先進(jìn)制造模式

1、1 2制造模式的概念計算機集成制造并行工程成組技術(shù)精益生產(chǎn)敏捷制造3 4 5 6 7先進(jìn)制造模式的管理 制造系統(tǒng)組織化原理框圖 8現(xiàn)代企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的特性主要體現(xiàn)在以下六個方面： 制造企業(yè)的組織結(jié)構(gòu) 1）靈活性 2）分散性 3）動態(tài)性 4）并行性 5）獨立性 6）簡單性 9 10。1）企業(yè)生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)，從市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務(wù)是一個統(tǒng)一的不可分割的整體。11CIM是將人及其經(jīng)營知識和能力與信息技術(shù)和制造技術(shù)綜合應(yīng)用，以提高制造型企業(yè)的生產(chǎn)率和響應(yīng)能力。企業(yè)所有人員、功能、信息、組織管理等方面都是集成起來的整體的各個部分。CIM是一種哲理、思想、方法； CIMS是C

2、IM哲理的具體體現(xiàn)； CIMS是一個計算機控制的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其輸入是產(chǎn)品的需求和概念，輸出的是合格的產(chǎn)品。12CIM的目標(biāo)是（相對于自動化孤島）。CIM 的核心是，而集成的本質(zhì)是。3M（人、機器、管理）集成，其中是核心。普渡大學(xué)T.J.Willian教授提出CIMS參考模型的兩個概念： （可自動化性） 指生產(chǎn)活動中可用數(shù)學(xué)形式或計算機程序描述的部分，可用計算機來進(jìn)行處理。 （創(chuàng)新） 生產(chǎn)活動中無法用數(shù)學(xué)形式或計算機程序描述的部分，這一部分內(nèi)容仍需人來完成。 他認(rèn)為工業(yè)革命使人變成了機器的奴隸，新技術(shù)革命則要 “恢復(fù)人格”（Humanlization）。Real13SME美國制造工程學(xué)會的“制

3、造企業(yè)輪圖”將顧客作為制造業(yè)一切活動的核心，強調(diào)了人、組織和協(xié)同工作，以及基于制造基礎(chǔ)設(shè)施、資源和企業(yè)責(zé)任之下的組織、管理生產(chǎn)的全面考慮。 圖1-26 CASA/SME的“制造企業(yè)輪圖”（第三版1993）14圖1-28 CIMS功能模型Network DB市場信息生產(chǎn)過程信息技術(shù)信息原材料，能源產(chǎn)品MIS，BM，PMMM，LM，F(xiàn)MEDASCADCAECAPPCAMCAQCAICATCAQCCMMMASCNC, MC, FMC, FMS, ROBOT, 以信息的觀點建立的企業(yè)模型框架（或功能模型）。CIMS 功能模型通常由 6個分系統(tǒng)組成（圖6-28） 。15CIMS通常由4個功能分系統(tǒng)和2個

4、支撐分系統(tǒng)組成 1. 經(jīng)營管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS） MIS通常是以MRPII為核心，包括預(yù)測、經(jīng)營決策、各級生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售、供應(yīng)、財務(wù)、成本、設(shè)備、工具、人力資源等各項管理信息功能。 三個基本功能（）信息處理包括信息的收集、傳輸、加工和查詢。（）事務(wù)處理包括經(jīng)營計劃管理、物料管理、生產(chǎn)管理、財務(wù)管理、人力資源管理等。（）輔助決策分析歸納現(xiàn)有信息，利用數(shù)學(xué)方法預(yù)測未來，提供企業(yè)經(jīng)營管理過程中輔助決策信息。162. 工程設(shè)計自動化系統(tǒng)（Engineering Design Automation System，EDAS）EDAS

5、實質(zhì)上是指在產(chǎn)品開發(fā)過程中運用計算機技術(shù)，使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動地進(jìn)行。產(chǎn)品開發(fā)活動包括產(chǎn)品的概念設(shè)計、工程與結(jié)構(gòu)分析、詳細(xì)設(shè)計、工藝設(shè)計以及數(shù)控編程等設(shè)計和制造準(zhǔn)備階段的一系列工作，即通常所說的CAD、CAPP、CAM三大部分。CIMS的重要指標(biāo)是3C技術(shù)的集成，提出基于產(chǎn)品模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)，取代各個自動化孤島。173. 制造自動化系統(tǒng)（Manufacturing Automation System，MAS）MAS由機械加工系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)組成。在計算機的控制與調(diào)度下，按照NC代碼將一個個毛坯加工成合格的零件并裝配成部件以至產(chǎn)品，完成設(shè)計

6、和管理部門下達(dá)的任務(wù)。MAS的目標(biāo)可歸納為：實現(xiàn)多品種、小批量產(chǎn)品制造的柔性自動化；實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低成本、短周期及高效率生產(chǎn)，提高企業(yè)的市場競爭能力；為作業(yè)人員創(chuàng)造舒適而安全的勞動環(huán)境。 184質(zhì)量保證系統(tǒng)（Computer Aided Quality System，CAQ）CIMS中的質(zhì)量保證系統(tǒng)覆蓋產(chǎn)品生命周期的各個階段，主要包括質(zhì)量計劃子系統(tǒng)、質(zhì)量檢測管理子系統(tǒng)、質(zhì)量分析評價子系統(tǒng)、質(zhì)量信息綜合管理與反饋控制子系統(tǒng) 。195數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Database System，DBS） CIMS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常是采用集中與分布相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，以保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性和易維護性。工程數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，它

7、包含有圖形、加工工藝規(guī)程、NC代碼等各種類型的數(shù)據(jù)。工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理、經(jīng)營管理等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均按統(tǒng)一規(guī)范進(jìn)行交換。從而實現(xiàn)整個CIMS中數(shù)據(jù)的集成和共享。 6計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（Network System，NETS） 通過計算機通信網(wǎng)絡(luò)將物理上分布的CIMS各個功能分系統(tǒng)的信息聯(lián)系起來，以達(dá)到共享的目的。依照企業(yè)覆蓋地理范圍的大小，有兩種計算機網(wǎng)絡(luò)可供CIMS采用，一種為局域網(wǎng)，另一種為廣域網(wǎng)。20從CIMS技術(shù)發(fā)展的角度看，共經(jīng)歷了三個階段： 1.信息集成 （以早期計算機集成制造為代表）信息集成主要解決企業(yè)中各個自動化孤島之間的信息交換與共享，其主要內(nèi)容有：（1）企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)

8、計方法、軟件工具和規(guī)范 這是系統(tǒng)總體設(shè)計的基礎(chǔ)。（2）異構(gòu)環(huán)境和子系統(tǒng)的信息集成 2.過程集成 （以并行工程為代表）數(shù)字化產(chǎn)品定義和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，支持群組協(xié)同工作的計算機與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，采用“并行工程” 。 3.企業(yè)間集成 （以敏捷制造為代表）企業(yè)間集成優(yōu)化是企業(yè)內(nèi)外部資源的優(yōu)化利用，實現(xiàn)敏捷制造，以適應(yīng)知識經(jīng)濟、全球經(jīng)濟、全球制造的新形勢。211984年開始實施ESPRIT（歐洲信息技術(shù)研究戰(zhàn)略計劃），在130個合作項目中，關(guān)于CIM項目占28項CNC、DNC、FMS已處于世界領(lǐng)先地位，1985年通產(chǎn)省主持開發(fā)“筑波綜合實驗工廠”，相當(dāng)于CIMS實驗基地。不僅企業(yè)重視，國家也極為重視，認(rèn)為CIM

9、是奪回失去市場、取得競爭成功的關(guān)鍵技術(shù)，并將不可逆轉(zhuǎn)地成為21世紀(jì)占主導(dǎo)地位的新的生產(chǎn)方式。20世紀(jì)80年代初，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBA）所屬AMRF（自動化研究實驗基地）建立了世界上第一個CIMS實驗系統(tǒng)（見圖1-29） 也在積極跟蹤和發(fā)展CIM技術(shù)。22主控制室輔助控制室運輸小車入口出口貨架車削MC立式MC臥式MC清洗機CMM圖1-29 AMRF 的 CIMS 實驗系統(tǒng)（FMS部分）23 目標(biāo)：跟蹤世界高技術(shù)最新發(fā)展自動化領(lǐng)域兩個主題：1）CIM；2）工業(yè)機器人組織與領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)（圖1-27）自動化領(lǐng)域總體戰(zhàn)略、分階段戰(zhàn)略部署，對外合作，總經(jīng)費、年度經(jīng)費分配，學(xué)術(shù)領(lǐng)導(dǎo)具體領(lǐng)導(dǎo)各項工作開展專題學(xué)術(shù)

10、領(lǐng)導(dǎo)，組長由主題專家組成員擔(dān)任圖1-30 863自動化領(lǐng)域組織結(jié)構(gòu)自動化領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會CIM主題專家組CIM專題專家小組24 1987.6 可行性論證1988.3 通過國家評審1988.51989.5 總體設(shè)計1989.61992.12 開發(fā)實施1993.3 國家驗收1994年獲美國CASA/SME（美國機械工程師協(xié)會計算機與自動化系統(tǒng)分會）“University LEAD Award”（大學(xué)領(lǐng)先獎）25CAD/CAPP/CAM工程DB日作業(yè)計劃計劃DB計劃管理系統(tǒng)仿真監(jiān)控DBNCDB調(diào)度生產(chǎn)監(jiān)控管理實時DB車削MC 立式MC 臥式MC物流刀具裝夾測量運輸車物流DB刀具DB夾具DB單元控制26

11、 272829 30 上個世紀(jì)80年代中期以來，迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，使其盡早進(jìn)入市場成為贏得競爭勝利的關(guān)鍵。要解決這一問題，必須改變長期以來傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式。 圖6-1 串行開發(fā)產(chǎn)品的弊端產(chǎn)品設(shè)計工藝規(guī)劃加工裝配市場需求無法加工裝配困難31 1982年，美國國防高級研究項目局（Defense Advanced Research Projects Agency: DARPA）開始研究如何在產(chǎn)品設(shè)計過程中提高各活動之間“并行度”（concurrency)的方法。5年以后，DARPA發(fā)表了其研究結(jié)果。后來的事實證明，該研究結(jié)果成為其后所有這方面研究的重要基礎(chǔ)。在1986年夏天，美國國防部防御分析研究

12、所（Institute for Defense Analyses: IDA）發(fā)表了非常著名的R-338報告，提出了“并行工程”（Concurrent Engineering: CE）的概念。并首次提出并行工程的定義： “并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。這種方法要程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。這種方法要求產(chǎn)品開發(fā)人員從設(shè)計一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中求產(chǎn)品開發(fā)人員從設(shè)計一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有因素

13、，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計劃和用戶的要求。、進(jìn)度計劃和用戶的要求?！?32 并行工程利用各種計算機輔助工具和手段，通過組成多學(xué)科的產(chǎn)品開發(fā)小組協(xié)同工作，使產(chǎn)品開發(fā)的各個階段既使產(chǎn)品開發(fā)的各個階段既有一定的時序，又是并行的。有一定的時序，又是并行的。采用由上下游相關(guān)因素共同決策的工作方式，通過宏循環(huán)和微循環(huán)的信息流閉環(huán)體系進(jìn)行信息反饋，使產(chǎn)品在開使產(chǎn)品在開發(fā)的早期就能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)全過程的問題。發(fā)的早期就能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)全過程的問題。 33 34 35強調(diào)團隊工作（Team work方式將產(chǎn)品壽命循環(huán)各個方面的專家，形成專門的工作小組，大家共同工作，隨時對設(shè)計出的產(chǎn)品和零件從各個方面進(jìn)行審查，

14、力求使設(shè)計出的產(chǎn)品便于加工、裝配、維修、運送，外觀美、成本低、便于使用。集中各方面專家的智慧后設(shè)計出產(chǎn)品。需要指出的是，團隊工作方式并不意味著一定要大家成天呆在一起，這樣有時會造成人力的浪費。作方式如圖6-5所示。 36強調(diào)設(shè)計過程的并行性并行性有兩層含義：一是工作內(nèi)容重合 在設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品生命周期的各個方面；二是工作階段重合 在設(shè)計階段同時進(jìn)行工藝(包括加工工藝、裝配工藝和檢驗工藝)過程設(shè)計，并在計算機上對工藝設(shè)計的結(jié)果仿真，直至用原型法生產(chǎn)出產(chǎn)品的樣件。37強調(diào)設(shè)計過程的系統(tǒng)性設(shè)計、制造、管理等過程不再是一個個相互獨立的單元，而要將它們納入一個整體的系統(tǒng)來考慮，設(shè)計過程不僅出圖紙和其它

15、設(shè)計資料，還要進(jìn)行質(zhì)量控制、成本核算，也要產(chǎn)生進(jìn)度計劃等。這種工作方式是對傳統(tǒng)管理機構(gòu)的一種挑戰(zhàn)。強調(diào)設(shè)計過程的快速反饋 并行工程強調(diào)對設(shè)計結(jié)果及時進(jìn)行審查，并及時反饋給設(shè)計人員。這樣可以大大縮短設(shè)計時間，還可以保證將錯誤消滅在“萌芽”狀態(tài)。38圖6-8 并行工程的體系結(jié)構(gòu) 39提高質(zhì)量。盡可能將所有質(zhì)量問題消滅在設(shè)計階段，使所設(shè)計的產(chǎn)品便于制造易于維護。這就為質(zhì)量的“零缺陷”提供了基礎(chǔ)，使得制造出來的產(chǎn)品甚至用不著檢驗就可上市。 保證了功能的實用性 增強市場競爭能力 40美國波音飛機制造公司投資40多億美元，在研制波音777型噴氣客機過程中，運用CIMS和CE技術(shù)，一方面在企業(yè)南北地理分布5

16、0千米的區(qū)域內(nèi)，由200多個研制小組自形成了群組協(xié)同工作，另一方面也與其它國家的企業(yè)開展合作，采用龐大的計算機網(wǎng)絡(luò)來支持并行設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)制造。在美國進(jìn)行概念設(shè)計，在日本進(jìn)行部件設(shè)計，而零件設(shè)計則在新家坡完成。在網(wǎng)絡(luò)上建立了24h工作的協(xié)同設(shè)計隊伍，大大加快了產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)度。建立了電子樣機，除起落架艙外，成為世界上第一家無原型樣機而一次成功飛上藍(lán)天的噴氣客機，也是世界航空發(fā)展史上最高水平的“無圖紙”研制的飛機。從1990年10月開始設(shè)計到1994年6月僅花了3年零2個月就試制成功。與波音767飛機的研制周期相比，縮短了13個月。 41 無圖紙生產(chǎn)實例波音 777客機42美國電話電報 AT&T

17、公司在生產(chǎn)計算機配套印刷組產(chǎn)品時，由于原來的設(shè)計中未考慮生產(chǎn)工藝性問題，致使產(chǎn)品質(zhì)量低下，合格率僅為5%。采用并行設(shè)計以后，利用計算機虛擬檢測，找出設(shè)計中的缺陷，使產(chǎn)品合格率達(dá)到90%。 HP公司采用并行工程來改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，實施的結(jié)果是公司全部產(chǎn)品的綜合故障降低了83%，制造成本減少了42%，而產(chǎn)品開發(fā)周期縮短了35%。 法國航空發(fā)動機公司在1990年航空發(fā)動機開發(fā)時間為54個月，采用并行工程后，1992年開發(fā)周期縮短至42個月，2998年進(jìn)一步縮短為36個月。 43 44 。 45 46 。47 48比較項目 大量生產(chǎn) 精良生產(chǎn)追求目標(biāo) 高效率、高質(zhì)量、低成本 完善生產(chǎn)，消除一切浪費工作方式

18、 專業(yè)分工，相互封閉 責(zé)、權(quán)、利統(tǒng)一的工作小組， 協(xié)同工作，團隊精神組織管理 寶塔式，組織機構(gòu)龐大 權(quán)利下放，扁平式組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)品特征 標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品 面向用戶的多樣化產(chǎn)品設(shè)計方式 串行模式 并行模式生產(chǎn)特征 大批量、高效率生產(chǎn) 變批量、柔性化生產(chǎn) 供貨方式 大庫存緩沖 JIT方式，接近0庫存質(zhì)量保證 靠機床設(shè)備，事后把關(guān) 靠生產(chǎn)人員保證，追求零缺陷雇員關(guān)系 雇傭關(guān)系，合同約束 終身雇用，風(fēng)雨同舟用戶關(guān)系 靠產(chǎn)品質(zhì)量、成本取勝 用戶滿意，需求驅(qū)動，主動銷售供應(yīng)商 合同關(guān)系，短期行為 長期合作，利益共享，風(fēng)險共擔(dān) 49 50 5152圖圖6-22 敏捷制造概念示意圖敏捷制造概念示意圖53 敏捷制造蘊涵

19、著許多不同于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的哲理和思想，主要表現(xiàn)在： 主要指快速響應(yīng)市場需求（包括當(dāng)前需求和可預(yù)知未來需求）的能力。 不僅指企業(yè)內(nèi)部的資源共享與信息集成，還指友好企業(yè)之間的資源共享與信息集成。 為實現(xiàn)某一個市場機會，將擁有實現(xiàn)該機會所需資源的若干企業(yè)組成一個動態(tài)組織，它隨任務(wù)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，并隨任務(wù)的結(jié)束而結(jié)束。 54 精良生產(chǎn) 敏捷制造充分利用和增強大批量生產(chǎn)優(yōu)勢 采用大量定制生產(chǎn)方式追求零缺陷，使用戶完全滿意 整個產(chǎn)品壽命周期用戶滿意 變批量、柔性生產(chǎn) 模塊化產(chǎn)品設(shè)計和模塊化制造系統(tǒng)注重技術(shù)與操作，實行連續(xù)改進(jìn) 注重組織與人員，實現(xiàn)動態(tài)重組終身聘用、工齡工資 基于信任的雇傭關(guān)系，“社會合同”多功能小組，協(xié)同工作 基于任務(wù)的組織與管理，多學(xué)科項目組工廠