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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 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,3.10.1 NM的发展 3.10.2 NM的原理 3.10.3 案例：重庆华洋 与深圳模具NM的应用,3.10 网络化制造（NM）,3.10.1 NM的发展,经济全球化、因特网技术和先进制造技术的发展对网络化
3、制造的产生有直接的影响，如图3-36所示。网络化制造(Networked Manufacturing，NM）是需求和技术的双轮驱动结果。,3.10.1 NM的发展,网络技术促进NM的产生和发展的原因是： 网络技术可以使一个企业内部的生产各个环节紧密联接，统一考虑；也可以使分布在世界各地的企业生产的各个相关环节紧密连接，统一考虑。 将整个生产过程的实质看作是一个数据采集、传递和加工处理的过程，那么网络技术可以在其中发挥很大作用。通过网络，可以进行大量的、大范围的、实时的数据采集；通过网络，可以进行大量数据的远程传递；通过网络，可以对数据进行异地协同处理。,3.10.1 NM的发展,随着经济全球化
4、和信息技术高速发展，国际上越来越多的制造企业不断地将大量常规业务外包给一些发展中国家的企业，只保留最核心或关键的业务（如市场、关键系统设计、系统集成等）在本公司内进行。 例如，美国波音飞机公司开发波音747客机采用了网络化制造模式。客机的关键系统设计、系统集成、总装配、销售等核心业务在公司本部完成，客机制造所需的400多万个零部件中的绝大部分是由分散在世界65个国家的1500多个大型企业和15000多个中小型企业负责生产提供的。,1. NM的概念 2. NM的特点 3. NMS的关键技术 4. NMS的实施、运行和维护,3.10.2 NM的原理,3.10.2 NM的原理,网络化制造（NM）是指
5、面对市场需求与机遇，针对某一个特定产品，利用以因特网为标志的信息高速公路，灵活而快速地组织社会制造资源（人力、设备、技术、市场等），按资源优势互补原则，迅速地组成一种跨地域的、靠电子网络联系的、统一指挥的运营实体网络联盟。,1. NM的概念,它是制造业利用网络技术开展产品设计、制造、销售、采购、管理等一系列活动的总称，涉及企业生产经营活动的各个环节。,3.10.2 NM的原理,1. NM的概念,3.10.2 NM的原理,网络化制造系统（NMS） 意指企业在网络化制造模式的指导思想、相关理论和方法的指导下，在网络化制造集成平台和软件工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设计实施的基于网络的制造系
6、统。,网络化制造技术（NMT） 是支持企业设计、实施、运行和管理基于网络的制造系统所涉及的所有技术的总称。,1. NM的概念,3.10.2 NM的原理,敏捷化：其对市场环境快速变化带来的不确定性作出的快速响应能力； 分散化：资源的分散性和生产经营管理决策的分散性； 动态化：依据市场机遇存在性而决定网络联盟的存在性； 协作化：动态网络联盟中合作伙伴之间的紧密配合，共同快速响应市场和完成共同的目标； 集成化：制造系统中各种分散资源能够实时地高效集成； 数字化：借助信息技术来实现真正完全的无图纸化虚拟设计和虚拟制造； 网络化：依靠电子网络作为支撑环境。,2. NM的特点,3.10.2 NM的原理,综
7、合技术：包括产品全生命周期管理、协同产品商务、大量定制和并行工程等； 使能技术：包括：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）、客户关系管理（CRM）、供应商关系管理（SRM）、企业资源计划（ERP）、制造执行系统（MES）、供应链管理（SCM）、产品数据管理（PDM）等； 基础技术：包括标准化技术、产品建模技术和知识管理技术等； 支撑技术：包括计算机技术和网络技术等。,3. NMS的关键技术,3.10.2 NM的原理,4. NMS的实施、运行和维护,3.10.2 NM的原理,4. NMS的实施、运行和维护,重庆华洋集团电
8、力产品网络化协同开发支持系统 深圳市模具网络化制造示范系统,3.10.3 案例：重庆华洋 与深圳模具NM的应用,3.10.3 案例：重庆华洋与深圳模具NM的应用,该企业遇到以下几个主要问题：,重庆华洋集团电力产品网络化协同开发支持系统,面对新产品开发速度加快和产品复杂程度提高，该企业感到自身的技术力量明显不足。,每个订单产品的开发几乎都需要分散在异地的多个相关单位之间全方位协同合作，而在产品设计与制造过程中各个协作单位之间由于缺乏实时、有效的信息交流 手段,企业提供的产品与客户个性化需求之间的不一致。,3.10.3 案例：重庆华洋与深圳模具NM的应用,为此，华洋集团与重庆大学合作，以电力产品生
9、产为对象，共同开发了具有NMS特征的“电力产品网络化协同开发支持系统”，如图3-40所示。,重庆华洋集团电力产品网络化协同开发支持系统,3.10.3 案例：重庆华洋与深圳模具NM的应用,作为国内最大的模具生产基地之一，深圳模具行业的决策者们普遍认识到： 总体上，相关企业组织化程度低，大部分模具企业规模小 。 需要改变深圳模具行业的落后状况，消除存在的“散、小、弱”现象 。,深圳市模具网络化制造示范系统,在深圳市生产力促进中心的牵引下，深圳模具企业协同建立了深圳市模具网络化制造示范系统，如图3-41所示。,3.10.3 案例：重庆华洋与深圳模具NM的应用,深圳市模具网络化制造示范系统,该系统可实
10、现深圳市内不同地区之间共享三维CAD设计资源、快速原型制造资源、模具设备加工资源、技术人才资源等方面。,3.10.3 案例：重庆华洋与深圳模具NM的应用,3.10END,3.11.1 IM的发展 3.11.2 IM的原理 3.11.3 案例：分布式网络化IMS,3.11 智能制造（IM）,智能制造（Intelligent Manufacturing ，IM）,3.11.1 IM的发展,传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们借助现代的工具和方法，利用各学科最新研究成果，通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术，发展一种新型的制造系统，这便是由智
11、能制造技术（Intelligent Manufacturing Technology，IMT）与智能制造模式（Intelligent Manufacturing Mode，IMM）构成的智能制造系统（Intelligent Manufacturing System，IMS）。,1988年美国出版了制造智能专著。1990年日本政府倡导并于1992年试行“智能制造系统国际合作研究计划JIRPIMS”，JIRPIMS基于阶段性多边国际合作协议，于1995 年开始运作，第一阶段预计为10年。,IMS计划自实施以来，据2003年统计，已完成大型项目13个，正在执行的项目20个，投入资金约3亿美元，共有2
12、00家大型企业、120家中小企业和220家科研机构参与。其中欧盟参与机构最多，所占比例为43%，其余依次为日本21%，美国13%，瑞士9%，澳大利亚6%，加拿大和韩国各为4%。 从项目研究领域分布来看，产品全生命周期领域项目占37%；生产项目占31%；战略、规划、设计工具技术主题项目占14%；人力、组织、社会领域项目占6%；虚拟、扩张企业领域项目占12%。,3.11.1 IM的发展,集成化离不开智能化,机器智能化比较灵活,智能化的经济效益较高,专业人材的缺乏和专门知识的短缺,工厂生产率的提高更多地取决于生产管理和生产自动化,IMS在世界各国得到大力发展的深层次原因有：,3.11.1 IM的发展
13、,1. IM的定义 2. IM的特征 3. IM的结构体系 4. IM的关键技术 5. IM的研究热点,3.11.2 IM的原理,3.11.2 IM的原理,1. IM的定义,定义一 智能制造（IM）是将人工智能融合进制造系统的各个环节中，通过模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中应由专家来完成的那部分活动。,定义二 智能制造系统（IMS）是一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统（JIRPIMS）。,3.11.2 IM的原理,定义三：智能制造系统是一种由智能
14、机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统。它在制造过程中借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，并收集、存贮、完善、共享、继承和发展人类专家的智能。,1. IM的定义,IM作为一种新的制造模式，能够取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。 与传统的制造系统相比，IMS具有以下特征：,自组织能力：指IMS中的各种智能设备，能够按照工作任务的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。完成任务以后，该结构随即自行解散，以备在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。,3.11.2 IM的原理,2. IM的特征,自律能力：IMS能根据周围环
15、境和自身作业状况的信息进行监测和处理，并根据处理结果自行调整控制策略，以采用最佳行动方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。,自学习能力：IMS能以原有专家知识为基础，在实践中，不断进行学习，完善系统知识库，并删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。,自适应能力：能够随时发现错误或预测错误的发生并改正或预防之；系统具有应付外界突发事件的能力；能够自动调整自身参数来适应外部环境，使自己始终运行在最佳状态下。,3.11.2 IM的原理,2. IM的特征,整个制造环境的智能集成：IMS在强调各生产环节智能化的同时，更注重整个制造环境的智能集成。这是IMS与面向制造过程中的特定环节、特定问题的“智能化孤岛”的根本区别。IMS涵盖了产品的市场、开发、制造、服务与管理整个过程，把它们集成为一个整体，系统地加以研究，实现整体的智能化。,3.11.2 IM的原理,2. IM的特征,IMS结构体系尚处于研究阶段。 下面从智能组成和系统结构两方面来探讨：,智能组成：IMS是一个复杂的智能系统，它是由各种智能子系统按层次递阶组成，构成智能递阶层次模型。该模型最基本的结构称为元智能系统（Meta-
