机械制造基础第十三章先进制造技术141

机械制造基础第十三章先进制造技术主讲：仝勖峰西安电子科技大学本章内容先进制造技术的内涵典型先进制造系统的内涵先进制造技术的发展趋势一、先进制造技术概述制造业处于国家工业的中心地位，是工业化、现代化建设的发动机和动力源，是国际竞争中取胜的法宝、技术进步的舞台、国防安全的保障、发展现代文明的物质基础。科学技术产业制造制造制造制造技术科学技术生产力1、现代制造企业环境的变化产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；大市场和大竞争，竞争的知识化；顾客需求个性化；Internet产生了巨大的影响。时间作为竞争的决定性因素Prof.Dr.-IngBullinger788082848688909294962时间46810平均产品寿命TL平均开发时间TDTDTL年数1、现代制造企业环境的变化产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；大市场和大竞争，竞争的知识化；顾客需求个性化；Internet产生了巨大的影响。产品开发周期产品上市时间产品市场寿命=10年X构想SiemensAG产品上市时间对企业利润的重要性假设：5年的产品寿命;20%的市场增长率;每年2%的价格降低。利润减少4%22%33%原因开发成本增加50%制造成本增加10%产品上市延迟6个月1、现代制造企业环境的变化产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；大市场和大竞争，竞争的知识化；顾客需求个性化；Internet产生了巨大的影响。21世纪的“无国界经济”跨国公司的生产总值占资本主义世界生产总值的40%；跨国公司的贸易额占世界贸易总值的50%；跨国公司的工业研制费占世界总值的80%；跨国公司操纵了世界技术转让的75%；跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的90%。跨国公司的规模跨国公司中最大的200家“巨头”的年销售总额（7万多亿美元），比全世界除了美、日、德、法、意、英、中国、加拿大、巴西9个经济大国之外的180多个国家的GDP总和（6.9万亿美元）还多。“基于知识的经济”知识经济是建立在知识和信息的生产、分配和使用之上的经济。黄金与知识0200400600800100012001400单位：10亿美元LucentCiscoMicrosoftNokiaIntel人类社会6000年挖掘的黄金（1998年价）现代制造企业环境的变化产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；大市场和大竞争，竞争的知识化；顾客需求个性化；Internet产生了巨大的影响。0255075100低高扰动程度80年代90年代54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674///质量意识价格意识服务水平对替代品的脆弱性产品生命周期经济循环依赖水平流行时尚意识竞争强度消费者需求及欲望的变化程度购买者能力技术变化率饱和水平愿望的一致程度需求水平稳定性需求及消费者欲望的确定性必需品奢侈品价格竞争产品的差异性市场影响因素的变化“中心”的变化以产品为中心以顾客为中心以市场为中心1、现代制造企业环境的变化产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；大市场和大竞争，竞争的知识化；顾客需求个性化；Internet产生了巨大的影响。2、现代制造系统的模式和哲理成组技术(相似性)CIM(集成)并行工程(同步)JIT(准确)智能制造系统(智能)敏捷制造(灵活)精益生产(简化)CIPE(重组、标准化)业务过程重组BPR(重组)大规模定制生产MC(简化、灵活)电子商务EC网络化制造TQCSEK3、先进制造技术的内涵先进制造技术包括：1）先进设计技术2）先进制造工艺技术3）制造自动化技术4）先进制造系统1）先进设计技术设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素3、先进制造技术的内涵2）先进制造工艺技术精密、超精密加工技术精密加工：精度为3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度为0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm纳米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制造技术从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术高能束流加工（电子束、离子束、激光束）电加工（电解和电火花)超声波加工高亚水加工多种能源的组合加工3、先进制造技术的内涵3）制造自动化技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制柔性制造系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈质量控制3、先进制造技术的内涵4）先进制造系统先进制造生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系统IMS精良生产LP并行工程CE集成管理技术企业资源管理ERP基于作业的成本管理ABC现代质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成生产组织方法虚拟公司理论与组织企业组织结构的变革以人为本的团队建设企业重组工程3、先进制造技术的内涵二、典型的先进制造技术1、物料需求计划MRP（ManufactureResourcePlanning）MRP是60年代美国创立的一种将库存管理和生产作业计划的制定结合在一起的计算机辅助生产管理系统。1965年，美国奥里奇提出了独立需求和相关需求的概念，并提出定货点法只适用于独立需求，基于这一理论随后出现了按时间段确定物料的相关需求的方法，即物料需求计划。1、物料需求计划MRP独立需求：指对某种库存的需求与其它种类的需求无关，其本质是需求具有随机性、不确定性，是企业自身不能控制的需求。相关需求：指某种需求与其它需求具有内在的相关性。如对最终产品的需求是独立需求，但对其零部件的需求却是非独立的。1、物料需求计划MRP结论：①最终产品生产计划一经确定，有关时间内所有零部件、原材料的需求即可确定②由于最终产品的需求往往是不连续、不均衡的，所以对零部件和原材料的需求属波动需求③计算机为零部件、原材料的需求计算提供了方便1、物料需求计划MRP物料需求计划MRP42产品信息（物料清单）（工艺路线）库存信息3（物料可用量）主生产计划MPS1潜在客户预测合同采购计划生产计划1、物料需求计划MRP物料号：10000计量单位：件批量：10现有量：8物料名称：X分类码：08提前期：2累计提前期：28物料清单(BOM)基本内容1.2..3.2..31.21.层次物料号1100011100111101120011210120001210013000ACODPBRE计量单位件件m2件m3件m3套数量1.01.01.04.00.24.00.21.0类型生效日期失效日期物料名称成品率累计提前期ABC码MMBMBMBB199901011999010119990101199901011999010119990101199901011999010199999999999999999999999999999999199912319999999999999999999999991.001.000.901.000.901.001.001.0026.015.012.022.020.017.010.05.0AABCCBCC1、物料需求计划MRP主生产计划MRP计算：一生产哪些零部件、数量多少二何时下达零部件的生产任务、何时发货计划下达的任务（订购/生产）零部件和材料的库存文件在制品文件产品结构文件即物料清单BOM订购余额文件1、物料需求计划MRP闭环MRP在以下方面有所发展：（1）编制能力需求计划并对生产能力进行规划与调整（2）扩大和延伸了MRP的功能在编制零件进度计划的基础上把系统的功能进一步向车间作业管理和物料采购计划延伸（3）加强对计划执行情况的监控通过对计划完成情况的信息反馈和用工派工、调度等手段来控制计划的执行，以保证MRP计划的实现MRPⅡ执行结果反馈进行能力的负荷平衡NNYY经营计划生产计划大纲主生产计划粗能力计划物料需求计划能力需求计划采购生产活动控制派工输入/输出控制财务及成本管理是否可行是否可行闭环MRP闭环MRP与MRPⅡ1、物料需求计划MRP70年代末随着闭环MRP的应用和发展，系统的功能和范围进一步扩展。把生产、库存、采购、销售、财务、成本等子系统都联系起来，逐渐成为一个覆盖企业全部生产资源的管理信息系统。它不仅编制产品和零部件的生产进度计划、物料采购计划，而且还可以直接从系统获得销售收入、库存占用资金、产品成本等财务信息；除此，还包含经营计划，把经营管理的全部内容包括在系统之内。形成了MRPⅡ系统，在此基础上进一步形成ERP（EnterpriseResourcePlanning）系统。1、物料需求计划MRPMRPMRPIIERP的扩展关系ERP需求市场/制造企业/供应市场信息集成面向供需链EnterpriseResourcePlanningMRPII物料/资金信息集成面向企业ManufacturingResourcePlanningMRP物料信息集成MaterialRequirementsPlanningMRP-MRPII-ERP功能扩展法制条例控制流程工业管理运输管理仓库管理设备维修管理质量管理产品数据管理MRPMRPIIERP70年代80年代90年代销售管理财务管理成本管理物流资金流信息集成多行业、多地区、多业务供需链信息集成（不断扩展)客户关系管理Internet/IntranetMPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOMMPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM销售管理财务管理成本管理库存计划物料信息集成MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM2、CIMSCIM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（computerintegratedmanufacturingsystem）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。2、CIMS2、CIMS销售部门制造部门技术部门传统的组织结构面向功能的组织结构现代的组织结构面向过程的组织结构Teamwork2、CIMS信息集成过程集成企业间集成2、CIMSMFG制造Finance财务Distribution分销Purchasing采购Sales销售Design设计从早期的以信息集成为特征的计算机集成制造系统客户Customers供应商Suppliers价值链以过程集成和企业优化为特征的现代集成制造系统大制造，大系统2、CIMSCIMS实现的关键技术：•并行工程•产品数据管理PDM•项目管理•快速原型技术•拟实制造•大规模定制生产3、并行工程并行工程（ConcurrentEngineering，CE）是指：集成、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