《现代制造系统》课件UNIT 1-introduction of design and manufacture

1本课程成绩考核要求满分100分，由平时成绩30%+考试成绩70%组成；请您上课时把手机调整到振动或无声或关机状态；手机使用流量与成绩成反比；请不要迟到，迟到的同学勿敲门或打报告，请在教室门外静候，或回宿舍休息，或去图书馆自习，到课间休息时间进入教室；请不要早退，一次扣除平时成绩5分，可累计到30分；请不要无故旷课，请假请出示请假条（无请假条以旷课计），无故旷课一次从平时成绩中扣除5分，可累加到30分；请按时完成作业，缺一次作业从平时成绩中扣除5分，可累加；要求网上提交的作业，请按“学号+姓名”的方式命名文件名称。示例：2012200789+宋庆明2本课程参考书目现代制造系统，西安电子科技大学出版社现代制造系统，清华大学出版社现代集成制造系统，清华大学出版社制造系统工程，清华大学出版社现代供需制造系统导论，清华大学出版社生产系统工程，机械工业出版社现代制造系统工程导论，浙江大学出版社供应链工程与管理，机械工业出版社生产运作与管理，机械工业出版社系统工程导论，机械工业出版社……3引例：地铁设计与制造（视频资料）Subwaycar’sdesignandmanufacture本课程主要内容纲要4关注问题5关注问题6关注问题运营营销财务制造系统7何谓制造系统？WHAT制造系统是按照一定的制造模式将制造过程所涉及的人力资源、加工设备、物流设备、原材料、能源和其他辅助装置，以及设计方法、加工工艺、管理规范和制造信息等要素整合而成的有机整体，它具有将制造资源转变为有用产品的特定功能。该概念蕴含着制造系统的结构、功能和过程。信息处理过程材料转变过程8本课程主要内容纲要产品制造系统的技术体系演变现代产品设计方法——概念设计、并行设计、逆向设计、模块化设计制造系统理论基础——规划、设计、运作及决策理论自动化制造系统设计自动化制造装备——工业机器人、数控机床、自动导引小车、自动化立体仓库自动化生产线布局及设计柔性制造系统及CIMS精益制造系统设计物流系统设计——系统化布局方法、供应链及物料搬运系统设计制造系统控制及调度方法——物料需求计划、MRPⅡ、ERP、商务智能再制造与循环经济理论9Unit1产品制造系统的技术体系演变A设计与制造的分合演进B产品设计制造的技术体系C制造系统集成与企业信息化10一.设计与制造的分合演进-早期时代

人猿相揖别。

只几个石头磨过，

小儿时节。

铜铁炉中翻火焰，

为问何时猜得，

不过几千寒热。

人世难逢开口笑，

上疆场彼此弯弓月。

流遍了，

郊原血。一篇读罢头飞雪，

但记得斑斑点点，

几行陈迹。

五帝三皇神圣事，

骗了无涯过客。

有多少风流人物？

盗跖庄屩流誉后，

更陈王奋起挥黄钺。

歌未竟，

东方白。石器时代：石器时代包含了人类进化过程中的第一次科技的大范围传播。青铜时代：青铜铸造术的发明与石器时代相比，具有划时代意义

铁器时代：铁器时代指已经能运用很复杂的金属加工来生产铁器

毛泽东词【贺新郎.读史】11一.设计与制造的分合演进-早期时代特点：人猿相分离发达的头脑人直立行走制作和使用工具工具制作者就是设计者设计与制造一体化设计制作的器物陶罐：彩陶、黑陶青铜器、铁器衣食住行穴居的洞穴、茅草屋兽皮、草木皮衣火的使用畜力石器时代：石器时代包含了人类进化过程中的第一次科技的大范围传播。青铜时代：青铜铸造术的发明与石器时代相比，具有划时代意义

铁器时代：铁器时代指已经能运用很复杂的金属加工来生产铁器

12石器、陶罐、青铜器、铁器一.设计与制造的分合演进—早期时代手工作坊式生产——匠人传统例：轮制拉坯陶罐与模制陶罐设计与制作一体化制作者即是设计者每一个产品都具有朴素的艺术美、个性化设计者与制造者兼具艺术美学131）用机器代替手工，由作坊形成工厂手工作坊手工工厂17世纪60年代，瓦特改良蒸汽机，引发第一次工业革命，工业化大生产从此开始。18世纪70年代，德国人奥托设计制造了第一台内燃机，引发了制造业的又一次革命。18世纪后半叶起，出现在英国的金属加工机器，先后传到了法国、德国和美国，并在美国率先形成了小型的机械工厂。一.设计与制造的分合演进－机器革命142）从单件生产方式发展成大量生产方式手工单件生产机器大量生产科学管理思想，代表人物泰勒：科学管理的创始人，在其《科学管理法》中，运用IE方法阐述了以劳动分工、标准化作业、计件工资制为基础的科学管理思想。1917年加拿大成立IE协会，1948年美国成立IE学会。互换件的产生，代表人物EliWhitney：1798年，得到政府的订单：生产10000步枪。机器可以制造满足特定要求的标准化部件。步枪的零件可以互换。一.设计与制造的分合演进－机器革命152）从单件生产方式发展成大量生产方式产品大量生产流水线，代表人物福特：1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线，实现了以刚性自动化为特征的大量生产方式。一.设计与制造的分合演进－机器革命16一.设计与制造的分合演进—机器革命设计与制作一体化制作者即是设计者设计制造设计过程标准化机器生产流程化产品标准化、工业化一种实用的简约美、灵魂美产品的奢华、装饰性、个性化缺失手工作坊式生产机器大量生产方式手工工厂生产17柔性化刚性化机器革命设计过程标准化机器生产流程化产品标准化、工业化一种实用的简约美、灵魂美产品个性化、复杂化一种奢华的装饰性、艺术美工艺美术运动莫里斯为代表机器制造艺术设计早期时代2）从单件生产方式发展成大量生产方式1）用机器代替手工，由作坊形成工厂科学管理思想互换性技术流水线生产质量控制技术刚柔相济现代工业18一批新型的先进制造单元技术：成组化技术(GT)计算机数控技术(CNC)机器人技术(RT)计算机集成制造(CIM)柔性制造系统(FMS)CAD/CAM/CAPP虚拟制造(VM)快速成型技术(RP)3D打印技术。。。。。。一.设计与制造的分合演进—现代工业成本Cost质量Quality时间Time服务Service环境Environment请写出这些术语的英文全称19成组化技术(GT)——GroupTechnology数控技术(CNC)——ComputerNumericalControl机器人技术(RT)——RobotTechnology计算机集成制造(CIM)——ComputerIntegratedManufacture柔性制造系统(FMS)——FlexibleManufacturingSystemCAD/CAM/CAPP——ComputerAidedDesign

ComputerAidedmanufactureComputerAidedProcessPlanning虚拟制造(VM)——VirtualManufacture快速成型技术(RP)——RapidPrototype3D打印技术——ThreeDimensionalPrintTechnology。。。。。。一.设计与制造的分合演进—现代工业20设计与制作一体化制作者即是设计者设计制造设计过程标准化机器生产流程化设计与制造一体化统一的产品数据模型PDM（ProductionDataModel）数据交换标准STEP（StandardExchangeofPDM）一.设计与制造的分合演进—现代工业新生产方式或制造模式早期工业机器革命手工作坊式生产机器大量生产方式21制造模式概念制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态结构和运作模式。从广义的角度看，制造模式就是一种有关制造过程和制造系统建立及运行的哲理和指导思想，是制造系统实现生产的典型组织方式，是制造企业经营管理方法的模型，是提供制造系统通用和全局的样板，是众多同类系统模仿的典范。

一.设计与制造的分合演进—现代工业手工作坊式生产制造模式柔性单品种大量生产多品种小批量生产柔性制造系统少品种大批量生产刚性定制化生产可重构制造系统混流制造系统精益制造方式敏捷制造计算机集成制造系统WHAT制造模式企业经营生产的组织方式22产品设计的个性化、产品制造的柔性化产品表达的数字化、产品信息的集成化产品设计的个性化——消费者的行为更具有选择性，他们不再满足于没有参与感的产品设计，更愿意将自己的意见参与到产品设计中。一.设计与制造的分合演进—现代工业产品制造的柔性化——产品设计的个性化需要产品生产模式由过去单一品种或少品种大批量生产向多品种小批量生产自动化转变。手工作坊式生产制造模式柔性单品种大量生产多品种小批量生产柔性制造系统少品种大批量生产刚性定制化生产可重构制造系统混流制造系统精益制造方式敏捷制造计算机集成制造系统特征23产品设计的个性化、产品制造的柔性化产品表达的数字化、产品信息的集成化产品表达的数字化——CAD/CAM/CAPP，CNC，FMC，机器人技术，虚拟制造，并行工程，自动物料运输系统，AGV等单元技术，使产品在设计开发、加工装配、销售以及售后服务等各个环节的信息都能实现数据交换和信息共享。一.设计与制造的分合演进—现代工业有限元分析法实体造型设计24火车制造的实际原型Source：NorthernChinaRailwayLocomotiveGroup,DalianRailwayCollege,TsinghuaUniversity25作业：任选高速铁路机车车辆方面的相关内容，查阅文献，做一技术专题。（材料形式不限）。26产品设计的个性化、产品制造的柔性化产品表达的数字化、产品信息的集成化产品信息的集成化——产品信息模型PDM、产品信息共享的数据交换标准STEP。对通用产品数据、制造资源和知识库的支持，实现设计、制造信息资源的集成与共享。一.设计与制造的分合演进—现代工业产品信息库制造资源信息库知识基础制造内部网外部网设计270255075100低高扰动程度20世纪21世纪54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674///质量意识价格意识服务水平对替代品的脆弱性产品生命周期经济循环依赖水平流行时尚意识竞争强度消费者需求及欲望的变化程度购买者能力技术变化率饱和水平愿望的一致程度需求水平稳定性需求及消费者欲望的确定性必需品奢侈品价格竞争产品的差异性

Pine和B.JosephII“MassCustomization,TheNewFrontierinBusinessCompetition.”Boston:HarvardBusinessSchoolPress,市场MARKET一.设计与制造的分合演进—21世纪28时间TIME一.设计与制造的分合演进—21世纪来源:Bullinger

78

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828486

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94962时间46810平均产品寿命TL平均开发时间TDTD>TL年数研制周期交付周期研制周期01234567891070772773774775776777751596263727290年57646871828194.5(年)29现代市场竞争的内容不断变化竞争COMPETITION一.设计与制造的分合演进—21世纪30以产品为中心以顾客为中心以市场为中心中心CENTER如何制造价廉物美的产品CAD/CAM/CAPP如何营销产品SCMCRM一.设计与制造的分合演进—21世纪31宇航生物工程微电子光电子信息技术核技术空间技术制造业领域RANGE微观→宏观32智能制造系统，是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。它强调的是在制造的各个环节中，借助计算机来模拟人类专家的智能活动，诸如：分析、推理、判断、构思和决策等；宗旨是通过人与智能机器的合作共事，来扩大、延伸并部分地取代人类专家在设计、制造过程中的脑力劳动。智能化ARTIFICIALINTELLIGENCE一.设计与制造的分合演进—21世纪智能机器人video33产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一体化（淡化了专业界限）；CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成（淡化了学科界限）；快速原形制造技术，使得设计思想能够快速转化为物理原形，甚至能够直接制成零件（淡化了设计与制造的界限）；信息技术对制造技术的发展影响深远，如CIMS、智能制造系统AMS、生物制造、虚拟制造等。绿色设计与制造，产品的回收和循环再制造等技术将促进资源的清洁化运用。一.设计与制造的分合演进—21世纪趋势TREND34柔性化刚性化机器革命设计过程标准化机器生产流程化产品标准化、工业化一种实用的简约美、灵魂美产品个性化、复杂化一种奢华的装饰性、艺术美工艺美术运动莫里斯为代表机器制造艺术设计早期时代2）单件生产到大量生产1）机器代替手工，作坊形成工厂科学管理思想互换性技术流水线生产质量控制技术刚柔相济现代工业21制造产品设计的个性化产品制造的柔性化产品表达的数字化产品信息的集成化市场market时间time竞争competition中心center领域range智能化intelligence35Unit1产品制造系统的技术体系演变A设计与制造的分合演进B产品设计制造的技术体系C制造系统集成与企业信息化36二.产品设计制造的技术体系37设计方法现代化产品概念设计产品可靠性设计可维护性及安全设计并行设计逆向设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法并行工程技术计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素（1）先进设计技术产品现代设计方法A可靠性设计方法B并行工程及设计方法C产品模块化设计方法D逆向工程及设计方法

E产品概念设计方法数字化设计产品现代设计方法与技术WHAT38先进制造工艺技术精密、高速加工技术高能束加工技术快速成型工艺技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统多机器人系统制造系统(柔性、集成、精益、智能)加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈控制（2）制造工艺及自动化技术先进制造单元技术E制造工艺技术群F制造自动化装备技术群G生产线布局及其设计H物料搬运与物流系统设计

J柔性制造系统及CIMS数字化制造产品制造过程与制造系统WHAT39先进生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系统IMS精良生产LP定制化生产集成管理技术企业资源管理ERP成本管理质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成生产组织方法虚拟公司理论与组织企业组织结构的变革以人为本的团队建设企业重组工程（3）先进制造模式先进制造模式及管理技术K精益生产与看板控制系统L生产计划与调度控制技术M供应链设计及管理技术N循环经济理论与再制造数字化管理制造模式与生产组织方法WHAT数字化设计可靠性设计——并行设计——模块化设计——逆向设计——Keywords请写出这些术语的英文名称数字化管理精良生产——生产计划——供应链管理——循环经济——再制造——工业信息化——数字化制造制造工艺——制造自动化——生产线布局——物料搬运系统——物流系统——柔性制造系统——数字化设计——Digitalizationdesign可靠性设计——Reliabilitydesign并行设计——Concurrentdesign模块化设计——Modulardesign逆向设计——ReversedesignKeywords请写出这些术语的英文名称数字化管理——Digitalizationmanagement精良生产——LeanProduction生产计划——Productionplan供应链管理——SupplyChainmanagement循环经济——Cycleeconomy再制造——Remanufacture工业信息化——Industrialinformation数字化制造——Digitalizationmanufacture制造工艺——ManufacturingProcess制造自动化——AutomaticallyManufacture生产线布局——Productionlinelayout物料搬运系统——Materialhandlingsystem物流系统——logisticalsystem柔性制造系统——Flexiblemanufacturingsystem42Unit1产品制造系统的技术体系演变A设计与制造的分合演进B产品设计制造的技术体系C制造系统集成与企业信息化43数据仓库企业门户ERP采购生产销售财务人事……SCM电子交易市场供应商门户供应链计划………………CRM服务市场销售呼叫中心…………缺乏统一的信息化平台，新的企业内部与外部的信息壁垒三.系统集成与企业信息化——WHY44企业管理者缺乏统一的信息化平台，新的企业内部与外部的信息壁垒地域分布广泛系统分散、不集成组织结构复杂行业跨度广泛集团企业地域分布广泛，数据难以集中管理和分析行业跨度广泛，形成多种应用系统共存多种应用系统分散实施，系统间集成成本昂贵企业不断兼并重组，业务不断调整，应用系统无法适应变化的需求三.系统集成与企业信息化——WHY思考题一：制造企业为什么要建立统一的信息化平台？45员工素质经营战略机制环境产品开发CAD/CAIDPDM

制造工艺CAPP/CAMGT低成本价格高性能质量交货期短优质服务现代管理

TQM/TPM/OAERP信息集成企业信息化是指采用先进的管理思想和方法，依靠现代信息技术，对企业进行资源整合，管理流程的分析与再造，提高企业的效率与效益，增强企业竞争力的过程。企业信息化概念三.系统集成与企业信息化——WHATWHAT46第一层：生产自动化。在生产中运用信息技术，实现生产自动化。如生产设计自动化（CAD）、生产制造自动化（CAM）、生产自动化控制、智能仪表等，凡是在生产活动中用到信息技术的都是企业信息化的一部分。（工业2.0）第二层：管理信息化。用信息技术对企业生产、销售、财务等数据进行处理，这是最基础的信息化，也是工作量及难度最大的。如制造资源计划(MRP-II)、企业资源计划(ERP)。（工业3.0）第三层：决策信息化。计算机集成制造系统(CIMS)、数据挖掘及商务智能(BI)、知识管理(KM)等，用来辅助管理和决策。（工业4.0）三.系统集成与企业信息化——WHAT思考题二：制造企业信息化进程是如何实现的？2024/7/1747虚拟企业(动态联盟)SCM销售公司制造部物资供应公司ERP（供需链管理

/Internet）主体企业（盟主）联盟（虚拟）企业联盟（虚拟）企业联盟（虚拟）企业企业信息集成批发商代理商维修服务办事处内销外销MRP/MRPIIDRPCRM电子商务（B2B）（B2B、B2C、O2O、P2P）供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商客户客户客户客户客户客户零售商零售商维修点代销点服务点代销点直销客户客户MIS系统理念技术模式运输、仓储运输、仓储、配送CAD/CAM/CAPPMIS——CAD——CAM——CAPP——TQM——Keywords请写出这些术语的英文全称和汉语名称MRP——MRPⅡ——DRP——ERP——TPM——CRM——SCM——B2B——B2C——OA——MIS——managementinformationsystemCAD——computeraideddesignCAM——computeraidedmanufactureCAPP——computeraidedprocessplanTQM——totalqualitymanagementKeywords请写出这些术语的英文全称和汉语名称MRP——materialrequireplanMRPⅡ——manufacturingresearchplanDRP——deployresourceplan配置资源计划ERP——enterpriseresourceplanTPM——totalpersonsmaintainCRM——customersrelationshipmanagementSCM——supplychainmanagementB2B——businesstobusinessB2C——businesstocustomersOA——officeautomation办公自动化50Thanksalot!兰州交通大学中国甘肃省兰州市安宁区118号730070网址：51Unit1小结产品制造系统的技术体系演变A设计与制造的分合演进B产品设计制造的技术体系C制造系统集成与企业信息化52关注问题运营营销财务制造系统引例：地铁设计与制造53何谓制造系统？WHAT制造系统是按照一定的制造模式将制造过程所涉及的人力资源、加工设备、物流设备、原材料、能源和其他辅助装置，以及设计方法、加工工艺、管理规范和制造信息等要素整合而成的有机整体，它具有将制造资源转变为有用产品的特定功能。该概念蕴含着制造系统的结构、功能和过程。信息处理过程材料转变过程54制造模式概念制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态结构和运作模式。从广义的角度看，制造模式就是一种有关制造过程和制造系统建立及运行的哲理和指导思想，是制造系统实现生产的典型组织方式，是制造企业经营管理方法的模型，是提供制造系统通用和全局的样板，是众多同类系统模仿的典范。

手工作坊式生产制造模式柔性单品种大量生产多品种小批量生产柔性制造系统少品种大批量生产刚性定制化生产可重构制造系统混流制造系统精益制造方式敏捷制造计算机集成制造系统WHAT参见教材第一章第1-5页制造过程、制造模式、制造系统55柔性化刚性化机器革命设计过程标准化机器生产流程化产品标准化、工业化一种实用的简约美、灵魂美产品个性化、复杂化一种奢华的装饰性、艺术美工艺美术运动莫里斯为代表机器制造艺术设计早期时代2）单件生产到大量生产1）机器代替手工，作坊形成工厂科学管理思想互换性技术流水线生产质量控制技术刚柔相济现代工业21制造产品设计的个性化产品制造的柔性化产品表达的数字化产品信息的集成化市场market时间time竞争competition中心center领域range智能化intelligence56设计方法现代化产品概念设计产品可靠性设计可维护性及安全设计并行设计逆向设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法并行工程技术计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素（1）先进设计技术产品现代设计方法A可靠性设计方法B并行工程及设计方法C产品模块化设计方法D逆向工程及设计方法

E产品概念设计方法数字化设计产品现代设计方法与技术WHAT57先进制造工艺技术精密、高速加工技术高能束加工技术快速成型工艺技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统多机器人系统制造系统(柔性、集成、精益、智能)加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈控制（2）制造工艺及自动化技术先进制造单元技术E制造工艺技术群F制造自动化装备技术群G生产线布局及其设计H物料搬运与物流系统设计

J柔性制造系统及CIMS数字化制造产品制造过程与制造系统WHAT58先进生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系统IMS精良生产LP定制化生产集成管理技术企业资源管理ERP成本管理质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成生产组织方法虚拟公司理论与组织企业组织结构的变革以人为本的团队建设企业重组工程（3）先进制造模式先进制造模式及管理技术K精益生产与看板控制系统L生产计划与调度控制技术M供应链设计及管理技术N循环经济理论与再制造数字化管理制造模式与生产组织方法WHAT数字化设计可靠性设计——并行设计——模块化设计——逆向设计——Keywords请写出这些术语的英文名称数字化管理精良生产——生产计划——供应链管理——循环经济——再制造——工业信息化——数字化制造制造工艺——制造自动化——生产线布局——物料搬运系统——物流系统——柔性制造系统——数字化设计——Digitalizationdesign可靠性设计——Reliabilitydesign并行设计——Concurrentdesign模块化设计——Modulardesign逆向设计——ReversedesignKeywords请写出这些术语的英文名称数字化管理——Digitalizationmanagement精良生产——LeanProduction生产计划——Productionplan供应链管理——SupplyChainmanagement循环经济——Cycleeconomy再制造——Remanufacture工业信息化——Industrialinformation数字化制造——Digitalizationmanufacture制造工艺——ManufacturingProcess制造自动化——AutomaticallyManufacture生产线布局——Productionlinelayout物料搬运系统——Materialhandlingsystem物流系统——logisticalsystem柔性制造系统——Flexiblemanufacturingsystem61企业管理者缺乏统一的信息化平台，新的企业内部与外部的信息壁垒地域分布广泛系统分散、不集成组织结构复杂行业跨度广泛集团企业地域分布广泛，数据难以集中管理和分析行业跨度广泛，形成多种应用系统共存多种应用系统分散实施，系统间集成成本昂贵企业不断兼并重组，业务不断调整，应用系统无法适应变化的需求三.系统集成与企业信息化——WHY思考题一：制造企业为什么要建立统一的信息化平台？62员工素质经营战略机制环境产品开发CAD/CAIDPDM

制造工艺CAPP/CAMGT低成本价格高性能质量交货期短优质服务现代管理

TQM/TPM/OAERP信息集成企业信息化是指采用先进的管理思想和方法，依靠现代信息技术，对企业进行资源整合，管理流程的分析与再造，提高企业的效率与效益，增强企