第02章--制造系统的基本概念.ppt

1、现代制造系统Modern Manufacturing System,于清文,2 制造系统的基本概念,2.1 概述2.2 制造过程2.3 制造模式2.4 制造系统2.5 现代制造系统研究、开发和应用中的重要课题,2.1 概述,在介绍系统的基本概念的基础上，重点阐述制造系统的基本概念，以及制造过程、制造模式等与制造系统密切相关的一些基本概念，此外还讨论了制造系统研究、开发和应用中的主要问题。讨论顺序,制造过程制造模式制造系统制造系统问题。（1）制造过程：小制造大制造（2）制造模式：基本概念与典型制造模式（3）制造系统：系统制造系统（4）制造系统研究和应用中的重要课题,2.1 概述,在制造过程方面，

2、首先将传统的机械制造即“小制造”概念下的制造过程定义扩展到近年来流行的“大制造”概念下的制造过程定义。这将有助于对现代制造模式和制造系统的理解。制造模式影响到制造系统研究和应用的各个方面。现代制造系统都是按照一定的制造模式组织和运行的，同样的组成要素，随着制造模式的不同，可以构成截然不同的系统结构并得到差异很大的运行效果。因此要研究、开发出更先进的制造系统，就必须对制造模式进行更深入的研究。,（1）制造过程：小制造大制造,（2）制造模式：基本概念与典型制造模式,2.1 概述,从“系统”的一般定义出发引入“制造系统”的定义和有关概念，从而有助于加深对制造系统在共性和特殊性方面的理解。制造系统作为

3、一个“系统”，将具有“系统”所具有的一切特征。同时还可以看到，制造系统有别于其他系统的主要之点在于，制造模式主导了制造系统的具体结构、组成要素间的相互关联、系统内外的信息交换以及整个系统的运行方式。,（3）制造系统：系统制造系统,2.1 概述,讨论制造系统研究、开发和应用中的主要问题。系统分析与系统综合是系统科学与工程研究中的重要课题，制造系统是复杂大系统，其分析与综合问题当然也是核心问题。此外，制造系统的主要任务是创造有形财富和可增值的产品，因此制造系统的运行效益是人们必须关心的问题，这将涉及制造系统的优化管理与控制，由此形成了制造系统研究和应用中的第二大类课题。,（4）制造系统研究和应用中

4、的重要课题,2.2 制造过程,制造业与制造过程制造业是将可用资源通过制造过程，转化为可供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。制造过程是制造业的基本行为。同时，制造过程作为一个整体又是组成制造业的基本环节。制造过程对于整个制造业水平的提高具有基础性的地位。,2.2 制造过程,“小制造”的概念及制造过程的定义“小制造”的概念“小制造”是指传统的机械制造，重点是加工和装配。“小制造”概念下制造过程的定义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。“小制造”概念下制造过程定义主要强调的是工艺过程。,2.2 制造过程,“大制造”的概念及制造过程的定义“大制造”的概念“大制造”是指产品生命

5、周期中，从供应市场到需求市场整个供需链中的所有活动。“大制造”概念下的制造过程定义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。,2.2 制造过程,“大制造”的概念及制造过程的定义“大制造”概念下制造过程定义强调的是产品的整个生命周期过程（Product Lifecycle）。“大制造”概念下信息对制造过程的重要作用 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。从信息的角度看，现代制造过程实质上是一个使原材料的熵降低、使产品的信息含量增高的过程。,2.2 制造过程,现代制造过程的组成下部的方框主要表示物质的转化过程上部的

6、长方形框主要表示信息的处理过程上下两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。,2.2 制造过程,现代制造过程的组成基本制造过程：直接将生产对象转换成产品的制造过程，其中加工、装配一般称为制造工艺过程。辅助制造过程：保证基本制造过程正常进行的各种辅助产品的制造过程，如工装的设计制造等。制造服务过程：为基本制造过程和辅助制造过程中各种生产活动服务的过程，例如设计、采购、外协等。附属产品制造过程：在制造本系统主要产品的同时，一些附属产品的制造过程。,2.3 制造模式,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。从更广义的角度看，制

7、造模式就是一种有关制造过程和制造系统建立和运行的哲理和指导思想。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等均受制造模式的制约，必须遵循制造模式确定的规律。,2.3 制造模式,制造模式的意义制造是一个减熵、增加信息含量的过程，企业是一个复杂、非线性、大动力学系统，在企业内动态地流通着劳务流、资金流、物料流、信息流和能量流等资源。在社会主义市场经济环境和企业体制、生产组织和技术系统中，依靠科技、依靠人的决策和技术创造能力、依靠信息的减熵支撑，经营、管理上述各种资源，以获取企业投入的优化增值和利润，是建立企业先进制造模式的目标。,2.3 制造模式,制造模式的意义国

8、内外众多的经验证明，以提高制造业产品市场竞争力为目标的技术进步与企业改造工程的成功实施，不仅仅是技术问题，先进的制造技术必须在与之相匹配的制造模式里运作才能发挥作用。回顾历史，制造模式总是与生产力发展水平及市场需求相联系的。手工作坊制造模式大量生产模式（从19世纪中叶到20世纪中叶）先进制造模式（20世纪后半叶特别是近30年来）,2.3 制造模式,制造模式的意义在手工业生产时代，是手工作坊制造模式，其特点是产品的设计、加工、装配和检验基本上都由个人完成，这种制造模式灵活性好但效率低，难以完成大批量产品的生产。从19世纪中叶到20世纪中叶大量生产模式在制造业中占主导地位近百年，这种模式通过劳动分

9、工实现作业专业化，在机械化和电气化技术支持下大大提高了劳动生产率，降低了产品成本，有力地推动了制造业的发展和社会进步。,2.3 制造模式,制造模式的意义20世纪后半叶特别是近30年来，市场需求朝多样化方向发展且竞争加剧，迫使产品生产朝多品种、变批量、短生产周期方向演变，传统的大量生产模式正在被更先进的制造模式所替代。这些先进制造模式的主要特点是：需求启动，依靠科技进步，企业合作，柔性制造，生产组织精干，企业管理体制先进，注重环保。近些年国外先后提出的计算机集成制造、精益生产和敏捷制造等就是先进制造模式的典型代表。,2.3 制造模式,现代制造模式刚性制造模式柔性自动化制造模式计算机集成制造模式敏

10、捷制造模式JIT制造模式精良生产模式快速重组制造模式面向21世纪的制造模式,2.3 制造模式,现代制造模式刚性制造模式,对于大批量、少品种产品，过去几十年来广泛采用流水生产线或自动生产线进行生产。由于这类生产线中加工设备和物流设备的功能以及加工工艺都相对固定，因此这种制造模式可称为刚性制造模式。,2.3 制造模式,现代制造模式刚性制造模式,自动生产线通常投资大、不灵活。一条自动线只能加工一种零件或者几种相互类似的零件。如果要改变产品的品种，自动生产线要作较大的改动，在投资和时间方面的耗费很大。自动生产线的优点是生产率高，由于设备是固定的，所以设备利用率也高，最终的结果是，每一产品的成本很低。追

11、求高生产率，是选择自动生产线最主要的依据。,2.3 制造模式,现代制造模式刚性制造模式,这种生产方式至今仍然用得较多。比如空调器的生产，由于批量大，所以可根据几种不同品种的要求，建立几条自动线，在一段时间内可以以高生产率进行生产，生产线的投资与产品销售产生的效益相比是可以盈利的。因此昂贵的生产线的投资成本有可能在一段时间内收回，并且取得较高的利润。,2.3 制造模式,现代制造模式柔性自动化制造模式,对于小批量、多品种产品的生产，现在广泛采用数控（NC）机床。它可提供加工一族产品系列的灵活性。从一种类型的零件转换到另一种类型的零件，不需要改变机床硬件仅需改变零件程序（NC程序）及夹具和刀具。NC

12、程序是NC机床的控制逻辑，表示为指令和加工步骤。NC机床加工产品的优点是灵活性较大。对于中等批量、中等品种的情况，就要考虑一个折中方案。在金属制品中，中等批量、中等品种的情况是最主要的一种情况。根据国外统计资料，在金属加工工业中，这类情况约占75。因此如何解决这种情况下的高效柔性制造问题，是一个十分关键的问题。,2.3 制造模式,现代制造模式柔性自动化制造模式,结合自动生产线与NC机床的特点，将NC机床与物料输送设备通过计算机联系起来，形成一个系统，来解决中等批量、中等品种产品的制造问题，形成了所谓的柔性制造系统。,2.3 制造模式,现代制造模式柔性自动化制造模式,其中NC机床提供了灵活的加工

13、工艺，物料输送系统将NC机床互相联系起来，由计算机组成的管理控制系统则根据上级下达的生产指令不断对设备的动作进行控制，同时对系统的运行状态进行实时监控并向上级提供反馈信息。这种制造模式称为柔性自动化制造模式。,2.3 制造模式,现代制造模式计算机集成制造模式,随着计算机技术的发展，20世纪70年代国外提出了计算机集成制造模式，按该模式构成的制造系统称为计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing systems,CIMS）。计算机集成制造系统以计算机网络和数据库为基础，利用计算机软硬件将制造企业的经营管理、计划控制、产品设计、加工制造、销售及服务等全部

14、生产活动集成起来，将各种局部自动化系统集成起来，将各种资源集成起来，将人、机系统集成起来，实现整个企业的信息集成和功能集成，达到企业全局优化和提高企业综合效益的目的。,2.3 制造模式,现代制造模式计算机集成制造模式原理框图,2.3 制造模式,现代制造模式敏捷制造模式由美国Lehigh大学于1991年提出。它主张以全球信息网络为基础，建立跨企业的动态（虚拟）企业，实现优势互补，充分利用信息，发挥人的创造性实现生产和营销的总体敏捷化，从而快速响应市场需求，在竞争中立于不败之地，共同取得繁荣发展。,2.3 制造模式,现代制造模式敏捷制造模式敏捷制造模式的主要思想是，基于对多元化和个性化市场发展趋势

15、的分析，充分意识到，面对变幻莫测、竞争激烈的市场，一个公司不能追求全能，而应追求很有特色的、很先进的局部优势。当市场上新的机遇出现时，组织几个相关公司进行合作，各自贡献特长，以最快的速度、最优的组合赢得这一机遇，完成之后又独立经营。因此这种形式所形成的制造组织又被称为虚拟公司。,2.3 制造模式,现代制造模式敏捷制造模式,2.3 制造模式,现代制造模式敏捷制造模式敏捷制造的敏捷性体现在：持续变化性。产品和过程技术发展迅速，制造企业采用适应这种变化的管理模式。快速反应性。持续变化的市场要求公司相互共同承担风险，以抓住市场机遇。高的质量标准。由用户对一产品的评价来衡量质量。低的费用。敏捷制造系统应

16、有合理的消耗，以合理的费用满足市场的需求。,2.3 制造模式,现代制造模式敏捷制造模式实现敏捷制造的必要条件主要有：高度柔性的、可重新组合的、模块化的先进加工设备。标准化的、容易维护的信息系统。人的因素的发挥和管理机构的改革。,2.3 制造模式,现代制造模式准时制（JIT）制造模式JIT（Just in time）是日本丰田汽车公司提出的一种制造模式。经过数十年的发展，JIT已成为国际上比较有影响的制造模式之一。JIT的核心思想可概括为“在需要的时候，按需要的量生产所需的产品”，也就是通过生产的计划和控制及库存的管理，追求一种无库存或库存达到最小的生产系统。,2.3 制造模式,现代制造模式准时制（JIT）制造模式传统的制造模式按“推”式（push）方式组织生产，即生产按预先制定的生产计划进行，当一道工序加工完后，工件被送到指定的地点等待加工下一道工序，这时工件实际上处于在制品库存状态。纵观整个生产过程从输入原材料开始加工到最后输出成品，原材料和在制品是按一定生产计划和工艺规程被“推”向成品状态，故这种方式被称为推式生产订单方式。,2.3 制造模式,现代制造模式准时制（JIT）制造模式随