第九章制造技術(shù)的新發(fā)展

1、第九章制造技術(shù)的新發(fā)展 制造哲理學習要點：了解批M法則、成組技術(shù)、計算機集成制 造、并行工程、敏捷制造等重要制造哲理和先進生產(chǎn)模 式。本節(jié)從“大制造”的概念出發(fā)，闡述對整個制造過程具 有全局性指導意義的一些重要制造哲理。9.1 批M法則(Batch Rule)口大批M生產(chǎn)方式的產(chǎn)生及其特點工業(yè)革命以后，至20世紀初，以機器代替人力成為生產(chǎn)的主要方式，大大促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，并形成 了現(xiàn)代意義上的機械制造業(yè)。但生產(chǎn)方式仍以作坊式的單件生產(chǎn)為主，由于機器精度不高，產(chǎn)品質(zhì)M主要靠從業(yè)人員的技藝來保證，故稱為“技藝"型生產(chǎn)時代。此時 的工廠組織結(jié)構(gòu)仍較分散，管理層次仍較簡單，通常由業(yè)主或代辦

2、宜接與顧客、雇員和協(xié)作商聯(lián)系。這種生產(chǎn) 方式的生產(chǎn)率仍然較低，且生產(chǎn)周期較長，產(chǎn)品價格居高不下。20世紀初，美國福特汽車公司首先在底特律建立了世界上第一條自動生產(chǎn)線，標志著大批量生產(chǎn)方式(Mass Production)的開始。由于機器精度的提高，工件加工質(zhì)量容易得到保證，工人的技藝變得不再那么重要了。加上互換性原理的推行，汽車裝配不再使用銼刀或刮刀，工人只需進行一些諸如按按鈕、擰螺絲、焊接、涂漆等基本操作。裝配流水線按一定的節(jié)拍運轉(zhuǎn)，每個工人日復一日地重復一種簡單的機械動作，完成一種固定的操作。與"技藝"型生產(chǎn)方式相比，在大批量生產(chǎn)方式下，多數(shù)從業(yè)人員不再需要很高的技術(shù)水

3、平，而只需進行簡單的培訓，即可上線工作。這種生產(chǎn)方式大大縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成 本，并使產(chǎn)品質(zhì)量容易得到保證。大批量生產(chǎn)方式的推 行，促進了生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，使美國一躍成為世界一流經(jīng)濟強國。大批M生產(chǎn)（ Mass Production）方式也一度成為先進生產(chǎn)力的代表和當代工業(yè)化的象征。大批量生產(chǎn)與多品種、中小批量生產(chǎn)相比具有以下特點：1）生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量大而品種少，重復生產(chǎn)一種或少數(shù)幾種相類似的產(chǎn)品，工藝過程和生產(chǎn)條件穩(wěn)定，大多數(shù)工作地固定完成一、二道工序，專業(yè)化程度高。2）多采用專用、高效設備和工藝裝備，生產(chǎn)過程機械化、自動化程度及設備利用率較高，生產(chǎn)周期較短，零件加工質(zhì)

4、量易于保證。3）工人作業(yè)分工細，多數(shù)工人長期從事一、兩種簡單和重復性的操作，對工人的技術(shù)水平要求不高。4）產(chǎn)品設計通用化、系列化、標準化程度高，零件互換性好，廣泛采用互換裝配法裝配。5）產(chǎn)品社會需求量大，需求穩(wěn)定。企業(yè)根據(jù)用戶 需求和科技發(fā)展水平，進行產(chǎn)品設計和制造。訂貨程序 通常是先設計、生產(chǎn)，再面向用尸。6)按對象組織專業(yè)化生產(chǎn)，多采用流水生產(chǎn)、自 動生產(chǎn)線等生產(chǎn)組織形式，生產(chǎn)計劃細致周密，生產(chǎn)過 程易于控制。7)毛坯制作廣泛采用金屬模機器造型、壓鑄、精 鑄、模鍛、精鍛等方法，毛坯精度高，加工余M小，材 料利用率高。9.2 成組技術(shù)(Group Technology)口成組技術(shù)基本原理成組

5、技術(shù)是一門生產(chǎn)技術(shù)科學和管理科學，它研究 如何識別和開發(fā)生產(chǎn)過程中有關事物的相似性，并充分 利用各種問題的相似性，將其歸類集合成組，然后尋求 解決這一組問題的相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得所期望 的經(jīng)濟效果。成組技術(shù)用于機械制造領域，就是利用零件的相似性，將其分類成組，并以這些零件組為基礎組織生產(chǎn)， 以實現(xiàn)多品種、中小批M生產(chǎn)的產(chǎn)品設計、制造工藝和 生產(chǎn)管理的合理化。由上述定義可見，機械制造中成組技術(shù)的基本原理 是將零件按其相似性分類成組，使同一類零件分散的小 批M生產(chǎn)，匯合成較大批M的成組生產(chǎn)（見圖1-11）,從而使多品種、中小批M生產(chǎn)可以獲得接近大批M生產(chǎn) 的經(jīng)濟效果。產(chǎn)品部件零件等宵翎圖11

6、】蝴林耳胺a9.3 計算機集成制造(Computer Integrated Manufacturing - CIM )口CIM的由來和發(fā)展CIM （計算機集成制造）一詞首先于 1974年由美國 Joseph Harrington 博士提出。他在 « ComputerIntegrated Manufacturing» 一書中闡述了兩個基本觀點：1）制造企業(yè)生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)，即從市場分析、經(jīng)營決策、工程設計、制造過程、質(zhì)M控制、生產(chǎn)指揮到售后服務，互相緊密聯(lián)系成一個不可分割的整體。2）整個制造過程本質(zhì)上可以抽象成一個數(shù)據(jù)收集、傳遞、加工和利用的過程，最終產(chǎn)品可以看作是數(shù)據(jù)的物

7、化表現(xiàn)。CIM概念提出后，未能立即引起足夠的注意，因當時實施CIM的條件尚不成熟。進入 20世紀80年代以后，與CIM有關的各項單元技術(shù)（如 CAD、CNC、CAPP、MIS、FMC、FMS）發(fā)展已較完善，并形成 一個個自動化"孤島"。在這種形勢下，為取得更大的經(jīng) 濟效果，需要將這些"孤島”集成起來，CIM概念于是受 到重視并被普遍接受。20世紀80年代初，美國國家標準局（NBS）下屬 的"自動化制造研究實驗基地"（AMRF）建立了世界上 第一個CIMS （計算機集成制造系統(tǒng)）實驗系統(tǒng)（見圖 1-20）,旨在促進CIM技術(shù)的發(fā)展。該系統(tǒng)包含 5

8、個工 作站，其中3個機械加工工作站，一個清洗和去毛刺工 作站，一個自動檢測工作站，每個工作站都配備單獨的 機器人。系統(tǒng)有2臺載有機器人的軌道小車，在各工作 站之間運送毛坯、工件及工夾具。整個系統(tǒng)由計算機網(wǎng) 絡系統(tǒng)和AMRF自行開發(fā)的軟件控制。該系統(tǒng)模擬最小 制造環(huán)境，可以實現(xiàn)從產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃、工藝過程 設計、計、數(shù)控程序編制到加工、運輸、檢驗，宜至輸 出成品的全過程。人口U 1-20 RMR7的CJMS實驗系線1臥長聞工中心工住站 aTt翼機柜三一弊篇工律區(qū)4一里氏加工型心工怪嶼 5-第即18工中心工但站 壯一機益人在料率TT陶書慚3T帙蜉智毛剃工作岫9TH部人1 口一自動檢創(chuàng)工作站11

9、一定希車期80年代中、后期，CIM逐漸開始實施，并迅速顯 示出明顯的效益-提高企業(yè)的生產(chǎn)率和市場競爭能力。 以往，競爭力主要取決于生產(chǎn)率，現(xiàn)今更重要的是對市 場的響應能力。信息時代的到來，使世界正在"變小”。世界大市場的發(fā)展，使競爭更加激烈，這一方面極大地 促進了社會生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，另一方面也給企業(yè)造成 了嚴酷的"生存環(huán)境"。企業(yè)為求得生存和發(fā)展，必須在TQCSE (T -時間，加速新產(chǎn)品研制周期，縮短交貨期，Q -質(zhì)C -成本，S -服務，E -環(huán)保）五要素上 下工夫。為實現(xiàn)這一目標， CIM是一種強有力的形式。9.4 并行工程（Concurrent Engi

10、neering - CE）口并行工程產(chǎn)生的背景并行工程（CE）與計算機集成制造（CIM）具有相 同的歷史背景，都是在激烈的市場競爭中，企業(yè)為了求 得生存和發(fā)展而采取的有效方法。隨著科學技術(shù)的高速 發(fā)展和市場競爭的日益加劇，在 TQCSE （時間、質(zhì)M、 成本、服務、環(huán)保）五要素中， T （時間）變得越來越 重要，減少新產(chǎn)品開發(fā)周期逐漸成為 TQCSE的"瓶頸 ”。計算機集成制造著眼于信息集成通過網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫，將自動化“孤島"集成起來。生 產(chǎn)管理者在信息集成的基礎上，對整個生產(chǎn)進程有清楚 的了解，從而可以對生產(chǎn)過程進行有效地控制，并在TQCSE上獲得成效。但在計算機集成制造環(huán)

11、境下，生產(chǎn)過程的組織結(jié)構(gòu)與管理仍是傳統(tǒng)的，生產(chǎn)過程仍獨立、 順序地進行。當新產(chǎn)品開發(fā)成為贏得市場競爭的主要手段后，單 純的集成已遠遠不夠。按順序方法開發(fā)產(chǎn)品常常需要多 次反復，造成時間和金錢的巨大浪費。據(jù)美國 Menter Graphics公司報告，該公司印刷電路板的研制一般要經(jīng) 過五輪原型(Prototype)才能定型，每輪原型需耗費 2 6萬美元。為了減少新產(chǎn)品開發(fā)時間和費用，同時也 為了提高產(chǎn)品質(zhì)降低生產(chǎn)成本，改進服務，在產(chǎn)品 設計時，需要充分考慮下游制造過程和支持過程。這就 是并行工程的基本思想。并行工程哲理的形成來自許多人的好思想，如目標 小組(Tiger Teams)、協(xié)調(diào)工作(T

12、eam Works)、產(chǎn)品 -驅(qū)動設計(Product-Driving Design )、全面質(zhì)M管理(TQC)、連續(xù)過程改進(CPI)等。其中最重要的要 屬美國國防部防衛(wèi)分析研究所(IDA)高級項目研究局(DARPA)所作的研究工作，他們從 1982年起開始研 究在產(chǎn)品設計中改進并行度的方法，宜至1988年，發(fā)表了著名的R338報告。這份報告對并行工程的思想和 方法進行了全面、系統(tǒng)地論述，確立了并行工程作為重 要制造哲理的地位。9.5 敏捷制造(Agile Manufacturing )口敏捷制造的概念20世紀60年代和70年代，由于美國政府的政策失 誤和社會輿論的錯誤導向，導致美國經(jīng)濟嚴重

13、衰退，競 爭力明顯下降，貿(mào)易逆差巨增，日本家電、汽車大M涌 入并占領了美國市場。80年代以后，美國從政府到民間 都開始認識到問題的嚴重性，并開始研究如何重振美國 制造業(yè)的威風。80年代末美國國會指示國防部擬定一個制造技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，要求同時體現(xiàn)美國國防工業(yè)與民品 工業(yè)的共同利益，并要求加強政府、工業(yè)界和學術(shù)界的 合作。在此背景下，美國國防部委托 Lehigh大學與GM 等大公司一起研究制定一個振興美國制造業(yè)的長期發(fā)展 戰(zhàn)略，最終于1991年完成了 "21世紀制造企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略 ”報告。在此報告中提出了 "敏捷制造”的概念。"敏捷制造”的提出者認為，在市場全球化、市場需

14、 求多樣化和變換莫測得形勢下，多品種、中小批M生 產(chǎn)，甚至于單件生產(chǎn)將越來越占楣主導地位。在影響市 場競爭力的諸要素中，時間 T將變得越來越突出，誰能 夠在最短的時間內(nèi)向市場推出適銷對路的、高質(zhì)M的產(chǎn) 品，誰就能在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟，并獲取最大 的利潤。因此，提高制造系統(tǒng)的敏捷性，最大限度地縮 短新產(chǎn)品開發(fā)周期和交貨期，將成為企業(yè)贏得市場競爭 的關鍵。敏捷制造的基本思想是"敏捷"，即對市場的快速響 應。敏捷制造的基本方法是利用人的智能和信息技術(shù)， 通過多方面的合作，改變企業(yè)沿用的復雜的多層遞階管 理結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的大批M生產(chǎn)方式，使企業(yè)在先進柔性制 造技術(shù)的基礎上，通過企業(yè)內(nèi)部的