第3章 先进制造模式

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1、,第 3 章 先进制造模式,3.1 制造模式的类型与作用 3.2 并行工程（CE） 3.3 敏捷制造（AM） 3.4 可重构制造（RM） 3.5 大量定制（MC） 3.6 成组技术（GT）,3.7 精益生产（LP） 3.8 计算机集成制造（CIM） 3.9 虚拟制造（VM） 3.10 网络化制造（NM） 3.11 智能制造（IM） 3.12 几种制造模式的比较,3.1.1 制造模式的类型 3.1.2 制造模式的作用,3.1 制造模式的类型与作用,1. 按制造过程可变性分类 2. 按信息流和物流运动方向分类 3. 按制造过程利用资源的范围分类,3.1.1 制造模式的类型,(1)刚性制造模式 (2

2、)柔性制造模式 (3)可重构制造模式,1. 按制造过程可变性分类,几乎没有 中等 最大,3.1.1 制造模式的类型,一般采用自动流水线，包括物流设备和相对固定的加工工艺，适应于大批量、少品种。,(1)刚性制造模式,特征：实现从设计、加工到管理的标准化和专业化生产；采用移动式的装配线和高效的专用设备，工序分散，节拍固定；实行厂内自制管理，纵向一体化组织结构；劳动分工很细；对市场和用户需求的应变能力较低。,3.1.1 制造模式的类型,优点：生产率高，设备利用率高，产品成本很低,(1)刚性制造模式,缺点：投资大，设备不灵活，只能加工一种零件，或几种相似零件。若要改变产品品种，则需对自动流水线作较大改

3、动，投资和时间的耗费很大。,3.1.1 制造模式的类型,特征：工序相对集中，没有固定的节拍，物料的非顺序输送；将高效率和高柔性融于一体，生产成本低；具有较强的灵活性和适应性。,(2)柔性制造模式,单机柔性：采用单台数控机床来解决小批量、多品种的问题。 系统柔性：结合自动流水线与数控机床的特点，将数控机床与物料输送设备通过计算机联系起来，形成一个“柔性制造系统”，来解决中等批量、中等品种的制造问题。,3.1.1 制造模式的类型,特征：制造系统可按功能划分为若干制造单元。不管是加工系统、信息流，还是工件流和刀具流，或是组织机构和产品结构，所分单元即为模块。RMM是指将各种模块加以标准化，从标准化的

4、模块中选出若干模块，以组成适合不同用户要求的制造系统。,(3)可重构制造模式(RMM),3.1.1 制造模式的类型,2. 按信息流和物流运动方向分类,(1)拉动式制造模式 （LMM/LP) (2)推动式制造模式 (IMM/MRP),3.1.1 制造模式的类型,2. 按信息流和物流运动方向分类,图3-1 拉动式生产与推动式生产 a)推动式 b)拉动式,使用安排,生产安排,使用安排,生产安排,a),b),推动式生产:MRP 拉动式生产:精益生产,3.1.1 制造模式的类型,3.1.1 制造模式的类型,2. 按信息流和物流运动方向分类,2. 按信息流和物流运动方向分类,3.1.1 制造模式的类型,(

5、1)集成制造模式 (2)敏捷制造模式 (3)智能制造模式,3. 按制造过程利用资源的范围分类,3.1.1 制造模式的类型,以计算机网络和数据库为基础，试图利用计算机软硬件将企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等全部制造活动集合成一个综合优化的整体。集成的含义主要在于企业内部的信息集成与人员集成。,(1) 集成制造模式(IMM),3.1.1 制造模式的类型,IMM通常称为计算机集成制造(CIM)。,CIM作为一种制造思想，包括4个基本观点： 信息集成； 整个制造过程是一个系统； 以人为本； 动态发展，CIM是一种理想状态，是一个无限追求的目标。,由CIM构成的制造系统称为计算机

6、集成制造系统(CIMS) 。CIM是一种制造哲理，CIMS是CIM制造哲理的具体体现。,3.1.1 制造模式的类型,(1) 集成制造模式(IMM),宗旨是使制造系统对市场有快速响应的能力，不以大幅度提高成本为其代价。强调企业间的紧密联系，以便共同尽快地最大限度地满足用户需求的变化。,(2)敏捷制造模式(AMM),敏捷性体现在： 企业管理模式要适应持续变化的市场； 为快速反应抓机遇，要求公司共担风险； 由用户来评价产品质量； 以合理的费用满足市场需求。,3.1.1 制造模式的类型,实现AMM的必要条件： 高柔性、可重组的自动化加工设备。 标准化的、易维护的信息网络系统。 人因的发挥和管理机构改革

7、。,3.1.1 制造模式的类型,(2)敏捷制造模式(AMM),是人工智能（AI）技术广泛应用于制造领域和响应制造活动全球化趋势的结果。它不仅强调信息集成，更强调知识集成。,(3)智能制造模式(IMM),知识集成是比信息集成水平更高的集成。工厂的设计、生产和管理等过程中隐含着大量的知识，而且各职能部门的工作是相互联系的，因此存在着知识共享。有些工作需要不同领域专家协同完成，故知识的协同也是非常重要的问题。,3.1.1 制造模式的类型,智能不仅体现在知识的处理上，还体现在感知手段上，对于加工技术而言，感知手段尤为重要。缺乏智能感知手段，就难以实现智能制造。鉴于知识集成的困难，要开发出不受环境和国家

8、限制、彼此合作的智能系统来，必须利用全球的智力资源。 。,3.1.1 制造模式的类型,(3)智能制造模式(IMM),制造模式 1. 提高制造系统的市场竞争力 2.提高制造技术的有效性 3. 制造模式拓宽企业资源增值的途径,3.1.2 制造模式的作用,从零件制造过程的时间分配可以清楚看出制造模式对提高系统效益的作用。,1. 制造模式提高制造系统的市场竞争力,工件在系统中的“通过时间” 主要由四部分构成：即加工准备时间、加工时间、排队时间和传送时间。见图3-4。,3.1.2 制造模式的作用,实际上只有总时间的1.5%用于切削加工。因此，一味提高切削速度，缩短加工时间并非上策。采取缩短加工辅助时间、

9、改变制造模式（如成组制造）、改进组织管理等措施，更容易取得成效。,3.1.2 制造模式的作用,1. 制造模式提高制造系统的市场竞争力,3.1.2 制造模式的作用,2. 制造模式能够提高制造技术的有效性,例如，一个企业要采用CAD/CAM并获得实效，就需要对企业现有的生产组织和运作方式进行调整，而实践证明这是不容易的，需要时间才能获得进展。CAD和CAM属于制造系统的单元自动化技术。而单元自动化技术必须在信息集成的环境中才能发挥更大的效益。因此，导致计算机集成制（CIM）哲理和模式的出现，形成计算机集成制造系统（CIMS）。总之，为获取企业投入的优化增值，制造技术与制造模式需要互相匹配。,从资源

10、增值来认识不同类型制造模式的作用 刚性制造主要是利用人力、物力和财力资源； 柔性制造则开始较大规模地开发利用信息资源； 可重构制造是实现社会资源与企业资源优化配置的新模式； 精益制造是要彻底挖掘资源潜力； 集成制造是通过物料流和信息流的集成来全面开发利用企业内部的知识和信息资源； 敏捷制造是基于柔性技术的全球资源共享与优化配置； 智能制造追求实现智力资源全球利用无障碍,3. 制造模式拓宽企业资源增值的途径,3.1.2 制造模式的作用,3.2 并行工程（CE）,3.2.1 CE的发展 3.2.2 CE的原理 3.2.3 案例：CE在新舟 60飞机中的应用,并行工程（Concurrent Engi

11、neering，CE ）,传统的串行方式存在弊端,开发过程：市场调研产品计划产品设计试制样机修改设计工艺准备正式投产,3.2.1 CE的发展,20世纪80年代中期，制造业商品市场发生了根本性变化,企业赢得市场竞争的关键是其能否快速响应市场需求，迅速开发出满足用户需求的新产品，并尽快上市。,1988年美国防御分析研究所（IDA）提出了概念。,缺点：设计改动量大、产品开发周期长，产品成本增加,3.2.2 CE的原理,CE的定义 CE的特点 CE 的关键技术,CE的定义,CE是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑

12、到产品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。,3.2.2 CE的原理,CE的特点,设计人员的团队化 （图3-5）,设计过程的并行性（图3-7、8）,设计过程的系统性,3.2.2 CE的原理,设计过程的快速“短”反馈,CE的特点,3.2.2 CE的原理,概念设计,详细设计,工艺设计,原型制造与测试,正式生产制造,频繁反馈,串行开发过程,下游对上游的支持信息,概念设计,详细设计,工艺设计,原型制造与测试,正式生产制造,并行开发过程,缩短上市时间,图 3-8 串并行开发过程的对比,3.2.2 CE的原理,CE的特点,3.2.2 CE的原理,CE 的关键技术,产品开发过程的建模、分析

13、与集成技术。,多功能集成产品开发团队。,协同工作环境。,数字化产品建模。,3.2.2 CE的原理,3.2.3 案例：CE在新舟60飞机中的应用,西安飞机工业公司（XAC）与西北工业大学合作，运用CE模式对其所生产的新舟60飞机内装饰部分进行改进设计与制造。 飞机内装饰工作包括机内外露部分的布局、结构、造型、选材、色彩以及驾驶舱、客舱、货舱、生活设施等。除满足使用功能要求外，更多地考虑美观和舒适。,团队式工作：成员主要来自市场、设计、工艺、生产技术准备、制造、采购、销售、维修、服务等部门，有时邀请用户、供应商和协作厂的代表。,3.2.3 案例：CE在新舟60飞机中的应用,数字化建模,3.3 敏捷

14、制造（AM）,1988年美国通用汽车公司和里海大学工业工程系共同提出了敏捷制造构想。 AM意指制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效和协调的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性。,敏捷制造（Agile Manufacturing，AM）,虚拟制造技术 是AM模式区别于其他制造模式的另一个显著特征。,AM的特征,敏捷虚拟企业组织形式 这是AM模式区别于其他制造模式的显著特征之一。,利益共享风险共但,相互信任长期互惠,货比三家以质论价,3.4 可重构制造（RM）,可重构制造Reconfigurable Manufacturing,系统构形：是指系统在给定条件下的

15、一个确定的物理形态或抽象概念模式。,系统重构（Reconfiguration）：也称为重组或重配置，是系统从一种构形向另一种构形的转移。 可重构系统：能够进行构形变化的系统。 可重构性（Reconfigurability）：进行可重构能力。,重构：重新构造系统的结构及重新组合系统的功能 物理重构可能需要从系统外引入新的构件，或从系统中移出已有构件，或用一个构件替换另一个构件 逻辑重构保持己有系统构件不变而改变生产作业计划 重组：重新组合，不必从系统外引入新的构件。,3.5 大量定制（MC）,Mass Customization，MC,根据顾客的个性化需求，以大量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产模式。,图3-14 大量定制的经济性 1大量生产成本曲线 2大量定制成本曲线3客户愿支付的价格 4大量生产净利润（规模经济性） 5大量定制净利润（范围经济性）,小 中 大 （批量 ）,产品单价,MC的实施策略,采用推动式和拉动式供应链的整合模式。,MC的实施策略,戴尔公司的订单定制和网上直销,Dell通过电话或Internet与顾客直接交互，并生产出顾客自己定制的产品。“每台计算机都是按订单生产，但从