先进制造技术概论(PPT-141页)课件

1、先进制造技术第一章 先进制造技术概论 制造（manufacturing）是利用制造资源（设计方法、工艺、设备和人力等）将材料“转变”为有用物品的过程。当今，人们对制造的概念又加以扩充，将体系管理和服务等也纳入其中。制造是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。 制造业是指以制造技术为主导技术进行产品制造的行业。制造业已成为国家经济和综合国力的基础，成为社会财富的主要创造者和国民经济收入的重要来源，它为国民经济各部门，包括国防和科学技术的进步及发展提供先进的手段和装备。制造业的发达与先进程度是国家工业化的表征。1.1 先进制造技术概论先进制造技术概论 制造技术（Manufactu

2、ring Technology） 现代的制造技术不仅重视工艺方法和设备，还要强调设计方法 、生产组织模式、制造与环境和谐统一、制造的可持续性及制造技术与其他科学技术的交叉和融合。 先进制造技术 之概念在20世纪80年代来被提出来，比较被人们接受的定义是：“先进制造技术是以人为主体，以计算机为重要工具，不断吸收机械、光学、电子、信息（计算机和通信、控制理论、人工智能等）、材料、环保、生物以及现代系统管理等最新科技成果，涵盖产品生产的整个生命周期的各个环节的先进工程技术的总称”，它以提高对动态多变的产品市场的适应能力为中心，以实现优质、灵活、高效、清洁生产和提供优质、快捷服务，取得理想经济效益为目

3、标。制造业是国家的战略性产业高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的重要标志高度发达的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素1.2 战 略 意 义物质财富是人类社会生存和发展的基础，制造是人类创造物质财富最基本、最重要的手段2001年，制造业对国民经济的贡献直接创造国民生产总值的1/3 占整个工业生产的4/5 为国家财政提供1/3以上的收入 对出口总额的贡献率90% 战 略 意 义（续一）战略意义（续二）制造业是全面建设小康社会第一位的支柱产业 2001年制造业占中国社会经济活动门类的比例大类的33%中类的46%小类的64%全部就业人

4、数的11.1%工业就业人数的90.5%2001年制造业就业人数所占的比例工业税收的78.93%总税收的28.74%2001年全国制造业的税收1953至1998年战 略 意 义（续三）制造业是国家高技术产业的基础和载体 宇航生物工程微电子光电子信息技术核技术空间技术制造业战 略 意 义（续四）制造业是国家安全的重要保障现代武器装备是先进制造技术的载体；尖端制造技术和装备一直是西方国家技术封锁和限制的重点；保证就业率稳定，缓解就业压力，保障社会稳定 。 集成电路成本占总成本的比例 军舰22% 战车24% 飞机33% 导弹45% 航天器66% 1.3 发 展 现 状先进制造技术是工业发达国家的国家级

5、关键技术和优先发展领域国别/地区科技计划美国先进制造技术计划关键技术(制造)计划敏捷制造使能技术计划日本智能制造技术国际合作计划欧共体尤里卡计划信息技术研究发展战略计划德国制造2000年计划韩国高级先进技术国家计划(G-7)发 展 现 状（续一） 许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力。 是制造大国，不是制造强国 发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强 关键装备大多依赖进口光电子制造设备的100%IC制造装备的85%高档数控机床的70% “ ”是发展的核心“ ”是发展的关键“ ”是发展的焦点 “ ”是发展的条

6、件 “ ”是发展的道路 “ ”是发展的方法 “ ”是发展的前景 “ ”是发展的必然 数 精 极 自 网 集 智 绿1.4 先进制造技术发展趋势先进制造技术发展趋势（续一）“数”是发展的核心数字化 数字制造是制造技术与信息技术（包含计算机技术、网络技术）等交叉、发展与应用的结果；数字化设计、数字化控制、数字化制造以及贯穿始终的“虚拟”技术；数字制造技术是先进制造技术发展的核心。先进制造技术发展趋势（续二)“精”是发展的关键精密化 加工精度精密化人造卫星的仪表轴承，其圆度、园柱度、表面粗糙度等均达纳米级；加工尺度细微化基因操作机械，其移动距离为纳米级； 控制要求纳米化先进制造技术发展趋势（续三）“

7、极”是发展的焦点极端、极限高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀条件；有高硬度、大弹性等要求；在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、极复杂；MEMS技术和产品是典型极端、极限技术和产品。先进制造技术发展趋势（续四）“自”是发展的条件自动化 自动化是强化、延伸甚至取代人劳动的技术或手段。自动化是先进制造技术发展的前提条件； 自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高水平的自动化。先进制造技术发展趋势（续五）“网”是发展的道路网络化 现代新型制造模式实施的基础设施，现代制造企业生产活动必不可少运行环境；网络化既是制造企业信息化、集成化的基础，企业信息化又是、集成化的

8、进一步发展；网络化将制造业走向全球化、整体化、有序化。 先进制造技术发展趋势（续六）“集”是发展的方法集成化 技术集成、管理集成、技术与管理集成；本质：知识和信息集成，集成也包含了“交叉”；现代制造科学技术的发展离不开“集成”和“交叉”。先进制造技术发展趋势（续七）“智”是发展的前景智能化 智能企业、制造系统、制造单元（装备）适应环境变化的能力、海量信息和不完整信息处理能力、主动地协调和协同能力； 柔性化企业组织结构扁平化，组织体系开放性、可伸缩性，管理控制方式分布化，生产资源、过程可重构；敏捷化使制造企业（组织）具有对动态快速多变、不可预测的市场变化的应变能力；运作的柔性、响应的快速性和结构

9、的可重组性是现代企业智能化运行的典型特征。先进制造技术发展趋势(续八）“绿”是发展的必然绿色 “天人合一” 与 “无为”； “保护环境，就是保护生产力；改善环境，就是发展生产力” 江泽民制造各阶段都必须充分计及环境保护：自然环境，社会环境、生产环境、生产者的身心健康；制造必然要走向“绿色”制造，这是实现国民经济可持续发展的重要条件。1.5 先进制造技术（AMT）的特征客户化生产：产品的质量、价格、服务与交货期成 为市场制约的要素； 快速重组：制造、信息、管理等学科的交叉与融合； 智能化、精密化、集成化、并行式、分布式的潮流； “虚拟现实”技术的应用；先进制造技术（AMT）的特征(续）不摒弃传统

10、技术，利用先进技术研究传统工艺的成形原理，建立数学模型，并利用优化设计进行传统工艺方法的优化。强调计算机技术，信息技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理等方面的应用。节能、环保的重视；既竞争，更合作，网络化，全球化；以人为本。1.6 先进制造技术的体系结构 先进制造技术可以概括为以下四个方面： 先进制造技术的基础理论 现代设计理论和方法 成形加工 制造自动化先进制造系统管理技术第二章2.1 概述 现代制造系统生产模式中的管理技术具有如下特点： 重视人的作用 重视发挥计算机的作用 强调柔性化生产 重视信息的集成 强调技术、组织与管理的集成与配套 强调以顾客为中心 现代制造系统管理是

11、以计算机为手段，以用户为上帝，调动企业的一切积极因素，实现柔性化生产，提高企业的市场竞争能力，取得尽可能高的经济效益。现代制造系统的模式和哲理 成组技术 (相似性) CIM (集成) 并行工程 (同步) JIT (准确) 智能制造系统 (智能) 敏捷制造 (灵活) 精益生产 (简化) 合理化工程 (重组、标准化) 业务过程重组BPR(重组)TQCSFE传统的组织结构 面向功能的组织结构销售部门制造部门技术部门现代的组织结构 面向过程的组织结构Teamwork发展方向1. 产品结构 先进、实用、高速、轻小、节能、环保型 2. 生产模式 多品种、小批量、柔性化、生产周期短3. 生产过程 高速、精密

12、、自动化、节能环保和少切削无切削先进制造技术目标 1. 产品功能适用(Function) 2. 交货期限短(Time to Market) 3. 质量好(Quality) 4. 价格低(Cost) 5. 服务优良(Service) 2.2 成组技术GT 2.2.1 成组技术的基本原理 成组技术(Group Technology)是运用统计学的方法来统计事物的某些特征属性的出现率，从总体上定量地描述事物间客观存在的相似性，这一统计学中相似性原理是成组技术的基础。 在制造业中成组技术正是充分发掘和利用生产活动中有关事物的相似性。在机械加工方面，将多种零件按其结构和工艺的相似性分类，以形成若干个零件

13、组。这样就可将同一族零件中各分散的小生产量汇集成为大的成组生产量，从而可以使小批量获得接近大批大量的管理方式和经济效率。 我国机械工业部于1984年颁布了JLBM-1零件编码系统，推动成组技术在我国开发应用。JLBM-1系统的结构是参照德国OPITZ系统而编制的 (如下图2-1所示)JLBM-1 系统的基本结构 （图2-1）JLBM-1分类编码系统的分类编码结果721200302050753名称类别粗分： 非回转体、板块类名称类别细分： 支承板外部类别细分： 由直线与曲线组成轮廓主要尺寸（宽度）： B160440mm外部平面加工： 侧平行平面外部曲面加工： 无外部形状要素： 无主孔加工： 无螺

14、纹、多轴线孔内部加工： 无辅助加工： 其它材料： 灰铸铁毛坯原始形状： 铸件热处理： 无精度： 内孔与平面主要尺寸（长度）： L250 500mm(a) 非回转体类零件（表2-1）(b) 回转体类零件名称类别粗分： 回转体类、轮盘类名称类别细分： 法兰盘外部基本形状： 单向台阶外部功能要素： 无内部基本形状： 双向台阶通孔内部功能要素： 有环槽外平面与端面： 单一平面内平面： 无轴线孔： 均布轴向孔材料： 普通钢毛坯原始形状： 锻件热处理： 无主要尺寸（直径）： D160400mm主要尺寸（长度）： L50120mm精度： 内外圆与平面021051101260513（表2-2） (1)在设计方

15、面 用成组技术来指导设计，赋予各类零件更大的相似性，为实施成组技术奠定了良好的基础。以成组技术为指导的设计，其合理化和标准化将为实现计算机辅助设计(CAD)奠定良好的基础，并为设计信息的重复使用、加快设计速度、节约时间作出贡献。 (2)在制造方面 将加工方法、安装方式和机床调整相近似的零件归类成族，设计出这一族的零件的工序，称作成组工序。可使同属一族的零件采用同一种设备和同一种工艺装备来进行加工。这样不仅可以充分应用相同设备和成组工序的公用夹具(成组夹具)，还可以减少机床和夹具的调整时间。 2.2.2 成组技术的应用 （3）生产组织管理方面 由于成组技术是按零件工艺相似性分类成族。有利于按模块

16、化原理组织成组生产单元的组织形式。在同一生产单元内可由一组工人操作一组设备完成一个零件族的加工工艺过程。成组生产单元是以零件族为对象的专业化生产单位，它是实现计算机辅助管理的技术基础。2.3 计算机集成制造系统（CIMS) 计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System)是1974年由美国人约瑟夫哈林顿首先提出的。这一新概念的核心内容是以下两点： (1)企业内各个生产环节从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个有机结合的整体，要作统一的全盘考虑。 (2)整个生产过程是一个数据采集、传递和加工处理的过程，产品可看

17、成是数据的物质表现。 直到80年代初期，这一概念才被广泛接受，并把它作为制造工业新一代生产方式。这是因为，从70年代开始，世界市场发生了重大变化，科技飞速发展和 市场需求多样化相互作用，相互促进，使传统的相对稳定的市场变成动态地多变地市场。具体表现如下: 1）产品生命周期即产品更新换代的时间越来越短。 2）加速了科技发展到科技应用地周期竞争。 3）规格，品种，型号日益增多，大规模生产的汽车行业也不例外。如丰田。 而对上述技术和经济的新形势，企业必须寻求一种技术和管理高度结合的新的生产组织方式才能与之相适应。CIMS正是这种生产方式。 1987年，美国科学院对CIMS处于领先的五个公司进行调查分

18、析认定CIMS获得如下效益： 产品质量提高 200500 生产率提高 4070 设备利用率提高 200300% 生产周期缩短 3060 设计费 520 工程师工作能力 3003500原因： 1）信息集成度的提高使各种生产要素之间的配量得到更好的优化，各种潜力可更大的发挥。 2）各种资源的浪费最大限度的减少。 3）如今世界各国工业发达国家世界著名的大公司，都把CIMS作为发展的战略目标，制定各种计划，规划，建立国家级实验基地来推进这一新的生产方式的发展。 我国1987年开始实施的“高科技计划纲要”也列入CIMS。信息集成过程集成企业间集成CIMS 的 发 展“自动化孤岛”1 + 1 = 2 ?

19、将“自动化孤岛”集成在一起将“自动化孤岛”集成在一起2.3.1 计算机集成制造系统的构成及功能 CIMS 是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及通信网络将企业内部全部生产活动中各种分散的自动化单元有机集合起来，实现以信息为特征的高度集成技术，是一种适应于多品种小批量生产方式实现总体高效益的、高柔性的智能化系统。 从功能角度看，CIMS包含制造企业的设计、制造、质量控制和经营管理四个功能并以分布式数据库、通讯网络及指导集成的系统作为支撑环境（如图2-2所示)CIMS的各功能块计算机网络 NET 公用数据库 DBMASQISTIS MIS（图2-2）(1)设计功能 在CIMS中，

20、其设计功能有CAD、CAE、CAPP和CAM。这里的CAD不是孤立的，而是内部及外部密切关联并带反馈的CAD，还包括产品的专家系统及仿真技术。 CAE即计算机辅助工程分析，它可对零部件的机械应力，热应力进行有限元分析以及考虑到成本等因素的优化设计。 CAPP即计算机辅助工艺规程设计，它以派生式或创成式等CAPP来实现工艺编程。 CAM的功能是按零件的形状及CAPP生成的工艺转换为NC代码，再进行刀具补偿等因素的后置处理。（2）加工制造功能 加工制造系统由加工工作站、物料输送及贮存工作站、检验工作站、刀具管理工作站和装配工作站组成。 加工工作站主要是各类数控机床并有工业机器人配合，通过控制联网实

21、现信息集成。物料输送及贮存工作站由自动运载小车或各种传送带及机器人实现输送物料；由立体仓库、堆垛机、装卸工作站及自动控制系统完成物料贮存。 检验工作站是由数控三坐标测量机和各种自动化测试仪器并通过网络进行数据传递。刀具工作站实现刀具流的调度和管理，还包括中央刀库、换刀机器人、数据库等。 装配工作站是由装有传感器的工业机器人及传送装置来实现的，应用人工智能对系统进行协调控制。(3)计算机辅助生产管理(CAPM) 在管理方面制定年、月、周生产计划、物料供应计划(MRP)、生产平衡以及财务、仓库等各种管理；在经营方面进行市场预测及制定长期发展战略计划。(4)质量控制系统 借助计算机集成质量信息系统(

22、QIS)将存在于设计、制造与管理中涉及质量的有关数据进行采集、存储和评价、处理保证系统达到质量目标，QIS为CIMS 的总目标奠定了良好的基础。2.3.2 五层递阶控制模型 美国国家标准局自动化制造研究实验基地(AMRF)首次提出五层递阶控制模型，它对传统的制造管理系统按功能需求进行分析的基础上提出的，AMRF分级控制结构由五级组成，即工厂级、车间级、单元级、工作站级和设备级。 其控制模型图（图2-3）如下：AMRF分级控制结构工厂加工车间 装配车间 虚拟单元1 虚拟单元n铣削工作站 检验工作站 物料贮存工作站机器人铣床 零件存贮器机器人检验机 零件存贮器机器人机器人 小车传送器.（图2-3）

23、(1)工厂级控制系统 这一级主要功能又分为三个子系统：生产管理、信息管理和制造工程。 生产管理的任务是制定生产计划、分配生产资源、确定追加投资、核算生产能力、汇总质量数据、向下一级发布生产指令。 信息管理的任务是通过用户数据接口实施行政或经营管理功能。 制造工程的任务是通过人机交互以CAD系统设计零件及其它设计文件；以CAPP子系统设计每个零件的工艺规程。(2)车间级控制系统 控制和协调车间生产和辅助性工作，有两个主要管理模块：任务管理模块负责安排生产计划，把生产任务和资源分配给单元级，跟踪订单直至完成；资源分配模块负责分配单元级所需的工作站、贮存区、托盘、刀具、材料等。(3)单元级控制系统

24、虚拟单元级的具体工作内容是完成任务分解和分析资源需求，安排工作站的任务并监控任务的执行情况，并向车间级报告作业情况和系统运行状态。(4)工作站级控制系统 负责指挥和协调设备小组的生产活动，处理由物料贮运系统交来的零件托盘、零件装夹、切削加工、清除切屑、中间检验、卸工件。它与虚拟单元采用统一接口实现动态控制。(5)设备级控制系统 它是最前沿的系统，如设备，机器人，运输小车或其它传送装置，贮存检索等控制器，还包括先进的计量检测系统，如热和运动误差的监测及修正软件，在线超声波表面粗糙度检测，在线刀具磨损检测，机床的夹紧力及变形检测。向上与工作站接口，向下与各设备控制器接口，通过各种传感器监控加工运行

25、。2.4 并行工程技术CE 并行工程亦称并行设计，它是指在 新产品设计阶段,就引进生产准备工作,并行地进行产品设计、工艺设计和生产准备。它是伴随着计算机技术和网络通讯技术发展起来的一门新技术，它侧重于管理方面,强调Team Work工作方式。目前市场上大多数CAD/CAM软件都具有支持并行工程技术的功能。 并行工程技术可以大大缩短产品上市时间，可以提高产品质量，可以减少废品率，从而提高了企业的竞争力。 并行工程就是集成地、并行地设计产品及其零部件相关各个过程的一种设计模式。它强调设计人员和其他人员协同工作，在设计开始就全面考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理各种因素，包括质量，成本，

26、进度计划和用户的要求。2.4.1 并行工程技术及其特点 强调团队工作（Team Work）精神和工作方式 将产品寿命周期各个方面的专家集中起来，形成一个新产品开发小组共同工作。对产品及零件从各个方面全面考虑 、严格审查，力求所设计出的产品便于加工、便于装配、便于维修、便于回收，而且产品美观、价廉、质优、使用方便。集思广益，集中各专家的智慧，在设计定型前多次修改，以求得到最优设计。借助计算机网络工作方式用户设计者 加工工艺师维修人员销售人员装配工程师计算机计算机计算机计算机计算机计算机中间设计结果（图2-4）强调设计过程的并行性 在设计阶段通过各方面专家协同考虑产品寿命周期的各个方面，在进行产品

27、设计的同时并行完成工艺过程的设计（包括加工工艺、装配工艺和检验工艺并对设计结果进行计算机仿真）用快速原型法生产出新产品的样机。（见下图2-5）并行工程设计过程图检验设计 检验仿真构思设计生产准备仿真工艺设计 加工仿真 装配设计 装配仿真性能仿真样件试制模型试验产品计划装配计划检验计划产品图纸（图2-5） 强调设计过程的系统性 设计、制造、管理不再是相互独立的单元，要纳入一个系统来综合考虑，在设计过程中既要拿出图纸和设计文件，同时还要拿出工艺规程以及有关质量控制、生产计划和成本核算各种管理文件。强调设计过程快速短反馈 由于设计工作是集中各方面专家共同工作的，相关问题可以及时反馈，不仅可以缩短设计

28、时间，而且可以将错误消灭在“萌芽”状态。2.4.2 并行工程的效益缩短产品投放市场的时间 我们现在正处于必须以质量取胜的时代，没有好的质量，产品就难于在市场上立足，只靠价格取胜近乎成为历史。市场的下一步发展将是以缩短交货期作为主要特征。而缩短产品开发和生产准备时间正是并行工程技术的主要特点。 (2)降低成本 并行工程可在三个方面降低成本：首先，他可以将错误限制在设计过程。其次，并行工程不同于传统的“反复试制样机”的作法，强调“一次达到目的”。这是靠软件仿真和快速样件生成实现的，省去了昂贵的样机试制，其三，由于在设计时就考虑到加工，装配，检验，维修等因素，产品的成本将会降低。同时，在上市的运行费

29、用也会降低。所以，产品的寿命循环加工就降低了，既有利于制造者，也有利于顾客。 提高质量 采用并行工程技术，尽可能将所以质量问题消灭在设计阶段，使产品便于制造，易于维修。这就为质量的“零缺陷”提供了基础，使得制造出来的产品甚至不需检验就可以上市。保证了产品功能的实用性 由于在设计过程中,同时有销售人员参与,有时甚至还包括顾客,这样的设计方法反映了用户的要求,才能保证去除冗余功能,降低设备的复杂性,提高产品的可靠性和实用性.(5) 增加了市场竞争力2.5 制造资源计划（MRP）模式 2.5.1 概述 物料需求计划MRP(Material Requirements Planning)是20世纪60年

30、代初期在美国开始出现的应用计算机来计算物料需求和制订生产作业计划的一种方法。由于计算机强大的信息处理能力使企业的物资计划与控制取得了极大的成功，并在应用中发展成为制造业全面的生产管理系统制造资源计划MRP。MRP发展已经历了下面三个阶段 （1）开环MRP 即物料需求计划，它要是通过三种信息即主生产计划、库存状态以及产品结构信息的输入来实现物流需求计算的。 主生产计划是一个综合性计划，由它确定最终产品的出产时间和出产数量。 库存状态信息保存所有产品、零部件、在制品、原材料的库存状态等信息。 产品结构文件也称BOM物料清单，它是生产某最终产品所需的零部件、辅助材料的目录。 其工作过程如下（图2-6

31、）所示：主生产计划 产品结构文件BOM清单MRP计算一.生产哪些零件？多少数量？二.何时下达零件部件生产任务？何时交货？零部件/材料库存文件在制品文件订购文件计划下达的任务（订购/生产）开环MRP的工作过程（图2-6）（2）闭环MRP 闭环MRP是一个生产计划与控制的系统。在初期开环MRP的基础上增加处理生产能力的功能，新形成闭环MRP系统。在闭环MRP中，计算出主生产计划及物料需求计划后，要通过粗能力计划、能力需求计划等模式进行生产能力平衡。 此时的MRP具有“计划执行反馈”结构，已经具备了对生产作计划和实施控制的功能。它的工作过程图如下（图2-7）：生产规划主生产计划物料需求计划能力需求计

32、划可行否？NY执行能力计划执行物料计划闭环MRP的工作过程（图2-7）（3）MRP MRP是一个企业的经营生产计划与控制系统。在闭环MRP完成对生产的计划与控制的基础上，进一步扩展，使之与经营、财务以及生产管理相结合，就形成了MRP。由于MRP将企业经营管理的职能连成一体，因此，它不仅能对生产过程进行有效的管理和控制，还能对整个企业计划的经济效果进行模拟。这对企业高层决策具有重要意义。 MRP的工作过程如图2-8所示：销 售应收账订 单预 测主生产计划工 资制造标准物料清单设 备工艺文件物料需求计划能力需求计划固定资产库 存总 账成 本车间控制采 购应付账MRP的工作过程（图2-8）2.5.2

33、 MRP的结构及功能 MRP系统一般包括如下八个子系统：（1）基础数据库子系统：是指MRP系统中所涉及的有关产品结构、零件明细、材料消耗、工艺路线、工时定额等生产技术数据。其主要功能有：物料清单管理；工艺路线管理；资源数据管理。（2）库存管理子系统：指对生产过程中涉及的材料库、标准件库、电动机库、毛坯库、半成品库等的管理。（3）经营计划管理子系统：主要是销售与生产计划管理的制定，一般分若干个子系统。（4）主生产计划子系统：其时间单位为周，主要功能是编制主生产计划。（5）物料计划子系统：是MRP的核心部分它有三个子系统：物料需求计划子系统、能力平衡子系统及车间任务下达子系统。（6）车间作业计划与

34、控制子系统：其功能有现两个：一是根据MRP系统的输出制定内部作业计划，工票的生成与派生；二是根据生产现场信息编制完工报告。（7）物资采购供应子系统：主要解决两个问题：一是产品合同确定后，马上能汇总出对标准件和材料的需求量；一是当产品投产时，及时掌握其标准件与材料的需求量及库存情况。（8）成本核算与财务管理子系统： MRP是一个整体资源共享、优化的系统，上面那些系统实施后有了数据基础，才能实施此模块。2.5.3 MRP管理模式的特点管理的系统性数据共享动态应变型模拟预见性物流与资金的统一 MRP的实施必然给企业的管理模式带来冲击，不可避免地影响到每一个生产、经营和管理环节。MRP成功运行的先决条

35、件是要有与这相适应的企业管理模式，因此将迫使从传统的管理模式向现代化管理模式过渡。2.6 准时生产 JIT 2.6.1 概述 准时生产（Just-in-Time）是起源于日本丰田汽车公司的一种生产管理模式。其基本思想是“只在市场需要的时候就按需要的量生产所需的产品”。这种方法的核心就是追求“零库存”的生产系统（或最小库存量），为此开发了包括“看板”在内的一系列措施，逐步形成一套独具特色的生产体系 。2.6.1 JIT的目标和实施手段 （1）JIT的目标 JIT的目标以获取最大利润，为此目的必须着力于降低成本。 JIT生产方式是力图通过彻底杜绝浪费来达到这一目的，丰田以为一切使成本增加的因素都是

36、浪费，其中主要的浪费是生产过剩（即库存量大）所引起的。因此，为了排除浪费就必须坚持“适时适量生产”和“弹性配置作业人数”以及“保证质量”。（2）JIT的生产方式的基本手段 适时适量生产 适时适量生产，即“只在市场需要的时候，就按照需要的量生产所需的产品”。企业中各种产品的产量必须灵活地适应市场的需求变化，力争做到以销定产。不然就会导致“生产过剩”，造成人员、设备、库存、费用增加和流动资金积压。 弹性配置劳动力 根据生产量的变动，弹性地增减生产线上的作业人数。实现这种“少人化”作业方式必须将设备独特布置，以便产量增大时将工序分散；产量减少时将工序集中。这将使作业内容、作业组合以及作业顺序要适时变

37、更，而且操作人员必须是具备多种技能的“多面手”。 质量保证 管理机制上相应措施： （1）使设备或生产线在线自动检测，一旦发现生产系统异常立即自动停车（或进行自动补偿）。（2）将质量控制权下放到工人，操作工人发现产品或设备有问题，有权自行决策停止生产。 除此而外，实现适时适量生产还必须使生产同步化和生产均衡化。（3）实现适时适量生产的具体手段生产同步化 要实现适时适量生产，必须实现生产同步化，即工序间不设置仓库，及时进行上下工序的转换。装配线与机械加工几乎平行进行。而且铸，锻，冲压等也要尽量缩短作业时间。缩短小批量生产。 生产同步化通过“后工序领取”的方式来实现。即后工序只在需要的时候到前工序领

38、取所需加工品，前工序中按被领走的数量和品种进行生产。装配线成为生产的出发点。生产计划只下达给总装配线，以装配为起点，在需要的时候，向前工序领取必要的加工品，而前道工序再补充被领走的量（实现同步化）。 生产均衡化 生产均衡化是适时适量生产的前提条件。 生产均衡化是指总装配线再向前领取零件时要均衡地使用各种零部件，生产各种产品。为此再制定生产计划时就必须对安装设备和人员配量加以考虑。2.6.2 看板管理 看板方式作为一种进行生产管理的方式，在生产管理史上是非常独特的，看板方式也可以说是JIT生产方式最显若的特点。但决不能把JIT生产方式与看板方式等同起来。JIT生产方式说到底是一种生产管理技术而看

39、板只不过是一种管理手段。看板只有在工序一体化、生产均衡化、生产同步化的前提下，才有可能运用。如果错误地认为JIT生产方式就是看板方式。不对现有的生产管理方法作任何变动就单纯地引进看板方式的话，是不会起到任何作用的。所以，在引进JIT生产方式以及看板方式时，最重要的是对现存的生产系统进行全而改组。 看板的机能 生产以及运送的工作指令 看板中记载着生产量、时间、方法、顺序以及运送量、运送时间、运送目的地、放置场所、搬运工具等信息从装配工序逐次向前工序追溯。在装配线将所使用的零部件上所带的看板取下以此再去前工序领取。“后工序领取”以及“适时适量生产”就是这样通过看板来实现的。 防止过量生产和过量运送

40、 看板必须按照既定的运用规则来使用。其中一条规则是：”没有看板不能生产，也不能运送。”根据这一规则，看板数量减少则生产量也相应减少。由于看板所表示的只是必要的量，因此通过看板的运用能够做到自动防止过量生产以及适量运送。 进行“目视管理”的工具 看板的另一条运用规则是：“看板必须在实物上存放”，“前工序按照看板取下的顺序进行生产”。根据这一规则，作业现场的管理人员对生产的优先顺序能够一目了然，易于管理。并且只要一看看板、就可知道后工序的作业进展情况、库存情况等等。 改善的工具 在JIT生产方式中通过不断减少看板数量来减少在制品的中间储存。在一般情况下，如果在制品库存较高、即使设备出现故障不良品数

41、目增加也不会影响到后道工序的生产，所以容易把这些问题掩盖起来。而且，即使有人员过剩，也不易察觉。根据看板的运用规则之一“不能把不良品送往后工序”。后工序所需得不到满足就会造成全线停工，由此可立即使问题暴露，从而必须立即采取改善措施来解决问题。这样通过进行改善活动不仅使问题得到了解决，也使生产线的“体质”不断增强带来了生产率的提高。JIT生产方式的目标是要最终实现无储存生产系统，而看板提供了一个朝着这个方向迈进的工具。2.7 精 益 生 产 2.7.1 概述 精益生产的方式是由日本丰田和大野创造的，已近半个世纪，是麻省理工学院学者们把这种生产方式称之为“精益生产”。它不仅对制造业，甚至对整个人类

42、社会产生巨大的影响。 二战后，丰田公司的丰田和大野考察福特后，又进行一系列探索和实验，根据日本国情，建立了一套全新的生产管理模式采用精益生产方式组织生产管理。使丰田跃上新台阶，变成了世界汽车之王。日本其他公司也纷纷采用，使日本经济腾飞发展。 1）与精益生产相应的生产技术是柔性制造。主要是数控技术和集成制造技术。 2）精益生产组合了技术生产和大批量生产的两者优点。避免了技术性生产的高费用和大批量生产的高刚性。 3）精益生产是由多能工人组成的工作小组和柔性很高的自动化设备相结合。 4）精益生产与大批大量不同，它一切都精简。与前者相比，它只需一半的劳动强度，一半的制造空间，一半的工装投资，一半的开发

43、时间，库存大量减少，废品大量减少，品种大量增多。 5）尤其是在最终目标上，大批大量生产强调“足够”好的质量。而精益生产追求完美性（低价格，零缺陷，零库存，无限多的品种）。2.7.2 丰田的精益生产精益生产的出现 由丰田和大野创造的精益生产技术可通过一个实例来说明。在大批大量生产方式下，制造汽车覆盖件，更换模具是一个大问题。由于模具精度高，更换既昂贵又费时，须高技术工人来完成。西方采用一组冲压机组成生产线来生产同一种零件，于是可几个月几年不换。而丰田因才起步，资金不足，不可能用此方法。他们只用少数的几条线生产所有汽车的冲压件。大野发明了快速更换模具法，这种更换技术使更换一副模具的时间从1天减少到

44、3分钟，且不需要专门的模具更换工。 大野又发现小批量生产成本比大批量生产更低。原因有： 2）装配前只有少量零件被生产，发现错误可以立即更正。而在大批量的装配线中，错误到最后才发现，造成大量的报废和返修。 大野得出结论： 1）小批量不需大批量那样的大的库存。 产品库存时间应控制在2小时以内（零库存的起源）。 必须有由高度熟练的和高度责任感的工人组成的工人小组。及时发现问题，随时解决它。小 改变劳资关系。同舟共济 工人是公司的一员，享受一切福利，终身雇用。工人的利益与公司的利益联系在一起，有主人翁之感。毕生为公司拼命工作，大家都维护公司的利益，主动提出合理化建议。公司也把工人看作自己的资本，比机器

45、更重要。公司不断对工人进行培训，以提高其能力，充分发挥他们的作用，从雇员身上获取最大利益。 发现问题随时修改 大批大量生产方式，工人只重复简单工作。领班不干装配活，他只需保证组装线工人按照规定工作。这些规定和要求是由工艺师制定的，并由他负责提出改进工艺过程的办法，发现问题谁也无权停下流水线立即处理，留到装配线终端返修区进行处理，大野发现这种方式造成惊人的浪费。 大野方法截然相反，把工人分组，组长除协调全组工作，也亲自参加装配工作，小组把清理工作场地，工具的小修和质量检查全包下了。 小组定期讨论生产和质量，对改进工艺流程提建议。这正式Teamwork和QC小组工作方式的来源。大野在每个共位都设有

46、拉线，每个工人一旦发现生产和质量问题，当自己不能解决时，立即拉线让全线停下，然后小组集中解决问题。与前者相比，这是一次革命性的措施。 刚开始，装配车间一片混乱组装线老是停下来，生产不连续。但在工人有了经验后，差错大为减少。 现在丰田装配线工人有权让线停下来，但线几乎没停过了。 相反，西方大批大量生产厂里，除主管外，任何人无权让线停下来，但生产线却经常停下来，不是停下纠正错误，而是协调和材料供应问题。 今天的丰田装配线终端已没有返修区和返修工作业。而大批大量生产厂有20%的厂房面积，25%的工时用于返修。 而市场实践证明丰田汽车缺陷是世界最少的。 供货环节 汽车有10000多个零件，100多个部

47、件，是一个复杂的供货系统。 大批大量生产是建立一个集权定货系统。由公司将图纸交给协作厂用招标方式选择合作厂家，公司和协作厂之间的关系是临时性的，各有各的打算。 丰田是另一种办法 .把厂部自制的配套部件分离出去,成为独立的第一层次配套单位.丰田与协作厂相互有股份,丰田把高级修理人员输送到协作厂担任高级职员,协作厂也密切参与丰田的产品开发.相互依赖,生死与共.保证丰田以天为时间的实时供货顺利进行,这是著名的“拉动”式供应系统.与大批大量推动式有本质区分.它几乎取消了所有库存. 新产品开发 组织各方面的专家并赋于组长的权力，打破界限并行工作，对保证产品质量，提高生产率，快速响应用户都取得了巨大的成功

48、。品种和批量 用户对汽车的需要多种多样，丰田灵活的体制特别适合这种情况：并行设计方式，成组技术，柔性生产组织和设备。 日本车每种车型12.5万辆，4年更新换代共50万辆。 美国每种车型每年20万辆，10年更新换代200万辆。西方工厂的组装厂只生产一种车型。日本在北美的组装厂却生产3到4种车型。 与顾客的关系 按定单组织生产。一到三周交货 ，丰田首创。 将零售商，顾客集成进生产系统。与他们建立长期稳定合作。 销售不是等顾客上门，而是上门拜访服务。把顾客情况输入电脑，注意回头客。2.7.3 精益生产的定义和特征精益生产的定义 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

49、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，最终达到包括市场在内的生产的各方面最好的结果。 精益生产的特征 以用户为“上帝”。将用户纳入产品开发的过程，以多变的产品尽可能短的交货期来满足用户的要求。真正体现用户是“上帝”的精神。还要保证周到的服务，适当的价格，优良的质量。 以人为“中心” 。人是企业一切活动的主体，应以人为中心，大力推进独立自主的小组化工作方式，充分发挥一线职工的积极性和创造性，使他们积极的为改进产品的质量献计献策，使工人成为“零缺陷”生产的主力军。为此，企业对职工爱厂如家的教育，从制度上保证职工利益和企业利益挂钩。 以“精简”为手段 。在组织机

50、构方面实行简化，去掉一切多余的环节和人员，纵向减少层次，横向打破壁垒。管理模式转化为分布式平行网络的管理结构，减少非直接生产人员的数量，采用先进的柔性加工设备。大幅度减少甚至实现零库存。并行设计和Team Work的工作方式。Team Work是企业各部的人员组成的多功能工作组，它全面负责一贯产品的开发和生产。包括设计，工艺，编制预算，材料购置，生产准备和投产等工作。它是企业集成各方面人才的一种组织形式。 JIT 的供货方式 。保证最小的库存和最少在制品数。这必须与供销商有良好的合作关系，相互支持，相互共沾。 “零缺陷”的工作目标 。目标不是“尽可能好一些”而是“追求零缺陷”。即最低成本，最好

51、的质量，无废品，零库存，多品种。这些只是理想境界，但应无止境地去追求。才使企业不断进步，永远走在别人前面。 2.7.4 精益生产的体系 全面质量管理，是保证产品的质量，追求实现“零缺陷”主要措施。 准时生产，是缩短生产周期，实现“零库存”降低生产成本的有效方法。 成组技术，是实现多品种、小批量，按顾客定单组织生产，形成（成组）大批量的技术基础。精益生产体系精益生产体系准时生产JIT成组技术GT质量管理TQC计算机网络支持下的并行工作方式和小组化工作方式（图2-9）2.8 敏捷制造（AM） 2.8.1 概述 20世纪80年代以来,美国制造业的优势不断丧失,为了改变这方面,重新夺会在制造业的优势,

52、美国把发展战略目标瞄向21世纪.里海(Lehigh)大学在国防部的资助下组织了百余家公司，耗资50万美元，花费1000人一日，分析研究400多篇优秀报告后，提出21世纪制造企业战略的报告。上面提出了“敏捷制造的新概念”，出现敏捷制造的未来前景，提出采用敏捷制造夺回美国制造业优势。 21世纪,随着人们生活水平不断提高,人们对产品的追求不仅注重质量,功能,价格.更注重缩短交货期,最大客户满意,资源保护,污染控制等方面.敏捷制造 是在“竞争合作/协同”机制作用下，企业通过与市场/用户、合作伙伴在更大范围、更高程度上的集成，提高企业竞争能力，最大限度地满足市场/用户的需求，实现对市场需求作出灵活快速反

53、应的一种制造生产新模式。 敏捷制造也可以指企业采用现代通信技术，以敏捷动态优化的形式组织新产品开发，通过动态联盟（即虚拟企业）、先进柔性生产技术和高素质人员的全面集成，迅速响应客户需求，及时交付新产品投放市场，从而赢得竞争优势，获取长期经济效益。 敏捷制造提出了许多新思想,新概念: 以信息为主,与批量无关的制造系统 充分发挥人的作用 权利下放,精简机构 建立虚拟公司 采用并行工程等 敏捷制造的目标实现,将会是制造业的一次革命.2.8.2 敏捷制造的特点重新发挥人的作用 ，并有高素质人员 将人作为一切活动的中心,充分尊重职工,充分调动人的主观能动性.职工也必需以企业视为“家”,企业的兴衰与每个职

54、工息息相关. 企业要求较高素质的人,不仅是技术技能,更重要的是极强的责任心,“爱厂如家”.企业重视职工继续教育,使之能胜任一定范围的工作.这与大批大量生产中工人不相同. 有良好的工作环境 环境问题是21世纪最重要的问题之一,敏捷制造高度重视环境问题.保证企业内职工良好的工作环境,工作地布置符合人机工程学原理,注意安全保护措施. 企业的生产和生产的产品不应对社会环境造成污染.应是环保型的绿色产品:节能,无污染,对人体无害,便于回收重新利用等。. 并行的，柔性重构的组织管理机构.这种管理方式必须以人的高素质为前提,还有公共网络联系.人员和设备柔性结构也是一个重要特征.为了快速响应市场,敏捷的完成某

55、一生产任务,可随时将企业中的人员和设备进行柔性重组. 基于信息高速公路的虚拟公司 为快速响应市场需求,通过信息高速公路,将产品制造涉及到的不同公司临时组建起来成为一个统一的工商实体. 虚拟公司的各成员应在相互信任的基础上进行合作.并分享该计划全部合作者的相互信息,提供不同分布的资源,人员和物力发挥各自的功能和作用.只要市场需要一结束,则虚拟公司自行解散.各成员投入另一计划去重组新的虚拟公司. 先进的技术系统. 企业有领先的技术手段和人员,除大量的高速计算机外,还应有覆盖全厂的数据库和高通过量的计算机网络.加上设计分析和仿真软件的进步,实现设计时的性能仿真和虚拟制造来快速生成样机.保证产品的一次

56、成功率,缩短制造周期,实现对市场快速反映. 用户的参与 敏捷制造使用户直接参与产品设计过程,满足自己的喜爱和要求.整个设计制造过程对用户都是透明的.归纳起来有：顾客参与设计和服务;快速响应; 瞬息万变的市场;柔性灵敏的技术设备;产品生命周期全程服务;产品生产过程的环境保护;柔性重组的企业机构;并行的工作方式;高性能的计算机系统;高通量的网络系统.敏捷制造企业的主要特征具备敏捷制造能力的企业需要满足以下要求：企业从上到下都明确认识快速响应市场/用户需求的重要性，并能通过信息网络对变化的环境快速响应；企业拥有先进的制造技术，能够迅速设计、制造新产品，缩短产品上市时间，降低成本；企业的每个部门、每个

57、员工都具有一定的敏捷性，都愿意并善于与别人合作；企业能够最大限度地调动、发挥人的作用，并使员工的素质和创新能力不断提高。 敏捷制造企业具有如下特点：（1）高度的柔性（2）先进的技术系统（3）高素质人员（4）用户的参与2.8.3 敏捷响应市场的实例 美国汽车公司USM是一家发国防部为主要用户的汽车制造企业，它向用户承诺：（1）每辆汽车都可按用户要求定制。（2）从订货日起三天内交出定制汽车产品。（3）在整个产品生命周期给用户满意的服 务，而且汽车能进行重新改造。 世界上任何公司都不可能做到以上三点承诺, 但USM公司做到了。 潜在的用户可以利用USM软件设计自己的汽车。它能够生成用户构思的逼真的汽

58、车图象和售价。如果需要定货，则可以所设计的车型传送到销售点，借助多媒体模拟装置，对汽车进行非常接近实际，不同条件下的实验。 实验时，驾驶人员坐在可编程的椅子上，戴上虚拟真实镜，在视野内看到他们选择的操纵板和座椅的结构、颜色、控制装置的位置，通过窗口能够看到前后盖板和挡泥板的形状、外面的景物，及声音。用户可以调整汽车的各种功能、美观和舒适程度，直到满意。这种模块化程度很高的车，使每个用户都可以得到一辆价格合理，专门定制的车，并易改造。用户可以更换某些模块加以更新换代。 对于公司来说，也可以把市场积压力过时汽车返回工厂重新改造后再销售。这种产品有迅速重构能力，结构灵活，汽车可以根据用户要求制造，交

59、货期极短，所以USM公司具有极大工业竞争优势。2.9 智能制造系统IMS 2.9.1 概述 智能制造系统(Intelligence Manufacturing System)是将人工智能技术融合进制造系统的各个环节，通过模拟专家的智能活动，取代或延伸应由专家来完成的那部分工作，系统具有部分专家的“智能”。 智能系统有自适应能力、自学习能力、自组织能力。 系统有能力自动监视自身的运动状态,能够随时发现错误或预测错误的发生并改变。 系统具有应付外界突发事件的能力。 系统能够自动调整自身参数来适应外部环境, 使自己始终运行在最佳状态下。 智能制造系统的研究计划是1989年由日本东京大学YOSHIKA

60、WA教授倡导，由日本工业和国际贸易部发起组织的一个国际合作研究计划，有日本美国西欧共同参加的“智能制造研究中心”其研究的内容主要集中在以下五个方面： 1）IMS结构系统化，标准化的原理和方法2）IMS信息的通讯网络。3）用于IMS的最佳智能生产和控制设备。4）IMS的社会环境和人的因素。5）提高IMS设备质量及性能的新材料应用和研究。 这是一个复杂的大系统，研究进展和应用将主要处决于人工智能技术的发展，目前仅进行了一些探索性的研究，在局部应用上取得了一些进展。2.9.2 智能制造系统的主要研究应用领域(1)智能设计 将人工智能的专家系统技术引入设计领域，特别是在概念设计和工艺设计应用具有人类专