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1、先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先进制造系统 Advanced Manufacturing System 华北电力大学 戴庆辉 主编 机械工业出版社,先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先 进 制 造 系 统 主 编 戴庆辉 副主编 张新敏 王卫平 参 编 张文建 杜必强 周宏明 胡开顺 叶 锋 慈铁军 付培红 主 审 张根保,先进制造系统,第 1 章 先进制造系统总论 第 2 章 先进制造系统基本原理 第 3 章 先进制造模式 第 4 章 先进设计技术 第 5 章 先进制造装备及技术 第 6 章 先进制造工艺技术 第 7 章 绿色设计与制造 第 8 章 典型产品的制造系统
2、 第 9 章 制造系统展望,第1章 先进制造系统总论,1.1 制造与制造业的概念 1.2 制造业的发展与作用 1.3 我国制造业的现状 1.4 产品生命周期 1.5 先进制造系统的概念 1.6 先进制造模式的概念 1.7 先进制造技术的概念 1.8 制造工程学科 1.9 案例：全球制造业向中国转移,1.5 先进制造系统的基本概念,1.5.1 系统的定义与特性 1.5.2 制造系统的含义 1.5.3 先进制造系统的定义 1.5.4 先进制造系统的演化 1.5.5 先进制造系统的特点,1.5.1 系统的定义与特性,1. 系统的定义 2. 系统的特性,1.5.1 系统的定义与特性,1. 系统的定义
3、系统（system）是具有特定功能的、由若干相互联系的要素组成的一个整体。 例 机床、夹具、刀具、工件和操作人员组成一个机械加工系统，其功能是改变工件形状和尺寸。,1.5.1 系统的定义与特性,2. 系统的特性 1）集合性 由两个或两个以上的要素构成。 2）层次性 要素之间都是有层次的组合。 3）有界性 具有与外界联系的边界，可辨别。 4）相关性 各要素按一定关系互相联系和制约。 5）整体性 各要素不能缺省。彼此有机地结合成一个整体，并体现综合性的整体功能。 6）目的性 功能是系统存在的目的。 7）环境适应性 为了维护有序性，必须与环境发生物质、能量和信息的交换，进行新陈代谢，以适应环境的变化
4、。 8）不可逆的生命周期性 任何一个系统都有一个从孕育到死亡的生命周期，且这个生命周期是不可逆的。,1.5.2 制造系统的含义,一个典型的制造企业（工厂） 一个完整意义的制造系统 （Manufacturing System） 1.制造系统的3个定义 2.理解制造系统的3个方面 3.制造单元,1.5.2 制造系统的含义,1.制造系统的3个定义 定义1 制造系统是制造业中形成制造生产（简称生产）的有机整体。在机电工程产业中，制造系统具有设计、生产、发运和销售的一体化功能。 国际生产工程学会（CIRP）1990年,1.5.2 制造系统的含义,1.制造系统的3个定义 定义 2 制造系统是一个复杂的、可
5、辨别的动态实体。它由为“把原材料变换成所需的有用产品”这一目的而进行不同特征活动的一些相互关联、相互依赖的子系统所组成。其整体活动（生产活动）能保持稳定性，并能适应市场变化等外界影响。 华中理工大学李培根教授1998年,1.5.2 制造系统的含义,1.制造系统的3个定义 定义 3 制造系统是由制造过程所涉及的硬件、软件和人员所组成的、通过资源转换以最大生产率而增值的、经历产品生命周期过程的一个有机整体。,1.5.2 制造系统的含义,2.理解制造系统的3方面 在结构上，制造系统是由制造过程所涉及的硬件、软件和人员所组成的有机整体，图1-16。 在功能上，制造系统是一个通过资源转换以最大生产率而使
6、资源增值的输入输出系统. 在过程上，制造系统是制造活动所经历的产品生命周期的全过程，这个制造全过程的主要环节如图1-17所示。,1.5.2 制造系统的含义,1.5.2 制造系统的含义,1.5.2 制造系统的含义,3. 制造单元 制造系统是由各种制造单元构成的。 制造单元是指具有某一制造功能的单元， 是组成制造系统的基本要素。 制造单元的类型：装配、加工、储存、 传输、检测、控制 等。 制造单元的3个特点： 独立性（独立运行）； 并行性（并行决策）； 灵活性（分布控制、快速响应和适应调整）等。,1.5.3 先进制造系统的定义,不同的社会生产力水平，不同的市场需求和社会需求，使得制造系统的目标与具
7、体实现技术不尽相同。因此，制造系统并没有一个固定模式。 为了指导制造工程实践，人们把制造系统分为先进的和常规的（普通的或传统的）两大类（图1-18）。 先进制造系统（Advanced Manufacturing System，AMS）的先进性是相对的，它会随着时代与科技的发展而变化。,1.5.3 先进制造系统的定义,1. 先进制造系统 的定义 （Advanced Manufacturing System，AMS） 先进制造系统 是在时间、质量、成本、服务和环境诸方面很好地满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好社会效益，达到整体最优的制造系
8、统。 AMS包含若干单元制造技术群和多种制造模式。 AMS必须是一个整体的概念，是任何一项具体的制造技术或制造模式所难以替代的。,1.5.4 先进制造系统的演化,表1-3 制造系统运作空间和柔性范畴的演变,1.5.4 先进制造系统的演化,续表1-3 制造系统运作空间和柔性范畴的演变,1.5.4 先进制造系统的演化,表1-4 传统制造系统与先进制造系统的比较,1.5.4 先进制造系统的演化,续表1-4 传统制造系统与先进制造系统的比较,1.5.5 先进制造系统的特点,2. 先进制造系统的特点 时间第一 产品开发周期显著缩短，上市时间更快 满意质量 质量的完整概念是顾客的满意度。 对质量更全面理解
9、：可用、实用、耐用、好用。 分集并存 分布范围更广，是全球范围的分布；集成化程度更高，包括4个因素：信息、技术、管理、人。 以人为本 从以技术为中心向以人为中心转变 扁平组织 从多层金字塔结构向扁平的网络结构转变 柔性更高 技术、管理、人员、组织和经营上的柔性。 模块拼合 产品模块化被推广到AMS的组织结构 关注环境 提倡绿色产品，实施清洁生产， 推行ISO 14000系列标准，保护环境。,1.5 END,1.6 先进制造模式的概念,1.6.1 制造模式的概念 1.6.2 制造模式的演化 1.6.3 先进制造模式的定义 1.6.4 先进制造模式的特点,1.6.1 制造模式的概念,1. 模式的含
10、义 2. 制造模式的含义 3. 制造模式与制造哲理,1.6.1 制造模式的概念,1. 模式的含义 模式（mode）是某种事物的标准形式 或使人可以照着做的标准样式。 它作为术语，在不同的学科有不同的涵义。 社会学，它是研究社会现象的理论图式和解释方案， 也是一种思想体系和思维方式，如进化模式、冲突模式。 心理学，它是信息加工的过程，或适应环境的行为方式。 系统和模式是密切相关的。 模式是系统的标准形式或方式，尤指典型式样或样板。 因为 模式是众多同类系统模仿的“典范”， 所以 它应该全面反映系统的各个方面。,1.6.1 制造模式的概念,2. 制造模式的含义 制造模式（Manufacturing
11、 mode）是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的模式。 体制是企业在机构设置、产权关系安排和管理权限划分等方面的体系、制度、方法、形式等的总称； 经营是组织企业内部资源去争夺市场机遇的策略； 管理本质上是一种控制与协调的手段； 组织是为了某一共同目标按照规则所构成的一种责权结构安排和人事安排。 通常把体制、经营、管理和组织的有关内容统称为经营管理或管理。,1.6.1 制造模式的概念,制造模式是制造企业经营管理方法的模型， 是提供关于制造系统通用的和全局的“样板”。 是“制造系统实现生产的典型方式”。 制造模式与管理的区别是： 制造模式是制造系统某些特性的集中体现， 也是制
12、造企业所有管理方法与工程技术融合的结晶。 管理是学术界的一门学科， 也是企业界的一项职能。 制造模式是表征制造企业管理方式和技术形态的一种状态， 管理是面向一切组织的一种过程。,1.6.1 制造模式的概念,3. 制造模式与制造哲理 制造模式的基础是制造哲理。 制造模式与制造哲理构成了制造技术发展的软环境。 制造哲理（Manufacturing philosophy） 是关于制造系统的世界观， 是客观制造系统在人脑中的主观影像， 也是人们设计或改造制造系统时所依据的 基本概念、原则、思想和理论。 制造模式则是制造哲理在制造系统中的反映， 它反映制造系统在运行过程中所遵循的规律。 因此，应避免重视
13、制造技术而忽视制造模式的倾向。,1.6.2 制造模式的演化,1. 制造模式的发展过程 2. 制造模式的发展特点 3. 制造模式的影响因素,1.6.2 制造模式的演化,1.制造模式的发展过程 从20世纪90年代中期，人们从众多的国内外制造企业实施CIMS的实践中，认识到了制造模式的重要性，形成了先进制造模式的概念，目前有不少文献把制造模式当作系统管理技术来称谓。 制造系统的发展历史，就是制造模式的更新过程，图1-19。 更新制造模式，是为了改善制造系统的柔性和生产率。 柔性 制造系统对市场变化作出快速响应的有效能力。 生产率 是单位时间内生产的产品数量。,1.6.2 制造模式的演化,农业社会阶段
14、，手工作坊的制造模式，柔性好，但生产率低。 工业社会阶段，大批量生产的刚性制造模式，生产率高。 20世纪后半叶，刚性制造模式逐渐被柔性制造模式所替代。 近30年来，出现了多种新型制造模式。,1.6.2 制造模式的演化,2. 制造模式的发展特点 动态性，它是不断发展更新的； 继承性，新的制造模式是在旧模式的基础上发展形成的； 多样性，在同一历史时期可能会存在多种制造模式； 重叠性，同一时期并存的各种制造模式具备许多相同或类似的概念、原理和技术。,1.6.2 制造模式的演化,3. 制造模式的影响因素 (1）社会生产力的水平 (2）AMT的应用 (3）市场需求的变化 (4）社会需求的变化,1.6.2
15、 制造模式的演化,3. 制造模式的影响因素 (1）社会生产力的水平 制造系统采取和发展何种制造模式，很大程度上取决于社会生产力的水平，包括社会的经济水平、科学文化水平、技术应用的整体水平等。新的制造模式的出现实际上是生产力发展的产物。例如，网络化信息时代的到来产生了敏捷制造模式；传感器技术和人因工程学的发展使虚拟制造模式成为可能。发达国家和发展中国家所采取的制造模式不能完全相同，必须根据生产力的实际水平采取合理的制造模式，不能看到某种制造模式在某地产生了很高的效益就盲目照搬。,1.6.2 制造模式的演化,3. 制造模式的影响因素 (2）AMT的应用 制造技术常常是为了解决制造系统中出现的技术需求而产生的。而AMT的应用则必须在与之相适应的制造模式下才能收到实效，因此导致了制造模式的变化。例如，制造自动化单元技术的产生并发展到一定阶段后，导致CIM哲理和系统的出现，即单元自动化技术必须在信息集成的环境中才能发挥更大效益。,1.6.2 制造模式的演化,3. 制造模式的影响因素 (3）市场需求的变化 市场需求是制造模式变化的一个主要原因。市场需求包括顾客对产品的种类需求、质量需求、
