现在制造技术系统发展概论

现在制造技术系统发展概论1.1制造概念（1）制造的定义“制造”与人类的生活与生产密不可分，它是人类生存、生活和生产活动中一个永恒的主题。制造活动、制造技术以及制造业与人类自身的进步是同步的，并在满足人类物质需求的过程中不断发展。真正意义上的“制造”的概念形成于18世纪工业革命之后，它是指“通过机器进行制作或生产产品，特别是大批量地制作或生产产品”。传统“制造”：产品加工的活动与过程，即：从原材料到成品；现代“制造”（大制造）覆盖产品全生命周期的活动与过程。（2）制造内涵的拓展时间拓展：从市场需求到成品的最终报废，产品的全生命周期；内容拓展：从加工工艺技术到产品的全过程、全周期、全方位，包含：市场需求－产品规划－设计开发－加工装配－销售服务－销毁回收；空间拓展：市场－企业－市场（3）制造外延的延伸时间延伸：产品出现－产品消亡；内部空间延伸：市场需求－产品规划－设计开发－制造装配－销售服务－……，覆盖了企业的所有活动和职能部门；外部空间延伸：从企业内延伸至市场、企业间…企业－市场企业内－企业间企业内－企业间－全球市场。（4）“制造”内涵拓展与外延延伸的意义意义在于：把制造的全部活动置于一个完整的系统中，把“制造”的研究置于产品的全生命周期中，把制造过程的研究置于市场环境中，使得制造技术的定位更加合理、准确，确立了制造作为一门完整的学科的地位。1.2制造技术传统制造技术：以机械制造技术为代表，以加工技术（车、铣、刨、磨、锻、铸、焊、…）为主体。现代（先进）制造技术：20世纪80年代提出的，是以产品为中心，以广义的制造理论为基础，以现代加工技术为手段，以现代管理技术、系统与优化技术、控制技术、信息技术为主体，将机械、电子、材料、能源、信息与管理技术综合应用于产品全生命周期的全过程。1.3制造系统（1）概念：“系统”：任何事物都是由数个相互作用、相互依赖的各个部分组成的，并具有特定功能的有机整体，这个整体称为“系统”。“制造系统”研究的触发：CIRP1960’s的研究报告。CIRP的结论：效率低下的问题除单项加工技术本身的原因外，更大程度上是制造过程整体的问题，即：制造整个系统的问题，制造的研究应更多地注重制造过程的整体性研究，应引入“系统理论和技术”对制造过程进行系统定义、系统运行、系统优化，最大限度地提高系统的整体效率。（2）制造系统概念的演变：十九世纪：制造系统的概念就出现了，是指“工厂制度体系”；1950’s:系统科学方法的提出，对制造产生很大的影响，产生了制造系统的基本概念；现代：“制造”是一个完整的不可分割的有机的整体，是一个集成的活动，是由许多相互联系、相互作用和相互制约的部分所组成的、能够实现产品全过程的系统。（3）制造系统的组成制造系统的组成：物质系统、信息系统、能量系统。“制造三要素”：物质、信息、能量。制造过程的“三流”：物质流、信息流、能量流。1.4制造技术与制造业（1）现代制造的特征“大制造”、“广义制造”，覆盖产品全生命周期的活动与过程；集机械、电子、材料、能源、信息技术为一体；集现代加工技术、现代管理技术、现代控制技术、系统与优化技术、信息技术为一体。（2）现代社会的发展对制造业的影响环境意识：人类生存空间与生存条件的逐渐恶劣，环境意识越来越强；能源意识：资源紧缺、价格上涨；产品市场：用户对产品的要求（性能、功能、质量、价格、服务、外观）越来越高，越来越苛刻。2.1现代制造模式（1）制造模式定义“制造模式”是在一定的社会、经济和技术条件下形成的制造组织形式、技术体系、实施方法的范式。了解制造模式的演变，掌握制造模式的哲理、内容、特征和实施方法，是推动制造业发展的关键。（2）制造模式的演变（就机械制造而言）19世纪末，在制造业逐渐兴起的阶段，生产呈现出批量的特性，形成了“批量化生产”模式；到了20世纪20年代，针对“大批量生产”的需求，HenryFord创造了“流水线生产”，解决了“大批量生产”的问题，完善了“大批量生产”模式；20世纪50年代以后，由于市场需求多变，顾客群体细分，“大批量生产”模式无法适应动态市场和复杂多变的顾客需求，“多品种小批量生产”模式在孕育和发展中。随之出现的CAx技术较好地解决了“多品种小批量生产”模式的问题；到了20世纪80年代中期，全球经济一体化趋势，科学技术迅猛发展，导致了制造模式的变革加快，精益生产（LeanProduction，LP）、并行工程（ConcurrentEngineering，CE）、敏捷制造（AgileManufacturing，AM）、大规模定制（MC，MassCustomization）等制造模式带来了制造业的高速发展；进入90年代，网络技术、智能技术的发展，环境和资源的压力，促使制造朝着智能化、网络化、绿色化迈出了一大步，出现了智能制造（IntelligentManufacturing，IM）、虚拟制造（VirtualManufacturing，VM）、网络化制造（NetworkedManufacturing，NetM）、数字制造（E-Manufacturing）、绿色制造（GreenManufacturing，GM）等更多富有哲理的制造模式。2.2敏捷制造（AM，AgileManufacturing）敏捷制造的基本思想是：以信息技术为手段把具有敏捷特性的制造企业或组织机构、先进的柔性生产技术和高素质的人员进行全面集成，通过组织动态企业联盟这样一个新的、兼有合作与竞争的生产模式来适应当今持续多变、无法预测的市场变化。动态联盟（或称：动态企业、虚拟组织、虚拟企业，等；DynamicEnterprises，VirtualCompany，VirtualOrganization）：是由两个以上成员组成的一种有时限（暂时、非固定化）的相互依赖、相互信任、相互合作的组织，旨在以最小的投资、最快的速度对市场机遇做出反应。其成员以自身的实力和信誉，通过竞争被核心企业吸收加入。为了共同的利益，每个成员只负责完成其特长的工作，把各成员的专长、知识和信息优势集中起来，以最短的反应时间和最小的投资最大限度地满足用户需求。2.3虚拟制造(VM，VirtualManufacturing)“虚拟制造”是20世纪90年代提出的概念，是指利用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机或虚拟环境中模拟产品的整个过程，包括：虚拟设计、虚拟装配、虚拟加工、虚拟调度和虚拟测试等，从而实现非物理化的产品设计、加工制造、性能分析、生产管理和调度、销售及售后服务。从而大大地提高产品及其过程的设计质量，减低成本，缩短研制周期，促进新产品开发，增强市场竞争力，并已在上述方面显示出巨大的潜力。2.4大规模定制在全球化市场竞争格局下，确保顾客满意已成为企业的核心战略。为实现这一战略目的，企业提出结合大规模生产的规模经济与定制生产满足个性化需求两种生产模式的特点，采用新型的制造模式－“大规模定制生产模式”（MassCustomerizedProduction）。在满足顾客个性化需求的同时，保持较低的生产成本和较短的交货期。该生产模式的提出促使产品形成过程和产品结构的变革重组，要求基于产品平台来派生满足顾客需求的个性化最终产品。2.5数字制造(E-Manufacturing)将数字化技术与制造技术融合，形成了数字化制造技术，它广泛应用于产品设计与制造活动、制造系统的全局优化、制造过程的管理及控制等。数字化制造技术已经逐渐成为制造业优质、低耗、低成本和快速响应市场需求的先进制造技术中的首选技术。制造已经进入数字化时代。2.6智能制造是20世纪90年代提出的制造领域的新模式。以日本为代表的制造学科的研究人员认为：制造应突破CIM、FA等概念的局限性，应重视人工智能、智能机器、自治控制等技术的发展，寻求新一代的制造系统模式。2.7绿色制造环境、资源、人口是当今人类社会面临的主要问题，制造业对环境和资源问题有着重要影响和直接作用。因此，在制造业中如何最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物，是关系到人类社会长远的生存和发展、必须解决的重大问题。绿色制造研究的主要内容包括：绿色制造的理念体系、绿色制造的体系结构和全/多生命周期工程、绿色制造的系统运行模式、绿色制造的物能资源系统等。3制造中的前沿与热点问题支持产品创新的设计制造理论与方法制造信息学理论与应用微纳米制造(Micro-Nano-Manufacturing)理论和技术极限条件制造中的关键科学技术问题研究制造系统建模理论与制造过程模拟仿真技术新成形加工原理与技术