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1、,第四节 自动化发展及趋势,一、制造业的产生与发展历史 制造业的历史就是不断改善和提高人们生活水平和标准的历史。但是，在最初的几千年里，这种改善和提高是小而缓慢的。,手工工具,进入石器时代，此时人类开始学习如何使 用手工工具，这种使用工具的能力标志着人与 动物的区别。此时的制造业可以说是一种手工 的、分散的、单件的、低级的方法。此时的制 造水平低下，技术与管理没有明显的分工。,工业革命时代,工业革命时代（18世纪下半叶），从瓦特,发明蒸汽机到机床的发明，这些都是工业革命 的产物。它们扩大了人的工作动力和提高了精 确性，能生产出更好更多的东西，人类社会的 生产力急剧增长，价廉而又质佳的工业产品代
2、 替了手工产品。但产品仍是用手工操作的机床 制造的。,E. Li. Whitney发展了零件的互换性，,给制造业带来了另一次很主要的改善，模具 和量具的使用发展了可互换的制造业。 此时的制造技术略有提高，管理技术为亚 当.史密斯（Smith）提出的“劳动分工原 理” ，强调按专业化分割，对经营过程实施 严格控制。,可互换的制造业,刚性自动生产线,二十世纪初福特（Ford）建立的流水线生产 方式，开始了刚性自动生产线和装配线的历 史。直到二十世纪四十年代末，人们通过设计 各种高效的自动化机床，并用自动物料输送装 置将单机连接起来，形成了以单一品种、大批 量生产为特征的成熟的刚性自动化生产方式。,
3、科学管理,随着制造规模的扩大，制造过程中涉及人 员的增多，美国工程师泰勒（F. W. Taylor） 提出了“科学管理”的理论，强调企业内部专业 分工，形成了企业内部的各个职能部门，阿尔 弗雷德.斯隆（Alfred Sloan）将其用于通用 汽车公司的组织与经营管理，形成了层层上报 的金字塔组织结构，加强了部门管理。,大量生产,制造业的大量生产和科学管理，使工业产 品更多、更好和更便宜。这时制造技术与管理 技术有了明显的区别与分工。但由于改变制造 系统的费用很高而限制了产品品种的发展。,石器 时代,手工工具 单 件,工业 革命,机床、互换性,模具、量具 单件、小批量,制度化管理,二十世纪 上半
4、叶,自动机床,刚性自动生产线 大批量、品种单一,科学管理 专业分工,二十世纪五十年代前制造业发展过程,计算机技术在制造业的应用,进入二十世纪五十年代后，随着计算机技 术的发展，制造业发生了第三次飞跃。 1952年美国麻省理工学院（MIT）成功研 制出第一台数控（NC，Numerical Control） 机床。,柔性制造系统,随着数控技术及计算机技术的发展，为了 满足不同人的不同需要，在生产中引入柔性制 造系统，随后涌现出一大批新的制造方法。,现代制造技术,随后相继出现了计算机数字控制（CNC，,Computer Numerical Control）、直接数字控 制（DNC，Direct Nu
5、merical Control）、计 算机辅助制造（CAM）、计算机辅助设计,（CAD）、工业机器人（ROBOT）、计算机辅助 工艺规程编制（CAPP）、柔性制造系统,（FMS，Flexible Manufacturing System）、 智能制造（IM，Intelligent,Manufacturing）和虚拟制造（VM，Virtual Manufacturing）等新技术。,现代管理技术,同时，基于亚当.史密斯和泰勒两种理论,的经营管理模式已不再适应新的制造技术的发 展，企业的生产管理技术不得不发生很大变 化，先后出现了成组技术（GT，Group,Technology）、全面质量管理（T
6、QM）、管理 信息系统（MIS）、物料需求计划（MRP）、制 造资源计划（MRPII，Manufacturing Resources Planning）、,企业资源计划（ERP，Enterprise,Resources Planning）、准时生产（JIT， Just-In-Time）、精益生产（LP，Lean Production）、经营过程重组（BPR，,Business Process Reengineering）、企业过 程重组（EPR，Enterprise Process,Reengineering）、计算机集成制造系统 （CIMS，Computer Integrated,Manuf
7、acturing System）、现代集成制造系统 （CIMSII，Contemporary Integrated Manufacturing Systems）、,现代管理技术,并行工程（CE，Concurrent,Engineering）、面向X的设计DFX（DFM、 DFA、DFC、DFE等）、质量功能配置（QFD， Quality Function Deployment）、敏捷制造 （AM，Agile Manufacturing）等。此时，制 造技术与管理技术已经逐渐融合为一体，如 CIM、CE等。,发展的总体趋势,进入二十世纪九十年代后期，随着市场,的变化和网络信息技术的发展，制造业又
8、进入 了一个新的发展时期信息化时代，发展的 总体趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网 络化、制造虚拟化、制造智能化、制造绿色 化。,二十 世 纪 五十 年 代,NC、CNC、DNC、CAM、 CAD ROBOT、CAPP、 FMS、IM、VM GT、TQM、MIS、MRP、 MRPII ERP、JIT、LP、 EPR、CIMS、CE,21 世 纪,虚 拟 化、 智 能 化、 绿色 化 全 球 化、 敏 捷 化、 网络 化,AM、 CIMSII 图2 二十 世 纪五十 年 代 后 制 造 业 的 发展,制造战略的变迁,近年来，由于市场竞争的加剧和科技进步 的推动，制造企业正经历着一场重大变革。一
9、 方面，随着经济的发展，人们生活水平的提 高，产品消费节奏明显加快，全球一体化的市 场使得消费者更具有选择性，批量生产的产品 逐渐为个性化、多样化的产品所取代，客户 化、小批量、快速交货的要求不断增加，导致 市场的动态多变；,专家预测，21世纪企业竞争的焦点可能会 集中在以下四个方面: 如何提高产品的知识 含量，使开发出的新产品有特点，科技含量 高。如何满足趋于个性化的用户需求，使生 产有柔性。市场全球一体化，全世界对市场 的共同拥有导致竞争更加激烈。必须更多地 考虑环境问题。,制造战略的变迁,市场的动态多变、科技的发展和日益严重 的环境问题，所有这些因素都促使制造企业改 变策略。制造企业的经
10、营战略从50年代和60年 代的“规模效益第一”，经过70年代和80年代 “价格竞争第一”和“质量竞争第一”，发展到90 年代的“市场响应速度第一”。,制造战略的变迁,今天，任何一个企业要想获胜，取得较大的市场份额，必须具备以下五种能力： 时间竞争能力Time-T)，产品上市快，生产周期短，交货及时； 质量竞争能力(Quality-Q)，产品不仅可靠，而且使用户各方面都满意，包括售后服务(Service-S)质量； 价格竞争能力(Cost-C)，产品的生产成本底，价格适中； 创新竞争能力(Creation-C)，产品有特点，生产有柔性，知识和技术含量高。 满足环保要求能力(Environment
11、-E)，考虑产品生命周期（Product LifeCycle，PLC）所有过程对环境的影响。,制造战略的变迁,二十 一 世 纪 ：TQCSE 九 十 年 代 ：市 场 响 应 速 度 八 十 年 代 ：产 品 质 量 第 一 七 十 年 代 ：生 产 成 本 第 一 六 十 年 代 ：生 产 规 模 第 一 五十 年 代 ：生 产 规 模 第 一,图3 制 造 企 业 经 营 战 略 的 变 迁,现代集成制造,面对创新这一企业发展的永恒主题，几十年来，制造企业和研究机构进行了不遗余力的努力。,早期的创新主要集中在提高设计自动化水平(如CAD、CAE、CAPP、CAM)、加工制造自动化水平(如N
12、C、CNC、工业机器人、DNC、FMS)和管理与决策的自动化水平（如MIS、MRP、MRPII、CAQ）等单元和专门技术的研究中，这些技术的研究导致制造企业内部信息和数据间不该有的矛盾和冗余，进而出现了许多自动化“孤岛”。,解决孤岛问题的研究促使计算机集成制造系统 （CIMS）及其相关技术的蓬勃发展，但CIMS开 始阶段的研究主要偏向异构环境下的信息集 成，并且过多地从技术角度强调企业的高技术 和自动化要求，而对企业内部组织和管理重视 不够。,现代集成制造,随着研究的深入，人们越来越认识到在解 决“孤岛”问题中人/组织、经营管理和技术手 段三者相结合的重要性，于是产生了所谓现代 集成制造系统（
13、Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）思想 。,现代集成制造,现代集成制造技术是一种组织、管理与运行企 业的哲理。它将传统的制造技术与现代信息技 术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等 有机结合，借助计算机（软、硬件），使产品 全生命周期市场需求分析、产品定义、研 究开发、设计、制造、支持（包括质量、销 售、采购、发送、服务）以及产品最后报废、 环境处理等各阶段活动中有关的人/组织、经 营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值 流有机集成并优化运行，,现代集成制造,实现企业制造活动中的计算机化、信息,化、智能化、集成优化，以达到产品上市快、 高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企 业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场 竞争。,现代集成制造,
