機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件：先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)

先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)6.1柔性制造系統(tǒng)6.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)6.3先進(jìn)制造生產(chǎn)模式習(xí)題與思考題

機(jī)械制造技術(shù)是研究整個(gè)產(chǎn)品的生命周期，包括設(shè)計(jì)、加工制造、銷售使用、維修服務(wù)乃至回收再生的整個(gè)過(guò)程的工程學(xué)科，是以提高產(chǎn)品質(zhì)量、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)，包含物質(zhì)流、信息流和資金流的完整的系統(tǒng)工程。先進(jìn)制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、激光技術(shù)、電子電氣技術(shù)、控制論、系統(tǒng)工程、管理科學(xué)等與制造技術(shù)的結(jié)合，并由此出現(xiàn)了制造系統(tǒng)，形成了先進(jìn)的制造生產(chǎn)模式。

6.1柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS)由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)控加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對(duì)象變化的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)。FMS的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)，它按照成組的加工對(duì)象確定工藝過(guò)程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)行控制，故能自動(dòng)調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批高效生產(chǎn)，并能適時(shí)改變加工的產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)需求(即具有“柔性”)。

6.1.1柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)和適用范圍

柔性制造系統(tǒng)一般是由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床和加工中心組成的，并有自動(dòng)上、下料裝置，倉(cāng)庫(kù)和物料輸送系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)及其軟件的集中控制下，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化，它具有高度柔性，是一種計(jì)算機(jī)直接控制的自動(dòng)化可變加工系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線相比，F(xiàn)MS具有下列突出的特點(diǎn)：

(1)具有高度的柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)多種工藝要求不同的同族零件加工。

(2)具有高度的自動(dòng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化工作。

(3)設(shè)備利用率高，設(shè)備調(diào)整、工序準(zhǔn)備與終結(jié)等輔助時(shí)間大大減少。

(4)具有高生產(chǎn)率。

(5)可降低直接勞動(dòng)費(fèi)用，增加經(jīng)濟(jì)收益。

柔性制造系統(tǒng)的適用范圍很廣，如圖6-1所示，圖中柔性制造單元、柔性生產(chǎn)線都屬于柔性制造系統(tǒng)的范疇。柔性制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)單件、小批量生產(chǎn)，也能適應(yīng)中大批量、多品種生產(chǎn)，把高柔性、高質(zhì)量、高效率統(tǒng)一結(jié)合起來(lái)，是當(dāng)前最有實(shí)效的生產(chǎn)手段。

圖6-1柔性制造系統(tǒng)的適用范圍

6.1.2柔性制造系統(tǒng)的類型

柔性制造系統(tǒng)一般可分為柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)和柔性生產(chǎn)線，但統(tǒng)稱為柔性制造系統(tǒng)。

(1)柔性制造單元(FMC)。它是由單臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床或加工中心、環(huán)形(圓形或橢圓形)托盤輸送裝置或工業(yè)機(jī)器人所組成的，可以不停機(jī)轉(zhuǎn)換工件進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)(見(jiàn)圖6-2)。它能夠適用于多品種生產(chǎn)，是組成柔性制造系統(tǒng)的基本單元。圖6-2柔性制造單元

(2)柔性制造系統(tǒng)(FMS)。它是由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心或柔性制造單元所組成的，配有自動(dòng)輸送裝置(有軌、無(wú)軌輸送車或機(jī)器人)、工件自動(dòng)上下料裝置(托盤交換或機(jī)器人)、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，并有計(jì)算機(jī)綜合控制功能、生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度管理功能以及監(jiān)控功能等。圖6-3所示為由兩臺(tái)加工中心、兩臺(tái)機(jī)器人、一個(gè)立體倉(cāng)庫(kù)、一臺(tái)圖像識(shí)別器和傳送帶所組成的柔性制造系統(tǒng)。

圖6-3兩臺(tái)加工中心組成的柔性制造系統(tǒng)

(3)柔性生產(chǎn)線。它由多臺(tái)加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，其中有些機(jī)床帶有一定的專用性，全線機(jī)床按工件的工藝過(guò)程布局，可以有生產(chǎn)節(jié)拍，但它本質(zhì)上是柔性的，適當(dāng)調(diào)整可以快速適應(yīng)產(chǎn)品變化，具有柔性制造系統(tǒng)的功能。圖6-4所示為由九臺(tái)機(jī)床和一臺(tái)裝卸站組成的柔性生產(chǎn)線。

圖6-4由九臺(tái)機(jī)床和一臺(tái)裝卸站組成的柔性生產(chǎn)線

6.1.3柔性制造系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)

柔性制造系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)如圖6-5所示，它由物流系統(tǒng)和信息系統(tǒng)組成，各個(gè)系統(tǒng)又由許多子系統(tǒng)構(gòu)成。

圖6-5柔性制造系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

柔性制造系統(tǒng)的主要加工設(shè)備是加工中心和數(shù)控機(jī)床，目前以銑鏜加工中心(立式和臥式)和車削加工中心占多數(shù)，一般多由2～6臺(tái)組成。柔性制造系統(tǒng)常用的輸送裝置有輸送帶、有(無(wú))軌輸送車、工業(yè)機(jī)器人等。在一個(gè)柔性制造系統(tǒng)中可以同時(shí)采用多種輸送裝置形成復(fù)合輸送網(wǎng)。輸送方式可以是線形、環(huán)形和網(wǎng)形。柔性制造系統(tǒng)的儲(chǔ)存裝置可采用立體倉(cāng)庫(kù)和堆垛機(jī)，也可采用平面?zhèn)}庫(kù)和托盤站。

托盤是一種隨行夾具，其上裝有工件夾具(組合夾具或通用夾具、專用夾具)，工件裝夾在夾具上，托盤、工件夾具和工件形成一體，由輸送裝置輸送，托盤在機(jī)床的工作臺(tái)上自動(dòng)定位和夾緊。托盤站還可起暫時(shí)存儲(chǔ)作用，配置在機(jī)床附近，起緩沖作用。倉(cāng)庫(kù)可分為毛坯庫(kù)、零件庫(kù)、刀具庫(kù)和夾具庫(kù)等。柔性制造系統(tǒng)中除主要加工設(shè)備外，根據(jù)需要還可以有清洗工作站、去毛刺工作站、測(cè)量與檢驗(yàn)工作站等。

柔性制造系統(tǒng)控制系統(tǒng)由多臺(tái)計(jì)算機(jī)、設(shè)備控制裝置(如機(jī)床數(shù)控系統(tǒng))通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，形成遞階控制，進(jìn)行分層控制與管理，其工作內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：

(1)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)：根據(jù)產(chǎn)品零件工藝要求進(jìn)行工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，能適應(yīng)生產(chǎn)調(diào)度變化的動(dòng)態(tài)工藝問(wèn)題。

(2)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度：制訂生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，保證均衡生產(chǎn)，提高設(shè)備利用率。

(3)工作站和設(shè)備的運(yùn)行控制：工作站是由若干設(shè)備組成的，如車削工作站是由車削加工中心和工業(yè)機(jī)器人等所組成。工作站和設(shè)備的運(yùn)行控制是對(duì)機(jī)床、物料輸送系統(tǒng)、物料存儲(chǔ)系統(tǒng)、測(cè)量機(jī)、清洗機(jī)等的全面遞階控制。

(4)工況監(jiān)測(cè)和質(zhì)量保證：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，保證工作安全可靠，運(yùn)行正常，質(zhì)量穩(wěn)定合格。

6.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

6.2.1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的概念

計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)是一種新的制造思想和技術(shù)形態(tài)，是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)生產(chǎn)的哲理，是信息技術(shù)與制造過(guò)程相結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是基于CIM哲理而組成的系統(tǒng)，是CIM思想的物理體現(xiàn)。

CIM概念包含兩個(gè)基本觀點(diǎn)：

(1)企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，諸如市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、裝配維修、質(zhì)量管理、倉(cāng)庫(kù)管理、經(jīng)營(yíng)管理到售后服務(wù)等全部生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體，為達(dá)到企業(yè)的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)應(yīng)統(tǒng)一考慮。

(2)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，物流系統(tǒng)背后的實(shí)質(zhì)是信息流和資金流，信息流是一個(gè)數(shù)據(jù)的采集、傳遞和加工處理的過(guò)程。

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是將信息技術(shù)，管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，將企業(yè)全部生產(chǎn)活動(dòng)(如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營(yíng)管理、服務(wù)等)中產(chǎn)生的信息有機(jī)地集成起來(lái)，其目的是縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和上市時(shí)間，提高企業(yè)的運(yùn)行效率，提高客戶的滿意度。

6.2.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成

從功能角度分析，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)包括以下四個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)(如圖6-6所示)：

(1)經(jīng)營(yíng)管理與決策系統(tǒng)。它是企業(yè)運(yùn)行的指揮與控制中心，它的具體體現(xiàn)是企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)，通過(guò)對(duì)企業(yè)銷售、生產(chǎn)、采購(gòu)、物流等各個(gè)環(huán)節(jié)，以及人力資源、生產(chǎn)設(shè)備、資金等企業(yè)內(nèi)部資源的有效控制和管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部資源的優(yōu)化配置，提高企業(yè)生產(chǎn)效率和市場(chǎng)響應(yīng)能力。圖6-6CIMS各功能模塊

(2)產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它包括工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電子和電氣設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，用到的設(shè)計(jì)軟件工具有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和計(jì)算機(jī)輔助工藝計(jì)劃(CAPP)等。利用CAD軟件系統(tǒng)可確定產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)和尺寸，以及使用的材料。其主要功能有計(jì)算機(jī)繪圖和建模、有限元分析、計(jì)算機(jī)造型及圖像顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析與仿真、生成材料清單等。

CAM主要是按照零件和工藝設(shè)計(jì)要求生成數(shù)控加工機(jī)床所用的NC程序。

CAPP是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照某些必須遵守的制造或組裝過(guò)程，將原材料加工成產(chǎn)品所需的一系列加工動(dòng)作和對(duì)需求資源的描述。它完成毛坯設(shè)計(jì)、加工方法選擇、工序設(shè)計(jì)、工藝路線制定、制造設(shè)備和工裝的確定及工時(shí)定額計(jì)算等。

(3)制造自動(dòng)化系統(tǒng)。它主要包括生產(chǎn)加工系統(tǒng)、生產(chǎn)信息管理、作業(yè)運(yùn)行與監(jiān)控、作業(yè)調(diào)度。如柔性制造系統(tǒng)(FMS)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，將毛坯或半成品加工成合格的零件，將零件裝配成部件或產(chǎn)品。在這里物料流與信息流交匯，完成設(shè)計(jì)及管理中指定的任務(wù)，并將制造系統(tǒng)的信息反饋到相應(yīng)生產(chǎn)管理和設(shè)計(jì)部門。

(4)質(zhì)量管理系統(tǒng)。它主要包括質(zhì)量計(jì)劃、質(zhì)量檢驗(yàn)、質(zhì)量分析與評(píng)估、質(zhì)量信息綜合管理。如計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量管理(CAQ)，用于質(zhì)量控制及管理，在產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)零件質(zhì)量進(jìn)行控制，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

從組織結(jié)構(gòu)角度分析，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)可以由公司、工廠、車間、單元、工作站和設(shè)備六層組成，也可由公司以下的五層、工廠以下的四層組成。設(shè)備是最下層，如一臺(tái)機(jī)床、一臺(tái)輸送裝置；工作站是由幾臺(tái)設(shè)備組成；幾個(gè)工作站組成一個(gè)單元，單元相當(dāng)于柔性制造系統(tǒng)、生產(chǎn)線；幾個(gè)單元組成一個(gè)車間，幾個(gè)車間組成一個(gè)工廠，幾個(gè)工廠組成一個(gè)公司。公司、工廠、車間、單元、工作站和設(shè)備各層的職能分別為規(guī)劃與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、計(jì)劃、管理、協(xié)調(diào)、控制和執(zhí)行，如圖6-7所示。

圖6-7CIMS組織結(jié)構(gòu)

6.3先進(jìn)制造生產(chǎn)模式

制造生產(chǎn)模式是制造業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)速度，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，以完成特定的生產(chǎn)任務(wù)而采取的一種有效的生產(chǎn)方式和一定的生產(chǎn)組織形式。它涉及企業(yè)體制、經(jīng)營(yíng)、管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織、供應(yīng)鏈和技術(shù)系統(tǒng)等。制造生產(chǎn)模式具有鮮明的時(shí)代性?，F(xiàn)代先進(jìn)制造生產(chǎn)模式是從傳統(tǒng)的制造生產(chǎn)模式中發(fā)展、深化和逐步創(chuàng)新而來(lái)的。

工業(yè)化時(shí)代的福特大批量生產(chǎn)模式是以提供廉價(jià)的產(chǎn)品為主要目的；信息化時(shí)代的柔性生產(chǎn)模式、精益生產(chǎn)模式、敏捷制造模式等是以快速滿足顧客的多樣化需求為主要目的；知識(shí)化時(shí)代的綠色制造生產(chǎn)模式，是以產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中有利于環(huán)境保護(hù)減少能源消耗為主要目的。

6.3.1并行工程

傳統(tǒng)產(chǎn)品制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)制造的工作方式是順序進(jìn)行的，設(shè)計(jì)與制造脫節(jié)，一旦制造出現(xiàn)問(wèn)題，就要修改設(shè)計(jì)，使整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期很長(zhǎng)，新產(chǎn)品難以快速上市，如圖6-8所示。

圖6-8傳統(tǒng)產(chǎn)品制造過(guò)程

并行工程是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)進(jìn)行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)。它要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品全生命周期(從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢)內(nèi)各階段的因素(如功能、制造、裝配、作業(yè)調(diào)度、質(zhì)量、成本、維護(hù)與用戶需求等)，并強(qiáng)調(diào)各部門的協(xié)同工作，通過(guò)建立決策者之間有效的信息交流機(jī)制，綜合考慮各相關(guān)因素的影響，使后續(xù)環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題在設(shè)計(jì)的早期階段就被發(fā)現(xiàn)，并得到解決，從而使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段便具有良好的可制造性、可裝配性、可維護(hù)性及回收再生等方面的特性，最大限度地減少設(shè)計(jì)反復(fù)，縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造時(shí)間，如圖6-9所示。

圖6-9并行工程制造過(guò)程

并行工程是利用信息化技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)來(lái)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種方式。它站在產(chǎn)品全生命周期的高度，打破傳統(tǒng)的部門分割、封閉的組織模式，強(qiáng)調(diào)參與者的協(xié)調(diào)工作，重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的重組和重構(gòu)。并行工程是一種集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的系統(tǒng)方法，其主要特點(diǎn)如下：

(1)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)隊(duì)伍重構(gòu)。將傳統(tǒng)的部門或?qū)I(yè)組轉(zhuǎn)變成以產(chǎn)品為主線的多功能集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，其被賦予相應(yīng)的職責(zé)和權(quán)利，對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)對(duì)象負(fù)責(zé)。

(2)過(guò)程重組。從傳統(tǒng)的串行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程轉(zhuǎn)變成并行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，要求企業(yè)在產(chǎn)品全生命周期的全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)信息集成、功能集成和過(guò)程集成。并行過(guò)程不僅僅是活動(dòng)的并行，更主要的是下游過(guò)程在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)早期就參與設(shè)計(jì)；另一個(gè)方面是過(guò)程的改進(jìn)，使信息流動(dòng)與共享的效率更高。

(3)集成產(chǎn)品信息模型。集成數(shù)據(jù)模型可以為產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)提供產(chǎn)品的全部信息，它是并行工程實(shí)施的基礎(chǔ)。

(4)協(xié)同工作環(huán)境。用于支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)軟硬件平臺(tái)，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)不僅能夠在企業(yè)局域網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，也可以在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行，打破了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在地域方面的限制，可以實(shí)現(xiàn)全球環(huán)境下協(xié)同工作。

6.3.2敏捷制造

敏捷制造是在全球信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立跨企業(yè)的動(dòng)態(tài)企業(yè)，即虛擬企業(yè)，實(shí)現(xiàn)各企業(yè)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，充分利用信息技術(shù)，發(fā)揮人的創(chuàng)造性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售的總體敏捷化，從而快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)。一個(gè)公司不追求全能，而追求很有特色、先進(jìn)的局部?jī)?yōu)勢(shì)。

比如有的公司設(shè)計(jì)能力很強(qiáng)，就以設(shè)計(jì)為主；有的公司生產(chǎn)能力很強(qiáng)，就專做制造；有的公司營(yíng)銷能力很強(qiáng)，就專做銷售。當(dāng)市場(chǎng)上新的機(jī)遇出現(xiàn)時(shí)，組織幾個(gè)相關(guān)的公司合作，發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，以最快的速度、最優(yōu)的組合，迅速形成產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)，贏得這一機(jī)遇。完成這一合作后，可以尋找新的機(jī)遇繼續(xù)合作，也可以和其他公司合作尋找其他機(jī)遇，如圖6-10所示。

圖6-10各類公司在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下形成的敏捷制造虛擬企業(yè)

敏捷制造主要包括三個(gè)要素，生產(chǎn)技術(shù)、組織方式、管理手段。具有高度柔性的生產(chǎn)設(shè)備是創(chuàng)建敏捷制造企業(yè)的重要條件。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造過(guò)程中，能運(yùn)用計(jì)算機(jī)能力和制造過(guò)程的知識(shí)基礎(chǔ)，用數(shù)字計(jì)算方法設(shè)計(jì)復(fù)雜產(chǎn)品；可靠地模擬產(chǎn)品的特性和狀態(tài)，精確地模擬產(chǎn)品制造過(guò)程；具備相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟硬件，采用通用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)信息集成。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多功能小組內(nèi)和多功能小組間的異地合作(設(shè)計(jì)、加工、物流供應(yīng)等)，需要一個(gè)跨企業(yè)、跨行業(yè)、跨地域信息技術(shù)框架來(lái)支持不同企業(yè)協(xié)作運(yùn)行的需要。

敏捷制造的主要特點(diǎn)：

①不斷變化性，產(chǎn)品和過(guò)程不斷變化，企業(yè)要有適應(yīng)這種變化的管理模式；

②快速反應(yīng)性，持續(xù)變化的市場(chǎng)要求企業(yè)能夠具有快速反應(yīng)的能力；

③高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量管理；

④低的費(fèi)用。

6.3.3虛擬制造

虛擬制造(VM)是以制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)支持的系統(tǒng)建模技術(shù)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集現(xiàn)代制造工藝、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、并行工程、人工智能、人工現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體等多種技術(shù)于一體，由多學(xué)科知識(shí)形成的一種綜合系統(tǒng)技術(shù)。它將現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境及其制造過(guò)程通過(guò)建立系統(tǒng)模型映射到計(jì)算機(jī)與相關(guān)技術(shù)所支撐的虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境及制造過(guò)程的一切活動(dòng)和產(chǎn)品的制造全過(guò)程，并對(duì)產(chǎn)品制造及制造系統(tǒng)的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。

1．虛擬制造技術(shù)

虛擬制造技術(shù)(VMT)可以理解為在計(jì)算機(jī)上模擬產(chǎn)品的制造和裝配全過(guò)程。換句話說(shuō)，借助于建模和仿真技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，就可以把產(chǎn)品的制造過(guò)程、工藝過(guò)程、作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、庫(kù)存管理以及成本核算和零部件采購(gòu)等生產(chǎn)活動(dòng)在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，以便全面確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程的合理性。

虛擬制造技術(shù)是一種軟件技術(shù)，它填補(bǔ)了CAD/CAM技術(shù)與生產(chǎn)過(guò)程和企業(yè)管理之間的技術(shù)鴻溝，把企業(yè)的生產(chǎn)和管理活動(dòng)在產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前就在計(jì)算機(jī)屏幕上加以現(xiàn)實(shí)和評(píng)價(jià)，使工程師和決策者在設(shè)計(jì)階段就能夠預(yù)見(jiàn)可能發(fā)生的問(wèn)題和后果。

2．虛擬制造系統(tǒng)

虛擬制造系統(tǒng)(VMS)是基于虛擬制造技術(shù)(VMT)實(shí)現(xiàn)的制造系統(tǒng)，是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)在虛擬環(huán)境下的映射；而現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)是物質(zhì)流、信息流、資金流在控制機(jī)的協(xié)調(diào)與控制下，在各個(gè)層面上進(jìn)行相應(yīng)的決策，實(shí)現(xiàn)從投入到輸出的有效的轉(zhuǎn)變，而其中物質(zhì)流及信息流協(xié)調(diào)工作是其主體。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，可以將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)劃分為兩個(gè)子系統(tǒng)：現(xiàn)實(shí)信息系統(tǒng)和現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)。

現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)由現(xiàn)實(shí)中的物質(zhì)實(shí)體組成，這些物質(zhì)實(shí)體可以是材料、零部件、產(chǎn)品、機(jī)床、夾具、機(jī)器人、傳感器、控制器等。當(dāng)制造系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，這些實(shí)體有特定的行為和相互作用，如運(yùn)動(dòng)、變換、傳遞等，制造系統(tǒng)本身也與環(huán)境以物質(zhì)和能量的方式發(fā)生作用?，F(xiàn)實(shí)信息系統(tǒng)由許多信息、信息處理和決策活動(dòng)組成，如設(shè)計(jì)、規(guī)劃、調(diào)度、控制、評(píng)估信息，它不僅包括設(shè)計(jì)制造過(guò)程的靜態(tài)信息，而且還包括制造過(guò)程的動(dòng)態(tài)信息。

虛擬制造系統(tǒng)是在虛擬制造思想指導(dǎo)下一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)集成的、虛擬的制造系統(tǒng)。在信息集成基礎(chǔ)上，通過(guò)組織管理、技術(shù)、資源和人機(jī)集成實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成。在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在基于虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)可視化和多媒體技術(shù)的虛擬環(huán)境下，在各種人工智能技術(shù)和方法的支持下，通過(guò)集成地應(yīng)用各種建模、仿真分析技術(shù)和工具，實(shí)現(xiàn)集成的、并行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程、生產(chǎn)規(guī)劃、調(diào)度和管理的測(cè)試，利用分布式協(xié)同求解，以提高制造企業(yè)內(nèi)各級(jí)決策和控制能力，使企業(yè)能夠達(dá)到提高整體的動(dòng)作效能，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)決策和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

3．虛擬制造系統(tǒng)的功能

(1)通過(guò)虛擬制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成。

根據(jù)制造企業(yè)策略，基于虛擬制造系統(tǒng)，在信息集成和功能集成的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成。通過(guò)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的建模、管理、控制和協(xié)調(diào)，以企業(yè)資源、技術(shù)、人員進(jìn)行合理組織和配置，面向產(chǎn)品整個(gè)生命周期，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)策略與企業(yè)經(jīng)營(yíng)、工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)的集成(縱向集成)，以及在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段分布式并行處理虛擬環(huán)境下開(kāi)發(fā)小組的協(xié)同工作(橫向集成)，快速適應(yīng)市場(chǎng)和用戶需求的變化，以最快的速度向市場(chǎng)和用戶提供優(yōu)質(zhì)低價(jià)產(chǎn)品。

(2)實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)/虛擬制造仿真閉環(huán)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式。

各種建模、仿真、分析技術(shù)和工具的大量使用，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)從過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)方法跨到預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)、虛擬制造仿真閉環(huán)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式。虛擬制造系統(tǒng)能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，根據(jù)用戶對(duì)產(chǎn)品的要求，對(duì)虛擬產(chǎn)品原型的結(jié)構(gòu)、功能、性能、加工、裝配制造過(guò)程以及生產(chǎn)過(guò)程在虛擬環(huán)境下進(jìn)行仿真，并根據(jù)產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系提供的方法、規(guī)范和指標(biāo)，為設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化提供指導(dǎo)和依據(jù)，給出產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的可行性。由于開(kāi)發(fā)過(guò)程都是在虛擬環(huán)境下針對(duì)虛擬產(chǎn)品原型進(jìn)行的，大大縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，節(jié)約了研制經(jīng)費(fèi)，并能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題，及早解決。由于開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)解決方案的比較和選擇。

從產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程來(lái)看，虛擬制造應(yīng)包括產(chǎn)品的可制造性、可生產(chǎn)性和可合作性。可制造性是指所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品(包括零件、部件和整機(jī))的可加工性(鑄造、沖壓、焊接、切削等)和可裝配性；可生產(chǎn)性是指在企業(yè)已有資源(如設(shè)備、人力、原材料等)的約束條件下，如何優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度，以滿足市場(chǎng)或顧客的要求；虛擬制造還應(yīng)對(duì)敏捷制造提供支持，即為企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的可合作性提供支持，如圖6-11和圖6-12所示。

圖6-11仿真分析產(chǎn)品的可裝配性圖6-12仿真分析產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的可生產(chǎn)性

6.3.4綠色制造

綠色制造就是建立極少產(chǎn)生廢料和污染物的工藝技術(shù)系統(tǒng)。實(shí)施可持續(xù)發(fā)展應(yīng)貫穿企業(yè)活動(dòng)的整個(gè)生命周期。企業(yè)應(yīng)從以自然資源和勞動(dòng)力投入的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)型發(fā)展模式；要在提高企業(yè)的創(chuàng)新能力，采用環(huán)境無(wú)害化技術(shù)，改善管理，提高資源利用率，降低物耗、能耗上下工夫。實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)進(jìn)行高技術(shù)開(kāi)發(fā)，利用自然資源，努力降低自然資源消耗，統(tǒng)籌考慮環(huán)境保護(hù)和自然資源開(kāi)發(fā)、應(yīng)用；應(yīng)堅(jiān)持與自然相和諧統(tǒng)一的方式，追求人類健康而富有生產(chǎn)成果的生活權(quán)利，應(yīng)該在創(chuàng)造當(dāng)代人的發(fā)展和消費(fèi)的時(shí)候，努力做到可持續(xù)發(fā)展。

在機(jī)械制造領(lǐng)域中提出的綠色制造、綠色設(shè)計(jì)、綠色加工、綠色工藝、產(chǎn)品的全生命周期等理論以及技術(shù)的研究與應(yīng)用已廣泛深入地展開(kāi)。人們已清楚地認(rèn)識(shí)到：為了使工業(yè)產(chǎn)品和制造過(guò)程不破壞環(huán)境，必須改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略。在制造業(yè)中，我們不能單純強(qiáng)調(diào)快速響應(yīng)制造，不應(yīng)只研究交貨