第三章先进制造系统模式

先进制造系统第一章先进制造系统总论第二章先进制造系统的基本原理第三章先进制造模式第四章先进设计技术第五章先进制造装备及技术第六章先进制造工艺技术第七章绿色设计与制造第八章制造系统的展望先进制造系统第三章先进制造模式§3.1制造模式的类型与作用§3.2并行工程§3.3敏捷制造§3.4可重构制造§3.5大量定制§3.6成组技术§3.7精益生产§3.8计算机集成制造§3.9虚拟制造§3.10网络化制造§3.11智能制造§3.12几种制造模式的比较§3.1制造模式的类型与作用一、按制造过程可变性可分为刚性制造模式DedicatedManufacturingMode，DMM柔性制造模式FlexibleManufacturingMode，FMM可重构制造模式ReconfigurableManufacturingMode，FMM二、按信息流与物流运动方向可分为精益制造模式LeanManufacturingMode，LMM信息化制造模式通过MRPⅡ或ERP来实现§3.1制造模式的类型与作用精益生产LP生产计划生产进度表生产指令工序1工序2工序3库存实际需求数量看板看板JIT拉动式生产方式MRPⅡ生产计划生产进度表生产指令工序1工序2工序3库存实际需求数量库存库存MRPⅡ推动式生产方式生产指令生产指令三、按制造过程利用资源的范围可分为集成制造模式IntegratedManufacturingMode，IMM敏捷制造模式AgileManufacturingMode，AMM智能制造模式IntelligentManufacturingMode，IMM§3.1制造模式的类型与作用四、制造模式的作用1。制造模式增强制造系统的竞争力2。制造模式提高制造技术的有效性3。制造模式拓宽企业资源增值的途径§3.1制造模式的类型与作用5%95%通过时间（在车间）加工准备时间+加工时间传送时间+排队时间30%70%加工时间加工准备时间：定位、装夹、测量、空运转在机床上时间传统小批量生产中零件制造过程的时间分配成本(C)质量(C)交货期(I)服务(S)环境(E)知识创新(K)70年代以前70年代80年代90年代90年代后期21世纪制造系统竞争要素的演变过程§3.2并行工程(ConcurrentEngineering，CE)一、CE的发展受美国国防部委托，1988年美国防御分析研究所IDA在对并行工程及其应用与武器系统的可行性进行调查研究的基础上，率先提出了并行工程的概念。§3.2并行工程(ConcurrentEngineering，CE)二、CE的原理1。定义：并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的系统模式。这种工作模式力图使开发者在设计一开始就考虑产品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。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ProductionProductionengineeringProduction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零部件厂家Partssuppliers二、CE的原理2。并行工程的特点强调团队工作（Teamwork）精神和工作方式。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“短”反馈。§3.2并行工程(ConcurrentEngineering，CE)设计人员计算机用户计算机维护人员计算机制造工程师计算机装配工艺师计算机销售人员计算机并行工程中的团队工作方式市场分析产品设计工艺流程产品制造传统的串行设计过程产品需求分析方案设计工程分析技术设计施工设计与工艺设计制造与装配售后服务方案论证设计反馈加工反馈市场反馈产品生命周期产品开发过程的各个阶段并行设计过程概念设计频繁反馈串行开发过程详细设计工艺设计成形制造与测试正式生产制造概念设计详细设计工艺设计成形制造与测试正式生产制造并行开发过程下游对上游的支持信息缩短上市时间串、并行产品开发过程的对比三、并行工程实施实例美国波音飞机制造公司投资40多亿美元，研制波音777型喷气客机，采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造。从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了3年零2个月就试制成功，进行试飞，一次成功，即投入运营。在实物总装后，用激光测量偏差，飞机全长63.7m，从机舱前端到后端50m，最大偏差仅为0.9mm。AT&T公司在生产计算机配套印刷组产品时，由于原来的设计中未考虑生产工艺性问题，致使产品质量低下，合格率仅为5%。采用并行设计以后，利用计算机虚拟检测，找出设计中的缺陷，使产品合格率达到90%。四、并行工程的效益缩短产品的生产周期，快速投放市场。提高质量。降低成本。保证功能的实用性增强市场竞争能力。§3.3敏捷制造AM一、AM的发展20世纪80年代中期，美国的制造业在与日本的竞争中，优势逐渐丧失，为了夺回制造业的优势，1991年，受美国国会和国防部的委托，里海大学的亚科卡研究会同众多的企业界和学术界代表，编写了一份“21世纪制造企业战略的报告”，在此报告中，提出了敏捷制造的概念。§3.3敏捷制造AM二、AM的原理1。AM的概念企业在无法预测的持续、快速变化的竞争环境中生存、发展并扩大竞争优势的一种新的经营管理和生产组织模式。制造企业采用现代通信手段，通过快速配制各种资源，以有效和协调的方式相应用户需求，实现制造的敏捷性。简言之，AM是指制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），又有效和协调的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性。敏捷制造组织开创式的管理结构和组织人有知识并已获得授权的人的技能技术柔性的和智能的技术集成组织．人和技术的方法论敏捷制造的概念二、AM的原理2。AM的实现技术总体技术：AM方法论、AM综合基础（信息服务技术、管理技术、设计技术、可重组和可重构制造技术）、支持基础结构（信息基础结构、组织基础结构、智能基础结构）关键技术：信息技术框架；集成化产品工艺设计的模型和工作流控制系统；企业资源管理系统和供应链管理系统；设备、工艺过程和车间调度的敏捷化相关技术：标准化技术、并行工程技术、虚拟制造技术等§3.3敏捷制造AM§3.3敏捷制造AM二、AM的原理3。AM的特征敏捷虚拟企业组织形式虚拟企业VirtualEnterprise企业动态联盟DynamicAllianceEnterprise虚拟制造技术仿真、建模、虚拟现实等技术三、AM实施案例航空发动机典型零件敏捷化设计与制造：实现了设计、制造、工装等部门间的异地协调，解决了航空发动机研制中的瓶颈问题，建立无纸化生产。工业机器人异地设计与制造：以沈阳新松机器人工程公司为应用对象，实现了支持机器人异地设计制造的市场客户管理、产品数据管理和客户信息管理系统，促进了新松公司登上新台阶。人工关节快速置换：建立了由医院、设计中心、信息中心、加工中心和相应部门结成的动态联盟，使人工关节的置换周期缩短50%。模具异地设计与制造：实现了设计者、用户与动态联盟的伙伴厂家进行讨论、分析。通过此系统，为一汽大众捷达王、哈飞制做车灯模具，替代了进口产品。§3.4可重构制造RM一、RM的发展20世纪90年代，市场快速变化要求企业必须快速响应，实现成本的效益的协调。企业只有具有快速、有效和低成本的适应各种变化的能力才能在新的环境中生存。因此，制造系统的快速重构成为企业的关键。1996年，美国密执安大学工程研究中心开展了可重构制造系统的研究。1997年，Y.Koren和U.Heisel等人首次正式提出RMS的概念。美国国家研究委员会NRC于1998年在《2020年制造挑战的设想》的报告中明确将RMS列入六大挑战和十大关键技术中，且名列十大关键技术之首。§3.4可重构制造RM二、RM的定义定义一：可重构制造系统是一种为响应市场或客户需求的突然变化，快速调整在一个零件族内的生产能力和生产功能，在最初就设计成为可快速改变结构、由硬件与软件的构件组成的制造系统。（Y.Koren教授等人）§3.4可重构制造RM定义二：可重构制造系统是一种能按市场需求变化和系统规划与设计的规定，以重排（重新组态）、重复利用和更新系统或子系统组态的方式，实现低的重组成本，短的系统研制周期和斜升时间，高的质量和投资效益，快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的可变制造系统。(罗振璧教授等)§3.4可重构制造RM定义三：可重构制造系统是一种对环境变化具有快速响应能力的、可重新实现系统构形的、满足系统决策属性要求的制造系统。§3.4可重构制造RM§3.4可重构制造RM三、RMS的组成与类型1单元级RMS可重构制造系统RMS可重构控制系统过程控制过程调度过程监控可重构加工系统可重构加工设备普通加工设备辅助设备检测设备清洗设备可重构物流系统储存系统输送系统操作系统工件流刀具流配套流毛坯产品§3.4可重构制造RM三、RMS的组成与类型2企业级RMS信息集成技术平台组织结构业务过程产品开发加工系统制造战略§3.4可重构制造RM四、RMS的支撑技术设计原理开放式控制系统硬件模块化设计软件模块化设计可重构设备设计可重构生产线设计过去现在设立一个招聘管理系统（EMS）1990－1993年间，HP的人事工作人员减少了1/3，人员比从1/53降低到1/75。EMS系统电话服务系统HP公司人事工作重组人事管理部门由分散于50多个分公司和120个销售办事处的50多个分支机构组成分支机构没有人事决策权各分支机构间互不通信§3.4可重构制造RM§3.5大量定制MC一、MC的发展1970年，AlvinToffler在《未来的冲击》一书中提出了一个设想，以类似于标准化或大量生产的成本和时间，提供满足顾客特定需求的产品和服务。1987年，StanDavis在《完美的未来》一书中将这种生产方式称为大量定制，又称为大批量定制或大规模定制或大规模顾客化生产。1993年，JosephPineⅡ在《大量定制——商业竞争的新前线》中进行了完整的描述，并将它与大量生产模式进行了比较，从而确定了它的模式概念。二、MC的原理1。MC的内涵大量定制是一种在系统整体优化的思想指导下，集企业、顾客、供应商和环境于一体，充分利用企业已有的各种资源，根据顾客的个性化需求，以大量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产模式。MC的基本思想是通过产品结构和制造过程的重构，运用现代信息技术、新材料技术、柔性制造技术等一系列高新技术，把产品的定制生产问题全部或部分转化为大量生产，以大量生产的成本和速度，为单个顾客或小批量多品种市场定制任意数量的产品。§3.5大量定制MC§3.5大量定制MC二、MC的原理2。MC与大量生产的比较大量生产大量定制重点通过稳定和控制取得效率通过柔性和快速反应实现多样化和定制目标以几乎人人买得起的低价格开发、生产、销售、交付产品和服务开发、生产、销售、交付买得起得产品和服务，它们具有足够的多样化和定制化，差不多人人都买得起自己想要的产品特征稳定的需求，统一的大市场低成本、稳定的质量、标准化的产品和服务产品开发周期长，产品生命周期长动态的需求，分散的小市场低成本、高质量、定制的产品和服务产品开发周期短，产品生命周期短二、MC的原理2。MC与大量生产的比较§3.5大量定制MC产品单价小中大生产批量大量生产成本曲线大量定制成本曲线客户愿意