制造企业数字化智能设计制造与管理技术与应用(课件)185

参考资料《数字制造》周祖德编著科学出版社《数字制造基础》杨文玉、尹周平、孙容磊等编著北京理工大学出版社《现代制造企业信息化》刘树森等编著科学出版社制造企业数字化智能设计制造与管理技术与应用绪论数字化智能设计数字化智能制造数字化智能管理第一章绪论现代制造企业概况我国制造业面临的新环境和新使命“制造强国”的指导方针和发展目标我国制造业发展路径智能化概述数字化制造概述1.1现代制造企业概况1、现代制造企业制造环境的变化产品生命周期缩短大市场和大竞争交货期成为主要竞争因素用户需求个性化明显多品种、小批量生产比例增大1.1现代制造企业概况2、现代制造企业制造模式的变化定制生产2000s产品种类产量手工生产1800s规模生产1900s精益生产1960s生产模式演变图物料需求计划制造资源计划准时制生产精益生产并行工程企业资源计划计算机集成制造网络化制造智能制造大规模定制敏捷制造云制造现代企业先进生产制造模式物料需求计划（MRP）物料需求计划（MaterialRequirementPlanning，MRP）是指根据产品结构各层次物品的从属和数量关系，以每个物品为计划对象，以完工时期为时间基准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后顺序，是一种工业制造企业内物资计划管理模式。概念特点需求的相关性需求的确定性计划的复杂性目标物料及产品按需供应库存水平尽可能降低生产活动精确衔接MRP根据市场需求预测和顾客订单制定产品的生产计划，然后基于产品生成进度计划，组成产品的材料结构表和库存状况，通过计算机系统计算所需物资的需求量和需求时间，从而确定材料的加工进度和订货日程。原理制造资源计划（MRPⅡ）制造资源计划（ManufacturingResourcePlanning，MRPII），是在物料需求计划上发展出的一种规划方法。它是以物料需求计划MRP为核心，覆盖企业生产活动所有领域、有效利用资源的生产管理思想和方法的人－机应用系统。概念MPR与MRPⅡ区别它围绕企业的基本经营目标，以生产计划为主线，对企业制造的各种资源进行统一的计划和控制，使企业的物流、信息流、资金流流动畅通地动态反馈。原理MPR主要对制造环节中的物流进行管理，使企业达到“既要保证生产又要控制库存”的目的；而MRPⅡ则集成了物流和资金流，将人、财、物，时间等各种资源进行周密计划，合理利用，以提高企业的竞争力。准时生产方式（JustInTime简称JIT），又称作无库存生产方式，零库存，一个流或者超级市场生产方式，是日本丰田汽车公司在20世纪60年代实行的一种生产方式。现在这一方式与源自日本的其它生产、流通方式一起被西方企业称为“日本化模式”。概念准时生产方式是通过生产的计划和控制及库存的管理，追求一种无库存，或库存达到最小的生产系统。它的核心是追求一种无库存的生产系统，或使库存达到最小的生产系统。原理品质柔性投放市场时间产品多元化效率适应性学习特点生产流程化资源配置合理化生产均衡化对生产制造的影响准时制生产（JIT）精益生产（LP）精益生产又称精良生产，其中“精”表示精良、精确、精美；“益”表示利益、效益等等。精益生产就是及时制造，消灭故障，消除一切浪费，向零缺陷、零库存进军。概念追求零库存追求快速反应，即快速应对市场的变化。企业内外环境的和谐统一人本位主义、库存是“祸根”核心降低在制品数量及其占用资金；降低产品质量损失；缩短订单交货期；减少设备故障停机率；降低生产耗用工时；减少人员。工具6S与目视控制准时化生产(JIT)全面生产维护（TPM）价值流图目标并行工程（CE）并行工程(ConcurrentEngineering，简称CE)是一种先进的企业全局管理和生产集成模式。它将企业中复杂的工程设计、制造和经营管理过程中的各种作业，按最终目标，在时间和空间上并行交互进行，从而缩短了传统串行作业方式所需的时间和反复修改的次数，大幅度提高了作业质量，加快进程，降低了成本。概念在先进制造技术中的地位与作用并并行工程强调系统集成与整体优化;并行工程强调面向过程和面向对象;本质承上启下的作用;并行工程与面向制造和装配的产品设计;企业资源计划（ERP）企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning，简称ERP，它是针对物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）集成一体化的企业管理系统，包含客户/服务架构，使用图形用户接口，应用开放系统制作。概念将企业的各个方面的资源（包括人、财、物、产、供、销等因素）合理配置，以使之充分发挥效能，使企业在激烈的市场竞争中全方位地发挥能量，从而取得最佳经济效益。原理体现了对整个供应链资源进行有效管理的思想；体现了精益生产，并行工程和敏捷制造的思想，体现事先计划与事中控制的思想；管理理念工具ERP信息系统计算机集成制造（CIMS）计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem，简称CIMS），它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化的制造系统。概念从生产工艺方面分：离散型制造业、连续性制造业、混合型制造业从体系结构来分：集中性、分散性、混合型分类应用CIMS的技术先进制造技术敏捷制造虚拟制造并行工程保障和提高了新产品开发的质量缩短了新产品的上市周期经营管理科学化同时降低了产品的成本网络化制造(NM)网络化制造(Networked-manufacturing.NM)是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其它相关技术,构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统,并在系统的支持下,突破空间对企业生产经营范围和方式的约束,开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产品设计、制造、销售、采购、管理等)。概念背景及发展国外：德国Produktion2000框架方案；第五框架计划(1998-2002年)；第六框架计划(2002-2006年)。国内：杨叔子院士—基于Agent的网络化制造模式及基于利益驱动的动态重组机制；刘飞教授—支撑网络化制造的技术体系;祁国宁和顾新建教授—网络化制造的几种发展途径。智能制造（IM）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制造系统。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。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。概念从智能制造系统的本质特征出发，在分布式制造网络环境中，根据分布式集成的基本思想，应用分布式人工智能中多Agent系统的理论与方法，实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。原理前景智能化是制造自动化的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术。专家系统技术可以用于工程设计，工艺过程设计，生产调度，故障诊断等。也可以将神经网络和模糊控制技术等先进的计算机智能方法应用于产品配方，生产调度等，实现制造过程智能化。大规模定制（MC）大规模定制（MassCustomization，MC）是一种集企业、客户、供应商、员工和环境于一体，在系统思想指导下，用整体优化的观点，充分利用企业已有的各种资源，在标准技术、现代设计方法、信息技术和先进制造技术的支持下，根据客户的个性化需求，以大批量生产的低成本、高质量和效率提供定制产品和服务的生产方式。概念MC的基本思想是通过产品结构和制造流程的重构，运用现代化的信息技术等一系列高新技术，把产品的定制生产全部或部分转化为批量生产，以大规模生产的成本和速度，为单个客户或小批量多品种市场定制任意数量的产品。基本思想分类按订单销售（Sale-To-Order）按订单装配（Assemble-to-Order）按订单制造（Make-to-Order）按订单设计（Engineer-to-Order）大规模定制（MC）产品设计模块化产品制造专业化生产组织和管理网络化企业间的合作关系伙伴化特点生产制造系统模块化动态组合的布局方式动态组合的调度方式动态响应的控制结构关键技术大规模定制的企业核心能力表现准确获取顾客需求的能力面向MC的敏捷产品开发设计能力柔性的生产制造能力敏捷制造（AM）敏捷制造（AgileManufacturing，AM）是指制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效的方式响应用户的需求，实现制造的敏捷性。其核心是企业在不断变化、不可预测的经营环境中的快速重构能力，具体表现为多个企业的核心制造能力的动态组织。概念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。核心思想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;采用多变的动态组织结构、着眼于长期获取经济效益;建立新型的标准体系，实现技术、管理和人的集成;最大限度地调动、发挥人的作用。特点云制造（CM）云制造（CloudManufacturing:CM）是为避免制造资源的浪费，借用云计算的思想，利用信息技术实现制造资源的高度共享。建立共享制造资源的公共服务平台，提供各种制造服务，实现制造资源与服务的开放协作、社会资源高度共享。概念面向服务和需求的制造、不确定性制造、透明和集成的制造、支持多用户的制造、支持按需使用和付费的制造、低门槛众包式制造、绿色低碳制造等。针对大型集团企业的研发设计能力服务平台；区域性加工资源共享服务平台;制造服务化支持平台也是将来云制造重点发展的方向之一;制造更可以服务于量大面广的中小企业;建立物流拉动的现代制造服务平台。五大应用方向特征1.2我国制造业面临的新环境新的发展阶段新的挑战新的发展机遇1.2.1新的发展阶段形成比较独立完整体系告别工业产品短缺时代产业规模持续扩大新中国成立后我国制造业经历了三个发展阶段：2010年，我国制造业产出占世界比重的19.8%，超越美国的19.6%，成为全球制造业第一大国，这一成就世界瞩目。（1949—1978年）（1978—1990年）（1990—2010年）1.2.1新的发展阶段*自主创新能力不强：核心技术对外依存度高，高端装备的关键零部件依赖进口。*处于价值链低端：产品多数处于附加值较低的“制造-加工-组装”环节，产品附加值较低。*生产经营效率不高：2011年我国制造业增加值率为21.5%，发达国家在35%以上。劳动生产率约为发达国家的36%--40%。*产业结构不合理：一般加工工业和资源密集型产业比重过大，技术密集型产业所占比重偏低，为用户提供服务的现代制造服务业占比偏低。*产品质量问题突出：质量直接损失每年1700亿元以上，间接损失超万亿，食品安全事故时有发生，危及人民生命健康和损害国家形象。但，我国制造业大而不强，不可持续发展问题凸显。1.2.2新的挑战发达国家高端制造业回归本土：美国为首的发达国家鼓励制造业回迁，期望巩固制造强国地位与固有优势，抢占新工业革命先机。发展中国家低端制造业低成本竞争优势：印度、越南、印尼等发展中国家以更低的劳动力成本吸引着越来越多的跨国企业布局，成为低端制造新的转移方向。我国资源和环境双重约束：一方面，石油、铁矿石、水等能源资源约束趋紧。另一方面，牺牲环境的代价越来越大。1.2.3新的发展机遇第三次工业革命给我国制造业带来难得的“机会窗口期”：以数字化制造为标志的第三次工业革命已显端倪，这为我国制造业的超越发展带来机遇。我国将成为第三次工业革命的主要参与者，而不再是前两次工业革命的“看客”。城镇化及消费结构升级提供了巨大的市场需求空间：一个快速增长的10多亿人口的消费市场，是任何一个国家在工业化、现代化过程中都未曾拥有的，这是我国制造业拥有的最大优势也是最大机遇之一。经济体制机制改革将加速制造业转型升级：打造中国经济升级版，依靠改革