現(xiàn)代制造系統(tǒng)

現(xiàn)代制造系統(tǒng)概論ContemporaryManufacturingSystems

先進(jìn)制造工程學(xué)內(nèi)容提要1.制造系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史2.現(xiàn)代制造系統(tǒng)的發(fā)展3.現(xiàn)代制造系統(tǒng)實(shí)例4.

現(xiàn)代制造系統(tǒng)一種實(shí)現(xiàn)模式一、制造系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史（1）18世紀(jì)中葉～20世紀(jì)初：手工作坊式單件制作（2）20世紀(jì)初～20世紀(jì)中葉：大批量流水式剛性生產(chǎn)（3）20世紀(jì)60年代～80年代：自動(dòng)化柔性制造（4）20世紀(jì)90年代～至今：現(xiàn)代集成制造普通機(jī)床剛性自動(dòng)線柔性自動(dòng)線DNC/FMS1760－19101913－19501960－19901995－如：巴黎P&L汽車制造公司(1886年)單件制造方式，年產(chǎn)量800臺(tái)沒有一臺(tái)車完全一樣，無(wú)互換性可言手工選配組裝，效率極低產(chǎn)品價(jià)格、維護(hù)費(fèi)用高(1)18世紀(jì)中葉～20世紀(jì)初：手工作坊式單件制作普通機(jī)床單件制作小作坊式生產(chǎn)(2)20世紀(jì)初～20世紀(jì)中葉：大批量流水式生產(chǎn)剛性生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品1903年，亨利·福特創(chuàng)建Ford汽車公司1908年，生產(chǎn)出世界上第一輛T型車1913年，開發(fā)出了世界上第一條流水線(曾1天生產(chǎn)9109輛T型車，平均不到10秒/輛)1927年，福特T型車停產(chǎn)，至此福特已售出1500萬(wàn)輛汽車，占世界總量一半

(3)20世紀(jì)60年代～80年代：自動(dòng)化柔性制造柔性生產(chǎn)線（NC,CNC,DNC,FMS）多品種、少批量柔性化生產(chǎn)1946.2.14，世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)（美國(guó)賓州大學(xué)）1952年，世界上第一臺(tái)NC機(jī)床（美國(guó)MIT）1966年，計(jì)算機(jī)群控(DNC,美國(guó))1967年，F(xiàn)MS(英國(guó))1970s，CAD/CAM(4)20世紀(jì)90年代至今：現(xiàn)代集成制造計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)大規(guī)?？蛻艋ㄖ?MC)個(gè)性化產(chǎn)品1973，美國(guó)哈林頓博士提出CIMS概念，10年后被重視1980s，3D-CAD,PDM1990s，ERP,CE,AM,…1995，大規(guī)?？蛻艋ㄖ?MC)10000×1=1×10000！背景：20世紀(jì)末制造業(yè)發(fā)生重大變化市場(chǎng)全球化，競(jìng)爭(zhēng)空前加劇要求制造TQCS，是一個(gè)無(wú)止境的過程，要求管理變革和技術(shù)進(jìn)步微電子為基礎(chǔ)的信息技術(shù)（IT）高速發(fā)展T——加快新產(chǎn)品開發(fā)和上市時(shí)間

(Time)Q——提高質(zhì)量(Quality)C——降低成本(Cost)S——完善售前/售后服務(wù)(Server)以汽車為例：1970年：產(chǎn)品生命周期12年1980年：4年1990年：18個(gè)月現(xiàn)在：？二、現(xiàn)代制造系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)對(duì)：現(xiàn)代制造系統(tǒng)的發(fā)展敏捷化精益化綠色化制造理念上1.制造環(huán)節(jié)：集成化2.制造設(shè)備：柔性化3.制造方式：網(wǎng)絡(luò)化4.制造方法：數(shù)字化5.制造過程：智能化制造技術(shù)上“敏捷制造”理念敏捷制造是制造系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)和靈活多變的目標(biāo)，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以動(dòng)態(tài)聯(lián)盟為組織形式而采取的一種新的制造理念和制造模式。精益生產(chǎn)是一種以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和低消耗為目的，以“簡(jiǎn)化”為基本手段，以“人”為中心，以“盡善盡美”為追求目標(biāo)的先進(jìn)制造理念與制造模式。最近的商業(yè)周刊調(diào)查結(jié)果:90%的制造企業(yè)CEO表示：精益生產(chǎn)是企業(yè)達(dá)到世界級(jí)工廠的關(guān)鍵之路?！熬嫔a(chǎn)”理念目前，寶馬汽車的可回收件已經(jīng)達(dá)到整車的85%如寶馬7系中包含了24公斤的可再生利用材料，其中13公斤以上是天然纖維材料。綠色制造是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造理念，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)廢處理的整個(gè)生命周期中，對(duì)環(huán)境負(fù)面影響小、資源利用率高，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化?！熬G色制造”理念1.制造環(huán)節(jié)：集成化1.制造環(huán)節(jié)：集成化2.制造設(shè)備：柔性化3.制造方式：網(wǎng)絡(luò)化4.制造方法：數(shù)字化5.制造過程：智能化（1）自動(dòng)化孤島，阻礙了企業(yè)完善TQCS原因：不同平臺(tái)不同標(biāo)準(zhǔn)不同軟件不同數(shù)據(jù)庫(kù)……導(dǎo)致不能“五個(gè)正確”：在正確的時(shí)間，將正確的信息，以正確的方式，傳輸給正確的人或機(jī)器，以做出正確的決定

企業(yè)應(yīng)該采用信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)化技術(shù)等）來改善設(shè)計(jì)過程、管理決策過程和加工制造過程，并且在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下實(shí)現(xiàn)信息集成，從而優(yōu)化生產(chǎn)，改善TQCS，提高企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力。(2)基本結(jié)論：集成化是必然趨勢(shì)（3）CIM/CIMS概念的提出

(ComputerIntegratedmanufacturing)1974年美國(guó)哈林頓博士(Dr.JosephHarrington)在其所著“計(jì)算機(jī)集成制造”一書中首次提出CIMS概念。兩個(gè)重要觀點(diǎn)：整個(gè)生產(chǎn)過程（從市場(chǎng)、設(shè)計(jì)、制造、管理、售前售后服務(wù)等）是一個(gè)整體，需要統(tǒng)一考慮;整個(gè)生產(chǎn)過程是信息的采集、傳送和加工處理的過程，產(chǎn)品尺寸不過是物化的數(shù)據(jù).系統(tǒng)觀信息觀CIM/CIMS的定義CIM：是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)生產(chǎn)的哲理，它借助計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代化管理技術(shù)、制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全過程中有關(guān)人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理三要素及信息流與物流有機(jī)地集成并優(yōu)化運(yùn)作，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)、低耗、上市快，從而使企業(yè)贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。CIMS:基于CIM哲理構(gòu)建的系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)管理分系統(tǒng)質(zhì)量保證分系統(tǒng)制造自動(dòng)化分系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)分系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)CIMS的組成ComputerContemporary：它已在廣度與深度上大大拓展了原CIM/CIMS的內(nèi)涵。（廣義性、開放性、持久性）“現(xiàn)代”的含義是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色化，突出信息技術(shù)的關(guān)鍵作用。“集成”的內(nèi)容更為廣泛，它包括：信息集成、過程集成及企業(yè)間集成等三個(gè)階段的集成優(yōu)化企業(yè)活動(dòng)中三要素（人/經(jīng)營(yíng)/技術(shù)）及三流（物流/信息流/資金流）的集成優(yōu)化CIMS相關(guān)技術(shù)及各類人員的集成優(yōu)化等擴(kuò)展了CIMS的應(yīng)用范圍：包括離散、流程、混合型制造業(yè)?，F(xiàn)代集成制造系統(tǒng)是一種基于現(xiàn)代集成制造理念構(gòu)成的數(shù)字化、信息化、智能化、綠色化、集成優(yōu)化的制造系統(tǒng)；它是信息時(shí)代的一種新型生產(chǎn)制造模式與系統(tǒng)。（4）CIM/CIMS內(nèi)涵的擴(kuò)展

(ContemporaryIntegratedmanufacturing)CIMS的三要素：經(jīng)營(yíng)、技術(shù)、人/機(jī)構(gòu)

CIMS不僅僅把技術(shù)系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)集成在一起，而且把人（人的思想、理念及智能）也集成在一起，使整個(gè)企業(yè)的工作流程、物流和信息流都保持通暢和相互有機(jī)聯(lián)系，所以，CIMS是人、經(jīng)營(yíng)和技術(shù)三者集成的產(chǎn)物。經(jīng)營(yíng)人/機(jī)構(gòu)技術(shù)IMSCIMS輪圖第1層：驅(qū)動(dòng)輪子的軸心——顧客第2層：企業(yè)組織中的人員和群體工作方法第3層：信息（知識(shí)）共享系統(tǒng)第4層：企業(yè)的活動(dòng)層（三大部門和15個(gè)功能區(qū)）第5層：企業(yè)管理層，它的功能是合理配置資源，承擔(dān)企業(yè)經(jīng)營(yíng)的責(zé)任第6層:企業(yè)的外部環(huán)境SME,19932.制造設(shè)備（手段）：柔性化1.制造環(huán)節(jié)：集成化2.制造設(shè)備：柔性化3.制造方式：網(wǎng)絡(luò)化4.制造方法：數(shù)字化5.制造過程：智能化（1）柔性的涵義

——對(duì)產(chǎn)品及過程的適應(yīng)性設(shè)備柔性（MachineFlexibility）

過程柔性（ProcessFlexibility）

工序柔性（OperationFlexibility）

工藝柔性（RoutingFlexibility）/加工柔性

產(chǎn)品柔性（ProductFlexibility）/反應(yīng)柔性

批量柔性（VolumeFlexibility）

擴(kuò)展柔性（ExpansionFlexibility）

生產(chǎn)柔性（ProductionFlexibility）

（2）柔性制造系統(tǒng)(FMS)典型FMS布置圖（3）FMS的定義與特點(diǎn)FMS是由若干CNC設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，能同時(shí)地、自動(dòng)地進(jìn)行多種零件混流加工的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。適合多品種(4～100種)、中小批量(50～2000件)生產(chǎn)的自動(dòng)化加工能在同一時(shí)間內(nèi)加工多種零件，用戶可根據(jù)需要安排各種零件批量之間的混合比能在系統(tǒng)中個(gè)別機(jī)床發(fā)生故障的情況下繼續(xù)保持生產(chǎn)具有無(wú)人照管自動(dòng)運(yùn)行的能力，減少直接工時(shí)費(fèi)用設(shè)備利用率高，系統(tǒng)運(yùn)行高效(2～３倍)機(jī)床數(shù)量減少，節(jié)省設(shè)備投資(減少２／３)在制品壓縮(80%)、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間FMS占地面積減少(40%)，加工成本降低(60%)FMS主要設(shè)備與實(shí)例3.制造方式：網(wǎng)絡(luò)化1.制造環(huán)節(jié)：集成化2.制造設(shè)備：柔性化3.制造方式：網(wǎng)絡(luò)化4.制造方法：數(shù)字化5.制造過程：智能化什么是網(wǎng)絡(luò)化制造？網(wǎng)絡(luò)化制造是企業(yè)為應(yīng)對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)和制造全球化的挑戰(zhàn)，以快速相應(yīng)市場(chǎng)需求和提高企業(yè)（或企業(yè)群體）競(jìng)爭(zhēng)力為主要目標(biāo)的一種先進(jìn)制造模式。網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)是企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)化制造模式的指導(dǎo)思想、相關(guān)理論和方法的指導(dǎo)下，在網(wǎng)絡(luò)化制造平臺(tái)和軟件工具的支持下，結(jié)合企業(yè)具體的業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)實(shí)施的基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化制造的定義與內(nèi)涵定義：網(wǎng)絡(luò)化制造是指通過采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、制造技術(shù)及其其它相關(guān)技術(shù),構(gòu)建面向企業(yè)特定需求的基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng),并在系統(tǒng)的支持下,突破空間對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)范圍和方式的約束,開展覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期全部或部分環(huán)節(jié)的企業(yè)業(yè)務(wù)活動(dòng)(如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售、采購(gòu)、管理等),實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的協(xié)同和各種社會(huì)資源的共享與集成,高速度、高質(zhì)量、低成本地為市場(chǎng)提供所需的產(chǎn)品和服務(wù)。內(nèi)涵：覆蓋產(chǎn)品整個(gè)生命周期全部或部分環(huán)節(jié)的企業(yè)業(yè)務(wù)活動(dòng)(如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售、采購(gòu)、管理等)通過網(wǎng)絡(luò)突破地理空間障礙，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部及企業(yè)間資源共享和制造協(xié)同強(qiáng)調(diào)企業(yè)間的協(xié)作與社會(huì)范圍內(nèi)的資源共享，提高企業(yè)（群）產(chǎn)品創(chuàng)新和制造能力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的低成本和高效率針對(duì)企業(yè)具體情況和應(yīng)用需求，可以有多種不同功能、不同形態(tài)和應(yīng)用模式的網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理支撐分系統(tǒng)(DBS)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化分系統(tǒng)虛擬研究所及網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化敏捷供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)產(chǎn)品虛擬倉(cāng)庫(kù)及網(wǎng)絡(luò)化銷售和定制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備資源共享及制造協(xié)作系統(tǒng)…企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)分系統(tǒng)（PDS）管理信息分系統(tǒng)(MIS)質(zhì)量保證分系統(tǒng)(QAS)制造自動(dòng)化分系統(tǒng)(MAS)…企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)辦公自動(dòng)化分系統(tǒng)(MAS)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支撐分系統(tǒng)(NES)(Internet/Intranet/Extranet/區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng))計(jì)算機(jī)安全管理與控制分系統(tǒng)(ISMC)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)一種網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)：在一定的地域（如省、市、地、縣）范圍內(nèi)，采用官產(chǎn)學(xué)研的組織模式，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（包括因特網(wǎng)和區(qū)域局域網(wǎng)）和數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐下，動(dòng)態(tài)集成區(qū)域內(nèi)的企業(yè)、高校、研究院所及其制造資源和科技資源，進(jìn)而形成一個(gè)開放性的區(qū)域集成制造系統(tǒng)?；贏SP的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式網(wǎng)絡(luò)化制造

總體結(jié)構(gòu)4.制造方法：數(shù)字化1.制造環(huán)節(jié)：集成化2.制造設(shè)備：柔性化3.制造方式：網(wǎng)絡(luò)化4.制造方法：數(shù)字化5.制造過程：智能化（1）什么是數(shù)字化制造？狹義的“數(shù)字化制造”是指將數(shù)字化技術(shù)用于產(chǎn)品的制造過程，通過信息建模和信息處理來改進(jìn)制造過程，提高制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本所涉及的一系列活動(dòng)的總稱。廣義的“數(shù)字化制造”是指將信息技術(shù)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造以及管理等產(chǎn)品全生命周期中，以達(dá)到提高制造效率和質(zhì)量、降低制造成本、實(shí)現(xiàn)敏捷響應(yīng)市場(chǎng)的目的所涉及的一系列活動(dòng)的總稱?！皵?shù)字化”——現(xiàn)代制造系統(tǒng)的核心特征管理數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化生產(chǎn)過程數(shù)字化制造裝備數(shù)字化數(shù)字企業(yè)數(shù)字企業(yè)“四輪”圖（2）數(shù)字化制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)制造裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化管理數(shù)字化生產(chǎn)過程數(shù)字化（3）數(shù)字化制造過程示意圖5.制造過程：智能化1.制造環(huán)節(jié)：集成化2.制造設(shè)備：柔性化3.制造方式：網(wǎng)絡(luò)化4.制造方法：數(shù)字化5.制造過程：智能化（1）什么是智能制造？智能制造(IM—IntelligentManufacturing)是指在制造系統(tǒng)及制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人類專家的制造智能活動(dòng)。智能制造技術(shù)（IMT）是實(shí)現(xiàn)智能制造的各種制造技術(shù)的總稱。智能制造系統(tǒng)（IMS）是基于智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)的制造系統(tǒng)。（2）智能制造系統(tǒng)的定義智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計(jì)算機(jī)模擬的人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，并對(duì)人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、完善、共享、繼承和發(fā)展。（3）智能制造系統(tǒng)的內(nèi)涵智能制造提出在實(shí)際制造系統(tǒng)中以機(jī)器智能取代人的部分腦力勞動(dòng)為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的自組織與自學(xué)習(xí)能力，強(qiáng)調(diào)制造智能的集成，即機(jī)器智能和人類智能的有機(jī)融合。智能制造的核心涵義在于用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的機(jī)器智能來取代或延伸制造環(huán)境中人的部分智能，以減輕人類制造專家部分繁重的腦力勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，并提高制造系統(tǒng)的柔性、精度和效率。人機(jī)一體化的智能集成與融合系統(tǒng)運(yùn)行方式及結(jié)構(gòu)形式上的自組織能力自律能力——搜集與理解自身及環(huán)境信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的自學(xué)習(xí)和自維護(hù)能力（4）智能制造的技術(shù)體系智能網(wǎng)絡(luò)與知識(shí)庫(kù)技術(shù)人工智能技術(shù)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)IMS基礎(chǔ)理論IMS體系結(jié)構(gòu)IMS運(yùn)行模式IMS建模技術(shù)I