第18章先进生产方式

李蔚田博士中原工学院信息商务学院经管系生产与运作管理ProductionandOperationsManagement第18章其它先进生产方式•第一节最优生产技术•第二节敏捷制造•第三节计算机集成制造系统第1节最优生产技术•OPT的目标–净利润(Netprofit,NP)–投资风险率(Returnoninvestment,ROI)–现金流量(CashFlow,CF)–产销率(Throughput,T)–库存(Inventory,I)–运行费(OperatingExpenses,OE)OPT(OptimizedProductionTechnology,最佳生产技术)是一种改善生产管理的技术，以色列物理学家EliGoldratt博士于70年代提出，用于安排企业生产人力和物料调度的计划方法。OPT的基本思想:解除瓶颈OPT的原则•平衡物流•系统决定瓶颈•“利用”“活力”•瓶颈上一小时的损失是整个系统的损失•非瓶颈获得一小时无意义•瓶颈控制库存和产销量•转运批量加工批量•加工批量可变•作业兼顾约束DBR(Drum-Buffer-Rope)系统•识别瓶颈•基于瓶颈的产品出产计划•“缓冲器”的管理与控制•控制进入非瓶颈的物料，平衡物流•瓶颈上加工批量大，上游则是小批量多批次•考虑在制品、成品库存、加工和人工费用•绳索的作用是使库存最小，控制生产节奏DBR是TOC（约束理论）中的一种管理方法，Drum-Buffer-Rope，简称DBR，中文直译为“鼓·缓冲·绳子方法”，台湾地区翻译为“限制趋导式管理方法”。•OPT软件系统产品网络工程网络BUILDNET资源描述服务网络主网络SERVE初步分析SPLIT报告关键资源排序BRAIN非关键资源排序SERVE报告报告第2节敏捷制造•敏捷制造是美国国防部为了指定21世纪制造业发展而支持的一项研究计划。该计划始于1991年，有100多家公司参加，由通用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、AT＆T、摩托罗拉等15家著名大公司和国防部代表共20人组成了核心研究队伍。此项研究历时三年，于1994年底提出了《21世纪制造企业战略》。在这份报告中，提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利益，又能获取他们共同利益的一种新的生产方式，即敏捷制造。•背景•敏捷制造(AgileManufacturing,AM)20世纪90年代，信息技术突飞猛进，信息化的浪潮汹涌而来，许多国家制订了旨在提高自己国家在未来世界中的竞争地位、培养竞争优势的先进的制造计划。为重新夺回美国制造业的世界领先地位，美国政府把制造业发展战略目标瞄向21世纪。美国通用汽车公司（GM）和里海（Leigh）大学的雅柯卡（Iacocca）研究所在国防部的资助下，组织了百余家公司，由通用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、AT&T、摩托罗拉等15家著名大公司和国防部代表共20人组成了核心研究队伍。此项研究历时三年，于1994年底提出了《21世纪制造企业战略》。在这份报告中，提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利益，又能获取他们共同利益的一种新的生产方式，即敏捷制造。•敏捷制造是在具有创新精神的组织和管理结构、先进制造技术（以信息技术和柔性智能技术为主导）、有技术有知识的管理人员三大类资源支柱支撑下得以实施的，也就是将柔性生产技术、有技术有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理集中在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场进度作出快速响应。敏捷制造比起其它制造方式具有更灵敏、更快捷的反应能力。•核心思想•敏捷制造的核心思想是：要提高企业对市场变化的快速反应能力，满足顾客的要求。除了充分利用企业内部资源外，还可以充分利用其他企业乃至社会的资源来组织生产。•特点•1、从产品开发开始的整个产品生命周期都是为满足用户需求的。•2、采用多变的动态的组织结构。•3、着眼于长期获取经济效益。•4、建立新型的标准体系，实现技术、管理和人的集成。•5、最大限度地调动、发挥人的作用。•敏捷制造企业的基本特征–并行工作–继续教育–根据用户响应建立组织机构–多方动态合作–珍惜雇员–向工作小组及成员放权–对环境仁慈–柔性的重新配置组合–信息的沟通–知识面广的雇员–开放的体系结构–产品设计一次成功–产品终身质量保证–缩短交付期–技术的领先作用–技术的敏感–整个企业集成–基于愿景的管理与领导敏捷制造与大量生产在思想观念的区别•使顾客富裕(enrichingthecustomer)–为客户创造价值–为客户提供解决方案(solution),比较IBM•合作竞争–在竞争中合作，在合作的基础上竞争–战略联盟，虚拟企业•急救室式的工作•发挥人和信息的作用–人：高素质的人–信息：及时有用的信息实现敏捷制造的措施•将继续教育放在首位•虚拟企业的组成和工作•计算机技术和人工智能技术的应用•方法论的指导•环保•绩效测量与评价•标准和法规的应用•组织实践第2节计算机辅助产品设计CAD)•二维模型：三面投影图、断面图•三维模型：•线架模型——用细线表示立体上棱线交线、轮廓线•表面模型——用连接各边构成一个面构造，立体形状•实体模型——以方体、圆柱、三棱锥等体素，按照集合运算组合复杂立体形状1、人机对话自动绘图CAD（CAG）体素构成法境界构成法形状设计形状模型化2、计算机辅助工艺设计（CAPP）检索式（经验式）数据库加工原则人机对话原始数据形成零件族确定加工参数修改打印样件生成零件族典型工艺创成式CAPP（理论式）加工关系决策规则零件描述工序选择工艺路线选机床夹具确定切削用量工艺方案优化输出机床夹具切削用量数据库3、机械加工自动化CAD刀具CADCAPPNC路径APT、EXAPT语言用量4、设备布置计划（1）计算机关系布置规划（CORELAP）原理：以活动关系图REL为基础，按照权值大小和关系密切程度，通过逐次选择和布置各项活动的位置，直至形一个满意的布置方案。（2）计算机设备布置规划（CRAFT）原理：在已有初步布置方案基础上，以运费最低为原则，成对调换两设备位置，计算其运费并与原方案比较其差额，最后按成本降低额大小确定位置。5、产品设计的分析与优化产品性能、特性分析大小分析结构分析优化重量成本分析费用UUUE3UIUUI2AUO4AA1O符号值接近度AEIOUX654321绝对必要特别重要重要一般不重要不可接近代号原因12345物质流信息流文件接触人员接触监督D：产品出库J：检验Q：办公室R：产品入库S：维修部W：仓库工场用的为：长：宽=9：5的矩形R产品入库W仓库D产品出库Q办公室J检验S维修部AAOOG(a)(b)ABXO接近度计算机辅助制造CAM•1944年计算机在美国陆军首次使用•1952年美麻省理工学院首创NC铣床、APT语•1957年日本东北工业大学推出NC车床•1958年美推出加工中心MC•1959年美推出工业机器人（极坐标式）•1967年英、日推出DNC群控机床（分布式数控）•1970年在组装、焊接、喷柒、冲压中大量使用机1、CAM发展中典型事件器人2、CAM的构成自动加工设备：NC、CNC、DNC、MC（1）硬件系统组装设备：机器人（手）搬运设备：机器人（手）、无人小车工件存储：自动仓库（2）软件系统随行夹具生产过程控制与管理：安排原材料NC机床入库部件组装无人小车出库产品组装工艺过程控制与管理：刀具、夹具选择、NC编程零件的装卸刀具磨损加工监控工件检测3、CAM的作用•（1）实现加工、组装、搬运、工装转换、检测自动化、•使整个系统有机结合。•（2）实现整个系统的高效率生产。•（3）利用成组技术GT，提高多品种少量生产效率。•（4）具有较高的生产柔性。•（5）能可靠处理设备故障、刀具寿命、切削等。4、CAM中的自动加工（1）自动加工的概念主轴自动回转(a)毛坯自动仓库拖扳、刀架自动移动(b)自动搬运自动切削(c)托盘自动交换自动启动、停车(d)自动刀库刀库自动换刀装置自动切削清除自动检测7123456910图45691012387abcd刀具流NC机床清切削除次品工件流成品流(2)自动加工设备①NC机床（数控机床）指具有一个或几个刀具的单一功能的切削设备（如NC车、NC铣）按机床运动轨迹分为三种：●点位控制（点到点控制）只控制刀具从一个位置精确地移动到另一位置。对移动速度、轨迹不影响加工质量、只与生产率有关。●始点●终点●点位直线控制（直线切削控制）除控制两相关点位置外，还要控制一个坐标方向、刀具移动速度和轨迹。终点始点●轮廓控制（连续轨迹控制）同时对两个（或两个以上）坐标进行连续控制，除控制始点和终点外，还需控制整个加工过程中走刀路线和速度。xy始终xy●●始终两坐标联动多坐标联动xy②CNC（计算机数控）MNC（微型机数控）NC机床数控装置（专用处理机）CNC、MNC，直接用计算机控制，使用方便。③DNC（群控）（分布式数控）用一台主计算机和数台乃至数十台NC机或CNC机联起来，把计算机内作成文件形式的加工指令信息以再线实时方式，分式地分别传给各机床。④MC（加工中心）MC是进一步综合数台普通NC机床的多功能自动加工设备。（具有自动刀库、按指令自动交换刀具，可进行铣、镗、钻、铰、攻丝等多种作业）。5、FMC（柔性加工单元）—CAM的基本单元概念：是一种能独立运转并具有机械加工、材料搬运、监控功能，以单元作为一个独立整体的加工设备。类型：主要有两种：机械手式加工单元——适于轴类加工托盘式加工单元——适于箱体类6、FMS（柔性制造系统）—CAM的主体概念：将CAM中所需的各种富有柔性的自动化设备与计算机连接起来，形成能加工多种零件的自动生产设备。工作机械A工作机械C机械手监控装置NC机床刀具交换检验台机械手式FMCNC机床A机械手BC检验台托盘式FMCNC机床托盘交换装置检验台按物流状况FMS有两大分类●流水型FMS（FTL）：品种少、产量大、物流方向较单一，加工设备和搬运装置按物流方向布置。●随机型FMS：品种多、批量少、物流方向复杂、加工、搬运设备多与FMC单元布置相结合。柔性制造系统现状、发展趋势●1967年英国国家工程实验室建造Moling—24系统开始●70年代起在美、日、西欧、苏联、东欧大力发展●目前：日、美居领先，主要发展大型FMS西欧、苏联、东欧主要发展CAD/CAM、FMC●趋势：进一步提高系统柔性（如：输送系统）继续扩大应用范围（如：装配系统）加强系统中的人工智能与专家系统7、自动仓库●用以保存原材料、零件、部件、产品，通过计算机掌握库存种类、数量、时间和位置，并由自动搬运设备出入库。为生产计划提供信息（外购、生产）●自动仓库为生产车间提供原材料为组装车间提供零部件●两种类型：高层仓库（堆货机式自动仓库）回转仓库8、机械手（人）主要用于工序间搬运或工序内零件的装卸按坐标圆柱坐标极坐标直角坐标多关节坐标按信息输入手动机械手固定程序机手可变程序机手示教机械手数控机械手智能机械手制造业从业者年间劳动时间国别美国日本英国法国德国韩国泰国台湾中国年劳动时189821521938165716132833272425082448或2264世界主要国家工业用机器人累计台数年19811886198919901991日本美国德国法国意大利英国瑞典210006000230079045071311251160002500012400527050003683238321966736977223957863997959083463274210413042824085511250064183791324895——3414098081453671654099（日刊工业新闻92.10.13）第3节计算机综合生产系统ComputerIntegratedManufacturingSystem•CIM发展的背景•CIM的概念•CIM的作用•CIM的人才培养CIM[S]概述开始吧！•CIM是英文ComputerIntegratedManufactu