计算机集成制造

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1、计算机科学与技术学院计算机集成制造课程报告学生姓名:学生班级:学生学号:计2013200102312016年 12月一制造业生产模式的演变人类制造业及制造系统生产模式的发展已经有了漫长的历史。但是长期以 来，人类技术处于手工技术和手工业的水平， 制造业及制造生产模式的真正形成 与发展，还只有近两百年的历史。 回顾历史， 人类制造业的生产方式的发展大致 经历了四个主要阶段。1. 手工与单件生产方式。2. 大批量生产方式。3. 柔性自动化生产方式。4. 高效、敏捷与集成经营生产方式。制造业生产模式产生的背景 为使制造业摆脱困境， 人们仍沿传统思路期望依靠制造技术的改进和管理方 法的创新来解决问题。

2、 具体将就是， 抓住由于计算机的普及应用所提供的有利契 机，以单项的先进技术和全面的质量管理作为工具与手段。 来全面提高产品质量 和赢得供货时间。单项先进制造技术和TQC勺应用确实取得了很大的成效，但在 响应市场的灵活性方面并没有实质性的改观。 而且巨额投资和实际效果形成了强 烈的反差，其中以国内外应用FMS的教训最为深刻。至此，人们才意识到问题不 在具体制造技术和管理方法本身， 而是因为他们仍在大批量生产模式的旧框架之 中。先进生产模式就是在对大批量生产模式的质疑、反思和扬弃中应运而生的。一、先进制造技术的缘由近年，随着经济的高速发展和科学的不断进步，高 速度、高质量、高效率逐渐被广大公司所

3、追求， 于是先进的制造技术就被提上日 程。目前对于先进制造技术尚未有一明确的定义。 普遍认为： 先进制造技术是制 造业不断吸收、 改进、提高信息技术和现代管理技术的成果， 并将其运用于产品 设计、加工、检测、生产管理、 产品销售、使用、回收等制造全过程技术的总称。 纵观历史， 现代制造技术形成和发展至今也只有是近十年间的事。 上世纪， 美国 的一批学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，把传统的制造业视为“夕阳 工业”，因而制造技术的发展受到极大的阻碍。 然而由于美国根据本国面临的挑 战与机遇， 对其制造业存在的问题进行了深刻反省， 重新认识到制造业在国民经 济中的地位和作用。 此时，由于计算

4、机信息技术的发展， 也全面推动了制造技术 的飞跃发展。于是，先进制造技术的概念逐步形成。而我国，机械科学研究院提 出了多层次技术群构成的先进制造技术体系。第一个层次是优质、高效、低耗、 清洁基础制造技术，它是先进制造技术的核心。第二个层次是新型的制造单元技 术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新 能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术。 第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络 与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的。二先进制造工艺的特点 先进性：先进制造工艺的先进性主要表现在优质、 高效、低耗、洁净

5、、灵活（柔性）五个方面。优质：加工制造出的零件或整机质量高，性能好；零部件尺寸精确，表面光 洁，内部组织致密，无缺陷及杂质，使用性能好；整机的结构、色彩美观宜人， 使用寿命和可靠性高高效：生产效率及劳动生产率高，大大降低了操作者的劳动强度。低耗：节省原材料及能源。洁净：生产过程不污染环境，零排放或少排放。灵活：能快速对市场变化及产品设计的更改作出反应，适应多品种柔性生产。一是应用普遍性，它是当今或不久将来机械工厂量大面广的看家工艺；二是经济适用性，它一般投资不高，且有不同档次，宜于工厂根据本身的条 件通过技术改造予以采纳。先进制造工艺的前沿性主要表现在：先进制造工艺是高新技术产业化或传统 工艺

6、高新技术化的结果，它们是制造工艺研究最为活跃的前沿领域。部分先进制 造工艺可能目前应用还不广泛，但是它们代表着某些发展方向，而且可望会得到 越来越广泛的应用。因此，先进制造工艺就是机械工厂普遍能够采用，具有直接推广价值或广阔 应用前景的一系列优质、高效、低耗、洁净、灵活工艺的总称。三先进制造技术体系，先进制造业主要指机械、电子、食品、化工、轻工、 纺织等，但机械制造业是制造业的根本。其一，先进制造技术广泛应用于机械制 造业，推动着机械制造业的发展，及带动其他制造业的进步并且推动着国家的经 济发展进步；另一方面，机械制造技术的不断更新与发展集中体现着先进制造技 术，并推动着社会的不断进步。 而且

7、， 工业化的发展在某种程度上左右着某一国 家在世界地位。 因此，先进先进制造技术与机械制造业的关系是相辅相成的， 不 能忽视甚至废弃任一方的发展。因此柔性制造系统愈来愈被广泛应用。 柔性制 造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成， 能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。 典型的柔性制造系统由数字控制加 工设备、物料储运系统和信息控制系统组成。 加工设备主要采用加工中心和数控 车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。中、 大批量少品种生产中所用的FMS常采用可更换主轴箱的加工中心，以获得更高 的生产效率。四并行工程：并行工程是集成地、并行

8、地设计产品及其相关过程（包括制 造过程和支持过程） 的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个 生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素， 包括质量、成本、进度计划和用 户要求。计算机集成制造：计算机集成制造系统（简称CIMS是随着计算机辅助设计与 制造的发展而产生的。虚拟制造：是一门以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、 VR 技术、分布式计算理论、 产品数据管理技术等为理论基础， 研究如何在计算机网 络环境及虚拟现实环境下， 利用制造系统各层次及各环节的数字模型， 完成制造 系统整个过程的计算与仿真的技术。敏捷制造：敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础， 选择合作者组成虚拟公

9、司， 分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力， 对用户需求作出快速反应， 以满足用户的需要。绿色制造：绿色制造，又称环境意识制造、面向环境的制造等。智能制造：智能制造（IntelligentManufacturing ，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活 动，诸如分析、推理、判断、构思、和决策等。五先进制造技术现状 我国工业化发展程度较世界先进的发达国家相比， 起步晚，创新程度低，体系薄弱，突入比例相对较少，人类资源地下，相比其他 发达国家而言，落后程度甚至超过数十年，为此，我国在改革开放三十年以来，不断大力发展生产力， 力求科技创

10、新， 认真汲取国内外先进技术， 来弥补我们先 天的不足，所以有了，十五、十一五、十二五等长期的规划目标为基准，为迈向 世界先进制造技术大国强国而分发。 相对我国而言，国外工业发达国家制造技 术相当先进。并把先进制造技术作为国家级 关键技术和优先发展领域。尽管决 定国家综合竞争力的因素有多种 ,但制造业的基础地位不能忽视。 20世纪 90年 代以来 ,各发达国家 , 如美国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术的研 发提出了国家级发展计划 , 旨在提高本国制造业的国际竞争能力。二物料需求计划现代生产管理信息系统（MIS）是以计算机为手段，一信息为对象，对各种 生产管理信息进行收集传输加工存储河

11、使用的人机系统。MIS由计算机参与 生产管理体系中的各种功能活动，并通过网络将各种功能模块有机地连接起来， 形成一个系统的整体， 快速的响应市场的变化和生产中的特殊要求， 已成为生产 管理中不可缺少的工具，受到企业界广泛的重视和关注，发展较为迅速。目前， 较有影响的MIS有物料需求计划（MRP）以及先后演变成为的闭环 MRP制造资 源计划（MRPII）和企业资源计划（ERP 。现代化大生产及市场竞争的日益激烈， 企业尤其是制造业的生产管理所面临 的问题很多，主要有如下几种：（1）生产所需的原材料不能准时供应或供应不足。（ 2）零部件的生产不配套。（ 3）产品生产周期过长，劳动生产效率低。（ 4

12、）资金积压严重，周转缓慢。 （5）市场和客户的需求多变和快速，使企业不能及时适应。闭环ERP的特点是：（1）主生产计划来源于企业的生产经营计划与市场需求。（2）主生产计划与物料需求计划的运行伴随着能力的与负荷的运行，从而 保证计划的可靠的。（3）采购鱼生产加工的作业计划与执行是物流的加工变化过程，同时又是 控制能力的投入与生产过程。（4）能力的执行情况最终反馈到计划制定层，整个过程是能力的不断执行 与调整的过程 对实际企业而言，它们的产品需求是具有相关性的，这里的相关性是指对一 种产品的需求和对另一种产品的需求是相互联系的。 以福特“探索者”汽车为例， 福特公司对汽车轮胎和水箱的需求取决于 “

13、探索者”汽车的生产， 一辆“探索者” 成品汽车需要四个轮胎和一个水箱。 因此，一旦管理部门对成品的需求作出预测， 那么所有所需配件的数量就可以计算出来， 因为所有配件都是相关的。 对于任何 一件产品，其所有的配件都是相关需求产品。传统的订货点方法要解决订什么、 订多少和何时提出订货三个问题， 是靠维持不 定期量的库存来满足需要的。 用传统的订货点方法来处理制造过程中这类相关需 求问题，有很大的盲目性， 结果会造成大量的原材料及在制品库存， 具体来讲包 括以下的缺点：1盲目性对需求的情况不了解，盲目地维持一定时的库存会造成资金积压， 例如，对某种零件需求可能出现如表 9-1 所示的三种情况。表

14、9-1 企业对某个零件的需求表周次 123456789情形一 3000300003000情形二 300600000000情形三 300000000060按经济订货批量（EOQ公式，可以计算出经济订货批量，比如说为 80件。 对于情况一：第1周仅需30件，若一次订80件则余下50件还需存放3周， 到第 4周消耗 30 件，余下的 20件还需存放 4周，而且还满足不了第 8周的需要。 因此在第8周前又要所的提出数量为80件的订货；对于情况二：订货量不足 以满足前3周的需要；对于情况三：剩余的 30件无缘无故地存放了 9周，而 且还不满足第 10 周的需要。靠经常维持库存来保证需要，是由于对需求的数

15、量 及时间不了解所致，盲目性造成浪费。2.高库存与低服务水平由于对需求的情况不了解，只有靠维持高库存提高 服务水平， 这样会造成很大浪费。 传统的订货点方法使得低库存与高服务水平两 者不可兼得，服务水平越高库存越高，而且当服务水平达到95%以上时，再要提 高服务水平，库存量上升很快。从理论上讲，服务水平接近 100%则库存量必然 趋于无穷大。例如，装配一个部件需要 5 种零件。当以 95%的服务水平供给每种零件时， 每种零件的库存水平会很高，即使如此，装配这个部件时， 5 种零件都不发生催 货的概率仅为 (0.95)5=0.774 ，即装配这种部件时几乎四次中就有一次碰到零件 配不齐的情况。 一个产品中常常包含上千种零部件， 装配产品时不发生缺件的概 率就更低了，这就是采用订货点方法造成零件积压与短缺共存局面的原因。3形成“块状”需求 采用订货点方法和条件是需求为均匀的。但是在制造过程 中形成的需求一般都是非均匀的： 不需要的时候为零， 一旦需要就是一批， 采用 订货点方法加剧了这种需求的不均匀性。 我们知道，企业内部的产品、零件及 原材料的需求间是存在相关性的。 对产品的需求由企业外部多个用户的需求所决