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第一章现代制造系统的基本原理制造系统概述新一代制造系统什么是制造业，制造业的范围有多大只要是对各种各样的原材料进行加工处理，生产出为用户所需要的最终产品，他们可以是飞机、汽车、计算机、电子仪器，也可以是成衣、制鞋、食品加工，都可以归属于“制造业”。其所涉及的活动范围则是从原材料采购、定单处理、产品设计、工艺设计，经过整个生产活动的计划、调度和加工、装配活动本身，直到销售发货和售后服务，还包括仓库管理、财务管理、人事管理等等，一句话，覆盖一个企业的全部活动。大制造和小制造小制造指传统的机械制造，重点是加工和装配大制造指产品的生命周期中，从供应市场到需求市场整个供应链中的所有活动。制造系统概述输入（资源和能量）1、有形资源如土地、厂房、机器、设备、能源、动力、各种自然资源、人力资源等、2、无形资源主要有管理、市场、技术、信息、知识、智力资源以及企业形象、产品品牌、客户关系、公众认可等、输出（企业系统的基本要素）1、产品硬件产品软件产品，还包括无形产品如决策咨询、战略规划等2、服务售前售后、技术输出、人员培训、咨询服务3、创造客户要留住和开拓新客户4、社会责任环境保护、公共建设、人文环境精良生产二次大战后，日本丰田公司的总裁丰田英二和其总工艺师大野耐一，敏锐的认识到大量生产工艺的弱点，认为它们不适合日本当前的情况，决定要走出一条新的适合日本条件取得更快发展的道路，而且事实证明他们确实是成功了。他们真可以说是穷则思变，变出了一条新路。精良生产第一个突出的例子就是钣金件的冲压。转向开发简单的换膜技术，并创造了一种简单的调整机构。“减少一切不必要的活动，杜绝浪费”。从生产操作、组织管理、经营方式等各个方面，找出一切不能为产品增值(Valueadding)的活动或人员，就加以革除。综合了单件生产与大量生产的优点，克服了传统经营方式中不和理的做法，开创了一种新的经营方式LP，既避免单件生产的高成本，又避免了大量生产的僵化不灵活。精良生产（LP）基本思想把工作任务集成为复杂的多面手的工作，或组成小组的任务，来消除多余和重复的工作，减少一切不必要的活动，杜绝浪费。大量生产方式的目标是使产品足够好，而精良生产则要求产品尽善尽美。精良生产的生产操作与对工人的要求减少以至撤消非增值的人员和岗位，彻底消除各种浪费。总装线上工人的集体责任制。对效率的看法。与西方传统不同的劳资关系，很大的激发了工人工作的主动性。精良生产认为有下面七种浪费修复次品是浪费过量生产是浪费加工过程中的浪费搬运的浪费库存是浪费动作是浪费窝工是浪费敏捷制造的基本思想敏捷制造可被看作是一种包括组织、高度熟练和学识渊博的人、和先进技术三者的集成，以达到合作和创新，来回答向顾客提供高质量的按用户要求定做的产品需要。敏捷性敏捷性是对于在急速变化、连续分裂的全球市场中提供高质量、高性能、按用户要求配置的商品和服务而盈利的挑战的反应敏捷性是动态的没有尽头的，是专门承上启下预见到未来的，是进攻性的抓住变化，和始终面向企业发展的。敏捷性敏捷可以和产品的生产周期联系在一起—表示快速；它可以和大批用户化生产联系在一起—表示适应性；也可以和动态联盟联系在一起—表示畅通的供应链和各种方式的联系；它可以和重购联系在一起---表示生产过程的不断改进；它可以和一个具有自学习、自调整能力的组织形式联系在一起---表示一系列的职业培训和教育；它可以和精良生产联系在一起---表示更高的资源利用率。敏捷性敏捷性意味着关于转变---它允许企业以任何方式来高速、低耗的完成它需要的任何调整。敏捷性还意味着高的开拓创新能力。把敏捷制造…（和上述各种提法）相比较是不合适的，因为敏捷制造描述的不是一个具体的生产过程或运行模式。并行工程以前的工作模式串行与并行的差别需求分析产品设计过程设计原形试制需求分析产品设计过程设计原形试制串行工程并行工程时间并行工程的定义并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程。（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。关于并行工程的几点解释⒈并行工程是一个关于设计过程的方法，它需要在设计中全面的考虑到相关过程的各种问题但并非包含制造及其它过程。相反，应强调的是所有设计工作要在生产开始前完成，而不要求在设计产品的同时就进行生产。⒉并行工程不是指同时或交错的完成设计和生产任务，而是对产品及其下游过程进行并行设计，它并不能随意消除一个完整过程中现存的顺序的向前传递信息的任一必要阶段。关于并行工程的几点解释⒊并行设计的思想是对设计过程的集成，所以它是企业集成的一个侧面，并不是超出企业集成的一个新概念。⒋并行工程期望作到的是优化设计，依靠集成各学科专业人员的智慧作到设计的一次成功。所以必然应该包括对设计的各方面的需求，如生产性、可靠性、可维护性等。实施并行工程的几点建议⒈并行工程的目标是缩短周期（包括新产品开发或用户定制产品）提高质量。⒉一开始就组成多学科联合设计组，对概念设计阶段投入的力量比传统方式多得多。有很多问题提前到该阶段解决，为设计一次性成功打下基础。⒊所用的方法和工具除了计算机辅助设计方法和软件外，着重在数据交换，数据管理和通讯技术。⒋应将并行工程的开发和实施整个企业集成的总体规划之下。第四章制造自动化第一节制造自动化技术概述⒈制造自动化技术的定义、内涵及技术地位制造自动化是人类在长期的生产活动小不断追求的主要目标，制造自动化技术足先进制造技术中的重要组成部分，也是当今制造上程领域小涉及面广、研究十分活跃的技术。第一节制造自动化技术概述⑴制造自动化的内涵制造自动化是在“大制造概念(广义)”的制造过程的所有环节采用自动化技术，实现刺造全过程的自动化。制造自动化的任务就是研究对制造过程的规划、管理、组织、控制与协调优化等的自动化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。制造自动化的广义内涵主要包括以下几个方面：第一节制造自动化技术概述(1)在形式方面，制造自动化有二个方向的含义，即：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人、机器及整个系统的协调、管理、控制和优化。(2)在功能方面，制造自动化的功能目标是多方面的．该体系可用TQCSE功能目标模型描述。TQCSE模型中，T、Q、C、S、E是相互关联的．它们构成了一个制造自动化功能目标的有机体系，他们的主要含义分别是：第一节制造自动化技术概述T表示时间，是指采用自动化技术，缩短产品制造周期，产品上市快，提高牛产率；Q表示质量，是指采用自动化技术，提高和保证产品质量：C表示成本，是指采用自动化技术有效地降低成本，提高经济效益；S表示服务，是指利用自动化技术，更好地做好市场服务工作，也能通过替代或减轻制造人员的体力和脑力劳动，直接为制造人员服务；E表示环境友善性，是制造自动化应该有利于充分利用资源，减少废弃物和环境污染，有利于实现绿色制造及可持续发展制造战略。第一节制造自动化技术概述⑶在范围方面，制造自动化不仅仅涉及到具体生产制造过程，而且涉及到产品生命周期所有过程。其主要有制造系统开放式智能体系结构及优化与调度理论，生产过程和设备自动化技术以及产品研究与开发过程自动化技术等。产品研究与开发过程自动化技术包括：CAD/CAPP/CAM一体化技术、并行工程技术、虚拟现实技术及快速原型制造技术等，生产过程和设备自动化技术是本章介绍重点，主要有：数控技术、工业机器人、柔性制造技术、智能制造技术、自动化制造系统中的检测与监控技术等。第二节制造自动化技术的发展及现状⒈制造自动化技术的发展历程⑴生产模式的发展过程制造自动化技术的发展和制造技术的发展是密切相关的。制造自动化技术服务的生产模式经历了以下几个主要发展阶段：①用机器代替手工，从作坊形成工厂。②从单件生产方式发展到大量生产方式。③从大量生产方式发展到多品种、小批量的柔性自动化生产方式。④目前已是高效、敏捷与集成经营生产方式。第二节制造自动化技术的发展及现状⑵制造自动化的发展过程制造自动化的历史和发展可分为五个阶段。第一阶段：刚性自动化，包括自动单机和刚性自动线。第—阶段：数控加工，包括数控(NC)和计算机数控(CNC)。第三阶段：柔性制造。本阶段特征是强调制造过程的柔性和高效率。第四阶段：计算机集成制造(CIM)和计算机集成制造系统(CIMS)。其特征是强调制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争的TQCS问题。第五阶段：新的制造自动化模式，如智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造等。第二节制造自动化技术的发展及现状⑶制造自动化技术的研究现状国内外对制造自动化技术的研究非常重视，主要有以下几个方面①单元系统的研究；以一台或多台数控加工设备和物料储运系统为主体的单元系统在计算机统—控制管理下，可进行多品种、中小批量零件自动化加工生产，它是现代集成制造系统的重要组成部分，是自功化工厂车间作业计划的分解决策层和具体执行机构。第二节制造自动化技术的发展及现状②制造过程的计划和调度研究INGERSOLL公司曾分析了在传统的制造工厂中从原材料进厂到产品出厂的制造过程，结果友明，对—个机械零件来说，只有5％的时间是在机床上，而另外的95％时间中，零件在不同的地方和不同的机床之间运输或等待。减少这95％的时间，是提高制造生产率的重要方向。优化制造过程的计划和调度是减少95％的时间的主要手段。有鉴于此，国内外对制造过程的计划和调度的研究非常活跃。第二节制造自动化技术的发展及现状③柔性制造技术的研究FMS的研究已有较长历史，但由于其复杂性和不断地发展，至今仍有大量学者对此进行研究。目前的研究主要围绕FMS的系统结构、控制、管理和优化运行等方面进行。第二节制造自动化技术的发展及现状④制造系统的系统技术和集成技术已成为制造自动化研究热点集成技术包括制造系统中的信息集成和功能集成技术、过程集成技术(如并行工程CE)、企业间集成技术(如敏捷制造AM)等；系统技术包括制造系统分析技术、制造系统建模技术、制造系统运筹技术、制造系统管理技术和制造系统优化技术等等。第二节制造自动化技术的发展及现状⑤更加注重制造自动化系统中人因作用的研究在过去一段时期，人们曾认为全盘自动化和无人化工厂或车间是制造自动化发展的目标。随着实践的深入和一些无人化工厂实施的失败，人们对无人化制造自动化问题进行了反思，并对于人在制造自动化系统中有着机器不可替代的重要作用进行了重新认识。近年来，提出了“人机一体化制造系统”、“以人为中心的制造系统”等新思想，其内涵就是发挥人的核心作用，采用人机一体的技术路线，将人作为系统结构中的有机组成部分，使人与机器处于优化合作的地位，实现制造系统个人与机器一体化的人机集成的决策机制。第二节制造自动化技术的发展及现状⑥适应现代生产模式的制造环境的研究当前，并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟制造、仿生制造和绿色制造等现代制造模式的提出和研究推动了制造自动化技术研究和应用的发展，以适应现代制造模式应用的需要。围绕敏捷制造这一21世纪占主导地位的制造模式的研究，主要包括敏捷制造模式下的制造自动化系统体系结构、高效柔性制造系统的建模与重构、制造能力测量、评价与控制和制造加工过程的拟实制造等等。第二节制造自动化技术的发展及现状⑦底层加工系统的智能化和集成化研究目前世界上IMS计划中，提出了智能完备制造系统HMS(HolonicManufacturingsystem)。HMS是由智能完备单元复合而成，其底层设备具有开放、自律、合作、适应柔性、可知、易集成和鲁棒性好等特性。第二节制造自动化技术的发展及现状⑷制造自动化技术的发展趋势制造自动化技术发展趋势主要是敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、全球化和制造绿色化。