制造系统的及其发展

1、1.2 制造系统及其发展,基本要求与知识点：,基本概念： 制造模式；制造系统；制造系统的组成,1 制造过程,制造过程是组成制造业的基本环节。 “大制造”与 “小制造” 一、 “小制造”概念及制造过程定义 1. “小制造”概念： “小制造”是指传统的“机械制造”，重点是加工和装配。 2. “小制造”概念下，制造过程的定义为： 制造过程是通过机器和工具将原材料转变为有用产品的过程。 3. “小制造”概念下制造过程的定义主要强调的是工艺过程。,1 制造过程,二、 “大制造”概念及制造过程定义 1. “大制造”概念： “大制造”是指产品生命周期中，从供应市场到需求市场整个供需链中的所有活动。 2. “

2、大制造”概念下，制造过程可定义为： 制造过程是将制造资源（包括制造信息、原材料、能源等）转变为可用产品并保证其正常使用的过程。 3. “大制造”概念下制造过程的定义强调的是产品的整个生命周期过程。 4. “大制造”概念下，信息对制造过程的完成起着重要作用 根据“大制造”概念的制造过程定义，制造过程不仅包含了物质的转化，而且还包含了信息向物质的转化，即信息的物化。显然，这必须通过基于信息的管理和控制来实现。同时，制造过程的输出不仅是产品，而且还包括为保证产品正常使用所进行的服务等。,大制造概念下制造过程的组成框图,下部的方框主要表示物质的转化过程， 上部的长方形框主要表示信息的处理过程， 上下两

3、部分间的箭头表示信息对物质转化过程的作用，由此实现信息到物质的转化。,2 制造模式,1. 制造模式的定义： 制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的模式 。 2.制造模式的意义： 制造过程的运行、制造系统的体系结构以及制造系统的优化管理与控制均受制造模式的制约，必须遵循制造模式确定的规律。因此，对制造模式进行深入研究，为制造系统建立先进的制造模式对提高系统的总体效益具有重要意义。,1. 刚性制造模式,典型制造模式,2. 柔性自动化制造模式,典型制造模式,3.计算机集成制造模式,典型制造模式,4. 敏捷制造模式,敏捷=快速响应市场,典型制造模式,5. JIT 制造模式

4、:JIT（Just In Time）是日本丰田汽车公司提出的一种制造模式。 JIT 模式按“拉”式 (Pull) 方式组织生产。前一道工序工件库存量不是由预先制订的生产计划确定，而是当后一道工序发出请求后，该库存才存在。因此库存量极少，理想状态为零。,典型制造模式,基于JIT模式的制造单元 MC (Manufacturing Center)：制造中心， OH (Output Hopper)：输出存储器， BB (Bulletin Board)：布告牌。,3. 制造系统,1.系统的定义: 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体。 2.系统的基本特征 第一，系统是由若

5、干元素组成的； 第二，这些元素相互作用、相互依赖； 第三，由于元素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定的功能。 3. 系统的目标提高总体性能,3 制造系统,例1：简单构件组成高性能系统 在建筑机械和结构工程中，常采用由简单构件组成的各类桁架系统。在这种力学系统中，通过组成要素间的合理联接，可以从整体上表现出很高的力学性能。 例2：低精度元件组成高精度系统 在计算机等数字设备中，采用以“0”和“1”两个状态工作的电子器件，通过非线性方法相联接，组成了高精度数字化系统。,3 制造系统,定义1：1815年 工厂系统 定义2：1962年 日本 人见胜人 定义3：1969 J.Peklenik 定义

6、4：1989年 英国Parnaby 定义5 ： 1990年国际生产工程学会 定义6：1992年 G.Chryssolouris,3制造系统,1.综合后定义如下： 按一定制造模式将制造过程及其所涉及的硬件（包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置）以及有关的软件（包括制造理论、制造工艺和制造方法等）和制造信息组成一个具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。 由上述定义可知，机械加工系统就是一种典型的制造系统。一个正在制造产品的机床、生产线、车间乃至整个工厂可看作是不同层次的制造系统；加工中心、柔性制造系统、计算机集成制造系统均是典型的制造系统；另外，一个新产品的开发、一个技术改造项目以及它们

7、所涉及的硬件和软件，也可以看成为不同的制造系统。,根据所研究问题的侧重点不同，制造系统还可以有以下三种特定的定义： （1）制造系统的结构定义 （2）制造系统的转换定义 （3）制造系统的程序定义,制造系统,2. 制造系统的基本类型 根据产品性质和生产方式不同，制造系统可分为两大类： (1) 连续型制造系统 如石油、化工产品制造系统。 (2) 离散型制造系统 如机床、汽车、家电产品制造系统。 本课程仅涉及离散型制造系统。,制造系统的特征,制造系统总是一个动态系统； 制造系统在运行过程中无时无刻不伴随着物料流、信息流和能量流的运动； 制造系统中包含有决策子系统； 制造系统具有反馈特性。,20,制造系

8、统特性,结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。,21,制造系统结构,22,转变特性,主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。,23,程序特性,程序 一系列按时间和逻辑安排的步骤 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序（图1-6）,研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使生产活动达到最佳化。,4.制造系统中的物料流、能量流、信息流和资金流,（1)物料流用于改变物料的形态与地点，存在于“制造”一个阶段中。,(2)能量流 来自制造系统外部 一部分用以维持各个环节或子系统的运动 另一部分通过传递、损耗、储存、释放、转化等有关过程，以完成制造过程的有

9、关功能 这种制造系统中的能量运动过程，称为制造系统的能量流。,（3）信息流 制造系统中的信息，以一定的流程形式在制造系统内部处于连续的动态变化之中，不断地被使用、保存、更新、删除等，形成了制造系统中的信息流。,（4）资金流 投入资金购买原材料、设备等及维持制造过程运行，最后通过产品销售回收，进入下一轮的流动，形成资金流。,28,制造系统的物质流与信息流,信息流、物质流、资金流、能量流,5. 制造系统的典型结构,4 制造系统的有关问题（p21）,1）.推式制造系统 推式方式基本特征:信息流运动的方向与物料流的运动方向相同，其计划的产量与实际生产的产量不同。 2）.拉式制造系统 拉式方式管理与运作

10、的基本特征是信息流的流动方向与物料流的流动方向相反，其生产计划的产量与实际的产量相同，可以实现零库存或少库存 实施拉式生产方式。按照订单或顾客的需求，利用kanban指令系统使生产指令信息从生产线的最终工序(或作业)逆物流流动的方向向前一道工序传递。 3）.“kanban” 提供准时合格产品与服务的本意准时的库存控制。,4）.丰田生产方式/ Just in Time：适时适量 “只在必要的时候，按必要的量，生产必要的产品”（Just In Time）。,这种准时/JIT管理的基本特征是：实现准时生产。执行在必要的时间(不迟也不早)、生产必要的品种与数量(不多也不少)的生产计划管理产品的生产，其

11、生产管理的指令系统就是Kanban系统。实施拉式生产方式。按照订单或顾客的需求，利用kanban指令系统使生产指令信息从生产线的最终工序(或作业)逆物流流动的方向向前一道工序传递。连续优化生产流程，通过多面手员工的培训由生产作业者完成质量检测，保证即时发现质量缺陷，不断改进流程与作业，消除生产过程中一切不能附加价值的活动。实现公示管理。按照顾客价值对供应商进行管理，以“零库存”为奋斗目标实现准时供货，努力降低公司的库存。实施人与技术结合的自治管理，发挥小组的集体作用。,5 制造系统的重要课题,一、系统分析与综合 1. 制造系统分析 制造系统的分析是指通过理论方法、仿真方法、实验方法等对已有或处

12、于设计阶段的制造系统进行分析，以了解该系统的行为举止和运行规律，并获取该系统的某些性能指标。系统分析的目的往往是为了对系统进行改进、对系统的运行进行优化，或作为系统设计中的一个环节（如对待建系统的性能进行评估）。 制造系统分析已有较多方法。其中计算机仿真方法应用较多。无论采用那种方法对制造系统进行分析，最关键的问题，就是建立系统的模型。 2. 制造系统综合 系统综合就是根据已知的对系统各方面的要求，通过系统科学的理论和方法，产生一满足所给要求的新系统。在很多情况下，这一过程是从无到有产生一符合给定要求的新系统。在有些情况下，也可在现有系统基础上，通过系统校正、系统重构等方法产生出比原系统性能更

13、优良的新系统。,制造系统综合的实现过程,这一过程可看作为一种变换与处理过程，它在有关参考模型（如制造模式，管理范式等）的支持下，在相关信息的支持下，由系统设计人员借助于计算机和有关软件系统，对输入信息（对未来新系统的要求）进行变换、处理，最后产生输出信息（对未来新系统的描述）。,制造系统综合方法：分阶段迭代设计,分阶段处理 制造系统的设计需通过从粗到精、由宏观到微观、由全局到局部的多阶段。是一个从需求出发，逐步细化，最终满足要求的过程。 迭代求解 由于在每一个实施阶段中，所要解决的问题往往仍很复杂，而且很到问题是非结构化的。因此这些设计阶段中很多具体问题的解决，往往还需通过反复迭代、逐步获解。

14、,2-5 制造系统的重要课题,二、系统管理与控制 制造系统的管理与控制是根据给定的目标和要求，发挥人的智慧，利用计算机作为手段，对制造系统的运行过程进行合理控制，达到优化生产的一门技术。 管理：上层，宏观，分析决策为主，实时性低； 如经营管理、计划控制、静态调度等。 控制：底层，微观，计算调节为主，实时性高； 如动态调度、过程控制、设备控制等。,制造系统管理与控制的涵义,从狭义角度看，制造系统管理与控制是通过对制造过程中的物料、人力、设备等生产资源的合理计划、调度与控制，以缩短产品的制造周期，减少在制品，降低库存，提高生产资源（特别是主要设备）的利用率，最终达到提高生产率的目的。 从广义上讲，管理控制系统的控制对象是制造系统运行中所涉及的所有过程。它包括从输入生产要素开始到输出产品和为用户服务的全过程，除涉及生产资源外，还包括对市场（销售市场、供应市场）、财务（资金来源与支出）和工程设计（产品结构和工艺路线的设计与工程设计改变）等的管理。,制造系统管理控制的实现过程,制造系统管理控制的特殊性,在现代制造系统中，一方面生产过程必须按照制造模式确定的规律运行，即生产过程的运行是受制造模式约束的，另一方面，管理控制系统也将通过信息与