2先进制造哲理

GuangdongUniversityofTechnology机电工程学院Tel.:15322234530e-mail:[e-mail]:695480257肖曙红第二章先进制造哲理、管理技术和生产模式先进制造技术AdvancedManufacturingTechnology第二章先进制造哲理、管理技术和生产模式AdvancedManufacturingPhilosophy,managementandProductionModel2本章主要内容◆先进生产模式概述◆成组技术（GT）◆计算机集成制造（CIM）◆并行工程（CE）◆制造资源计划（MRPⅡ）与企业资源计划（ERP）◆全面质量管理（TQC）◆精良生产（LP）◆敏捷制造（AM）◆智能制造（IM）◆可重构制造（ＲM）◆低碳制造（LCM)3先进生产模式先进生产模式概述◆精良生产（LeanProduction,LP）精良生产是对日本丰田公司生产方式的一种描述，其实质是除掉生产活动中的一切“冗余”，实行准时生产（JustInTime——JIT）。◆敏捷制造（AgileManufacturing,AM）敏捷制造提出“虚拟企业”的概念，意在建立柔性化、模块化的设计方法和制造系统的基础上，实现企业内部与外部更广泛的集成，以进一步增强快速响应市场能力和形成竞争优势。◆计算机集成制造(ComputerIntegratedManufacturing,CIM)计算机集成制造系统CIMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，通过计算机及软件系统，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来。CIMS一词在1974年由美国JosephHarrington博士提出，80年代初被广泛接受。4先进生产模式◆制约条件理论（Theoryofconstraints,TOC）犹太人物理学家EliyahuM.Glodratt从最优生产技术（OptimalProductionTechnique,OPT）发展形成的理论。系统的一切优化都应该围绕着这个系统的最薄弱的环节进行。以瓶颈工序为中心的生产计划技术，也称为“击鼓、缓冲与绳索(Drum,Buffer,Rope)”方法。瓶颈工序前面设比较大的制品库存，瓶颈工序后面不设在制品库存，瓶颈工序要定期保养，一般工序不追求设备开动率。◆绿色制造(GreenManufacturing,GM)又称环境意识制造(Environmentallyconsciousmanufacturing,ECM)、面向环境的制造(Manufacturingforenvironment,MFE)。综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。类似的概念有清洁生产(CleanProduction,CP)。还有一个重要的分支就是再制造工程(AgainManufacturing)。5先进生产模式◆智能制造(IntelligentManufacturing,IM)由日本东京大学HiroyukiYoshikawa在1989年提出。在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动，对制造问题进行分析、判断、推理、构思和决策。◆快速反应制造（QuickResponseManufacturing,QRM)快速反应（QuickResponse，QR）是从美国的纺织服装行业发展起来的。为了快速响应顾客的需求，制造商、供应商和分销商要紧密合作，通过共享信息来共同预测未来的需求，并且持续监视需求的变化以获得新的机会。初期的基本组成：流通管理、产品的快速设计与多样化开发、电子数据交换(EDI)。现在已溶入更多的先进的生产和管理技术。还包括：1)供应链流程再造，如基于价值增值的分销战术、基于时间的配送战术等。2)后勤网络的集成。6先进生产模式◆网络与虚拟化制造(Network&VirtualManufacturing)可重构制造系统(Re-configurableManufacturingSystem)既能快速的响应市场需求，又能廉价地重构原有的制造单元。CALS系统(ComputerAidedLogisticsSupport,计算机辅助后勤支持系统，CommerceatLightSpeed,光速商业)。合同制造(ContractManufacturing)虚拟制造(VirtualManufacturing,VM)，又称拟实制造。分散化网络制造(DispersedNetworkManufacturingSystem,DNMS)◆全面制造管理(TotalManufacturingManagement,TMM)以“发展高度柔性、零缺陷和最小流转时间的生产系统”为组织目标的先进管理模式。主要包括：准时生产(JIT)、全面工业工程、全面生产维护、工序控制、质量改进。7制造与制造技术企业战略的转变82.1成组技术GroupTechnology(GT)9成组技术（GT）成组技术◆成组技术是研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它把相似的问题分类成组，寻求解决这一类问题的相对统一的最优方案，以取得期望的经济效果。◆机械制造领域，应用成组技术将多种零件按其相似性分类成组，并以零件组为基础组织生产，以使产品的设计、制造工艺、生产管理更趋合理化。◆机械零件之间的相似性零件结构特征的相似性零件材料特征的相似性零件制造工艺的相似性◆应用：产品的设计、加工工艺、生产管理(成组生产单元)102.2计算机集成制造ComputerIntegratedManufacturing(CIM)11计算机集成制造（CIM）CIM的由来和发展◆CIM（ComputerIntegratedManufacturing）一词首先由Dr.J.Harrington于1973年提出，其两个基本观点：1）企业生产活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个统一的不可分割的整体。2）整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终产品可视为数据的物化表现。◆CIM概念提出后，未被立即接受，因条件不成熟。直至20世纪80年代初，各项单元技术（CAD、CNC、CAPP、MIS、FMC、FMS……）得到充分发展，并形成一个个自动化“孤岛”。在这种形势下，为取得更大的经济效果，需要将这些“孤岛”集成起来，CIM概念受到重视并被实施。12计算机集成制造（CIM）◆20世纪80年代中、后期，CIM逐渐开始实施，并显示出明显效益——提高企业的生产率和市场竞争能力。以往，竞争力主要取决于生产率，现今更重要的是对市场的响应能力。◆信息时代的到来,使世界正在“变小”。世界大市场的发展，使竞争更加激烈，这一方面极大地促进了社会的发展，另一方面也给企业造成了严酷的“生存环境”。企业为求得生存和发展，必须在TQCSE五要素上下工夫。T（Time）——时间，加速新产品研制周期，缩短交货期Q（Quality）——质量C（Cost）——成本S（Service）——服务E（Environment）——环保为实现这一目标，CIM是一种强有力的形式。13计算机集成制造（CIM）CIM及CIMS的定义◆欧共体CIM-OSA（开放体系结构）课题委员会：CIM是将人及其经营知识和能力与信息技术和制造技术综合应用，以提高制造型企业的生产率和响应能力。企业所有人员、功能、信息、组织管理等方面都是集成起来的整体的各个部分。◆CIM与CIMS◎CIM是一种哲理、思想、方法；◎CIMS是CIM哲理的具体体现；◎CIMS是一个计算机控制的闭环反馈系统，其输入是产品的需求和概念，输出的是合格的产品。14计算机集成制造（CIM）◆CIM是生产组织的一种哲理、思想和方法1)CIM是信息技术和生产技术的综合应用，目的是要提高企业的生产效率和市场响应能力。信息技术：以信息集成为特征的各项单元技术的集成、组织的集成乃至人的集成。生产技术：CIM包含企业的全部各项单元技术，是生产的高度柔性自动化，比传统的加工自动化范围要大的多。2)CIM以集成为核心，以整体优化为目标。15计算机集成制造（CIM）◆讨论：CIM的核心是集成，而集成的本质是信息集成。整体优化是CIM的目标（相对于自动化孤岛）。3M（人、机器、管理）集成，其中人是核心。普渡大学T.J.Willian教授提出CIMS参考模型的两个概念：★Automability（可自动化性）——指生产活动中可用数学形式或计算机程序描述的部分，生产活动中的这一部分内容可用计算机来进行处理。★Innovation（创新）——生产活动中无法用数学形式或计算机程序描述的部分，这一部分内容仍需人来完成。他认为工业革命使人变成了机器的奴隶，新技术革命则要“恢复人格”（Humanlization）。SME的“制造企业轮图”（图2-1）也强调以人为本。16计算机集成制造（CIM）◆展示CIMS体系结构的平面图图2-1美国制造业工程师计算机和自动化技术委员会CASA/SME的“制造企业轮图”（第三版1993）通过CIMS使企业知识共享17计算机集成制造（CIM）◆CIM往往和人们经常提到的“三无工厂”（无图纸、无库存、无人化),“3J”（Justintime，Justincase，Justinsupply）等概念相联系。◆CIMS的实现程度受企业经营环境的制约，与企业的技术水平、投资能力、经营战略等相联系，决定了CIMS是一个多层次、多模式、动态发展、逐渐向理想状态趋近的系统。◆搞CIM是非常复杂的事情，是一项高投入、高风险的项目，必须审慎行事（20世纪80年代只有少数公司获得成功）。18美国1990年调查了不同规模的165家企业应用与计算机相关的制造技术情况，表明高度自动化技术因投资较大而应用较少。计算机集成制造（CIM）19计算机集成制造（CIM）CIMS的体系结构指以信息的观点建立的企业模型框架（或功能模型）。CIMS功能模型通常由5个分系统组成（图2-3）。图2-3CIMS功能模型20计算机集成制造（CIM）实现CIMS的技术方案为了物理的实现上述CIMS功能模型，通常采用开放、分布、递阶控制的技术方案。◆开放：标准化应用软件环境◆分布：CIMS各分系统（分系统内子系统）均有独立的数据处理能力，一个分系统（子系统）失败，不影响其它分系统（子系统）工作；还指网络系统内各节点和资源的可操作性。◆递阶控制结构（计算机多级控制结构）：通常将CIMS大系统分成几个层次——工厂级、车间级、单元级、工作站级、设备级等五个层次。21计算机集成制造（CIM）阶段划分CIMS是一项庞大的、高投资、高风险的工程，为减小风险，提高成功率，应分阶段进行。通常分为以下5个阶段：①可行性论证;②系统初步设计;③系统详细设计;④系统实施;⑤系统运行与维护。22计算机集成制造（CIM）国内外发展简况◆美国：不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属MRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一CIMS实验系统（见图2-6）。◆欧共体：1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计），在130个合作项目中，关于CIM的项目占28项。◆日本：CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当于CIMS实验基地。◆新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等：也在积极跟踪和发展CIM技术。23计算机集成制造（CIM）国内发展简况◆863计划◎目标：跟踪世界高技术最新发展◎自动化领域两个主题：1）CIM；2）工业机器人◎组织与领导机构（图2-7）：自动化领域总体战略、分阶段战略部署，对外合作，总经费，年度经费分配，学术领导具体领导各项工作展开。专题学术领导，组长由主题专家组成员