制造系統(tǒng)的及其發(fā)展PPT課件

1、12021/7/241.2 制造系統(tǒng)及其發(fā)展22021/7/24基本要求與知識點：n基本概念：制造模式；制造系統(tǒng)；制造系統(tǒng)的組成2021/7/2431 制造過程 制造過程是組成制造業(yè)的基本環(huán)節(jié)。“大制造”與 “小制造”一、 “小制造”概念及制造過程定義 1. “小制造”概念： “小制造”是指傳統(tǒng)的“機械制造”，重點是加工和裝配。 2. “小制造”概念下，制造過程的定義為： 制造過程是通過機器和工具將原材料轉變?yōu)橛杏卯a品的過程。 3. “小制造”概念下制造過程的定義主要強調的是工藝過程。2021/7/2441 制造過程二、 “大制造”概念及制造過程定義 1. “大制造”概念： “大制造”是指產品

2、生命周期中，從供應市場到需求市場整個供需鏈中的所有活動。 2. “大制造”概念下，制造過程可定義為： 制造過程是將制造資源（包括制造信息、原材料、能源等）轉變?yōu)榭捎卯a品并保證其正常使用的過程。 3. “大制造”概念下制造過程的定義強調的是產品的整個生命周期過程。 4. “大制造”概念下，信息對制造過程的完成起著重要作用 根據“大制造”概念的制造過程定義，制造過程不僅包含了物質的轉化，而且還包含了信息向物質的轉化，即信息的物化。顯然，這必須通過基于信息的管理和控制來實現。同時，制造過程的輸出不僅是產品，而且還包括為保證產品正常使用所進行的服務等。 2021/7/245大制造概念下制造過程的組成框

3、圖 下部的方框主要表示物質的轉化過程，上部的長方形框主要表示信息的處理過程，上下兩部分間的箭頭表示信息對物質轉化過程的作用，由此實現信息到物質的轉化。 采 購 加 工 裝 配 檢 驗 銷 售 市 場 分 析 決 策 規(guī) 劃 產 品 開 發(fā) 工 藝 規(guī) 劃 管 理 控 制 服 務 產 品 制 造 資 源 2021/7/2462 制造模式1. 制造模式的定義： 制造模式是指企業(yè)體制、經營、管理、生產組織和技術系統(tǒng)的形態(tài)和運作的模式 。 2.制造模式的意義： 制造過程的運行、制造系統(tǒng)的體系結構以及制造系統(tǒng)的優(yōu)化管理與控制均受制造模式的制約，必須遵循制造模式確定的規(guī)律。因此，對制造模式進行深入研究，為

4、制造系統(tǒng)建立先進的制造模式對提高系統(tǒng)的總體效益具有重要意義。 2021/7/2471. 剛性制造模式典型制造模式2021/7/2482. 柔性自動化制造模式 物流 驅動 NC 機床 1 管 理 控 制 系 統(tǒng) 反饋 指令 物 流 系 統(tǒng) 原材料 產品 NC 機床 2 NC 機床 n 2021/7/249典型制造模式3.計算機集成制造模式 市場 分析 產品開發(fā) 工藝規(guī)劃 網絡 市 場 銷售 服務 產品 生產 采購 供應 決策 規(guī)劃 經營 管理 質量 控制 過程 控制 計劃 控制 信息 原材料 產品 2021/7/2410典型制造模式4. 敏捷制造模式 市 場 公司 1 虛擬公司 1 產品1 公司

5、 2 公司 3 公司 4 公司 5 公司 6 公司 7 公司 產品2 虛擬公司 2 產品n 虛擬公司 n 公司 m 產品1周期 產品2周期 產品n周期 t 敏捷=快速響應市場2021/7/2411典型制造模式5. JIT 制造模式 :JIT（Just In Time）是日本豐田汽車公司提出的一種制造模式。 JIT 模式按“拉”式 (Pull) 方式組織生產。前一道工序工件庫存量不是由預先制訂的生產計劃確定，而是當后一道工序發(fā)出請求后，該庫存才存在。因此庫存量極少，理想狀態(tài)為零。 原 材 料 制 造 中 心1 存 儲 器 看 板 制 造 中 心2 存 儲 器 看 板 制 造 中 心3 2021/

6、7/2412典型制造模式基于JIT模式的制造單元 MC (Manufacturing Center)：制造中心，OH (Output Hopper)：輸出存儲器，BB (Bulletin Board)：布告牌。MCBBOHCkMCBBOHCk-1Ck-2Ck+1MCBBOHCkMCBBOHCkMCBBOHCk-1MCBBOHCk-1Ck-2Ck+12021/7/24133. 制造系統(tǒng)1.系統(tǒng)的定義: 系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合的具有特定功能的有機整體。 2.系統(tǒng)的基本特征 第一，系統(tǒng)是由若干元素組成的； 第二，這些元素相互作用、相互依賴； 第三，由于元素間的相互作用，使系統(tǒng)作

7、為一個整體具有特定的功能。3. 系統(tǒng)的目標提高總體性能2021/7/24143 制造系統(tǒng)例1：簡單構件組成高性能系統(tǒng) 在建筑機械和結構工程中，常采用由簡單構件組成的各類桁架系統(tǒng)。在這種力學系統(tǒng)中，通過組成要素間的合理聯接，可以從整體上表現出很高的力學性能。 例2：低精度元件組成高精度系統(tǒng) 在計算機等數字設備中，采用以“0”和“1”兩個狀態(tài)工作的電子器件，通過非線性方法相聯接，組成了高精度數字化系統(tǒng)。2021/7/24153 制造系統(tǒng) 定義1：1815年 工廠系統(tǒng) 定義2：1962年 日本 人見勝人 定義3：1969 J.Peklenik 定義4：1989年 英國Parnaby定義5 ： 199

8、0年國際生產工程學會定義6：1992年 G.Chryssolouris2021/7/24163制造系統(tǒng)1.綜合后定義如下：按一定制造模式將制造過程及其所涉及的硬件（包括人員、生產按一定制造模式將制造過程及其所涉及的硬件（包括人員、生產設備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關的軟件（包括制造設備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關的軟件（包括制造理論、制造工藝和制造方法等）和制造信息組成一個具有特定功理論、制造工藝和制造方法等）和制造信息組成一個具有特定功能的有機整體，稱之為制造系統(tǒng)。能的有機整體，稱之為制造系統(tǒng)。由上述定義可知，機械加工系統(tǒng)就是一種典型的制造系統(tǒng)。一個正在制造產品的機床、生產線

9、、車間乃至整個工廠可看作是不同層次的制造系統(tǒng)；加工中心、柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)均是典型的制造系統(tǒng)；另外，一個新產品的開發(fā)、一個技術改造項目以及它們所涉及的硬件和軟件，也可以看成為不同的制造系統(tǒng)。 2021/7/2417根據所研究問題的側重點不同，制造系統(tǒng)還可以有以下三種特定的定義：（1）制造系統(tǒng)的結構定義（2）制造系統(tǒng)的轉換定義（3）制造系統(tǒng)的程序定義2021/7/2418制造系統(tǒng)2. 制造系統(tǒng)的基本類型 根據產品性質和生產方式不同，制造系統(tǒng)可分為兩大類：(1) 連續(xù)型制造系統(tǒng) 如石油、化工產品制造系統(tǒng)。(2) 離散型制造系統(tǒng) 如機床、汽車、家電產品制造系統(tǒng)。 本課程僅涉及離散型制造

10、系統(tǒng)。2021/7/2419制造系統(tǒng)的特征制造系統(tǒng)總是一個動態(tài)系統(tǒng)；制造系統(tǒng)在運行過程中無時無刻不伴隨著物料流、信息流和能量流的運動；制造系統(tǒng)中包含有決策子系統(tǒng)；制造系統(tǒng)具有反饋特性。2021/7/242020軟件硬件圖1-3 制造系統(tǒng)結構特性 制造系統(tǒng)可視為若干硬件的集合體。為使硬件充分發(fā)揮效能，必須有軟件支持。2021/7/242121圖1-2 制造系統(tǒng)功能結構經營管理信息流生產管理信息流技術信息流物質流用戶、市 場 與 外 部 環(huán) 境經營管理市場與銷售研究與開發(fā)資源管理財務生產管理工程設計采購車間制造（加工、裝配、檢驗、輸送、存儲 ）質量控制2021/7/242222主要從技術角度出發(fā)，

11、如何使轉變過程更有效進行。獲取階段轉變階段分配階段圖1-4 制造系統(tǒng)的物質流原材料供應者原材料庫存零件加工零件庫存裝配成品庫存最終用戶2021/7/242323需求訂貨信息生產計劃信息進度計劃信息作業(yè)計劃信息生產結果數據生產控制信息生產技術信息產品設計信息綜合生產計劃生產進度計劃作業(yè)計劃生產實施生產控制產品設計工藝過程計劃工藝過程信息計劃階段實施階段控制階段圖1-6 制造系統(tǒng)的程序特性制造系統(tǒng)可視為生產離散型產品的工作程序 研究制造系統(tǒng)程序特性，主要從管理角度出發(fā)如何使生產活動達到最佳化。2021/7/24244.制造系統(tǒng)中的物料流、能量流、信息流和資金流（1)物料流用于改變物料的形態(tài)與地點，

12、存在于“制造”一個階段中。2021/7/2425(2)能量流來自制造系統(tǒng)外部一部分用以維持各個環(huán)節(jié)或子系統(tǒng)的運動另一部分通過傳遞、損耗、儲存、釋放、轉化等有關過程，以完成制造過程的有關功能這種制造系統(tǒng)中的能量運動過程，稱為制造系統(tǒng)的能量流。2021/7/2426（3）信息流制造系統(tǒng)中的信息，以一定的流程形式在制造系統(tǒng)內部處于連續(xù)的動態(tài)變化之中，不斷地被使用、保存、更新、刪除等，形成了制造系統(tǒng)中的信息流。2021/7/2427（4）資金流投入資金購買原材料、設備等及維持制造過程運行，最后通過產品銷售回收，進入下一輪的流動，形成資金流。2021/7/242828技術流物質流資金流規(guī)劃控制需求信息流

13、實施（車間或現場）原材料產品與服務能源能量流圖 制造系統(tǒng)的四種流信息流、物質流、資金流、能量流2021/7/24295. 制造系統(tǒng)的典型結構 市場分析、產品開發(fā)、經營管理、 生產控制 制 造 模 式 采購供應 存儲輸送 銷售服務 產品裝配 市場與環(huán)境 信息 物質 能量 輸出 輸入 質量檢驗 部 件 生產 零件加工 產品 服務 能 源 子 系 統(tǒng) 信息流 物料流 能量流 2021/7/24304 制造系統(tǒng)的有關問題（p21）1）.推式制造系統(tǒng)推式方式基本特征:信息流運動的方向與物料流的運動方向相同，其計劃的產量與實際生產的產量不同。 2）.拉式制造系統(tǒng)拉式方式管理與運作的基本特征是信息流的流動方

14、向與物料流的流動方向相反，其生產計劃的產量與實際的產量相同，可以實現零庫存或少庫存 實施拉式生產方式。按照訂單或顧客的需求，利用kanban指令系統(tǒng)使生產指令信息從生產線的最終工序(或作業(yè))逆物流流動的方向向前一道工序傳遞。 3）.“kanban” 提供準時合格產品與服務的本意準時的庫存控制。2021/7/24312021/7/24324）.豐田生產方式/ Just in Time：適時適量 “只在必要的時候，按必要的量，生產必要的產品”（Just In Time）。這種準時/JIT管理的基本特征是：實現準時生產。執(zhí)行在必要的時間(不遲也不早)、生產必要的品種與數量(不多也不少)的生產計劃管理

15、產品的生產，其生產管理的指令系統(tǒng)就是Kanban系統(tǒng)。實施拉式生產方式。按照訂單或顧客的需求，利用kanban指令系統(tǒng)使生產指令信息從生產線的最終工序(或作業(yè))逆物流流動的方向向前一道工序傳遞。連續(xù)優(yōu)化生產流程，通過多面手員工的培訓由生產作業(yè)者完成質量檢測，保證即時發(fā)現質量缺陷，不斷改進流程與作業(yè)，消除生產過程中一切不能附加價值的活動。實現公示管理。按照顧客價值對供應商進行管理，以“零庫存”為奮斗目標實現準時供貨，努力降低公司的庫存。實施人與技術結合的自治管理，發(fā)揮小組的集體作用。 2021/7/24335 制造系統(tǒng)的重要課題一、系統(tǒng)分析與綜合 1. 制造系統(tǒng)分析 制造系統(tǒng)的分析是指通過理論方

16、法、仿真方法、實驗方法等對已有或處于設計階段的制造系統(tǒng)進行分析，以了解該系統(tǒng)的行為舉止和運行規(guī)律，并獲取該系統(tǒng)的某些性能指標。系統(tǒng)分析的目的往往是為了對系統(tǒng)進行改進、對系統(tǒng)的運行進行優(yōu)化，或作為系統(tǒng)設計中的一個環(huán)節(jié)（如對待建系統(tǒng)的性能進行評估）。 制造系統(tǒng)分析已有較多方法。其中計算機仿真方法應用較多。無論采用那種方法對制造系統(tǒng)進行分析，最關鍵的問題，就是建立系統(tǒng)的模型。 2. 制造系統(tǒng)綜合 系統(tǒng)綜合就是根據已知的對系統(tǒng)各方面的要求，通過系統(tǒng)科學的理論和方法，產生一滿足所給要求的新系統(tǒng)。在很多情況下，這一過程是從無到有產生一符合給定要求的新系統(tǒng)。在有些情況下，也可在現有系統(tǒng)基礎上，通過系統(tǒng)校正、

17、系統(tǒng)重構等方法產生出比原系統(tǒng)性能更優(yōu)良的新系統(tǒng)。 2021/7/2434制造系統(tǒng)綜合的實現過程這一過程可看作為一種變換與處理過程，它在有關參考模型（如制造模式，管理范式等）的支持下，在相關信息的支持下，由系統(tǒng)設計人員借助于計算機和有關軟件系統(tǒng)，對輸入信息（對未來新系統(tǒng)的要求）進行變換、處理，最后產生輸出信息（對未來新系統(tǒng)的描述）。 輸出 （未來新系統(tǒng)） 輸入 （系統(tǒng)要求） 制 造 系 統(tǒng) 設 計 過 程 參考模型 相關信息 設計人員、計算機、軟件 交互與學習 2021/7/2435制造系統(tǒng)綜合方法：分階段迭代設計分階段處理 制造系統(tǒng)的設計需通過從粗到精、由宏觀到微觀、由全局到局部的多階段。是一

18、個從需求出發(fā)，逐步細化，最終滿足要求的過程。迭代求解 由于在每一個實施階段中，所要解決的問題往往仍很復雜，而且很到問題是非結構化的。因此這些設計階段中很多具體問題的解決，往往還需通過反復迭代、逐步獲解。 2021/7/24362-5 制造系統(tǒng)的重要課題二、系統(tǒng)管理與控制 制造系統(tǒng)的管理與控制是根據給定的目標和要求，發(fā)揮人的智慧，利用計算機作為手段，對制造系統(tǒng)的運行過程進行合理控制，達到優(yōu)化生產的一門技術。 管理：上層，宏觀，分析決策為主，實時性低； 如經營管理、計劃控制、靜態(tài)調度等。 控制：底層，微觀，計算調節(jié)為主，實時性高； 如動態(tài)調度、過程控制、設備控制等。2021/7/2437制造系統(tǒng)管理與控制的涵義從狹義角度看，制造系統(tǒng)管理與控制是通過對制造過程中的物料、人力、設備等生產資源的合理計劃、調度與控制，以縮短