先进制造技术第七章

1先进制造技术AdvancedManufacturingTechnologyHenanUniversityofScience&Technology2第6章先进制造模式本章要点制造模式的概念计算机集成制造并行工程成组技术精益生产敏捷制造3第6章先进制造模式AdvancedManufacturingModel6.1先进制造模式的概念ConceptofAdvancedManufacturingModel4制造模式的含义制造模式(ManufacturingMode)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。制造模式可以理解为“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，也是制造企业所有管理方法与工程技术的融合。管理是一门学科，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，而管理是面向一切组织的一种过程。6.1.1制造模式的概念5定义先进制造模式(AdvancedManufacturingMode，AMM)是应用先进制造技术的生产组织和技术系统的形态与运作的方式。它以获取生产有效性为首要目标，以制造资源快速有效集成为基本原则，以人一组织一技术相互结合为实现途径，使制造系统获得精益、敏捷、优质与高效的特征，以适应市场变化对时间、质量、成本、服务和环境的新要求。6.1.2先进制造模式的定义和类型6类型柔性生产模式计算机集成制造—CIM智能制造模式精益生产模式敏捷制造模式虚拟制造生产模式极端制造模式绿色制造模式6.1.2先进制造模式的定义和类型7先进制造模式的管理制造系统组织化原理框图6.1.4先进制造模式的管理8现代企业组织结构的特性主要体现在以下六个方面：制造企业的组织结构1）灵活性2）分散性3）动态性4）并行性5）独立性6）简单性6.1.4先进制造模式的管理9第6章先进制造模式AdvancedManufacturingModel6.3计算机集成制造ComputerIntegratedManufacturing106.3.1概述CIM提出CIM一词首先由Dr.J.Harrington于1973年提出，其两个基本观点：CIM概念提出后，未被立即接受，因条件不成熟。直至20世纪80年代初，各项单元技术（CAD、CNC、CAPP、MIS、FMC、FMS…）得到充分发展，并形成一个个自动化“孤岛”。在这种形势下，为取得更大的经济效果，需要将这些“孤岛”集成起来，CIM概念受到重视并被实施。2）整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终产品可视为数据的物化表现。1）企业生产活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个统一的不可分割的整体。11CIM定义CIM是将人及其经营知识和能力与信息技术和制造技术综合应用，以提高制造型企业的生产率和响应能力。企业所有人员、功能、信息、组织管理等方面都是集成起来的整体的各个部分。欧共体CIM-OSA（开放体系结构）课题委员会：◆CIM是一种哲理、思想、方法；◆CIMS是CIM哲理的具体体现；◆CIMS是一个计算机控制的闭环反馈系统，其输入是产品的需求和概念，输出的是合格的产品。CIM与CIMS6.3.1概述12讨论◆CIM的目标是整体优化（相对于自动化孤岛）。◆CIM的核心是集成，而集成的本质是信息集成。◆3M（人、机器、管理）集成，其中人是核心。普渡大学T.J.Willian教授提出CIMS参考模型的两个概念：★Automability（可自动化性）——指生产活动中可用数学形式或计算机程序描述的部分，可用计算机来进行处理。★Innovation（创新）——生产活动中无法用数学形式或计算机程序描述的部分，这一部分内容仍需人来完成。他认为工业革命使人变成了机器的奴隶，新技术革命则要“恢复人格”（Humanlization）。Real6.3.1概述13◆SME美国制造工程学会的“制造企业轮图”将顾客作为制造业一切活动的核心，强调了人、组织和协同工作，以及基于制造基础设施、资源和企业责任之下的组织、管理生产的全面考虑。图1-26CASA/SME的“制造企业轮图”（第三版1993）6.3.1概述14图1-28CIMS功能模型NetworkDB市场信息生产过程信息技术信息原材料，能源产品MIS，BM，PMMM，LM，FM…EDASCADCAECAPPCAM∶CAQCAICATCAQCCMM∶MASCNC,MC,FMC,FMS,ROBOT,…CIMS的功能模型以信息的观点建立的企业模型框架（或功能模型）。CIMS功能模型通常由6个分系统组成（图6-28）。6.3.2计算机集成制造系统15CIMS通常由4个功能分系统和2个支撑分系统组成1.经营管理信息系统（ManagementInformationSystem，MIS）MIS通常是以MRPII为核心，包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具、人力资源等各项管理信息功能。三个基本功能（１）信息处理包括信息的收集、传输、加工和查询。（２）事务处理包括经营计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理等。（３）辅助决策分析归纳现有信息，利用数学方法预测未来，提供企业经营管理过程中辅助决策信息。162.工程设计自动化系统（EngineeringDesignAutomationSystem，EDAS）EDAS实质上是指在产品开发过程中运用计算机技术，使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。产品开发活动包括产品的概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计以及数控编程等设计和制造准备阶段的一系列工作，即通常所说的CAD、CAPP、CAM三大部分。CIMS的重要指标是3C技术的集成，提出基于产品模型的CAD/CAPP/CAM集成系统，取代各个自动化孤岛。173.制造自动化系统（ManufacturingAutomationSystem，MAS）MAS由机械加工系统、控制系统、物流系统、监控系统组成。在计算机的控制与调度下，按照NC代码将一个个毛坯加工成合格的零件并装配成部件以至产品，完成设计和管理部门下达的任务。MAS的目标可归纳为：实现多品种、小批量产品制造的柔性自动化；实现优质、低成本、短周期及高效率生产，提高企业的市场竞争能力；为作业人员创造舒适而安全的劳动环境。184．质量保证系统（ComputerAidedQualitySystem，CAQ）CIMS中的质量保证系统覆盖产品生命周期的各个阶段，主要包括质量计划子系统、质量检测管理子系统、质量分析评价子系统、质量信息综合管理与反馈控制子系统。195．数据库系统（DatabaseSystem，DBS）CIMS的数据库系统通常是采用集中与分布相结合的体系结构，以保证数据的安全性、一致性和易维护性。工程数据类型复杂，它包含有图形、加工工艺规程、NC代码等各种类型的数据。工程数据库系统中的数据与生产管理、经营管理等系统的数据均按统一规范进行交换。从而实现整个CIMS中数据的集成和共享。6．计算机网络系统（NetworkSystem，NETS）通过计算机通信网络将物理上分布的CIMS各个功能分系统的信息联系起来，以达到共享的目的。依照企业覆盖地理范围的大小，有两种计算机网络可供CIMS采用，一种为局域网，另一种为广域网。20从CIMS技术发展的角度看，共经历了三个阶段：1.信息集成（以早期计算机集成制造为代表）信息集成主要解决企业中各个自动化孤岛之间的信息交换与共享，其主要内容有：（1）企业建模、系统设计方法、软件工具和规范这是系统总体设计的基础。（2）异构环境和子系统的信息集成2.过程集成（以并行工程为代表）数字化产品定义和产品数据管理，支持群组协同工作的计算机与网络环境，采用“并行工程”。3.企业间集成（以敏捷制造为代表）企业间集成优化是企业内外部资源的优化利用，实现敏捷制造，以适应知识经济、全球经济、全球制造的新形势。216.3.3CIMS的发展CIMS发展简况（国外）欧共体——1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项日本——CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当于CIMS实验基地。美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统（见图1-29）新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等——也在积极跟踪和发展CIM技术。22主控制室辅助控制室运输小车入口出口货架车削MC立式MC卧式MC清洗机CMM图1-29AMRF的CIMS实验系统（FMS部分）6.3.3CIMS的发展23CIMS发展简况（国内）◆863计划◎目标：跟踪世界高技术最新发展◎自动化领域两个主题：1）CIM；2）工业机器人◎组织与领导机构（图1-27）自动化领域总体战略、分阶段战略部署，对外合作，总经费、年度经费分配，学术领导具体领导各项工作开展专题学术领导，组长由主题专家组成员担任图1-30863自动化领域组织结构自动化领域专家委员会CIM主题专家组CIM专题专家小组6.3.3CIMS的发展24◆CIMS实验工程（CIMS-ERC国家计算机集成制造系统工程技术研究中心）技术原则：1）包括实际工厂主要功能递推结构；2）最小配置实际制造环境；3）采用开放系统概念，多厂家设备（软、硬件）集成；4）以信息集成为主，不追求机械设备完善；5）自顶向下设计与自下而上实现相结合。1987.6——可行性论证1988.3——通过国家评审1988.5～1989.5——总体设计1989.6～1992.12——开发实施1993.3——国家验收1994年获美国CASA/SME（美国机械工程师协会计算机与自动化系统分会）“UniversityLEADAward”（大学领先奖）6.3.3CIMS的发展25CAD/CAPP/CAM工程DB日作业计划计划DB计划管理系统仿真监控DBNCDB调度生产监控管理实时DB车削MC立式MC卧式MC物流刀具装夹测量运输车物流DB刀具DB夹具DB单元控制图1-32CIMS-ERC4级递阶控制结构6.3.3CIMS的发展26主要研究方向和研究专题6.3.3CIMS的发展•系统集成研究所：◆企业信息化工程(研究室)决策支持系统（DSS）,服务科学的理论、技术与应用,复杂系统建模与优化,空中交通管制指挥监测与流量管理◆服务科学与企业集成（研究室）企业信息化战略管理与规划方法，服务建模与服务系统分析，IT项目管理与监控,企业建模与仿真优化，工作流管理技术与企业经营过程重组,企业集成与集成平台，网络化制造◆仿真与虚拟制造(研究室)系统仿真：分布交互式仿真，元建模技术，多体动力学建模与仿真；虚拟制造：虚拟样机技术，并行工程，多学科协同优化技术，虚拟加工技术，虚拟装配技术；网络化制造：ASP平台技术，联邦集成技术，设计、仿真、优化一体化技术◆现代物流与电子商务(研究室)供需链系统运作建模与仿真分析，电子商务市场主体准入制度及相关支撑技术，安全电子合同技术与系统，服务信息规范管理与智能监测技术与系统，安全电子货币技术与系统，安全电子发票技术与系统◆智能优化与控制(研究室)复杂生产过程智能优化调度，复杂生产过程或装备智能检测、控制与优化，智能制造执行系统，网络环境下的动态数据管理支撑技术资源共享网络化集成系统，不确定环境下软计算技术及在大洋信息处理中应用27主要研究方向和研究专题6.3.3CIMS的发展•制造工程研究所：◆先进制造装备及控制(研究室)并联制造装备及控制，IC制造装备及超精密控制，数字控制技术◆精密与特种制造技术(研究室)精密制造技术与方法，微纳制造技术与方法，特种制造技术与方法◆现代制造系统与集成（