制造系统讲座(第一章)资料

制造系统博士副教授广东工业大学机械电子工程学院何汉武8/15/20241ManufacturingSystem第一章制造系统概述

主要内容1.1制造系统的内涵和体系结构1.1.1系统观1.1.2制造系统概念、体系结构1.2制造模式和先进制造系统

1.2.1制造模式的演变和发展

1.刚性自动化系统2.计算机集成制造系统3.智能制造系统4.精益生产5.可重组制造系统

1.2.2下一代制造系统--敏捷制造8/15/20242ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造的概念和内涵一般的理解：产品的机械工艺过程或机械加工过程狭义的制造概念：产品的制作过程（如机械加工过程）制造概念和内涵的拓展：“范围”和“过程”两个方面广义的制造概念：产品整个生命周期过程8/15/20243ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构系统概念由相互作用和相互依赖的若干组成部分（要素）结合而成的具有特定功能的有机整体系统强调的是个组成要素有机结合，对外呈现出综合性的整体功能。例：时钟—计时系统组成要素：齿轮、齿条、机架、联接件、指针8/15/20244ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的基本概念发展和完善中国际上几个权威的定义Parnaby(英国著名学者）1989年给出定义：CIRP定义：MIT教授定义：日本京都大学教授定义：8/15/20245ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的基本概念制造系统案例：机械加工系统、生产线、车间、工厂机械加工系统组成要素：机床、夹具、刀具、工件、操作人员、加工工艺制造资源：毛坯或半成品、能源和劳动力产品或零件8/15/20246ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的基本特性集合性相关性目的性环境适应性动态性反馈特性随机特性8/15/20247ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的三流结构论物料流、信息流和能量流机械加工系统的“三流”运动示意图信息系统（加工任务、方法、工件质量…）刀具、量具等原材料坯料输送装夹加工检验产品电能机械能信息流能量流物料流8/15/20248ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的信息制造观传统制造观：注重用制造系统中的物料流和能量；流来描述制造系统信息制造观产生背景：信息的纽带作用信息投入决定产品价值CIMS研究重点在如何提高制造系统的信息处理能力信息成为与设备同等重要的资源使制造系统在信息处理方面具有人的智能8/15/20249ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的人机一体论人工智能技术存在局限性信息组合爆炸问题非结构化、动态的、随机的决策问题人的创造性行为和作用，是机器永远无法取代的解决思路：使人与机器处于优化合作的地位，实现制造系统中人与机器一体化的人机集成决策机制，从而使人与机器协同工作，以取得制造系统的最佳效益8/15/202410ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的体系结构研究目的：更加深入地分析和描述制造系统的本质特征基于所建立的模型，进行制造系统的设计实施、系统改进和优化运行。8/15/202411ManufacturingSystem1.1制造系统内涵及体系结构制造系统的体系结构组成制造系统体系结构的多视图及其关系功能视图过程视图资源视图组织视图信息视图8/15/202412ManufacturingSystem制造系统体系结构功能视图信息视图过程视图资源视图组织视图功能组成功能联系信息构成信息联系控制结构运行流程分析组织方式业务流程图组织构成资源构成物流模型能量流模型资源流模型分系统考察法/结构-功能分析发/逐级考察法IDEFO建模方法制造系统信息分类业务流程分类、分解流程图/Petri/0-0建模方法/GRAI网建模方法资源流动分析组织构成分析/IDEF1X模型组织图/GRAI格建模方法资源构成分析/资源配置图/IDEF1X模型能源流动分析物流流动分析IDEF1X信息模型建模方法/E-R多层递阶控制结构/分布式控制结构/递阶分布式控制结购视图名称视图内容建模与分析方法8/15/202413ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造的历史传统制造及其技术工场手工加工制造机器-蒸汽时代的制造电器时代的制造现代制造及其技术的发展19世纪末自然科学的全面发展新技术的产生社会发展对制造技术提出了需求8/15/202414ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造模式的演变和发展刚性自动化数控机床柔性制造系统并行工程CIMS工厂子网广域网信息高速公路全球通讯网络智能制造敏捷制造全球制造制造资源和组织全球化虚拟组织制造智能计算智能技术演化运作空间全球社会公司企业车间单元设备刚性技术柔性单元柔性系统系统集成决策自动化敏捷性全球化40-5060708090年代8/15/202415ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造模式的演变和发展规模上：从单件小批→少品种大批量→多品种变批量（客户化产品）生产方式上：劳动密集型→设备密集型→信息密集型→知识密集型制造装备：手工→机械化→单机自动化→刚性自动线→柔性自动线→智能自动化8/15/202416ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造模式的演变和发展刚性自动化系统20世纪40、50年代专用机床和组合机床、自动单机或自动化生产线大批量生产高生产率和刚性结构，很难实现生产产品的改变8/15/202417ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造模式的演变和发展计算机集成制造系统强调制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争的TQCS问题强调并行工程8/15/202418ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造模式的演变和发展智能制造系统由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统IntegrationIntelligence下一代制造业8/15/202419ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造模式的演变和发展精益生产MIT研究日本丰田生产方式的总结丰田英二、大野耐一（70年代，20年时间）最终目标是要以最友质量和最低成本的产品，对市场需求作出最迅速的响应基本原则是“消灭一切浪费”和“不断改善”准时化生产（JIT）、TQC，GT、弹性作业人数和尊重人性是精益生产的主要支柱。日本奇迹8/15/202420ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

制造模式的演变和发展快速重组制造实现企业、产品、制造系统、机床设备及其部件和过程的可重组性(reconfigurability)成为未来制造的挑战过程可变性：制造工艺过程的变化能力功能可变性：制造(加工、处理)功能的变化能力可缩放性：制造生产能力(产量)的可扩展与压缩能力8/15/202421ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

几类制造系统的对比8/15/202422ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

下一代制造模式与系统—敏捷制造1991年，美国提出出发点：对未来产品和市场的分析产品发展总趋势：多元化和个性化，对制造系统的要求：产品的成本与批量无关生命周期越来越短，产品复杂性越来越高，要求企业以很高的柔性和很强的市场应变能力去应付市场的竞争。8/15/202423ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

下一代制造模式与系统—敏捷制造敏捷制造的实现组织上：动态联盟（虚拟企业）技术上：虚拟制造信息基础：网络8/15/202424ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

敏捷制造案例8/15/202425ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

敏捷制造案例—摩托罗拉寻呼机公司Internet订单订单订单一个半小时之内发货一个半小时之内发货一个半小时之内发货博因顿海岸公司总部自动制造系统2900万种寻呼机芝加哥的销售员亚特兰大的销售员纽约的销售员纽约的销售员8/15/202426ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

敏捷制造案例区域协作平台8/15/202427ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

敏捷制造案例区域协作平台协作中心：信息交流/虚拟会议/在线图纸圈阅/异地图纸传送-企业间基于网络的协作交流8/15/202428ManufacturingSystem1.2制造模式和先进制造系统

敏捷制造案例企业协作平台－个性化产品定制系统基于WEB和知识工程的定制设计与制造，满足客户提出的对产品个性化需求，支持客户参与产品设计过程。8/15/202429ManufacturingSystem1.2制造模式和先进