计算机集成制造

1、 计算机科学与技术学院计算机集成制造课程报告 学生姓名： 学生班级： 计算机132002学生学号： 2013200102312016年12月一制造业生产模式的演变 人类制造业及制造系统生产模式的发展已经有了漫长的历史。但是长期以来，人类技术处于手工技术和手工业的水平，制造业及制造生产模式的真正形成与发展，还只有近两百年的历史。回顾历史，人类制造业的生产方式的发展大致经历了四个主要阶段。 1. 手工与单件生产方式。2.大批量生产方式。 3.柔性自动化生产方式。 4.高效、敏捷与集成经营生产方式。 制造业生产模式产生的背景 为使制造业摆脱

2、困境，人们仍沿传统思路期望依靠制造技术的改进和管理方法的创新来解决问题。具体将就是，抓住由于计算机的普及应用所提供的有利契机，以单项的先进技术和全面的质量管理作为工具与手段。来全面提高产品质量和赢得供货时间。单项先进制造技术和TQC的应用确实取得了很大的成效，但在响应市场的灵活性方面并没有实质性的改观。而且巨额投资和实际效果形成了强烈的反差，其中以国内外应用FMS的教训最为深刻。至此，人们才意识到问题不在具体制造技术和管理方法本身，而是因为他们仍在大批量生产模式的旧框架之中。先进生产模式就是在对大批量生产模式的质疑、反思和扬弃中应运而生的。一、先进制造技术的缘由近年，随着经济的高速发展和科学的

3、不断进步，高速度、高质量、高效率逐渐被广大公司所追求，于是先进的制造技术就被提上日程。目前对于先进制造技术尚未有一明确的定义。普遍认为：先进制造技术是制造业不断吸收、改进、提高信息技术和现代管理技术的成果，并将其运用于产品设计、加工、检测、生产管理、产品销售、使用、回收等制造全过程技术的总称。纵观历史，现代制造技术形成和发展至今也只有是近十年间的事。上世纪，美国的一批学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，把传统的制造业视为“夕阳工业”，因而制造技术的发展受到极大的阻碍。然而由于美国根据本国面临的挑战与机遇，对其制造业存在的问题进行了深刻反省，重新认识到制造业在国民经济中的地位和作用。此时，由

4、于计算机信息技术的发展，也全面推动了制造技术的飞跃发展。于是，先进制造技术的概念逐步形成。而我国，机械科学研究院提出了多层次技术群构成的先进制造技术体系。第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术，它是先进制造技术的核心。第二个层次是新型的制造单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术。第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的。二先进制造工艺的特点 先进性：先进制造工艺的先进性主要表现在优质、高效、低耗、洁净、灵活（柔性

5、）五个方面。   优质：加工制造出的零件或整机质量高，性能好；零部件尺寸精确，表面光洁，内部组织致密，无缺陷及杂质，使用性能好；整机的结构、色彩美观宜人，使用寿命和可靠性高     高效：生产效率及劳动生产率高，大大降低了操作者的劳动强度。 低耗：节省原材料及能源。     洁净：生产过程不污染环境，零排放或少排放。 灵活：能快速对市场变化及产品设计的更改作出反应，适应多品种柔性生产。  一是应用普遍性，它是当今或不久将来机械

6、工厂量大面广的看家工艺；二是经济适用性，它一般投资不高，且有不同档次，宜于工厂根据本身的条件通过技术改造予以采纳。 先进制造工艺的前沿性主要表现在：先进制造工艺是高新技术产业化或传统工艺高新技术化的结果，它们是制造工艺研究最为活跃的前沿领域。部分先进制造工艺可能目前应用还不广泛，但是它们代表着某些发展方向，而且可望会得到越来越广泛的应用。    因此，先进制造工艺就是机械工厂普遍能够采用，具有直接推广价值或广阔应用前景的一系列优质、高效、低耗、洁净、灵活工艺的总称。     三先进制造技术体系，

7、先进制造业主要指机械、电子、食品、化工、轻工、纺织等，但机械制造业是制造业的根本。其一，先进制造技术广泛应用于机械制造业，推动着机械制造业的发展，及带动其他制造业的进步并且推动着国家的经济发展进步；另一方面，机械制造技术的不断更新与发展集中体现着先进制造技术，并推动着社会的不断进步。而且，工业化的发展在某种程度上左右着某一国家在世界地位。因此，先进先进制造技术与机械制造业的关系是相辅相成的，不能忽视甚至废弃任一方的发展。因此柔性制造系统愈来愈被广泛应用。  柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。典

8、型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成。加工设备主要采用加工中心和数控车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。中、大批量少品种生产中所用的FMS，常采用可更换主轴箱的加工中心，以获得更高的生产效率。 4 并行工程：并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员在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、进度计划和用户要求。    计算机集成制造：计算机集成制造系统(简称CIMS)是随着计算机辅助设计与制

9、造的发展而产生的。    虚拟制造：是一门以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、VR技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算与仿真的技术。   敏捷制造：敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。绿色制造：绿色制造，又称环境意识制造、面向环境的制造等。智能制造：智能制造（Intelligent&#

10、160;Manufacturing，IM）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，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思、和决策等。   5 先进制造技术现状  我国工业化发展程度较世界先进的发达国家相比，起步晚，创新程度低，体系薄弱，突入比例相对较少，人类资源地下，相比其他发达国家而言，落后程度甚至超过数十年，为此，我国在改革开放三十年以来，不断大力发展生产力，力求科技创新，认真汲取国内外先进技术，来弥补我们先天的不足，所以有了，十五、十一五、十二五等长期的规划目标为基准，为迈向世界先进制造技术大国强国而分发

11、。  相对我国而言，国外工业发达国家制造技术相当先进。并把先进制造技术作为国家级 关键技术和优先发展领域。尽管决定国家综合竞争力的因素有多种 ,但制造业的基础地位不能忽视。20世纪 90年代以来 ,各发达国家 ,如美国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术的研发提出了国家级发展计划 ,旨在提高本国制造业的国际竞争能力。二物料需求计划现代生产管理信息系统（MIS）是以计算机为手段，一信息为对象，对各种生产管理信息进行收集 传输 加工 存储河使用的人机系统。MIS由计算机参与生产管理体系中的各种功能活动，并通过网络将

12、各种功能模块有机地连接起来，形成一个系统的整体，快速的响应市场的变化和生产中的特殊要求，已成为生产管理中不可缺少的工具，受到企业界广泛的重视和关注，发展较为迅速。目前，较有影响的MIS有物料需求计划（MRP)，以及先后演变成为的闭环MRP 制造资源计划（MRPII）和企业资源计划（ERP）。现代化大生产及市场竞争的日益激烈，企业尤其是制造业的生产管理所面临的问题很多，主要有如下几种：（1） 生产所需的原材料不能准时供应或供应不足。（2） 零部件的生产不配套。（3） 产品生产周期过长，劳动生产效率低。（4） 资金积压严重，周转缓慢。（5） 市场和客户的需求多变和快速，使企业不能及时适应。闭环ER

13、P的特点是：（1） 主生产计划来源于企业的生产经营计划与市场需求。（2） 主生产计划与物料需求计划的运行伴随着能力的与负荷的运行，从而保证计划的可靠的。（3） 采购鱼生产加工的作业计划与执行是物流的加工变化过程，同时又是控制能力的投入与生产过程。（4） 能力的执行情况最终反馈到计划制定层，整个过程是能力的不断执行与调整的过程对实际企业而言，它们的产品需求是具有相关性的，这里的相关性是指对一种产品的需求和对另一种产品的需求是相互联系的。以福特“探索者”汽车为例，福特公司对汽车轮胎和水箱的需求取决于“探索者”汽车的生产，一辆“探索者”成品汽车需要四个轮胎和一个水箱。因此，一旦管理部门对成品的需求作

14、出预测，那么所有所需配件的数量就可以计算出来，因为所有配件都是相关的。对于任何一件产品，其所有的配件都是相关需求产品。 传统的订货点方法要解决订什么、订多少和何时提出订货三个问题，是靠维持不定期量的库存来满足需要的。用传统的订货点方法来处理制造过程中这类相关需求问题，有很大的盲目性，结果会造成大量的原材料及在制品库存，具体来讲包括以下的缺点： 盲目性 对需求的情况不了解，盲目地维持一定时的库存会造成资金积压，例如，对某种零件需求可能出现如表9-1所示的三种情况。 表9-1  企业对某个零件的需求表 周次  1

15、60; 2  3  4 5 6 7  8 9 情形一 300 0  30 0 0 0 300 0 情形二 300 60 0  0 0 0 0  0 0 情形三 300 0  0  0 0 0 0  0 60 按经济订货批量（EOQ

16、）公式，可以计算出经济订货批量，比如说为80件。对于情况一：第1周仅需30件，若一次订80件则余下50件还需存放3周，到第4周消耗30件，余下的20件还需存放4周，而且还满足不了第8周的需要。因此在第8周前又要所的提出数量为80件的订货；对于情况二：订货量不足以满足前3周的需要；对于情况三：剩余的30件无缘无故地存放了9周，而且还不满足第10周的需要。靠经常维持库存来保证需要，是由于对需求的数量及时间不了解所致，盲目性造成浪费。 高库存与低服务水平   由于对需求的情况不了解，只有靠维持高库存提高服务水平，这样会造成很大浪费。传统的订货点方法使得低库存与

17、高服务水平两者不可兼得，服务水平越高库存越高，而且当服务水平达到95%以上时，再要提高服务水平，库存量上升很快。从理论上讲，服务水平接近100%则库存量必然趋于无穷大。 例如，装配一个部件需要5种零件。当以95%的服务水平供给每种零件时，每种零件的库存水平会很高，即使如此，装配这个部件时，5种零件都不发生催货的概率仅为(0.95)5=0.774，即装配这种部件时几乎四次中就有一次碰到零件配不齐的情况。一个产品中常常包含上千种零部件，装配产品时不发生缺件的概率就更低了，这就是采用订货点方法造成零件积压与短缺共存局面的原因。 形成“块状”需求   

18、采用订货点方法和条件是需求为均匀的。但是在制造过程中形成的需求一般都是非均匀的：不需要的时候为零，一旦需要就是一批，采用订货点方法加剧了这种需求的不均匀性。 我们知道，企业内部的产品、零件及原材料的需求间是存在相关性的。对产品的需求由企业外部多个用户的需求所决定，如果对产品的需求比较均匀，那么产品的库存水平变化的总轮廓呈锯齿状，当产品的库存量下降到订货点以下时，要组织该产品的订购。原材料的需求是由产品的需求所决定的。没有组织产品生产前，原材料的需求维持高的水平，开始生产后要从原材料库中取出大批的原材料。此时，原材料的库存水平未降到订货点以下，所以不必提出订货。于是，原材料的库存水平又

19、维持不变。随着时间的推移，当下一次组织产品的产品装配后，又要消耗一部分原材料库存。如果这时原材料的库存水平降到订货点以下，就要组织原材料的订购了。所以，即使产品的需求率均匀变化的条件下，由于采用订货点方法，造成对原材料的需求率不均匀，呈“块状”。“块状”需求与“锯齿状”需求相比，平均库存水平几乎提高一倍，因而占用更多的资金。 由此可看出，订货点方法是用于处理独立需求问题的，它不能令人满意地解决生产系统内发生的相关需求问题。于是人们找到了MRP技术，它可以精确地确定对零部件、毛坯和原材料的需求数量与时间，消除了盲目性，实现了低库存与高服务水平。随着知识经济时代的到来 ,由于数

20、字化、网络化、信息化技术向传统企业的不断渗透使得物流、信息流、资金流成为了企业生产运作、 经营管理和财务控制的三大核心内容面对日益严峻的市场竞争 ,生产企业为了以最低的成本、最短的制造周期、 最好的质量 ,出顾客满意的产品来赢得竞争 ,不得不改变现有的管理模式 ,采用现代化的管理手段 ,提高人力、物力、财力等资源的利用效率 ,实现物流、 信息流和资金流的高效运作。在物流方面 ,应用信息系统 ,通过销售管理、生产计划、物料需求计划、车间管理、采购管理等功能 ,逐步实现对物流管理

21、的闭环控制和信息流的高效融合。 产品数据管理：全球化、激烈的市场竞争，需要制造企业优化内部管理，建立新产品研发、客户需求响应开发、产品生产成本控制、产品快捷满意服务等方面的优势。优势的形成依赖于企业建立起以市场、客户为中心的一体化业务流程，从流程上优化企业市场营销、商务技术支持、新产品研发、订单工程设计、生产制造、物流组织、财务成本等业务的协同运作。基于以往手工、部门级的业务运作已经不能满足企业在新的市场竞争中赢得优势的需要。   产品数据管理（Product Data Management，简称PDM）是一个能帮助制造企业建立规范的

22、新产品研发、工程技术开发管理体系的信息化平台，通过对技术管理流程及相关产品电子化数据的管理，建立起集中的产品电子数据集市、及技术业务流程工作平台，为企业生产、财务等部门提供准确、一致的产品数据。并通过与ERP系统的紧密集成，形成企业级、一体化的IT业务管理平台。三产品全生命周期管理企业的生命是以其产品为载体的，产品的兴衰也意味着企业的兴亡，企业唯有不断开发研制适应消费者需求变化的新产品，才能永保企业生命活力，而建立一个先进的产品研发管理体系是保证企业保持强大产品研发能力的前提。先看一组火爆的数字：FMC公司是世界领先的化学和制药公司，其下属的能源输送集团在实施PLM系统之前，订单交付时间是1824个月，在实施PLM系统之后，这个数字降低到34个月；洛克西德.马丁公司在实施PLM系统后，流程效率提高了30%50%；宝马公司在实施PLM系统后，成功地将产品开发时间缩短了30%。 还有这样一些案例，通信设备厂商摩托罗拉，实现了在全企业内数据存取的简便性，减少了50%75%的创建和维护BOM的时间，CAD的BOM实现100%准确，降低了38%的工程更改、评估和批准的平均时间； 汽车厂商福特，仅开发