先进生产模式

第九章先进生产模式教学目的及要求了解制造系统的构成，系统集成的要求、方式，掌握“集成”的思想了解柔性制造系统、CIMS系统的基本概念了解其它先进制造技术第一节基本概念1.制造系统的构成1)机械制造系统的特征结构方面：制造过程涉及的硬件及相关软件的统一整体功能方面：将制造资源转变为成品或半成品的输入输出系统过程方面：制造生产的运行过程，多个制造环节的统一共同体2)机械制造系统内部的三个组成部分：物料流：加工过程是物料输入和输出的动态过程，这些物料(包括各种材料、工具、量具、夹具以及其他辅助材料)在系统内的运动，构成了物料流。信息流：加工过程中静态信息与动态信息和机械加工过程的各个组成部分之间的交换、交流以及相互作用，构成了信息流。能量流：机械制造系统内各部件的运转所消耗的能量以及加工过程中发生的能量转移构成了系统的能量流。三个组成部分相互联系、相互影响，不可分割。2.集成的概念集成来源于企业的实际需求，是系统概念的延伸，它强调组成系统各部分之间的有机、协调工作已发挥整体效益，达到整体优化的目的。企业实现集成的收获：•减少数据冗余，实现信息共享•便于合理的规划和分布数据•便于进行规模优化•便于实现并行工程，提高效率和效益3.集成的要求和方式集成的要求：•应包括各种加工设备以及通信设备在内的部分或全部硬件资源•应包括软件资源•应建立企业信息模型，做到信息共享•企业各部门应协调一致，各职能紧密联系•强调人的地位和作用方式：硬件集成、软件集成、数据和信息集成、各功能集成、人和组织的集成，尤其是要注意人和组织的集成。第二节计算机集成制造系统美国学者JosephHarrington博士1973年首先提出“计算机集成制造”(ComputerIntegratedManufacturing,CIM)概念，其基本思想是：•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。“自动化孤岛”1+1=2?将“自动化孤岛”集成在一起将“自动化孤岛”集成在一起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。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；•CIMS的核心在集成。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。CIMS输入输出CIMS相关技术CIMS的组成及其功能CIMS包含了一个制造企业的设计、制造、经营管理三种主要功能，要使这三者集成起来，还需要一个支持环境，即分布式数据库和计算机网络以及指导集成运行的系统技术。组成：四个功能分系统管理信息系统(MIS)：以MRPII为核心，CIMS的神经中枢，指挥与控制其它部分的运行。工程设计自动化系统：含CAD、CAPP、CAM三部分。CIMS的主要信息源。制造自动化系统：CIMS信息流与物料流的结合点，CIMS最终产生经济效益的聚集地。质量保证系统：采集CIMS内与质量有关的数据，保障企业生产目标的实现。含决策、检测与数据采集、评价、控制与跟踪几个子系统。两个支撑分系统CIMS数据库系统：支撑系统，CIMS信息集成的关键之一，实现企业数据的集成与共享。一般采用集中与分布相结合的方式。CIMS计算机通信网络系统：CIMS的另一个主要支撑技术，实现各分系统之间的通信、交流，完成系统的集成。CIMS面向功能构成的系统结构为控制CIMS控制系统的复杂性和简化实施，采用横向或纵向的分解与集成，形成多层递阶控制结构或由“核”核若干层外围组成的轮式结构。优点：把CIMS系统分解成几个分系统，减少全局控制和开发的难度。美国制造工程师学会在1985年发表的CIMS最早轮图，含义是十分明确的，即在计算机技术的支持下，实现企业经营、生产等主要环节的集成。CIMS在我国的发展及实施CIMS的效益目标：我国“863计划”中将CIMS确定为自动化领域的主题研究项目之一，并规定了我国863/CIMS的战略目标为：跟踪国际CIMS有关技术的发展；掌握CIMS关键技术；在制造业中建立能获得综合经济效益并能带动全局的CIMS示范工厂，通过推广应用及产品化促进我国CIMS高技术产业的发展。方针：效益驱动、总体规划、重点突破、分步实施、推广应用发展：经过十多年的努力，我国CIMS事业取得了迅速发展，已形成了一个健全的组织和一支研究队伍；实现了我国CIMS研究和开发的基本框架；建设研究环境和工程环境，包括一个国家CIMS实验工程中心和7个单元技术开放实验室，完成了一大批课题的研究工作，陆续选定了一批CIMS典型应用工厂作为利用CIMS推动企业技术改造的示范点；这些工厂包括飞机、机床、大型鼓风机、纺织机械、汽车、家电、服装以及钢铁、化工等行业。效益：实施CIMS的效益主要体现在信息集成的效益上；由于系统集成度提高，使各功能分系统间的配合和参数配置更加优化，各种生产要素的潜力得到更有效的利用，减少实际存在于企业生产中的各种资源浪费，同时使管理科学化，提高企业对市场的响应能力。具体表现在：1)提高产品质量2)提高设备利用率3)提高科学管理水平。实施CIMS后，明显提高企业新品开发能力，提高企业市场竞争能力。产品质量明显提高，交货期短而准确，价格合理，企业的信誉随之提高；CIMS在其发展历程中的主要应用对象是离散型制造业(约占全部制造业的50%)。必须指出CIMS的思想、系统方法和集成技术同样可用于诸如连续型或混合型企业中，国内外在电器、化工、电子元件、钢铁行业中已有不少企业实施CIMS应用工程并取得了成功。第三节其他先进制造技术1.并行工程(ConcurrentEngineering，CE)并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计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处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。并行工程的提出顺序生产方式：市场调研—产品计划—产品设计—试制样机—修改设计—工艺准备—正式投产。缺陷：设计过程中不能及早考虑制造过程及质量保证等问题并行工程是对产品及其相关过程(包括制造过程及其它支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式，其运行机理的要点表现在两方面：一方面突出人的作用，强调人们的协调工作；另一方面，要求一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计，尤其注意早期的概念设计阶段的并行与协调。并行工程的核心内容是并行设计，即在产品设计阶段尽可能同时考虑产品生命周期的所有影响，及时全面评价产品设计，提出改进的反馈信息及时改进产品设计，保证产品设计、工艺设计、制造一次成功，以达到降低产品成本，提高产品质量和缩短产品开发周期的目的。产品形成过程昨天-今天-明天产品规划概念设计生产准备详细设计昨天过程序列产品规划概念设计详细设计生产准备PDM数字模型过程管理明天过程流产品规划概念设计详细设计生产准备PDM今天过程链丰田汽车公司的并行工程系统规划车型设计产品设计生产准备生产财务.会计Finance/Accounting开发期LengthofDevelopmentTime规划Planning车形设计StylingdesignEngineering产品设计DesignPrototypeFabrication&Testing试制评价Productionengineering生产准备生产Production零部件厂家PartssuppliersProductionengineeringProduction规划Planning车形设计Stylingdesign产品设计EngineeringDesign试制.评价PrototypeFabrication&Testing生产准备生产试制评价CE的特点强调团队工作(TeamWork)强调设计过程的并行性强调设计过程的系统性强调设计过程的快速反馈CE的目标：缩短产品的提前期，提高产品质量。CE的组织：强调设计群体的协同工作(TeamWork)，注重协同的组织形式、协同的设计思想以及所产生的协同效益。CE的方法与工具：除常规的计算机辅助设计和软件沟外，着重在数据交换、数据管理和通信技术。CIMS作为制造系统为CE的运用提供了理想的集成环境，CE在CIMS中的应用能更好地解决CIMS中产品设计的效率问题。CE的关键技术并行工程是集成地并行地设计产品及相关过程的系统化方法。关键技术是：并行产品开发过程建模、仿真与优化并行工程的集成产品开发团队并行工程协同工作环境数字化产品建模与CAX/DFX使能工具CE在先进制造技术中的地位和作用并行工程在先进制造技术中具有承上启下的作用。2.产品数据管理PDMPDM的定义：产品数据管理(PDM)以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其生命周期内保持一致、最新和安全，从而缩短产品研发周期、降低成本、提高质量、改善性能，使企业赢得主动权和竞争优势。与产品相关的信息包括项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、工艺资料等；与产品相关的过程包括工作流程、机构关系等过程处理程序。在开发和设计的工作中，正确的文档应该在正确的时候送到正确的地方需求功能图计算资料产品目录标准图纸零件表准则规格说明书材料表工具单DINISO人工环境下的产品数据管理档案室工艺文件(纸介质)产品图纸(纸介质)物料文件(纸介质)其他文件(纸介质)网络产品设计CAD/CAE生产管理MRP/ERP其他部门信息孤岛信息孤岛信息孤岛电子文档工艺设计CAPP/CAM信息孤岛电子文档电子文档电子文档重要工作查找通知检查归档分类设计计算绘图建立零件表修改利用PDM可以大大简化开发和设计工作基于PDM的系统解决方案图纸管理文档管理零件分类产品结构管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文档保存零件管理进一步分析，PDM可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。PDM以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。PDM进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，所有的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的。核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。产品数据管理(PDM)的原理M-CADE-CADCAPPFEMDTPPDMClientPDMClientPDMClientMetadaten文件系统文档PDMServerDBSer