先进制造模式(PPT 64页)

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1、 1制造模式的概念计算机集成制造并行工程成组技术精益生产敏捷制造2 3 4 5 6先进制造模式的管理 制造系统组织化原理框图 7现代企业组织结构的特性主要体现在以下六个方面：制造企业的组织结构 1）灵活性 2）分散性 3）动态性 4）并行性 5）独立性 6）简单性 8 9。1）企业生产活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个统一的不可分割的整体。10CIM是将人及其经营知识和能力与信息技术和制造技术综合应用，以提高制造型企业的生产率和响应能力。企业所有人员、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。CIM是一种哲理、思想、方法；CIMS是CIM哲理

2、的具体体现；CIMS是一个计算机控制的闭环反馈系统，其输入是产品的需求和概念，输出的是合格的产品。11CIM的目标是（相对于自动化孤岛）。CIM 的核心是，而集成的本质是。3M（人、机器、管理）集成，其中是核心。普渡大学T.J.Willian教授提出CIMS参考模型的两个概念：（可自动化性）指生产活动中可用数学形式或计算机程序描述的部分，可用计算机来进行处理。（创新）生产活动中无法用数学形式或计算机程序描述的部分，这一部分内容仍需人来完成。他认为工业革命使人变成了机器的奴隶，新技术革命则要“恢复人格”（Humanlization）。Real12SME美国制造工程学会的“制造企业轮图”将顾客作为

3、制造业一切活动的核心，强调了人、组织和协同工作，以及基于制造基础设施、资源和企业责任之下的组织、管理生产的全面考虑。图1-26 CASA/SME的“制造企业轮图”（第三版1993）13图1-28 CIMS功能模型Network DB市场信息生产过程信息技术信息原材料，能源产品MIS，BM，PMMM，LM，FMEDASCADCAECAPPCAMCAQCAICATCAQCCMMMASCNC,MC,FMC,FMS,ROBOT,以信息的观点建立的企业模型框架（或功能模型）。CIMS 功能模型通常由 6个分系统组成（图6-28）。14CIMS通常由4个功能分系统和2个支撑分系统组成 1.经营管理信息系统

4、（Management Information System，MIS）MIS通常是以MRPII为核心，包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具、人力资源等各项管理信息功能。三个基本功能（）信息处理包括信息的收集、传输、加工和查询。（）事务处理包括经营计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理等。（）辅助决策分析归纳现有信息，利用数学方法预测未来，提供企业经营管理过程中辅助决策信息。152.工程设计自动化系统（Engineering Design Automation System，EDAS）EDAS实质上是指在产品开发过程中运用计算机技术，使

5、产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。产品开发活动包括产品的概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计以及数控编程等设计和制造准备阶段的一系列工作，即通常所说的CAD、CAPP、CAM三大部分。CIMS的重要指标是3C技术的集成，提出基于产品模型的CAD/CAPP/CAM集成系统，取代各个自动化孤岛。163.制造自动化系统（Manufacturing Automation System，MAS）MAS由机械加工系统、控制系统、物流系统、监控系统组成。在计算机的控制与调度下，按照NC代码将一个个毛坯加工成合格的零件并装配成部件以至产品，完成设计和管理部门下达的任务。MAS的目标可归纳为：实

6、现多品种、小批量产品制造的柔性自动化；实现优质、低成本、短周期及高效率生产，提高企业的市场竞争能力；为作业人员创造舒适而安全的劳动环境。174质量保证系统（Computer Aided Quality System，CAQ）CIMS中的质量保证系统覆盖产品生命周期的各个阶段，主要包括质量计划子系统、质量检测管理子系统、质量分析评价子系统、质量信息综合管理与反馈控制子系统。185数据库系统（Database System，DBS）CIMS的数据库系统通常是采用集中与分布相结合的体系结构，以保证数据的安全性、一致性和易维护性。工程数据类型复杂，它包含有图形、加工工艺规程、NC代码等各种类型的数据。

7、工程数据库系统中的数据与生产管理、经营管理等系统的数据均按统一规范进行交换。从而实现整个CIMS中数据的集成和共享。6计算机网络系统（Network System，NETS）通过计算机通信网络将物理上分布的CIMS各个功能分系统的信息联系起来，以达到共享的目的。依照企业覆盖地理范围的大小，有两种计算机网络可供CIMS采用，一种为局域网，另一种为广域网。19从CIMS技术发展的角度看，共经历了三个阶段：1.信息集成（以早期计算机集成制造为代表）信息集成主要解决企业中各个自动化孤岛之间的信息交换与共享，其主要内容有：（1）企业建模、系统设计方法、软件工具和规范 这是系统总体设计的基础。（2）异构环

8、境和子系统的信息集成 2.过程集成（以并行工程为代表）数字化产品定义和产品数据管理，支持群组协同工作的计算机与网络环境，采用“并行工程”。3.企业间集成（以敏捷制造为代表）企业间集成优化是企业内外部资源的优化利用，实现敏捷制造，以适应知识经济、全球经济、全球制造的新形势。201984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，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。不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占

9、主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统（见图1-29）也在积极跟踪和发展CIM技术。21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1-29 AMRF 的 CIMS 实验系统（FMS部分）22 目标：跟踪世界高技术最新发展自动化领域两个主题：1）CIM；2）工业机器人组织与领导机构（图1-27）自动化领域总体战略、分阶段战略部署，对外合作，总经费、年度经费分配，学术领导具体领导各项工作开展专题学术领导，组长由主题专家组成员担任图1-30 863自动化领域组织结构自动

10、化领域专家委员会CIM主题专家组CIM专题专家小组23 1987.6 可行性论证1988.3 通过国家评审1988.51989.5 总体设计1989.61992.12 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）“University LEAD Award”（大学领先奖）24CAD/CAPP/CAM工程DB日作业计划计划DB计划管理系统仿真监控DBNCDB调度生产监控管理实时DB车削MC 立式MC 卧式MC物流刀具装夹测量运输车物流DB刀具DB夹具DB单元控制25 262728 29 上个世纪80年代中期以来，迅速开发出新产品，使其

11、尽早进入市场成为赢得竞争胜利的关键。要解决这一问题，必须改变长期以来传统的产品开发模式。图6-1 串行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30 1982年，美国国防高级研究项目局（Defense Advanced Research Projects Agency:DARPA）开始研究如何在产品设计过程中提高各活动之间“并行度”（concurrency)的方法。5年以后，DARPA发表了其研究结果。后来的事实证明，该研究结果成为其后所有这方面研究的重要基础。在1986年夏天，美国国防部防御分析研究所（Institute for Defense Analyses:IDA）

12、发表了非常著名的R-338报告，提出了“并行工程”（Concurrent Engineering:CE）的概念。并首次提出并行工程的定义：“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员从设计一开始就考虑产品整个生命周期中求产品开发人员从设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。、进度计划和用户的要求。”31 并行工程

13、利用各种计算机辅助工具和手段，通过组成多学科的产品开发小组协同工作，使产品开发的各个阶段既使产品开发的各个阶段既有一定的时序，又是并行的。有一定的时序，又是并行的。采用由上下游相关因素共同决策的工作方式，通过宏循环和微循环的信息流闭环体系进行信息反馈，使产品在开使产品在开发的早期就能及时发现产品开发全过程的问题。发的早期就能及时发现产品开发全过程的问题。32 33 34强调团队工作（Team work方式将产品寿命循环各个方面的专家，形成专门的工作小组，大家共同工作，随时对设计出的产品和零件从各个方面进行审查，力求使设计出的产品便于加工、装配、维修、运送，外观美、成本低、便于使用。集中各方面专

14、家的智慧后设计出产品。需要指出的是，团队工作方式并不意味着一定要大家成天呆在一起，这样有时会造成人力的浪费。作方式如图6-5所示。35强调设计过程的并行性并行性有两层含义：一是工作内容重合 在设计阶段就考虑产品生命周期的各个方面；二是工作阶段重合 在设计阶段同时进行工艺(包括加工工艺、装配工艺和检验工艺)过程设计，并在计算机上对工艺设计的结果仿真，直至用原型法生产出产品的样件。36强调设计过程的系统性设计、制造、管理等过程不再是一个个相互独立的单元，而要将它们纳入一个整体的系统来考虑，设计过程不仅出图纸和其它设计资料，还要进行质量控制、成本核算，也要产生进度计划等。这种工作方式是对传统管理机构

15、的一种挑战。强调设计过程的快速反馈 并行工程强调对设计结果及时进行审查，并及时反馈给设计人员。这样可以大大缩短设计时间，还可以保证将错误消灭在“萌芽”状态。37图6-8 并行工程的体系结构 38提高质量。尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段，使所设计的产品便于制造易于维护。这就为质量的“零缺陷”提供了基础，使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市。保证了功能的实用性 增强市场竞争能力 39美国波音飞机制造公司投资40多亿美元，在研制波音777型喷气客机过程中，运用CIMS和CE技术，一方面在企业南北地理分布50千米的区域内，由200多个研制小组自形成了群组协同工作，另一方面也与其它国家的企业开展

16、合作，采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造。在美国进行概念设计，在日本进行部件设计，而零件设计则在新家坡完成。在网络上建立了24h工作的协同设计队伍，大大加快了产品设计进度。建立了电子样机，除起落架舱外，成为世界上第一家无原型样机而一次成功飞上蓝天的喷气客机，也是世界航空发展史上最高水平的“无图纸”研制的飞机。从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了3年零2个月就试制成功。与波音767飞机的研制周期相比，缩短了13个月。40 无图纸生产实例波音 777客机41美国电话电报 AT&T公司在生产计算机配套印刷组产品时，由于原来的设计中未考虑生产工艺性问题，致使产品质量低下，合格率仅

17、为5%。采用并行设计以后，利用计算机虚拟检测，找出设计中的缺陷，使产品合格率达到90%。HP公司采用并行工程来改进产品质量，实施的结果是公司全部产品的综合故障降低了83%，制造成本减少了42%，而产品开发周期缩短了35%。法国航空发动机公司在1990年航空发动机开发时间为54个月，采用并行工程后，1992年开发周期缩短至42个月，2998年进一步缩短为36个月。42 43 。44 45 。46 47比较项目 大量生产 精良生产追求目标 高效率、高质量、低成本 完善生产，消除一切浪费工作方式 专业分工，相互封闭 责、权、利统一的工作小组，协同工作，团队精神组织管理 宝塔式，组织机构庞大 权利下放

18、，扁平式组织结构产品特征 标准化产品 面向用户的多样化产品设计方式 串行模式 并行模式生产特征 大批量、高效率生产 变批量、柔性化生产 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 靠生产人员保证，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 靠产品质量、成本取胜 用户满意，需求驱动，主动销售供应商 合同关系，短期行为 长期合作，利益共享，风险共担 48 49 5051图图6-22 敏捷制造概念示意图敏捷制造概念示意图52 敏捷制造蕴涵着许多不同于传统生产方式的哲理和思想，主要表现在：主要指快速响应市场需求（包括当前需求和可预知未来需求）的能

19、力。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。为实现某一个市场机会，将拥有实现该机会所需资源的若干企业组成一个动态组织，它随任务的产生而产生，并随任务的结束而结束。53 精良生产 敏捷制造充分利用和增强大批量生产优势 采用大量定制生产方式追求零缺陷，使用户完全满意 整个产品寿命周期用户满意 变批量、柔性生产 模块化产品设计和模块化制造系统注重技术与操作，实行连续改进 注重组织与人员，实现动态重组终身聘用、工龄工资 基于信任的雇佣关系，“社会合同”多功能小组，协同工作 基于任务的组织与管理，多学科项目组工厂级范围 涵盖整个企业范围，并扩展到企业之间与供应商利益共享

20、，风险共担 竞争、合作策略，组建虚拟公司资源有效利用，消除冗余 在连续和不可预测变化的环境下发展准时制生产 准时信息系统，网络制造平稳进度计划,小批量,“零”库存 承认并快速响应市场变化54 动态企业联盟网络企业K+1企业K+2企业N协调信息服务企业1企业2企业K企业3企业4图1-37 “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基础结构，构造由多个企业参加的“虚拟制造”环境；以为原则，动态选择合作伙伴，组成面向任务的虚拟公司，进行快速和最佳化生产。企业3企业K企业K+255 56 客户供应商企业 1设计计划销售单元1单元n单元2企业 n企业 2Internet（Intranet

21、）图6-6 虚拟企业网络结构 57 58 表61 敏捷型员工的特征一般员工敏捷员工基本技能阅读;书写,算数阅读和写作能力;计算;综合信息;沟通想法;掌握技术核心能力准确复制信息,听从命令;操作机器寻找方式,学习新技能;系统考虑;做决策;实验个人内在技能服从;守时;忍耐,遵守纪律合作;自定位;有效地相互依赖;从整体出发行动精神境界自主,不愿意共享;趋于不信任建设性的反崇拜；好奇/创造性强；祟尚多样化59(2)结构相似性(3)组织的灵括性(4)集成化 60图6-19 虚拟制造分类及关系61图6-20 基于PDM 集成的虚拟制造系统结构62图6-22 虚拟加工过程仿真63You are Welcome64演讲完毕，谢谢观看！