第六章先进生产制造模式

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1、徐 州 工 程 学 院 教 案 年至 年 第 学期 第 周 星期 课题名称（含教材章节）： 第6章 先进生产制造模式 教学目的和要求：（ 熟悉CIMS的概念、组成与结构 熟悉CE的定义、运行模式、特征 熟悉LP的内涵、体系结构与主要内容 熟悉AM的内涵、关键因素及关键技术 熟悉IMS的含义与特征 教学重点： CIMS、CE、LP及AM的内涵 教学难点： CIMS的组成及控制结构 教 学 内 容 （ 要 点 ）（1）计算机集成制造；（2）并行工程；（3）精益生产；（4）敏捷制造；（5）智能制造系统。徐 州 工 程 学 院 教 案 纸第六章 先进制造生产模式第一节 计算机集成制造系统一、CIM基本

2、思想企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理；整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程，而物流又是受信息流控制的。二、CIM和CIMS的定义CIM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（硬、软件），使企业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，实现企业制造活动的计算机

3、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。CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统。三、对CIM和CIMS的进一步说明CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到产品上市快、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。因此，CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手段之一；企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，要以系统的观点进行优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关人/组织、经营管理

4、和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化；CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、设计自动化技术、制造自动化技术和管理自动化技术；CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型制造业；CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP。四、CIMS的集成CIMS中的人/机构、经营管理和技术被称之为CIMS的三要素。这三要素之间相互作用、相互制约，构成了企业内4类集成：（1）经营管理与技术的集成（2）人/机构与技术的集成（3）人

5、/机构组织与经营管理的集成（4）CIMS三要素的综合集成，使企业达到整体优化五、CIMS的组成CIMS一般可由经营管理信息系统、工程设计自动化系统、制造自动化系统和质量保证信息系统四个功能分系统，以及计算机网络和数据库管理两个支撑分系统组成。1、经营管理信息分系统经营管理信息分系统是将企业生产经营过程中产、供、销、人、财、物等进行统一管理的计算机应用系统，是CIMS的神经中枢，指挥与控制CIMS其他各部分有条不紊地工作。具有三方面的功能：（1）信息处理（2）事务处理（3）辅助决策经营管理信息分系统的核心是制造资源计划MRP。2、工程设计自动化分系统工程自动化分系统实质上是指在产品设计开发过程中

6、引用计算机技术，使产品 设计开发工作更有效、更优质、更自动地进行。主要包括我们所熟悉的CAD/CAPP/CAM。3、制造自动化分系统位于企业制造环境的底层，是直接完成制造活动的基本单元，它是CIMS的信息流和物料流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地。通常制造自动化分系统由机械加工系统、控制系统、物流系统和监控系统组成。4、质量保证分系统质量保证分系统是以提高企业产品制造质量和企业工作管理质量为目标，通过质量保证规划、工况监控采集、质量分析评价和控制，以达到预定的质量要求。可由四个子系统组成：（1）质量计划子系统（2）质量检测管理子系统（3）质量分析评价子系统（4）质量信息综合管理与反

7、馈控制子系统。5、数据库管理分系统数据库管理分系统是CIMS的一个支撑分系统，是CIMS信息集成的关键之一。在CIMS环境下的经营管理数据、制造控制和质量保证等各类数据需要在一个结构合理的数据库系统里进行存储和调用，以满足各分系统信息的交换和共享。6、CIMS计算机网络分系统CIMS计算机网络分系统是CIMS的又一主要支撑分系统。它是以共享资源为目的而由多台计算机、终端设备、数据传输设备以及通信控制处理等设备的集合。六、CIMS递阶控制结构所谓递阶控制，即将一个复杂的控制系统按照其功能分解成若干层次，各层次进行独立地控制处理，完成各自的功能；层与层之间保持信息交换，上层对下层发出命令，下层对上

8、层回送命令执行结果，通过通信联系构成一个完整的控制系统。美国国家标准与技术局将CIMS分为五层递阶控制结构，即工厂层、车间层、单元层、工作站层和设备层。（1）工厂层工厂层是企业最高的管理决策层，具有市场预测、制定长期生产计划、确定生产资源需求、指定资源计划、产品开发以及工艺过程规划的功能，同时还应具有成本核算、库存统计、用户订单处理等厂级经营管理的功能。（2）车间层车间层是根据工厂层的生产计划协调车间生产作业和资源配置，包括从设计部门的CAD/CAM系统中接受产品物料清单，从CAPP系统中接受工艺过程数据，并根据工厂层的生产计划和物料需求计划进行车间内各单元的作业管理和资源分配。（3）单元层单

9、元层主要完成本单元的作业调度，包括零件在各工作站的作业顺序、作业指令的发放和管理、协调工作站间的物料运输、进行机床和操作者的任务分配及调度。（4）工作站层工作站层的任务是负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动，如加工工件的安装、夹紧、切削加工、检测、工件的卸除等。（5）设备层设备层包括各种设备控制器。设备层执行上层的控制命令，完成加工、测量、运输等任务。第二节 并行工程一、概述1.并行工程管理与过程控制技术（1）以多功能/多学科小组/群组为代表的产品开发团队及相应的平面化组织管理机制和企业文化的建立；（2）集成化产品开发过程的构造；（3）过程协调（含冲突仲裁）技术与支持环境；2.并行设计技术（

10、1）集成产品信息描述；（2）面向装配、制造、质量的设计；（3）面向并行工程的工艺设计；（4）面向并行工程的工装设计；3.快速制造技术（1）快速工装准备（2）快速生产调度二、现状及发展趋势1.基本现状80年代以来，美国、欧共体和日本等国高度重视，成立了研究中心，开展实施一系列以并行工程为核心的政府支持计划，如美国DICE计划（DARPAs Initiative In CE, DARPA美国防先进研究计划局 ）（投资3亿美元）、欧洲ESPRIT、ESPRIT计划以及日本的IMS计划（Intelligent Manufacturing System智能制造系统） 。成果有：（1）阵列型机构、稻草人指

11、导原则（2）动态经营模型、高级petri网（3）DFx（面向装配/制造/拆卸/检测/维护/的设计）2.发展前景近年来，由于各大计算机软、硬件公司看好并行工程的前景，纷纷开始对支持并行工程的工具软件及集成环境的开发,取得了一批初步成果。如：（1）在群组工作集成环境方面有DEC公司的FBE（Framework-Based Environment）、Lotus公司的Notes群件、Montor Graphics公司的Falcon Framework、Spatial Technology公司的ACIS Framework等.（2）在集成产品开发过程的建模与管理方面DEC和Perceptronics公司

12、均开发了相应的软件工具。（3）在并行设计方面许多CAD/CAM软件商都在重构、修改原系统，推出支持并行工程的新系统，开发DFA、DFM工具。如PTC公司的Pro/E、IBM公司的CATIA、CV公司的CADDS、EDS公司的UG等。美国信息技术公司（Gartner Group）已经推出了第四代的CAD/CAM系统。在计算机网络环境内对产品开发的整个设计和管理全方位的定义和设计，强调并行工程和面向装配，全面采用PDM技术，并借此提高整个生产效率3.我国情况进入90年代，并行工程成为我国制造业和自动化领域的研究热点，一些院、所和高校开始进行一些有针对性的研究工作。95年，“并行工程” 列入863/

13、CIMS研究计划，开始设立小型项目资助并行工程技术的预研工作。部分企业自觉运用并行工程思想和方法来缩短产品开发周期、增强竞争能力。由于投资规模较小，许多研究项目还仅仅局限在学术讨论的层次上，成果还只是一些原理化、特例化的推理和公式，未得到系统化、工程化的扩充和完善，难以满足企业实践的要求。三、我国的目标及主要研究内容1.目标通过对关键技术的攻关，提高我国并行工程技术研究和相关软件工具的自主开发水平，建立企业的协同工作环境和集成框架技术及标准化的研究，选择3-5个典型企业开展并行工程技术实施的示范工程，积极有效地改善和解决我国制造业新产品开发周期过长、市场竞争力弱的通病。2.研究内容（1）并行工

14、程组织管理技术从我国制造业企业的实际出发，提出具有可操作性的与并行方式相适应的平面化、网络化企业组织管理机制、企业文化以及产品开发团队的组织、运行方式，并对企业从目前串行的组织管理模式方式转变为适应并行方式的过程中所要面临的问题、所应采取的措施和方法进行深入研究.（2）集成化产品开发过程的构造剖析机械工业企业现行的产品开发过程，研究产品开发过程的动、静态描述（建模）方法、图形化显示、编辑技术以及在资源约束下产品开发过程的优化算法，提出改进的产品开发流程。（3）过程协调（含冲突仲裁）技术与支持环境研究冲突检测与仲裁技术，通过先进通信和多媒体技术，进行管理约束和进程跟踪，保证把正确的信息，在正确的时刻，以正确的方式送给正确