先進生產(chǎn)模式與自動化制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

第九章先進生產(chǎn)模式與自動化制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第一節(jié)計算機集成制造系統(tǒng)CIMS第二節(jié)精益生產(chǎn)LP第三節(jié)敏捷制造AM第四節(jié)智能制造系統(tǒng)的基本概念第五節(jié)網(wǎng)絡(luò)化制造第六節(jié)可重構(gòu)制造系統(tǒng)第七節(jié)快速原型制造技術(shù)第八節(jié)自動化制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第一節(jié)計算機集成制造系統(tǒng)一、CIM與CIMS的基本概念CIMS是以系統(tǒng)工程理論為指導，強調(diào)信息集成和適度自動化，以過程重組和機構(gòu)精簡為手段，在企業(yè)信息系統(tǒng)的支持下，將制造企業(yè)的全部要素和全部經(jīng)營活動集成為一個有機的整體，實現(xiàn)以人為中心的柔性化生產(chǎn)，使企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本、相關(guān)服務(wù)、交貨期和環(huán)境保護等方面均取得整體最佳效果。經(jīng)營決策中央計算機產(chǎn)品CAD/CAM圖形工作站財務(wù)、人事、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)管理等各職能部門計算機作業(yè)管理層計算機FMS管理其他生產(chǎn)單元管理裝配管理FMS1FMSN生產(chǎn)單元1生產(chǎn)單元N裝配單元1裝配單元N產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量總檢驗FMS與生產(chǎn)單元層作業(yè)管理層設(shè)計計劃層經(jīng)營決策層MIS二、計算機集成制造系統(tǒng)的組成CIMS由四個應(yīng)用分系統(tǒng)和兩個支撐分系統(tǒng)組成1.管理信息系統(tǒng)經(jīng)營管理、物料管理、生產(chǎn)管理、人力資源管理2.工程設(shè)計自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、分析和制造基本功能：①面向產(chǎn)品生命周期的建模②實現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM的集成主要功能模塊（1）計算機輔助設(shè)計與分析（CAD/CAE）（2）計算機輔助制造（CAM）管理信息系統(tǒng)工程設(shè)計系統(tǒng)質(zhì)量保證系統(tǒng)制造自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫計算機網(wǎng)絡(luò)CIMS系統(tǒng)的基本組成第二節(jié)精益生產(chǎn)LP一、精益生產(chǎn)的基本概念精益生產(chǎn)的產(chǎn)生背景20世紀50年代日本豐田汽車公司1985年美國MIT精益生產(chǎn)是貫徹以人為中心的思想，通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、人員組織、運行方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和市場需求等方面的變革，精簡生產(chǎn)過程中一切無用、多余的東西，使生產(chǎn)系統(tǒng)能很快適應(yīng)用戶需求的不斷變化，并能最終達到包括市場供銷在內(nèi)的生產(chǎn)的各方面最好的結(jié)果。二、精益生產(chǎn)的基本思想：在企業(yè)的各個環(huán)節(jié)上去除一切多余無用的東西，每個崗位的活動安排是必須增值，不能增值的崗位和活動一律撤銷，即“消滅一切浪費”和“不斷改善”，在組織的各個層面上雇用多面手，并且應(yīng)用通用性強而自動化程度又高的柔性制造設(shè)備來生產(chǎn)品種多變的產(chǎn)品。其主要的支撐體系是準時生產(chǎn)（JIM）、全面質(zhì)量管理（TQC）、成組技術(shù)（GT）、彈性作業(yè)人數(shù)和尊重人性。三、精益生產(chǎn)的特征：①重視客戶需求②重視人的作用③精簡一切生產(chǎn)中不創(chuàng)造價值的工作④精益求精、持續(xù)不斷地改進生產(chǎn)，降低成本，追求零廢品、零庫存和產(chǎn)品品種多樣化。第三節(jié)敏捷制造AM一、、敏敏捷捷制制造造的的基基本本概概念念敏捷捷制制造造的的基基本本原原理理：：采用用標標準準化化和和專專業(yè)業(yè)化化的的計計算算機機網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和和信信息息集集成成基基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，以以分分布布結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)連連接接各各類類企企業(yè)業(yè)，，構(gòu)構(gòu)造造虛虛擬擬制制造造環(huán)環(huán)境境；；以以競競爭爭合合作作為為原原則則，，在在虛虛擬擬制制造造環(huán)環(huán)境境內(nèi)內(nèi)動動態(tài)態(tài)選選擇擇成成員員，，組組成成面面向向任任務(wù)務(wù)的的虛虛擬擬公公司司進進行行快快速速生生產(chǎn)產(chǎn)；；系系統(tǒng)統(tǒng)運運行行的的最最大大目目標標是是滿滿足足客客戶戶的的要要求求。。定義義敏捷捷制制造造指指的的是是制制造造企企業(yè)業(yè)能能夠夠把把握握市市場場機機遇遇，，及及時時動動態(tài)態(tài)地地重重組組生生產(chǎn)產(chǎn)系系統(tǒng)統(tǒng)，，在在最最短短的的時時間間內(nèi)內(nèi)向向市市場場推推出出有有利利可可圖圖的的、、用用戶戶認認可可的的、、高高質(zhì)質(zhì)量量的的產(chǎn)產(chǎn)品品。。一一句句話話，，敏捷捷制制造造企企業(yè)業(yè)的的一一切切活活動動都都是是圍圍繞繞著著快快和和好好這這兩兩個個字字進進行行的的，，要要求求企企業(yè)業(yè)具具有有很很強強的的自自適適應(yīng)應(yīng)能能力力。。敏捷捷制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)的的體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)敏捷捷制制造造的的產(chǎn)產(chǎn)生生背背景景敏捷捷制制造造是是美美國國為為了了重重新新樹樹立立其其在在全全球球制制造造業(yè)業(yè)中中的的領(lǐng)領(lǐng)導導地地位位，，而而提提出出的的一一種種面面向向21世世紀紀的的新新型型制制造造模模式式。。它它綜綜合合了了即即時時生生產(chǎn)產(chǎn)、、制制造造資資源源規(guī)規(guī)劃劃和和精精益益生生產(chǎn)產(chǎn)等等先先進進生生產(chǎn)產(chǎn)管管理理技技術(shù)術(shù)的的優(yōu)優(yōu)點點，，能能系系統(tǒng)統(tǒng)全全面面地地滿滿足足高高效效低低成成本本、、高高質(zhì)質(zhì)量量多多品品種種、、迅迅速速及及時時、、動動態(tài)態(tài)柔柔性性等等難難以以由由一一個個統(tǒng)統(tǒng)一一生生產(chǎn)產(chǎn)系系統(tǒng)統(tǒng)來來實實現(xiàn)現(xiàn)的的生生產(chǎn)產(chǎn)管管理理目目標標要要求求，，代代表表著著現(xiàn)現(xiàn)代代生生產(chǎn)產(chǎn)管管理理的的最最新新發(fā)發(fā)展展。。虛擬擬企企業(yè)業(yè)a)虛虛擬擬企企業(yè)業(yè)的的功功能能b)虛虛擬擬企企業(yè)業(yè)的的生生命命周周期期敏捷捷制制造造的的特特點點1.敏敏捷捷制制造造對對市市場場需需求求反反應(yīng)應(yīng)敏敏捷捷2.敏敏捷捷制制造造是是高高度度柔柔性性化化、、無無庫庫存存的的生生產(chǎn)產(chǎn)組組織織方方式式3.敏敏捷捷制制造造企企業(yè)業(yè)的的生生產(chǎn)產(chǎn)成成本本與與生生產(chǎn)產(chǎn)批批量量無無關(guān)關(guān)4.產(chǎn)產(chǎn)品品服服務(wù)務(wù)可可以以全全程程面面向向用用戶戶5.敏捷制造可以以做到充分的的資源共享6.敏捷制造造可以充分發(fā)發(fā)揮人的作用用敏捷制造企業(yè)業(yè)的示意圖第四節(jié)智能能制造系統(tǒng)的的基本概念一、智能制造系統(tǒng)統(tǒng)的基本概念念智能制造系統(tǒng)統(tǒng)是一種由智能能機器人和人人類專家共同同組成的人機機一體化智能能系統(tǒng)，它將將人工智能技技術(shù)融合進制制造系統(tǒng)的各各個環(huán)節(jié)中，，通過模擬人人類專家的智智能活動，諸諸如分析、推推理、判斷、、構(gòu)思和決策策等，取代或或延伸制造環(huán)環(huán)境中應(yīng)由人人類專家完成成的那部分活活動，使系統(tǒng)統(tǒng)具有智能特特征。二、智能制造造系統(tǒng)的發(fā)展展概況美國是智能制制造思想的發(fā)發(fā)源地最早正式提出出智能制造并并付諸實施的的是建立在美美國普渡大學學的智能制造造國家工程中中心。美國其他大學學歐洲日本三、智能制造造系統(tǒng)的研究究領(lǐng)域智能設(shè)計智能機器人智能調(diào)度智能辦公系統(tǒng)統(tǒng)智能診斷智能控制第五節(jié)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化制造正在來臨的信信息網(wǎng)絡(luò)化時時代20世紀90年代以來，，美國進行了了大量的信息息化投資，微微機累計產(chǎn)量量在8500萬臺以上，，同時微機－－VAN網(wǎng)絡(luò)絡(luò)成員數(shù)量在在100萬人人以上。家用用信息電器的的電子手冊、、系統(tǒng)手冊，，以及美國阿阿波羅公司推推出的個人數(shù)數(shù)字輔助系統(tǒng)統(tǒng)（PDA））等個人信息息系統(tǒng)正在迅迅速普及。正在來臨的信信息網(wǎng)絡(luò)化時時代由于文化和經(jīng)經(jīng)濟背景不同同，國際市場場并不僅僅是是多個國家市市場之和。全全球市場更是是一種考慮不不同國家對產(chǎn)產(chǎn)品的要求差差異的新型國國際市場。對對現(xiàn)有的跨國國公司和組織織結(jié)構(gòu)、發(fā)展展過程和策略略進行研究和和調(diào)查分析后后，得出不同同國際制造網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的模式及及其關(guān)系，以以及如何向全全球制造網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化系統(tǒng)發(fā)展展的途徑，如如圖中箭頭表表示。正在來臨的信信息網(wǎng)絡(luò)化時時代不同國際制造造網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)關(guān)系和發(fā)展途途徑正在來臨的信信息網(wǎng)絡(luò)化時時代這個從傳統(tǒng)的的制造企業(yè)向向全球制造網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的的模型，按照照公司的經(jīng)營營策略、工廠廠的地理分布布、文化背景景以及技術(shù)和和零部件供需需來源可分為為六種不同層層次的模式：：①GMC3———分散網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化的全球制制造模式；②GMC2———多國制造造模式；③GMC1———區(qū)域制造造模式；④EMC3———全球出口口模式；⑤EMC2———多國出口口模式；⑥EMC1———區(qū)域出口口模式。此外，各種模模式之間并沒沒有嚴格的界界限，甚至可可以相互逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。網(wǎng)絡(luò)上的虛擬擬企業(yè)及其虛虛擬制造信息息服務(wù)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化的全球球制造不僅是是跨國公司的的未來，中小小企業(yè)也可以以通過網(wǎng)絡(luò)上上的虛擬企業(yè)業(yè)來實現(xiàn)全球球制造。事實實上，跨國公公司為了實現(xiàn)現(xiàn)全球制造，，也正在逐步步分布化和虛虛擬化。什么是網(wǎng)絡(luò)上上的虛擬企業(yè)業(yè)？這里的““虛擬”并非非沒有。推出出高質(zhì)量、低低成本的新產(chǎn)產(chǎn)品最快的辦辦法是利用不不同地區(qū)的現(xiàn)現(xiàn)有資源，把把它們迅速組組合成為一種種沒有圍墻的的、超越空間間約束的、靠靠電子手段聯(lián)聯(lián)系的、統(tǒng)一一指揮的經(jīng)營營實體——網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的虛擬擬企業(yè)。網(wǎng)絡(luò)絡(luò)上的虛擬企企業(yè)的特點是是企業(yè)功能上上的不完整性性、地域上的的分散性和組組織結(jié)構(gòu)上的的非永久性，，即：①功能的虛擬擬化；②組織織的虛擬化；；③地域的虛虛擬化。全球制造模式式中的制造系系統(tǒng)與設(shè)備的的控制技術(shù)全球制造模式式中的產(chǎn)品開開發(fā)、市場營營銷、加工制制造、裝配調(diào)調(diào)試是分布在在不同的地點點，通過企業(yè)業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和和國際互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)加以連接接，實現(xiàn)文件件、數(shù)據(jù)、圖圖像和聲音的的同時傳送，，各企業(yè)間的的刀具和夾具具的管理，零零件圖紙數(shù)控控程序的編制制方法、管理理和分配，以以及數(shù)控機床床可用性的保保證體系。如如下圖:全球制造模式式中的制造系系統(tǒng)及設(shè)備的的控制技術(shù)全球制造模式式中的制造系系統(tǒng)與設(shè)備的的控制技術(shù)（1）數(shù)控自自動編程系統(tǒng)統(tǒng)及其后置處處理。（2）工夾具具管理一一個工夾具管管理系統(tǒng)應(yīng)具具有以下幾方方面的功能：：①工夾具供應(yīng)應(yīng)數(shù)據(jù)庫；②刀、夾具數(shù)數(shù)據(jù)庫，包括括模塊化刀、、夾具各組成成部分的圖形形庫；全球制造模式式中的制造系系統(tǒng)與設(shè)備的的控制技術(shù)③工夾具裝配配數(shù)據(jù)庫；④刀具調(diào)整數(shù)數(shù)據(jù)庫；⑤切削用量數(shù)數(shù)據(jù)庫；⑥輸出具有刀刀具簡圖的刀刀具調(diào)整單；；⑦工夾具CAD系統(tǒng)，如如刀具與夾具具之間的碰撞撞檢查等。全球制造模式式中的制造系系統(tǒng)與設(shè)備的的控制技術(shù)（3）DNC（DistributeNumericalControl））數(shù)據(jù)程序管管理及分配系系統(tǒng)（4）制造系系統(tǒng)與設(shè)備的的控制技術(shù)應(yīng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化化、虛擬化第六節(jié)可重重構(gòu)制造系統(tǒng)統(tǒng)一、可重構(gòu)制制造系統(tǒng)的概概念可重構(gòu)制造系系統(tǒng)是以產(chǎn)品品全生命周期期理論為指導導，以報廢設(shè)設(shè)備及其零部部件的循環(huán)使使用和反復利利用為目的，，以報廢產(chǎn)品品為毛坯，采采用先進再制制造成形技術(shù)術(shù)，使報廢設(shè)設(shè)備及其零部部件恢復尺寸寸、形狀和性性能，形成再再制造產(chǎn)品的的一系列技術(shù)術(shù)措施或工程程活動的總稱稱。再制造工藝路路線簡圖二、可重構(gòu)制制造系統(tǒng)的現(xiàn)現(xiàn)狀分析隨著資源的日日益枯竭和環(huán)環(huán)境污染的加加劇，人們逐逐漸認識到可可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)戰(zhàn)略的重要意意義，并不斷斷探索實現(xiàn)可可持續(xù)發(fā)展的的手段。再制制造工程就是是在人類對資資源要求的日日益增長和對對環(huán)境保護的的迫切需要的的情況下，形形成的一門新新的工程學科科，因其巨大大的資源、環(huán)環(huán)境、社會效效益而受到世世界各國的重重視，成為落落實可持續(xù)發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略的重重要技術(shù)支撐撐。可重重構(gòu)構(gòu)制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)是是廢廢舊舊裝裝備備高高技技術(shù)術(shù)維維修修的的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)化化工工程程，，再再制制造造出出來來的的產(chǎn)產(chǎn)品品是是新新產(chǎn)產(chǎn)品品而而不不是是舊舊產(chǎn)產(chǎn)品品，，其其重重要要特特征征是是再制制造造產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量和和性性能能可可以以達達到到或或超超過過新新品品，，而而成成本本卻卻只只有有新新品品的的50%，，制制造造過過程程節(jié)節(jié)能能60%，，節(jié)節(jié)材材70%，，對對環(huán)環(huán)境境的的不不良良影影響響顯顯著著降降低低。三、、可可重重構(gòu)構(gòu)制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)的的特特點點1.資資源源效效益益2.環(huán)環(huán)保保效效益益3.社社會會經(jīng)經(jīng)濟濟效效益益第七七節(jié)節(jié)快快速速原原型型制制造造技技術(shù)術(shù)一、、快快速速成成形形技技術(shù)術(shù)概概述述1.快快速速成成形形的的概概念念快速速成成形形技技術(shù)術(shù)是是一一種種用用材材料料逐逐層層或或逐逐點點堆堆積積出出制制件件的的新新型型加加工工技技術(shù)術(shù)。?？焖偎俪沙尚涡渭技夹g(shù)術(shù)不不采采用用常常規(guī)規(guī)的的模模具具或或刀刀具具來來加加工工工工件件，，而而是是利利用用光光、、電電、、熱熱等等手手段段，，通通過過固固化化、、燒燒結(jié)結(jié)、、粘粘結(jié)結(jié)、、熔熔結(jié)結(jié)、、聚聚合合作作用用或或化化學學作作用用等等方方式式，，有有選選擇擇地地固固化化（（或或粘粘結(jié)結(jié)））液液體體（（或或固固體體））材材料料，，從從而而實實現(xiàn)現(xiàn)材材料料的的遷遷移移和和堆堆積積，，形形成成所所需需要要的的原原型型零零件件。。傳統(tǒng)統(tǒng)加加工工與與快快速速成成形形比比較較a)傳傳統(tǒng)統(tǒng)加加工工b)快快速速成成形形三維維地地形形模模型型的的制制作作2.快快速速成成形形技技術(shù)術(shù)的的歷歷史史2.快速速成成形形技技術(shù)術(shù)的的原原理理首先先要要用用CAD軟軟件件設(shè)設(shè)計計出出所所需需零零件件的的計計算算機機三三維維模模型型；；然然后后根根據(jù)據(jù)工工藝藝要要求求，，將將三三維維模模型型按按一一定定的的厚厚度度進進行行離離散散，，從從而而將將原原來來的的三三維維模模型型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉槎S維平平面面信信息息，，接接著著對對分分層層后后的的信信息息進進行行處處理理，，產(chǎn)產(chǎn)生生數(shù)數(shù)控控代代碼碼；；最最后后，，數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)以以平平面面加加工工的的方方式式，，有有序序地地連連續(xù)續(xù)地地加加工工出出每每個個薄薄層層，，并并使使它它們們自自動動粘粘接接而而成成形形。?？焖偎俪沙尚涡渭技夹g(shù)術(shù)的的原原理理3.快快速速成成形形的的過過程程⑴前前處處理理⑵分分層層疊疊加加成成形形⑶后后處處理理快速速成成形形產(chǎn)產(chǎn)品品4.三三維維建建模模立體體光光刻刻的的設(shè)設(shè)備備及及產(chǎn)產(chǎn)品品5.快快速速成成形形技技術(shù)術(shù)的的特特點點⑴適適合合于于加加工工復復雜雜零零件件⑵自自動動化化程程度度高高⑶加加工工周周期期短短，，成成本本低低⑷制制造造過過程程具具有有高高柔柔性性⑸技技術(shù)術(shù)集集成成度度高高⑹設(shè)設(shè)計計制制造造一一體體化化⑺使使用用材材料料類類型型多多⑻屬非接觸加加工⑼應(yīng)用領(lǐng)域廣廣泛熔融沉積成形形的設(shè)備及產(chǎn)產(chǎn)品6.快速成形形技術(shù)的應(yīng)用用⑴用于產(chǎn)品設(shè)設(shè)計評估與校校審⑵用于產(chǎn)品工工程功能試驗驗⑶用作廠商與與客戶的交流流手段⑷用于快速模模具制造⑸用于快速直直接制造⑹應(yīng)用于醫(yī)學學、建筑等行行業(yè)分層實體制造造工藝的設(shè)備備及產(chǎn)品返回目錄1.材料及制制造方法的發(fā)發(fā)展材料的發(fā)展與與產(chǎn)品的發(fā)展展密切相關(guān)，，繼1770年瓦特發(fā)明明蒸汽機以后后，陸續(xù)出現(xiàn)現(xiàn)了Daimler汽油油發(fā)動機、Parson蒸汽輪機、、高速斜齒輪輪柴油發(fā)動機機，1910年左右出現(xiàn)現(xiàn)了滾動軸承承，以后又發(fā)發(fā)展了燃汽輪輪機、噴氣發(fā)發(fā)動機。20世紀50年年代以后，則則出現(xiàn)了導彈彈、人造衛(wèi)星星，而今天宇宇宙飛船、載