制造系统讲座第一章资料课件.ppt

制造系统博 士副教授广东工业大学机械电子工程学院何汉武9/12/20241Manufacturing System第一章 制造系统概述 主要内容1.1 制造系统的内涵和体系结构1.1.1系统观 1.1.2制造系统概念、体系结构1.2 制造模式和先进制造系统 1.2.1 制造模式的演变和发展 1. 刚性自动化系统 2. 计算机集成制造系统 3. 智能制造系统 4. 精益生产 5 . 可重组制造系统 1.2.2 下一代制造系统--敏捷制造9/12/20242Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造的概念和内涵§一般的理解：产品的机械工艺过程或机械加工过程§狭义的制造概念：产品的制作过程（如机械加工过程）§制造概念和内涵的拓展：“范围”和“过程”两个方面§广义的制造概念：产品整个生命周期过程9/12/20243Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§系统概念§由相互作用和相互依赖的若干组成部分（要素）结合而成的具有特定功能的有机整体§系统强调的是个组成要素有机结合，对外呈现出综合性的整体功能。

§例：时钟—计时系统 组成要素：齿轮、齿条、机架、联接件、指针9/12/20244Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的基本概念§发展和完善中§国际上几个权威的定义§Parnaby (英国著名学者）1989年给出定义：§CIRP定义：§MIT 教授定义：§日本京都大学教授定义：9/12/20245Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的基本概念§制造系统案例：机械加工系统、生产线、车间、工厂机械加工系统组成要素：机床、夹具、刀具、工件、操作人员、加工工艺制造资源：毛坯或半成品、 能源和劳动力产品或零件9/12/20246Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的基本特性§集合性§相关性§目的性§环境适应性§动态性§反馈特性§随机特性9/12/20247Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的三流结构论§物料流、信息流和能量流机械加工系统的“三流”运动示意图信息系统（加工任务、方法、工件质量 …）刀具、量具等原材料坯料输送装夹加工检验产品电能机械能信息流能量流物料流9/12/20248Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的信息制造观§传统制造观：注重用制造系统中的物料流和能量；流来描述制造系统§信息制造观产生背景：§信息的纽带作用§信息投入决定产品价值§CIMS研究重点在如何提高制造系统的信息处理能力§信息成为与设备同等重要的资源§使制造系统在信息处理方面具有人的智能9/12/20249Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的人机一体论§人工智能技术存在局限性§信息组合爆炸问题§非结构化、动态的、随机的决策问题§人的创造性行为和作用，是机器永远无法取代的解决思路：使人与机器处于优化合作的地位，实现制造系统中人与机器一体化的人机集成决策机制，从而使人与机器协同工作，以取得制造系统的最佳效益9/12/202410Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的体系结构§研究目的：§更加深入地分析和描述制造系统的本质特征§基于所建立的模型，进行制造系统的设计实施、系统改进和优化运行。

9/12/202411Manufacturing System1.1 制造系统内涵及体系结构§制造系统的体系结构组成制造系统体系结构的多视图及其关系功能视图功能视图过程过程视图视图资源视图资源视图组组织织视视图图信信息息视视图图9/12/202412Manufacturing System制造系统体系结构功能视图信息视图过程视图资源视图组织视图功能组成功能联系信息构成信息联系控制结构运行流程分析组织方式业务流程图组织构成资源构成物流模型能量流模型资源流模型分系统考察法/结构-功能分析发/逐级考察法IDEFO建模方法制造系统信息分类业务流程分类、分解流程图 / Petri/0-0建模方法 / GRAI网建模方法资源流动分析组织构成分析 / IDEF1X模型组织图 / GRAI格建模方法资源构成分析 / 资源配置图 / IDEF1X模型能源流动分析物流流动分析IDEF1X信息模型建模方法 / E-R多层递阶控制结构 / 分布式控制结构 / 递阶分布式控制结购视图名称视图内容建模与分析方法9/12/202413Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造的历史§传统制造及其技术§工场手工加工制造§机器-蒸汽时代的制造§电器时代的制造§现代制造及其技术的发展§19世纪末自然科学的全面发展§新技术的产生§社会发展对制造技术提出了需求9/12/202414Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造模式的演变和发展刚性自动化数控机床柔性制造系统并行工程CIMS工厂子网广域网信息高速公路全球通讯网络智能制造敏捷制造全球制造制造资源和组织全球化虚拟组织制造智能计算智能技术演化运作空间全球社会公司企业车间单元设备刚性技术柔性单元柔性系统系统集成决策自动化敏捷性全球化40-5060708090年代9/12/202415Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造模式的演变和发展§规模上：从单件小批→少品种大批量→多品种变批量（客户化产品）§生产方式上：劳动密集型→设备密集型→信息密集型→知识密集型§制造装备：手工→机械化→单机自动化→刚性自动线→柔性自动线→智能自动化9/12/202416Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造模式的演变和发展§刚性自动化系统§20世纪40、50年代§专用机床和组合机床、自动单机或自动化生产线§大批量生产§高生产率和刚性结构，很难实现生产产品的改变9/12/202417Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造模式的演变和发展§计算机集成制造系统§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§强调并行工程9/12/202418Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造模式的演变和发展§智能制造系统§由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统IntegrationIntelligence下一代制造业9/12/202419Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造模式的演变和发展§精益生产§MIT研究日本丰田生产方式的总结§丰田英二、大野耐一（70年代，20年时间）§最终目标是要以最友质量和最低成本的产品，对市场需求作出最迅速的响应§基本原则是“消灭一切浪费”和“不断改善”§准时化生产（JIT）、TQC，GT、弹性作业人数和尊重人性是精益生产的主要支柱。

§日本奇迹9/12/202420Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §制造模式的演变和发展§快速重组制造§实现企业、产品、制造系统、机床设备及其部件和过程的可重组性 (reconfigurability)成为未来制造的挑战§过程可变性：制造工艺过程的变化能力§功能可变性：制造 (加工、处理 )功能的变化能力§可缩放性：制造生产能力 (产量 )的可扩展与压缩能力9/12/202421Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 几类制造系统的对比9/12/202422Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §下一代制造模式与系统—敏捷制造§1991年，美国提出§出发点：对未来产品和市场的分析§产品发展总趋势：多元化和个性化，对制造系统的要求：产品的成本与批量无关§生命周期越来越短，产品复杂性越来越高，要求企业以很高的柔性和很强的市场应变能力去应付市场的竞争9/12/202423Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §下一代制造模式与系统—敏捷制造§敏捷制造的实现§组织上：动态联盟（虚拟企业）§技术上：虚拟制造§信息基础：网络9/12/202424Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §敏捷制造案例9/12/202425Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 敏捷制造案例—摩托罗拉寻呼机公司Internet订单订单订单一个半小时之内发货一个半小时之内发货一个半小时之内发货博因顿海岸公司总部博因顿海岸公司总部自动制造系统2900万种寻呼机芝加哥的销售员亚特兰大的销售员纽约的销售员纽约的销售员9/12/202426Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §敏捷制造案例区域协作平台9/12/202427Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §敏捷制造案例区域协作平台协作中心：信息交流/虚拟会议/图纸圈阅/异地 图纸传送-企业间基于网络的协作交流9/12/202428Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §敏捷制造案例企业协作平台 － 个性化产品定制系统基于WEB和知识工程的定制设计与制造，满足客户提出的对产品个性化需求，支持客户参与产品设计过程。

9/12/202429Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §敏捷制造案例区域应用 － 中国制造协作网9/12/202430Manufacturing System1.2 制造模式和先进制造系统 §敏捷制造案例•企业应用（1）－ 惠美仪器•企业应用（2）－广东玉兰装饰材料有限公司•企业应用（3）－重庆华陶瓷业有限公司重庆华陶瓷业有限公司 陶瓷产品网络化销售和定制•企业应用（4）--方正科技有限公司9/12/202431Manufacturing System。