第三章 先进制造技术与应用（丁明伟）

智能制造技术与项目化应用第三章先进制造技术与应用1第一节概述2第二节柔性制造系统3第三节计算机集成制造系统4第四节并行工程5第五节精益生产6第六节敏捷制造7第七节虚拟制造第一节概述概述先进制造技术AMT(AdvancedManufacturingTechnology)是集机械，电子，信息，材料，能源和管理等各项先进技术而发展起来的高新技术，它是发展国民经济的重要基础技术之一。先进制造技术是制造业为提高竞争力以适应时代的要求而形成的一个高新技术群，经过发展，已形成了完整的体系结构。先进制造技术的起源“先进制造技术”一词源于美国。二战结束之前的制造技术，可以统称为传统的制造技术，美国制造业在第二次世界大战以后，在当时国际环境背景下得到了空前的发展，并形成了一支强大的研究开发力量，强调基础和科学研究的重要性，忽视制造技术的发展。至20世纪70年代，随着日、德经济的恢复，美国制造业遇到了强有力的挑战，汽车业等行业的霸主地位，遇到了强有力的冲击，出口产品的竞争力大大落后于日、德，美国经济滞胀，发展缓慢。先进制造技术的主要内容传统制造模式和先进制造模式的比较7

先进制造模式（AdvancedManufacturingMode,AMM）是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的模式。

1.先进制造模式的概念与演化制造模式的含义

回顾历史，人类制造模式的发展大致经历了四个主要阶段：制造模式的演化

手工与单件生产模式大批量生产模式柔性自动化生产模式高效、敏捷与集成经营生产模式先进制造模式的概念2.先进制造模式的内涵与类型

广义上讲，先进制造模式是指作用于制造系统的具有相似特点的一类先进方式、方法的总称。先进制造模式的内涵制造模式的发展过程先进制造模式的概念9

制造模式具有鲜明的时代性。在传统制造技术逐渐向现代高新技术发展、渗透、交汇和演变，形成先进制造技术的同时，出现了一系列先进制造模式。先进制造模式的类型

柔性生产模式计算机集成制造模式智能制造模式精益生产模式敏捷制造模式虚拟制造模式极端制造模式绿色制造模式先进制造模式的概念103.先进制造模式的战略目标

以获取生产有效性为首要目标。AMM的共同目标是：快速响应不可预测的市场变化，以满足企业的生产有效性。以制造资源快速有效集成为基本原则。AMM的共同方法是：在更大的空间范围与更深的层次上快速有效地集成资源，通过增强制造系统的一致性和灵活性来提高企业的应变能力。AMM的经济性在于制造资源快速有效地集成。以人—组织一技术相互结合为实施途径。如何建立AMM？AMM的共同思想是：以人为中心，以人一组织一技术相互结合为实施途径，以保证生产的有效性。人、组织和技术是制造的三大必备资源。人是制造活动的主体：组织反映制造活动中人与人的相互关系；技术则是实现制造的基本手段。先进制造模式的概念114.先进制造模式的管理

先进制造模式针对的现实是：未来企业之间的竞争，除了比谁的资源和技术具有关键性外，另一个决定性因素是组织的创新优化。制造系统的组织优化包括空间组织优化和时间组织优化。空间组织优化侧重于制造系统的结构优化，包括逻辑结构和物理结构优化。时间组织优化主要针对信息与物流结构。现代企业组织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先进制造模式的概念第二节柔性制造系统柔性制造系统产生的背景条件1.随着经济的发展和消费水平的提高，人们更注重产品的不断更新和多样化，中小批量、多品种生产已成为机械制造业的一个重要特征；2.科学技术的迅猛发展推动了自动化程度和制造水平的提高。柔性制造系统的产生过程柔性制造系统的产生过程1950年，美国MIT诞生了第一台三坐标数控铣床以后，机电一体化及数控（NC）的概念出现了。机电一体化技术进一步发展，出现了计算机数控（CN）、计算机直接控制（又称群控）（DNC）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助设计（CAD）、成组技术（GT）、计算机辅助工艺规程（CAPP）、工业机器人技术（ROBOT）等新技术。柔性制造系统的产生过程在这些新技术的基础上，为多品种、小批量生产的需要而兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造自动线（FML）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）最具代表性。柔性制造系统的产生过程FMS的雏形源于美国MALROSE公司，该公司在1963年制造了世界上第一条多品种柴油机零件的数控生产线。FMS的概念由英国MOLIN公司最早正式提出，并在1965年取得了发明专利，1967年FMS正式形成。柔性制造系统的发展状况FMS是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯有较大的发展；1985年世界各国已投入运行的FMS有500多套，88年近800套，90年超过1000套，目前约共有4000多套FMS在运行；我国是1984年开始研制FMS，1986年从日本引进第一套FMS。柔性制造系统的定义根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”的定义，FMS被定义为：“柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，简称FMS）是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”美国制造工程师协会的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为：“使用计算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一种集成制造系统。”

柔性制造系统的组成典型的FMS主要由以下三个子系统组成：

（1）加工系统

（2）运储系统

（3）计算机控制系统

FMS的组成框图及功能特征柔性制造系统的主要特点柔性，是指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变化的能力，可分为瞬时、短期和长期柔性三种。凡具备上述三种柔性特征之一的、具有物料或信息流的自动化制造系统都可以称为柔性自动化。

柔性制造系统的次要特点（1）设备利用率高，占地面积小

（2）减少直接劳动工人数

（3）产品质量高而稳定

（4）减少在制品库存量

（5）投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高。

柔性制造系统的主要特点典型的柔性制造系统示意图1典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图2典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图3典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图柔性制造系统组成FMS由制造工作站、自动化物料储运系统和FMS管理与控制系统三个主要部分组成。制造工作站主要包括机械加工工作站、清洗站和测量站。柔性制造系统组成FMS制造工作站1．机械加工工作站2．清洗站3．测量站工件装卸站设在FMS入口，由人工完成装卸；托盘缓冲站工件中间存储站，起缓冲物料作用；自动化仓库多层立体布局结构，由计算机控制，服从FMS命令和调度；物料运载装置负责在机床、自动化仓库和托盘缓冲站之间物料搬运作业。传送带：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；自动运输小车：分有轨小车、无轨小车；搬运机器人：具有较高柔性和控制水平。FMS物料储运系统组成柔性制造系统组成运输小车结构：车体安装平台托盘交换装置蓄电池控制系统柔性制造系统组成自动运输小车导向有轨小车铁轨导向，速度快，负载能力大，停靠准确，可靠好，制造成本低，线路不便更动，转角不宜太大。线导小车电磁感应导向，柔性大、扩展性好、不怕污染、工作可靠。光导小车采用带有荧光材料油漆或色带，通过光电制导，改变线路非常容易，对环境要求严格。激光灯台制导小车顶部装有激光装置，通过固定位置反射激光束信息，确定小车位置。

柔性制造系统组成AGV电磁感应制导原理

柔性制造系统组成激光灯台制导原理

柔性制造系统组成自动化仓库货架为一个个存储单元，设有地址编码，货架之间有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。堆垛机由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动电动机以及传感器构成的三维搬运设备。控制与管理系统负责物料信息的登录、识别，物料自动存取，仓库管理。柔性制造系统组成自动化仓库示意图

柔性制造系统组成堆垛机结构示意图

1-上导轨2-支柱3-物料4-托架5-移动电动机6-传感器

柔性制造系统组成高架导轨式的换刀机器人

1-纵向导轨2-横梁3-滑台4-换刀机器人

柔性制造系统组成高架导轨式的换刀机器人

1-AGV2-装载刀架3-机器人4-机床刀库柔性制造系统组成FMS管理与控制系统控制系统是FMS的核心，它管理和协调FMS内各项活动，以保证生产计划的完成，实现最大的生产效率。由于FMS是一个复杂的自动化集成体，其控制系统的体系结构和性能直接影响整个FMS的柔性,可靠性和自动化程度。

FMS少数由人工控制，大多由计算机控制。如装卸，调整和维修少数操作由人工控制完成，而其他的操作基本由计算机自动控制完成。正是由于其控制范围广，所以其承担的任务较繁重。为避免用一台计算机过于集中控制，目前几乎所有的FMS都采用了多级计算机递阶控制结构，以此来分散主计算机的负荷，提高系统的可靠性，同时也便于控制系统的设计和维护。FMS管理与控制系统FMS管理与控制系统体系结构

通常采用递阶控制的结构形式，即通过对系统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命令的执行结果。

通过信息联系，构成完整的系统，以减少全局控制的难度和控制软件开发的难度。

FMS控制与管理系统的体系结构递阶控制结构：将复杂系统分层分模块设置，各层相对独立，便于系统的开发和维护。递阶控制特点：愈往底层，实时性愈强；愈到上层，处理信息量愈大，实时性要求愈小。FMS三层递阶控制结构系统管理与控制层（单元控制层）-接受上级任务，制定系统作业计划，进行任务分配，监控系统执行；过程协调与监控层（工作站层）-加工程序分配、协调工件流动、运行状态采集监控、向上层反馈信息；设备控制层-控制设备工作循环，执行上层控制指令，反馈现场数据。

FMS管理与控制系统体系结构单元控制器铣削工作站车削工作站……物流管理工作站CNCNo1CNCNo2PLC自动化仓库AGVROBOT刀具管理...FMS递阶控制结构CNCNo1CNCNo2PLC...单元层工作站层设备层FMS管理与控制系统体系结构FMS四级递阶控制结构FMS管理与控制系统体系结构FMS管理系统及其功能FMS管理系统软件主要由FMS作业计划管理系统、CAM系统、CAPP系统、模拟仿真系统组成。FMS控制系统及其功能FMS实例FMS-500系统概况

FMS-500是针对液压件壳体零件加工的中小型柔性制造系统，具有一班无人加工的能力。FMS-500由两台卧式加工中心、自动化工件储运系统、自动化刀具储运系统、FMS控制系统和决策管理系统组成。两台卧式加工中心自动化工件储运系统自动化刀具储运系统FMS控制系统决策管理系统系统组成：FMS实例FMS-500工件储运系统FMS实例FMS-500刀具储运系统FMS实例FMS-500系统递阶控制结构FMS实例FMS-500的特点1．功能完整、可靠性高。研制成功了以箱体类为加工对象的生产实用型FMS，系统功能完整、可靠性高。2．采用基于现场总线的工业控制局域网。3．实时多任务操作系统DMOS实时、并发能力强。4．故障处理、故障容忍和系统再调度能力强。5．具有随机换刀，断刀、姐妹刀、刀具寿命管理与控制功能。6．有机地将工件和零偏在线测量装置集成到FMS中。7．系统面向CIMS集成环境开发。8．性能价格比高，配置灵活。FMS实例第三节计算机集成制造系统计算机集成制造系统的产生

20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。如CAD、CAPP、CAM、工业机器人、FMS等单元技术的应用，为企业带来显著效益。

然而，人们同时发现，如果局部发展这些自动化单元技术，会产生“自动化孤岛”现象。“自动化孤岛”具有较大封闭性，相互之间难以实现信息的传递与共享，从而降低系统运行的整体效率，甚至造成资源浪费。CIMS的产生

55“自动化孤岛”56计算机集成制造系统的产生例：离散制造业CADCAPPCAMCAEROBOTFMSFAS自动化立体仓库MRPIIOAMISDSS销售系统DatabaseNetwork未经集成化处理的计算机应用,形成了多个“自动化孤岛”Internet57

自动化单元如果能够实现信息集成，则各种生产要素之间的配置会得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥，各种资源浪费可以减少，从而获得更好的整体效益。这正是计算机集成制造系统的出发点。

将“自动化孤岛”集成在一起58计算机集成制造系统的产生CIMS国内外发展状况

CIMS国外发展简况美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统欧共体——1984年开始实施ESPRIT（欧洲信息技术研究战略计划），在130个合作项目中，关于CIM项目占28项日本——CNC、DNC、FMS已处于世界领先地位，1985年通产省主持开发“筑波综合实验工厂”，相当于CIMS实验基地。新加坡、以色列、韩国、巴西、南非等——也在积极跟踪和发展CIM技术CIMS国内发展简况863/CIMS主题确立：研究内容包括应用基础研究、关键技术攻关、目标产品开发、应用示范工程四个层次；

1994年清华大学CIMS工程中心获美国SME“大学领先奖”；

1995年北京第一机床厂CIMS工程获SME“工业领先奖”十五863/CIMS主题内涵更新（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem,CIMS）十五863/CIMS主题研究专题：行业/区域现代集成制造系统专题

数字化设计与制造专题；

过程自动化系统专题；

企业管理与电子商务系统专题；

现代集成制造系统平台专题。CIMS国内外发展状况计算机集成制造CIM美国Harrington博士关于CIM两个观点:

企业各个生产环节是一个不可分隔的整体(集成)；企业生产制造过程实质上是对信息的采集、传递和加工处理的过程（信息）。ISO关于CIM定义：是将企业所有的人员、功能、信息和组织等诸方面集成为一个整体的生产方式。CIM：是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。概念CIMS三要素关系：经营管理与技术:技术支持企业达到预期的经营目标；人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作；人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；CIMS三要素集成

计算机集成制造系统CIMSCIMS:基于CIM哲理的一种工程集成系统。CIMS核心:是将企业内的人/组织、经营管理和技术三要素之间的集成，以保证企业内的工作流程、物质流和信息流畅通无阻。

四个功能分系统，两个支撑分系统组成

计算机集成制造系统的组成1、经营管理信息分系统（MIS)

信息处理包括信息的收集、传输、加工和查询；事务管理包括计划管理、物料管理、生产管理、财务管理、人力资源管理等；辅助决策根据现有信息，利用数学分析手段预测未来，提供企业经营管理决策。核心工具：制造资源计划MRPII，将企业内各个管理环节进行集成，缩短生产周期、减少库存、降低成本、提高企业市场应变能力。计算机集成制造系统的组成2、工程设计信息分系统(EDIS)（CAD/CAPP/CAM）

CAD计算机绘图、有限元分析、产品造型、图像分析处理、优化设计、动态分析与仿真、物料清单（BOM）生成等；

CAPP毛坯设计、工艺方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算等；

CAM刀具路径确定、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、NC代码的生成等作业。

计算机集成制造系统的组成3、制造自动化分系统(MAS)MAS地位:位于企业底层，是企业信息流和物料流的结合点，是最终产生效益聚集地。MAS组成:机械加工系统-CNC、MC、FMC、FMS加工设备；物流系统—对工件和工具存储、搬运、装卸等操作；控制系统-实现对加工设备和物流系统的控制；MAS目标:实现多品种、小批量生产柔性自动化；实现优质、低成本、短周期、高效率生产；创造舒适安全劳动环境。

计算机集成制造系统的组成4、质量保证信息分系统（QIS)

质量计划--建立质量技术标准，制定检测计划、检测规程和规范；质量检测管理--包括进出厂材料检测、产品质量检测管理，设计质量指标管理，生产质量数据管理；质量分析评价--对各类质量问题进行分析，评价各种影响因素，查明主要原因。质量信息综合与控制--报表生成，质量综合查询，采取各种质量控制措施。计算机集成制造系统的组成5、数据库管理分系统对各类数据进行存储和调用，满足各分系统信息的交换和共享。数据的分布：采用分布式异型数据库技术，通过互连网络体系，完成全局数据调用和分布式事务处理。数据库系统类型：工程数据库管理系统，实现对图形数据和非图形数据处理。

计算机集成制造系统的组成6、计算机网络分系统是CIMS信息集成工具，常用局域网，对地理范围大的企业，可通过远程网进行互连，使CIMS同时兼有局域网和广域网的特点。计算机集成制造系统的组成CIMS组成图CIMS的关键技术

计算机集成制造系统是信息技术，先进的管理技术和制造技术在企业中的综合应用，按照CIM将企业经营活动中销售、设计、管理、制造各个环节统一考虑，在信息共享基础上，实现功能集成。其内容包括管理信息系统（MIS）、工程设计集成系统(CAD/CAPP/CAM)、制造自动化系统(MAS/FMS)和质量管理系统(QMS)四个应用分系统及数据库和网络两个技术支持系统。

CIMS的集成是在CIMS网络和数据库支撑下，把人/机构、生产经营系统和技术系统三者紧密结合起来，组成一个统一的整体，使整个企业范围内的工作流、物料流、信息流都保持通顺流畅和相互有机联系。CIMS中的集成技术CIMS递阶控制结构

工厂加工车间装配车间1#单元N#单元铣削工作站检验工作站物料运储工作站机器人铣床零件存储器机器人检验机零件存储器机器人机器人小车传感器……….…..

CIMS/OSA体系结构：是沿结构方向、建模方向和视图方向的三维坐标结构。计算机集成制造系统的体系结构CIMS/OSA结构层次通用层包括通用组件、约束、服务和协议，以及各企业共同需求和处理方法；部分通用层按照工业类型、不同行业、企业规模等不同分类的各类典型结构；专用层在通用层和部分通用层基础上根据特定企业需求而选定和建立的系统和结构，仅适用于一个特定企业，一个企业只能通过一种专用结构来描述。计算机集成制造系统的体系结构CIMS/OSA建模层次需求定义层按用户准则描述一个企业的需求定义模型；设计说明层根据企业经营需求和系统能力，对用户需求进行重构和优化；实施描述层在设计说明层基础上，对企业生产过程及系统制造技术元件和信息技术元件物理元件进行描述。

制造技术元件：包括CAD、CAM、MRP、DNC、FMC等；

信息技术元件--包括计算机、网络、数据库、各类系统软件和应用软件。

计算机集成制造系统的体系结构CIMS/OSA视图层次功能视图--指导用户确定和选用相应的功能模块；信息视图--用来帮助企业用户确定其信息需求，建立信息关系和确定数据库结构；资源视图--用于帮助企业用户确定其资源需求，建立优化的资源结构；组织视图--确定CIMS内部的多级多维职责体系，建立CIMS的多级组织结构。计算机集成制造系统的体系结构我国CIMS应用概况从1989年至今，我国已有几十家企业开展了CIMS推广应用工作，这些企业覆盖了多种类型的机械制造(包括单个、多品种、小批量、大批量等类型)、飞机、汽车、电子、家用电器、服装、通信、石化、冶金、煤炭、化工等行业。如东风汽车公司是一个大型企业，很难在整个公司实施CIMS时一步到位。因此他们首先在产品开发和生产的关键部位上开展CIMS技术应用，然后逐渐在公司内延伸和扩展CIMS应用。这样既解决了产品开发和生产的急需，又能从取得的经济效益中及时回收投资，为进一步在整个企业逐步实施CIMS奠定了一定的经济基础。CIMS发展趋势集成化数字化虚拟化全球化柔性化智能化标准化绿色化第四节并行工程并行工程产生之前，产品功能设计、生产工艺设计、生产准备等步骤以串行生产方式进行。这样的生产方式的缺陷在于：后面的工序是在前一道工序结束后才参与到生产链中来，它对前一道工序的反馈信息具有滞后性。一旦发现前面的工作中含有较大的失误，就需要对设计进行重新修改、对半成品进行重新加工，于是会延长产品的生产周期、增加产品的生产成本、造成不必要的浪费。产品的质量也不可避免地受到影响。并行工程概念的产生与定义1.1并行工程产生的背景1986年，美国国防工程系统首次提出了“并行工程”的概念，初衷是为了改进国防武器和军用产品的生产，缩短生产周期，降低成本。并行工程概念的产生与定义并行工程串行工程关于并行工程有很多定义,但是,至今得到公认的是1986年美国国防分析研究所在其R-338研究报告中提出的定义: 

并行工程是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行的一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者们从一开始就考虑到产品全生命周期(从概念形成到产品报废) 中的所有因素,包括质量、成本、进度和用户需求。

并行工程概念的产生与定义1.2并行工程概念的定义并行工程即Concurrent Engineering，CE，是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程（包括制造过程和相关过程）的一种系统方法。

并行工程与CIM一样，也是企业管理的一种新模式、新思想，两者所追求的目标相同即“提高企业市场竞争能力，赢得市场竞争”。然而，两者的着眼点和运行模式却有所区别。CIM强调的是企业内的信息集成，保证企业各部门的信息流通畅无阻；而并行工程强调的是企业产品开发过程的集成。并行工程的运行模式并行工程的运行模式并行工程工作方式并行工程设计网络产品生命周期的费用分布1.并行特征2.整体特征3.协同特征4.集成特征并行工程的特征

CE的最大特点是把时间上有先有后的作业过程转变为同时考虑和尽可能同时(或并行)处理的过程在产品的设计阶段就并行地考虑了产品整个产品生命周期中的所有因素，研制周期将明显地缩短。这样设计出来的产品不仅具有良好的性能，而且易于制造、检验和维护。并行工程的特征1.并行特征◆CE认为，制造系统(包括制造过程)是一个有机的整体，在空间中似乎相互独立的各个制造过程和知识处理单元之间，实质上都存在着不可分割的内在联系。◆CE强调全局性的考虑问题，即产品研制者从一开始就考虑到产品整个生命周期中的所有因素。◆并行工程追求的是整体最优。有时为保证整体最优，甚至可能不得不牺牲局部的利益。2.整体特征并行工程的特征制造系统各个环节的内在联系3.协同特征并行工程的特征1)多功能的协同组织机构。CE根据任务和项目需要，组织多功能工作小组，小组成员由设计、工艺、制造和支持(质量·销售·采购·服务等)的不同部门·不同学科代表组成。工作小组有自己的贵·权·利，工作计划和目标，成员之间使用相同术语和共同信息资源工具，协同完成共同任务。2)协同的设计思想、CE强调一体化、并行地进行产品及其相关过程的协同设计，尤其注意早期概念设计阶段的荆芥日协调。3)协同的效率。CE特别强调。“1+1＞2”的思想，力求排除传统串行模式中各个部门间的壁垒，使各个相关部门协调一致的工作，利用群休的力量提高整体效益，强调。“工”字钢带来的三块钢板的协调强度。并行工程的特征CE是一种系统集成方法，具有人员、信息、功能、技术的集成特性。

▲人员集成:管理者、设计者、制造者、支持者以至用户集成为一个协调的整体。▲信息集成：产品全生命周期中各类信息的获取、表示、表现和操作工具的集成和统一管理。▲功能集成：产品全生命周期中企业内各部门功能集成，以及产品开发企业与外部协作企业间功能的集成。▲技术集成：产品开发全过程中涉及的多学科知识以及各种技术、方法的集成，形成集成的知识库、方法库。4.集成特征并行工程的特征

并行工程关键技术

1.产品开发过程的重构2.集成的产品信息模型3.并行设计过程的协调与控制

并行工程的产品开发过程是跨学科群组，调组织资源和逻辑制约关系，实现和网络通信环境的支持下，通过规划合理的信息流动关系及协调动态可变的产品开发流程。为了使产品开发过程实现并行与协调，并能面向全面质量管理做出决策分析，就必须对产品开发过程进行重构，即从产品特征、开发活动的安排、开发队伍的组织结构、开发资源的配置、开发计划以及全面的调度策略等各个方面进行不断改进和提高。1.产品开发过程的重构并行工程关键技术

并行工程强调产品设计过程上下游协调与控制，以及多专家系统协调工作，因此一个集成的产品信息模型就成为关键问题。

集成的产品信息模型应能够全面表达产品信息、工艺信息、制造信息以及产品生命周期内各个环节的信息，能够表达产品各个版本的演变历史，能够表示产品的可制造性、可维护性和安全性，能够使设计小组成员共享模型中的信息。这样的模型应基于STEP标准对产品所有信息进行定义和描述，包括用户要求、产品功能、设计、制造、材料、装配、费用和评价等各类特征信息;采用Express语言和面向对象的技术，对产品信息模型进行描述和表达;并把Er-press语言中各个实体映射到C++语言中的类，生成STEP中性文件，为产品设计(CAD)、工艺设计(CAPP)、可制造性评价以及制造过程(CAM)的集成与并行实施提供充分的信息。2.集成的产品信息模型并行工程关键技术

3.并行设计过程的协调与控制

并行设计的本质是产品设计开发的大循环过程包含许多小循环，是一个反复选代优化的过程。产品设计过程的管理、协调与控制是实现并行设计的关键。产品数据管理PDM能够对并行设计起到技术支撑的作用。并行设计中的产品数据是在不断交互中产生的，PDM能够在数据的创建、更改及审核的同时跟踪监视数据的存取，确保产品数据的完整性、一致性和正确性，保证每一个参与设计的人员都能即时地得到正确的数据，从而使设计的返工率达到最低。并行工程关键技术

（1）全数字化定义的计算机辅助设计工具（CAX）（2）面向X技术的（DFX）（3）产品数据管理PDM（4）协同的网络通信手段

多媒体邮件

电子公告版

基于网络的视频会议系统并行工程的支持工具并行工程实例美国波音飞机制造公司的产品开发

美国波音飞机制造公司投资40多亿美元，在研制波音777型喷气客机过程中，运用CIMS和CE技术，一方面在企业南北地理分布50千米的区域内，由200多个研制小组自形成了群组协同工作，另一方面也与其它国家的企业开展合作，采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造。在美国进行概念设计，在日本进行部件设计，而零件设计则在新家波完成。在网络上建立了24h工作的协同设计队伍，大大加快了产品设计进度。建立了电子样机，除起落架舱外，成为世界上第一家无原型样机而一次成功飞上蓝天的喷气客机，也是世界航空发展史上最高水平的“无图纸”研制的飞机。从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了3年零2个月就试制成功。与波音767飞机的研制周期相比，缩短了13个月。第五节精益生产99精益生产产生的背景

丰田生产方式发展的环境

当美国汽车工业处于发展的顶点时，日本的汽车制造商们是无法与其在同一生产模式下进行竞争的。丰田汽车公司在参观美国的几大汽车厂之后还发现，在美国企业管理中，特别是人事管理中，存在着难以被日本企业接受之处。在当时的环境下，丰田汽车公司在不可能。也不必要走大批量生产方式的道路的情况下，根据自身的特点，逐步创立了一种独特的多品种、小批量、高质量和低消耗的生产方式。100

精益生产效率的体现

1973年的石油危机，给日本的汽车工业带来了前所未有的机遇，大批量生产所具有的弱点日趋明显，与此同时，丰田公司的业绩开始上升，质量、产量和效益都跃上一个新台阶，在1980年一举超过美国，成为世界汽车之王。与其他汽车制造企业的距离越来越大，精益生产方式开始真正为世人所瞩目。与大批量生产相比，精益生产的一切都是“精简”的：只需要一半的劳动强度、一半的制造空间、一半的工具投资、一半的产品开发时间、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：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）。101精益生产的内涵与特征

精益生产的基本概念精益生产（LP）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。

LP是新时代工业化的标志——只需一半人的努力，一半生产空间，一半投资，一半设计、工艺编制时间，一半开发新产品时间和少的多的库存。LP的精髓在于“Lean”——“没有冗余”“精打细算”，没有一个多余的人，没有一样多余的东西，没有一点多余的时间；岗位设置必须是增值的，不增值岗位一律撤除；工人要求是多面手，可以互相顶替。102

精益生产的特征以用户为“上帝”。产品的适销性、适宜的价格、优良的质量、快的交货速度、优质的服务是面向用户的基本内容。以“人”为中心。人是企业一切活动的主体，应以人为中心，大力推行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，使他们积极为改进产品的质量献计献策，使一线工人真正成为“零缺陷”生产的主力军。

以“精简”为手段

TeamWork和并行设计

JIT供货方式

“零缺陷”工作目标。精益生产所追求的目标不是“尽可能好一些”，而是“零缺陷”。即最低的成本、最好的质量、无废品、零库存与产品的多样性。精益生产的内涵与特征103

精益生产与大量生产的比较比较项目大量生产精良生产追求目标高效率、高质量、低成本完善生产，消除一切浪费工作方式专业分工，相互封闭责、权、利统一的工作小组，协同工作，团队精神组织管理宝塔式，组织机构庞大权利下放，扁平式组织结构产品特征标准化产品面向用户的多样化产品设计方式串行模式并行模式生产特征大批量、高效率生产变批量、柔性化生产供货方式大库存缓冲JIT方式，接近0库存质量保证靠机床设备，事后把关靠生产人员保证，追求零缺陷雇员关系雇佣关系，合同约束终身雇用，风雨同舟用户关系靠产品质量、成本取胜用户满意，需求驱动，主动销售供应商合同关系，短期行为长期合作，利益共享，风险共担104精益生产的体系结构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105精益质量管理模式第六节敏捷制造107敏捷制造产生的背景

20世纪70～80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。

108敏捷制造的内涵及概念

敏捷制造的内涵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。109

敏捷制造的主要概念

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