制造系統(tǒng)工程第8章

制造系統(tǒng)工程第8章8現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式

8.1現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式的特點8.1.1制造系統(tǒng)模式的概念、主要目標及研究的意義制造系統(tǒng)模式是指制造系統(tǒng)的體制、經(jīng)營、管理、生產(chǎn)組織和技術系統(tǒng)的形態(tài)和運作的方式。根據(jù)制造系統(tǒng)理論，制造系統(tǒng)是一個復雜的非線性動力學大系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)部動態(tài)地流動著信息流、物料流、能量流等各種資源。采取什么樣的制造系統(tǒng)模式來經(jīng)營、管理和優(yōu)化利用各種資源，以獲取系統(tǒng)投入的最大增值是建立先進制造模式的主要目標之一。

制造系統(tǒng)是一個由制造技術、制造資源、制造信息、以及對資源、信息進行加工處理的過程所組成的相聯(lián)系的有機體，制造模式所關心的是采取何種方式對資源、信息進行處理，因此制造系統(tǒng)所采取的制造模式對制造系統(tǒng)的特性具有重要影響。這些影響主要體現(xiàn)在:先進制造技術的應用系統(tǒng)運行效率系統(tǒng)的柔性和開放性系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性

8.1.2制造模式的變遷回顧制造系統(tǒng)的發(fā)展歷史，制造模式總是處于不斷的變遷和發(fā)展之中，如本世紀初，以美國為首開創(chuàng)了的大規(guī)模生產(chǎn)方式，取得了很大的經(jīng)濟效益；而隨著用戶需求的多樣性，大規(guī)模生產(chǎn)方式已不能適應這一需要，從而出現(xiàn)了一系列新的生產(chǎn)模式，如精良生產(chǎn)，敏捷制造等。綜合考慮各方面的因素，制造模式的變遷離不開先進制造技術的應用、社會生產(chǎn)力水平的發(fā)展、市場需求的變化、社會需求的變化四大因素，這四個因素構成了促使制造模式變遷和發(fā)展的動力，如圖8-1所示。

圖8-1制造系統(tǒng)模式變遷與發(fā)展的動力先進制造技術的應用：先進制造技術常常是為了解決制造系統(tǒng)中出現(xiàn)的技術需求而產(chǎn)生的。而先進制造技術的應用則必須在與之相適應的制造模式下才能收到實效，因此導致了制造模式的變遷和發(fā)展。如制造自動化單元技術的產(chǎn)生并發(fā)展到一定階段后，導致了CIM哲理和系統(tǒng)的出現(xiàn)，即單元自動化技術必須在信息集成的環(huán)境中才能發(fā)揮更大的效益。先進制造技術導致的制造模式變遷和發(fā)展主要體現(xiàn)在制造系統(tǒng)結構的調(diào)整、新的管理方式等。社會生產(chǎn)力水平的發(fā)展：制造系統(tǒng)采取和發(fā)展何種制造模式很大程度上取決于社會生產(chǎn)力水平的發(fā)展，包括社會的經(jīng)濟水平、科學文化水平、技術應用的整體水平等，某種生產(chǎn)模式的出現(xiàn)實際上是生產(chǎn)力發(fā)展的產(chǎn)物。例如網(wǎng)絡化信息時代的到來產(chǎn)生了敏捷制造模式，傳感器技術和人體工程學的發(fā)展使虛擬制造模式成為可能。發(fā)達國家、發(fā)展中國家、不發(fā)達國家所采取的制造模式不能完全相同，必須根據(jù)生產(chǎn)力的實際水平采取合理的制造模式，不能看到某種制造模式在當?shù)禺a(chǎn)生了很高的效益就盲目照搬。市場需求的變化：市場需求是制造模式變遷和發(fā)展的一個主要原因。市場需求包括顧客對產(chǎn)品的種類需求、質(zhì)量需求、價格需求、時間需求和服務需求等。不同的時期市場需求是不同的，由此產(chǎn)生了不同的制造模式。如20世紀中期的大批量生產(chǎn)模式主要是滿足顧客對產(chǎn)品的質(zhì)量需求和價格需求；當市場需求由大批量向多品種、小批量轉(zhuǎn)變時，出現(xiàn)了CIM、敏捷制造等模式，可以滿足顧客對產(chǎn)品多樣性的需求；而并行工程則更加關心滿足顧客對產(chǎn)品的時間需求。社會需求的變化：除市場需求外，制造模式的變遷和發(fā)展也要受到社會需求變化的影響。社會需求包括對人類生存環(huán)境的需求、國家的發(fā)展計劃、就業(yè)政策、人們的意識觀念和素質(zhì)、世界范圍的發(fā)展潮流等因素。如綠色制造模式的出現(xiàn)就是為了滿足社會對人類生存環(huán)境保護的需求而產(chǎn)生的，又如象我國這種勞動力密集的國家采用完全自動化的制造模式顯然是不完全符合社會需求的。8.1.3現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式的特點

根據(jù)制造系統(tǒng)模式變遷和發(fā)展的規(guī)律，并總結已提出眾多的現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式，可以發(fā)現(xiàn)：雖然各種制造模式的目標與具體技術不盡相同，但存在許多共同之處。由此可以得到現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式的五個特點，如圖8-2所示8.2幾種典型的現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式8.2.1CIMS8.2.1.1CIM和CIMS的基本概念

CIM（ComputerIntegratedManufacturing，計算機集成制造）是美國約瑟夫·哈林頓（JosephHarrington）博士于1973年在其《ComputerIntegratedManufacturing》一書中首先提出的。哈林頓提出的CIM概念中有兩個基本觀點：企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即從市場分析、產(chǎn)品設計、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務的全部生產(chǎn)活動是一個不可分割的整體，要緊密連接，統(tǒng)一考慮。整個制造過程實質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)的采集、傳遞和加工處理的過程，最終形成的產(chǎn)品可看作是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。這兩個觀點至今仍是CIM的核心部分，其實質(zhì)內(nèi)容是信息（數(shù)據(jù)）的集成。根據(jù)國家科委高字[1997]250號文對CIMS的描述（定義)：CIMS是企業(yè)組織、管理和運行的新模式。它綜合運用現(xiàn)代制造技術、信息技術、自動化技術和管理技術，將企業(yè)各項活動中的人、技術和經(jīng)營管理，以及信息流、物流和資金流有機集成，并實現(xiàn)企業(yè)整體優(yōu)化，從而達到產(chǎn)品上市快、質(zhì)量高、成本低和服務好，使企業(yè)贏得市場競爭。對上述描述可進一步闡述如下：（1）CIMS是一種組織、管理與運行企業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代制造系統(tǒng)，其宗旨是使企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低、上市快，從而提高企業(yè)的市場競爭力。（2）CIMS強調(diào)企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即市場分析、經(jīng)營決策、管理、產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃、加工制造、銷售、售后服務等全部活動過程是一個不可分割的有機整體，要從系統(tǒng)的觀點進行協(xié)調(diào)，進而實現(xiàn)全局優(yōu)化。（3）企業(yè)生產(chǎn)的要素包括人、技術及經(jīng)營管理。實施CIMS要更加重視發(fā)揮人在現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)中的主導作用。（4）企業(yè)生產(chǎn)活動中包括信息流（采集、傳遞和加工處理）、物料流、能量流三大部分。現(xiàn)代企業(yè)中尤其要重視信息的管理運行及信息流與物料流間的集成。（5）CIMS是基于現(xiàn)代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統(tǒng)工程技術的一門綜合性技術。具體地講，它綜合并發(fā)展了企業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)有關的計算機應用技術，即計算機輔助經(jīng)營管理與決策技術（MRPⅡ、ERP等）、計算機輔助設計與制造技術（CAD/CAE/CAPP/CAM）、計算機輔助制造過程與控制技術（CNC、DNC、FMC、FMS等）、自動化物流儲運技術（工業(yè)機器人、自動導向小車、立體倉庫等）、信息集成技術（網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、標準化等）、計算機仿真和實驗技術、計算機輔助質(zhì)量管理與控制技術等。8.2.1.2CIMS的構成

一個制造企業(yè)從功能看，可以簡單地分為設計、制造、和經(jīng)營管理三個主要方面。由于產(chǎn)品質(zhì)量對于一個制造企業(yè)的競爭和生存越來越重要，因此，常常也把質(zhì)量保證系統(tǒng)作為企業(yè)功能主要方面之一。為了實現(xiàn)上述企業(yè)功能的集成，還需要一個支撐環(huán)境，包括計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫和集成方法—系統(tǒng)技術。因此，CIMS的功能構成如圖8-4所示：

圖8-4CIMS的功能構成

根據(jù)CIMS的功能組成，CIMS通常由管理信息分系統(tǒng)、工程設計分系統(tǒng)、制造自動化（柔性自動化）分系統(tǒng)、質(zhì)量保證分系統(tǒng)以及計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)等6個部分有機地集成起來。所以一般說CIMS是由4個功能分系統(tǒng)和兩個支撐分系統(tǒng)組成。圖8-5表示了6個分系統(tǒng)的框圖及其與外部信息的聯(lián)系根據(jù)具體需求和條件，在CIM思想指導和總體規(guī)劃下分步實施。

管理信息分系統(tǒng)（ManagementInformationSystem，MIS）：管理信息分系統(tǒng)是企業(yè)在管理領域中應用計算機系統(tǒng)的總稱。CIMS環(huán)境下的管理信息分系統(tǒng)是指以CIM為指導思想并在其制造環(huán)境下的管理信息分系統(tǒng)。對一般離散制造系統(tǒng)如機械制造系統(tǒng)而言，它通常以制造資源計劃（ManufacturingResourcePlanning，MRPII）為核心，從制造資源出發(fā)，考慮了企業(yè)進行經(jīng)營決策的戰(zhàn)略層、中短期生產(chǎn)計劃編制的戰(zhàn)術層以及車間作業(yè)計劃與生產(chǎn)活動控制的操作層，其功能覆蓋了市場銷售、物料供應、各級生產(chǎn)計劃與控制、財務管理、成本、庫存和技術管理等內(nèi)容，是以經(jīng)營生產(chǎn)計劃、主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃、能力需求計劃、車間計劃、車間調(diào)度與控制為主體形成的閉環(huán)一體化生產(chǎn)經(jīng)營與信息管理系統(tǒng)。它在CIMS中相當于神經(jīng)中樞，指揮與控制著各個部分有條不紊地工作。MIS與CIMS中的其它分系統(tǒng)存在著必要的信息交換接口。

工程設計分系統(tǒng)（EngineeringDesignSystem，EDS）：工程設計分系統(tǒng)是在產(chǎn)品開發(fā)過程中引入計算機技術而形成的系統(tǒng)，包括計算機輔助的產(chǎn)品概念設計、工程與結構分析、詳細設計、工藝設計與數(shù)控編程等內(nèi)容，通常被劃分為CAD、CAE、CAPP、CAM、工程數(shù)據(jù)管理等子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)之間強調(diào)信息的連續(xù)流動和共享，即通常所說的CAD/CAE/CAPP/CAM系統(tǒng)集成。工程設計分系統(tǒng)的目的是使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)地進行，同時通過與CIMS的其它分系統(tǒng)進行信息交換來實現(xiàn)整個制造系統(tǒng)的信息集成。制造自動化分系統(tǒng)：CIMS中的制造自動化分系統(tǒng)是由CIMS環(huán)境下的制造設備、裝置、工具、人員、相應的信息以及相應的系統(tǒng)體系結構和組織管理模式所組成的系統(tǒng)。從CIMS體系結構看，制造自動化分系統(tǒng)屬于AMRF（AutomatedManufacturingResearchFacility，AMRF）五層遞階控制結構中車間及其以下部分；從CIMS功能系統(tǒng)結構看，制造自動化分系統(tǒng)是CIMS中信息流和物料流的結合點，是CIMS最終產(chǎn)生效益的聚集地；從CIMS的信息流看，制造自動化分系統(tǒng)涉及產(chǎn)品的制造、裝配檢驗等環(huán)節(jié)的信息處理和集成。制造自動化分系統(tǒng)一般包含五個子系統(tǒng)：制造設備子系統(tǒng)、物料運輸與存儲子系統(tǒng)、能量流子系統(tǒng)、制造信息子系統(tǒng)、制造過程生產(chǎn)計劃調(diào)度與控制子系統(tǒng)。質(zhì)量保證分系統(tǒng)：質(zhì)量保證分系統(tǒng)主要是采集、存儲、評價與處理存在于設計、制造過程中與質(zhì)量有關的信息，從而進行一系列的質(zhì)量決策和控制，有效地保證質(zhì)量并促進質(zhì)量的提高。質(zhì)量保證分系統(tǒng)包括質(zhì)量監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量評價、質(zhì)量決策、質(zhì)量控制與跟蹤等功能。8.2.1.3CIMS的遞階控制結構CIMS的功能和控制十分復雜。為此，CIMS的控制系統(tǒng)一般采用分級控制結構，即遞階控制結構。前美國國家標準局（現(xiàn)美國國家標準與技術研究院NIST）建立的CIM實驗研究基地——自動化制造研究實驗基地AMRF曾提出了著名的CIMS五級遞階控制模型，如圖8-6所示圖8-6AMRF提出的CIMS五級遞階控制模型AMRF將CIMS分為5級：工廠層、車間層、單元層、工作站層和設備層。每一層又可分解為多個模塊，都由數(shù)據(jù)驅(qū)動，并可擴展為樹狀結構。

1．工廠層控制系統(tǒng)這是最高一級控制，履行“廠部”職能。完成的功能包括進行市場預測、制定生產(chǎn)計劃、確定生產(chǎn)資源需求、制定資源規(guī)劃、產(chǎn)品開發(fā)及工藝過程規(guī)劃、廠級經(jīng)營管理（包括成本估算、庫存統(tǒng)計、用戶定單處理等）。2．車間層控制系統(tǒng)車間層控制根據(jù)工廠層生產(chǎn)計劃協(xié)調(diào)車間作業(yè)和有關的資源配置。車間層控制主要有兩個模塊，即作業(yè)管理和資源分配。3．單元層控制系統(tǒng)單元層控制負責將上級任務分解，完成本單元的作業(yè)調(diào)度和資源需求分析，決定零件加工路線并給工作站分配任務，監(jiān)控任務進展情況。4．工作站層控制系統(tǒng)此級控制系統(tǒng)負責指揮和協(xié)調(diào)車間中一個設備小組的活動。5．設備層控制系統(tǒng)此級控制包括各種設備（如機床、機器人、坐標測量機、自動引導車等）的控制器。此級控制向上與工作站控制系統(tǒng)用接口連接，向下與各設備控制器接口相通。設備控制器的功能是將工作站控制器命令轉(zhuǎn)換成可操作的、有順序的簡單任務運行各種設備，并通過各種傳感器監(jiān)控這些任務的執(zhí)行。8.2.1.4CIMS研究和應用中值得注意的幾個問題（1）CIMS決非無人化工廠在CIMS研究的初期，人們曾認為全盤自動化和無人化工廠或車間是其主要特征。隨著CIMS實踐的深入和一些無人化工廠實施的失敗，人們對無人制造自動化問題進行了反思，并對于人在CIMS中有著機器不可替代的重要作用進行了重新認識。（2）CIMS并沒有統(tǒng)一的模式CIMS沒有統(tǒng)一的模式。如前面所介紹的CIMS的系統(tǒng)結構僅是針對一般情況而言，不同的企業(yè)類型，不同的生產(chǎn)方式，其CIMS的系統(tǒng)結構是不一樣的。實際應用中不應求全和統(tǒng)一。（3）CIMS的應用工程中應強調(diào)結合實際，總體規(guī)劃，分步實施我國企業(yè)在應用和實施CIMS工程時，不能照搬國外作法，應強調(diào)結合企業(yè)的實際情況，作好總體規(guī)劃。在總體規(guī)劃的基礎上，根據(jù)企業(yè)的財力和物力，分步實施，重點突破，不斷取得效益。8.2.2并行工程8.2.2.1并行工程的定義和內(nèi)涵

對于并行工程的定義，目前得到普遍接受的是美國國防分析研究所R-338號研究報告中給出的定義：并行工程是對產(chǎn)品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）進行并行、集成設計的一種系統(tǒng)化的工作模式，使開發(fā)者一開始就要考慮到整個產(chǎn)品生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有要素，包括質(zhì)量、成本、進度計劃以及用戶要求等。并行工程的本質(zhì)是分析和優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)過程，在信息集成的基礎上實現(xiàn)過程的集成。8.2.2.2并行工程的關鍵技術該體系結構以異構計算機環(huán)境和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫為底層環(huán)境，在此基礎上建立PDM集成框架。在此框架中實現(xiàn)對并行工程信息、資源、組織、以及各應用子系統(tǒng)的集成，并通過過程管理功能對并行設計過程進行管理與控制。從這一體系結構可以看出，實現(xiàn)并行工程所需的關鍵技術分為四個方面，即CAX和DFX技術、并行工程過程管理技術、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術以及并行工程過程仿真與優(yōu)化技術。圖8-7一種并行工程集成框架體系結構1．CAX和DFX技術CAX技術是CAD、CAPP、CAM、CAE等技術的簡稱，即計算機輔助進行產(chǎn)品開發(fā)的技術。DFX技術是DFA（面向裝配設計）、DFM（面向制造設計）、DFT（面向檢驗設計）、DFQ（面向質(zhì)量設計）等技術的簡稱，即面向某種特定目標的產(chǎn)品開發(fā)技術。這兩大技術是實現(xiàn)并行工程的最基本手段。2．CE過程建模、仿真與優(yōu)化技術由于CE的本質(zhì)在于過程的集成，是一種制造系統(tǒng)的重構策略，因此實施CE的第一步必須構造具有比以往更加優(yōu)化的產(chǎn)品開發(fā)過程。借助于計算機建模、仿真與優(yōu)化技術，可以對現(xiàn)有或目標過程進行分析和優(yōu)化，從而得到符合需要的優(yōu)化過程。由于并行過程是否合理直接關系到并行工程實施的效果，因此過程建模、仿真和優(yōu)化技術一直是并行工程的重要研究內(nèi)容。4．PDM技術

并行設計強調(diào)多功能產(chǎn)品開發(fā)隊伍之間的協(xié)作以及分布式計算機環(huán)境下產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和共享，在信息集成的基礎上實現(xiàn)功能和過程的集成。其設計方法與傳統(tǒng)的串行設計方法在人員的組織、設計的支持環(huán)境、設計工具的使用、設計過程的制定及其達到的設計結果都有很大不同。因此，并行設計對企業(yè)中產(chǎn)品信息定義、描述、管理與傳遞，提出了更具挑戰(zhàn)性的要求：異構數(shù)據(jù)的管理問題。分布數(shù)據(jù)的組織和管理問題。并行的設計工作對信息的一致性、完整性和安全性提出了更高的要求。設計工作的協(xié)同問題。

PDM技術是對企業(yè)分布系統(tǒng)中的產(chǎn)品信息、應用系統(tǒng)、過程、以及各種媒體進行集成和管理的使能技術，可以使所有參與創(chuàng)建、交流、維護設計意圖的人在整個信息生命周期中自由共享和傳遞與產(chǎn)品相關的各種異構數(shù)據(jù)，即做到四個“正確”：把正確的信息在正確的時刻以正確的方式送給正確的人。PDM技術是實現(xiàn)并行工程的重要支撐技術：PDM為并行工程的產(chǎn)品開發(fā)團隊提供一個信息集成的工作環(huán)境，支持用戶在產(chǎn)品生命周期的任何階段訪問到最新的產(chǎn)品信息，并保證所有數(shù)據(jù)的完整性和安全性。PDM能夠?qū)Ψ植嫉漠a(chǎn)品數(shù)據(jù)進行管理，使得在異地工作的小組成員也可以并行地進行工作。PDM通過對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的版本、權限等管理，保證了并行設計中不會出現(xiàn)設計重復和不一致現(xiàn)象，從而提高設計的一次成功率。PDM通過過程管理功能，可以實現(xiàn)對產(chǎn)品生命周期各階段的重組、監(jiān)控與協(xié)調(diào)，支持產(chǎn)品數(shù)據(jù)的版本管理、審批發(fā)放管理、修改管理，通過預發(fā)布、電子會議、過程監(jiān)控與協(xié)調(diào)等功能保證并行設計工作的協(xié)同進行。8.2.2.3并行工程對制造業(yè)的影響和發(fā)展并行工程思想的產(chǎn)生，改變了制造工程中信息技術應用的面貌和水平，引發(fā)了其工作模式和組織結構的革命性變化和飛躍，突出表現(xiàn)在：傳統(tǒng)的串行工作模式向并行協(xié)同工作模式的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的遞階式分層組織結構向網(wǎng)絡式動態(tài)組織結構轉(zhuǎn)變。圖8-8建立CE自動化環(huán)境的五個階段圖中CE發(fā)展的第一階段僅限于實現(xiàn)單個任務內(nèi)部的集成，第二階段、第三階段可實現(xiàn)任務之間的集成，第四階段實現(xiàn)全過程的集成，第五階段為最高階段，可根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品要求及歷史經(jīng)驗，給各級管理者、設計者提供決策支持。目前CE框架發(fā)展很快，基本上已發(fā)展到第三、四階段，第五階段的產(chǎn)品正在開發(fā)中。8.2.3精良生產(chǎn)8.2.3.1精良生產(chǎn)的提出與內(nèi)涵精良生產(chǎn)（LeanProduction）是美國麻省理工學院（MIT）在90年代提出的新型生產(chǎn)方式。1985年，MIT啟動了一個重要的研究計劃——國際汽車研究計劃IMVP（InternationalMotorVehicleProgram），整個計劃耗資500萬美元，歷時逾5年，由15個國家的研究人員參加。經(jīng)過大量的調(diào)查和分析，該研究組織于1990年寫出了《改變世界的機器》一書，該書系統(tǒng)深入地分析了造成日本和美國汽車工業(yè)差距的主要原因，在日本豐田汽車公司生產(chǎn)方式的基礎上，歸納出了LP的生產(chǎn)方式，并進行了詳盡的論述。精良生產(chǎn)中的“Lean”的直譯就是“瘦肉”，即要去掉一切無用的“肥肉”，對生產(chǎn)過程進行“減肥”。其中心思想就是在工廠的各個環(huán)節(jié)去掉一切無用的東西，每個員工及其崗位的安排原則必須保證增值，不能增值的崗位必須加以撤除。精良生產(chǎn)是制造系統(tǒng)重構設計的典型策略之一。8.2.3.2精良生產(chǎn)的特征(1)以“人”為中心人是制造系統(tǒng)的重要組成部分，是一切活動的主體。LP強調(diào)以人為中心，認為人是生產(chǎn)中最寶貴的資源，是解決問題的根本動力。為了充分發(fā)揮人的作用，LP的具體做法有：推行獨立自主的小組化（TeamWork）工作方式，充分發(fā)揮人的主觀能動性、集體責任感與協(xié)作精神。原則上工人是終身雇傭的，工人的工資按資歷分級，獎金與公司盈利掛鉤，從而增強工人的主人翁責任感和工作的主動性。要求工人是多面手，從而提高了工作任務安排的靈活性，避免了單調(diào)枯燥的重復工作，提高了工作的創(chuàng)造性。(2)精良的組織方式在組織機構方面實行精簡化，去掉一切多余的環(huán)節(jié)和人員。從縱向減少層次，橫向打破部門壁壘，從遞階式管理結構轉(zhuǎn)化為扁平的網(wǎng)絡狀管理結構。(3)精良的設計方式LP強調(diào)TeamWork的工作方式來進行產(chǎn)品的設計開發(fā)。這些小組成員來自于公司各職能部門，各人發(fā)揮其特長，集體合作完成某一開發(fā)項目的任務。采用并行設計的手段，強調(diào)設計環(huán)節(jié)和制造環(huán)節(jié)的信息交流，減少設計和制造的返工，縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。(4)以顧客為“上帝”LP在顧客方面真正貫徹以顧客為“上帝”的宗旨，具體做法有：通過詳細周密的市場調(diào)查使產(chǎn)品面向顧客，并與顧客保持密切聯(lián)系。將顧客需求作為產(chǎn)品開發(fā)的一個重要因素，甚至將顧客引入產(chǎn)品開發(fā)過程。從價格、質(zhì)量、交貨速度、售后服務等各個方面滿足顧客的需求(5)精良的協(xié)作方式在大批量生產(chǎn)方式中，總裝廠和協(xié)作廠之間是一種松散的配合關系，經(jīng)常存在突出的利益矛盾，從而導致了各種各樣的問題。精良生產(chǎn)在這一方面得到了很大的改善，具體做法是：根據(jù)長期的合作關系及其一貫的表現(xiàn)選定協(xié)作廠，而不是靠投標的方式。總裝廠和協(xié)作廠之間是一種比較穩(wěn)定的、利益上休戚相關的關系。在利益分配方面，總裝廠和協(xié)作廠共同討論，在照顧到各方面都能取得合理利潤的情況下，確定各部分所能分到的成本價格，然后總裝廠和協(xié)作廠在各自所分得的目標價格前提下，應用價值工程方法進行成本分析，努力降低成本。如果某協(xié)作廠成本降低得多，可以得到更多的利潤，總裝廠并不會因此而改變其目標價格，如果成本減低的成果是總裝廠和協(xié)作廠共同努力的結果，則二者分享這部分額外利潤。這樣二者之間就達成了一種穩(wěn)定團結、共同奮斗、爭取盈利的關系。在交貨方式上，采取JIT的方式，協(xié)作廠將協(xié)作件直接、及時地送到總裝線上，從而力求“零庫存”的目標。由于總裝廠和協(xié)作廠之間相互依存的關系，協(xié)作廠通過“協(xié)作廠協(xié)會”的組織相互坦誠地交流最新的觀念和技術，通過不斷努力與總裝廠共同提高生產(chǎn)水平。

6.JIT的生產(chǎn)管理方式LP的生產(chǎn)組織形式采用“拉取”（PULL）的方式進行組織，而不是傳統(tǒng)的“推動”（PUSH）方式。后工序只在必要的時候到前工序提取必要的物品，而前工序也只生產(chǎn)要被取走的物品。同樣，車間與車間之間、供應商與生產(chǎn)廠之間、總裝廠與協(xié)作廠之間都采取這種生產(chǎn)管理方式。這就是所謂的“及時制”（JustInTime）生產(chǎn)方式。JIT要求從原材料供應商，到協(xié)作廠配套零部件，到各個車間以及各個工序之間提供半成品，都需要不早不晚，在準確的時間、準確的地點、提供準確的數(shù)量和高質(zhì)量的物品給準確的人?；谶@樣的原則，重新進行整個車間的布局和設備布置，使零部件生產(chǎn)和裝配都能以最短的路徑和效率實現(xiàn)。JIT有效地減少了各種庫存，減少了物料和能源的浪費，提高了生產(chǎn)效率。8.2.4敏捷制造8.2.4.1敏捷制造的概念和內(nèi)涵敏捷制造（AgileManufacturing）的概念是由美國里海大學的幾位教授在美國國國會和國防部的支持下會同美國眾多工業(yè)界的主要決策人于1991年向美國國會提交的“美國21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略”報告中首次提出的。敏捷制造思想的出發(fā)點是基于對多元化和個性化市場發(fā)展趨勢的分析，認為制造系統(tǒng)應盡可能具有高的柔性和快速反應能力（即敏捷性），從而在變幻莫測、競爭激烈的市場中具有高的競爭能力。因此，敏捷制造是制造系統(tǒng)為了實現(xiàn)快速反應和靈活多變的目標而采取的一種新的制造模式。8.2.4.2敏捷制造系統(tǒng)的基本特征

開放的體系結構全企業(yè)集成技術的領先作用技術的敏感縮短循環(huán)周期柔性的重新配置組合產(chǎn)品設計一次成功可存取和可使用的信息產(chǎn)品終身質(zhì)量保證考慮長期利益的管理與領導根據(jù)用戶反應建立組織機構并行工作動態(tài)多方合作繼續(xù)教育尊重雇員向工作小組及其成員放權知識面廣闊的雇員對環(huán)境仁慈根據(jù)里海大學Iacocca研究所的研究，敏捷制造企業(yè)具有18條企業(yè)特征：根據(jù)這18條企業(yè)特征，可以提出敏捷制造企業(yè)的基本特征：產(chǎn)品批量與成本無關新產(chǎn)品快速上市全生命周期顧客滿意質(zhì)量：敏捷制造企業(yè)的質(zhì)量概念強調(diào)整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)使顧客滿意。通過并行設計、質(zhì)量功能配置（QualityFunctionDeployment，QFD）、價值分析、仿真等手段在產(chǎn)品的設計、制造、銷售、服務、維修、回收等整個生命周期內(nèi)的各個環(huán)節(jié)使顧客滿意。8.2.4.3實現(xiàn)敏捷制造的主要措施（1）企業(yè)內(nèi)部動態(tài)的組織方式（2）企業(yè)外部的動態(tài)聯(lián)盟（3）重視人的因素（4）強調(diào)技術的創(chuàng)新（5）組織、人、技術的集成為實現(xiàn)制造企業(yè)不斷變化、快速響應的目標，敏捷制造企業(yè)通常采取下列措施：

8.2.5CALS8.2.5.1CALS的產(chǎn)生和內(nèi)涵最初的CALS是指ComputerAidedLogisticSupport—“計算機輔助后勤支援”，是美國國防部于1985年9月提出的一項戰(zhàn)略計劃。在該計劃實施以前，美國國防部對武器的采購與維護主要采取傳統(tǒng)的以紙張為載體的密集型技術文件方式，使得武器裝備的采購效率低、開發(fā)周期過長、用戶對技術資料的獲取、修改、維護和查詢費用偏高、并且十分困難，從而大大影響了國防軍事的發(fā)展。CALS計劃正是為了改變美國武器裝備后勤支援中的文件密集型工作方式，加快武器裝備的采購、維修速度、降低國防開支、提高武器裝備的可靠性而提出的CALS計劃的主要任務是：利用計算機生成、存取、維護、分配和傳播與武器裝備采辦、使用、維護有關的信息和包括工程圖、技術手冊、培訓材料及各種數(shù)據(jù)的技術資料。該計劃從開始就確定了分階段實施的策略：首先實現(xiàn)現(xiàn)有書面文件流的數(shù)字化和生成自動化，并利用經(jīng)營信息標準和技術信息標準實現(xiàn)國防部用戶與承包商以及承包商與承包商之間的信息交換。CALS目前具有四個層次的含義：

（1）ComputerAidedLogisticSupport：計算機輔助后勤支援。這一層次的CALS利用計算機技術將人工的、以紙張為載體的技術文件密集型工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨茸詣踊c集成化的工作方式，以數(shù)字化方式管理武器裝備的技術資料，革新武器裝備的后勤支援。（2）ComputerAidedAcquisitionandLogisticSupport：計算機輔助采辦與后勤支援。這一層次的CALS的應用范圍從后勤支援擴展到了采辦過程，將武器裝備的采辦與后勤連成一體。（3）ContinuousAcquisitionandLife-cycleSupport：連續(xù)采辦與全生命周期支援。這一層次的CALS不再局限于武器裝備的采辦與后勤支援，而擴展到了所有需要進行采辦與支援的產(chǎn)品。強調(diào)用戶從承包商或供貨商處采辦的產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)都能得到供貨方持續(xù)的支持。如承包商技術資料的修改與更新可以及時反映給用戶，從而保證產(chǎn)品的正確使用和維護。（4）CommerceatLightSpeed：光速商業(yè)。1994年CALS又被賦予了新的含義，將CALS定位到信息高速公路和電子商業(yè)方面，在商業(yè)、制造和經(jīng)營管理中充分利用Internet/Intranet技術，從而使CALS進入了一個嶄新的發(fā)展和應用階段。8.2.5.2實施CALS的關鍵技術（1）構造集成化數(shù)據(jù)環(huán)境圖8-9一種CALS集成化數(shù)據(jù)環(huán)境在該環(huán)境中，集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫位于核心地位，它通過各種基于標準的接口和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術將產(chǎn)品設計、制造、維修、售后服務以及承包商、用戶都集成起來，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)和制造周期。構造集成化數(shù)據(jù)環(huán)境的重點在于網(wǎng)絡通訊技術、集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫技術和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術。（2）動態(tài)聯(lián)盟的組織方式要做到客戶與供應商、供應商與供應商之間的集成，只解決企業(yè)內(nèi)部信息與過程集成遠遠不夠，還必須解決企業(yè)外部方方面面的信息和過程集成，這主要通過動態(tài)聯(lián)盟的方式實現(xiàn)，在組建動態(tài)聯(lián)盟的過程中要解決組織形式、職責與利益分配、信息與資源的分配等一系列技術和規(guī)則問題。（3）CALS數(shù)據(jù)標準CALS中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)具有分布異構的特點，如果各自按照其專用格式勢必會難以進行信息集成。在CALS中，通過各種標準來實現(xiàn)信息的集成。CALS標準是一整套政策、技術標準和規(guī)范。這些標準為不同地區(qū)和行業(yè)的制造、銷售廠商以及相關的財政、金融、政府部門提供標準化的信息共享的格式和信息傳遞的操作規(guī)范，使信息可以在異構的計算機環(huán)境中實現(xiàn)共享和傳遞。在眾多的標準中，涉及到經(jīng)營信息的標準主流是電子數(shù)據(jù)交換標準（ElectronicDataInterchange，EDI），而涉及到技術信息的主要標準之一是STEP標準。8.2.5.3CALS應用實例與效益分析

F-22項目是在美國空軍的主持下，以Boeing、Lockheed和Pratt&Whitney等公司為主承包的一個重要項目。該項目由于積極實施CALS及其相關技術，取得了很好的效果。該項目的系統(tǒng)構成包括：（1）管理/技術信息系統(tǒng)（M/TIS）（3）集成武器系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（IWSDB）（2）交互電子技術手冊（IETM）系統(tǒng)8.2.6虛擬制造系統(tǒng)

8.2.6.1虛擬制造系統(tǒng)的定義和內(nèi)涵

虛擬制造（VirtualManufacturing）是以制造技術和計算機技術支持的系統(tǒng)建模技術和仿真技術為基礎，集現(xiàn)代制造工藝、計算機圖形學、并行工程、人工智能、人工現(xiàn)實技術和多媒體技術等多種高新技術為一體，由多學科知識形成的一種綜合系統(tǒng)技術。它將現(xiàn)實制造環(huán)境及其制造過程通過建立系統(tǒng)模型映射到計算機及其相關技術所支撐的虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實制造環(huán)境及其制造過程的一切活動和產(chǎn)品的制造全過程，并對產(chǎn)品制造及制造系統(tǒng)的行為進行預測和評價。

建立虛擬制造系統(tǒng)的目的有兩方面：在不消耗系統(tǒng)實際資源的情況下，可以改進產(chǎn)品結構、優(yōu)化生產(chǎn)過程、充分利用資源、發(fā)現(xiàn)存在的問題。通過虛擬制造系統(tǒng)的運行，提前消除了實際制造系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，提高了實際制造系統(tǒng)的輸出質(zhì)量，因此可以縮短產(chǎn)品的制造周期，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過在虛擬制造系統(tǒng)中實現(xiàn)一些新的或關鍵制造技術（如新技術、新工藝）來仿真新技術或關鍵技術對生產(chǎn)所帶來的結果（效益和風險），幫助企業(yè)作出正確的規(guī)劃和決策，以及在學術方面進行有價值的科學研究。8.2.6.2虛擬制造系統(tǒng)的實現(xiàn)與運行圖8-10虛擬制造系統(tǒng)的實現(xiàn)和運行8.2.6.3虛擬制造的技術體系圖8-11虛擬制造的技術體系在技術體系中，所涉及的關鍵技術有：

1.虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實技術主要包括：人機接口技術，包括可視化顯示器、觸覺接口、運動接口、位置跟蹤與變換技術。虛擬環(huán)境生成技術，包括人機交互模式、三維動態(tài)圖象生成、虛擬空間引導方法等技術。2.系統(tǒng)建模技術在虛擬制造系統(tǒng)中涉及建立的模型主要有：制造系統(tǒng)的資源模型、環(huán)境模型、信息流模型、制造過程模型、產(chǎn)品模型、組織模型等。3.計算機仿真技術虛擬制造系統(tǒng)所涉及的仿真內(nèi)容包括：產(chǎn)品運動、動力學仿真。產(chǎn)品裝配仿真。產(chǎn)品制造過程仿真。虛擬樣機。生產(chǎn)過程仿真。4.虛擬制造系統(tǒng)評價與決策技術虛擬制造系統(tǒng)評價與決策技術包括：仿真結果的驗證標準和程序。仿真結果的評測方法(優(yōu)劣、可靠性)。對仿真結果的誤差分析、影響因素分析。基于仿真結果的決策方法。8.3現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式的發(fā)展趨勢

制造系統(tǒng)模式是為了適應制造業(yè)面臨的形勢和需要不斷產(chǎn)生和發(fā)展的。今天，制造業(yè)正在步入21世紀，現(xiàn)代制造系統(tǒng)模式為適