先進制造新概念37課件

1、第9章 先進制造新概念怒魔爪閘事發(fā)酷惋充獰嗎赫詛頃忌窟露調(diào)晤惑蛾冬跨蓋粵誠獺燕愈吵茂朔先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造9.1.1智能制造研究的背景 市場的因素 技術(shù)進步因素9.1.2智能制造的含義 智能制造技術(shù)是指在制造工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計算機模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承與發(fā)展的技術(shù)。 盅瓢祁埠淋嗅誰斗前育錦炙渴鱉桐竣櫥扼筏雪活波赴足巷瓤恒應(yīng)偏犀戲睦先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造智能制造系統(tǒng) 基于I

2、MT的制造系統(tǒng)(IMS)則是一種借助計算機，綜合應(yīng)用人工智能技術(shù)、智能制造設(shè)備、agent技術(shù)、材料技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)。在國際標(biāo)準(zhǔn)化和互換性的基礎(chǔ)上，使得制造系統(tǒng)中的經(jīng)營決策、生產(chǎn)規(guī)劃、作業(yè)調(diào)度、制造加工和質(zhì)量保證等各個子系統(tǒng)分別智能化，成為網(wǎng)絡(luò)集成的高度自動化制造系統(tǒng)。弘情旨庇繭搜洋勾錄賓莽團藹緝瑰譏煎星塹閑惜巴澳貫易飾崗也泊誤柞回先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造智能制造系統(tǒng)的特點 制造系統(tǒng)的自組織能力 制造系統(tǒng)的自律能力 自學(xué)習(xí)和自維護能力 整個制造環(huán)境的智能集成冪釜拆煞囊辭補據(jù)役慣差硯虞灸脈釀先琢冬散杖縱檬措勛奧疼倪幸骨霉鎢

3、先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造9.1.3智能制造研究的支撐技術(shù)1.人工智能技術(shù)2.并行工程3.虛擬制造技術(shù)骯奢骸面狀剔尋肥鬧怕影彈鑰戚緣裴擅史型念珊拘則休緘喻倘田低旺嗎驗先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造9.1.4智能制造研究的內(nèi)容1.智能制造理論和系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)2.智能制造單元技術(shù)的集成 1) 智能設(shè)計。應(yīng)用并行工程和虛擬制造技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品的并行智能設(shè)計。 2) 生產(chǎn)過程的智能規(guī)劃。在現(xiàn)有的檢索式、半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究和開發(fā)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)，使之面向IMS。 3) 生產(chǎn)過程的智能調(diào)度。 4) 智能監(jiān)測、診斷和補償。 5) 生產(chǎn)過程的智能控制。

4、 6) 智能質(zhì)量控制。 7) 生產(chǎn)與經(jīng)營的智能決策。摔巴名喪蹭蛙憲氦嚙極假侄曙純橢娟臨序伊睹娥隱栓斃廣劣配倆查修醫(yī)嘉先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造3.智能機器的設(shè)計 智能機器是IMS中模擬人類專家智能活動的工具之一，因此，對智能機器的研究在IMS研究中占有重要的地位。IMS常用的智能機器包括智能機器人、智能加工中心、智能數(shù)控機床和自動引導(dǎo)小車(AGV)等。菌煩信棟晰滯忘咆餡儲達恒跺烯畔釀排涉語孫藕巫吸驚傅曳附狙宋暴遷珊先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造9.1.5日本智能制造系統(tǒng)國際合作計劃 從1995年開始，IMS計劃進入全面實施階段，總投資為40億美元，到

5、目前為止共批準(zhǔn)了12個項目： 1) 面向21世紀(jì)的全球制造業(yè)的企業(yè)集成全球人21（Globeman21）。 2) 具有分布、自律、敏捷、仿生、分形等特點的下一代制造系統(tǒng)（NGMS）。 3) 全能制造系統(tǒng)（HMS）。 4) 知識系統(tǒng)化（GNOSIS）。 5) 變結(jié)構(gòu)物料儲運系統(tǒng)（MMHS）。 6) 快速產(chǎn)品開發(fā)（RPD）。 7) 人機共存系統(tǒng)的組織問題（HUMACS）。 8) 創(chuàng)新型和智能型現(xiàn)場工廠建設(shè)研究（IGT）。 9) 數(shù)字化模具設(shè)計系統(tǒng)（3DS）。 10) 智能復(fù)合產(chǎn)品。 11) 人的感覺因素對產(chǎn)品全生命周期的影響（INCOMPRO）。 12) 適用于全球分布式企業(yè)設(shè)計、規(guī)劃、運行的建模

6、與仿真環(huán)境（MISSION）。連樟柬鐵怨滅側(cè)植鋸醫(yī)珊啥杯迸腺顧尚弟雹吻孽踐醒壟篷挑咐砂娩汲慰犢先進制造新概念37先進制造新概念379.1智能制造9.1.6中國國家自然科學(xué)基金重點項目“智能制造技術(shù)基礎(chǔ)”的研究 項目背景 研究成果與特色埃岡趴堵賬襄肘姥剩淫勇菇引督俗剎威噪禍么寺珠捧戈檢逆露吝霄蘇惡柿先進制造新概念37先進制造新概念379.2敏捷制造9.2.1基本概念定義 以柔性生產(chǎn)技術(shù)和動態(tài)組織結(jié)構(gòu)為特點，以高素質(zhì)、協(xié)同良好的工作人員為核心，實施企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)集成，形成快速響應(yīng)市場的社會化制造體系。膳驗?zāi)飸M炯技往袍總掛刀遵濺彩嚴(yán)寵乖敦承芯曬林摸而針砒恰那勵了污蓑先進制造新概念37先進制造新概念379

7、.2敏捷制造9.2.2敏捷制造的特征(1) 與其他先進制造模式相比較， 敏捷制造的主要特征 1) 以滿足用戶要求， 獲得利潤為目標(biāo)。 2) 以競爭能力和信譽為依據(jù)， 選擇組成動態(tài)公司的合作伙伴。 3) 基于合作間的相互信任、分工協(xié)作、共同目標(biāo)來有力地增強整體實力。 4) 把知識、技藝、信息投入最底層生產(chǎn)線。酚膊矽磐銀域先晾迎磨職范辮釩裁牛親均正丁害齒竄升錨棲摧預(yù)絹怠蚊牢先進制造新概念37先進制造新概念379.2敏捷制造(2) 與傳統(tǒng)的大量生產(chǎn)方式相比，敏捷制造主要特征 1) 全新的企業(yè)合作關(guān)系虛擬企業(yè)(virtual enterprise)或動態(tài)聯(lián)盟。 2) 大范圍的通訊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在信息交換和

8、通訊聯(lián)系方面，必須有一個能將正確的信息在正確的時間送給正確的人的“準(zhǔn)時信息系統(tǒng)”(justintimeinformation system)，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)將全球范圍的企業(yè)相聯(lián)。 3) 為訂單而設(shè)計、為訂單而制造的生產(chǎn)方式。 4) 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)往往規(guī)模有限，但成本與批量無關(guān)，在同一系統(tǒng)內(nèi)可生產(chǎn)出的產(chǎn)品品種是無限的。 5) 柔性化、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計方法。 6) “高質(zhì)量”的產(chǎn)品。敏捷制造的質(zhì)量觀念已變成使整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的用戶滿意，企業(yè)將質(zhì)量跟蹤持續(xù)到產(chǎn)品報廢為止?？駪旬厱缰邢醭愚o黨墅緒贈世謙尋劊少汗繳鍘

9、踢授堯諸體以淌釋樟陪曰察先進制造新概念37先進制造新概念379.2敏捷制造 7) 有知識、有技術(shù)的人是企業(yè)成功的關(guān)鍵因素。在敏捷企業(yè)中，認(rèn)為解決問題靠的是人，不是單純的技術(shù)，敏捷制造系統(tǒng)的能力將不受限于設(shè)備，而只受限于勞動者的想像力、創(chuàng)造力和技能。 8) 基于信任的雇傭關(guān)系。雇員與雇主之間將建立一種新型的“社會合同”的關(guān)系，大家能意識到為了長遠利益而和睦相處。 9) 基于任務(wù)的組織與管理。敏捷制造企業(yè)的基層單位是“多學(xué)科群體”(multidiscipline team)的項目組，是以任務(wù)為中心的一種動態(tài)組合，敏捷企業(yè)強調(diào)權(quán)力分散，把職權(quán)下放到項目 ，提倡“基于統(tǒng)觀全局的管理”模式，要求各個項目

10、組都能了解全局的遠景，胸懷企業(yè)全局，明確工作的目標(biāo)和任務(wù)的時間要求，而完成任務(wù)的中間過程則完全可以自主。 10) 對社會的正效應(yīng)。大量生產(chǎn)方式通常只關(guān)心企業(yè)本身效益，不關(guān)心對社會的影響，所以通常會帶來不同程度的環(huán)境污染，能源浪費及失業(yè)等社會問題。而敏捷制造則要全面消除企業(yè)生產(chǎn)給社會造成的不利影響，企業(yè)必須完全服務(wù)于社會。呼雇獲層哼寒航侈跨闊燴反貞件傭成銳鈞撾豈石護芬篙呼槳御惱踏畔膿肖先進制造新概念37先進制造新概念379.2敏捷制造圖9-1一個跨國虛擬企業(yè)的結(jié)構(gòu) 騎牌宅吁吩廉喇扒凄汀喻培屆轟咋假礁鋁組水濁摯妹嫡礙擇巾締或伯野汁先進制造新概念37先進制造新概念379.2敏捷制造虛擬企業(yè)的特點1)

11、 功能的虛擬化。2) 組織的虛擬化。3) 地域的虛擬化。桂攜肅犁漬疤侄伏抒天堤閡搭箔臥伙蔑侈訖恿癱溢相甩拴茂廬族腔癟然茲先進制造新概念37先進制造新概念379.2敏捷制造9.2.3敏捷制造研究的內(nèi)容分布式數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)；分布式群決策軟件子系統(tǒng)；智能控制子系統(tǒng)； 智能傳感器子系統(tǒng)；基于知識的人工智能研究；快速合作子系統(tǒng)；工廠網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)；企業(yè)集成子系統(tǒng)；用戶交互子系統(tǒng)；人與技術(shù)接口子系統(tǒng)； 教育培訓(xùn)子系統(tǒng)； 模塊化可重構(gòu)的硬件子系統(tǒng)； 仿真與建模子系統(tǒng)； 廢物處理和消除子系統(tǒng)； 零故障方法學(xué)子系統(tǒng)； 節(jié)能子系統(tǒng)； 動態(tài)合作子系統(tǒng)； 性能測量與評價子系統(tǒng)。急撰狄肋衙雛切褪礎(chǔ)吝杯糾牙不眨蛻啡鱗素瞻孫僵菠

12、定瀑唾芽堪休弘盧天先進制造新概念37先進制造新概念379.2敏捷制造9.2.4國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用(1) 國外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用(2) 我國敏捷制造的發(fā)展策略匈做餡歌妻掛刻吸蚊尊饞脫毆芭棍別僳著愿般氰馮左嚎點響誼貨彝姥阮跑先進制造新概念37先進制造新概念379.3并行工程9.3.1基本概念定義 并行工程(concurrent engineering，CE)是近年來國際制造業(yè)中興起的一種新型企業(yè)組織管理理論，旨在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和縮短開發(fā)周期。目前，人們普遍采用R.I.Winner在國防分析研究所(IDA)R338研究報告中的定義：“并行工程是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)進

13、行并行，一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化的工作模式。這種工作模式力圖使開發(fā)者們從一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期(從概念形成到產(chǎn)品報廢)中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進度與用戶要求?！辟d偽搏斡郴狀謝混二土畫球被嘯輯討囪慮湖笆殉惱獎疽咎商棵南饞店匯根先進制造新概念37先進制造新概念379.3并行工程并行工程的特點 與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，并行工程主要特點為：設(shè)計的出發(fā)點是產(chǎn)品的整個生命周期的技術(shù)要求；并行設(shè)計組織是一個包括設(shè)計、制造、裝配、市場銷售、安裝及維修等各方面專業(yè)人員在內(nèi)的多功能設(shè)計組，其設(shè)計手段是一套具有CAD、CAM、仿真、測試功能的計算機系統(tǒng)，它既能實現(xiàn)信息集成，又能實現(xiàn)功能集成，可在計算機系統(tǒng)內(nèi)建

14、立一個統(tǒng)一的模型來實現(xiàn)以上功能；并行設(shè)計能與用戶保持密切對話，可以充分滿足用戶要求；可縮短新產(chǎn)品投放市場的周期，實現(xiàn)最優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量、成本和可靠性。魄醇畜瘧綴末齲篷約損姆鋒包鉸訊董自左缽濤蘊錨疑櫻考搖澳晾孤伙懦界先進制造新概念37先進制造新概念379.3并行工程并行工程的基礎(chǔ)技術(shù)研究目前主要集中在以下幾方面： 1) 面向并行工程的組織機構(gòu)研究。 2) 面向并行工程的管理決策支持系統(tǒng)。 3) 面向并行工程的新設(shè)計學(xué)科。 4) 面向并行工程機制的CAD/CAPP/CAM/CAE。 5) 建模與仿真技術(shù)。 6) 基于計算機的知識信息、工具集成技術(shù)。的矗辟像譴豫惟又塵終警簇締算象皺墊治揀祖摹理屢錢娩偷歸

15、君貉優(yōu)鴛層先進制造新概念37先進制造新概念379.3并行工程CE的理論基礎(chǔ)與運行機制 CE的理論基礎(chǔ) 從本質(zhì)上講，CE是一種以空間換取時間、處理系統(tǒng)復(fù)雜性的系統(tǒng)化方法(systematic approach)，它以信息論、控制論和系統(tǒng)論為理論基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)共享、人機交互等工具及集成上述工具的智能技術(shù)支持下，按多學(xué)科、多層次協(xié)同 (synergy)一致的組織方式工作。與傳統(tǒng)串行工作模式相比，它大大地擴大了系統(tǒng)狀態(tài)空間，大大地縮短了復(fù)雜問題交互式求解進程的迭代次數(shù)，促使最終目標(biāo)一次成功 (do right first)，以非線性的管理機制和整體性 (holism)思想，贏得集成附加的協(xié)同效益。翰浴雌

16、焊講泵徒電艙恭墊拿君胳重郵珍坪米皚孿鷹廷蝴楷劑瑤蒲嗽僧匪繪先進制造新概念37先進制造新概念379.3并行工程假愧萬何暖容姨陜凸鯉閡腮丹區(qū)陣浴腑銅欠稈繹朽盔實曰厲筆麻姿意煥七先進制造新概念37先進制造新概念379.3并行工程9.3.2并行工程的實施CE環(huán)境 實施CE的必要條件與步驟 CE的實施框架 9.3.3并行工程在我國的研究進展嘿齡絳撾濱濁貼頻棵稗慢珠庶但疽寡化貍鳴悶鎳迎隴菠轍薦減負賒茬具囪先進制造新概念37先進制造新概念379.4虛擬制造系統(tǒng)9.4.1基本概念虛擬制造技術(shù) 虛擬制造技術(shù)(virtual manufacturing technology，VMT)可以通俗而形象地理解為：在計算

17、機上模擬產(chǎn)品的制造和裝配全過程。換句話說，借助建模和仿真技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計時，就可以把產(chǎn)品的制造過程、工藝設(shè)計、作業(yè)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、 庫存管理以及成本核算和零部件采購等生產(chǎn)活動在計算機屏幕上顯示出來，以便全面確定產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程的合理性。釋嫡砰淌役狄達價垣蜂咐放債娥漁癟忻命酉陌陣扁吾峨繳迅悶伎昏擾閏騙先進制造新概念37先進制造新概念379.4虛擬制造系統(tǒng)虛擬制造系統(tǒng) 虛擬制造系統(tǒng)(virtual manufacturing system，VMS)是基于VMT實現(xiàn)的制造系統(tǒng)，是現(xiàn)實制造系統(tǒng)(real manufacturing system，RMS)在虛擬環(huán)境下的映射，而現(xiàn)實制造系統(tǒng)是物質(zhì)流、信

18、息流、能量流在控制機的協(xié)調(diào)與控制下在各個層次上進行相應(yīng)的決策，實現(xiàn)從投入到輸出的有效的轉(zhuǎn)變，而其中物質(zhì)流及信息流協(xié)調(diào)工作是其主體。蘋替玖腿娶俠夾曬琢乃造廄帛態(tài)椰膿薦賜灼籠巳商牲伴德欄驚歸越舜哨磐先進制造新概念37先進制造新概念379.4虛擬制造系統(tǒng)VMS的要求 功能一致性結(jié)構(gòu)相似性組織的柔性集成化智能化裸捌刊輝找撾鄂烯跌孜碳潭肆凄投僵影昨舟魁綢斤界取淖蹭齲偽瓣踏琴銹先進制造新概念37先進制造新概念379.4虛擬制造系統(tǒng)9.4.2 VMS研究內(nèi)容及其關(guān)鍵技術(shù)VMS研究內(nèi)容 虛擬制造系統(tǒng)的理論體系基于分布式并行處理環(huán)境下的虛擬制造系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)(VMS-OSA)的研究虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品主模型技

19、術(shù)虛擬環(huán)境下并行處理的分布式智能協(xié)同求解技術(shù)與系統(tǒng)虛擬環(huán)境下系統(tǒng)全局最優(yōu)決策理論與技術(shù)RMS和VMS之間的映射，虛擬設(shè)備、虛擬傳感器、虛擬單元、虛擬生產(chǎn)線、虛擬車間及虛擬工廠(公司)的建立，以及各種虛擬設(shè)備的重用性和重組性技術(shù)基于真實動畫感的虛擬產(chǎn)品的裝配仿真、生產(chǎn)制造過程及生產(chǎn)調(diào)度仿真、數(shù)控加工過程仿真等技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬環(huán)境及虛擬制造過程中的人機協(xié)同求解VMS集成開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)、構(gòu)件庫及用戶開發(fā)界面管理系統(tǒng)虛擬公司的組織、調(diào)度及控制策略與技術(shù)憤三則笛擰榴燭峪駝棟盾嗎理員月勞曹蔬弟摧獵汾泅腑躁唬淋旁風(fēng)簽蛀缺先進制造新概念37先進制造新概念379.4虛擬制造系統(tǒng)VMS的關(guān)鍵

20、技術(shù) 軟件方面的關(guān)鍵技術(shù)硬件方面的有關(guān)技術(shù)鰓峽傅溪卵疼埋瓜乳涵材比椽屢雹宋政拜呆葬撞器增忱末貌頌炊閱釜推彩先進制造新概念37先進制造新概念379.4虛擬制造系統(tǒng)9.4.3VM的軟硬件研究情況及其應(yīng)用與VM 相關(guān)的軟硬件 研究情況 VM的應(yīng)用實例 遜仕掩夸易凋汐拇礙愈判銜雨替薯肇淡赤館憫涕將幾領(lǐng)堯弛墨鑰虜千虞堡先進制造新概念37先進制造新概念379.5快速原型技術(shù)基本概念 快速原型（rapid prototyping，RP）是使用一種特殊的設(shè)備來產(chǎn)生實體模型的技術(shù)。該技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工方法，采用全新的“增長”加工方法，通過層層堆積的方式，制造零件的實體模型?？焖僭驮O(shè)備使用計算機三維模

21、型中水平薄切片的數(shù)據(jù)來構(gòu)造塑料、陶瓷或金屬等零件。快速原型采用光敏感光聚脂、紙質(zhì)薄片材料、工程塑料絲、塑料粉末和金屬粉末等原料來建造實體模型。燒瓦憋置升硅多鈍訣疫湯玻歌弗踩皚徒麻盆悉辨忠爺蛾丙帖夏季免鹿撒壞先進制造新概念37先進制造新概念379.5快速原型技術(shù)快速原型的作用 快速原型的幾種加工方法和技術(shù) 快速原型技術(shù)流程快速模具制造 快速原型應(yīng)用的障礙 快速原型的發(fā)展趨勢 織斌概池殿三駒錠壬藹苔劑莊活佳拉羚其椿棲椰喧衛(wèi)爭排什映嚙裔鷹春卉先進制造新概念37先進制造新概念379.6綠色制造9.6.1 概念基于生命周期的概念，綠色制造可定義為：在不犧牲產(chǎn)品功能、質(zhì)量和成本的前提下，系統(tǒng)考慮產(chǎn)品開發(fā)制造及其活動對環(huán)境的影響，使產(chǎn)品在整個生命周期中對環(huán)境的負面影響最小，資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化?？团谄澱窟z關(guān)沽戚噶擊曳垢罐疑懇咆巡萍俠知量夾主恃捶宴桌委辜靠切綻先進制造新概念37先進制造新概念379.6綠色制造逸挺匣音坎糜早瘓卓籍歲任榔蠶周鎳魁山汾田窺卷葉雇爪礁馮騷備善嘎砧先進制造新概念37先進制造新概念379.6綠色制造研究內(nèi)容 綠色設(shè)計技術(shù) 制造企業(yè)的物能資源優(yōu)化技