先进制造哲理ppt课件

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1、机电工程学院 Tel.:15322234530 e-mail: QQ :695480257,肖曙红,第二章 先进制造哲理、管理技术和生产模式,先进制造技术 Advanced Manufacturing Technology,第二章 先进制造哲理、管理技术和生产模式 Advanced Manufacturing Philosophy, management and Production Model,2,本章主要内容, 先进生产模式概述 成组技术（GT） 计算机集成制造（CIM） 并行工程（CE） 制造资源计划（MRP）与企业资源计划（ERP） 全面质量管理（TQC） 精良生产（LP） 敏捷制造（

2、AM） 智能制造（IM） 可重构制造（M） 低碳制造（LCM),3,先进生产模式,先进生产模式概述 精良生产（Lean Production, LP） 精良生产是对日本丰田公司生产方式的一种描述，其实质是除掉生产活动中的一切 “冗余”，实行准时生产（Just In Time JIT）。 敏捷制造（Agile Manufacturing, AM） 敏捷制造提出 “虚拟企业” 的概念，意在建立柔性化、模块化的设计方法和制造系统的基础上，实现企业内部与外部更广泛的集成，以进一步增强快速响应市场能力和形成竞争优势。 计算机集成制造 (Computer Integrated Manufacturing,

3、 CIM) 计算机集成制造系统CIMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，通过计算机及软件系统，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来。CIMS一词在1974年由美国Joseph Harrington博士提出，80年代初被广泛接受。,4,先进生产模式,制约条件理论（Theory of constraints, TOC） 犹太人物理学家Eliyahu M. Glodratt从 最优生产技术（Optimal Production Technique, OPT）发展形成的理论。系统的一切优化都应该围绕着这个系统的最薄弱的环节进行。以瓶颈工序为中心的生产计划技术，也称为

4、“击鼓、缓冲与绳索(Drum, Buffer, Rope)”方法。瓶颈工序前面设比较大的制品库存，瓶颈工序后面不设在制品库存，瓶颈工序要定期保养，一般工序不追求设备开动率。 绿色制造 (Green Manufacturing, GM) 又称环境意识制造(Environmentally conscious manufacturing, ECM)、面向环境的制造(Manufacturing for environment,MFE)。综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益

5、和社会效益协调优化。类似的概念有清洁生产(Clean Production, CP)。还有一个重要的分支就是再制造工程(Again Manufacturing)。,5,先进生产模式, 智能制造 (Intelligent Manufacturing, IM) 由日本东京大学Hiroyuki Yoshikawa在1989年提出。在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动，对制造问题进行分析、判断、推理、构思和决策。 快速反应制造（Quick Response Manufacturing, QRM) 快速反应（Quick Response，QR）是从

6、美国的纺织服装行业发展起来的。为了快速响应顾客的需求，制造商、供应商和分销商要紧密合作，通过共享信息来共同预测未来的需求，并且持续监视需求的变化以获得新的机会。初期的基本组成：流通管理、产品的快速设计与多样化开发、电子数据交换(EDI)。现在已溶入更多的先进的生产和管理技术。还包括：1)供应链流程再造，如基于价值增值的分销战术、基于时间的配送战术等。2)后勤网络的集成。,6,先进生产模式,网络与虚拟化制造 (Network 系统初步设计; 系统详细设计; 系统实施; 系统运行与维护。,22,计算机集成制造（CIM）,国内外发展简况 美国：不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、

7、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属MRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一CIMS实验系统（见图2-6）。 欧共体：1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究 战略计），在130个合作项目中，关于CIM的项目占28项。 日本：CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当于CIMS实验基地。 新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等：也在积极跟踪和发展CIM技术。,23,计算机集成制造（CIM）,国内发展简况 863计划 目标：跟踪世界高技术最新发展 自动

8、化领域两个主题：1）CIM；2）工业机器人 组织与领导机构（图2-7）：,自动化领域总体战略、分阶段战略部署，对外合作，总经费，年度经费分配，学术领导 具体领导各项工作展开。 专题学术领导，组长由主题专 家组成员担当。,图2-7 863自动化领域组织结构,24,计算机集成制造（CIM）, CIMS 实验工程（CIMSERC） 1987.6 可行性论证 1988.3 通过国家评审 1988.51989.5 总体设计 1989.61992.12 开发实施 1993.3 国家验收 1994年获美国CASA/SME（美国机械工程师协会计算机与自动化系统分会）“University LEADAward”

9、（大学领先奖） 技术原则： 1）包括实际工厂主要功能递推结构； 2）最小配置实际制造环境； 3）采用开放系统概念，多厂家设备（软、硬件）集成； 4）以信息集成为主，不追求机械设备完善； 5) 自顶向下设计与自下而上实现相结合。,25,计算机集成制造（CIM）, 主要组成部分 1）信息系统实验室 清华大学主楼6层，硬件包括：主机+15台计算机（SUN8台，HP4台 ， DEC 3台）+13台国产机 2）制造系统实验室 清华大学精仪系底层，硬件包括：车削MC + 立式MC + 卧式MC + CMM + 清洗站 + 运输小车 3）通讯管道（光缆）约1000m（基于TCP/ IP） 主要成果 1）基于

10、 OSAM* 模型的 DBMS，建立了九个共享数据库； 2）开发了计算机局网监控、测试软件，完成了 TCP/ IP向MAP/ TOP 的过渡； 3）一体化仿真支持软件原型系统； 4）系统设计软件工具 IDEF0； 5）单元控制技术。,26,计算机集成制造（CIM）, CIMS专题研究 1）CIMS总体设计与集成技术 2）CIMS发展战略与结构体系 3）CIMS软件工程与标准化 4）集成产品设计自动化系统 5）集成工艺设计自动化系统 6）集成制造自动化系统 7）CIMS管理与决策支持系统 8）CIMS集成质量控制系统 9）CIMS网络与数据库系统 10）CIMS基础理论方法 CIMS应用工厂（原

11、规划） 重点应用工厂（4家）；半紧密型应用工厂（8家）；松散型应用工厂（100家）,27,2.3 并行工程 Concurrent Engineering (CE),28,并行工程（CE）,并行工程 （ Concurrent Engineering , CE）定义 1988年，美国国防部防卫分析研究所（IDA）R338 报告： 并行工程（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的工作模式。这种工作模式力图使开发者在开始设计时就考虑到产品全生命周期（从概念形成到产品报废）中所有的因素，包括质量、成本、进度与用户需求。并行工程又名“并行 设 计 Conc

12、urrent Design” 和 “ 同 步 工 程 Simultaneous Engineering” 注：支持过程 包括对制造过程的支持（原材料的获取,中间产品的库存，工艺过程设计，生产计划制定）和使用过程的支持（产品销售，使用维护，售后服务，产品报废后的处理）,29,并行工程（CE）,CE哲理的形成来自许多人的好的思想 包括：目标小组（Target Teams） 协同工作（Team Work） 产品-驱动设计（Product-Driving Design） 全面质量管理（TQC） 连续过程改进（CPI） 其中，影响最大的当属美国国防部“高级项目研究局”（DARPA）从1982年开始研究的

13、在设计中改进并行度的方法，直至 1988 年发表了著名的 R338 报告。,30,并行工程（CE）,CE与CIM具有相同的背景 CE 与 CIM 的目标都是为了赢得市场竞争，着眼点均为“TQCSE”。随着市场竞争的日趋激烈，“TQCSE”五要 素中“T”变的越来越重要，减小新产品开发周期成为“TQCSE”的“瓶颈”。 CIM 着眼于信息集成与信息共享，通过网络与数据库将自动化孤岛集成起来。但生产过程的组织结构与管理仍是传统的，独立、顺序进行。生产管理者在信息集成的基础上，对整个生产进程有清楚的了解，从而可以进行有效的控制，并最终在TQCSE上取得成功。,31,并行工程（CE）,当新产品开发成为

14、赢得竞争的主要手段后，单纯集成已不够。按顺序方法开发产品常需要多次反复，不仅延误了时间，而且在资金上也造成巨大浪费。,图2-9 顺序方法开发产品的弊端,32,并行工程（CE）, 例：椐 Menter Graphics 公司报告，该公司研制印刷电路板一般需经 5 轮原型（Prototype）才能定型，每轮耗费26 万美元。 又例：椐罗马航空公司的报告，该公司在软件开发中的隐藏错误 在需求分析阶段检出将损失 $ 450 在程序设计阶段检出将损失 $ 1150 在程序调试阶段检出将损失 $ 2300 在程序使用阶段检出损失将不可估量 为了减小产品开发周期，提高质量，降低成本，设计者在进行设计时应充分

15、考虑下游制造过程和支持过程。,33,并行工程（CE）,顺序方法与并行方法 （图2-10）,图2-10 串行与并行方法,34,并行工程（CE）,CE 基本方法与效益 CE的核心是产品及其相关过程（加工工艺、装配、检测、质量控制、销售、售后服务）设计的集成。 CE依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员相互合作，相互信任和共享信息，通过彼此间有效地通讯和交流，尽早考虑产品全生命周期中的各种因素，尽早发现和解决问题，以达到各项工作协调一致。 CE方法有别于传统的强调“分工”的管理方式，是一种在更深层次上的集成（人、技术、管理的集成；产品设计及其相关过程设计的集成）。 效益：缩短新产品开发周期：4060

16、%；提高设计质量，早期生产中工程变更次数减小一半以上；产品报废及反复工作减小75%；制造成本下降：3040%。,35,并行工程（CE）,实施CE的主要方面 组织方面： 公司传统“文化”不支持 CE，必须改变 实施 CE 的主要形式是“产品开发组”： 小组有权进行决策；小组有明确的责任；小组由不同专业人员组成；小组成员要充分交流信息，协同工作。 “产品开发组”规模视产品及开发过程的复杂程度而定 任务级：产品有一个主要单元，只需少数几个人； 项目级：产品有多个单元，只需单个专业可完成； 计划级：产品较复杂，需多个专业组完成； 企业级：产品更复杂，需多个专业形成产品开发组完成 为便于工作，小组人数通常为 8 12 人。 领导是关键。,36,并行工程（CE）, 支持并行运营的企业矩阵式组织形式,37, 设施方面： 主要指由计算机、网络、数据库组成的通讯基础设施 （CI Communication Infrastruc