先進制造技術 課件 第六章 先進制造系統(tǒng)

第六章先進制造系統(tǒng)Advancedmanufacturesystem先進制造技術Contents6.1先進制造系統(tǒng)概述6.3效益化制造系統(tǒng)6.5總結6.2智能化制造系統(tǒng)6.4生態(tài)化制造系統(tǒng)6.1先進制造系統(tǒng)概述-3--4-6.1先進制造系統(tǒng)概述先進制造系統(tǒng)內涵當代信息技術、自動化技術、現(xiàn)代企業(yè)管理技術和通用制造技術的有機結合；傳統(tǒng)制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源及現(xiàn)代管理技術成果，將其綜合應用于制造全過程；實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、靈活生產，獲得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。蔚來汽車合肥生產基地實現(xiàn)自動化、智能化、柔性化、生態(tài)化生產，取得經濟收益和市場效果食品加工上料裝置自主式制造系統(tǒng)中，生產計劃依據(jù)庫存數(shù)量而非客戶訂貨數(shù)量制定。訂單式制造系統(tǒng)中，生產計劃根據(jù)客戶訂貨進行:按訂貨設計，適合于具有很大的技術復雜性及小批量的產品；按訂貨加工，適合于在訂貨之前已完成設計，按訂貨進行加工的產品；按訂貨裝配適合于在訂貨之前已完成設計及零部件加工，按訂貨進行裝配的產品；-5-6.1先進制造系統(tǒng)概述按生產計劃分類按層次結構分類單元級制造系統(tǒng)車間級制造系統(tǒng)企業(yè)（工廠）級制造系統(tǒng)全球制造系統(tǒng)。先進制造系統(tǒng)分類-6-6.1先進制造系統(tǒng)概述以低消耗創(chuàng)造高效益、高勞動生產率低消耗意味著低成本，從而可以創(chuàng)造高效益。提供有競爭力的優(yōu)質可售產品產品的工程設計過也不僅僅是為保證其無缺陷，而且還要從許多方面使用戶滿意。滿足環(huán)境保護和生態(tài)平衡的要求市場需求要求企業(yè)工藝系統(tǒng)以及設備向“環(huán)境安全型”轉化。具有迅捷響應市場的能力重視制造過程組織和管理體制的簡化與合理化，使硬件、軟件和人集成的大系統(tǒng)的組成和體系結構具備前所未有的柔性。先進制造系統(tǒng)特點-7-6.1先進制造系統(tǒng)概述先進制造系統(tǒng)發(fā)展是與制造業(yè)所面臨的市場競爭環(huán)境密不可分的如今衡量一個制造企業(yè)的實力與規(guī)模重要的指標就是制造系統(tǒng)的集成化、自動化水平。先進制造系統(tǒng)發(fā)展歷史6.2

智能化制造系統(tǒng)-8--9-6.2智能化制造系統(tǒng)每一個時代均有各自時代的先進制造，逐漸從自動化發(fā)展到如今的數(shù)字化、網絡化和虛擬化等智能化制造，而智能化制造是未來制造業(yè)發(fā)展的核心。

數(shù)字化制造廣義上指將信息技術用于產品設計、制造以及管理等產品全生命周期中,以達到提高效率和質量，降低成本，實現(xiàn)快速響應市場的所涉及的一系列活動的總稱。主要特點：產品數(shù)字化：數(shù)字化技術在產品中得到普遍應用，形成“數(shù)字一代”創(chuàng)新產品；信息無紙化：廣泛應用數(shù)字化設計、建模仿真、數(shù)字化裝備等，表現(xiàn)為無紙化設計、無紙化生產、無紙化辦公；過程協(xié)同化：從技術到管理、從企業(yè)到全社會的組織與個人，制造資源具有分布性與共享性對象：數(shù)字化設計數(shù)字化裝備數(shù)字化加工數(shù)字化管理數(shù)字化企業(yè)-10-數(shù)字化制造主要由基礎技術、單元技術和集成技術組成，每個技術都涵蓋各自上中下游的具體部分，核心是管理方式的完善和提高生產作業(yè)層的數(shù)字化。管理辦公層的數(shù)字化。戰(zhàn)略決策層的數(shù)字化。協(xié)作商務層的數(shù)字化。數(shù)字化制造的關鍵技術數(shù)字化制造的層次按生產計劃分類數(shù)字化制造的應用層次（由下至上）6.2智能化制造系統(tǒng)-11-網絡化制造網絡化制造是制造業(yè)利用網絡技術開展產品設計、制造、銷售、采購、管理等一系列活動的總稱，涉及企業(yè)生產經營活動的各個環(huán)節(jié)。網絡化制造的概念特點特點說明數(shù)字化借助信息技術來實現(xiàn)真正完全的無圖紙化虛擬設計和虛擬制造敏捷化對市場環(huán)境快速變化帶來的不確定性做出的快速響應能力分散化資源的分散性和生產經營管理決策的分散性動態(tài)化依據(jù)市場機遇存在性而決定網絡聯(lián)盟的存在性協(xié)同化動態(tài)網絡聯(lián)盟中合作伙伴之間的緊密配合，共同快速響應市場和完成共同的目標集成化制造系統(tǒng)中各種分散資源依靠電子網絡能夠實時地高效集成原理6.2智能化制造系統(tǒng)-12-網絡化制造網絡化的實施與運維是促進企業(yè)間有關資源互補、共享、最佳配置，實現(xiàn)制造的有序化整體化、全球化以及效益化與人性化的一體化，達到最優(yōu)服務，實現(xiàn)服務制造一體化的關鍵。網絡化制造系統(tǒng)的實施工作步驟網絡化制造系統(tǒng)的運維步驟實施與運維6.2智能化制造系統(tǒng)-13-虛擬制造三類虛擬制造的比較虛擬制造是采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術，在計算機上群組協(xié)同工作，完成產品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗等以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造的特點：簡易性：可反復修改分布性：人員和設備在空間上可分離并行性：產品設計、加工過程和裝配等過程的仿真可并行進行類別特點主要目標主要支持技術以設計為核心的虛擬制造(Design-CenteredVM)為設計人員提供制造信息；使用基于以設計為核心的虛擬制造的仿真以優(yōu)化產品和工藝的設計；在計算機上生成多個樣機評價可制造性特征造型；面向數(shù)學模型設計；加工過程仿真技術以生產為核心的虛擬制造(Production-CenteredVM)建立制造過程仿真模型，以快速評價不同的工藝方案；提供資源需求規(guī)劃、生產計劃的產生及評價的環(huán)境評價可生產性虛擬現(xiàn)實；嵌入式仿真以控制為核心的虛擬制造(Control-CenteredVM)將仿真加到控制模型和實際處理中；可直接仿真使實際生產周期期間不優(yōu)化優(yōu)化車間控制優(yōu)化制造過程仿真技術：對離散制造實時動態(tài)調度；對連續(xù)制造最優(yōu)控制6.2智能化制造系統(tǒng)-14-虛擬制造虛擬制造的主要目標及體系結構各類虛擬制造相互連接，并提供了將相互獨立的制造技術集成在一起的虛擬體系結構環(huán)境。虛擬制造的分類與關系虛擬制造的體系結構6.2智能化制造系統(tǒng)-15-智能制造使能技術云計算技術智能制造使能技術是為智能制造基本要素（感知、分析、決策、通信、控制、執(zhí)行等）的實現(xiàn)提供基礎支撐的共性技術，如云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、數(shù)字孿生等。云計算是利用互聯(lián)網實現(xiàn)隨時、隨地、按需、便捷地訪問共享資源（如服務器、存儲器、應用軟件等）一種新型計算模式。云計算與全球互聯(lián)網相連6.2智能化制造系統(tǒng)-16-云計算技術云制造服務內容與技術基礎云計算技術架構以云計算為基礎的云制造系統(tǒng)，在支持制造業(yè)在廣泛的網絡資源環(huán)境下，可為產品提供高附加值、低成本和全球化制造的服務，其未來具有較大的發(fā)展空間。

資源云池化云計算模式的特征：彈性服務服務可計費泛在接入6.2智能化制造系統(tǒng)-17-大數(shù)據(jù)技術大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)特征比較：大數(shù)據(jù)可認為是其數(shù)據(jù)量超出常規(guī)數(shù)據(jù)工具的獲取、存儲、管理和分析能力的數(shù)據(jù)集，是蘊含海量信息的數(shù)據(jù)集合。具有典型的“4V”特征：①Volume（量）②Variety（多樣化）③Velocity（速度）

④Veracity（真實性）特征大數(shù)據(jù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)模常以GB，甚至是TB、PB為基本處理單位以MB為基本單位數(shù)據(jù)類型種類繁多，包括結構化、半結構化和非結構化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型少，且以結構化數(shù)據(jù)為主數(shù)據(jù)模式難以預先確定模式，數(shù)據(jù)出現(xiàn)后才能確定模式，且模式隨著數(shù)據(jù)量的增長也在演化模式固定，在已有模式基礎上產生數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)作為一種資源來輔助解決其他諸多領域問題數(shù)據(jù)僅作為處理對象處理工具需要多種不同處理工具才能應對一種或少數(shù)幾種即可應對6.2智能化制造系統(tǒng)-18-大數(shù)據(jù)技術技術架構：數(shù)據(jù)采集與預處理

數(shù)據(jù)分析與挖掘機器學習人工智能深度學習數(shù)據(jù)存儲與管理大數(shù)據(jù)隱私與安全計算模式與系統(tǒng)大數(shù)據(jù)處理技術架構數(shù)據(jù)挖掘方法6.2智能化制造系統(tǒng)-19-物聯(lián)網技術物聯(lián)網技術體系結構物聯(lián)網是通過傳感設備，按照約定的協(xié)議，可將任何物體與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。基本特征：①

全面感知；②

可靠傳遞；③

智能處理6.2智能化制造系統(tǒng)-20-數(shù)字孿生技術數(shù)字孿生技術是利用數(shù)字技術對物理實體對象的特征、行為和形成過程等進行描述建模的技術?？捎脕砟M監(jiān)控、診斷、預測、控制物理實體在現(xiàn)實環(huán)境中的形成過程及其狀態(tài)行為。各先進復雜零件的數(shù)字孿生體6.2智能化制造系統(tǒng)-21-數(shù)字孿生技術數(shù)字孿生車間結構組成數(shù)據(jù)驅動與物理模型融合的狀態(tài)評估全生命周期數(shù)據(jù)管理虛擬現(xiàn)實技術關鍵技術：多領域、多尺度的融合建模數(shù)據(jù)采集和傳輸高性能計算數(shù)字孿生車間運行機制以北京航空航天大學陶飛教授提出的數(shù)字孿生車間概念闡述數(shù)字孿生技術的具體應用：6.2智能化制造系統(tǒng)-22-智能制造面臨的問題與挑戰(zhàn)智能制造基礎共性和核心技術裝備支撐不足中小企業(yè)推進智能制造步履維艱智能制造服務市場有待完善智能制造人才供給壓力突出智能制造發(fā)展建議強化智能制造技術自主創(chuàng)新加快推進制造企業(yè)智能化改造升級完善智能制造生態(tài)體系建設加強政策支持促進智能制造發(fā)展搭建多層次的智能制造人才培養(yǎng)體系世界工業(yè)化發(fā)展6.2智能化制造系統(tǒng)6.3

效益化制造系統(tǒng)-23--24-6.3效益化制造系統(tǒng)效益化制造，是指在制造系統(tǒng)中不斷提高制造資源的生產率，使人盡其才，物盡其用，追求系統(tǒng)效益的最大化。效益化與人性化是對立統(tǒng)一的關系，并且人性化是主要的。主要內容包括：制造產品的效益化，如高效化，精密化制造過程的效益化，如快速化，節(jié)省化制造手段的效益化，如數(shù)字化，自動化效益化制造效益化制造定義：-25-敏捷制造的定義敏捷制造是指將柔性生產技術，有技能、有知識的勞動力與能夠促進企業(yè)內部和企業(yè)之間合作的靈活管理集成在一起，通過所建立的共同基礎結構，對迅速變化的市場需求做出快速響應的一種制造模式。敏捷制造的要素敏捷制造主要包括三大要素：生產技術、人力資源和管理手段生產技術。具有柔性化、并行化、信息化和集成化等特點。人力資源。其特點包括創(chuàng)造性、主動性、開發(fā)性、專業(yè)性、動態(tài)性和真實性。管理。管理的靈活性表現(xiàn)在從外部和內部的兩方面關注組織的柔性，對外的組織形式是虛擬企業(yè)，對內的組織形式高柔度性的和動態(tài)可變的。敏捷制造6.3效益化制造系統(tǒng)-26-敏捷制造的研究內容敏捷制造被認為是21世紀的先進制造策略，它涵蓋了多個重要領域和子系統(tǒng)，每個領域都對制造業(yè)發(fā)展和提高效率起到關鍵作用。敏捷制造的內容6.3效益化制造系統(tǒng)-27-敏捷制造數(shù)字化高效協(xié)同管理創(chuàng)新實踐案例柔性。它包括機器柔性、工藝柔性、運行柔性和擴展柔性等。重構能力。它能實現(xiàn)快速重組重構，增強對新產品開發(fā)的快速響應能力?？焖倩募芍圃旃に嚒＠?，快速成形制造是一種CAD/CAM的集成工藝。支持快速反應市場變化的信息技術。敏捷制造的三個協(xié)作平臺敏捷制造的應用6.3效益化制造系統(tǒng)-28-協(xié)同制造是指充分利用互聯(lián)網技術為特征的網絡技術、信息技術，實現(xiàn)各制造任務的協(xié)同運行和制造鏈的完整配合，最終通過改變業(yè)務經營模式達到資源最充分利用的目的。協(xié)同設計的內涵協(xié)同制造的原理6.3效益化制造系統(tǒng)-29-發(fā)展階段系統(tǒng)性能系統(tǒng)目標剛性制造系統(tǒng)生產能力、系統(tǒng)均衡性成本柔性制造系統(tǒng)系統(tǒng)柔性、系統(tǒng)可靠性成本、質量計算機集成制造系統(tǒng)系統(tǒng)集成性、系統(tǒng)并行性時間、質量、成本協(xié)同制造系統(tǒng)系統(tǒng)敏捷性、系統(tǒng)協(xié)同性環(huán)境、時間、質量、成本、服務系統(tǒng)協(xié)同性

組織虛擬化系統(tǒng)敏捷性

技術最優(yōu)化系統(tǒng)并行性

系統(tǒng)可靠性協(xié)同制造本質上是網絡環(huán)境下的一種合作制造模式，表格則表明了制造系統(tǒng)內涵的擴充、系統(tǒng)性能特征的變化和目標的多元化發(fā)展。協(xié)同制造的特點6.3效益化制造系統(tǒng)-30-類型說明舉例獅式供應鏈以基金等金融資本主導的企業(yè)群所建立的“1+N”模式。其中，1是資本化的鏈主(自然人或法人)；N是供應鏈各環(huán)節(jié)。美國的微軟公司、蘋果公司等狼式供應鏈以商社等商業(yè)資本主導的企業(yè)群所建立的“N+1”模式。其中，N是供應鏈各環(huán)節(jié)；1代表商社等商業(yè)資本鏈主。日本三井、三菱、勸銀等羊式供應鏈以國有資本主導的企業(yè)群組成的“1+1+N”模式。其中首1是國有資本的代表黨委書記，國有資本往往是企業(yè)真正的鏈主；次1是國聘高端職業(yè)經理人、董事長；N是供應鏈各環(huán)節(jié)中國一汽集團、廣汽集團等協(xié)同供應鏈協(xié)同產品商務特點功能內容協(xié)同處理支持群體人員的協(xié)同工作通信系統(tǒng)，人力資源管理，企業(yè)內網和外網訪問內容管理管理網上需要發(fā)布的各種信息企業(yè)內信息的傳播，Web網的信息發(fā)布，品牌宣傳交易服務電子交易開拓了新的市場和新的盈利方式全天候服務，售前售后信息服務和支付電子化協(xié)同制造的應用6.3效益化制造系統(tǒng)-31-精益生產的核心內容是準時制生產方式JIT（Justin-time），該種方式實現(xiàn)了“在必要的時刻生產必要數(shù)量的必要產品”，從而徹底消除產品制造過程中的浪費，以及由其衍生出來的種種間接浪費，實現(xiàn)生產過程的合理性、高效性和靈活性。精益生產是在JIT生產方式、成組技術GT以及全面質量管理TOC的基礎上逐步完善的。精益生產的體系構成精益生產的內涵6.3效益化制造系統(tǒng)-32-原則是指觀察問題和處理問題的準則，原則也是人類行為不容置疑的基本道理。實施精益生產應遵循九項基本原則:原則說明客戶至上價值。站在客戶的立場上，以客戶滿意為最終評價標準。關注流程流動。精益生產關注價值流（從接單到發(fā)貨過程的一切活動），員工只需對15%的問題負責，85%歸答于制度流程需求拉動拉動。強調按需求生產，以訂單量為依據(jù)，實施并行工程，快速響應市場的變化。一次做對保質。精益生產要求及時解決問題，質量意識貫串始終。降低庫存零庫存。精益生產認為庫存是企業(yè)的“禍害”，不是必不可少的“緩沖劑”精益供應共贏。精益生產著眼于降低整個供應鏈的庫存，做好工作流程標準化?，F(xiàn)地現(xiàn)物現(xiàn)場。它是發(fā)現(xiàn)問題的工具。親臨現(xiàn)場查看，以徹底解決問題。以人為本人本。體現(xiàn)在三個方面：充分尊重員工、重視培訓、共同協(xié)作。盡善盡美完美。沒有任何事物是完美無缺的，必須持續(xù)改進，沒有問題就是問題。精益生產的實施原則6.3效益化制造系統(tǒng)-33-①根據(jù)客戶需求重新定義價值②按照價值流重新組織全部生產活動③使價值流流動起來④用客戶的需求拉動價值流⑤解決“瓶頸”工序問題⑥盡善盡美，這是永無止境的改進過程應用精益生產的一個基本條件是生產的重復性。不同的企業(yè)具有不同的特點：對于流程式企業(yè)（比如化工、醫(yī)藥等），一般偏好設備管理，如全面生產管理；對于離散式企業(yè)（比如機械、電子等），生產線的布局以及工序都是影響生產效率和質量的重要因素，因此注重準時化、看板、零庫存和標準化。實施精益生產一般用以下六步法：精益制造精益制造的實施6.3效益化制造系統(tǒng)6.4

生態(tài)化制造系統(tǒng)-34-6.4生態(tài)化制造系統(tǒng)綠色制造是一種綜合考慮人類需求、環(huán)境影響、資源消耗、社會效益和企業(yè)效益，具有良心、社會責任感和處事底線，可持續(xù)發(fā)展的先進制造模式。制造領域：包括產品生命周期全過程；環(huán)境領域：人類的生存環(huán)境如何實現(xiàn)零污染；資源領域：人類有限的資源如何最有效地利用。風力發(fā)電廠可再生電池板綠色制造定義綠色制造領域在產品全生命周期中，使產品對環(huán)境領域可行的資源領域自然環(huán)境的負面影響最低，對自然生態(tài)無害或危害極小，使資源利用率最高，能源消耗降到最低。即追求綜合效益的最優(yōu)。-36-生態(tài)效益指企業(yè)在生產中使自然生物系統(tǒng)對人類的生產條件、生活條件和環(huán)境條件產生的有益影響和有利效果。經濟效益指企業(yè)的生產總值（有用成果）同生產成本之間的比較。社會效益指企業(yè)活動對社會發(fā)展所起的積極作用或產生的有益效果。綜合效益指企業(yè)同時考慮生態(tài)效益、社會效益和經濟效益的有機統(tǒng)一綠色制造定義6.4生態(tài)化制造系統(tǒng)傳統(tǒng)制造的產品全生命周期，是一個從“搖籃到墳墓”的過程，即從產品使用到報廢。綠色制造的產品生命周期可以分為三個循環(huán)，分別為產品再使用、再制造和再循環(huán)，是一個從“搖籃到搖籃”的過程。傳統(tǒng)制造過程綠色制造過程與傳統(tǒng)制造相比，綠色制造的本質是在保證產品功能、質量和成本的同時，實現(xiàn)生態(tài)效益、社會效益和經濟效益的協(xié)調優(yōu)化。綠色制造與傳統(tǒng)制造的過程6.4生態(tài)化制造系統(tǒng)集成性強調綜合效益，兼顧生態(tài)效益、社會效益和經濟效益。預防性適應性經濟性持續(xù)性通過削減污染源和回收利用，使廢棄物最小化或消失。使目標符合區(qū)域發(fā)展需要，又不損害生態(tài)環(huán)境和保持自然資源。通過生產綠色產品，可節(jié)能降耗，降低成本；對廢物的回收利用，既可減少污染，又可創(chuàng)造財富。基于產品多生命周期，從末端治理轉向對生產過程的連續(xù)控制，是無窮循環(huán)的過程，沒有終極目標。綠色制造優(yōu)勢6.4生態(tài)化制造系統(tǒng)綠色再制造簡稱“再制造”。它是指對廢舊產品進行專業(yè)化修復或升級改造，使其質量特性達到或優(yōu)于原有新品水平的制造過程。盡量加大廢舊零部件的回用次數(shù)和回用率；盡量減少再循環(huán)和環(huán)保處理部分的比例；最大限度地利用廢舊產品中可利用的資源；最大限度地減少對環(huán)境的污染；再制造農機再制造汽車零部件綠色再制造定義綠色再制造目標6.4生態(tài)化制造系統(tǒng)對比項制造再制造加工對象經加工的新毛坯舊毛坯具有尺寸超差、殘余應力、內部裂紋和表面變形等缺陷前期處理毛坯是基本清潔的，很少需要前期處理毛坯必須去除油污、水垢、銹蝕層及硬化層質量控制質量控制已趨成熟因毛坯損傷的復雜性和特殊性而使質量控制非常困難工藝標準制造過程非常規(guī)范再制造過程中廢舊零件的尺寸變形和表面損傷程度存在較大差異對比項維修再制造加工規(guī)模針對小批量零件，以手工為主針對大批量零件，以產業(yè)化為主技術難度要求單機作業(yè)效能高，高技術含量較低既要求單機作業(yè)效能高。又要求適應自動線作業(yè)修復效果修復效果達不到