9-先进生产模式与自动化制造系统的发展趋势

1、第九章 先进生产模式与自动化制造系统的发展趋势第一节 计算机集成制造系统CIMS第二节 精益生产LP第三节 敏捷制造 AM第四节 智能制造系统的基本概念第五节 网络化制造第六节 可重构制造系统第七节 快速原型制造技术第八节 自动化制造系统的发展趋势第一节计计算机机集成制制造系统统一、CIM与CIMS的基本本概念CIMS是以系系统工程程理论为为指导，强调信信息集成成和适度度自动化化，以过过程重组组和机构构精简为为手段，在企业业信息系系统的支支持下，将制造造企业的的全部要要素和全全部经营营活动集集成为一一个有机机的整体体，实现现以人为为中心的的柔性化化生产，使企业业在新产产品开发发、产品品质量、产

2、品成成本、相相关服务务、交货货期和环环境保护护等方面面均取得得整体最最佳效果果。经营决策中央计算机产品CAD/CAM图形工作站财务、人事、生产计划、生产管理、生产技术数据管理等各职能部门计算机作业管理层计算机FMS管理其他生产单元管理装配管理FMS1FMSN生产单元1生产单元N装配单元1装配单元N产品产品质量总检验FMS与生产单元层作业管理层设计计划层经营决策层MIS二、计算算机集成成制造系系统的组组成CIMS由四个个应用分分系统和和两个支支撑分系系统组成成1.管理理信息系系统经营管理理、物料料管理、生产管管理、人人力资源源管理2.工程程设计自自动化系系统工程设计计、分析析和制造造基本功能能：

3、面向产产品生命命周期的的建模实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成成主要功能能模块（1）计计算机辅辅助设计计与分析析（CAD/CAE）（2）计计算机辅辅助制造造（CAM）管理信息系统工程设计系统质量保证系统制造自动化系统数据库计算机网络CIMS系统的基本组成第二节精精益生生产LP一、精益益生产的的基本概概念精益生产产的产生生背景20世纪纪50年年代日本本丰田汽汽车公司司1985年美国国MIT精益生产产是贯彻以以人为中中心的思思想，通通过系统统结构、人员组组织、运运行方式式、产品品结构和和市场需需求等方方面的变变革，精精简生产产过程中中一切无无用、多多余的东东西，使使生产系系统能很很快适应应

4、用户需需求的不不断变化化，并能能最终达达到包括括市场供供销在内内的生产产的各方方面最好好的结果果。二、精益益生产的的基本思思想：在企业的的各个环环节上去去除一切切多余无无用的东东西，每每个岗位位的活动动安排是是必须增增值，不不能增值值的岗位位和活动动一律撤撤销，即即“消灭一一切浪费费”和“不断改改善”，在组织织的各个个层面上上雇用多多面手，并且应应用通用用性强而而自动化化程度又又高的柔柔性制造造设备来来生产品品种多变变的产品品。其主主要的支撑体系系是准时时生产（JIM）、全全面质量量管理（TQC）、成成组技术术（GT）、弹弹性作业业人数和和尊重人人性。三、精益益生产的的特征：重视客客户需求求重

5、视人人的作用用精简一一切生产产中不创创造价值值的工作作精益求求精、持持续不断断地改进进生产，降低成成本，追追求零废废品、零零库存和和产品品品种多样样化。第三节敏敏捷制制造AM一、敏捷捷制造的的基本概概念敏捷制造造的基本本原理：采用标准准化和专专业化的的计算机机网络和和信息集集成基础础结构，以分布布结构连连接各类类企业，构造虚虚拟制造造环境；以竞争争合作为为原则，在虚拟拟制造环环境内动动态选择择成员，组成面面向任务务的虚拟拟公司进进行快速速生产；系统运运行的最最大目标标是满足足客户的的要求。定义敏捷制造造指的是是制造企企业能够够把握市市场机遇遇，及时时动态地地重组生生产系统统，在最最短的时时间内

6、向向市场推推出有利利可图的的、用户户认可的的、高质质量的产产品。一一句话，敏捷制造造企业的的一切活活动都是是围绕着着快和好好这两个个字进行行的，要要求企业业具有很很强的自自适应能能力。敏捷制造造系统的的体系结结构敏捷制造造的产生生背景敏捷制造造是美国国为了重重新树立立其在全全球制造造业中的的领导地地位，而而提出的的一种面面向21世纪的的新型制制造模式式。它综综合了即即时生产产、制造造资源规规划和精精益生产产等先进进生产管管理技术术的优点点，能系系统全面面地满足足高效低低成本、高质量量多品种种、迅速速及时、动态柔柔性等难难以由一一个统一一生产系系统来实实现的生生产管理理目标要要求，代代表着现现代

7、生产产管理的的最新发发展。虚拟企业业a)虚拟企业业的功能能b)虚拟企业业的生命命周期敏捷制造造的特点点1.敏捷捷制造对对市场需需求反应应敏捷2.敏捷捷制造是是高度柔柔性化、无库存存的生产产组织方方式3.敏捷捷制造企企业的生生产成本本与生产产批量无无关4.产品品服务可可以全程程面向用用户5.敏捷制造造可以做做到充分分的资源源共享6.敏捷捷制造可可以充分分发挥人人的作用用敏捷制造造企业的的示意图图第四节智智能制制造系统统的基本本概念一、智能制造造系统的的基本概概念智能制造造系统是一种由由智能机机器人和和人类专专家共同同组成的的人机一一体化智智能系统统，它将将人工智智能技术术融合进进制造系系统的各各

8、个环节节中，通通过模拟拟人类专专家的智智能活动动，诸如如分析、推理、判断、构思和和决策等等，取代代或延伸伸制造环环境中应应由人类类专家完完成的那那部分活活动，使使系统具具有智能能特征。二、智能能制造系系统的发发展概况况美国是智智能制造造思想的的发源地地最早正式式提出智智能制造造并付诸诸实施的的是建立立在美国国普渡大大学的智智能制造造国家工工程中心心。美国其他他大学欧洲日本三、智能能制造系系统的研研究领域域智能设计计智能机器器人智能调度度智能办公公系统智能诊断断智能控制制第五节网网络化化制造正在来临临的信息息网络化化时代20世纪纪90年年代以来来，美国国进行了了大量的的信息化化投资，微机累累计产

9、量量在8500万万台以上上，同时时微机VAN网络成成员数量量在100万人人以上。家用信信息电器器的电子子手册、系统手手册，以以及美国国阿波罗罗公司推推出的个个人数字字辅助系系统（PDA）等个人人信息系系统正在在迅速普普及。正在来临临的信息息网络化化时代由于文化化和经济济背景不不同，国国际市场场并不仅仅仅是多多个国家家市场之之和。全全球市场场更是一一种考虑虑不同国国家对产产品的要要求差异异的新型型国际市市场。对对现有的的跨国公公司和组组织结构构、发展展过程和和策略进进行研究究和调查查分析后后，得出出不同国国际制造造网络的的模式及及其关系系，以及及如何向向全球制制造网络络化系统统发展的的途径，如图

10、中中箭头表表示。正在来临临的信息息网络化化时代不同国际际制造网网络及其其关系和和发展途途径正在来临临的信息息网络化化时代这个从传传统的制制造企业业向全球球制造网网络化发发展的模模型，按按照公司司的经营营策略、工厂的的地理分分布、文文化背景景以及技技术和零零部件供供需来源源可分为为六种不不同层次次的模式式：GMC3分散网网络化的的全球制制造模式式；GMC2多国制制造模式式；GMC1区域制制造模式式；EMC3全球出出口模式式；EMC2多国出出口模式式；EMC1区域出出口模式式。此外，各各种模式式之间并并没有严严格的界界限，甚甚至可以以相互逆逆转。网络上的的虚拟企企业及其其虚拟制制造信息息服服务网网

11、网络化的的全球制制造不仅仅是跨国国公司的的未来，中小企企业也可可以通过过网络上上的虚拟拟企业来来实现全全球制造造。事实实上，跨跨国公司司为了实实现全球球制造，也正在在逐步分分布化和和虚拟化化。什么是网网络上的的虚拟企企业？这这里的“虚拟”并非没没有。推推出高质质量、低低成本的的新产品品最快的的办法是是利用不不同地区区的现有有资源，把它们们迅速组组合成为为一种没没有围墙墙的、超超越空间间约束的的、靠电电子手段段联系的的、统一一指挥的的经营实实体网络上上的虚拟拟企业。网络上上的虚拟拟企业的的特点是是企业功功能上的的不完整整性、地地域上的的分散性性和组织织结构上上的非永永久性，即：功能的的虚拟化化；

12、组组织的虚虚拟化；地域域的虚拟拟化。全球制造造模式中中的制造造系统与与设备的的控制技技术全球制造造模式中中的产品品开发、市场营营销、加加工制造造、装配配调试是是分布在在不同的的地点，通过企企业内部部网络和和国际互互联网络络加以连连接，实实现文件件、数据据、图像像和声音音的同时时传送，各企业业间的刀刀具和夹夹具的管管理，零零件图纸纸数控程程序的编编制方法法、管理理和分配配，以及及数控机机床可用用性的保保证体系系。如下下图:全球制造造模式中中的制造造系统及及设备的的控制技技术全球制造造模式中中的制造造系统与与设备的的控制技技术（1）数数控自动动编程系系统及其其后置处处理。（2）工工夹具管管理一一个

13、工工夹具管管理系统统应具有有以下几几方面的的功能：工夹具具供应数数据库；刀、夹夹具数据据库，包包括模块块化刀、夹具各各组成部部分的图图形库；全球制造造模式中中的制造造系统与与设备的的控制技技术工夹具具装配数数据库；刀具调调整数据据库；切削用用量数据据库；输出具具有刀具具简图的的刀具调调整单；工夹具具CAD系统，如刀具具与夹具具之间的的碰撞检检查等。全球制造造模式中中的制造造系统与与设备的的控制技技术（3）DNC（DistributeNumericalControl）数数据程序序管理及及分配系系统（4）制制造系统统与设备备的控制制技术应应用的网网络化、虚拟化化第六节可可重构构制造系系统一、可重重

14、构制造造系统的的概念可重构制制造系统统是以产产品全生生命周期期理论为为指导，以报废废设备及及其零部部件的循循环使用用和反复复利用为为目的，以报废废产品为为毛坯，采用先先进再制制造成形形技术，使报废废设备及及其零部部件恢复复尺寸、形状和和性能，形成再再制造产产品的一一系列技技术措施施或工程程活动的的总称。再制造工工艺路线线简图二、可重重构制造造系统的的现状分分析随着资源源的日益益枯竭和和环境污污染的加加剧，人人们逐渐渐认识到到可持续续发展战战略的重重要意义义，并不不断探索索实现可可持续发发展的手手段。再再制造工工程就是是在人类类对资源源要求的的日益增增长和对对环境保保护的迫迫切需要要的情况况下，

15、形形成的一一门新的的工程学学科，因因其巨大大的资源源、环境境、社会会效益而而受到世世界各国国的重视视，成为为落实可可持续发发展战略略的重要要技术支支撑。可重构制制造系统统是废旧旧装备高高技术维维修的产产业化工工程，再再制造出出来的产产品是新新产品而而不是旧旧产品，其重要要特征是是再制造产产品质量量和性能能可以达达到或超超过新品品，而成成本却只只有新品品的50%，制制造过程程节能60%，节材70%，对环境境的不良良影响显显著降低低。三、可重重构制造造系统的的特点1.资源源效益2.环保保效益3.社会会经济效效益第七节快快速原原型制造造技术一、快速速成形技技术概述述1.快速速成形的的概念快速成形形技

16、术是是一种用用材料逐逐层或逐逐点堆积积出制件件的新型型加工技技术。快速成形形技术不不采用常常规的模模具或刀刀具来加加工工件件，而是是利用光光、电、热等手手段，通通过固化化、烧结结、粘结结、熔结结、聚合合作用或或化学作作用等方方式，有有选择地地固化（或粘结结）液体体（或固固体）材材料，从从而实现现材料的的迁移和和堆积，形成所所需要的的原型零零件。传统加工工与快速速成形比比较a)传统加工工b)快速成形形三维地形形模型的的制作2.快速速成形技技术的历历史2.快速成形形技术的的原理首先要用用CAD软件设设计出所所需零件件的计算算机三维维模型；然后根根据工艺艺要求，将三维维模型按按一定的的厚度进进行离散

17、散，从而而将原来来的三维维模型转转变为二二维平面面信息，接着对对分层后后的信息息进行处处理，产产生数控控代码；最后，数控系系统以平平面加工工的方式式，有序序地连续续地加工工出每个个薄层，并使它它们自动动粘接而而成形。快速成形形技术的的原理3.快速速成形的的过程前处理理分层叠叠加成形形后处理理快速成形形产品4.三维建建模立体光刻刻的设备备及产品品5.快速速成形技技术的特特点适合于于加工复复杂零件件自动化化程度高高加工周周期短，成本低低制造过过程具有有高柔性性技术集集成度高高设计制制造一体体化使用材材料类型型多属非接接触加工工应用领领域广泛泛熔融沉积积成形的的设备及及产品6.快速速成形技技术的应应

18、用用于产产品设计计评估与与校审用于产产品工程程功能试试验用作厂厂商与客客户的交交流手段段用于快快速模具具制造用于快快速直接接制造应用于于医学、建筑等等行业分层实体体制造工工艺的设设备及产产品返回目录录1.材料料及制造造方法的的发展材料的发发展与产产品的发发展密切切相关，继1770年年瓦特发发明蒸汽汽机以后后，陆续续出现了了Daimler汽油油发动机机、Parson蒸汽汽轮机、高速斜斜齿轮柴柴油发动动机，1910年左右右出现了了滚动轴轴承，以以后又发发展了燃燃汽轮机机、喷气气发动机机。20世纪50年代代以后，则出现现了导弹弹、人造造卫星，而今天天宇宙飞飞船、载载人空间间站已成成现实，目前正正在向星星际探测测器等宇宇航新时时代迈进进。第八节自自动化化制造系系统的发发展市场和需需求推动动了产品品的发展展，产品品的发展展给材料料的发展展提出了了新的要要求，同同时促进进了材料料技术的的发展，这就要要求制造造工艺和和方法能能快速适适应这一一发展的的要求，使它们们相互依依赖、共共同发展展。因此此研究开开发新材材料，新新工艺是