先进制造生产模式资料.ppt

,先进制造生产模式,张胜文,现代制造系统的模式和哲理,CIM(集成)敏捷制造(灵活)精益生产(简化)网络化制造虚拟制造绿色制造智能制造系统(智能)并行工程(同步)JIT(准时)成组技术(相似性)合理化工程(重组、标准化)业务过程重组BPR(重组),TQCSFE,21世纪的产品特点,产品结构的特点知识-技术-产品的时间越来越来短、结构越来越复杂1782年摄影原理到1838年照相机56年1831年电机原理到1872年发动机41年1948年半导体到1954年半导体收音机6年,21世纪的产品特点,产品的批量更小产品价格的特点-取决于独占知识的含量产品的市场特点顾客对产品功能、性能、质量、服务更高参与全球竞争更加激烈,个性化！,企业战略的转变,1980,1990,2000,“快鱼”吃“慢鱼”,现代制造企业环境的变化,大市场和大竞争；产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；用户需求个性化,多品种小批量生产比例增大。,成功企业的关键因素,上市时间T质量Q产品成本C服务S灵活性环境,制造业生产模式的演变：,发达国家的制造业发展迅速,例：波音777的设计和制造是20世纪90年代制造业的标志性进展全数字化定义无纸生产；数字化预装配无金属样机的生产(虚拟)广域网上的异地设计、异地制造；基于的数据交换；协同工作小组（Teamwork)设计制造周期大大缩短：波音757,7679-10年波音77缩短到4.5年，并获得巨大的独占性利润，每架波音777要价1.4亿美元。,现代企业结构的特性主要体现在以下几个方面：,灵活性分散性动态性并行性独立性简单性,为最大限度地获取利润，企业需要提高并具备以下四种能力：时间竞争能力（产品上市快，生产周期短，及时交货）质量竞争能力（产品不仅可靠性提高，而且用户满意）价格竞争能力（产品成本低，销售价格适中）创新竞争能力（产品有特色，生产有柔性，竞争有策略）,先进生产模式的战略目标,获取生产有效性为首要目标以制造资源集成为基本制造原则经济性源于制造资源的快速有效集成着眼于组织创新和人因发挥重视发挥新技术和计算机信息处理,“自动化孤岛”,离散制造业CIMS,CAD,CAPP,CAM,CAE,robot,FMS,FAS,自动化立体仓库,MRPII,OA,MIS,DSS,销售系统,Database,Network,未经集成化处理的计算机应用,形成了多个“自动化孤岛”,Internet,流程制造业CIMS,生产管理分系统PMS,生产调度子系统PSS过程优化子系统先进控制子系统过程监控子系统,化验室分系统LIMIS,物流工程分系统LOES,MIS,OA,营销管理分系统M&S,常规或数字仪表、计量系统、DCS、PLC,装置1装置n,设施1设施n,罐区1罐区n,Database,Network,Internet,Databaseontime,DSS,计算机集成制造系统CIMS,CIMS概念是1974年由美国学者JosephHarrington率先提出的，它含有两个基本观点：系统观点（企业生产的各个环节要紧密连接）信息化观点（整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是数据的物质表现）,CIM的基本思想企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理；整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程，而物流又是受信息流控制的。,CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，借助计算机（硬、软件），使企业产品全生命周期市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、制造、支持（包括质量、销售、采购、发送、服务）以及产品最后报废、环境处理等各阶段活动中有关人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，实现企业制造活动的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。,CIM和CIMS的定义,1+1=2?,将“自动化孤岛”集成在一起,将“自动化孤岛”集成在一起,AnOverviewofAP-233:TheSystemsEngineeringDataExchangeStandardbasedonSTEP(ISO-10303),LifeCycleSwoosh,BOM,EBOM,MBOM,Process,Resource,MRO,Quality,WorkInstructions,D&R,MRO,TheCorp.TelegraphGame.,ExchangingSystemsEngineeringData,Operate&Maintain,HWDesign,SWDesign,Fab&Assy,Code&Unittest,SWIntegration,Checkout,Control,Repair,Dataexchangeacrossplatforms,CADsystem1,CADsystem2,Directtranslation,Integratedsystem,Method2,CADsystem1,CADsystem2,Exchangesystem,Neutralfile,Datasharing,Exchangestandards,CAM-I,ICAM,IGES,ANSIY14.26,DXF,CGS,PDDI,PDES,STEP,(MajorCAD-CAMusers),(ANSI1981),(U.S.A.F.1979),(Industry1984),(fromIGES1990),(Industry.1995),(NIST1980),ECM,ProductDatainSTEP,MPCS,CAD,CAM,CAPP,STEP-NC,DFMDFA,STEPandResearchAreas,FeatureExtraction,CIMS的系统组成,集成化工程设计与制造系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）；集成化生产管理信息系统（CAPM/MRPII/ERP）柔性制造系统（FMS/FMC）数据库与网络（DB/NW）,ProductsinCIMTechnology,CAD/CAM,CADComputerAidedDesignCAE,FEAComputerAidedEng.FMSFlexibleManuf.SystemsMESManuf.ExecutionSystemsEDIElectronicDataInterchangeERP,MRP,MRPII,JITResourceMgmt.PDMProductDataManagement,Supportstheconceptsofflexiblemanufacturingsystems,agilemanufacturing,&totalqualitymanagementComputer-AidedEngineering(CAE)Computer-AidedDesign(CAD)MaterialRequirementsPlanning(MRP)whichhasevolvedtobecomeERPComputer-IntegratedManufacturing(CIM)SimplifyAutomateIntegrateComputer-AidedManufacturing(CAM)Automatetheproductionprocess,ManufacturingExecutionSystems(MES)PerformancemonitoringsystemsforfactoryflooroperationsProcessControlTheuseofcomputerstocontrolanongoingphysicalprocessMachineControlTheuseofacomputertocontroltheactionsofamachine.Alsocallednumericalcontrol,CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统。,产品形成过程昨天-今天-明天,CIMS的关键技术：信息集成过程集成（对过程进行重构）企业集成（充分利用全球制造资源）,CIMS的发展层次,二、CIMS发展趋势,系统技术指导下的基础信息化、信息集成、并行工程、虚拟制造技术和敏捷制造技术的综合集成与应用，目标是提高企业的竞争能力。,CIMS发展趋势,从“计算机集成制造系统”到“现代集成制造系统”,现代集成制造系统ContemporaryIntegratedManufacturingSystem,将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业全生命周期各个阶段，通过信息集成，过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人（组织及管理）、经营和技术三要素的集成，以加强企业新产品开发的T、Q、C、S、E，从而提高企业的市场应变能力和竞争力。,现代集成制造系统形成：,销售部门,制造部门,技术部门,传统的组织结构面向功能的组织结构,现代的组织结构面向过程的组织结构,Teamwork,数字BOEING,技术趋势虚拟设计制造全生命周期设计制造PLM并行工程CE全球化的协作平台EXSTAR,美国B777的应用效果开发周期：9年4.5年成本降低：25100整机数字化设计世界垄断与霸主地位,数字化飞机,技术趋势数字化设计制造虚拟样机全球采购和分销大规模定制,通用公司应用状况开发周期（48月24月12月）碰撞试验（100次50次）个性化定单3小时通过在线采购降低成本10,数字化轿车,现代集成制造系统相关技术发展趋势,现代集成制造数字化企业虚拟制造全球化敏捷制造智能制造绿色制造,l集成化：CIMS系统集成技术的发展l数字化：数字化设计制造与管理技术的发展l虚拟化：虚拟现实与仿真技术的发展l网络化：知识型新产品竞争与全球网络建设l智能化：人工智能及其在生产中的应用l绿色化：环境保护的约束与压力,对CIM和CIMS的进一步说明,CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此，CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手段之一；企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，要以系统的观点进行优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化；,CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、设计自动化技术、制造自动化技术和管理自动化技术；CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型制造业；CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP、AM等。,敏捷制造（AgileManufacturingAM）,敏捷制造就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻莫测的市场需求的快速反映。,敏捷制造提出的背景,20世纪7080年代，美国由于政策导向失误，使制造业众多产品在世界市场所占份额不断下降，美国在制造领域的霸主地位逐渐丧失。为了恢复美国制造业在世界上的领导地位，20世纪80年代末美国国会指示国防部拟定一个制造技术发展规划，要求同时体现美国国防工业与民品工业的共同利益，并要求加强政府、工业界和学术界的合作。在此背景下，美国国防部委托Lehigh大学与GM等大公司一起研究制定一个振兴美国制造业的长期发展战略，最终于1991年完成了“21世纪制造业发展战略”报告。在此报告中提出了“敏捷制造”的概念。,敏捷制造的内涵和特征,敏捷制造是指企业快速调整自己，以适应当今市场持续多变的能力；以任何方式来高速、低耗地完成它所需要的任何调整，依靠不断开拓创新来引导市场，赢得竞争。敏捷制造是在“竞争一合作一协同”机制下，实现对市场需求作出灵活快速反应的一种生产制造新模式。,图6-22敏捷制造概念示意图,敏捷制造的特征,敏捷制造蕴涵着许多不同于传统生产方式的哲理和思想，主要表现在：需求响应的快捷性主要指快速响应市场需求（包括当前需求和可预知未来需求）的能力。制造资源的集成性不仅指企业内部的资源共享与信息集成，还指友好企业之间的资源共享与信息集成。组织形式的动态性为实现某一个市场机会，将拥有实现该机会所需资源的若干企业组成一个动态组织，它随任务的产生而产生，并随任务的结束而结束。,敏捷制造的内涵和特征,敏捷制造的基本思想：通过把动态灵活的虚拟组织结构先进的柔性生产技术和高素质的人员进行全方位的集成，从而使企业能够从容应付快速变化和不可测的市场需求。,敏捷制造指企业快速调整自己，以适应当今市场持续多变的能力；以任何方式来高速、低耗地完成它所需要的任何调整，依靠不断开拓创新来引导市场，赢得竞争。（创始人RickDove语),敏捷制造机制-“竞争-合作协同”敏捷制造目标-实现对市场需求作出灵活快速反应。,敏捷制造的战略着眼点：在于快速响应市场用户的需求要求在整个产品生命周期内满足用户不断提高的需求：产品设计-让用户参与产品的设计，根据自己的喜好提出设计要求；制造过程-对用户透明，使用户获得可靠性最高的产品,通过动态联盟、先进生产技术和高素质员工的全面集成，迅速响应客户需求，及时将开发的新产品投放市场，提高企业竞争能力，从而赢得竞争的优势。,敏捷制造的关键因素及技术,敏捷制造工作原理,借助计算机网络和信息集成基础结构，构造由多个企业参加的“虚拟制造”环境；以竞争合作为原则，动态选择合作伙伴，组成面向任务的虚拟公司，进行快速和最佳化生产。,企业的信息网,企业信息网是企业实施敏捷制造的最基础结构。企业信息网主要由企业内管理信息系统(MIS)和企业外信息互联网两部分组成。在实施敏捷制造过程中，企业内的MIS是影响企业信息网最重要的因素。,敏捷制造的关键因素及技术,虚拟公司,虚拟公司又称动态联盟(VirtualOrgnization)，是面向产品经营过程的一种动态组织结构和企业群体集成方式。含义：是指企业群体为了赢得某一个机遇性市场竞争，把某复杂产品迅速开发生产出来并推向市场，由一个企业内部有优势的不同部分和有优势的不同企业，按照资源、技术和人员的最优配置，快速组成一个功能单一的临时性的经营实体,为了挽回7080年代由于政策失误造成的制造业竞争力衰退，美国重新提出“制造业仍是美国的经济基础”，要“促进先进制造技术的发展”。由于政府强有力的支持，美国重新夺回了制造科技及竞争优势。,敏捷制造是改变传统的大批量生产，利用先进制造技术和信息技术对市场的变化做出快速的响应的一种生产方式；通过可重用、可重组的制造手段与动态的组织结构和高素质的工作人员的集成，获得企业的长期经济效益。,敏捷制造的特点为：能快速开发和生产新产品，改进老产品能在整个产品生命周期中满足用户的要求敏捷企业的生产成本与批量无关，着眼点在于长期效益敏捷企业采用多变的动态组织结构敏捷制造企业把最大限度地调动、发挥人的作用作为强大的竞争武器,将核心工作放在本企业两头在内，中间在外,精益生产),(LPLeanProduction),精益生产产生背景,二战以后，丰田汽车公司的丰田和大野考察了福特汽车公司轿车厂。当时，这个厂日产7000辆轿车，比丰田公司一年的产量还多。但丰田却没有想到仅简单地照搬福特的生产模式，他认为“那里的生产体制还有些改进的可能”。,回到日本后，丰田和大野进行了一系列的探索和实验，根据日本国情（社会和文化背景、严格的上下级关系、团队工作精神），建立了一整套新的生产管理体制，采用精益生产方式组织生产和管理，使丰田汽车的质量、产量和效益都跃上一个新台阶，变成世界汽车之王。,例如：在大批大量生产方式下，制造汽车覆盖件的冲压模的更换是个很大的问题。由于精度要求极高，模具的更换即昂贵且费时，需要极高技术的工人来完成。,于是，大野发明了一种快速更换模具新技术（SMED法SingleMinuteofDies），这种技术使更换一副模具的时间从1天减少到3分钟，也不需要专门的模具更换工。,1985年美国麻省理工学院詹姆斯沃麦克、丹尼尔琼斯等总结了日本的制造业几十年来的成功经验，于1990年写了改变世界的机器一书。该书系统地分析了日本企业取得成功的原因，归纳出被美国人称为“精益生产”（LeanProduction）的生产系统模式。,精益生产的核心内容是准时制生产方式JIT，该种方式通过看板管理，成功地制止了过量生产。实现了“在必要的时刻生产必要数量的必要产品供应必要的地方”，从而彻底消除产品制造过程中的浪费，以及由之衍生出来的种种间接浪费，实现生产过程的合理性、高效性和灵活性。,7TypesofWaste:,WasteofOverproductionWasteofWaitingWasteofTransportWasteofOverprocessingWasteofInventoryWasteofMovementWasteofDefectsandRework,meetcustomerrequirements(QCD)andreducecosts(QCD)bysystematicallyeliminatingWASTE,LeanProductionaimsto.,“精益生产”是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果”。,与此同时，其他的汽车公司和别的行业也纷纷采用这种组织管理方式，使日本经济得到飞速发展。,与技艺性生产和大批量生产不同，精益生产组合了前两者的优点，避免了技艺性生产的高费用和大批量生产的高刚性。为此目的，精益生产采用的是由多能工人组成的工作小组和柔性很高的自动化设备。,与大批量生产不同，精益生产的一切都是“精简”的：只需要较少的劳动强度、较少的制造空间、较少的工具投资、较少的产品开发时间、库存的大量减少、废品大量的减少和品种大量的增加。,两者的最大区别在于它们的最终目标上：大量生产强调“足够”好的质量，因此总是存在着缺陷；而精益生产则追求完美性（不断降低价格、零缺陷、零库存和无限多的品种）。,如表2-4-1所示。,3.精益生产的特征,精益生产的特征,归纳起来，精益生产的主要特征为：对外以用户为“上帝”，对内以“人”为中心，在组织机构上以“精简”为手段，在工作方法上采用“TeamWork”和“并行设计”，在供货方式上采用“JIT”方式，在最终目标方面为“零缺陷”。,精益生产的体系构成,1）全面质量管理，它是保证产品质量，达到零缺陷目标的主要措施；2）准时生产和零库存，它是缩短生产周期和降低生产成本的主要方法；3）成组技术，这是实现多品种、按顾客定单组织生产、扩大批量、降低成本的技术基础。,精益生产体系,基础就是在计算机网络支持下的、以小组方式工作的并行工作方式。支柱1：全面质量管理支柱2：准时生产和零库存支柱3：成组技术大厦的屋顶就是精益生产体系,精益生产的体系构成,精益生产方式的思维特点,1.逆向思维方式精益生产思维方式是逆向思维、风险思维，很多问题倒过来看，倒过来干。比如过去认为销售是生产经营终点，精益生产视它为起点。传统的生产方式一直是“推动式”的，指令一道道往后推，精益生产则由后道工序拉动前道工序；过去总认为超前生产是好事，而精益生产却认为它是无效劳动，是浪费。,2.逆境中的拼搏精神精益生产方式是市场竞争的产物，来自于逆境中的拼搏精神。丰田公司在开始13年的轿车累计产量不及福特公司一天产量的40，在相差这样悬殊的条件下，他们却敢于提出赶上美国，走出一条新路子。经过20年努力，终于把理想变成现实。,3.无止境的尽善尽美追求精益生产与以往生产经营目标的根本差别在于追求尽善尽美，也是丰田公司的精神动力。大量生产追求的是有限目标，可以容忍一定的废品率和最大限度库存。精益生产则追求完全的目标，低成本、无废品、零库存和产品多种多样，而且永无止境的提高，不断奋斗。精益生产认为，允许出错误，错误就会不断发生，所以从开始就不应出错。,并行工程(ConcurrentEngineering，CE),并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程的系统方法。,并行工程的涵义,上个世纪80年代中期以来，迅速开发出新产品，使其尽早进入市场成为赢得竞争胜利的关键。要解决这一问题，必须改变长期以来传统的产品开发模式。,并行工程的涵义,1982年，美国国防高级研究项目局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency:DARPA）开始研究如何在产品设计过程中提高各活动之间“并行度”（concurrency)的方法。5年以后，DARPA发表了其研究结果。后来的事实证明，该研究结果成为其后所有这方面研究的重要基础。在1986年夏天，美国国防部防御分析研究所（InstituteforDefenseAnalyses:IDA）发表了非常著名的R-338报告，提出了“并行工程”（ConcurrentEngineering:CE）的概念。并首次提出并行工程的定义：“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处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。”,并行工程CE,（ConcurrentEngineering）,CE的特性,并行特性整体特性协同特性约束特性,CE的运行机理：,突出人的作用，强调人的协作。一体化、并行地进行产品及其有关过程的设计。重视满足客户的要求。持续地改善产品有关的过程。,CE的关键技术,产品开发过程重构集成产品信息模型并行设计过程协调与控制,重要工作查找通知检查归档分类设计计算绘图建立零件表修改,基于PDM的系统解决方按,利用PDM可以大大简化开发和设计工作,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Stylingdesign,Engineering,产品设计,Design,PrototypeFabrication&Testing,试制评价,Productionengineering,生产准备,生产Production,零部件厂家Partssuppliers,ProductionengineeringProduction,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,智能制造系统（IntelligentManufacturingSystem,IMS）,IMS的定义：智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统；它在制造过程中能以一种高度柔性与集成方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等。,从而取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。收集、存储、完善、共享继承和发展人类专家的智能。,智能制造系统具有以下特征,自律能力即具有搜集与理解环境信息和自身信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的机器叫智能机器。人机一体化。IMS不是人工智能系统，而是人机一体化系统，在此系统