第六章先进生产制造模式

2019/10/41第一节计算机集成制造第二节并行工程第三节精益生产第四节敏捷制造第五节智能制造系统第六章先进生产制造模式2019/10/42第一节计算机集成制造1234CIM和CIMS的概念CIMS的组成CIMS递阶控制结构CIMS的体系结构CIMS在我国的实施进展5第2章平面机构的结构分析CIM：ComputerIntegratedManufacturing计算机集成制造美国JosephHarrington博士1973年提出；基本出发点：系统的观点：企业的各种生产经营活动是不可分割的，要统一考虑；信息的观点：整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程；内涵：借助于以计算机为核心的信息技术，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来，使企业内的各类功能得到整体优化，从而提高企业适应市场竞争的能力；1计算机集成制造1.1CIM和CIMS的概念第2章平面机构的结构分析CIMS：ComputerIntegratedManufacturingSystem计算机集成制造系统基于CIM理念而组成的系统，是CIM的具体实现；CIMS的核心－集成技术集成将企业内各生产环节的有关技术集成；生产管理技术；计算机辅助设计、分析技术；计算机辅助制造技术；计算机辅助质量管理与控制技术；要素集成人/机构、经营管理和技术三要素集成；经营人/机构技术1计算机集成制造1.1CIM和CIMS的概念第2章平面机构的结构分析CIMS的基本要素及其作用技术在CIMS中的作用作为一种高新技术，CIMS首先为企业提供一套技术手段综合应用计算机技术、自动化技术、系统工程技术、现代制造技术以及管理科学等，对企业的各种经营方法给予技术上的支持；从本质上讲，CIMS是一种以“内含”为主的技术改造计算机辅助设计技术支持企业产品改革；用柔性制造系统、自动生产线、先进的控制方法对生产过程进行改造；用计算机辅助工艺设计提供更科学的工艺规程；CIMS是覆盖面更大的全方位的企业改造不仅在工程设计和生产制造方面，它对企业的经营管理也提供了先进的方法和工具，从技术上给予支持；同时，也不可避免地引起管理机制和组织机构的改革1计算机集成制造1.1CIM和CIMS的概念第2章平面机构的结构分析CIMS的基本要素及其作用管理在CIMS中的作用CIMS覆盖了整个工厂，企业的管理是企业的决策中枢、协调中心，也是CIMS的重要组成部分；现代的大工业生产，规模大、环节多、分工细、关系复杂，因此管理内容多，工作复杂，要处理大量的静态和动态数据，需要用计算机进行集成管理；先进的技术，包括CIMS提供的各种先进技术手段和工具，必须与先进的管理机制相匹配，才能充分发挥作用；人在CIMS中的作用人为主体：CIMS是辅助工具；CIMS的实施改变了人的工作方式；1计算机集成制造1.1CIM和CIMS的概念第2章平面机构的结构分析组成功能组成分系统经营管理信息系统；工程设计自动化系统；制造自动化系统；质量保证信息系统；支持分系统计算机网络数据库管理工程设计自动化分系统经营管理信息分系统制造自动化分系统质量保证信息分系统数据库分系统计算机网络分系统市场信息技术信息支撑分系统功能分系统售后服务信息1计算机集成制造1.2CIMS的组成第2章平面机构的结构分析经营管理信息分系统将企业生产经营过程中产、供、销、人、财、物等进行统一管理的计算机应用系统；基本功能信息处理：信息的收集、传输、加工和查询；事物处理：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；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；核心制造资源计划MRPII；1计算机集成制造1.2CIMS的组成第2章平面机构的结构分析工程设计自动化分系统包括：CAD/CAPP/CAMCAD：计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计、动态分析与仿真、物料清单生成等功能；CAPP：毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定以及工时定额计算等；CAM：刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等；核心3C技术的集成。产品数据规范化、标准化，在各个系统中交换和共享，实现3C技术的集成。1计算机集成制造1.2CIMS的组成第2章平面机构的结构分析制造自动化分系统通过对车间内各生产设备资源进行计划、调度和控制，实现零件和产品的加工制造；系统由制造设备系统、物料运输与存储系统、车间运行控制系统组成；制造设备系统：包括机械加工设备、测量设备、辅助设备等物料运输与存储系统：包括物料仓库、缓冲工作站、搬运机器人、传送带、有轨小车、无轨小车等；车间运行控制系统：生产作业计划调度与控制；资源(物料、刀具、夹具等)需求计划及调度；物料流、刀具流的协调和控制；系统状态监控和故障诊断处理；生产数据采集及反馈；研究表明：生产中每个工件平均占用机床的时间只占它在工厂中停留总时间的5%左右，其余95%用于不同地点和机床之间的搬运和等待。因此，减少工件搬运、等待的闲置时间，减少在制品库存等成为生产计划调度与控制的主要目的。1计算机集成制造1.2CIMS的组成第2章平面机构的结构分析质量保证信息分系统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和质量信息综合管理与反馈控制子系统；质量计划子系统：确定改进质量目标，建立质量标准和技术标准，计划可能达到的途径和预计可能达到的改进效果，并根据生产计划及质量要求制定检测计划及检测规程和规范；质量检测管理子系统：包括建立成品出厂档案，改善售后服务工作质量；管理进厂材料、外购件和外协件的质量检验数据；管理生产过程中影响成品质量的数据等；质量分析评价子系统：包括对产品设计质量、外购外协件质量、工序控制点质量、供货商能力、质量成本等进行分析，评价各种因素对造成质量问题的影响，查明主要原因；质量信息综合管理与反馈控制子系统：包括质量报表生成、质量综合查询、产品使用过程质量综合管理等；1计算机集成制造1.2CIMS的组成第2章平面机构的结构分析CIMS控制结构CIMS是一个复杂的大系统，控制功能复杂、控制对象地域分散，用一台计算机集中控制难以实现；递阶控制结构：将一个复杂的控制系统按照其功能分解成若干层次；各层分别由独立的计算机控制处理，完成各自功能；层与层之间保持信息交换，上层对下层发出命令，下层向上层回送命令执行结果，通过通信联系构成一个完整的控制系统；美国国家标准与技术局(NIST)在80年代提出五层递阶控制结构；工厂车间生产系统单元工作站设备层次作业规划周期工厂月－年车间周－月单元小时－周工作站分－小时设备秒－分制造自动化CIMS1计算机集成制造1.3CIMS递阶控制结构第2章平面机构的结构分析五层递阶控制结构工厂级控制系统最高一级控制，进行生产管理，履行”厂部”职能；车间级控制系统负责协调车间的生产和辅助性工作；单元级控制系统负责相似零件分批通过工作站的顺序和管理诸如物料贮运、检验及其他有关辅助工作；工作站级控制系统负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动；设备级控制系统各种设备的控制器：机器人、机床、小车等；1计算机集成制造1.3CIMS递阶控制结构第2章平面机构的结构分析我国实施CIMS可划分四个阶段90年代前后，全国选四家企业进行可行性研究；1993~1995年，实施国家级CIMS示范工程；1996~2000年，各省实施CIMS示范工程；2000年以来，大面积推广；1计算机集成制造1.4CIMS在我国的实施进展2019/10/415第二节并行工程1234行工程定义行工程运行模式并行工程特征并行工程关键技术并行工程的支持工具5第2章平面机构的结构分析串行工程前一工作环节完成之后才开始后一工作环节的工作；各工作环节的作业在时序上没有重叠和反馈，即使有反馈，也是事后的反馈；并行工程是一种对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行的、一体化设计的工作模式，这种模式可使产品开发人员一开始就能考虑从产品概念设计到产品消亡的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户要求；两个关键思想是一种工作模式，而不是具体的工作方法；(工作环节先后次序客观存在)着重于从产品设计一开始就对产品的关键因素进行全面考虑，以保证产品设计一次成功；(多次修改)2并行工程2.1并行工程定义第2章平面机构的结构分析串行工程并行工程产品设计工艺设计制造装配检测测试用户与供应商市场人员设计人员工艺人员制造人员检测人员产品设计工艺设计制造装配检测测试用户与供应商市场人员设计人员工艺人员制造人员检测人员2并行工程2.1并行工程定义第2章平面机构的结构分析开发团队模式(IntegratedProductTeam,IPT)产品开发由传统的部门制或专业组变成以产品(型号)为主线的多功能集成产品开发团队；IPT有两种基本类型(1)实体小组：小组成员物理上聚集；(2)虚拟小组：小组成员通过网络联系；产品设计装配设计检验设计检验仿真装配仿真加工仿真性能仿真工艺设计评估检验计划装配计划作业计划产品样图2并行工程2.2并行工程运行模式第2章平面机构的结构分析并行特征把时间上有先后的作业活动转变为同时考虑和尽可能同时处理和并行处理的活动；整体特征强调全局性地考虑问题，即产品研制者从一开始就考虑到产品整个生命周期中的所有因素，追求整体最优；协同特征强调人们的群体协同作用，包括与产品全生命周期(设计、工艺、制造、质量、销售、服务等)的有关部门人员组成的小组或小组群协同工作；集成特征包括人员集成、信息集成、功能集成和技术集成；2并行工程2.3并行工程特征第2章平面机构的结构分析产品开发过程的协调与控制并行工程与传统生产方式的本质区别是把产品开发的各个活动作为一个集成的、并行的产品开发过程，强调下游过程在产品开发早期参与设计过程；因此，产品开发过程管理和控制是并行工程的关键技术；包括：过程建模技术、过程管理技术、过程评估技术、过程分析技术和过程集成技术；集成的产品信息模型能够全面表达产品信息、工艺信息、制造信息以及产品生命周期内各个环节的信息；能够表达产品各个版本的演化历史；能够表达产品的可制造性、可维护性和安全性；能够使设计小组成员共享模型中的信息；2并行工程2.4并行工程关键技术第2章平面机构的结构分析CAXCAD、CAE(计算机辅助工程分析)、CAPP、CAM、CAT(计算机辅助质量检测)DFXDFM(DesignforManufacturing)面向制造设计DFA(DesignforAssembly)面向装配设计DFT(DesignforTesting)面向检测设计DFU(DesignforUnAssembly)面向拆卸设计PDM协同的网络通信手段多媒体邮件、电子公告板、基于网络的视频会议系统；2并行工程2.5并行工程的支持工具2019/10/422第三节精益生产1234精益生产的历史背景精益生产的内涵精益生产的体系结构精益生方式的主要内容第2章平面机构的结构分析50年代初制造自动化技术迅速发展数控技术＋成组技术柔性制造系统；只着眼于提高制造的效率，减少生产准备时间，却忽略了可能增加的库存而带来的成本的增加；日本丰田公司提出及时生产：追求一种无库存或使库存最小的生产；1980年以1100万辆的产量全面超过美国；精益生产1985-1990年，美国麻省理工学院对美国、日本以及西欧90多家汽车制造厂的研究发现：日本与美国以及西欧各国在汽车工业发展上的差距，不在于企业的自动化程度的高低、生产批量的大小、产品类型的多少，其根本原因在于生产方式的不同。将日本的生产方式称为：”精益生产”3精益生产3.1精益生产的历史背景第2章平面机构的结构分析精益生产的基本概念“精”就是精干，“益”就是效益；运用多种现