计过程设计原型产品b〕并行方法顺序方法与并行方法〔图34〕4.并行工程〔CE〕20◆CE依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员相互协作，互置信任和共享信息，经过彼此间有效地通讯和交流，尽早思索产品全生命周期中的各种要素，尽早发现和处理问题，以到达各项任务协调一致。◆CE方法有别于传统的强调“分工〞的管理方式，是一种在更深层次上的集成〔人、技术、管理的集成；产品设计及其相关过程设计的集成〕。◆CE的中心是产品及其相关过程〔加工工艺、装配、检测、质量控制、销售、售后效力…〕设计的集成。CE根本方法与效益◆CE效益——缩短新产品开发周期40～60%；提高设计质量〔早期消费中工程变卦次数减小一半以上，产品报废及反复任务减小75%〕；制造本钱下降30～40%4.并行工程〔CE〕21◆据统计，新产品提案中只需约6.5％可以制造出产品，其中可以商品化的比例不到15％，商品化产品进入市场后又有将近半数未能获得胜利。◆缘由：在产品设计时对影响产品的多种要素思索不周全，或不充分和不深化，面向“X〞设计应运而生。◆产品设计在产品寿命循环中占有重要的位置，它决议了产品制造本钱的70～80％。面向X的设计◆面向“X〞的设计最初是以DFM〔面向加工的设计〕和DFA〔面向装配的设计〕的方式出现，进一步开展，便构成了DFX〔面向“X〞的设计〕。◆X可以指运营、销售、加工、装配、检验、运用、维护、质量、本钱等。4.并行工程〔CE〕22表1-4便于加工和装配的设计规那么设计规则包含内容效益减少零件数量使产品或部件包含尽可能少的零件减小装配工作量，降低在制品库存，便于管理，提高可靠性，易于维护使用标准件和通用件尽量使用标准件和通用件采用成组技术，建立生产单元减小设计、制造时间，降低设计制造成本，易于保证质量，易于维护模块化设计采用模块化设计方法，每个模块包含的零件数不宜过多减小最终产品装配时间，减小库存，缩短交货期，易于保证质量，易于维护装配结构工艺性所有零件从一个方向进行装配尽量在垂直方向进行装配减少装配工作面在外部进行装配零件进入端设计倒角和锥度避免错误装配减少装配工作量，便于装配，易于保证装配质量，降低装配成本，易于维护4.并行工程〔CE〕23表1-4便于加工和装配的设计规那么〔续〕设计规则包含内容效益减少螺纹连接尽量少用螺纹连接采用卡扣、粘接等快速连接方法减少装配工作量，便于实现自动装配设计多功能零件如紧固件和密封件合二而一减少装配工作量减少调整环节尽量减少装配时的调整环节减少装配工作量，便于装配少用柔性零件尽量少用橡胶件、皮带、电缆等在装配中难于处理的柔性零件减少装配工作量，便于装配加工结构工艺性采用净成形和近净成形技术零件结构、形状尽量简单，便于加工减少加工面选用便于加工的材料制定合理的精度和表面粗糙度要求对规定的要求可以方便地进行检验避免零件上出现不必要的特征充分考虑企业的加工能力减少机械加工工作量，便于加工，便于检验，降低加工成本，减少外协加工4.并行工程〔CE〕24图35零件构造工艺性分析例如a〕b〕c〕d〕4.并行工程〔CE〕25图35零件构造工艺性分析例如〔续〕e〕f〕g〕h〕i〕j〕4.并行工程〔CE〕26图35零件构造工艺性分析例如〔续〕k〕l〕m〕n〕o〕p〕4.并行工程〔CE〕27图35零件构造工艺性分析例如〔续〕q〕r〕s〕t〕u〕v〕4.并行工程〔CE〕28图35零件构造工艺性分析例如〔续〕w〕x〕y〕z〕4.并行工程〔CE〕29精良消费〔LeanProduction——LP〕MIT国际汽车工程组的JamesWomack等三名经理在“TheMachineThatChangedtheWorld〞一书中，对日本丰田汽车公司消费方式的描画。MP〔MassProduction〕是旧时代工业化的意味——代表了高效率、低本钱、高质量。LP是新时代工业化的标志——只需一半人的努力，一半消费空间，一半投资，一半设计、工艺编制时间，一半开发新产品时间和少的多的库存。LP的精华在于“Lean〞——“没有冗余〞“精打细算〞，没有一个多余的人，没有一样多余的东西，没有一点多余的时间；岗位设置必需是增值的，不增值岗位一概撤除；工人要求是多面手，可以相互顶替。5.精良消费〔LP〕30丰田公司精良消费要点组织管理权益下放，以TeamWork方式分段担任，把大量任务责任转移到消费线工人身上，建立一个可以迅速清查出全部缺陷并找出其最终缘由的检测系统。产品设计强调担任人的权益与责任，由工程担任人组织多个TeamWork并行任务。市场用户“需求驱动〞与“自动销售〞；贯彻全面质量管理〔TQC〕，使顾客完全称心〔TCS〕。与协作厂关系“利益共享，风险共担〞。5.精良消费〔LP〕31准时制消费〔JustInTime——JIT〕准时制的中心及时和准确。在制造过程中，要求按正确的时间、正确的地点，提供正确数量的合格物品，以期到达接近零库存、无缺陷和低本钱的目的。根本做法1〕每月公司根据市场情况和用户订货，按型号和规格拟定本月消费各种汽车的数量，经审查后下达消费义务。2〕工厂的装配车间将月消费汽车义务除以本月有效任务日，得出日平均产量，据此按日安排消费。3〕装配车间开场消费后，按后序向前序提取零部件的规定，把消费过程的各个部分有机地组织起来。4〕宁肯中断消费，也不积压贮藏。5.精良消费〔LP〕32“看板〞〔Canban〕管理出发点——后序驱动表示图图36“看板〞管理n乙n工序n-1乙n-1工序n甲n-1甲n-1工序n工序1取货3a3b52467a7b传件看板消费看板◎JIT要求：严厉管理；各环节、各工序均处于良好运转形状；人员素质高，多面手，且处于高度紧张形状。5.精良消费〔LP〕33表1-5LP与MP比较比较工程大量消费精良消费追求目的高效率、高质量、低本钱完善消费，消除一切浪费任务方式专业分工，相互封锁责、权、利一致的任务小组，协同任务，团队精神组织管理宝塔式，组织机构庞大权益下放，扁平式组织构造产品特征规范化产品面向用户的多样化产品设计方式串行方式并行方式消费特征大批量、高效率消费变批量、柔性化消费供货方式大库存缓冲JIT方式，接近0库存质量保证靠机床设备，事后把关靠消费人员保证，追求零缺陷雇员关系雇佣关系，合同约束终身雇用，风雨同舟用户关系靠产质量量、本钱取胜用户称心，需求驱动，自动销售供应商合同关系，短期行为长期协作，利益共享，风险共担5.精良消费〔LP〕34矫捷制造〔AgileManufacturing——AM〕20世纪70～80年代，美国由于政策导向失误，使制造业众多产品在世界市场所占份额不断下降，美国在制造领域的霸主位置逐渐丧失。为了恢复美国制造业在世界上的指点位置，20世纪80年代末美国国会指示国防部拟定一个制造技术开展规划，要求同时表达美国国防工业与民品工业的共同利益，并要求加强政府、工业界和学术界的协作。在此背景下，美国国防部委托Lehigh大学与GM等大公司一同研讨制定一个振兴美国制造业的长期开展战略，最终于1991年完成了“21世纪制造业开展战略〞报告。在此报告中提出了“矫捷制造〞的概念。6.矫捷制造〔AM〕35矫捷制造的特征矫捷制造蕴涵着许多不同于传统消费方式的哲理和思想，主要表如今：◎需求呼应的快捷性主要指快速呼应市场需求〔包括当前需求和可预知未来需求〕的才干。◎制造资源的集成性不仅指企业内部的资源共享与信息集成，还指友好企业之间的资源共享与信息集成。◎组织方式的动态性为实现某一个市场时机，将拥有实现该时机所需资源的假设干企业组成一个动态组织，它随义务的产生而产生，并随义务的终了而终了。6.矫捷制造〔AM〕36矫捷制造任务原理动态企业联盟网络企业K+1企业K+2企业N协调信息效力企业1企业2企业K…企业3企业4…图37“虚拟制造〞环境与虚拟企业

企业1借助计算机网络和信息集成根底构造，构造由多个企业参与的“虚拟制造〞环境；以竞争协作为原那么，