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第九章先进生产模式与自动化制造系统的发展趋势第一节计算机集成制造系统CIMS第二节精益生产LP第三节敏捷制造AM第四节智能制造系统的基本概念第五节网络化制造第六节可重构制造系统第七节快速原型制造技术第八节自动化制造系统的发展趋势第一节计算机集成制造系统一、CIM与CIMS的基本概念CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在企业信息系统的支持下，将制造企业的全部要素和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、产品质量、产品成本、相关服务、交货期和环境保护等方面均取得整体最佳效果。经营决策中央计算机产品CAD/CAM图形工作站财务、人事、生产计划、生产管理、生产技术数据管理等各职能部门计算机作业管理层计算机FMS管理其他生产单元管理装配管理FMS1FMSN生产单元1生产单元N装配单元1装配单元N产品产品质量总检验FMS与生产单元层作业管理层设计计划层经营决策层MIS二、计算机集成制造系统的组成•CIMS由四个应用分系统和两个支撑分系统组成1.管理信息系统经营管理、物料管理、生产管理、人力资源管理2.工程设计自动化系统工程设计、分析和制造基本功能：①面向产品生命周期的建模②实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成主要功能模块（1）计算机辅助设计与分析（CAD/CAE）（2）计算机辅助制造（CAM）管理信息系统工程设计系统质量保证系统制造自动化系统数据库计算机网络CIMS系统的基本组成第二节精益生产LP一、精益生产的基本概念•精益生产的产生背景20世纪50年代日本丰田汽车公司1985年美国MIT精益生产是贯彻以人为中心的思想，通过系统结构、人员组织、运行方式、产品结构和市场需求等方面的变革，精简生产过程中一切无用、多余的东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。二、精益生产的基本思想：•在企业的各个环节上去除一切多余无用的东西，每个岗位的活动安排是必须增值，不能增值的岗位和活动一律撤销，即“消灭一切浪费”和“不断改善”，在组织的各个层面上雇用多面手，并且应用通用性强而自动化程度又高的柔性制造设备来生产品种多变的产品。其主要的支撑体系是准时生产（JIM）、全面质量管理（TQC）、成组技术（GT）、弹性作业人数和尊重人性。三、精益生产的特征：①重视客户需求②重视人的作用③精简一切生产中不创造价值的工作④精益求精、持续不断地改进生产，降低成本，追求零废品、零库存和产品品种多样化。第三节敏捷制造AM一、敏捷制造的基本概念•敏捷制造的基本原理：采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布结构连接各类企业，构造虚拟制造环境；以竞争合作为原则，在虚拟制造环境内动态选择成员，组成面向任务的虚拟公司进行快速生产；系统运行的最大目标是满足客户的要求。•定义敏捷制造指的是制造企业能够把握市场机遇，及时动态地重组生产系统，在最短的时间内向市场推出有利可图的、用户认可的、高质量的产品。一句话，敏捷制造企业的一切活动都是围绕着快和好这两个字进行的，要求企业具有很强的自适应能力。敏捷制造系统的体系结构敏捷制造的产生背景敏捷制造是美国为了重新树立其在全球制造业中的领导地位，而提出的一种面向21世纪的新型制造模式。它综合了即时生产、制造资源规划和精益生产等先进生产管理技术的优点，能系统全面地满足高效低成本、高质量多品种、迅速及时、动态柔性等难以由一个统一生产系统来实现的生产管理目标要求，代表着现代生产管理的最新发展。虚拟企业a)虚拟企业的功能b)虚拟企业的生命周期敏捷制造的特点1.敏捷制造对市场需求反应敏捷2.敏捷制造是高度柔性化、无库存的生产组织方式3.敏捷制造企业的生产成本与生产批量无关4.产品服务可以全程面向用户5.敏捷制造可以做到充分的资源共享6.敏捷制造可以充分发挥人的作用敏捷制造企业的示意图第四节智能制造系统的基本概念一、智能制造系统的基本概念智能制造系统是一种由智能机器人和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它将人工智能技术融合进制造系统的各个环节中，通过模拟人类专家的智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等，取代或延伸制造环境中应由人类专家完成的那部分活动，使系统具有智能特征。二、智能制造系统的发展概况•美国是智能制造思想的发源地•最早正式提出智能制造并付诸实施的是建立在美国普渡大学的智能制造国家工程中心。•美国其他大学•欧洲•日本三、智能制造系统的研究领域1.智能设计2.智能机器人3.智能调度4.智能办公系统5.智能诊断6.智能控制第五节网络化制造正在来临的信息网络化时代20世纪90年代以来，美国进行了大量的信息化投资，微机累计产量在8500万台以上，同时微机－VAN网络成员数量在100万人以上。家用信息电器的电子手册、系统手册，以及美国阿波罗公司推出的个人数字辅助系统（PDA）等个人信息系统正在迅速普及。正在来临的信息网络化时代由于文化和经济背景不同，国际市场并不仅仅是多个国家市场之和。全球市场更是一种考虑不同国家对产品的要求差异的新型国际市场。对现有的跨国公司和组织结构、发展过程和策略进行研究和调查分析后，得出不同国际制造网络的模式及其关系，以及如何向全球制造网络化系统发展的途径，如图中箭头表示。正在来临的信息网络化时代不同国际制造网络及其关系和发展途径正在来临的信息网络化时代这个从传统的制造企业向全球制造网络化发展的模型，按照公司的经营策略、工厂的地理分布、文化背景以及技术和零部件供需来源可分为六种不同层次的模式：①GMC3——分散网络化的全球制造模式；②GMC2——多国制造模式；③GMC1——区域制造模式；④EMC3——全球出口模式；⑤EMC2——多国出口模式；⑥EMC1——区域出口模式。此外，各种模式之间并没有严格的界限，甚至可以相互逆转。网络上的虚拟企业及其虚拟制造信息服务网网络化的全球制造不仅是跨国公司的未来，中小企业也可以通过网络上的虚拟企业来实现全球制造。事实上，跨国公司为了实现全球制造，也正在逐步分布化和虚拟化。什么是网络上的虚拟企业？这里的“虚拟”并非没有。推出高质量、低成本的新产品最快的办法是利用不同地区的现有资源，把它们迅速组合成为一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体——网络上的虚拟企业。网络上的虚拟企业的特点是企业功能上的不完整性、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即：①功能的虚拟化；②组织的虚拟化；③地域的虚拟化。全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术全球制造模式中的产品开发、市场营销、加工制造、装配调试是分布在不同的地点，通过企业内部网络和国际互联网络加以连接，实现文件、数据、图像和声音的同时传送，各企业间的刀具和夹具的管理，零件图纸数控程序的编制方法、管理和分配，以及数控机床可用性的保证体系。如下图:全球制造模式中的制造系统及设备的控制技术全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术（1）数控自动编程系统及其后置处理。（2）工夹具管理一个工夹具管理系统应具有以下几方面的功能：①工夹具供应数据库；②刀、夹具数据库，包括模块化刀、夹具各组成部分的图形库；全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术③工夹具装配数据库；④刀具调整数据库；⑤切削用量数据库；⑥输出具有刀具简图的刀具调整单；⑦工夹具CAD系统，如刀具与夹具之间的碰撞检查等。全球制造模式中的制造系统与设备的控制技术（3）DNC（DistributeNumericalControl）数据程序管理及分配系统（4）制造系统与设备的控制技术应用的网络化、虚拟化第六节可重构制造系统一、可重构制造系统的概念可重构制造系统是以产品全生命周期理论为指导，以报废设备及其零部件的循环使用和反复利用为目的，以报废产品为毛坯，采用先进再制造成形技术，使报废设备及其零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造产品的一系列技术措施或工程活动的总称。再制造工艺路线简图二、可重构制造系统的现状分析随着资源的日益枯竭和环境污染的加剧，人们逐渐认识到可持续发展战略的重要意义，并不断探索实现可持续发展的手段。再制造工程就是在人类对资源要求的日益增长和对环境保护的迫切需要的情况下，形成的一门新的工程学科，因其巨大的资源、环境、社会效益而受到世界各国的重视，成为落实可持续发展战略的重要技术支撑。可重构制造系统是废旧装备高技术维修的产业化工程，再制造出来的产品是新产品而不是旧产品，其重要特征是再制造产品质量和性能可以达到或超过新品，而成本却只有新品的50%，制造过程节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低。三、可重构制造系统的特点1.资源效益2.环保效益3.社会经济效益第七节快速原型制造技术一、快速成形技术概述1.快速成形的概念快速成形技术是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的新型加工技术。快速成形技术不采用常规的模具或刀具来加工工件，而是利用光、电、热等手段，通过固化、烧结、粘结、熔结、聚合作用或化学作用等方式，有选择地固化（或粘结）液体（或固体）材料，从而实现材料的迁移和堆积，形成所需要的原型零件。传统加工与快速成形比较a)传统加工b)快速成形三维地形模型的制作2.快速成形技术的历史2.快速成形技术的原理首先要用CAD软件设计出所需零件的计算机三维模型；然后根据工艺要求，将三维模型按一定的厚度进行离散，从而将原来的三维模型转变为二维平面信息，接着对分层后的信息进行处理，产生数控代码；最后，数控系统以平面加工的方式，有序地连续地加工出每个薄层，并使它们自动粘接而成形。快速成形技术的原理3.快速成形的过程⑴前处理⑵分层叠加成形⑶后处理快速成形产品4.三维建模立体光刻的设备及产品5.快速成形技术的特点⑴适合于加工复杂零件⑵自动化程度高⑶加工周期短，成本低⑷制造过程具有高柔性⑸技术集成度高⑹设计制造一体化⑺使用材料类型多⑻属非接触加工⑼应用领域广泛熔融沉积成形的设备及产品6.快速成形技术的应用⑴用于产品设计评估与校审⑵用于产品工程功能试验⑶用作厂商与客户的交流手段⑷用于快速模具制造⑸用于快速直接制造⑹应用于医学、建筑等行业分层实体制造工艺的设备及产品返回目录1.材料及制造方法的发展材料的发展与产品的发展密切相关，继1770年瓦特发明蒸汽机以后，陆续出现了Daimler汽油发动机、Parson蒸汽轮机、高速斜齿轮柴油发动机，1910年左右出现了滚动轴承，以后又发展了燃汽轮机、喷气发动机。20世纪50年代以后，则出现了导弹、人造卫星，而今天宇宙飞船、载人空间站已成现实，目前正在向星际探测器等宇航新时代迈进。第八节自动化制造系统的发展市场和需求推动了产品的发展，产品的发展给材料的发展提出了新的要求，同时促进了材料技术的发展，这就要求制造工艺和方法能快速适应这一发展的要求，使它们相互依赖、共同发展。因此研究开发新材料，新工艺是机械工业永无止境的追求目标。1.材料及制造方法的发展保证零件加工质量是机械加工方法要解决的首要问题，加工质量的指标中最重要的是加工精度。保证加工精度是指限制加工方法产生的误差值，使它限定在允许的范围之内；而提高加工精度是指需要减少加工误差值。生产的发展要求不断提高机器的工作精度和运转精度，为此必须相应地提高零件的尺寸和几何形状精度。2.加工质量的发展2.加工质量的发展各年代达到的加工精度的大致情况如图1-1所示。3.制造自动化的发展自从1913年Ford建立第一条装配流水线开始，到1952年MIT发明第一台三轴立式数控铣床，揭开数字化制造的序幕，经过近几十年的探索和发展，制造自动化技术得到了飞速发展，并已进入了实用化阶段，90年代以来，制造的理念发生了质的变化，相应地提出了许多制造自动化新技术。回顾发展历史，制造自动化技术大约经历了五个阶段。如图所示。3.制造自动化的发展3.制造自动化的发展可以预见未来制造自动化技术的发展可以用“七化”来描述，它们是：1）制造集成化2）制造智能化3）制造敏捷化4）制造虚拟化5）制造网络化6）制造全球化7）制造绿色化•11、人生的某些障碍，你是逃不掉的。与