先進(jìn)制造系統(tǒng) 課件 第4、5章 先進(jìn)制造自動(dòng)化系統(tǒng)、先進(jìn)制造模式及其管理技術(shù)

1第四章自動(dòng)化制造系統(tǒng)技術(shù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

1

2

3

柔性制造技術(shù)計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)概述

4

2先進(jìn)制造自動(dòng)化技術(shù)概述

1

31936年，通用公司D.S.Harder提出自動(dòng)化的概念。狹義——用機(jī)器代替人的體力和腦力勞動(dòng)廣義——制造自動(dòng)化系統(tǒng)是由一定范圍的被加工對象、一定柔性和自動(dòng)化水平的各種設(shè)備和高素質(zhì)的人組成的一個(gè)有機(jī)整體，它接受外部信息、能源、資金、配套件和原材料等，在人和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的共同作用下，實(shí)現(xiàn)一定程度的柔性制造自動(dòng)化，最后輸出產(chǎn)品、文檔資料、廢物和對環(huán)境的污染。一、制造自動(dòng)化系統(tǒng)的概念制造自動(dòng)化系統(tǒng)的定義4形式方面具有三個(gè)方面的含義代替人的體力勞動(dòng)；代替或輔助人的腦力勞動(dòng)；制造系統(tǒng)中人、機(jī)及系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。功能方面代替人的體力和腦力勞動(dòng)是制造業(yè)自動(dòng)化功能的一部分。當(dāng)前的完整目標(biāo)體系模型為TQCSE：T—時(shí)間，意在縮短產(chǎn)品制造周期，提高生產(chǎn)率；Q—質(zhì)量；C—成本；S—服務(wù)，一是為市場服務(wù)，一是通過減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的方式為員工服務(wù)；E—環(huán)境，資源利用充分，環(huán)境污染少，綠色制造范圍方面制造自動(dòng)化不僅涉及到具體的生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期所有過程。制造自動(dòng)化的內(nèi)涵5制造自動(dòng)化系統(tǒng)的典型組成具有一定技術(shù)水平和決策能力的人是人-機(jī)一體化的系統(tǒng)，對人的要求不是降低了，而是提高了；一定范圍的被加工對象能在一定范圍內(nèi)適應(yīng)被加工對象的變化；信息流及其控制系統(tǒng)信息流控制著物流，進(jìn)而控制產(chǎn)品的制造質(zhì)量能量流及其控制系統(tǒng)能量流為物流過程提供能量，以維持系統(tǒng)的運(yùn)行物料流及物料處理系統(tǒng)是系統(tǒng)的主要運(yùn)作方式，是制造自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃的重要內(nèi)容6制造自動(dòng)化系統(tǒng)的工程概念人機(jī)功能合理分配的物料處理系統(tǒng)7制造自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷史二、制造自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢8制造自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷史

第一階段(1870-1950)

純機(jī)械控制隨著電液控制的剛性自動(dòng)化加工單機(jī)和系統(tǒng)得到長足發(fā)展。

1946年，蘇聯(lián)學(xué)者米特洛萬諾夫提出成組生產(chǎn)工藝的思想，其成為制造自動(dòng)化系統(tǒng)賴以生存和發(fā)展的重要技術(shù)之一。

第二階段(1952-1965)

數(shù)控技術(shù)，特別是單機(jī)數(shù)控得到飛速發(fā)展。對多品種、小批量生產(chǎn)自動(dòng)化意義重大。

第三階段(1967-1985)

數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造系統(tǒng)發(fā)展迅速。

因忽略“人”的核心作用而不盡如人意。

第四階段(1985-)

CIMS9“精”是發(fā)展的關(guān)鍵—精確化“極”是發(fā)展的焦點(diǎn)—極端化“文”是發(fā)展的新義—人文化制造產(chǎn)品“綠”是發(fā)展的必然—綠色化“快”是發(fā)展的動(dòng)力—快速化“省”是發(fā)展的原則—節(jié)省“效”是發(fā)展的追求—高效制造過程“數(shù)”是發(fā)展的核心—數(shù)字化“自”是發(fā)展的條件—自動(dòng)化“集”是發(fā)展的方法—集成化“網(wǎng)”是發(fā)展的道路—網(wǎng)絡(luò)化“智”是發(fā)展的前景—智能化制造方法制造自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢10（1）高度智能集成性這是計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)和人工智能技術(shù)在制造系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的必然結(jié)果，智能化已成為制造自動(dòng)化系統(tǒng)的主要特征之一。智能技術(shù)使得制造系統(tǒng)具有自律、自決策、自診斷、自糾正能力。智能集成性體現(xiàn)在兩方面：一是信息的集成；二是人與技術(shù)的集成。11（2）人機(jī)結(jié)合的適度自動(dòng)化不片面強(qiáng)調(diào)完全自動(dòng)化，堅(jiān)持人在自動(dòng)化系統(tǒng)中的核心地位，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)人機(jī)功能的合理分配，并能夠充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性。其特點(diǎn)是成本低、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。（3）強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的柔性和敏捷性適應(yīng)多品種、小批量的市場環(huán)境和不可預(yù)測的市場需求，其敏捷性更好。著力點(diǎn)在于通過采用模塊化技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)等新技術(shù)手段，能夠通過改變自身的結(jié)構(gòu)適應(yīng)外部環(huán)境的不斷變化。12（4）功能擴(kuò)展化從目前面向零件加工的，向面向毛坯制造、物流管理、自動(dòng)裝配等多目標(biāo)體系發(fā)展。（5）小型化因其成本低、功能強(qiáng)、能滿足要求、易于操作和管理等優(yōu)點(diǎn)將得到廣泛應(yīng)用。如DNC，F(xiàn)MC（6）簡單化滿足要求的系統(tǒng)中，越簡單的越好。（7）環(huán)保化綠色制造。13制造自動(dòng)化系統(tǒng)的理論和方法研究制造自動(dòng)化系統(tǒng)開放式智能式體系結(jié)構(gòu)研究面向制造自動(dòng)化技術(shù)的數(shù)控技術(shù)研究面向制造自動(dòng)化技術(shù)的機(jī)器人技術(shù)研究面向制造自動(dòng)化技術(shù)的柔性制造技術(shù)研究面向制造自動(dòng)化技術(shù)的集成制造技術(shù)研究面向制造自動(dòng)化技術(shù)的智能制造技術(shù)研究三、先進(jìn)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)14工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

2

15一、工業(yè)機(jī)器人的起源機(jī)器人一詞首先由捷克劇作家、小說家卡列爾·卡佩克使用并推薦給全世界－1920年發(fā)表舞臺劇《羅森的全能機(jī)器人》小說在1924年和1927年的時(shí)候被紛紛傳到了日本、法國和歐洲國家，機(jī)器人這個(gè)名詞就向全世界鋪展開來。故事情節(jié)：帶感情的機(jī)器人消滅了人類，一對男女機(jī)器人相愛，世界又起死回生。161950，另一位美籍猶太人作家阿西莫夫在他的小說《我是機(jī)器人》中給出了“機(jī)器人學(xué)三定律”：機(jī)器人不得傷害人或由于故障而使人遭受不幸；機(jī)器人應(yīng)執(zhí)行人們所下達(dá)的指令，除非這些指令與第一定律相矛盾；機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己的生存，只要這種防護(hù)行為不與第一或第二定律相矛盾。17古代機(jī)器人春秋后期，魯班曾制造過一只木鳥，能在空中飛行“三日不下”。機(jī)器馬車西周時(shí)期，出現(xiàn)了能歌善舞的伶人，這是我國最早記載的機(jī)器人。公元前2世紀(jì)，亞歷山大時(shí)代的古希臘人發(fā)明了最原始的機(jī)器人──自動(dòng)機(jī)。可以自己開門，還可以借助蒸汽唱歌。二、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?jié)h代大科學(xué)家張衡不僅發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明了計(jì)里鼓車。每行一里，車上木人擊鼓一下，每行十里擊鐘一下。18后漢三國時(shí)期，蜀國丞相諸葛亮成功地創(chuàng)造出了“木牛流馬”。用其運(yùn)送軍糧，支援前方戰(zhàn)爭。寫字機(jī)器人1738年，法國天才技師杰克·戴·瓦克遜發(fā)明了一只機(jī)器鴨。它會(huì)嘎嘎叫，會(huì)游泳和喝水，還會(huì)進(jìn)食和排泄。1773年，自動(dòng)書寫玩偶、自動(dòng)演奏玩偶等被連續(xù)推出。現(xiàn)在保留下來的瑞士努薩蒂爾歷史博物館里的少女玩偶，還定期彈奏音樂供參觀者欣賞。19世紀(jì)中葉出現(xiàn)了科學(xué)幻想派和機(jī)械制作派。1886年《未來的夏娃》問世。在機(jī)械實(shí)物制造方面，1893年摩爾制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驅(qū)動(dòng)雙腿沿圓周走動(dòng)。191927年美國西屋公司工程師溫茲利制造了第一個(gè)機(jī)器人“電報(bào)箱”?？梢曰卮鹨恍﹩栴}?，F(xiàn)代機(jī)器人1952年，第一臺數(shù)控機(jī)床的誕生，為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。1948年，美國原子能委員會(huì)的阿爾貢研究所開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。主從機(jī)器人201959年UNIMATION公司推出的“UNIMATE”和1963年美國AMF公司推出的“VERSATRAN”

是機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）。VERSATRANUNIMATE211965年，MIT的Roborts演示了第一個(gè)具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機(jī)器人系統(tǒng)1970年在美國召開了第一屆國際工業(yè)機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議1973年，辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一臺由小型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人1980年后，日本贏得了“機(jī)器人王國”的美稱各種用途的機(jī)器人：水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、空中機(jī)器人、地面機(jī)器人、微小型機(jī)器人等德國排爆機(jī)器人相撲機(jī)器人無人駕駛振動(dòng)式壓路機(jī)22機(jī)器魚“自由泳”“過龍門”在水中“戲球”自主地避開障礙物我國研制的排爆機(jī)器人2370年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。

1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人?！捌呶濉逼陂g，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。1986年國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）開始實(shí)施。上世紀(jì)90年代初期起，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地。2009年10月29日中國首次使用水下機(jī)器人發(fā)現(xiàn)海底巨大黑煙囪。

我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展日本和美國在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始進(jìn)行機(jī)器人的研究，與他們相比較，我國還存在較大的差距，因此需要更多的人加入到發(fā)展機(jī)器人的事業(yè)中來。24理由之三：機(jī)器人做人做不了的事情。比如人們對太空的認(rèn)識，對原子分子進(jìn)行搬遷的機(jī)器人理由之二：機(jī)器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高溫的或危險(xiǎn)的環(huán)境，汽車生產(chǎn)線上的焊接工作理由之一：提高生產(chǎn)效率降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度。比如焊機(jī)器人提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

為什么要發(fā)展機(jī)器人?機(jī)器人汽車焊接生產(chǎn)線汽車裝配機(jī)器人25總結(jié)：三個(gè)發(fā)展階段第二代機(jī)器人則具備了感覺能力，能對周圍環(huán)境進(jìn)行感知第一代機(jī)器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機(jī)械手或遙控，把應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)做一遍第三代是智能機(jī)器人，不僅具有感覺能力，還具有獨(dú)立判斷和行動(dòng)的能力，并具有記憶、推理和決策的能力第一代第二代第三代26上世紀(jì)60年代，可實(shí)用機(jī)械的機(jī)器人被稱為工業(yè)機(jī)器人上世紀(jì)80年代到現(xiàn)在，正越來越向智能化方向發(fā)展

因此，至今為止也沒有一個(gè)統(tǒng)一的機(jī)器人的定義。國際上，關(guān)于機(jī)器人的定義主要有以下幾種：機(jī)器人學(xué)是一門不斷發(fā)展的科學(xué)，對機(jī)器人的定義也隨其發(fā)展而變化三、工業(yè)機(jī)器人的定義（1）美國機(jī)器人協(xié)會(huì)(RIA)的定義——機(jī)器人是“一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行種種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手(manipulator)”。27（3）美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)的定義——機(jī)器人是“一種能夠進(jìn)行編程并在自動(dòng)控制下執(zhí)行某些操作和移動(dòng)作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置”。（4）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義——“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個(gè)軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行種種任務(wù)”。（2）日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)(JIRA)的定義——工業(yè)機(jī)器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器(endeffector)的，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器”。（5）我國對機(jī)器人的定義——蔣新松院士曾建議把機(jī)器人定義為“一種擬人功能的機(jī)械電子裝置”(amechantronicdevicetoimitatesomehumanfunctions)。28參考各國的定義，對機(jī)器人給出以下定義：機(jī)器人是一種計(jì)算機(jī)控制的可以編程的自動(dòng)機(jī)械電子裝置，能感知環(huán)境，識別對象，理解指示命令，有記憶和學(xué)習(xí)功能，具有情感和邏輯判斷思維，能自身進(jìn)化，能計(jì)劃其操作程序來完成任務(wù)。29四、工業(yè)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)三個(gè)部分

工業(yè)機(jī)器人通常由機(jī)械部分（用于實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作）、傳感部分（用于感知內(nèi)部和外部的信息）、控制部分（控制機(jī)器人完成各種動(dòng)作）。六個(gè)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：提供機(jī)器人各部位、各關(guān)節(jié)動(dòng)作的原動(dòng)力。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：完成各種動(dòng)作。感受系統(tǒng)：由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成。機(jī)器人-環(huán)境交互系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外部設(shè)備的聯(lián)系和協(xié)調(diào)并構(gòu)成功能單元。人機(jī)交互系統(tǒng)：是人與機(jī)器人聯(lián)系和協(xié)調(diào)的單元?？刂葡到y(tǒng)：是根據(jù)程序和反饋信息控制機(jī)器人動(dòng)作的中心。分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。30工業(yè)機(jī)器人一般的機(jī)械組成機(jī)身部分：如同機(jī)床的床身結(jié)構(gòu)一樣，機(jī)器人機(jī)身構(gòu)成機(jī)器人的基礎(chǔ)支撐。有的機(jī)身底部安裝有機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)；有的機(jī)身可以繞軸線回轉(zhuǎn)，構(gòu)成機(jī)器人的腰。手臂部分：分為大臂、小臂和手腕，完成各種動(dòng)作。末端操作器：可以是擬人的手掌和手指，也可以是各種作業(yè)工具，如焊槍、噴漆槍等。關(guān)節(jié)：分為滑動(dòng)關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。實(shí)現(xiàn)機(jī)身、手臂各部分、末端操作器之間的相對運(yùn)動(dòng)。五、機(jī)器人的分類按用途分類工業(yè)機(jī)器人、空間機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、排險(xiǎn)救災(zāi)機(jī)器人、教學(xué)機(jī)器人和娛樂機(jī)器人等。按主要功能分類操作機(jī)器人——主要是模仿人的手和手臂的工作。移動(dòng)機(jī)器人——工業(yè)生產(chǎn)中帶有行走機(jī)構(gòu)的機(jī)器人完成運(yùn)輸，上下料等工作。信息機(jī)器人——主要指以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能行為模擬裝置。人機(jī)機(jī)器人——機(jī)器人和真人之間構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。如假肢機(jī)器人。按坐標(biāo)系統(tǒng)分類直角坐標(biāo)型：只具有移動(dòng)關(guān)節(jié)。圓柱坐標(biāo)型：具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、其余為移動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人。球坐標(biāo)型：又稱極坐標(biāo)式。具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、其余為移動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人。關(guān)節(jié)型：又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)式，具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人。按驅(qū)動(dòng)方法分類電力驅(qū)動(dòng)：主要形式，步進(jìn)電機(jī)、直(交)流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；液壓驅(qū)動(dòng)：抓取能力強(qiáng)，工作平穩(wěn)、靈敏，穩(wěn)定性好。氣壓驅(qū)動(dòng)：抓力小，成本低，穩(wěn)定性差按運(yùn)動(dòng)控制方式分類點(diǎn)位控制(PTP)：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)間的直線運(yùn)動(dòng)，不涉及兩點(diǎn)間的路徑規(guī)劃；連續(xù)軌跡控制(CP)：含軌跡規(guī)劃。按自動(dòng)化功能層次分類專用機(jī)器人：以固定程序在固定地點(diǎn)工作的機(jī)器人。通用機(jī)器人：具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，能夠通過改變程序完成多種作業(yè)的機(jī)器人。施教再現(xiàn)機(jī)器人：具有記憶功能，由人施教后可重施教內(nèi)容。智能機(jī)器人：具有各種感覺功能和識別功能，能做出決策自動(dòng)進(jìn)行反饋糾正的機(jī)器人。六、機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)自由度指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。工作精度包括定位精度和重復(fù)定位精度?？梢杂镁芏?、正確度、和準(zhǔn)確度三個(gè)參數(shù)來衡量。定位精度：指機(jī)器人實(shí)際到達(dá)的位置和設(shè)計(jì)的理想位置之間的差異。重復(fù)定位精度：指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一目標(biāo)位置的差異程度。工作范圍指機(jī)器人末端操作器所能到達(dá)的區(qū)域。工作速度指機(jī)器人各個(gè)方向的移動(dòng)速度或轉(zhuǎn)動(dòng)速度。這些速度可以相同，可以不同。承載能力指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。七、工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀焊接機(jī)器人主要是指利用機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊和弧焊。點(diǎn)焊——要求機(jī)器人手腕握持焊接工具準(zhǔn)確地對準(zhǔn)所要求的焊點(diǎn)，焊槍不與部件的其它部位接觸。通常，這些機(jī)器人所夾持的焊接工具大而重，同時(shí)還要求機(jī)器人有一個(gè)比較大的活動(dòng)范圍?；『浮獙Σ牧线M(jìn)行連續(xù)焊接，焊接前首先要將復(fù)雜的運(yùn)行軌跡示教給機(jī)器人，在需要處理較寬的焊縫時(shí)，可以編程使機(jī)器人作編織狀的橫擺運(yùn)動(dòng)。汽車工業(yè)運(yùn)用這種類型的機(jī)器人最多。39松下焊接機(jī)器人開元（神鋼）焊接機(jī)器人系統(tǒng)噴漆機(jī)器人噴漆易引發(fā)火災(zāi)，同時(shí)有害于身體健康，因此，噴漆作業(yè)是機(jī)器人特有的用途。使用噴漆機(jī)器人的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是涂層比人工噴涂的更加均勻。噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，具有動(dòng)作速度快、防爆性能好等特點(diǎn)，可通過手把手示教或點(diǎn)位示數(shù)來實(shí)現(xiàn)示教。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電器、陶瓷等工藝生產(chǎn)部門。裝配機(jī)器人為完成裝配作業(yè)而設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人。裝配機(jī)器人是柔性自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的核心設(shè)備，由機(jī)器人操作機(jī)、控制器、末端執(zhí)行器和傳感系統(tǒng)組成。操作機(jī)的結(jié)構(gòu)類型有水平關(guān)節(jié)型、直角坐標(biāo)型、多關(guān)節(jié)型和圓柱坐標(biāo)型等；控制器一般采用多CPU或多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)編程；末端執(zhí)行器為適應(yīng)不同的裝配對象而設(shè)計(jì)成各種手爪和手腕等；傳感系統(tǒng)又來獲取裝配機(jī)器人與環(huán)境和裝配對象之間相互作用的信息。42瑞士ABB公司裝配機(jī)器人43裝配機(jī)器人44水下機(jī)器人：用于海底礦物探測、打撈沉船、在海上或干式船塢中修理船舶等。軍用機(jī)器人：海軍和空軍對移動(dòng)式消防機(jī)器人感興趣，由于配有紅外傳感器，在緊急關(guān)頭，能夠作出比人更快的反應(yīng)。還有裝炮彈機(jī)器人等。發(fā)電廠機(jī)器人：在核發(fā)電廠，由于核燃料有放射作用，很多工作更適合于機(jī)器人操作。如：給活動(dòng)篩附屬裝置上潤滑油；閥門密封件的檢修等。家用機(jī)器人組裝機(jī)器人自動(dòng)工廠中的機(jī)器人：機(jī)器人的未來用途是成為全自動(dòng)化工廠或加工車間的一個(gè)組成部分。八、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用45柔性制造技術(shù)

3

46柔性概念及其衡量指標(biāo)制造系統(tǒng)的柔性，就是指制造系統(tǒng)的可變性，即制造系統(tǒng)適應(yīng)產(chǎn)品變化和生產(chǎn)條件變化的特性。分類定義衡量指標(biāo)設(shè)備柔性系統(tǒng)中的設(shè)備易于實(shí)現(xiàn)加工不同類型零件所具備的轉(zhuǎn)換能力。系統(tǒng)中設(shè)備實(shí)現(xiàn)加工不同零件所需的調(diào)整時(shí)間，包括：1）更換磨損刀具的時(shí)間；2）為加工同一類而不同組的零件所需的換刀時(shí)間；3）組裝新夾具所需的時(shí)間；4）機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工不同類型零件所需的調(diào)整時(shí)間，a.刀具準(zhǔn)備時(shí)間；b.零件安裝定位和拆卸時(shí)間；c.更換數(shù)控(NC)程序時(shí)間。工藝柔性系統(tǒng)能夠以多種方法加工某一零件組的能力，又稱加工柔性，即系統(tǒng)能加工的零件品種數(shù)。系統(tǒng)不采用成批方式而能同時(shí)加工零件的品種數(shù)。47

分類定義衡量指標(biāo)產(chǎn)品柔性系統(tǒng)能經(jīng)濟(jì)而迅速地轉(zhuǎn)向生產(chǎn)新產(chǎn)品的能力，即轉(zhuǎn)產(chǎn)能力，也稱為反應(yīng)柔性，表明為適應(yīng)新環(huán)境而采取新行動(dòng)的能力。系統(tǒng)從生產(chǎn)一種零件向生產(chǎn)另一種零件轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。流程柔性系統(tǒng)處理其故障并維持其生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行的能力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)生產(chǎn)率下降程度或零件能否繼續(xù)加工的能力。批量柔性系統(tǒng)在不同批量下運(yùn)行都有經(jīng)濟(jì)效益的能力。系統(tǒng)保證有經(jīng)濟(jì)效益的最小運(yùn)行批量。擴(kuò)展柔性系統(tǒng)能根據(jù)需要通過模塊進(jìn)行組建和擴(kuò)展的能力。系統(tǒng)能擴(kuò)展的規(guī)模大小。工序柔性系統(tǒng)變換零件加工工序、順序的能力。以實(shí)時(shí)方式進(jìn)行工藝路線決策的能力。生產(chǎn)柔性上述柔性的總和。48各種柔性的相互關(guān)系圖49柔性制造技術(shù)的分類柔性制造模塊（FlexibleManufacturingModule）FMM由單臺CNC機(jī)床加上工件自動(dòng)上下料裝置組成，它能夠進(jìn)一步組成柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。50柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell）FMC由2到3個(gè)柔性制造模塊組成，它們之間用工件自動(dòng)輸送設(shè)備連接起來，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀，自動(dòng)上下料，自動(dòng)檢測（自動(dòng)測量）和自動(dòng)監(jiān)控（對刀具狀態(tài)磨損、折斷等）。整個(gè)單元由計(jì)算機(jī)控制。FMC可以看成是小型的FMS，也可以看成是FMS的基本組成單元。51柔性制造線（FlexibleManufacturingLineFML）FML是處于單一品種或少品種剛性自動(dòng)線與多品種中小批量的FMS之間的一種生產(chǎn)線。FML能加工少數(shù)幾個(gè)品種零件，這些零件往往具有高度的相似性，和大批量自動(dòng)生產(chǎn)線相類似，工件在FML中是按一定的生產(chǎn)節(jié)拍（時(shí)間間隔）沿一定的方向順序輸送的，輸送過程中，由各種自動(dòng)機(jī)床依次進(jìn)行加工。FML中常見的數(shù)控機(jī)床是多軸、換箱機(jī)床。如換箱式、轉(zhuǎn)塔式加工中心。52柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）將柔性制造單元進(jìn)行擴(kuò)展，增加加工設(shè)備的數(shù)量(如4臺以上的加工中心)，再配備完善的物料運(yùn)輸存儲(chǔ)系統(tǒng)，加上一整套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來管理全部生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)度，并綜合控制機(jī)床設(shè)備的加工過程和物流系統(tǒng)的儲(chǔ)運(yùn)流程，這樣就形成了一個(gè)完整的柔性制造系統(tǒng)。535455柔性制造工廠（FlexibleManufacturingFactory）以FMS為主體，將其應(yīng)用范圍擴(kuò)大到全廠的生產(chǎn)管理過程，使整個(gè)產(chǎn)品的制造過程（包括加工、裝配、物流系統(tǒng)等）全部自動(dòng)化，并由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將其有機(jī)的聯(lián)系起來，形成制造過程全部自動(dòng)化的柔性制造工廠。56柔性制造系統(tǒng)的基本概念

FMS是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動(dòng)化的工藝設(shè)備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成。能構(gòu)根據(jù)加工對象的變換迅速調(diào)整，適應(yīng)多品種和中小批量生產(chǎn)。1967年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。其主要設(shè)備是六臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機(jī)床，目標(biāo)是在無人看管條件下，實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的困難而未全部建成。起源及發(fā)展ＦＭＳ概念57同年，美國的懷特·森斯特蘭公司建成OmnilineI系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機(jī)床間傳送和進(jìn)行加工。這種柔性自動(dòng)化設(shè)備適于少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動(dòng)生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動(dòng)線。日本、前蘇聯(lián)、德國等也都在60年代末至70年代初，先后開展了FMS的研制工作。1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設(shè)備形式。柔性制造單元(FMC)一般由1-2臺數(shù)控機(jī)床與物料傳送裝置組成，有獨(dú)立的工件儲(chǔ)存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動(dòng)裝卸工件，甚至自動(dòng)檢測工件，可實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。

5870年代末期，F(xiàn)MS在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期已進(jìn)入實(shí)用階段，其中以由3—5臺設(shè)備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動(dòng)化電機(jī)加工車間，由60個(gè)柔性制造單元（包括50個(gè)工業(yè)機(jī)器人）和一個(gè)立體倉庫組成，另有兩臺自動(dòng)引導(dǎo)臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個(gè)無人化電機(jī)裝配車間，它們都能連續(xù)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種自動(dòng)化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的自動(dòng)化工廠邁出的重要一步。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動(dòng)化程度不很完善的經(jīng)濟(jì)型FMS，使FMS的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。59工件輸送處60柔性制造系統(tǒng)的組成

61加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)的機(jī)床類型及配置形式數(shù)控（CN）或計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）車、銑、刨、磨機(jī)床和齒輪加工機(jī)床。加工棱體類零件的FMS，機(jī)床一般選擇臥式、立式或立臥兩用的數(shù)控加工中心。加工回轉(zhuǎn)體類零件的FMS，采用的是能夠加工軸類和盤類零件的車削加工中心。62特征a)互替形式b)互補(bǔ)形式c)混合形式簡圖生產(chǎn)柔性低中高生產(chǎn)率低高中技術(shù)利用率低中高系統(tǒng)可靠性高低中投資強(qiáng)度比高低中63機(jī)床自動(dòng)上下料裝置托盤——托盤是工件與夾具的一個(gè)載體。它的作用是實(shí)現(xiàn)工件夾具系統(tǒng)與輸送裝置以及加工設(shè)備之間的連接作用。采用隨行托盤的目的是給工件運(yùn)送和裝卸提供方便。所以托盤必須采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式。托盤結(jié)構(gòu)——一般做成正方形或長方形的板，又叫板式托盤，托盤的頂面是一平面，有T型槽或矩陣分布的孔用來安裝和固定夾具，夾具與托盤靠定位鍵定位，用螺栓把緊；托盤的底面有輸送基面，還有導(dǎo)向和定位結(jié)構(gòu)，其精度很高，以便在輸送裝置或機(jī)床工作臺上定位和安裝。64托盤緩沖站——一種待加工零件的中間存儲(chǔ)站一般設(shè)在機(jī)床旁邊，使待加工零件排隊(duì)等待機(jī)床空閑后進(jìn)行加工。65托盤交換器——用來實(shí)現(xiàn)托盤緩沖站與機(jī)床之間工件裝卸的裝置。常用的有兩種結(jié)構(gòu)形式。66機(jī)器人（機(jī)械手臂運(yùn)送工件）67加工系統(tǒng)的監(jiān)控FMS的工作過程大多是在無人操作和無人監(jiān)視的環(huán)境下進(jìn)行的，所以，為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和加工過程進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控主要是檢測、收集系統(tǒng)各部分的運(yùn)行信息，如加工設(shè)備、物流設(shè)備、系統(tǒng)安全監(jiān)視等信息，作出相應(yīng)處理。加工過程監(jiān)控主要是對零件精度進(jìn)行檢測和對加工刀具進(jìn)行監(jiān)控。6869據(jù)國外資料顯示，產(chǎn)品和零件的整個(gè)生產(chǎn)過程中，毛坯料、在制品、成品的運(yùn)輸及存放時(shí)間大約占整個(gè)生產(chǎn)過程的95%，而花在機(jī)床上的時(shí)間只有5%，在這5%中，機(jī)床真正切削的時(shí)間只占30%，其余70%的時(shí)間都在零件的裝夾、定位、測量、換刀和機(jī)床調(diào)整等方面了。合理選擇物流系統(tǒng)是提高設(shè)備利用率、提高FMS生產(chǎn)率的有效措施。物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)的功能運(yùn)輸裝卸功能存儲(chǔ)功能物料識別功能70運(yùn)輸裝卸功能在正確的時(shí)候，將正確的物料（工件、刀具）運(yùn)送（裝卸）到正確的地點(diǎn)，主要的運(yùn)輸路徑如圖所示。托盤緩沖站自動(dòng)化倉庫機(jī)床機(jī)床工件刀具裝卸站中央刀庫機(jī)床主軸機(jī)床刀庫刀具71存儲(chǔ)功能在制造系統(tǒng)中，工件（毛坯、半成品、成品）和刀具等物料許多時(shí)間是處于等待和準(zhǔn)備的狀態(tài)，所以物流系統(tǒng)還包括倉庫和緩沖站，用以暫時(shí)存放物料。物料識別功能物料（工件和刀具）在系統(tǒng)中流動(dòng)過程中，其位置、數(shù)量及性質(zhì)是在不斷變化的。因此系統(tǒng)需要對物料進(jìn)行識別和編號，這樣才能對它們進(jìn)行有效的控制和管理。72輥道輸送機(jī)自動(dòng)運(yùn)輸小車搬運(yùn)機(jī)器人主要的物料運(yùn)輸裝置自動(dòng)運(yùn)輸小車分為：有軌小車和無軌小車。有軌小車有地面軌道和高架軌道兩種。無軌小車是指無人駕駛的自動(dòng)導(dǎo)引小車（AGVAutomatedGuidedVehicle）。AGV有線導(dǎo)、光導(dǎo)、遙控制導(dǎo)等幾種形式。73物料輸送形式按輸送設(shè)備的不同，F(xiàn)MS通常有以下4種輸送方式：直線型輸送方式環(huán)形輸送方式網(wǎng)型輸送方式單元輸送方式輸送設(shè)備作直線運(yùn)動(dòng)，在輸送線兩側(cè)布置機(jī)床。一般用于工件按規(guī)定順序輸送的情況，類似于自動(dòng)線，它配置中央倉庫和緩沖站后，可具有較大的柔性。

直線型輸送方式74環(huán)型輸送方式輸送線路為封閉環(huán)型輸送線，內(nèi)部還有支線，可形成多環(huán)線，機(jī)床布置在環(huán)線的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。這種方式的內(nèi)部儲(chǔ)存功能較大，運(yùn)輸線路較為靈活，一般可不配中央倉庫。

75網(wǎng)型輸送方式這種方式用自導(dǎo)運(yùn)輸小車作為輸送設(shè)備它的運(yùn)輸線路是多結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀型式，其工件的輸送非常靈活。配合中央倉庫使用，生產(chǎn)柔性很大，適用于小批量多品種生產(chǎn)。76單元型輸送方式是在以機(jī)器人為中心、機(jī)床就布置在以機(jī)械手臂長度為半徑的圓周上。它主要用于加工回轉(zhuǎn)體零件的柔性制造系統(tǒng)。77直線型輸送和環(huán)型輸送方式——通常采用滾道輸送機(jī)，形成直線或環(huán)線形式，它們的運(yùn)行效率比較高，適用于工件批量較大的生產(chǎn)。網(wǎng)型輸送和單元輸送方式——使系統(tǒng)的柔性很高，工件的輸送路線較為靈活自由適用于多品種混合批量的生產(chǎn)。輸送方式對比78物料存儲(chǔ)設(shè)備自動(dòng)化立體倉庫由多層貨架堆垛起重機(jī)（堆垛機(jī)）進(jìn)出庫裝卸站計(jì)算機(jī)控制和管理系統(tǒng)自動(dòng)化立體倉庫的多層貨架79堆垛機(jī)堆垛機(jī)是立體倉庫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝貨和取貨的主機(jī)，它能夠根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，將入庫的貨物放入指定的倉位，或者從倉庫中找出所需要的貨物。3個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使堆垛機(jī)可以沿3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。80進(jìn)出庫裝卸站在立體倉庫的巷道端口處有進(jìn)出庫裝卸站。物料入庫→輸送設(shè)備→進(jìn)出庫裝卸站→堆裝機(jī)→指定倉位物料出庫→指定倉位→堆裝機(jī)→進(jìn)出庫裝卸站→輸送設(shè)備計(jì)算機(jī)控制和管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)存取識別和登錄物料信息儲(chǔ)存物料時(shí)由計(jì)算機(jī)控制堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng)到物料存放地址，將物料存進(jìn)去；取出物料時(shí)，計(jì)算機(jī)控制堆垛機(jī)自動(dòng)找到存放地址，將物料取出。81識別和登錄物料信息物料在FMS中流動(dòng)前，首先在自動(dòng)化倉庫的自動(dòng)儲(chǔ)存/檢索系統(tǒng)中進(jìn)行登記。由管理員將物料名稱、物料代碼、數(shù)量、批次、存放地址以及條碼或電子標(biāo)簽信息等輸入計(jì)算機(jī)，方便檢索和跟蹤管理。FMS中物料一般采用條形碼識別技術(shù)或無線射頻識別技術(shù)（RFID）進(jìn)行編碼。采用條碼技術(shù)給物料貼上條碼，價(jià)格低廉。但掃描不是十分方便，掃描器需在可視范圍內(nèi)才能識別。用無線射頻技術(shù)給物料貼上電子標(biāo)簽，讀取很方便，不要求目標(biāo)在可視范圍內(nèi)。且采用電子標(biāo)簽?zāi)軌螂S時(shí)更新物料信息。82控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的功能83控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)FMS是一個(gè)復(fù)雜的制造系統(tǒng)，必須采用遞階控制的方式，即通過對系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行正確、合理地分解，劃分成若干層次，各層次分別進(jìn)行獨(dú)立處理，完成各自的功能，層與層之間在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支持下，保持信息交換，上層向下層發(fā)送命令下層向上層反饋命令的執(zhí)行結(jié)果。遞階控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)——為定義模塊化系統(tǒng)，特別是為實(shí)現(xiàn)任務(wù)分解功能，提供了一個(gè)較好的參考模型。有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)維護(hù)方便。84FMS的遞階控制結(jié)構(gòu)一般采用三層。在CIMS的五層遞階控制結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)MS相當(dāng)于CIMS模型的底下三層。85控制系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)備級按上級命令，直接控制加工機(jī)床、機(jī)器人、托盤交換器、三坐標(biāo)測量機(jī)等完成各項(xiàng)操作，并向上級控制器反饋命令執(zhí)行信息。設(shè)備級控制器有：NC（數(shù)控系統(tǒng)），PLC（可編程控制器），RC（機(jī)器人控制裝置）等。86工作站級加工工作站接收上級控制器下達(dá)的加工任務(wù)和數(shù)控加工程序向下級控制器分配加工任務(wù)和加工程序，并下達(dá)加工指令；刀具工作站按上級控制器指令進(jìn)行刀具分配和管理；物流工作站按上級指令及時(shí)運(yùn)送夾具、托盤、工件、刀具等物料；將設(shè)備級的執(zhí)行信息和反饋信息向上級反饋。87單元級接收計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)（如MRP或ERP）輸入的生產(chǎn)計(jì)劃信息，同時(shí)接收CAD/CAM集成系統(tǒng)輸入的工藝信息和數(shù)控加工程序；對任務(wù)加工時(shí)間、順序作出決策，并將任務(wù)和工藝信息及程序向下級分配；對刀具調(diào)用及管理作出決策并向下級下達(dá)指令；根據(jù)接收的反饋信息對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并及時(shí)作出調(diào)度決策。88柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)

側(cè)重點(diǎn)內(nèi)容硬件有兩臺以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其他的加工設(shè)備；有一套能夠自動(dòng)裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)；有一套計(jì)算機(jī)控制及信息通信網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。軟件運(yùn)行控制系統(tǒng)；質(zhì)量保證系統(tǒng)；數(shù)據(jù)管理和通訊系統(tǒng)功能能自動(dòng)管理工件的生產(chǎn)過程，具有調(diào)度優(yōu)化能力；通過改變軟件或系統(tǒng)參數(shù)能適應(yīng)不同零件組的加工；物流自動(dòng)，混流加工89柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

向小型化和單元化方向發(fā)展避免因強(qiáng)調(diào)規(guī)模而導(dǎo)致的成本過高、可靠性差的缺點(diǎn)，向適合于中小企業(yè)的小型化、單元化系統(tǒng)發(fā)展。向模塊化和集成化方向發(fā)展思路是以小型化、單元化的小型FMS為基本模塊，進(jìn)而組成FMS，再由FMS組成CIMS。單項(xiàng)技術(shù)性能與系統(tǒng)性能不斷提高將各種先進(jìn)的技術(shù)手段盡可能地應(yīng)用到這一領(lǐng)域中，提高其自診斷、自糾錯(cuò)、自修復(fù)、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)、自重組的能力。90

重視人的因素目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人-技術(shù)-組織的兼容和人機(jī)一體化。應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大金屬切削FMS；金屬熱加工和裝配……91計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)

4

92“自動(dòng)化孤島”CIMS的產(chǎn)生背景及其發(fā)展歷程CAD/CAM/CAE/CAPP等單元技術(shù)的充分發(fā)展，為制造企業(yè)提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量等提供了保障。但是也造成企業(yè)缺少整體規(guī)劃，產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)不能共享，造成“自動(dòng)化孤島”。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集成技術(shù)，使得企業(yè)內(nèi)部信息和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了及時(shí)性、準(zhǔn)確性和共享性。以信息、過程、企業(yè)集成為特征的CIMS應(yīng)運(yùn)而來。93將“自動(dòng)化孤島”集成在一起以產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化為需求驅(qū)動(dòng)單元技術(shù)的集成應(yīng)用優(yōu)化生產(chǎn)要素間的配置信息流動(dòng)的單向性，產(chǎn)品生產(chǎn)模式也是傳統(tǒng)的串行方式解決企業(yè)中各個(gè)自動(dòng)化孤島之間的信息交換與共享。包括企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、軟件工具與規(guī)范，異構(gòu)環(huán)境與子系統(tǒng)的信息集成，如MRPII，JIT等，其特點(diǎn)表現(xiàn)為：信息集成優(yōu)化(以早期計(jì)算機(jī)集成制造為代表)94將“自動(dòng)化孤島”集成在一起產(chǎn)品開發(fā)模式由傳統(tǒng)串行模式向并行模式轉(zhuǎn)換，強(qiáng)調(diào)群組協(xié)同工作，特點(diǎn)表現(xiàn)為：過程集成優(yōu)化(以并行工程為代表)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和相關(guān)過程的并行化處理信息流的多向性，產(chǎn)品生產(chǎn)模式的并發(fā)性95將“自動(dòng)化孤島”集成在一起企業(yè)內(nèi)外部資源實(shí)現(xiàn)優(yōu)化利用，實(shí)現(xiàn)敏捷制造，以企業(yè)間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、形成扁平式企業(yè)的組織管理結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品型企業(yè)等為特征，其特點(diǎn)體現(xiàn)在：企業(yè)間集成優(yōu)化(以敏捷制造為代表)企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的需要，應(yīng)對快速多變的市場敏捷制造新模式系統(tǒng)集成的“高魯棒性”96計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基本概念

CIMS是英文ComputerIntegratedManufacturingSystems的縮寫，直譯就是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）的概念最早是由美國學(xué)者哈林頓博士于1973年提出的，其基本出發(fā)點(diǎn)是：企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)（從市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務(wù)）的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)是不可分割的整體，彼此之間緊密聯(lián)系。（系統(tǒng)觀點(diǎn)）整個(gè)生產(chǎn)制造過程實(shí)質(zhì)上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程，最終形成的產(chǎn)品可看成是數(shù)據(jù)的物理表現(xiàn)。（本質(zhì)）97

CIMS定義：CIMS是通過計(jì)算機(jī)硬軟件，并綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)。將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)的人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息與物流有機(jī)集成并優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。國家科委高字[1997]250號文定義：CIMS是企業(yè)組織、管理和運(yùn)行的新模式。它綜合運(yùn)用現(xiàn)代制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和管理技術(shù)，將企業(yè)各項(xiàng)活動(dòng)中的人、技術(shù)和經(jīng)營管理，以及信息流、物流和資金流有機(jī)集成，并實(shí)現(xiàn)企業(yè)的整體優(yōu)化從而達(dá)到產(chǎn)品上市快、質(zhì)量高、成本低和服務(wù)好，使企業(yè)贏得市場競爭。98計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的組成兩個(gè)支撐模塊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)環(huán)境，交流的平臺數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)“信息倉庫”四個(gè)功能系統(tǒng)99

管理信息子系統(tǒng)以企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)或制造資源計(jì)劃(MRPII)為核心涵蓋市場銷售、物料供應(yīng)、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、財(cái)務(wù)管理、成本、庫存和技術(shù)管理等內(nèi)容——神經(jīng)中樞。工程設(shè)計(jì)子系統(tǒng)包括CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM等子系統(tǒng)(C4P)及它們的集成。制造自動(dòng)化子系統(tǒng)含制造設(shè)備子系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)子系統(tǒng)、物流子系統(tǒng)、制造信息子系統(tǒng)、制造過程生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度與控制子系統(tǒng)——是CIMS中信息流與物流的結(jié)合點(diǎn)。質(zhì)量保證子系統(tǒng)采集、存儲(chǔ)、評價(jià)與處理在設(shè)計(jì)、制造過程中與質(zhì)量有關(guān)的信息。100計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)公司級——執(zhí)行經(jīng)營管理和戰(zhàn)略決策工廠級——控制生產(chǎn)管理。信息管理、制造工程管理等車間級——負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)車間的生產(chǎn)和輔助工作單元級——負(fù)責(zé)相似零件分批通過工作站的順序和管理物料貯運(yùn)，檢驗(yàn)及其輔助性工作工作站級——負(fù)責(zé)指揮和協(xié)調(diào)車間中設(shè)備小組的活動(dòng)設(shè)備級——負(fù)責(zé)具體的加工、裝配或者測量面向CIMS功能構(gòu)成和控制結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)——六層遞階控制結(jié)構(gòu)101面向CIMS壽命周期的體系結(jié)構(gòu)——三維結(jié)構(gòu)：通用程度維、生命周期維和視圖維

生命周期維通用程度維視圖維功能信息資源組織通用部分通用專用102面向CIMS集成平臺的體系結(jié)構(gòu)硬件/操作系統(tǒng)層系統(tǒng)層通用服務(wù)層應(yīng)用層103我國“863計(jì)劃”中將CIMS確定為自動(dòng)化領(lǐng)域的主題研究項(xiàng)目之一，并規(guī)定了我國863/CIMS的戰(zhàn)略目標(biāo)為：跟蹤國際CIMS有關(guān)技術(shù)的發(fā)展；掌握CIMS關(guān)鍵技術(shù)；在制造業(yè)中建立能獲得綜合經(jīng)濟(jì)效益并能帶動(dòng)全局的CIMS示范工廠，通過推廣應(yīng)用及產(chǎn)品化促進(jìn)我國CIMS高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國實(shí)施CIMS的效益經(jīng)過十多年的努力，已形成了一個(gè)健全的組織和一支研究隊(duì)伍；實(shí)現(xiàn)了我國CIMS研究和開發(fā)的基本框架；建設(shè)研究環(huán)境和工程環(huán)境，包括一個(gè)國家CIMS實(shí)驗(yàn)工程中心和7個(gè)單元技術(shù)開放實(shí)驗(yàn)室，完成了一大批課題的研究工作，陸續(xù)選定了一批CIMS典型應(yīng)用工廠作為利用CIMS推動(dòng)企業(yè)技術(shù)改造的示范點(diǎn)；這些工廠包括飛機(jī)、機(jī)床、大型鼓風(fēng)機(jī)、紡織機(jī)械、汽車、家電、服裝以及鋼鐵、化工等行業(yè)。ThankYou!105概述先進(jìn)制造模式的運(yùn)作123先進(jìn)制造模式及其支撐環(huán)境4先進(jìn)制造模式的管理技術(shù)第五章先進(jìn)制造模式及其管理技術(shù)106先進(jìn)制造模式及其管理技術(shù)概述1107先進(jìn)制造模式——應(yīng)用和推廣先進(jìn)制造技術(shù)的制造模式稱為先進(jìn)制造模式。制造模式——一種制造哲理，具體表現(xiàn)為生產(chǎn)系統(tǒng)和管理方式的集成，它支持制造企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，包括了與一定的社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平相適應(yīng)的企業(yè)體制、經(jīng)營、生產(chǎn)組織和技術(shù)系統(tǒng)的形態(tài)和運(yùn)作方式的總和，是應(yīng)用和推廣制造技術(shù)的組織形式。一、基本概念制造模式＝組織形式108技術(shù)與需求驅(qū)動(dòng)——二、先進(jìn)制造模式產(chǎn)生的時(shí)代背景企業(yè)必須具有新的制造模式信息技術(shù)改變了人類的生活，需求呈現(xiàn)個(gè)性化、多樣化市場多變、快變，全球經(jīng)濟(jì)一體化，必須參與世界競爭信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得異地制造、合作制造、24小時(shí)不間斷制造成為可能，合作與競爭并存成為趨勢企業(yè)生存的關(guān)鍵——核心能力、快速響應(yīng)能力109適應(yīng)新型市場環(huán)境的制造企業(yè)新特征——快速生產(chǎn)出市場需要產(chǎn)品的生產(chǎn)的瓶頸是快速產(chǎn)品創(chuàng)新能力（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)）決定產(chǎn)品成本和利潤的主要因素是新產(chǎn)品中所含知識及創(chuàng)新的價(jià)值新的資源利用方式——異地資源利用新的企業(yè)——學(xué)習(xí)型企業(yè)新的競爭方式——培養(yǎng)核心能力、合作先進(jìn)制造技術(shù)＋先進(jìn)制造模式＝學(xué)習(xí)型企業(yè)110企業(yè)制造模式變革企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變革——金字塔式的多層生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)向分布式扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；固定組織形式向動(dòng)態(tài)、自主管理的團(tuán)隊(duì)化組織形式轉(zhuǎn)變工作方式的變革——傳統(tǒng)順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變制造系統(tǒng)中人的地位的變革——以技術(shù)為中心轉(zhuǎn)向以人為中心企業(yè)經(jīng)營理念的變革——質(zhì)量品牌戰(zhàn)略，社會(huì)責(zé)任和人本文化意識企業(yè)競爭關(guān)系的變革——純競爭轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)結(jié)盟式的合作三、先進(jìn)制造模式的新思想專業(yè)化分工與科學(xué)遞階層次控制的傳統(tǒng)管理方式的重大變革111四、企業(yè)制造模式的演進(jìn)手工與單件生產(chǎn)——基本特征作坊式的生產(chǎn)，生產(chǎn)者就是作坊主；通用機(jī)床，產(chǎn)品可靠性和一致性差；生產(chǎn)成本高，效率低；工廠組織結(jié)構(gòu)松散，管理層次簡單。機(jī)器與大批量生產(chǎn)——互換性技術(shù)、生產(chǎn)系統(tǒng)中的傳送帶、科學(xué)管理、汽車裝配自動(dòng)流水線產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與管理的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)裝配線和專用設(shè)備縱向一體化的塔型多層管理體制，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)自制112制造系統(tǒng)集成與大量定制生產(chǎn)——T/C/Q/S，高效、敏捷、集成柔性自動(dòng)化與多品種生產(chǎn)——市場的多變性、用戶的個(gè)性化、產(chǎn)品品種多樣化、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)化剛性自動(dòng)化的工序分散，生產(chǎn)節(jié)拍固定，順序流水線生產(chǎn)柔性自動(dòng)化的工序集中，生產(chǎn)節(jié)拍可變，非順序的物料輸送，高效靈活，低成本個(gè)性化需求、以顧客為中心、以服務(wù)取勝、

信息高度集成、拉式生產(chǎn)；精良生產(chǎn)；敏捷制造；并行工程；成組技術(shù)虛擬制造；綠色制造；獨(dú)立島制造；智能制造先進(jìn)制造模式113LeanProduction（LP）精益生產(chǎn)AgileManufacturing（AM）

敏捷制造VirtualManufacturing（VM）

虛擬制造IntelligentManufacturing（IM）

智能制造BionicManufacturing（BM）

生物制造Clean(Green)Manufacturing（GM）

綠色制造DisperseNetworkManufacturing（DNM）

分散化網(wǎng)絡(luò)制造先進(jìn)制造模式114先進(jìn)制造模式及其支撐環(huán)境2

115一、制造模式的層次性技術(shù)方法層(MethodandTechnologyLevel)一些相對獨(dú)立的技術(shù)方法系統(tǒng)方法層(SystematicMethodLevel)強(qiáng)調(diào)方法和技術(shù)的綜合集成哲理層(PhilosophicLevel)強(qiáng)調(diào)的是一種思想，一種理念116先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)制造模式是兩個(gè)不同的概念。但在實(shí)際中它們經(jīng)常被混淆。從研究對象上，先進(jìn)制造技術(shù)主要包括三類：設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)和管理技術(shù)。1、技術(shù)方法層先進(jìn)加工工序中的物流技術(shù)——工業(yè)智能技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)和產(chǎn)品、精密制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)、虛擬制造與分散網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)、快速響應(yīng)制造技術(shù)等。各種先進(jìn)制造技術(shù)——加工自動(dòng)化及設(shè)備，材料加工工藝技術(shù)，少無切削加工技術(shù)，超精密加工技術(shù)，超高速加工技術(shù)，特種加工技術(shù)，可裝配性工藝及裝配自動(dòng)化，檢測自動(dòng)化及在線質(zhì)量控制，物流系統(tǒng)及輔助過程自動(dòng)化。（1）制造技術(shù)117針對生產(chǎn)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)技術(shù)——計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign,CAD)，計(jì)算機(jī)輔助工程(ComputerAidedEngineering,CAE)，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(ComputerAidedProcessPlanning,CAPP)，面向X設(shè)計(jì)(DesignFor“X”,DFx),可靠性設(shè)計(jì)，健壯設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，精度設(shè)計(jì)，反求工程技術(shù)，快速原型設(shè)計(jì)，疲勞設(shè)計(jì)等。（2）設(shè)計(jì)技術(shù)按照生產(chǎn)管理的功能模塊，針對不同的管理職能有不同的具體管理技術(shù)和方法。（3）管理技術(shù)118生產(chǎn)計(jì)劃和控制中的管理技術(shù)——看板系統(tǒng)(KanbanSystem)，物料需求計(jì)劃（MRP）等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)中的管理技術(shù)——成組技術(shù)(GT)，質(zhì)量功能部署（QFD）等。（3）管理技術(shù)組織管理技術(shù)——企業(yè)集成與建模管理技術(shù)——IDEF方法、工作流建模技術(shù)等。質(zhì)量管理技術(shù)——質(zhì)量功能環(huán)（QualityCircle），ISO9000質(zhì)量認(rèn)證系列，統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制等。信息交流上的管理技術(shù)——各種計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)，電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)(ElectronicDataInterchange,EDI)，產(chǎn)品代碼識別技術(shù)等。1192、系統(tǒng)方法層各種獨(dú)立的技術(shù)和方法經(jīng)過充分發(fā)展后，可以形成一套系統(tǒng)技術(shù)。對此將其分為制造系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)。（1）制造系統(tǒng)成型的先進(jìn)制造系統(tǒng)主要有：柔性制造系統(tǒng)(FMS)虛擬制造(VirtualManufacturing)敏捷制造（Agilemanufacturing）計(jì)算機(jī)集成制造(ComputerIntegratedManufacturingSystem,CIMS)綠色制造(GreenManufacturing)120再制造(AgainManufacturing)智能制造(IntelligentManufacturing)全息制造系統(tǒng)/全能制造系統(tǒng)(HolonicManufacturingSystem)分散化網(wǎng)絡(luò)制造(DispersedNetworkManufacturing)單元制造系統(tǒng)(CellManufacturing)生物制造(Bionicmanufacturing)多代理制造(Multi-agentmanufacturing)分形制造系統(tǒng)（FractalManufacturingSystem）可重構(gòu)制造系統(tǒng)(Re-configurableManufacturingSystem)（1）制造系統(tǒng)121（2）生產(chǎn)管理系統(tǒng)質(zhì)量管理——全面質(zhì)量管理(TotalQualityManagement,TQM)產(chǎn)品開發(fā)管理——并行工程(CurrentEngineering,CE)企業(yè)流程管理——商業(yè)流程再造(BusinessProcessReengineering，BPR)在生產(chǎn)管理系統(tǒng)上，除了各種專門負(fù)責(zé)某一方面的系統(tǒng)管理方法以外，還有綜合的負(fù)責(zé)專門的職能管理的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，主要有：后勤供應(yīng)鏈管理——計(jì)算機(jī)輔助后勤支持系統(tǒng)(ComputerAidedLogisticsSupportSystem，CALSS)供應(yīng)鏈管理(SupplyChainManagement,SCM)快速反應(yīng)系統(tǒng)(QuickResponseSystem)122注重于企業(yè)中人因集成管理——以人為中心的生產(chǎn)系統(tǒng)（AnthropocentricProductionSystems，APS)計(jì)算機(jī)集成人機(jī)制造（ComputerIntegratedMan—MachineManufacturing—CIM3）（2）生產(chǎn)管理系統(tǒng)偏重于生產(chǎn)管理的系統(tǒng)管理——準(zhǔn)時(shí)制制造（JITManufacturing）獨(dú)立制造島(Islandmanufacturing,IM)基于作業(yè)的管理（ActivityBasedManagement，ABM）精益-敏捷-柔性生產(chǎn)(Lean-Agile-FlexibleManufacturing,LAF)制造資源規(guī)劃(ManufacturingResourcesPlanning,MRPII)123先進(jìn)制造的作用——精益生產(chǎn)是生產(chǎn)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)特點(diǎn)——全面性，準(zhǔn)確性對應(yīng)的系統(tǒng)方法——精益生產(chǎn)、準(zhǔn)時(shí)化制造、全面質(zhì)量管理、全面制造管理等。3.哲理層（1）精益化制造哲理先進(jìn)制造中的作用——深刻分析出21世紀(jì)制造所面臨的挑戰(zhàn)，制定了應(yīng)付的戰(zhàn)略。特點(diǎn)——變化性，時(shí)間性對應(yīng)的系統(tǒng)方法——敏捷制造、快速響應(yīng)制造、虛擬組織、虛擬企業(yè)、擴(kuò)展企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)制造等。（2）敏捷化制造哲理124（3）智能化制造哲理（4）分散網(wǎng)絡(luò)化制造哲理先進(jìn)制造中的作用——智能化是先進(jìn)制造發(fā)展的基礎(chǔ)。特點(diǎn)——自動(dòng)化，柔性，智能性，系統(tǒng)性，適應(yīng)性對應(yīng)的系統(tǒng)方法——柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、敏捷－精簡－柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、集成人機(jī)制造等。先進(jìn)制造中的作用——分散化網(wǎng)絡(luò)制造是未來制造的一種必然趨勢，它是未來制造模式和生產(chǎn)模式的基本形態(tài)。特點(diǎn)——分布性，虛擬性，并行性，自組織性等。對應(yīng)的系統(tǒng)方法——虛擬制造、數(shù)字工廠、多代理制造、分散化網(wǎng)絡(luò)制造、自主性分散化制造、單元制造、分形制造、全息/全能制造系統(tǒng)、生物制造中的細(xì)胞、獨(dú)立制造島等。125（5）社會(huì)化制造哲理先進(jìn)制造中的作用——社會(huì)化制造是制造的一個(gè)必然發(fā)展方向，它是制造的核心之一。特點(diǎn)——環(huán)境協(xié)調(diào)性，文化協(xié)調(diào)性，地域協(xié)調(diào)性，人本主義對應(yīng)的系統(tǒng)方法——綠色制造、再制造、基于不同文化的制造模式、基于地域和人種特性相互協(xié)調(diào)的生產(chǎn)，以人為中心的生產(chǎn)系統(tǒng)、基于思考方式的制造模式等。126二、先進(jìn)制造模式的集成關(guān)系先進(jìn)制造模式按照其哲理層分為敏捷制造、精益生產(chǎn)、智能制造、分散網(wǎng)絡(luò)化制造和社會(huì)性制造五類，其相互之間可形成集約化的關(guān)聯(lián)特性。五種典型先進(jìn)制造模式之間的集成關(guān)系快速變化的市場環(huán)境敏捷制造戰(zhàn)略網(wǎng)絡(luò)制造組織網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)制造精益生產(chǎn)智能制造社會(huì)化發(fā)展方向不斷發(fā)展的人類需求社會(huì)化制造生態(tài)、文化的制造環(huán)境基于人和制造的制造過程相應(yīng)的制造基礎(chǔ)、手段和理論127制造戰(zhàn)略——敏捷制造戰(zhàn)略基本組織形式——網(wǎng)絡(luò)化制造基礎(chǔ)支柱——精益生產(chǎn)和智能集成制造制造的發(fā)展方向——社會(huì)化制造1、主要結(jié)論21世紀(jì)制造模式的集成結(jié)構(gòu)模型1282、21世紀(jì)制造模式的集成結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)今的生產(chǎn)競爭環(huán)境被人們稱為超競爭環(huán)境，這種環(huán)境的特點(diǎn)是企業(yè)創(chuàng)新所帶來的競爭優(yōu)勢只能維持很短的時(shí)間?，F(xiàn)代制造模式借助信息技術(shù)，來適應(yīng)和主導(dǎo)快速變化的市場條件。將這種基于信息時(shí)代特點(diǎn)、適應(yīng)信息時(shí)代要求的制造模式稱為21世紀(jì)制造。129信息時(shí)代快速變化的環(huán)境決定了21世紀(jì)制造的目標(biāo)戰(zhàn)略，即充分利用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對于超競爭環(huán)境中的各種變化做出快速的反應(yīng);企業(yè)具有敏捷競爭力戰(zhàn)略的實(shí)施已經(jīng)不可能通過通常的集中式、層級式的制造組織形式來完成，而必須由新的網(wǎng)絡(luò)組織形式來實(shí)現(xiàn)；新的網(wǎng)絡(luò)組織形式繼承了原來的制造組織的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)成了21世紀(jì)制造模式的集成結(jié)構(gòu)模型。130網(wǎng)絡(luò)化制造社會(huì)化制造敏捷制造精益生產(chǎn)智能制造21世紀(jì)制造21世紀(jì)制造模式的集成結(jié)構(gòu)模型1313、21世紀(jì)制造模式的支撐環(huán)境先進(jìn)制造模式1321950年，日本豐田汽車公司總裁豐田英二和副總裁大野耐一等一行人考察了美國底持律的福特公司的轎車廠。當(dāng)時(shí)這個(gè)廠每天能生產(chǎn)7000輛轎車，比豐田公司13年的轎車?yán)塾?jì)產(chǎn)量還要多。三、典型的先進(jìn)制造模式之一——精益生產(chǎn)考察結(jié)論：大量生產(chǎn)方式不適合日本

1、精益生產(chǎn)的產(chǎn)生背景133大量生產(chǎn)方式不適合日本規(guī)模經(jīng)濟(jì)法則面臨考驗(yàn)戰(zhàn)后的日本經(jīng)濟(jì)蕭條，缺少資金和外匯。不可能花費(fèi)大量外匯去購買美國的技術(shù)和設(shè)備，也不可能花巨資去建福特那樣的工廠。日本的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)基礎(chǔ)與美國相距甚遠(yuǎn)。日本當(dāng)時(shí)還面臨著需求不足的困難，他們所期望的生產(chǎn)量僅為美國的幾十分之一。“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”法則在這里面臨著考驗(yàn)。原因在于——根據(jù)日本國情，豐田英二和大野耐一等人提出了解決問題的方法，形成了完整的豐田生產(chǎn)方式——準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)方式，使日本的汽車工業(yè)在1980年一舉超過了美國。當(dāng)時(shí)產(chǎn)量達(dá)到了1300萬輛/年，占世界汽車總量30％以上。134不同點(diǎn)(原)制造模式準(zhǔn)時(shí)制制造模式生產(chǎn)方式1.方式不同推動(dòng)式拉動(dòng)式2.方法不同用過量在制品保均衡生產(chǎn)指令是作業(yè)計(jì)劃白夜班間無間隔后工序驅(qū)動(dòng)，不積壓看板生產(chǎn)，計(jì)劃指導(dǎo)白夜班間隔四小時(shí)3.物流組織不同單一品種，大批量送貨制，工序間運(yùn)輸工具是小車多品種配套小批量取貨，工序間運(yùn)輸工具是滑道勞動(dòng)組織1.人機(jī)結(jié)合方式不同一人一機(jī)，人工負(fù)荷率27％一人多機(jī)，人工負(fù)荷率65％以上2.平面布置不同一字型U型等3.協(xié)同作業(yè)不同上下工序間聯(lián)合松散下工序驅(qū)動(dòng)上工序4.勞動(dòng)定額的內(nèi)容不同機(jī)動(dòng)時(shí)間＋手動(dòng)時(shí)間手動(dòng)時(shí)間，不包括機(jī)動(dòng)時(shí)間135不同點(diǎn)(原)制造模式準(zhǔn)時(shí)制制造模式管理體制1.生產(chǎn)工人地位不同工人找人解決問題各類人員到場服務(wù)2.車間主任地位不同車間圍繞科室轉(zhuǎn)，科室服務(wù)不主動(dòng)以車間主任為首，科室圍繞車間現(xiàn)場提供準(zhǔn)時(shí)優(yōu)質(zhì)服務(wù)3.車間現(xiàn)場地位不同沒有形成以現(xiàn)場為中心的體制以現(xiàn)場為中心，維修人員現(xiàn)場屯駐，工具直送工位集配管理4.考核方法不同各科都考核車間，所有責(zé)任都落實(shí)到車間，車間無考核權(quán)a.車間對提供必備條件和服務(wù)的科室有權(quán)考核b.車間的工作成果是考核科室依據(jù)，形成車間為核心的利益共同體136不同點(diǎn)(原)制造模式準(zhǔn)時(shí)制制造模式質(zhì)量管理1.管理的范圍不同只注重主體工序把主體工序拓展到環(huán)節(jié)工序和輔助工序，實(shí)行全過程管理2.管理的重點(diǎn)不同以檢察員的專檢為主貫徹以生產(chǎn)工人自控為主，以預(yù)防為主的方針3.管理的地位不同管理地位不明確是企業(yè)管理的重點(diǎn)現(xiàn)場文明管理1.內(nèi)容不同只抓現(xiàn)場文明衛(wèi)生和安全生產(chǎn)除現(xiàn)場文明衛(wèi)生和安全生產(chǎn)之外，重點(diǎn)抓人、時(shí)間、空間結(jié)合的整體優(yōu)化2.方法不同靠專職人員監(jiān)督檢查為主要手段的管理方法管理者現(xiàn)場指導(dǎo)，開展不間斷的5S活動(dòng)和定置管理，強(qiáng)調(diào)以提高人的素養(yǎng)為主的管理方法137結(jié)論：LP必將成為二十一世紀(jì)標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)體系美國為重新奪回其在汽車工業(yè)的龍頭地位，于1985確立了“國際汽車研究計(jì)劃”，由麻省理工學(xué)院牽頭，歷時(shí)5年，對全世界90多家汽車公司進(jìn)行了大量的對比、分析和研究，于1992年出版了名為《改變世界的機(jī)器》一書，該書中，首次將豐田生產(chǎn)方式稱為精益生產(chǎn)（LeanProduction）。精，即少而精，不投入多余的生產(chǎn)要素，只是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間生產(chǎn)必要數(shù)量的市場急需產(chǎn)品（或下道工序急需的產(chǎn)品）；益，即所有經(jīng)營活動(dòng)都要有益有效，具有經(jīng)濟(jì)效益。138核心思想：精簡

2、精益生產(chǎn)的概念及其內(nèi)涵（1）精益生產(chǎn)概念精益生產(chǎn)是一種有效地運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)和管理技術(shù)成就，從整體優(yōu)化出發(fā)，滿足社會(huì)需求，發(fā)揮人的因素，有效配置和合理使用企業(yè)資源，優(yōu)化組合產(chǎn)品形成全過程的諸要素，以必要的勞動(dòng)，在必要的時(shí)間，按必要的數(shù)量，生產(chǎn)必要的零部件，杜絕超量生產(chǎn)，消除無效勞動(dòng)和浪費(fèi)，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，用最少的投入，實(shí)現(xiàn)最大的產(chǎn)出，最大限度地為企業(yè)謀求效益的新型生產(chǎn)方式。139（2）精益生產(chǎn)的內(nèi)涵精益生產(chǎn)方式既是一種以最大限度地減少企業(yè)生產(chǎn)所占用的資源和降低企業(yè)管理和運(yùn)營成本為主要目標(biāo)的生產(chǎn)方式，又是一種理念、一種文化；精益生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)是管理過程，包括人事組織管理的優(yōu)化，大力精簡中間管理層，進(jìn)行組織扁平化改革，減少非直接生產(chǎn)人員；推行生產(chǎn)均衡化、同步化，實(shí)現(xiàn)零庫存與柔性生產(chǎn)；推行全生產(chǎn)過程（包括供應(yīng)鏈）的質(zhì)量保證體系，實(shí)現(xiàn)零缺陷；減少和降低任何環(huán)節(jié)上的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)零浪費(fèi)；實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)式準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)方式，以最優(yōu)品質(zhì)、最低成本和最高效率對市場需求作出最迅速的響應(yīng)。140綜合精益生產(chǎn)的內(nèi)涵，其追求

☆零庫存☆零浪費(fèi)☆零缺陷☆零故障☆零停滯

5項(xiàng)“零”目標(biāo)生產(chǎn)過剩不必要的動(dòng)作等待不必要的搬運(yùn)零件過度加工多余庫存缺陷、返工141（3）精益生產(chǎn)V.S大批量生產(chǎn)項(xiàng)目大量生產(chǎn)方式精益生產(chǎn)優(yōu)化范圍資源，內(nèi)部管理大生產(chǎn)系統(tǒng)看待庫存是必要的是萬惡之源業(yè)務(wù)觀嚴(yán)格分工和控制相互協(xié)作，流程精簡質(zhì)量觀次品是必然的零缺陷人附屬于崗位強(qiáng)調(diào)能動(dòng)性、協(xié)調(diào)142以用戶為“上帝”為用戶提供適銷對路的產(chǎn)品、適宜的價(jià)格、優(yōu)良的質(zhì)量、快速的交貨和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。以“人”為中心充分發(fā)揮人員的創(chuàng)造性和積極性；擴(kuò)大雇員及其小組的獨(dú)立自主權(quán)；培養(yǎng)職工成為多面手；采用并行工作方式以工作團(tuán)隊(duì)（TeamWork）的形式進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

3、精益生產(chǎn)的特點(diǎn)143以精簡為手段精簡企業(yè)組織結(jié)構(gòu)精簡工作環(huán)節(jié)采用柔性加工設(shè)備，減少直接勞動(dòng)力庫存應(yīng)大幅減少，實(shí)現(xiàn)“零庫存”采用成組流水線JIT供貨方式適時(shí)、適量地供應(yīng)合適的零部件?！傲闳毕荨惫ぷ髂繕?biāo)“DoItRightTheFirstTime”——“第一次就把事情做對”。1444、精益生產(chǎn)的體系結(jié)構(gòu)全員現(xiàn)場5S活動(dòng)·

觀念革新·

全員改善活動(dòng)準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)JIT全面質(zhì)量管理TQM成組技術(shù)GT精益工廠挑戰(zhàn)5項(xiàng)零極限目標(biāo)1455S是“整理、整頓、清潔、清掃、素養(yǎng)”這5個(gè)詞的日語羅馬拼音的縮寫。即：Seiri―整理Seiton―整頓Seiso―清潔Seiketsu―標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)Shitsuke―技能和道德的培養(yǎng)（1）全員參與的5S現(xiàn)場管理1）5S的概念——146整理——1）有用與無用物品的判定；2）判定后處理；3）建立一套無用物品的廢棄程序（如申請、提交、審批程序）。整頓——對整理后現(xiàn)場留下的物品進(jìn)行科學(xué)合理的布置和擺放。整頓后可以使工作場所布置井然有序一目了然。減少找尋物品的時(shí)間。清掃——保持現(xiàn)場設(shè)備、工具、物品及環(huán)境的整齊清潔。清潔——是指維持整理、整頓、清掃之后的現(xiàn)場以及設(shè)備的完美狀態(tài)。素養(yǎng)——指每位員工應(yīng)養(yǎng)成良好的生活和工作習(xí)慣自覺遵守規(guī)章制度，工作積極主動(dòng)。147要保持生產(chǎn)場地環(huán)境優(yōu)雅，機(jī)械設(shè)備干凈明亮、工位器具擺放有序，文件、資料各歸其位、易于查找。這樣才能激發(fā)人們的工作熱情，減少事故的發(fā)生率，保證安全、提升產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的競爭力。5S現(xiàn)場管理不僅是為了整理清掃，而是讓員工在每天的整理、整頓、清掃、清潔中逐漸培養(yǎng)一種習(xí)慣或素養(yǎng)，自覺維護(hù)和管理生產(chǎn)現(xiàn)場。2）5S的內(nèi)涵——1483）5S在現(xiàn)場管理中的作用——（1）提高工作效率。（2）保證質(zhì)量。（3）保證安全。（4）預(yù)防為主（5）使工作環(huán)境整潔、有序。不良的現(xiàn)場管理會(huì)導(dǎo)致企業(yè)在資金、場所時(shí)間等資源方面的浪費(fèi)；破壞正常的工作秩序，影響員工的工作積極性；有損企業(yè)形象；低下的工作效率、工作質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量等。返回149（2）準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)Just

In

Time適品·適量·適時(shí)對不起我現(xiàn)在不需要我沒地方放置請收下吧減少庫存消除浪費(fèi)1501）傳統(tǒng)生產(chǎn)方式與JIT生產(chǎn)方式的比較傳統(tǒng)方式——由計(jì)劃部門根據(jù)市場需求，計(jì)算出每種零部件的需要量和需求時(shí)間，并向各工序同時(shí)下達(dá)生產(chǎn)（訂貨）指令。各工序按生產(chǎn)計(jì)劃開工生產(chǎn)，并將生產(chǎn)出來的零部件推送到下一道工序，但對下一道工序當(dāng)時(shí)是否需要這些零部件并不考慮。這種方式被稱為“推動(dòng)式”生產(chǎn)組織與控制方式。物料流與信息流分離物料流151傳統(tǒng)方式存在的問題——由于工序間缺少必要的信息溝通，往往造成中間產(chǎn)品過多或過早的生產(chǎn)，造成中間產(chǎn)品的大量積壓。如果市場需求發(fā)生變化，企業(yè)通過修改生產(chǎn)計(jì)劃來改變生產(chǎn)很困難。152JIT生產(chǎn)方式——為了能夠在必要的時(shí)刻，按必要的數(shù)量，生產(chǎn)必要的產(chǎn)品，準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)采用了一種獨(dú)特的生產(chǎn)組織與控制方式，即“拉動(dòng)式”生產(chǎn)組織與控制方式?！袄瓌?dòng)式”生產(chǎn)中，生產(chǎn)計(jì)劃部門只把生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到最后一道工序。最后一道工序?qū)ζ渖嫌喂ば蛱岢鑫锪闲枨?，上游工序根?jù)需求開始生產(chǎn)。最后工序只在必要的時(shí)間到前一工序領(lǐng)取必要數(shù)量的必要零部件，前一工序在零部件被領(lǐng)走后，立即開始生產(chǎn)和領(lǐng)走部分的種類、數(shù)量相同的零部件。這樣依次類推，直到最前工序。物料流與信息流相結(jié)合153

傳統(tǒng)生產(chǎn)方式JIT生產(chǎn)方式控制系統(tǒng)推動(dòng)式拉動(dòng)式物流狀況上游加工，下游接收下游向上游提出要求信息流狀況工序與計(jì)劃部門之間工序與工序之間物流與信息流的聯(lián)系分隔結(jié)合控制結(jié)果容易造成中間產(chǎn)品的積壓真正做到“適時(shí)、適量、適物”傳統(tǒng)生產(chǎn)方式與JIT生產(chǎn)方式的比較1542）JIT的實(shí)現(xiàn)方法JIT生產(chǎn)同步化彈性作業(yè)人數(shù)生產(chǎn)均衡化質(zhì)量保證155生產(chǎn)過程同步化合理布置設(shè)備制定合理生產(chǎn)節(jié)拍后工序領(lǐng)取流程縮短作業(yè)更換時(shí)間生產(chǎn)過程同步化——理想狀態(tài)是“一個(gè)流”生產(chǎn)，即只有一個(gè)工件在各道工序間流動(dòng)，上下工序緊密銜接，無在制品庫存，生產(chǎn)過程永遠(yuǎn)流動(dòng)，無停工待料。設(shè)備按工件加工工藝順序布置成相互銜接的生產(chǎn)線?？s短停機(jī)或不停機(jī)更換刀具夾具、模具的時(shí)間和作業(yè)更換后調(diào)整、檢查等所需時(shí)間。后面工序需要時(shí)到前面的工序領(lǐng)取所需工件，前面工序只按被領(lǐng)走的數(shù)量和品種進(jìn)行生產(chǎn)生產(chǎn)線上前后出產(chǎn)兩個(gè)相同制品的時(shí)間間隔。156生產(chǎn)過程均衡化——不同規(guī)格、品種的零件/產(chǎn)品出產(chǎn)量在一天中要平衡。這樣有利于車間生產(chǎn)負(fù)荷的均衡化。1）制定合理生產(chǎn)計(jì)劃，控制產(chǎn)品投產(chǎn)順序。2）專用設(shè)備通用化，在專用設(shè)備上增加工夾具以加工多種不同的零部件或產(chǎn)成品。3）制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、合理操作順序和操作規(guī)范。157彈性作業(yè)人數(shù)確定——根據(jù)每月生產(chǎn)量的變化，相應(yīng)地增減生產(chǎn)中的作業(yè)人數(shù)，排除多余人員，使人員達(dá)到最少，從而降低成本。1）適當(dāng)?shù)脑O(shè)備配置。2）培養(yǎng)訓(xùn)練有素、具有多種技能的操作人員，即“多面手”。3）制定或改善標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)組合。158質(zhì)量保證——提高質(zhì)量和降低成本是JIT生產(chǎn)的雙贏新觀念。1）在源頭預(yù)防或探測差錯(cuò)，使設(shè)備和生產(chǎn)線能夠自檢不良產(chǎn)品，一旦發(fā)現(xiàn)異?？梢酝Ｖ乖O(shè)備運(yùn)行。2）生產(chǎn)一線操作人員發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品或設(shè)備問題，可自行停止生產(chǎn)。159例1某汽車公司按市場需求組裝A、B、C三種汽車，假設(shè)每月工作20天，每天一班，每班8h，每種汽車的產(chǎn)量如下表：產(chǎn)品型號月產(chǎn)量（輛）日產(chǎn)量（輛）生產(chǎn)節(jié)拍(min)A48002402B24001204C1200608計(jì)算每種產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍生產(chǎn)節(jié)拍=一天的工作時(shí)間／一天生產(chǎn)數(shù)量160安排的生產(chǎn)方式第一種方式，一個(gè)月內(nèi)每種汽車各生產(chǎn)一次：A（4800）---B（2400）---C（1200）第二種方式，每天生產(chǎn)各品種一次：A（240）---B（120）---C（60），一個(gè)月20天重復(fù)20次。第三種方式，三種產(chǎn)品混線生產(chǎn)，三種產(chǎn)品的產(chǎn)量比例分別為A占1/2，B占1/4，C占1/8，最小公約數(shù)為1/8，即A占4/8，B占2/8，C占1/8，則可按4個(gè)A、2個(gè)B、1個(gè)C組成產(chǎn)品組混線生產(chǎn)。161第三種生產(chǎn)方式的投產(chǎn)順序：AAAA-BB-C或者A-B-A-C-A-B-A或者B-A-A-C-B-A-A等順序重復(fù)生產(chǎn)，共重復(fù)60次。組合產(chǎn)品組的生產(chǎn)節(jié)拍：產(chǎn)品組節(jié)拍=1天工作時(shí)間/產(chǎn)品組產(chǎn)量，即生產(chǎn)節(jié)拍為：8×60×60s/420≈70s產(chǎn)品型號月產(chǎn)量（輛）日產(chǎn)量（輛）生產(chǎn)節(jié)拍(min)A48002402B24001204C1200608ABC混合生產(chǎn)840042070s162例2某企業(yè)的生產(chǎn)車間接到任務(wù)，要生產(chǎn)一組產(chǎn)品，需要經(jīng)過銑、鉆、磨、裝配和包裝等六道工序，每周生產(chǎn)3200件，所有這些產(chǎn)品的加工過程相似，需要的工人相同。該企業(yè)每周工作5天，每天工作8小時(shí)。該產(chǎn)品每道工序的單位加工時(shí)間見下表：工序加工時(shí)間（秒）工序加工時(shí)間（秒）銑（M）80裝配線180鉆（D）30裝配線2180磨（P)60包裝30各工序加工時(shí)間相差較大，如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的同步化和均衡化呢？ 163經(jīng)調(diào)查：銑、鉆、磨床尚有剩余生產(chǎn)能力，因此在不影響其它生產(chǎn)條件下，可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。所有裝配線和包裝依靠手工完成，只需提供工作臺和工具步驟1：計(jì)算單件產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間 步驟2：計(jì)算符合單件產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間的每小時(shí)生產(chǎn)量164步驟3：計(jì)算每道工序的每小時(shí)的生產(chǎn)能力，以及每道工序所需工作臺的數(shù)目。（1）包裝——取1個(gè)工作臺，尚有生產(chǎn)能力剩余工序加工時(shí)間（秒）包裝30165（2）裝配線2——應(yīng)該有4個(gè)工作臺工序加工時(shí)間（秒）裝配線2180166（3）裝配線1——工序加工時(shí)間（秒）裝配線180取2個(gè)工作臺，尚有生產(chǎn)能力剩余167完成銑、鉆、磨三道工序所需時(shí)間為170秒。每小時(shí)可完成21.2單位的產(chǎn)品（4）微型加工單元——工序加工時(shí)間（秒）銑（M