其他先进制造模式简介课件

1、1,1,第18章 其他先进制造模式简介,2,2,1制造执行系统MES 2并行工程 3逆向工程 4计算机集成制造系统CIMS 5网络化制造系统 6. 虚拟制造 7. 绿色制造,3,18.1 制造执行系统MES,18.1.1 MES的背景 MES是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式,从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。,3,4,18.1 制造执行系统MES,18.1.2 MES的内涵 MES的关键是强调整个生产过程的优化，它需要收集生产过程中大量的实时数据，并对实时事件及时处理。同时又与计划层和控制层保持双向通信能力，从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。,4,图18-1 三层企业集成模型,5,18.1 制造执行系统MES,18.1.3 MES的功能,5,图18-2 MES功能,6,18.1 制造执行系统MES,18.1.4 MES的体系结构,6,图18-3 MES的体

2、系结构,7,18.1 制造执行系统MES,18.1.5 MES的技术支撑 MES 数据集成平台作为 MES 系统的核心，在开放式体系结构下，以大型商业数据库为基础。 采用构件技术、面向对象技术 XML 技术和建模技术，研究、分析、开发和实施以生产过程模型为驱动的流程行业数据集成平台，为建立开放的、灵活的、敏捷的流程行业 MES 系统提供基础的数据环境，发挥企业应用系统的最大价值。 围绕数据平台系统建立了质量管理、物料移动、生产调度、生产统计等关键应用。,7,8,18.2 并行工程,18.2.1 并行工程的背景 传统的制造工业中，产品的开发过程是沿用从设计到制造的串行生产模式。 近几年来，并行工程在美国及许多西方国家十分盛行，是目前国际机械工程领域中重要的研究方向。,8,9,18.2 并行工程,18.2.2 并行工程（concurrent Engineering）的含义 并行工程的定义目前普遍采用R.I. Winner 在国际分析研究所(IDA)R-388研究报告中的定义：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、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使

3、产品开发人员从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的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求。,9,10,18.2 并行工程,18.2.3 并行工程的特点 1. 基于集成制造的并行性 2. 并行有序 3. 群组协同 4. 面向工程的设计 5. 计算机仿真技术,10,11,18.2 并行工程,18.2.4 并行工程的体系结构,11,图18-5 并行工程的体系结构,12,18.2 并行工程,18.2.5 并行工程实施的途径 沿着“全寿命工程”推进并行工程。全寿命工程强调产品设计早期阶段各种需求的考虑，它包括了三种并行活动： 设计的考虑和产品系统的需求； 制造活动和工艺过程； 产品系统支持和后勤支持 2. 沿着可制造设计和可装配设计路径，推进并行工程 3. 重视组织和文化改变的实施路径,12,13,18.3 逆向工程,在计算机高度发展的今天，三维立体的几何造型技术已被制造业广泛应用于工业模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各方面。但生产中，也往往会遇到这样的难题，就是客户给你的只有一个实物样品或手工模型，没有图纸CAD数据档案，工程人员没法得到准确的尺寸，制造模

4、具就更为困难。传统的方法，时间长而且效果不佳。这时，需要采用各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物转化为计算机上的三维数字模型。这就是所谓逆向工程。,13,14,18.3.1 逆向工程的背景,逆向工程(Reverse Engineering)是在上世纪八十年代末至九十年代初被提出的。 在激烈竞争的全球化市场中，制造企业必须要提高产品质量和快速响应周期。而逆向工程技术可以有效地实现这一目标，利用这一技术可以缩短产品从设计到制造的时间。,14,15,18.3.2 逆向工程的含义,逆向工程产品设计可以认为是一个“从有到无”的过程。 简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。,15,16,18.3.3 逆向工程的应用与实施,逆向工程的应用领域大致可分为以下几种情况： （1）新零件的设计。 （2）已有零件的复制。 （3）损坏或磨损零件的还原。 （4）提高模型精度。 （5）数字化模型的检测。,16,17,18.3.3 逆向工程的应用与实施,17,图18-8 逆向工程实施原理,18,18.3.4逆向工程的关键技术,三维数据采集技术

5、 接触式测量方法 非接触式测量方法 三维模型重构技术 在重建过程中存在许多干扰和不确定性因素，如表格误差、测量精度和方式、数据处理方式、表面重构方式等。通常，需要进行人工干预来调整重构模型的表面参数。因此，整个逆向工程过程是一个推理和判断的过程。,18,19,18.3.5逆向工程的发展趋势,逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，它不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品。但逆向工程的过程中系统集成化程度比较低，人工干预的比重大。将来有望形成集成化逆向工程系统，以软件的智能化来代替人工干预的不足。,19,20,18.4 计算机集成制造系统CIMS,18.4.1 CIMS的背景 20世纪70年代，美国约瑟夫.哈林顿博士首次提出CIM（Computer Integrated Manufacturing）理念。 CIM应用的发展主要表现在下述方面： （1）已遍及发达国家及一些发展中国家； （2）从机械制造业扩展到各类制造业； （3）从多品种、小批量生产方式发展到多种生产方式； （4）从简单产品扩展到

6、复杂产品； （5）系统开发与实施技术更为成熟，成功率大大提高美国未来学家认为：在2030年80%的美国企业实现CIM。,20,21,18.4.2 CIMS的内涵,CIMS是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。智能化则体现了自动化的深度，它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。,21,22,18.4.3 CIMS的系统构成,（1）管理信息应用分系统（MIS） （2）技术信息应用分系统（CAD&CAPP） （3）制造自动化应用分系统（CAM） （4）计算机辅助质量管理应用分系统（CAQ） （5）数据管理支持分系统 （6）网络支持分系统,22,23,18.4.4 CIMS的实施,（1）项目准备 （2）需求分析 （3）总体解决方案设计 （4）系统开发与实施 （5

7、）运行及维护,23,24,18.4.5 CIMS的发展趋势,集成化 数字化/虚拟化 网络化 柔性化 智能化 绿色化,24,25,18.5 网络化制造,18.5.1 网络化制造的背景 面对网络经济时代制造环境的变化，需要建立一种按市场需求驱动的、具有快速响应机制的网络化制造系统模式。 通过Internet，企业将与顾客直接接触，顾客将参与产品设计，或直接下订单给企业进行定制生产，企业将产品直接销售给顾客。网络化制造将成为制造企业在21世纪的重要战略。,25,26,网络化制造技术是将网络技术和制造技术(重点是先进制造技术)相结合的所有相关技术和研究领域的总称，是经济全球化和信息革命时代的必然产物。 实施网络化制造技术的行为主体是网络联盟，因此需从网络联盟的全生命周期来考察研究与网络联盟相关的一系列问题，网络联盟的生命周期按时间大致划分为：面对市场机遇时的市场分析、资源重组分析、网络联盟组建设计、网络联盟组建实施、网络联盟运营、网络联盟终止等。,26,18.5.2网络化制造的含义,27,18.5.3 网络化制造系统构成,从功能上分析，包括：网络化企业动态联盟和虚拟企业组建的优化系统、网络化制

8、造环境下项目管理系统、网络化协同产品开发支持系统、网络化制造环境下产品数据管理及设计制造集成支持系统、网络化制造环境下敏捷供应链管理系统、产品网络化销售与定制的开发与运行支持系统、相应的网络和数据库支撑分系统，这些功能分系统既能集成运行，也能单独应用； 从层次上分析，由下往上包括：基本的网络传输层、数据库管理系统、搜索和分析的基础通信平台、项目管理和PDM、面向用户的应用系统和服务等。,27,28,18.5.4 网络化制造系统特点,层次结构的相似性 分布式、开放的体系结构 良好的容错能力、可扩展和可重组性 互联性 互操作性 数据、知识和信息的分布性 多样化,28,29,18.5.5 网络化制造的关键技术,制造系统的敏捷基础设施网络（AIMS Net） CAM网络（CAM Net） 网络化制造模式下的CAPP技术 企业集成网络(Enterprise Integration Net),29,30,18.6 虚拟制造,18.6.1 虚拟制造的背景 在当今经济全球化、贸易自由化和社会信息化的形势下，制造业的经营战略发生了很大变化，在3060年代企业追求的是规模效益，如：美国福特汽车公司、通用汽

9、车公司相继采用刚性流水线进行大批量生产；70年代更加重视降低生产成本，如：日本丰田公司采用准时化生产；80年代提高产品质量成为主要目标；进入90年代新产品开发及交货期成为竞争的焦点。由此产生了多种多样的制造哲理，如：精益生产、并行工程、敏捷制造和虚拟制造等，它们各有侧重，从不同角度研究如何增强企业的竞争力。而虚拟制造技术是制造技术与仿真技术相结合的产物。,30,31,18.6.2 虚拟制造的涵义,虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。,31,32,18.6.3 虚拟制造的特点,（1）产品与制造环境是虚拟模型，在计算机上对虚拟模型进行产品设计、制造、测试，甚至设计人员或用户可“进入”虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖于传统的原型样机的反复修改；还可将已开发的产品(部件)存放在计算机里，不但大大节省仓储费用，更能根据用户需求或市场变化快速改变设计，快速投入批量生产，从而能大幅度压缩新产品的开发时间，提高质量、降低成本。 （2）可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产品模型上同时工作，相互交流，信息共享，减少大量的文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化。,32,33,18.6.4 虚拟制造的关键技术,VR 装置技术 人机接口 软件技术 虚拟现实计算平台 VM 应用技术 建模 仿真 可制造性评价,33,34,18.7 绿色制造,18.7.1 绿色制造的背景 1996年，美国制造工程师学会(SME)发表了关于绿色制造的专门蓝皮书Green Manufacturing，提出绿色制造的概念，并对其内涵和作用等问题进行了较系统介绍；1998年，SME又在国际互联网上发表了“绿色制造的发展趋势”的网上主题报告；美国加州大学伯克利分校不仅设立了关于环境意识设计和制造的研究机构，而且还在国际互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页Greenmfg；国际生产工程学会 (CIRP)近年发表了不少关于环境意识制造和多生命周期工程的研究论文；美国AT&T和许多企业也以企业行为投入大量研究。特别是近年来，国际标准化组织(ISO)提

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