我的母親課件

1、敏捷制造 (Agile Manufacturing, AM) 敏捷制造產(chǎn)生背景20世紀(jì)9O年代，信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，信息化的浪潮洶涌而來，許多國家制訂了旨在提高自己國家在未來世界中的競(jìng)爭(zhēng)地位、培養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的先進(jìn)的制造計(jì)劃。在這一浪潮中，美國走在了世界的前列，給美國制造業(yè)改變生產(chǎn)方式提供了強(qiáng)有力的支持，美國想憑借這一優(yōu)勢(shì)重造在制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。在這種背景下，一種面向?qū)κ兰o(jì)的新型生產(chǎn)方式敏捷制造（Agile Manufacturing）的設(shè)想誕生了。 為了響應(yīng)日本企業(yè)的挑戰(zhàn)，重振美國制造業(yè)的雄風(fēng)，1988年，美國通用汽車公司（GM）與美國里海大學(xué)的幾位教授共同首次提出了一種新的制造企業(yè)戰(zhàn)略敏捷制造

2、“Agile Manufacturing”的概念。1991年，美國Iacocca研究所在美國國會(huì)和國防部的支持下，主持召開了21世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略討論會(huì)，歷時(shí)半年形成了一份著名報(bào)告“美國21世紀(jì)制造戰(zhàn)略報(bào)告”，并向美國國會(huì)提交。這份報(bào)告對(duì)敏捷制造的概念，方法及相關(guān)技術(shù)作了全面的描述。敏捷制造是美國國防部為了指定21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展而支持的一項(xiàng)研究計(jì)劃。該計(jì)劃始于1991年，有100多家公司參加，由通用汽車公司、波音公司、IBM、德州儀器公司、ATT、摩托羅拉等15家著名大公司和國防部代表共20人組成了核心研究隊(duì)伍。此項(xiàng)研究歷時(shí)三年，于1994年底提出了21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略。在這份報(bào)告中，提出了既能體現(xiàn)

3、國防部與工業(yè)界各自的特殊利益，又能獲取他們共同利益的一種新的生產(chǎn)方式，即敏捷制造。 敏捷制造是在具有創(chuàng)新精神的組織和管理結(jié)構(gòu)、先進(jìn)制造技術(shù)（以信息技術(shù)和柔性智能技術(shù)為主導(dǎo)）、有技術(shù)有知識(shí)的管理人員三大類資源支柱支撐下得以實(shí)施的，也就是將柔性生產(chǎn)技術(shù)、有技術(shù)有知識(shí)的勞動(dòng)力與能夠促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間合作的靈活管理集中在一起，通過所建立的共同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)迅速改變的市場(chǎng)需求和市場(chǎng)進(jìn)度作出快速響應(yīng)。敏捷制造比起其它制造方式具有更靈敏、更快捷的反應(yīng)能力。敏捷制造的概念美國Agility Forum（敏捷制造的研究組織）將敏捷制造AM定義為：能在不可預(yù)測(cè)的持續(xù)變化的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中使企業(yè)繁榮和成長(zhǎng)，并具有面對(duì)由

4、顧客需求的產(chǎn)品和服務(wù)驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)作出迅速響應(yīng)的能力。敏捷制造是以競(jìng)爭(zhēng)力和信譽(yù)度為基礎(chǔ)，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來增強(qiáng)整體競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)用戶需求作出快速反應(yīng)，以滿足用戶的需要。為了達(dá)到快速應(yīng)變能力，虛擬企業(yè)的建立是關(guān)鍵技術(shù)，其核心是虛擬制造技術(shù)，即敏捷制造是以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)的。敏捷制造是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)從信息集成發(fā)展到企業(yè)集成的必由之路，它的發(fā)展水平代表了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展水平，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展方向。 敏捷制造包括要素 生產(chǎn)技術(shù)、管理和人力資源 敏捷制造關(guān)鍵技術(shù)在敏捷制造系統(tǒng)中，人、組織和技術(shù)是三個(gè)最基木的要素。敏捷制造模式的構(gòu)筑和實(shí)施需要多種技術(shù)支持，制

5、造模式要和先進(jìn)技術(shù)相匹配才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。因此要解決關(guān)鍵問題首先要有關(guān)鍵技術(shù)作為基礎(chǔ)，敏捷制造中主要有如下關(guān)鍵技術(shù)：（1）并行工程（CE）技術(shù)強(qiáng)調(diào)工作流程的并行進(jìn)行，并非常見的串行反饋循環(huán)工作方式；強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)工作精神，要求與工作項(xiàng)目有關(guān)的各方面專家共同協(xié)調(diào)，解決問題，求得各方面都滿意的最佳方案。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程、生產(chǎn)準(zhǔn)備過程甚至加工過程可以同步進(jìn)行，不僅可縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，還可以及早發(fā)現(xiàn)并修改設(shè)計(jì)方案存在的問題，從而有效降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。（2）虛擬制造（VM）技術(shù)基木思想是將制造企業(yè)的一切活動(dòng)，如設(shè)計(jì)過程、加工過程、裝配過程、生產(chǎn)管理、企業(yè)管理等建立與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)完全相同的計(jì)算機(jī)模型，然后

6、利用該模型模擬運(yùn)行整個(gè)企業(yè)的一切活動(dòng)并進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，在求得最佳運(yùn)行參數(shù)后再進(jìn)行實(shí)際制造活動(dòng)，以確保整個(gè)運(yùn)行都在最佳狀態(tài)。與快速原型制造技術(shù)RPM相比較，虛擬制造對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，縮短設(shè)計(jì)制造周期，改進(jìn)設(shè)計(jì)運(yùn)行狀態(tài)都起著十分重要的作用。（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)敏捷制造，企業(yè)需要有通信連通性，按照企業(yè)網(wǎng)全國網(wǎng)全球網(wǎng)的步驟實(shí)施企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。利用企業(yè)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部工作小組之間的交流和并行工作，利用全國網(wǎng)、全球網(wǎng)共享資源，實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)和異地制造，及時(shí)地、最優(yōu)地建立動(dòng)態(tài)聯(lián)?；诰W(wǎng)絡(luò)的企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)和商品供應(yīng)鏈系統(tǒng)也為敏捷制造的實(shí)施提供必需的信息。（4）模塊化技術(shù)主要有組織機(jī)構(gòu)的模塊化、工藝

7、系統(tǒng)的模塊化、產(chǎn)品的模塊化。組織機(jī)構(gòu)的模塊化通過多功能小組來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)市場(chǎng)的需求的不同，企業(yè)能夠動(dòng)態(tài)的重構(gòu)其組織結(jié)構(gòu)，用多功能小組動(dòng)態(tài)的、快速的重新組織設(shè)計(jì)隊(duì)伍、生產(chǎn)隊(duì)伍和管理機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)組織機(jī)構(gòu)的敏捷化。工藝系統(tǒng)的模塊化是利用模塊化部件構(gòu)造企業(yè)的工藝裝備，可以根據(jù)生產(chǎn)需求的變化重新使用這些模塊化部件，將生產(chǎn)系統(tǒng)升級(jí)或重新配置加工機(jī)器。預(yù)先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，用戶就可以根據(jù)自己的喜好提出諸如色彩、造型和功能等方面的要求，而制造企業(yè)可以選用合適的模塊迅速地組裝產(chǎn)品并交付用戶。（5）系統(tǒng)集成技術(shù)信息及其交換的標(biāo)準(zhǔn)化和開放式體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體集成的關(guān)鍵。敏捷制造的系統(tǒng)集成所要面對(duì)的是連續(xù)變化

8、的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在系統(tǒng)集成運(yùn)行的條件下，保證系統(tǒng)各部分功能的獨(dú)立性，旨在不影響系統(tǒng)其它部分運(yùn)行的情況下，獨(dú)立進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)。（6）動(dòng)態(tài)聯(lián)盟它是面向產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)過程的一種動(dòng)態(tài)組織結(jié)構(gòu)和企業(yè)群體集成方式。作為實(shí)現(xiàn)敏捷制造的重要組織手段，其實(shí)質(zhì)是綜合社會(huì)各方而的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的動(dòng)態(tài)集成。它使企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)能力大大提高，能充分發(fā)揮出企業(yè)不同部門的最佳水平，減少資源的浪費(fèi)。（7）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管PDM技術(shù)各種商業(yè)信急、制造信急、研究信息等要有相應(yīng)的合適的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行管理，使企業(yè)管理更完善、更符合全球化的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。PDM是一種從數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上發(fā)展起來的信息集成技術(shù)，能管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品相

9、關(guān)的過程。從廣義上講，它可以覆蓋整個(gè)企業(yè)從產(chǎn)品的市場(chǎng)需求、研究與開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程制造、銷售、服務(wù)與維護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域、全生命周期中的產(chǎn)品信息。敏捷制造技術(shù)的特點(diǎn)（1）與其他先進(jìn)制造模式的對(duì)比與其他先進(jìn)制造模式（如準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)、精益生產(chǎn)等）相比較，敏捷制造的主要特征為：以滿足敏捷性用戶需求，獲得利潤(rùn)為目標(biāo)。以競(jìng)爭(zhēng)能力和信譽(yù)為依據(jù)，選擇組成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的合作伙伴。敏捷制造系統(tǒng)促使企業(yè)采用較小規(guī)模的模塊化生產(chǎn)設(shè)施，促使企業(yè)間的合作。每一個(gè)企業(yè)都將對(duì)新的生產(chǎn)能力作出部分貢獻(xiàn)。在動(dòng)態(tài)聯(lián)盟中，競(jìng)爭(zhēng)和合作是相輔相成的?；诤献鏖g的相互信任、分工協(xié)作、共同目標(biāo)來有力地增強(qiáng)整體實(shí)力。信息技術(shù)有力地支持敏捷制造，基于開放

10、式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息集成框架是敏捷制造的重要內(nèi)容。根據(jù)客戶需要和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益組成了未來企業(yè)組織的最高形式虛擬企業(yè)。參與虛擬企業(yè)的各個(gè)企業(yè)的組成和體系結(jié)構(gòu)具有前所未有的柔性。把知識(shí)、技藝、信息投人最底層生產(chǎn)線。（2）與傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式相比 與傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式相比，敏捷制造的主要特征為：全新的企業(yè)合作關(guān)系虛擬企業(yè)或動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。高度柔性的、模塊化的、可伸縮的生產(chǎn)制造系統(tǒng)。這種柔性生產(chǎn)系統(tǒng)雖然規(guī)模不大，但生產(chǎn)成本與批量無關(guān)，在同一系統(tǒng)內(nèi)可生產(chǎn)出的產(chǎn)品種類卻是無限的。為訂單而設(shè)計(jì)，為訂單而制造的生產(chǎn)方式。大范圍的通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在信息交換及通信聯(lián)系方面，在敏捷制造中具有一個(gè)能將正確的信息、在正確的時(shí)間

11、送給正確的人的“準(zhǔn)時(shí)信息系統(tǒng)”，作為靈活的管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過信息高速公路與國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將全球范圍內(nèi)的企業(yè)相聯(lián)通。柔性化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。敏捷制造要求企業(yè)具備的特點(diǎn)1、技術(shù)研發(fā)能力高技術(shù)含量的產(chǎn)品帶來高附加值。技術(shù)成為決定產(chǎn)品利潤(rùn)的重要因素。這也正是美國企業(yè)賴以抗衡日本企業(yè)的武器。日本人提出了精益生產(chǎn)模式，主要是通過降低成本的方法來提高利潤(rùn)。而美國人的敏捷制造模式認(rèn)為，決定產(chǎn)品成本、產(chǎn)品利潤(rùn)和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力的主要因素是開發(fā)、生產(chǎn)該產(chǎn)品所需的知識(shí)的價(jià)值而不是材料，設(shè)備或勞動(dòng)力。2、生產(chǎn)的柔性能力現(xiàn)在生產(chǎn)潮流由大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)向小批量多品種的方式，因此剛性生產(chǎn)模式也要改成敏捷化生產(chǎn)。即通過可重組的

12、、模塊化的加工單元，實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)新產(chǎn)品及各種各樣的變型產(chǎn)品，從而使生產(chǎn)小批量、高性能產(chǎn)品能達(dá)到與大批量生產(chǎn)同樣的效益，達(dá)到同一產(chǎn)品的價(jià)格和生產(chǎn)批量無關(guān)。3、個(gè)性化生產(chǎn)敏捷制造型企業(yè)按訂單組織生產(chǎn)，以合適的價(jià)格生產(chǎn)顧客的訂制產(chǎn)品或顧客個(gè)性化產(chǎn)品。這種方式取代了單一品種的生產(chǎn)模式，滿足了顧客多種多樣的要求。4、企業(yè)間的動(dòng)態(tài)合作敏捷制造要求企業(yè)對(duì)內(nèi)部的生產(chǎn)工藝、流程、機(jī)構(gòu)能迅速進(jìn)行重組，以對(duì)市場(chǎng)機(jī)遇作出敏捷反應(yīng)，生產(chǎn)出用戶所需要的產(chǎn)品。當(dāng)企業(yè)發(fā)現(xiàn)單獨(dú)不能作出敏捷反應(yīng)時(shí)，就要進(jìn)行企業(yè)間的合作。5、激發(fā)員工的創(chuàng)造精神敏捷制造型企業(yè)建立一種能充分調(diào)動(dòng)員工積極性、保持員工創(chuàng)造性的環(huán)境，以鞏固和提升企業(yè)持續(xù)的

13、創(chuàng)新能力。有遠(yuǎn)見的領(lǐng)導(dǎo)者將具有創(chuàng)新能力的員工看成是企業(yè)的主要財(cái)富，而把對(duì)員工的培養(yǎng)和再教育作為企業(yè)長(zhǎng)期投資行為。6、新型的用戶關(guān)系敏捷制造型企業(yè)強(qiáng)調(diào)與用戶建立一種嶄新的“戰(zhàn)略依存關(guān)系”，強(qiáng)調(diào)用戶參與制造的全過程。敏捷制造的組織方式 虛擬公司是最為理想的一種形式。虛擬公司就像專門完成特定計(jì)劃的一家公司一樣，只要市場(chǎng)機(jī)會(huì)存在，虛擬公司就存在；市場(chǎng)機(jī)會(huì)消失了，虛擬公司也隨之解體。能夠經(jīng)常形成虛擬公司的能力將成為企業(yè)一種強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)武器。 只要能把分布在不同地方的企業(yè)資源集中起來，敏捷制造企業(yè)就能隨時(shí)構(gòu)成虛擬公司。在美國，虛擬公司將運(yùn)用國家的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)全美工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，把綜合性工業(yè)數(shù)據(jù)庫與服務(wù)結(jié)合起來，以便

14、能夠使公司集團(tuán)創(chuàng)建并運(yùn)作虛擬公司。 敏捷制造企業(yè)必須具有高度柔性的動(dòng)態(tài)組織結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)品不同，采取內(nèi)部團(tuán)隊(duì)、外部團(tuán)隊(duì)（供應(yīng)商，用戶均可參與）與其它企業(yè)合作或虛擬公司等不同形式，來保證企業(yè)內(nèi)部信息達(dá)到瞬時(shí)溝通，又能保證迅速抓住企業(yè)外部的市場(chǎng)，而進(jìn)一步做出靈敏反映。敏捷制造的管理手段在管理理念上要求具有創(chuàng)新和合作的突出意識(shí)，不斷追求創(chuàng)新。除了內(nèi)部資源的充分利用，還要利用外部資源和管理理念。在管理方法上要求重視全過程的管理，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)的管理方法和計(jì)算機(jī)管理技術(shù)以及BRP等管理。 敏捷制造追求實(shí)現(xiàn)理論上生產(chǎn)管理的目標(biāo)，是適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展的21世紀(jì)生產(chǎn)模式。敏捷制造的企業(yè)具有以下特征 1、產(chǎn)品系列具

15、有相當(dāng)長(zhǎng)的壽命 2、信息交換迅速準(zhǔn)確 3、以訂單定生產(chǎn) 敏捷制造企業(yè)的現(xiàn)狀 敏捷制造企業(yè)自1991年12月提出后，這幾年來美國各個(gè)公司自覺應(yīng)用敏捷制造與動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的思想進(jìn)展得很快，已成為世界制造業(yè)的熱點(diǎn)。現(xiàn)代企業(yè)向敏捷制造企業(yè)的發(fā)展是歷史發(fā)展的必然。人們認(rèn)識(shí)了這規(guī)律，就從必然王國中解放出來，向自由王國邁進(jìn)，極大地推動(dòng)生產(chǎn)向前發(fā)展。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展有共同的規(guī)律，在我國高新技術(shù)的新興產(chǎn)業(yè)群中，有不少不自覺、而自發(fā)地運(yùn)用這基本規(guī)律取得了很大的成功的，例如：深圳的華為公司、北大的方正公司、神龍通信工程公司等等。中國企業(yè)家總結(jié)為“兩頭在內(nèi)，中間在外”（兩頭指研究開發(fā)及市場(chǎng)開拓，中間指制造），這實(shí)質(zhì)上是一種敏捷

16、制造的雛形。 敏捷制造的應(yīng)用工業(yè)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)美國Ingersoll-R公司主要生產(chǎn)工業(yè)壓縮機(jī)，原來開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高。僅設(shè)計(jì)就耗時(shí)812個(gè)月，從樣機(jī)制造到試驗(yàn)評(píng)定花1年到1年半，耗資50萬美元。1988年，采用敏捷制造方式，建立虛擬動(dòng)態(tài)公司，利用其它合作伙伴的長(zhǎng)處，開發(fā)技術(shù)水平更高的壓縮機(jī)只需原來的1/3到1/2的時(shí)間，花費(fèi)只是12.5萬到25萬美元。敏捷制造方式使Ingersoll-R公司的新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間縮短了一半，費(fèi)用降低了一半以上。遙測(cè)裝置的企業(yè)聯(lián)盟遙測(cè)裝置生產(chǎn)的敏捷制造示范項(xiàng)目采用虛擬企業(yè)方式，聯(lián)盟了聯(lián)合信號(hào)公司堪薩斯城分部，加利福尼亞的圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室和新墨西哥的圣地亞國家實(shí)驗(yàn)

17、室以及機(jī)械主箱、印刷電路板供應(yīng)商。這些聯(lián)盟企業(yè)為產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)提供了從原料到技術(shù)設(shè)備等支持，彌補(bǔ)了單一企業(yè)資源的不足。生產(chǎn)時(shí)間減少50，生產(chǎn)效益提高了好幾倍。敏捷制造的研究現(xiàn)狀1993年，美國國家自然科學(xué)基金會(huì)和國防部聯(lián)合在New York, Illinois, Texas等州建立了3個(gè)敏捷制造國家研究中心，分別研究電子工業(yè)、機(jī)床工業(yè)和航天國防工業(yè)中的敏捷制造問題。除此之外，還配套支持了工業(yè)界進(jìn)行的7項(xiàng)敏捷化商務(wù)實(shí)踐(Agile Business Practice)，4項(xiàng)敏捷企業(yè)決策支持研究(Agile Enterprise Decision Support)，8項(xiàng)敏捷化智能設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)(Agi

18、le Intelligent Design and Manufactluring System)和10項(xiàng)敏捷供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(Agile Supply Chain Management)。從1994年開始，有近百家公司和大學(xué)研究機(jī)構(gòu)就敏捷制造的6個(gè)領(lǐng)域(集成產(chǎn)品與過程開發(fā)/并行過程、人的問題、虛擬企業(yè)、信息與控制、過程與設(shè)備、法律障礙)進(jìn)行了研究與實(shí)踐相結(jié)合的深入工作。此外，在其他國家也開展了大量敏捷制造的研究，如：日本發(fā)起的MATIC計(jì)劃，以汽車、電子和服裝為典型對(duì)象產(chǎn)品開展敏捷制造的研究。我國企業(yè)的敏捷制造之路我國專家從1993年就開始對(duì)敏捷制造進(jìn)行跟蹤研究，主要包括：實(shí)施敏捷制造的技術(shù)基礎(chǔ)

19、；虛擬公司的建立步驟及其體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式；虛擬公司的組織與應(yīng)用等。 與國外相比，這些研究工作只能算原則性的研究工作，距離實(shí)用還需要走很長(zhǎng)的一段路。因此，在我國企業(yè)目前還不可能實(shí)現(xiàn)敏捷制造，但是從科學(xué)研究的角度看，我們認(rèn)為需要在合適的條件下建立一個(gè)研究性的虛擬企業(yè)，加深我們對(duì)虛擬企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中所遇難題的理解，即在實(shí)踐中吸取有益的經(jīng)驗(yàn)，為今后的發(fā)展作一定的技術(shù)儲(chǔ)備。 敏捷制造發(fā)展趨勢(shì)（1）開發(fā)并完善敏捷制造參考模型（2）進(jìn)一步開發(fā)支持實(shí)施敏捷制造的各種技術(shù)和工具（3）敏捷制造實(shí)際應(yīng)用的探索虛擬制造（VMVirtual Manufacturing）虛擬制造技術(shù)產(chǎn)生的背景制造業(yè)為了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的全球

20、市場(chǎng)求得生存與發(fā)展，必須能夠更好地滿足市場(chǎng)所提出的T、Q、C、S要求，即要以最短的產(chǎn)品開發(fā)周期(Time)，最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量（Quality），最低廉的制造成本（Cost）和最好的技術(shù)支持與售后服務(wù)（Service）來贏得市場(chǎng)與用戶面對(duì)不可預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場(chǎng)需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力，企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)κ袌?chǎng)需求的變化作出快速敏捷的反應(yīng)，并及時(shí)地對(duì)自身的生產(chǎn)作出合理的調(diào)整與重新規(guī)劃計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支持基于這些因素，90年代中有許多新概念、新觀點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生，虛擬制造（VirtualManufacture)就是其中之一

21、，它代表了一種全新的制造體系和模式在虛擬制造中，產(chǎn)品開發(fā)是基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)方式（VirtualProductDevelopment），以用戶的需求為第一驅(qū)動(dòng)，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征VPD保證了產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，提高了企業(yè)的快速響應(yīng)和市場(chǎng)開拓能力虛擬制造的內(nèi)涵虛擬制造是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、制造以及管理與控制等制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程各級(jí)的決策與控制能力。也就是說虛擬制造是對(duì)實(shí)際制造進(jìn)行抽象、分析、綜合、得到實(shí)際產(chǎn)品的全數(shù)字化模型，其最終目標(biāo)是反作用于實(shí)際制造過程，用來指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。虛擬制造技術(shù)

22、分類虛擬制造技術(shù)可以分為三大類：一是以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造技術(shù)；二是以生產(chǎn)為中心的虛擬制造技術(shù)；三是以控制為中心的虛擬制造技術(shù)。1產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)。面向產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)、分析、模擬和評(píng)測(cè)，以優(yōu)化產(chǎn)品本身的性能、成本為目標(biāo)。2產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù)。面向產(chǎn)品制造過程模擬、檢驗(yàn)和優(yōu)化，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可制造性、加工方法和工藝的合理性，以優(yōu)化產(chǎn)品的制造工藝過程、保證產(chǎn)品的制造質(zhì)量、制造周期和最低的制造成本為目標(biāo)。3虛擬制造系統(tǒng)。著重于生產(chǎn)過程的規(guī)劃、組織管理、資源調(diào)度、物流、信息流等的建模、仿真與優(yōu)化。如虛擬企業(yè)、虛擬研發(fā)中心等。虛擬制造的技術(shù)特征虛擬制造與實(shí)際制造相比，它具有如下主要特征：(1

23、)高度集成。虛擬制造中產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程是在虛擬的產(chǎn)品數(shù)字化模型中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試等過程，并且在虛擬的制造環(huán)境中檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、加工、裝配和操作。因此，易于綜合運(yùn)用系統(tǒng)工程知識(shí)、并行工程和人機(jī)工程等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息集成、知識(shí)集成、串并行交錯(cuò)工作機(jī)制集成和人機(jī)集成。(2)敏捷靈活。開發(fā)的產(chǎn)品(部件)可存放在計(jì)算機(jī)里，既節(jié)省倉儲(chǔ)費(fèi)用，利于產(chǎn)品再次快速改型設(shè)計(jì)，從而大幅度縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低了成本，提高了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到銷售全過程的整體性和敏捷性。(3)分布合作。虛擬制造通過Internet可使分布在不同地點(diǎn)、不同部門的不同專業(yè)人員在同一產(chǎn)品模型上同時(shí)工作，相互交流，實(shí)現(xiàn)資源共享，

24、發(fā)揮各自特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場(chǎng)變化，將制造業(yè)信息化與知識(shí)化融為一體。虛擬制造特點(diǎn)由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，虛擬制造具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）無須制造實(shí)物樣機(jī)就可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能，節(jié)約制造成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期（2）產(chǎn)品開發(fā)中可以及早發(fā)現(xiàn)問題，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的反饋和更正（3）以軟件模擬形式進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)（4）企業(yè)管理模式基于Intranet或Internet,整個(gè)制造活動(dòng)具有高度的并行性虛 虛擬制造的一般開發(fā)流程(1)首先從產(chǎn)品需求分析開始，然后進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，再對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化；(2)在虛擬環(huán)境中，構(gòu)造產(chǎn)品的虛擬模型；(3)采用相應(yīng)的仿

25、真分析工具對(duì)虛擬模型的功能和性能進(jìn)行仿真分析；(4)基于仿真分析的結(jié)果，通過反復(fù)建模-仿真分析-模型的改進(jìn)，直到虛擬制造出的模型滿足預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)，然后再進(jìn)行實(shí)物制造。虛擬制造技術(shù)對(duì)發(fā)展我制造業(yè)的作用1.減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色制造。 2.規(guī)避生產(chǎn)要素缺乏、生產(chǎn)成本過高的局面。 3.敏捷轉(zhuǎn)換產(chǎn)品生產(chǎn)，快速滿足市場(chǎng)需求。 4.增強(qiáng)企業(yè)柔性和抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)能力。 5.突破中小企業(yè)的規(guī)模瓶頸。 6.通過分析設(shè)計(jì)的可制造性，虛擬制造可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)缺陷、優(yōu)化產(chǎn)品性能。 虛擬制造的應(yīng)用虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿福特

26、汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的發(fā)布時(shí)間。波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)它的設(shè)計(jì)成功已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑在我國，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等科研教學(xué)單位也已經(jīng)開展了這一領(lǐng)域的研究工作當(dāng)前我國虛擬制造應(yīng)用的重點(diǎn)研究方向是基于我國國情，進(jìn)行產(chǎn)品的三維虛擬設(shè)計(jì)、加工過程仿真和產(chǎn)品裝配仿真，主要是研究如何生成可信度高的產(chǎn)品虛擬樣機(jī)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段能夠以較高的置信度預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終性能和可制造性在對(duì)產(chǎn)品性能具有高科技含量要求的行業(yè)中，如航空航天、軍事、精密機(jī)床、微電

27、子等領(lǐng)域，隨著研究的不斷深入和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，虛擬制造必將得到日益廣泛的應(yīng)用國內(nèi)的研究剛剛起步，主要集中在三個(gè)方面： （1）產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)： 主要包括虛擬產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)、虛擬測(cè)試、虛擬裝配以及機(jī)床、模具的虛擬設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等。其中清華大學(xué)利用美國國家儀器公司的Labview開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了鎖相電路的虛擬，機(jī)械科學(xué)研究院采用C語言和OpenGL進(jìn)行編程初步實(shí)現(xiàn)了立體停車庫的虛擬現(xiàn)實(shí)下的參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以直觀地進(jìn)行車庫的布局、設(shè)計(jì)、分析和運(yùn)動(dòng)模擬。 （2）產(chǎn)品虛擬制造技術(shù) 主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。北航與一汽用OPTRIS開發(fā)的板料成型軟件已經(jīng)基本能夠模擬類似車

28、門的中等復(fù)雜程度的汽車覆蓋件和其他沖壓成型件的沖壓成型過程；沈陽鑄造研究所開發(fā)的電渣熔鑄工藝模擬軟件包ESRD3D已經(jīng)應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)變曲面過流部件生產(chǎn)中，其產(chǎn)品在劉家峽、李家峽、天生橋、太平役等7個(gè)電站中使用；合肥工業(yè)大學(xué)研制的雙刀架數(shù)控車床加工過程模擬軟件已經(jīng)在馬鞍山鋼鐵股份有限公司車輪輪箍廠應(yīng)用，使數(shù)控程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間由幾個(gè)班縮短到幾小時(shí)，并保證一次試切成功；北京機(jī)床研究所、機(jī)械科學(xué)研究院、東北大學(xué)、上海交大和長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院等單位也研制出一些這方面的仿真軟件。 （3）虛擬制造系統(tǒng) 主要包括虛擬制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)支持、開發(fā)策略等。其中提出了比較成熟的思想并可能實(shí)現(xiàn)的是由上海同濟(jì)大學(xué)張曙

29、教授提出的分散網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)和西安交通大學(xué)謝友柏院士組建的異地網(wǎng)絡(luò)化研究中心。 從以上的論述中可以看到國內(nèi)外研究水平差距是很大的，而且由于虛擬制造技術(shù)既是并行工程的發(fā)展方向又是敏捷制造的核心，這就決定我們必須以它作為現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的中心技術(shù)，以帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的研究工作的進(jìn)行，并使它們協(xié)同一致順利地發(fā)展?，F(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 虛擬制造技術(shù)的發(fā)展首先是在其支撐技術(shù)的發(fā)展上取得進(jìn)展，例如，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)等。特別是一些單元技術(shù)與制造業(yè)的緊密結(jié)合不斷深入，并為其作出了巨大的貢獻(xiàn)，更推動(dòng)了這些技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，支撐技術(shù)和單元技術(shù)的不斷成熟和在制造業(yè)中發(fā)揮越來越大的作用，也推動(dòng)了虛擬制造技術(shù)的

30、組合和集成。但由于各技術(shù)的相對(duì)獨(dú)立性，其統(tǒng)一的特征模型的建立、數(shù)據(jù)共享和交換等遇到了巨大的挑戰(zhàn)?；赟TEP、EDI、TCPIP等標(biāo)準(zhǔn)的集成技術(shù)是唯一的發(fā)展方向。虛擬制造技術(shù)雖然于80年代才剛剛提出來的。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，在90年代得到人們的極大重視而獲得迅速發(fā)展。美國已經(jīng)從虛擬制造的環(huán)境和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息系統(tǒng)、仿真和控制、虛擬企業(yè)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和開發(fā)，多數(shù)單元技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和完善的階段。例如，美國華盛頓大學(xué)的虛擬制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的用于設(shè)計(jì)和制造的虛擬環(huán)境VEDAM、用于設(shè)計(jì)和裝配的虛擬環(huán)境等，已經(jīng)初具規(guī)模。但虛擬制造作為一個(gè)完整的體系，尚沒有進(jìn)行全面的集成。特別應(yīng)說明

31、的是，虛擬企業(yè)（工廠）的研究在美國得到政府和企業(yè)界的極大關(guān)注，研究異?；钴S，成為其敏捷制造技術(shù)的主要支柱之一。歐洲以大學(xué)為中心也紛紛開展了虛擬制造技術(shù)研究，如虛擬車間、建模與仿真工程等的研究。日本在6070年代的經(jīng)濟(jì)崛起受益于先進(jìn)制造與管理技術(shù)的采用。日本對(duì)虛擬制造技術(shù)的研究也秉承其傳統(tǒng)的特點(diǎn)重視應(yīng)用，主要進(jìn)行虛擬制造系統(tǒng)的建模和仿真技術(shù)以及虛擬工廠的構(gòu)造環(huán)境研究。我國在虛擬制造技術(shù)方面的研究只是剛剛起步，其研究也多數(shù)是在原先的CADCAECAM和仿真技術(shù)等基礎(chǔ)上進(jìn)行的，目前主要集中在虛擬制造技術(shù)的理論研究和實(shí)施技術(shù)準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)的研究尚處于國外虛擬制造技術(shù)的消化和與國內(nèi)環(huán)境的結(jié)合上。由于我國

32、受到CADCAECAM基礎(chǔ)軟件、仿真軟件、建模技術(shù)的制約，阻礙了虛擬制造技術(shù)的發(fā)展。但這幾年，我國虛擬制造技術(shù)受到普遍的重視，發(fā)展很快，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，例如：機(jī)械科學(xué)研究院與同濟(jì)大學(xué)、香港理工大學(xué)合作進(jìn)行的分散網(wǎng)絡(luò)化制造、異地設(shè)計(jì)與制造等技術(shù)的理論研究和實(shí)踐活動(dòng)已經(jīng)取得了不少進(jìn)展；清華大學(xué)進(jìn)行了虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬機(jī)床、虛擬汽車訓(xùn)練系統(tǒng)等方面的研究；浙江大學(xué)進(jìn)行了分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、VR工作臺(tái)、虛擬產(chǎn)品裝配等研究；西安交大和北航進(jìn)行了遠(yuǎn)程智能協(xié)同設(shè)計(jì)研究；天大、北京機(jī)床所、大連機(jī)床所進(jìn)行了機(jī)床的虛擬設(shè)計(jì)和軸機(jī)床的研究；西北工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了虛擬樣機(jī)的研究；哈工大、北京機(jī)電所、上海交大、南

33、京理工大學(xué)等單位也進(jìn)行了這方面的研究。據(jù)不完全的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)進(jìn)行虛擬制造技術(shù)研究的單位達(dá)到了100家，已經(jīng)取得了一些可喜的進(jìn)展。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模技術(shù)、仿真技術(shù)、信息技術(shù)、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等單元技術(shù)等方面的研究都很活躍。但研究的進(jìn)展和研究的深度還屬于初期階段，與國際的研究水平尚有很大的差距，除了三維建模已經(jīng)有了4種商業(yè)軟件外，其他方面還沒有形成產(chǎn)業(yè)化。我國的研究多集中于高等院校和少量的研究院所，企業(yè)和公司介入的較少。 虛擬制造技術(shù)在切削加工中的應(yīng)用虛擬制造技術(shù)在切削加工中的應(yīng)用 綠色制造（GMGreen Manufacturing） 綠色制造的提出 在人類即將跨入21世紀(jì)的今天，當(dāng)微電子技術(shù)、

34、大規(guī)模集成電子技術(shù)和機(jī)械工業(yè)相結(jié)合，從而使古老的機(jī)械工業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，卻產(chǎn)生了對(duì)能源和原材料的巨大消耗和浪費(fèi)及對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益破壞，使得全世界的技術(shù)人員和環(huán)保人士都在全力解決此類問題，美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家在這方面都取得了不少成果。我國對(duì)該領(lǐng)域已經(jīng)開始重視起來。目前機(jī)械制造工業(yè)存在的主要問題有： （1）廢舊或閑置設(shè)備回收和再利用率較低 （2）能源和原材料的浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重 （3）環(huán)境保護(hù)意識(shí)在機(jī)制工業(yè)廠家頭腦中還比較淡薄尤其是一些中小企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染還比較嚴(yán)重。 （4）產(chǎn)品的回收利用率很低 綠色制造技術(shù)綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代

35、制造模式。它使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢整個(gè)產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低。 傳統(tǒng)的制造模式是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，即原料工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品使用報(bào)廢二次原料資源，從設(shè)計(jì)、制造、使用一直到產(chǎn)品報(bào)廢回收整個(gè)壽命周期對(duì)環(huán)境影響最小，資源效率最高，也就是說要在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，以系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，改變了原來末端處理的環(huán)境保護(hù)辦法，對(duì)環(huán)境保護(hù)從源頭抓起，并考慮產(chǎn)品的基本屬性，使產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本性能、使用壽命、質(zhì)量等。綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響（負(fù)作用）最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)境保護(hù)的必然選擇，發(fā)展不能以環(huán)境污染為代價(jià)，國際制造業(yè)