制造系統(tǒng)講座(第一章)

制造系統(tǒng)博士副教授廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院何漢武2/6/20231ManufacturingSystem第一章制造系統(tǒng)概述

主要內(nèi)容1.1制造系統(tǒng)的內(nèi)涵和體系結(jié)構(gòu)1.1.1系統(tǒng)觀1.1.2制造系統(tǒng)概念、體系結(jié)構(gòu)1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

1.2.1制造模式的演變和發(fā)展

1.剛性自動化系統(tǒng)2.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)3.智能制造系統(tǒng)4.精益生產(chǎn)5.可重組制造系統(tǒng)

1.2.2下一代制造系統(tǒng)--敏捷制造2/6/20232ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造的概念和內(nèi)涵一般的理解：產(chǎn)品的機(jī)械工藝過程或機(jī)械加工過程狹義的制造概念：產(chǎn)品的制作過程（如機(jī)械加工過程）制造概念和內(nèi)涵的拓展：“范圍”和“過程”兩個方面廣義的制造概念：產(chǎn)品整個生命周期過程2/6/20233ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)概念由相互作用和相互依賴的若干組成部分（要素）結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是個組成要素有機(jī)結(jié)合，對外呈現(xiàn)出綜合性的整體功能。例：時鐘—計(jì)時系統(tǒng)組成要素：齒輪、齒條、機(jī)架、聯(lián)接件、指針2/6/20234ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的基本概念發(fā)展和完善中國際上幾個權(quán)威的定義Parnaby(英國著名學(xué)者）1989年給出定義：CIRP定義：MIT教授定義：日本京都大學(xué)教授定義：2/6/20235ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的基本概念制造系統(tǒng)案例：機(jī)械加工系統(tǒng)、生產(chǎn)線、車間、工廠機(jī)械加工系統(tǒng)組成要素：機(jī)床、夾具、刀具、工件、操作人員、加工工藝制造資源：毛坯或半成品、能源和勞動力產(chǎn)品或零件2/6/20236ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的基本特性集合性相關(guān)性目的性環(huán)境適應(yīng)性動態(tài)性反饋特性隨機(jī)特性2/6/20237ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的三流結(jié)構(gòu)論物料流、信息流和能量流機(jī)械加工系統(tǒng)的“三流”運(yùn)動示意圖信息系統(tǒng)（加工任務(wù)、方法、工件質(zhì)量…）刀具、量具等原材料坯料輸送裝夾加工檢驗(yàn)產(chǎn)品電能機(jī)械能信息流能量流物料流2/6/20238ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的信息制造觀傳統(tǒng)制造觀：注重用制造系統(tǒng)中的物料流和能量；流來描述制造系統(tǒng)信息制造觀產(chǎn)生背景：信息的紐帶作用信息投入決定產(chǎn)品價值CIMS研究重點(diǎn)在如何提高制造系統(tǒng)的信息處理能力信息成為與設(shè)備同等重要的資源使制造系統(tǒng)在信息處理方面具有人的智能2/6/20239ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的人機(jī)一體論人工智能技術(shù)存在局限性信息組合爆炸問題非結(jié)構(gòu)化、動態(tài)的、隨機(jī)的決策問題人的創(chuàng)造性行為和作用，是機(jī)器永遠(yuǎn)無法取代的解決思路：使人與機(jī)器處于優(yōu)化合作的地位，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)中人與機(jī)器一體化的人機(jī)集成決策機(jī)制，從而使人與機(jī)器協(xié)同工作，以取得制造系統(tǒng)的最佳效益2/6/202310ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)研究目的：更加深入地分析和描述制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征基于所建立的模型，進(jìn)行制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施、系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化運(yùn)行。2/6/202311ManufacturingSystem1.1制造系統(tǒng)內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)組成制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的多視圖及其關(guān)系功能視圖過程視圖資源視圖組織視圖信息視圖2/6/202312ManufacturingSystem制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)功能視圖信息視圖過程視圖資源視圖組織視圖功能組成功能聯(lián)系信息構(gòu)成信息聯(lián)系控制結(jié)構(gòu)運(yùn)行流程分析組織方式業(yè)務(wù)流程圖組織構(gòu)成資源構(gòu)成物流模型能量流模型資源流模型分系統(tǒng)考察法/結(jié)構(gòu)-功能分析發(fā)/逐級考察法IDEFO建模方法制造系統(tǒng)信息分類業(yè)務(wù)流程分類、分解流程圖/Petri/0-0建模方法/GRAI網(wǎng)建模方法資源流動分析組織構(gòu)成分析/IDEF1X模型組織圖/GRAI格建模方法資源構(gòu)成分析/資源配置圖/IDEF1X模型能源流動分析物流流動分析IDEF1X信息模型建模方法/E-R多層遞階控制結(jié)構(gòu)/分布式控制結(jié)構(gòu)/遞階分布式控制結(jié)購視圖名稱視圖內(nèi)容建模與分析方法2/6/202313ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造的歷史傳統(tǒng)制造及其技術(shù)工場手工加工制造機(jī)器-蒸汽時代的制造電器時代的制造現(xiàn)代制造及其技術(shù)的發(fā)展19世紀(jì)末自然科學(xué)的全面發(fā)展新技術(shù)的產(chǎn)生社會發(fā)展對制造技術(shù)提出了需求2/6/202314ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造模式的演變和發(fā)展剛性自動化數(shù)控機(jī)床柔性制造系統(tǒng)并行工程CIMS工廠子網(wǎng)廣域網(wǎng)信息高速公路全球通訊網(wǎng)絡(luò)智能制造敏捷制造全球制造制造資源和組織全球化虛擬組織制造智能計(jì)算智能技術(shù)演化運(yùn)作空間全球社會公司企業(yè)車間單元設(shè)備剛性技術(shù)柔性單元柔性系統(tǒng)系統(tǒng)集成決策自動化敏捷性全球化40-5060708090年代2/6/202315ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造模式的演變和發(fā)展規(guī)模上：從單件小批→少品種大批量→多品種變批量（客戶化產(chǎn)品）生產(chǎn)方式上：勞動密集型→設(shè)備密集型→信息密集型→知識密集型制造裝備：手工→機(jī)械化→單機(jī)自動化→剛性自動線→柔性自動線→智能自動化2/6/202316ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造模式的演變和發(fā)展剛性自動化系統(tǒng)20世紀(jì)40、50年代專用機(jī)床和組合機(jī)床、自動單機(jī)或自動化生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)高生產(chǎn)率和剛性結(jié)構(gòu)，很難實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品的改變2/6/202317ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造模式的演變和發(fā)展計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)制造全過程的系統(tǒng)性和集成性，以解決現(xiàn)代企業(yè)生存與競爭的TQCS問題強(qiáng)調(diào)并行工程2/6/202318ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造模式的演變和發(fā)展智能制造系統(tǒng)由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)IntegrationIntelligence下一代制造業(yè)2/6/202319ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造模式的演變和發(fā)展精益生產(chǎn)MIT研究日本豐田生產(chǎn)方式的總結(jié)豐田英二、大野耐一（70年代，20年時間）最終目標(biāo)是要以最友質(zhì)量和最低成本的產(chǎn)品，對市場需求作出最迅速的響應(yīng)基本原則是“消滅一切浪費(fèi)”和“不斷改善”準(zhǔn)時化生產(chǎn)（JIT）、TQC，GT、彈性作業(yè)人數(shù)和尊重人性是精益生產(chǎn)的主要支柱。日本奇跡2/6/202320ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

制造模式的演變和發(fā)展快速重組制造實(shí)現(xiàn)企業(yè)、產(chǎn)品、制造系統(tǒng)、機(jī)床設(shè)備及其部件和過程的可重組性(reconfigurability)成為未來制造的挑戰(zhàn)過程可變性：制造工藝過程的變化能力功能可變性：制造(加工、處理)功能的變化能力可縮放性：制造生產(chǎn)能力(產(chǎn)量)的可擴(kuò)展與壓縮能力2/6/202321ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

幾類制造系統(tǒng)的對比2/6/202322ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

下一代制造模式與系統(tǒng)—敏捷制造1991年，美國提出出發(fā)點(diǎn)：對未來產(chǎn)品和市場的分析產(chǎn)品發(fā)展總趨勢：多元化和個性化，對制造系統(tǒng)的要求：產(chǎn)品的成本與批量無關(guān)生命周期越來越短，產(chǎn)品復(fù)雜性越來越高，要求企業(yè)以很高的柔性和很強(qiáng)的市場應(yīng)變能力去應(yīng)付市場的競爭。2/6/202323ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

下一代制造模式與系統(tǒng)—敏捷制造敏捷制造的實(shí)現(xiàn)組織上：動態(tài)聯(lián)盟（虛擬企業(yè)）技術(shù)上：虛擬制造信息基礎(chǔ)：網(wǎng)絡(luò)2/6/202324ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

敏捷制造案例2/6/202325ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

敏捷制造案例—摩托羅拉尋呼機(jī)公司Internet訂單訂單訂單一個半小時之內(nèi)發(fā)貨一個半小時之內(nèi)發(fā)貨一個半小時之內(nèi)發(fā)貨博因頓海岸公司總部自動制造系統(tǒng)2900萬種尋呼機(jī)芝加哥的銷售員亞特蘭大的銷售員紐約的銷售員紐約的銷售員2/6/202326ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

敏捷制造案例區(qū)域協(xié)作平臺2/6/202327ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

敏捷制造案例區(qū)域協(xié)作平臺協(xié)作中心：信息交流/虛擬會議/在線圖紙圈閱/異地圖紙傳送-企業(yè)間基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作交流2/6/202328ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)制造系統(tǒng)

敏捷制造案例企業(yè)協(xié)作平臺－個性化產(chǎn)品定制系統(tǒng)基于WEB和知識工程的定制設(shè)計(jì)與制造，滿足客戶提出的對產(chǎn)品個性化需求，支持客戶參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。2/6/202329ManufacturingSystem1.2制造模式和先進(jìn)