制造系统工程第八章.pptx

8 现代现代(xindi)制造系统模式制造系统模式 8.1 现代制造系统现代制造系统(xtng)模式的模式的特点特点8.1.1制造系统模式的概念、主要目标及研究的意义制造系统模式的概念、主要目标及研究的意义 制造系统模式是指制造系统的体制、经营、管理、生产制造系统模式是指制造系统的体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的方式。根据制造系统理论，组织和技术系统的形态和运作的方式。根据制造系统理论，制造系统是一个复杂的非线性动力学大系统，在系统内部动制造系统是一个复杂的非线性动力学大系统，在系统内部动态地流动着信息流、物料流、能量流等各种资源。采取什么态地流动着信息流、物料流、能量流等各种资源。采取什么样的制造系统模式来经营、管理和优化利用各种资源，以获样的制造系统模式来经营、管理和优化利用各种资源，以获取取(huq)系统投入的最大增值是建立先进制造模式的主要目系统投入的最大增值是建立先进制造模式的主要目标之一。标之一。第一页，共54页。制造系统是一个(y)由制造技术、制造资源、制造信息、以及对资源、信息进行加工处理的过程所组成的相联系的有机体，制造模式所关心的是采取何种方式对资源、信息进行处理，因此制造系统所采取的制造模式对制造系统的特性具有重要影响。这些影响主要体现在:先进制造技术的应用系统运行效率系统的柔性和开放性系统的可持续发展性 第二页，共54页。8.1.2 制造模式制造模式(msh)的变迁的变迁 回顾制造系统的发展历史，制造模式总是处于不断的变迁和发展之中，如本世纪初，以美国为首开创了的大规模生产方式，取得了很大的经济效益；而随着用户需求的多样性，大规模生产方式已不能适应这一需要，从而出现了一系列新的生产模式，如精良生产，敏捷制造等。综合考虑各方面的因素，制造模式的变迁离不开先进制造技术的应用、社会生产力水平的发展、市场需求的变化、社会需求的变化四大因素，这四个因素构成(guchng)了促使制造模式变迁和发展的动力，如图8-1所示。图8-1 制造系统模式变迁与发展的动力第三页，共54页。v 先进制造技术的应用：先进制造技术常常是为了解决制造系统中出现的技术需求而产生的。而先进制造技术的应用则必须在与之相适应的制造模式下才能收到实效，因此导致了制造模式的变迁和发展。如制造自动化单元技术的产生并发展到一定阶段后，导致了CIM哲理和系统的出现，即单元自动化技术必须在信息集成的环境中才能发挥更大的效益。先进制造技术导致的制造模式变迁和发展主要体现在制造系统结构的调整、新的管理方式等。v 社会生产(shngchn)力水平的发展：制造系统采取和发展何种制造模式很大程度上取决于社会生产(shngchn)力水平的发展，包括社会的经济水平、科学文化水平、技术应用的整体水平等，某种生产(shngchn)模式的出现实际上是生产(shngchn)力发展的产物。例如网络化信息时代的到来产生了敏捷制造模式，传感器技术和人体工程学的发展使虚拟制造模式成为可能。发达国家、发展中国家、不发达国家所采取的制造模式不能完全相同，必须根据生产(shngchn)力的实际水平采取合理的制造模式，不能看到某种制造模式在当地产生了很高的效益就盲目照搬。第四页，共54页。v 市场需求的变化：市场需求是制造模式变迁和发展的一个主要原因。市场需求包括顾客对产品的种类(zhngli)需求、质量需求、价格需求、时间需求和服务需求等。不同的时期市场需求是不同的，由此产生了不同的制造模式。如20世纪中期的大批量生产模式主要是满足顾客对产品的质量需求和价格需求；当市场需求由大批量向多品种、小批量转变时，出现了CIM、敏捷制造等模式，可以满足顾客对产品多样性的需求；而并行工程则更加关心满足顾客对产品的时间需求。v 社会需求的变化：除市场需求外，制造模式的变迁和发展也要受到社会需求变化的影响。社会需求包括对人类生存环境的需求、国家的发展计划、就业政策、人们的意识观念和素质、世界范围的发展潮流等因素。如绿色制造模式的出现就是为了满足社会对人类生存环境保护的需求而产生的，又如象我国这种劳动力密集的国家采用完全自动化的制造模式显然是不完全符合社会需求的。第五页，共54页。8.1.3 现代制造系统(xtng)模式的特点 根据制造系统模式变迁和发展的规律，并总结(zngji)已提出众多的现代制造系统模式，可以发现：虽然各种制造模式的目标与具体技术不尽相同，但存在许多共同之处。由此可以得到现代制造系统模式的五个特点，如图8-2所示 第六页，共54页。8.2 几种典型几种典型(dinxng)的现代制造系的现代制造系统模式统模式8.2.1 CIMS8.2.1.1 CIM和和CIMS的基本概念的基本概念 CIM（Computer Integrated Manufacturing，计算机集成制造）是美国约瑟夫哈林顿（Joseph Harrington）博士于1973年在其Computer Integrated Manufacturing一书中首先提出的。哈林顿提出的CIM概念中有两个基本观点：企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。整个制造过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可看作是数据的物质表现。这两个观点至今仍是CIM的核心部分(b fen)，其实质内容是信息（数据）的集成。第七页，共54页。根据国家科委高字1997250号文对CIMS的描述（定义)：CIMS是企业组织、管理和运行的新模式。它综合运用现代制造技术、信息技术、自动化技术和管理技术，将企业各项活动中的人、技术和经营管理，以及信息流、物流和资金流有机集成，并实现企业整体优化，从而达到产品上市快、质量高、成本低和服务好，使企业赢得市场竞争。对上述描述可进一步阐述如下：（1）CIMS是一种组织、管理与运行企业生产的现代制造系统，其宗旨是使企业的产品质量好、成本低、上市快，从而提高企业的市场竞争力。（2）CIMS强调企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺规划、加工制造、销售、售后服务等全部活动过程是一个不可分割的有机整体，要从系统的观点进行协调，进而(jn r)实现全局优化。第八页，共54页。v （3）企业生产的要素包括人、技术及经营管理。实施CIMS要更加重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。v （4）企业生产活动中包括信息流（采集、传递和加工处理(chl)）、物料流、能量流三大部分。现代企业中尤其要重视信息的管理运行及信息流与物料流间的集成。v （5）CIMS是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。具体地讲，它综合并发展了企业生产各环节有关的计算机应用技术，即计算机辅助经营管理与决策技术（MRP、ERP等）、计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAE/CAPP/CAM）、计算机辅助制造过程与控制技术（CNC、DNC、FMC、FMS等）、自动化物流储运技术（工业机器人、自动导向小车、立体仓库等）、信息集成技术（网络、数据库、标准化等）、计算机仿真和实验技术、计算机辅助质量管理与控制技术等。第九页，共54页。8.2.1.2 CIMS的构成的构成(guchng)一个制造(zhzo)企业从功能看，可以简单地分为设计、制造(zhzo)、和经营管理三个主要方面。由于产品质量对于一个制造(zhzo)企业的竞争和生存越来越重要，因此，常常也把质量保证系统作为企业功能主要方面之一。为了实现上述企业功能的集成，还需要一个支撑环境，包括计算机网络、数据库和集成方法系统技术。因此，CIMS的功能构成如图8-4所示：图8-4 CIMS的功能构成第十页，共54页。根据CIMS的功能组成，CIMS通常由管理信息分系统、工程设计分系统、制造自动化（柔性自动化）分系统、质量保证分系统以及计算机网络和数据库分系统等6个部分有机(yuj)地集成起来。所以一般说CIMS是由4个功能分系统和两个支撑分系统组成。图8-5表示了6个分系统的框图及其与外部信息的联系 第十一页，共54页。根据具体需求和条件根据具体需求和条件(tiojin)，在，在CIM思想指导和总体规划下分思想指导和总体规划下分步实施。步实施。管理信息分系统（Management Information System，MIS）：管理信息分系统是企业在管理领域中应用计算机系统的总称。CIMS环境下的管理信息分系统是指以CIM为指导思想并在其制造环境下的管理信息分系统。对一般离散制造系统如机械制造系统而言，它通常以制造资源计划（Manufacturing Resource Planning，MRPII）为核心，从制造资源出发，考虑了企业进行经营决策的战略层、中短期生产计划编制的战术层以及车间作业计划与生产活动控制的操作层，其功能(gngnng)覆盖了市场销售、物料供应、各级生产计划与控制、财务管理、成本、库存和技术管理等内容，是以经营生产计划、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划、车间计划、车间调度与控制为主体形成的闭环一体化生产经营与信息管理系统。它在CIMS中相当于神经中枢，指挥与控制着各个部分有条不紊地工作。MIS与CIMS中的其它分系统存在着必要的信息交换接口。第十二页，共54页。工程设计分系统（Engineering Design System，EDS）：工程设计分系统是在产品开发过程中引入计算机技术而形成的系统，包括计算机辅助的产品概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺设计与数控编程等内容，通常被划分为CAD、CAE、CAPP、CAM、工程数据管理等子系统，这些子系统之间强调信息的连续流动(lidng)和共享，即通常所说的CAD/CAE/CAPP/CAM系统集成。工程设计分系统的目的是使产品开发活动更高效、更优质地进行，同时通过与CIMS的其它分系统进行信息交换来实现整个制造系统的信息集成。第十三页，共54页。v 制造自动化分系统：CIMS中的制造自动化分系统是由CIMS环境下的制造设备、装置、工具、人员、相应的信息以及相应的系统体系结构和组织管理模式所组成的系统。从CIMS体系结构看，制造自动化分系统属于AMRF（Automated Manufacturing Research Facility，AMRF）五层递阶控制结构中车间及其以下部分；从CIMS功能系统结构看，制造自动化分系统是CIMS中信息流和物料流的结合点，是CIMS最终产生效益的聚集地；从CIMS的信息流看，制造自动化分系统涉及产品的制造、装配检验等环节的信息处理和集成。制造自动化分系统一般包含五个子系统：制造设备子系统、物料运输与存储子系统、能量流子系统、制造信息子系统、制造过程生产计划调度与控制子系统。v 质量保证分系统：质量保证分系统主要是采集、存储、评价与处理存在于设计(shj)、制造过程中与质量有关的信息，从而进行一系列的质量决策和控制，有效地保证质量并促进质量的提高。质量保证分系统包括质量监测与数据采集、质量评价、质量决策、质量控制与跟踪等功能。第十四页，共54页。8.2.1.3 CIMS的递阶控制结构的递阶控制结构(jigu)CIMS的功能和控制十分复杂。为此，CIMS的控制系统一般采用分级控制结构，即递阶控制结构。前美国国家标准局（现美国国家标准与技术研究院NIST）建立的CIM实验研究基地(jd)自动化制造研究实验基地(jd)AMRF曾提出了著名的CIMS五级递阶控制模型，如图8-6所示 图8-6 AMRF提出的CIMS五级递阶控制模型第十五页，共54页。AMRF将CIMS分为5级：工厂层、车间层、单元层、工作站层和设备层。每一层又可分解为多个模块，都由数据驱动(q dn)，并可扩展为树状结构。v1工厂层控制系统 这是最高一级控制，履行“厂部”职能。完成的功能包括进行市场预测、制定生产计划、确定生产资源需求、制定资源规划、产品开发及工艺过程规划、厂级经营管理（包括成本(chngbn)估算、库存统计、用户定单处理等）。v2车间层控制系统 车间层控制根据工厂层生产计划协调车间作业和有关的资源配置。车间层控制主要有两个模块，即作业管理和资源分配。第十六页，共54页。v 3单元层控制系统 单元层控制负责将上级任务分解，完成本单元的作业调度和资源需求分析，决定零件加工路线并给工作站分配任务，监控任务进展情况。v 4工作站层控制系统 此级控制系统负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动。v 5设备层控制系统 此级控制包括各种设备（如机床、机器人、坐标测量机、自动引导车等）的控制器。此级控制向上与工作站控制系统用接口连接，向下与各设备控制器接口相通。设备控制器的功能是将工作站控制器命令转换成可操作的、有顺序(shnx)的简单任务运行各种设备，并通过各种传感器监控这些任务的执行。第十七页，共54页。8.2.1.4 CIMS研究研究(ynji)和应用中值得注意的几个和应用中值得注意的几个问题问题v （1）CIMS决非无人化工厂v 在CIMS研究的初期，人们曾认为全盘自动化和无人化工厂或车间是其主要特征。随着CIMS实践的深入和一些无人化工厂实施的失败，人们对无人制造自动化问题进行了反思，并对于人在CIMS中有着机器不可替代的重要作用进行了重新认识。v （2）CIMS并没有统一的模式v CIMS没有统一的模式。如前面所介绍的CIMS的系统结构仅是针对一般情况而言，不同的企业类型(lixng)，不同的生产方式，其CIMS的系统结构是不一样的。实际应用中不应求全和统一。v （3）CIMS的应用工程中应强调结合实际，总体规划，分步实施v 我国企业在应用和实施CIMS工程时，不能照搬国外作法，应强调结合企业的实际情况，作好总体规划。在总体规划的基础上，根据企业的财力和物力，分步实施，重点突破，不断取得效益。第十八页，共54页。8.2.2 并行工程并行工程8.2.2.1 并行工程的定义和内涵并行工程的定义和内涵 对于并行工程的定义，目前得到普遍接受的是美国国对于并行工程的定义，目前得到普遍接受的是美国国防分析研究所防分析研究所R-338号研究报告中给出的定义：并行工程号研究报告中给出的定义：并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成设计的一种系统化的工作模式，使开发者一开并行、集成设计的一种系统化的工作模式，使开发者一开始就要考虑到整个产品生命周期中从概念形成始就要考虑到整个产品生命周期中从概念形成(xngchng)到产品报废处理的所有要素，包括质量、成到产品报废处理的所有要素，包括质量、成本、进度计划以及用户要求等。并行工程的本质是分析和本、进度计划以及用户要求等。并行工程的本质是分析和优化产品开发过程，在信息集成的基础上实现过程的集成。优化产品开发过程，在信息集成的基础上实现过程的集成。第十九页，共54页。8.2.2.2 并行工程的关键技术并行工程的关键技术 该体系结构以异构计算机环境和网络数据库为底层环境，在此基础上建立PDM集成框架。在此框架中实现对并行工程信息、资源、组织、以及各应用子系统的集成，并通过过程管理功能对并行设计过程进行管理与控制。从这一体系结构可以看出，实现并行工程所需的关键技术(jsh)分为四个方面，即CAX和DFX技术(jsh)、并行工程过程管理技术(jsh)、产品数据管理技术(jsh)以及并行工程过程仿真与优化技术(jsh)。图8-7 一种并行工程集成(j chn)框架体系结构第二十页，共54页。1CAX和DFX技术 CAX技术是CAD、CAPP、CAM、CAE等技术的简称，即计算机辅助进行产品开发的技术。DFX技术是DFA（面向装配设计）、DFM（面向制造设计）、DFT（面向检验设计）、DFQ（面向质量(zhling)设计）等技术的简称，即面向某种特定目标的产品开发技术。这两大技术是实现并行工程的最基本手段。2CE过程建模、仿真与优化技术 由于CE的本质在于过程的集成，是一种制造系统的重构策略，因此实施CE的第一步必须构造具有比以往更加优化的产品开发过程。借助于计算机建模、仿真与优化技术，可以对现有或目标过程进行分析和优化，从而得到符合需要的优化过程。由于并行过程是否(sh fu)合理直接关系到并行工程实施的效果，因此过程建模、仿真和优化技术一直是并行工程的重要研究内容。第二十一页，共54页。4PDM技术(jsh)并行设计(shj)强调多功能产品开发队伍之间的协作以及分布式计算机环境下产品数据的统一管理和共享，在信息集成的基础上实现功能和过程的集成。其设计(shj)方法与传统的串行设计(shj)方法在人员的组织、设计(shj)的支持环境、设计(shj)工具的使用、设计(shj)过程的制定及其达到的设计(shj)结果都有很大不同。因此，并行设计(shj)对企业中产品信息定义、描述、管理与传递，提出了更具挑战性的要求：异构数据的管理问题。分布数据的组织和管理问题。并行的设计(shj)工作对信息的一致性、完整性和安全性提出了更高的要求。设计(shj)工作的协同问题。第二十二页，共54页。PDM技术是对企业分布系统中的产品信息、应用系统、过程、以及各种媒体进行集成和管理的使能技术，可以使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的各种异构数据，即做到四个“正确”：把正确的信息在正确的时刻以正确的方式送给正确的人。PDM技术是实现并行工程的重要支撑技术：PDM为并行工程的产品开发团队提供一个信息集成的工作环境，支持用户在产品生命周期的任何阶段访问到最新的产品信息，并保证所有数据的完整性和安全性。PDM能够对分布的产品数据进行管理，使得在异地工作的小组成员也可以并行地进行工作。PDM通过对产品数据的版本、权限等管理，保证了并行设计中不会出现设计重复和不一致现象，从而提高设计的一次成功率。PDM通过过程管理功能，可以实现对产品生命周期各阶段的重组、监控与协调，支持产品数据的版本管理、审批发放管理、修改管理，通过预发布、电子(dinz)会议、过程监控与协调等功能保证并行设计工作的协同进行。第二十三页，共54页。8.2.2.3 并行工程对制造业的影响并行工程对制造业的影响(yngxing)和发和发展展 并行工程思想的产生，改变了制造工程中信息技术应用的面貌和水平，引发了其工作模式和组织结构的革命性变化和飞跃(fiyu)，突出表现在：传统的串行工作模式向并行协同工作模式的转变。传统的递阶式分层组织结构向网络式动态组织结构转变。图8-8 建立CE自动化环境的五个阶段 图中CE发展(fzhn)的第一阶段仅限于实现单个任务内部的集成，第二阶段、第三阶段可实现任务之间的集成，第四阶段实现全过程的集成，第五阶段为最高阶段，可根据现有产品要求及历史经验，给各级管理者、设计者提供决策支持。目前CE框架发展(fzhn)很快，基本上已发展(fzhn)到第三、四阶段，第五阶段的产品正在开发中。第二十四页，共54页。8.2.3 精良(jngling)生产8.2.3.1 精良生产的提出与内涵精良生产的提出与内涵 精良生产（精良生产（Lean Production）是美国麻省理工学院）是美国麻省理工学院（MIT）在）在90年代提出的新型生产方式。年代提出的新型生产方式。1985年，年，MIT启启动了一个重要的研究计划动了一个重要的研究计划国际汽车研究计划国际汽车研究计划IMVP（International Motor Vehicle Program），整个），整个计划耗资计划耗资500万美元，历时逾万美元，历时逾5年，由年，由15个国家的研究人个国家的研究人员参加。经过大量员参加。经过大量(dling)的调查和分析，该研究组织的调查和分析，该研究组织于于1990年写出了改变世界的机器一书，该书系统深入年写出了改变世界的机器一书，该书系统深入地分析了造成日本和美国汽车工业差距的主要原因，在日地分析了造成日本和美国汽车工业差距的主要原因，在日本丰田汽车公司生产方式的基础上，归纳出了本丰田汽车公司生产方式的基础上，归纳出了LP的生产的生产方式，并进行了详尽的论述。方式，并进行了详尽的论述。精良生产中的精良生产中的“Lean”的直译就是的直译就是“瘦肉瘦肉”，即要去，即要去掉一切无用的掉一切无用的“肥肉肥肉”，对生产过程进行，对生产过程进行“减肥减肥”。其中。其中心思想就是在工厂的各个环节去掉一切无用的东西，每个心思想就是在工厂的各个环节去掉一切无用的东西，每个员工及其岗位的安排原则必须保证增值，不能增值的岗位员工及其岗位的安排原则必须保证增值，不能增值的岗位必须加以撤除。精良生产是制造系统重构设计的典型策略必须加以撤除。精良生产是制造系统重构设计的典型策略之一。之一。第二十五页，共54页。8.2.3.2 精良精良(jngling)生产的特征生产的特征(1)以“人”为中心 人是制造系统的重要组成部分，是一切活动的主体。LP强调(qing dio)以人为中心，认为人是生产中最宝贵的资源，是解决问题的根本动力。为了充分发挥人的作用，LP的具体做法有：推行独立自主的小组化（Team Work）工作方式，充分发挥人的主观能动性、集体责任感与协作精神。原则上工人是终身雇佣的，工人的工资按资历分级，奖金与公司盈利挂钩，从而增强工人的主人翁责任感和工作的主动性。要求工人是多面手，从而提高了工作任务安排的灵活性，避免了单调枯燥的重复工作，提高了工作的创造性。第二十六页，共54页。(2)精良的组织(zzh)方式在组织(zzh)机构方面实行精简化，去掉一切多余的环节和人员。从纵向减少层次，横向打破部门壁垒，从递阶式管理结构转化为扁平的网络状管理结构。(3)精良的设计方式LP强调Team Work的工作方式来进行产品的设计开发。这些小组成员来自于公司各职能部门，各人发挥其特长，集体合作完成某一开发项目的任务。采用并行设计的手段，强调设计环节和制造环节的信息交流，减少设计和制造的返工，缩短产品的制造周期，提高产品的质量。(4)以顾客为“上帝”LP在顾客方面真正贯彻以顾客为“上帝”的宗旨，具体做法有：通过详细周密的市场调查使产品面向顾客，并与顾客保持密切联系。将顾客需求作为(zuwi)产品开发的一个重要因素，甚至将顾客引入产品开发过程。从价格、质量、交货速度、售后服务等各个方面满足顾客的需求 第二十七页，共54页。(5)精良的协作方式 在大批量生产方式中，总装厂和协作厂之间是一种松散的配合关系，经常存在突出的利益矛盾，从而导致了各种各样的问题。精良生产在这一方面得到了很大的改善，具体做法是：根据长期的合作关系及其一贯的表现选定协作厂，而不是靠投标的方式。总装厂和协作厂之间是一种比较稳定的、利益上休戚相关的关系。在利益分配方面，总装厂和协作厂共同讨论，在照顾到各方面都能取得合理利润的情况下，确定各部分所能分到的成本价格，然后总装厂和协作厂在各自所分得的目标价格前提下，应用价值工程方法进行成本分析，努力降低成本。如果某协作厂成本降低得多，可以得到更多的利润，总装厂并不会因此(ync)而改变其目标价格，如果成本减低的成果是总装厂和协作厂共同努力的结果，则二者分享这部分额外利润。这样二者之间就达成了一种稳定团结、共同奋斗、争取盈利的关系。第二十八页，共54页。v在交货方式上，采取JIT的方式，协作厂将协作件直接、及时地送到总装线上，从而力求“零库存”的目标。v由于总装厂和协作厂之间相互依存的关系，协作厂通过“协作厂协会”的组织相互坦诚地交流最新的观念(gunnin)和技术，通过不断努力与总装厂共同提高生产水平。第二十九页，共54页。LP的生产组织形式采用“拉取”（PULL）的方式进行组织，而不是传统的“推动”（PUSH）方式。后工序只在必要的时候到前工序提取必要的物品，而前工序也只生产要被取走的物品。同样，车间与车间之间、供应商与生产厂之间、总装厂与协作厂之间都采取这种生产管理方式。这就是所谓的“及时制”（Just In Time）生产方式。JIT要求从原材料供应商，到协作厂配套零部件，到各个车间以及各个工序之间提供半成品，都需要不早不晚，在准确的时间(shjin)、准确的地点、提供准确的数量和高质量的物品给准确的人。基于这样的原则，重新进行整个车间的布局和设备布置，使零部件生产和装配都能以最短的路径和效率实现。JIT有效地减少了各种库存，减少了物料和能源的浪费，提高了生产效率。第三十页，共54页。8.2.4 敏捷敏捷(mnji)制造制造8.2.4.1 敏捷制造的概念和内涵敏捷制造的概念和内涵 敏捷制造（敏捷制造（Agile Manufacturing）的概念是由美）的概念是由美国里海大学的几位教授在美国国国会和国防部的支持国里海大学的几位教授在美国国国会和国防部的支持(zhch)下会同美国众多工业界的主要决策人于下会同美国众多工业界的主要决策人于1991年年向美国国会提交的向美国国会提交的“美国美国21世纪制造企业战略世纪制造企业战略”报告报告中首次提出的。敏捷制造思想的出发点是基于对多元化中首次提出的。敏捷制造思想的出发点是基于对多元化和个性化市场发展趋势的分析，认为制造系统应尽可能和个性化市场发展趋势的分析，认为制造系统应尽可能具有高的柔性和快速反应能力（即敏捷性），从而在变具有高的柔性和快速反应能力（即敏捷性），从而在变幻莫测、竞争激烈的市场中具有高的竞争能力。因此，幻莫测、竞争激烈的市场中具有高的竞争能力。因此，敏捷制造是制造系统为了实现快速反应和灵活多变的目敏捷制造是制造系统为了实现快速反应和灵活多变的目标而采取的一种新的制造模式。标而采取的一种新的制造模式。第三十一页，共54页。8.2.4.2 敏捷制造敏捷制造(zhzo)系统的基本特征系统的基本特征 v开放(kifng)的体系结构v全企业集成v技术的领先作用v技术的敏感v缩短循环周期v柔性的重新配置组合v产品设计一次成功v可存取和可使用的信息v产品终身质量保证v考虑长期利益的管理与领导v根据用户反应建立组织机构v并行(bngxng)工作v动态多方合作v继续教育v尊重雇员v向工作小组及其成员放权v知识面广阔的雇员v对环境仁慈 根据里海大学Iacocca研究所的研究，敏捷制造企业具有18条企业特征：第三十二页，共54页。根据这18条企业(qy)特征，可以提出敏捷制造企业(qy)的基本特征：v产品批量与成本无关v新产品快速上市v全生命周期顾客满意质量：敏捷制造企业的质量概念(ginin)强调整个产品生命周期内使顾客满意。通过并行设计、质量功能配置（Quality Function Deployment，QFD）、价值分析、仿真等手段在产品的设计、制造、销售、服务、维修、回收等整个生命周期内的各个环节使顾客满意。第三十三页，共54页。8.2.4.3 实现敏捷制造的主要实现敏捷制造的主要(zhyo)措措施施v（1）企业内部动态的组织方式v（2）企业外部的动态联盟v（3）重视人的因素(yn s)v（4）强调技术的创新v（5）组织、人、技术的集成 为实现(shxin)制造企业不断变化、快速响应的目标，敏捷制造企业通常采取下列措施：第三十四页，共54页。8.2.5 CALS8.2.5.1 CALS的产生和内涵的产生和内涵 最初的最初的CALS是指是指 Computer Aided Logistic Support“计算机辅助后勤支援计算机辅助后勤支援”，是美国国防部于，是美国国防部于1985年年9月提出的一项战略计划。在该计划实施以前，美月提出的一项战略计划。在该计划实施以前，美国国防部对武器的采购与维护主要采取传统的以纸张为载国国防部对武器的采购与维护主要采取传统的以纸张为载体的密集型技术文件方式，使得体的密集型技术文件方式，使得(sh de)武器装备的采购武器装备的采购效率低、开发周期过长、用户对技术资料的获取、修改、效率低、开发周期过长、用户对技术资料的获取、修改、维护和查询费用偏高、并且十分困难，从而大大影响了国维护和查询费用偏高、并且十分困难，从而大大影响了国防军事的发展。防军事的发展。CALS计划正是为了改变美国武器装备后计划正是为了改变美国武器装备后勤支援中的文件密集型工作方式，加快武器装备的采购、勤支援中的文件密集型工作方式，加快武器装备的采购、维修速度、降低国防开支、提高武器装备的可靠性而提出维修速度、降低国防开支、提高武器装备的可靠性而提出的的 第三十五页，共54页。CALS计划(jhu)的主要任务是：利用计算机生成、存取、维护、分配和传播与武器装备采办、使用、维护有关的信息和包括工程图、技术手册、培训材料及各种数据的技术资料。该计划(jhu)从开始就确定了分阶段实施的策略：首先实现现有书面文件流的数字化和生成自动化，并利用经营信息标准和技术信息标准实现国防部用户与承包商以及承包商与承包商之间的信息交换。第三十六页，共54页。CALS目前具有四个层次(cngc)的含义：v（1）Computer Aided Logistic Support：计算机辅助后勤支援。这一层次的CALS利用计算机技术将人工的、以纸张为载体(zit)的技术文件密集型工作方式转变为高度自动化与集成化的工作方式，以数字化方式管理武器装备的技术资料，革新武器装备的后勤支援。v（2）Computer Aided Acquisition and Logistic Support：计算机辅助采办与后勤支援。这一层次的CALS的应用范围从后勤支援扩展到了采办过程，将武器装备的采办与后勤连成一体。v（3）Continuous Acquisition and Life-cycle Support：连续采办与全生命周期支援。这一层次的CALS不再局限于武器装备的采办与后勤支援，而扩展到了所有需要进行采办与支援的产品。强调用户从承包商或供货商处采办的产品在整个生命周期内都能得到供货方持续的支持。如承包商技术资料的修改与更新可以及时反映给用户，从而保证产品的正确使用和维护。v（4）Commerce at Light Speed：光速商业。1994年CALS又被赋予了新的含义，将CALS定位到信息高速公路和电子商业方面，在商业、制造和经营管理中充分利用Internet/Intranet技术，从而使CALS进入了一个崭新的发展和应用阶段。第三十七页，共54页。8.2.5.2 实施实施(shsh)CALS的关键技术的关键技术（1）构造集成化数据(shj)环境 图8-9 一种CALS集成化数据环境 在该环境中，集成产品数据库位于核心地位，它通过各种基于标准的接口和产品数据管理技术将产品设计、制造、维修(wixi)、售后服务以及承包商、用户都集成起来，从而缩短产品开发和制造周期。构造集成化数据环境的重点在于网络通讯技术、集成产品数据库技术和产品数据管理技术。第三十八页，共54页。（2）动态联盟的组织方式 要做到客户与供应商、供应商与供应商之间的集成，只解决企业内部信息与过程集成远远不够，还必须解决企业外部方方面面的信息和过程集成，这主要通过(tnggu)动态联盟的方式实现，在组建动态联盟的过程中要解决组织形式、职责与利益分配、信息与资源的分配等一系列技术和规则问题。（3）CALS数据标准 CALS中的产品数据具有分布异构的特点，如果各自(gz)按照其专用格式势必会难以进行信息集成。在CALS中，通过各种标准来实现信息的集成。CALS标准是一整套政策、技术标准和规范。这些标准为不同地区和行业的制造、销售厂商以及相关的财政、金融、政府部门提供标准化的信息共享的格式和信息传递的操作规范，使信息可以在异构的计算机环境中实现共享和传递。在众多的标准中，涉及到经营信息的标准主流是电子数据交换标准（Electronic Data Interchange，EDI），而涉及到技术信息的主要标准之一是STEP标准。第三十九页，共54页。8.2.5.3 CALS应用实例应用实例(shl)与效益与效益分析分析 F-22项目是在美国空军的主持下，以Boeing、Lockheed和Pratt&Whitney等公司为主承包的一个重要项目。该项目由于(yuy)积极实施CALS及其相关技术，取得了很好的效果。该项目的系统构成包括：（1）管理/技术信息系统（M/TIS）（3）集成武器系统数据库（IWSDB）（2）交互电子技术手册（IETM）系统第四十页，共54页。8.2.6 虚拟虚拟(xn)制造系统制造系统 8.2.6.1 虚拟制造系统的定义和内涵虚拟制造系统的定义和内涵 虚拟制造（虚拟制造（Virtual Manufacturing）是以制造技）是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。它为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。它将现实制造环境及其制造过程通过建立系统模型映射将现实制造环境及其制造过程通过建立系统模型映射到计算机及其相关到计算机及其相关(xinggun)技术所支撑的虚拟环技术所支撑的虚拟环境中，在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程境中，在虚拟环境下模拟现实制造环境及其制造过程的一切活动和产品的制造全过程，并对产品制造及制的一切活动和产品的制造全过程，并对产品制造及制造系统的行为进行预测和评价。造系统的行为进行预测和评价。第四十一页，共54页。建立虚拟制造系统(xtng)的目的有两方面：v在不消耗系统实际资源的情况下，可以改进产品结构、优化生产过程、充分利用资源、发现存在的问题。通过虚拟制造系统的运行，提前消除了实际制造系统可能出现的问题，提高了实际制造系统的输出质量，因此可以缩短产品的制造周期，降低(jingd)产品成本，提高产品质量。v通过在虚拟制造系统中实现一些新的或关键制造技术（如新技术、新工艺）来仿真新技术或关键技术对生产所带来的结果（效益和风险），帮助企业作出正确的规划和决策，以及在学术方面进行有价值的科学研究。第四十二页，共54页。8.2.6.2 虚拟制造系统虚拟制造系统(xtng)的实现的实现与运行与运行图8-10 虚拟制造系统的实现和运行第四十三页，共54页。8.2.6.3 虚拟虚拟(xn)制造的技术体系制造的技术体系图8-11 虚拟制造的技术体系第四十四页，共54页。在技术体系(tx)中，所涉及的关键技术有：1.虚拟现实技术 虚拟现实技术主要包括：人机接口技术，包括可视化显示器、触觉接口、运动接口、位置跟踪与变换技术。虚拟环境生成技术，包括人机交互模式、三维动态图象生成、虚拟空间引导(yndo)方法等技术。在虚拟制造系统中涉及建立的模型主要有：制造系统的资源模型、环境(hunjng)模型、信息流模型、制造过程模型、产品模型、组织模型等。第四十五页，共54页。虚拟制造系统(xtng)所涉及的仿真内容包括：产品运动、动力学仿真。产品装配仿真。产品制造过程仿真。虚拟样机。生产过程仿真。虚拟制造系统评价与决策技术包括：仿真结果的验证标准和程序。仿真结果的评测方法(优劣(yu li)、可靠性)。对仿真结果的误差分析、影响因素分析。基于仿真结果的决策方法。第四十六页，共54页。8.3 现代(xindi)制造系统模式的发展趋势 制造系统模式是为了适应制造业面临的形势和需要不断产生和发展(fzhn)的。今天，制造业正在步入21世纪，现代制造系统模式为适应21世纪制造业的需要将不断发展(fzhn)，其发展(fzhn)趋势可用“五化”简要描述，即集成化、全球化、网络化、柔性化和绿色化。第四十七页，共54页。1集成化 集成化是现代制造系统模式的一个显著特征。制造系统模式中的集成特征正在向着深度和广度方向发展，目前已从企业内部的信息集成和功能(gngnng)集成发展到实现产品开发过程的过程集成，并将发展到企业间的动态集成。各个发展阶段的主要特点如下：(1)信息集成(2)功能(gngnng)集成(3)过程集成(4)企业间的动态集成