第十一章 先进制造系统精选PPT.ppt

第十一章 先进制造系统第1页，此课件共113页哦11.1 现代制造系统模式的特点11.1.1 制造系统模式的模式l11.1.2 制造模式的变迁l11.1.3 现代制造系统模式的特点第2页，此课件共113页哦11.1.1 制造系统模式的模式制造系统模式的模式 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,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。第3页，此课件共113页哦 制造系统是一个由制造技术、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l先进制造技术的应用、l系统运行效率、l系统的柔性和开放性、l系统的可持续发展性 第4页，此课件共113页哦1 先进制造技术的应用 先进制造技术必须在与之相匹配的制造模式中使用才能充分发挥作用。例如在CIM环境下应用CAD/CAM技术与作为自动化单元应用CAD/CAM技术所产生的系统效益是不同的。2 系统的运行效率 制造模式影响着信息利用率、资源利用率、能源利用率、工作效率等系统的宏观指标。采用CIM的信息集成制造模式可显著提高制造信息的利用率、消除信息冗余和浪费现象。采用如LP的精良生产制造模式可降低库存、发挥人的积极作用,显著减少资源和能源的浪费。采用如CE的并行工程可显著提高工作效率,缩短产品开发周期。总之通过合理的制造模式,可以使系统处于优化的运行状态,使投入产出比显著提高。第5页，此课件共113页哦3 系统的柔性与开放性 制造系统的柔性和开放性是指制造系统对外部变化(市场环境、社会环境)及内部变化(生产过程)的应变能力。制造模式对系统柔性具有十分重要的影响。如19世纪中叶到20世纪中叶的大批量生产模式虽然使制造系统的效率提高,但系统难以快速响应市场多品种小批量的变化,即系统的刚性大,柔性小,从而使竞争力受到影响。系统的开放性是指系统适应灵活多变市场的能力,制造系统应具有开放的体系结构能快速满足各方面的需要,具有可重组、可重用、可扩充等性能。也就是说,一个制造系统不但应具有快的反应速度,而且还应该灵活善变、具有根据市场需求重构的能力。敏捷制造模式正是为系统在不可预测的竞争环境中取得迅速响应能力和快速重组、重用、扩充能力而提出的,这种制造模式通过跨企业组织动态联盟、择优选用联盟资源、产品标准化模块设计、柔性生产设备和工装等制技术使企业能够具有高的柔性和开放性。第6页，此课件共113页哦4 系统的可持续发展性 随着社会对资源和环境保护的日益重视,要求生产过程消耗尽可能少的资源,并产生尽可能少的环境污染,以使制造业得以持续发展,而不能只图眼前利益。大部分制造模式的主要目标是获得高的系统效益,而忽视了资源和环境的因素。在这些制造模式下进行的生产势必会影响其今后的发展,系统获得了利润也只能是一种短期行为。清洁生产模式和绿色制造模式采用环保型生产技术来节省社会资源和降低污染,提高资源利用率,增加制造系统的“绿色性”。敏捷制造模式提出对环境仁慈(Benign),主动关心制造系统对环境的影响。因此,现代制造系统模式对于提高企业的竞争力,使制造模式向着有利于人类需要的方向发展具有十分重要的意义。第7页，此课件共113页哦11.1.2 制造模式的变迁制造模式的变迁 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,这四个因素构成了促使制造模式变迁与发展的动力,如图11-1所示。图11-1 制造系统模式的变迁与发展的动力 第8页，此课件共113页哦1 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。2 社会生产力水平的发展 系统采取和发展何种制造模式在很大程度上取决于社会生产力水平的发展,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,某种生产模式的出现实际上是生产力发展的产物。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9页，此课件共113页哦3 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。4 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，像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10页，此课件共113页哦11.1.3 现代制造系统模式的特点现代制造系统模式的特点 现代制造系统模式的五个特点,如图11-2所示。1 集成特性(Integration Feature)2 以顾客为中心(Customer Oriented)3 快速响应(Quick Response)4 满意质量(Satisfied Quality)5 绿色特性(Green Feature)第11页，此课件共113页哦图11-2 现代制造系统模式的特点 第12页，此课件共113页哦1 集成特性(Integration Feature)集成特性是现代制造系统模式的主要特点。集成的实质是强调制造系统的相关特性,通过优化制造系统的内部联系来提高系统运行效率。制造系统模式的集成特性是制造系统工程集成决策观理论的突出表现。不同的制造模式对集成的内容、层次、深度要求有一定的差别,实现起来有不同的条件要求和难度,所取得的效果也不相同,但其思想的本质是相同的。图11-3给出了现代制造系统模式所涉及的集成方位。CIM制造模式强调信息的集成,在信息集成的基础上实现技术和功能的集成。精良生产在信息、技术和功能集成的基础上强调人的因素，实际上是信息、技术、功能和人的集成。并行工程和敏捷制造又进一步强调组织和过程的集成。在21世纪知识经济的时代,制造模式更加重视知识的含量,强调创新,因此还应实现知识的集成。因此,现代制造系统模式的集成特性是一种多方位的集成,每种集成方式和实现技术都是在特定的驱动力下产生的,应在制造系统集成决策观的指导下去正确理解集成的实质。第13页，此课件共113页哦图11-3 现代制造系统模式所涉及的集成方位第14页，此课件共113页哦2 以顾客为中心(Customer Oriented)当今和未来都是强调个性化的时代。为了把握市场,赢得市场,制造系统必须采取面向顾客的策略,即以顾客为中心组织生产。只有不断掌握顾客和市场的当前及未来需求,才能及时做出正确的决策。现代制造模式都采取了相应的策略来千方百计满足顾客的需求。例如精良生产模式力求在整个产品生命周期从订货到售后服务都得到顾客的参与,并行工程则将面向顾客的制造作为一项重要内容。第15页，此课件共113页哦3 快速响应(Quick Response)在激烈的市场竞争中，谁先生产出市场需求的产品谁就能占领市场的优势,就能获得丰厚的利润。因此,现代制造模式的一个重要特性就是对市场的快速响应能力。各种制造模式都具有相应的快速响应的策略。如精良生产和并行工程从制造过程的优化着手来缩短产品制造周期;敏捷制造、快速组成动态联盟,从而实现跨企业优化,利用资源来快速响应市场;虚拟制造模式借助于计算机模拟来减少设计和制造的返工，加快产品上市周期;CALS则从后勤供应的角度减少不必要的时间和信息浪费。第16页，此课件共113页哦4 满意质量(Satisfied Quality)从世界范围看,制造业经历了产品导向、制造导向、销售导向和发展到今天的市场导向阶段。随着制造业的发展,质量的含义一直在发生着变化。在产品导向阶段,质量是达到产品设计者期望的性能和功能;在制造导向阶段,高质量意味着符合产品规格;在销售导向阶段,质量除了产品符合规格以外,还包括质量保证的一系列措施;在竞争导向的今天,质量是恰当地满足顾客全方位的需求。所谓现代制造模式的满意质量特性就是恰当地满足顾客全方位和全产品生命周期内质量需求的特性。在满意质量的范畴中,顾客的满意程度体现在产品能够在功能上满足需求,价格合理,外观“赏心悦目”,符合环保和人机工程学原理,及时交货,运行消耗费用小,及时维修,直到报废回收等产品全生命周期的各个环节。如CIMS所强调的质量信息系统(QIS)、精良生产所强调的全面质量管理(TQM)、敏捷制造的质量保证体系都体现了这一特性。第17页，此课件共113页哦5 绿色特性(Green Feature)现代制造系统模式的绿色特性是指为了制造系统的可持续发展,要尽可能减少资源消耗和环境污染。虽然目前提出的各种制造模式中只有清洁化生产模式和绿色制造模式突出强调制造系统的绿色特性,但随着全球环保意识的增强和制造资源的日益紧张,这一特性必将会成为现代制造系统模式的一大特征。返回返回第18页，此课件共113页哦11.2 典型的现代制造系统模式11.2.1 敏捷制造l11.2.2 精益生产l11.2.3 并行工程l11.2.4 职能制造系统l11.2.5 柔性制造技术l11.2.6 绿色制造第19页，此课件共113页哦11.2.1 敏捷制造敏捷制造1 AM产生的背景 l“敏捷”从字面上看正是表明要用灵活的应变去对付快速变化的市场需求。l1991年美国里海大学(Lehigh University)在研究和总结美国制造业的现状和潜力后,发表了具有划时代意义的21世纪制造企业发展战略报告,提出了敏捷制造和虚拟制造企业的新概念,其核心观点是除了学习日本的成功经验外,更要利用美国信息技术的优势,夺回制造工业的世界领先地位。第20页，此课件共113页哦2 AM的内涵及概念 (1)AM的内涵 美国机械工程师学会”(ASME)主办的“机械工程”杂志1994年期刊中,对敏捷制造做了如下定义:“敏捷制造就是指制造系统在满足成本和高质量的同时,对变幻莫测的市场需求的快速反应”。因此,敏捷制造的企业,其敏捷能力应当反应在以下六个方面:对市场的快速反应能力。竞争性。柔性。快速。企业策略上的敏捷性。企业日常运作的敏捷性。AM的基本思想是通过把动态灵活的虚拟组织结构、先进的柔性生产技术和高素质的人员进行全方位的集成,从而使企业能够从容应付快速变化和不可预测的市场需求，它是一种提高企业竞争能力的全新制造组织模式。第21页，此课件共113页哦(2)AM的主要理念 全新的企业理念 全新的组织管理理念 全新的产品理念 全新的生产理念 第22页，此课件共113页哦3 敏捷制造AM的基本特点 (1)AM具有自主性 (2)AM是虚拟制造系统 (3)AM是可重构的制造系统第23页，此课件共113页哦4 AM企业的主要特征l 具有丰富的知识和适应 能力的雇员l 开放的体系结构l 一次成功的产品设计产品终生质量保证l 缩短循环周期l 技术领先作用l 灵敏的技术装备l 整个企业集成l 具有远见卓识的领导 l 并行工作l 继续教育l 顾客拉动的组织结构l 动态多方合作l 尊重雇员l 向团队成员施权l 改善环境l 柔性重构l 可获得与可使用第24页，此课件共113页哦5 AM的技术实施 (1)产品设计和企业并行工程 (2)虚拟制造在计算机上模拟制造的全过程 (3)制造计划与控制 (4)智能闭环加工 (5)企业集成第25页，此课件共113页哦11.2.2 精益生产精益生产1 LP的提出及发展背景l20世纪50年代初，日本丰田汽车公司从美国的超级市场受到启迪，开始了“看板系统”的构想，提出了准时生产制JIT。l丰田汽车在1953年先通过一个车间看板系统的试验，不断加以改进，逐步进行推广，经过10年的努力，发展为准时生产制，同时在该公司早期发明的自动断丝检测装置的启示下，研制出自动故障检报系统，由此而形成了丰田公司的生产系统。这种方式先在公司范围内实现，然后又推广到其协作厂、供应商、代理商以及汽车以外的各个行业，全面实现丰田生产系统。l美国麻省理工学院在剖析总结日本丰田汽车公司创造的丰田生产方式后,于1990年在国家汽车计划(IMVP)研究报告中提出了以改革生产管理为中心的LP体系,他们称之为“世界级制造技术的核心”。l这个概念被德国人吸收，并在1992年宣布要以LP来“统一制造技术的发展方向”。德国Achen工业大学继续发展了这个概念，描绘了21世纪的现代生产方式和目标，将其归纳为精益生产方式。第26页，此课件共113页哦2 LP的内涵及体系 精益生产的核心内容是准时制生产方式（Justintime，JIT），该种方式通过看板管理，成功地制止了过量生产，实现了“在必要的时刻生产必要数量的必要产品”，从而彻底消除了产品制造过程中的浪费，以及由其衍生出来的种种间接浪费，实现生产过程的合理性、高效性和灵活性。JIT方式是一个完整的技术综合体，包括l 经营理念、l 生产组织、l 物流控制、l 质量管理、l 成本控制、l 库存管理、l 现场管理等在内的较为完整的生产管理技术l 方法体系 第27页，此课件共113页哦图11-4 丰田JIT生产方式的技术体系构造第28页，此课件共113页哦 精益生产是在JIT生产方式、组成技术(GT)以及全面质量管理(TQC)的基础上逐步完善的，它制造了一幅以LP为屋顶，以JIT、GT、TQC为三根支柱，以CE和小组化工作方式为基础的建筑画面。精益生产强调以社会需求为驱动，以人为中心，以简化为手段，以技术为支撑，以“尽善尽美”为目标，主张消除一切不产生附加价值的活动和资源，从系统观点出发，将企业中所有功能合理地加以组合，以利用最少的资源、最低的成本向顾客提供高质量的产品服务，使企业获得最大利润和最佳应变能力，其特征具体可归纳为以下几个方面：简化生产制造过程，合理利用时间，实行拉动式的准时生产，杜绝一切超前，超量生产。采用快速更换工装模具新技术，把单一品种生产线改造成多品种混流生产线，把小批次，小批量轮番生产改变为多批次，小批量生产，最大限度降低在制品储备，提高适应市场需求的能力。简化企业的组织结构，采用“分布自适应生产”，提倡面向对象的组织形式（Object oriented organization，OOO）,强调权力下放给项目小组，发挥项目组的作用，采用项目组协作方式而不是等级关系，项目组不仅完成生产任务而且参与企业管理，从事各种改进活动。第29页，此课件共113页哦 精简岗位与人员，每个生产岗位必须是增值的，否则就撤出，在一定岗位的员工都是一专多能，互相替补，而不是严格的专业分工。简化产品开发和生产准备工作，采取“主查”制和并行工程的方法。克服了大量生产方式中由于分工过细所造成的信息传递慢、协调难、开发周期长的缺点。减少产品层次。综合了单件生产和大量生产的优点，避免了前者成本高和后者僵化的弱点，提倡用多面手和通用性大、自动化程度高的机器来生产品种多变的大量产品。建立良好的协作关系，克服单纯纵向一体化的做法。把70%左右的产品零部件的设计和生产委托给协作厂，主机厂只完成约占产品30%的设计和制造。JIT的供货方式。保证最小的库存和最少的制品数。为实现这种供货关系，应与供货商建立起良好的合作关系，相互信任，相互支持，利益共享。“零缺陷”的工作目标。精益生产的目标不是尽可能好一些，而是“零缺陷”，即最低成本、最好质量、无废品、零库存与产品的多样性。第30页，此课件共113页哦l精益生产方式核心思想就是力求消除一切浪费，通过对管理方法、生产模式，业务流程、过程控制、人员等多重因素的严格控制，强化生产管理。企业资源计划的核心思想是通过对整个供应链的有效管理，有效安排产、供、销活动来提高效率并获得的竞争优势。l实践表明应用ERP是与企业的管理方法、模式，业务流程等上述各个方面有着非常密切的关系，ERP系统的实施效果同时收到这些因素的制约。在精益生产的基础上实施ERP，将使工作更加规范、效率化，资源管理更具系统性，而ERP的实施对于实现企业精益生产还有赖于上述的诸多因素及由此产生的相关问题。第31页，此课件共113页哦精益生产与ERPl精益生产方式核心思想就是力求消除一切浪费，通过对管理方法、生产模式，业务流程、过程控制、人员等多重因素的严格控制，强化生产管理。企业资源计划的核心思想是通过对整个供应链的有效管理，有效安排产、供、销活动来提高效率并获得的竞争优势。l实践表明应用ERP是与企业的管理方法、模式，业务流程等上述各个方面有着非常密切的关系，ERP系统的实施效果同时收到这些因素的制约。在精益生产的基础上实施ERP，将使工作更加规范、效率化，资源管理更具系统性，而ERP的实施对于实现企业精益生产还有赖于上述的诸多因素及由此产生的相关问题。第32页，此课件共113页哦11.2.3 并行工程并行工程1 CE的提出及特性 （1）CE的提出 传统产品开发的组织形式是一种线性阶段模式，产品开发过程是顺序过程：概念设计详细设计过程设计加工制造试验验证设计修改工艺设计正式投产营销，如图115所示，这种方法在设计的早期不能全面地考虑其下游的可制造性、可装配性和质量可靠性等多种因素，致使制造出来的产品质量不能达到最优，造成产品开发周期长、成本高，难以满足激烈的市场竞争的需要。第33页，此课件共113页哦图115 并行工程示意图第34页，此课件共113页哦 1988年美国国家防御分析研究所完整地提出了并行工程的概念,即并行工程是集成的、并行的设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。如图11-6所示。图11-6 并行工程的内涵及其组成第35页，此课件共113页哦 顺序工程和并行工程在产品创新、质量、生产成本和柔性上的比较,如表11-1所示。第36页，此课件共113页哦（2）CE的特征 并行特征 整体特性 协同特性 约束特性 第37页，此课件共113页哦2 CE的理论基础与运行机理 (1)CE的理论基础 从本质上讲,CE是一种以空间换取时间来处理系统复杂性的系统化方法(Systematic Approach),它以信息论、控制论和系统论为理论基础,在数据共享、人机交互等工具集成上述工具的智能技术支持下,按多科学、多层次协同一致的组织方式工作。与传统串行工作模式相比,它大大地扩大了系统状态空间,大大地缩短了复杂问题交互式求解进程的迭代次数,促使最终目标一次成功,以非线性的管理机制和整体性思想,赢得集成附加的协同效益。第38页，此课件共113页哦(2)CE的运行机理 其运行机理要点为:l 突出人的作用,强调人的协调工作。l 一体化、并行地进行产品及其有关过程的设计,其中,尤其要注意早期概念设计阶段的并行协调。l 重视满足客户的要求。l 持续的改善产品有关的过程。l 注意CE中信息与知识财富的开发与管理。l 注重目标的不变性。l 五个“不”。CE不费吹灰之力就能成功的“魔法方法”；CE不能省去产品串行工程中的任一环节；CE不是设计与生产重叠或同时进行；CE不同于“保守设计”；CE不需要保守测试策略。第39页，此课件共113页哦3 CE的体系结构及关键技术 （1）CE的体系结构 在产品并行设计过程中,按四个阶段进行设计和评估,如图11-7所示。产品概念设计 结构设计及其评价 详细设计及其评价 产品总体性能的评价 第40页，此课件共113页哦图11-7 计算机辅助产品并行设计系统第41页，此课件共113页哦(2)CE的关键技术 协同工作，进行产品开发过程的重构 集成产品信息模型。并行设计过程协调与控制。第42页，此课件共113页哦并行工程与ERP 企业资源计划(ERP)将企业的业务流程看作是一个联接紧密的供应链，把企业内部划分成几个相互支持的子系统，对企业内部供应链上的各个环节有效地进行管理，在功能实现上具有CE的机理特征，但后者更具体并侧重于技术。若面向CE开发ERP系统，其功能特征应表现为以企业的整体利益为目标，对企业供应链中的过程进行并行、一体化规划、决策，但其实现方式还有待中间件的开发与设置，以实现有效得过度与对接。第43页，此课件共113页哦11.2.4 职能制造系统职能制造系统1 IMS的提出 IMS是适应以下几方面的情况需要而兴起的：l一方面是制造信息的爆炸性的增长，以及处理信息的工作量的猛增，这要求制造系统表现出更大的智能；l另一方面是专业人才的缺乏与专门知识的短缺，严重制约了制造工业的发展，在发展中国家是如此，在发达国家，由于制造企业向第三世界转移，同样也造成本国技术力量的空虚；l第三是动荡不定的市场与激烈的竞争要求制造企业在生产活动中表现出更高的机敏性和智能；l第四，CIMS的实施和制造业的全球化的发展，遇到两个重大的障碍，即目前已形成的“自动化孤岛”的联结和全局优化问题，以及各国、各地区的标准、数据和人机接口的统一问题，而这些问题的解决也有赖于智能制造的发展。第44页，此课件共113页哦2 IMS的定义及特征 (1)定义 智能制造包括智能制造技术（IMI）和智能制造系统（IMS）。智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的智能。第45页，此课件共113页哦(2)特征 与传统的制造系统相比智能制造系统具有以下特征：自组织能力。自律能力。自学习和自维护能力。整个制造环境的智能集成。第46页，此课件共113页哦3 IMS研究的支撑技术及研究热点 (1)IMS研究的支撑技术 人工智能技术 并行工程 虚拟制造技术 信息网络技术 自律能力构筑 人机一体化 自组织与超柔性第47页，此课件共113页哦(2)智能制造当前研究的热点 制造知识的结构及其表达，大型制造领域知识库，适用于制造领域的形式语言、语义学。计算智能（Computing Intelligence）在设计与制造领域中的应用，计算智能是一门新兴的、与符号化人工智能相对应的人工智能技术，主要包括人工神经网络、模糊逻辑、遗传学算法等方法。制造信息模型（产品模型、资源模型、过程模型）。特征分析、特征空间的数学结构。智能设计、并行设计。制造工程中的计量信息学。具有自律能力的制造设备。通讯协议和信息网络技术。推理、论证、预测及高级决策支持系统，面向加工车间的分布式决策支持系统。车间加工过程的智能监视、诊断、补偿和控制。以及灵境技术和虚拟制造；生产过程的智能调度、规划、仿真与优化等。第48页，此课件共113页哦4 IMS的结构与典型结构 从智能组成方面考虑，IMS是一个复杂的智能系统，它是由各种智能子系统按层次递阶组成，构成智能递阶层次模型。该模型最基本的结构称为元智能系统（Meta-Intelligenct System,MIS）。其结构如图11-8所示，大至分为学习维护级、决策组织级和调度执行三级。第49页，此课件共113页哦图118 MIS结构图第50页，此课件共113页哦学习维护级，通过对环境的识别和感知，实现对MIS的更新和维护，包括更新知识库、更新知识源、更新推力规则以及更新规则可信度因子等。决策组织级，主要接收上层M-IS下达的任务，根据自身的作业环境状况，进行规划和决策，提出控制策略。在IMS中的每个M-IS的行为都是上层M-IS的规划调度和自身自律共同作用的结果，上层M-IS的规划调度室为了确保整个系统能有机协同地工作，而M-IS自身的自律控制则是为了根据自身状况和复杂多变的环境，寻求最佳途径完成工作任务，并调度下一层的若干个M-IS并行协同作业。第51页，此课件共113页哦 M-IS是智能系统的基本框架，各种具体的智能系统是建立在此M-IS 基础之上。对其扩充。具备这种框架的智能系统具有以下特点：决策智能化；可构成分布式并行智能系统；具有参与集成的能力；具有可组织性和自学习、自维护能力。第52页，此课件共113页哦 从智能制造的系统结构方面来考虑，本来智能制造系统应为分布式自主制造系统（Distributed Autonomous Manufacturing System）。该系统由若干个智能施主(Intelligent Agent)组成。根据生产任务细化层次的不同，智能施主可以分为不同的级别。如一个智能车间可成为一个施主，它调度管理车间的设计设备，它以车间施主的身份参与整个生产活动；同时对于一个智能车间而言，他们直接承担加工任务。无论哪一级别的施主，它与上层控制系统之间通过网络实现信息的联结，各职能加工设备之间通过自动引导小车（AVG）实现物质传递。第53页，此课件共113页哦 在这样的制造环境中，产品的生产过程为：通过并行智能设计的产品，经过IMS智能规划，将产品的加工任务分解为一个子任务，控制系统将子任务通过网络向相关施主“广播”。若某个失主具有完成此子任务的能力，而且当前空闲，则该施主通过网络向控制系统投第一份“标书”。“标书”中包括了该施主完成此任务的有关技术指标，如加工所需的时间，加工所能达到的精度等内容。如果同时有多个施主投出“标书”，那么，控制系统将对各个投标者从加工效率、加工质量等方面加以仲裁，以决定“中标”施主。“中标”施主若为底层施主（加工设备），则施主申请，由AGV将被加工工件送向“中标”的加工设备，否则，“中标”施主还将子任务进一步细分，重复以上过程，直至任务到达底层施主。这样，整个加工过程，通过任务广播、投标、仲裁、中标，实现生产结构的子组织。第54页，此课件共113页哦职能制造系统与职能制造系统与ERPl智能制造系统由于智能机器的存在，对数据信息的处理能力有了极大的提高，对整个生产系统及人员提出了更高的要求，由于具备较高的自我要求能力，较多的工作面ERP系统难以覆盖，但由于与计算机集成制造有很大的交叉关系，并涉及并行工程与信息网络技术，在信息支撑与共享上存在与ERP对接的空间，ERP仍可作为基础管理工具为智能制造提供生产与决策支持，但具体的实施中应根据需要对工作模块进行修改 第55页，此课件共113页哦11.2.5 柔性制造技术1 柔性制造技术概述 柔性制造技术(Flexible Manufacturing Technology，FMT)是一种主要用于多品种中小批量或变批量生产的制造自动化技术,它是对各种不同形状加工对象进行有效地且适应性转化为成品的各种技术总称。第56页，此课件共113页哦FMT的根本特征即“柔性”,是指制造系统(企业)对系统内部及外部环境的一种适应能力,也是指制造系统能够适应产品变化的能力,可分为瞬时、短期和长期柔性三种:瞬时柔性是指设备出现故障后,自动排除故障或将零件转移到另一台设备上继续进行加工的能力；短期柔性是指系统在短时期(如间隔几小时或几天)内,适应加工对象变化的能力,包括在任意时刻混合地进行加工两种以上零件的能力；长期柔性则是指系统在长期使用(几周或一个月)中,能进行加工各种不同零件的能力。迄今为止,柔性还只能定性地加以分析,还没有科学的量化指标,因此,凡具备上述三种柔性特征之一的、具有物料或信息流的自动化制造系统都可以称为柔性自动化。第57页，此课件共113页哦FMT有多种不同的应用形式,按照制造系统的规模、柔性和其他特征,柔性自动化具有如下形式:独立制造岛(AMI)、柔性制造单元(FMC)、柔性生产线(FML)、准柔性制造系统(PFMS、柔性制造系统(FMS)和以FMS为主体的自动化工厂(FA)。与刚性自动化的工序分散、固定节拍和流水线生产的特征相反,柔性自动化的共同特征是:工序相对集中,没有固定的生产节拍,物料的非顺序输送。柔性自动化的目标是:在中小批量生产条件下,接近大量生产方式，由于刚性自动化所达到的高效率和低成本,并同时具有刚性自动化所没有的灵活性。第58页，此课件共113页哦 FMS是数控机床或设备自动化的延伸,FMS的一般定义可以用以下三方面来概括：FMS是一个计算机控制的生产系统。系统采用半独立的NC机床。这些机床通过物料输送系统联成一体。第59页，此课件共113页哦 用于切削加工的FMS主要由四部分组成:l若干台数控机床、l物料搬运系统、l计算机控制系统、l系统软件。FMS的柔性可以从几方面评价,如图11-9所示。图11-9 FMS的各种柔性评价第60页，此课件共113页哦 柔性制造自动化技术包含FMS的四个基本部分中的自动化技术,即:自动化的加工设备、自动化的刀具系统、自动化物流系统自动化控制与管理系统还包括各组成部分之间的有机结合和配合即物流和信息流集成技术以及人与系统集成技术。FMT大致包含下列内容：l规划设计自动化、l设计管理自动化、l作业调度自动化、l加工过程自动化、l系统监控自动化、l离散事件动态系统(DEDS)的理论与方法、lFMS的体系结构、lFMS系统管理软件技术、lFMS中的计算机通信、l数据库技术。第61页，此课件共113页哦 FMT及FMS的发展趋势主要表现在以下几个方面：（1）用技术相对成熟的标准化模块去构造不同用途的系统。（2）MC功能进一步发展和完善，FMC比MC功能全,比FMS规模小、投资少、可靠,也便于联成功能可扩展的FMS。（3）FMS效益显著,有向小型化、多功能化方向发展。（4）在已有的传统组合机床及其自动线基础上发展起来了FTL,用计算机控制管理,保留了组合机床模块结构和高效特点,又加入了数控技术的有限柔性。（5）向集成化、智能化方向发展。FMT的作用:易于操作、总效率高，能避免重复投资等。第62页，此课件共113页哦2 柔性制造系统的组成和工作原理 柔性制造系统的目的在于提供对产品设计、生产目标和计划、工作站、物料搬运和加工路线等的变化能进行实时调整的一种工厂经营方式。第63页，此课件共113页哦（1）FMS的一般组成 一个柔性制造系统(FMS)的组成可概括为三个部分:多工位数控加工系统、自动化的物料储运系统和计算机控制的信息系统，如图1110所示。图1110 FMS的构成框图第64页，此课件共113页哦 加工系统 加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件,并能自动地更换工件和刀具。其通常由若干台加工零件的CNC机床和CNC板材加工设备以及操纵这种机床要使用的刀具所构成。物流系统 FMS中的物流系统与传统的自动线或流水线有很大的差别,整个工件输送系统的工作状态是可以进行随机调度的,而且都设置有储料库以调节各工位上加工时间的差异。物流系统包含工件的输送和储存两个方面。信息流系统 信息流系统包括过程控制及过程监视两个子系统,其功能分别为:进行加工系统及物流系统的自动控制,以及在线状态数据自动采集和处理。FMS中信息由多级计算机进行处理和控制。第65页，此课件共113页哦（2）FMS的工作原理 FMS的模型和工作原理框图如图1111所示。第66页，此课件共113页哦3 柔性制造系统(FMS)的控制（1）对FMS控制结构的要求 为实现FMS系统的优化控制以取得FMS运行和预期效果，并考虑到柔性制造系统将来的发展,其控制结构应当具有如下一些特征：l易于适应不同的系统配置,最大限度地实行系统模块化设计；l尽可能地独立于硬件要求；l对于新的通信结构以及相应的局域网协议(V24,MAP,现场总线)具有开放性；l可在高效数据库的基础上实现整体数据维护；l对其他要求集成的CIM功能模块备有最简单的接口；采用统一标准；l具有友好的用户界面。第67页，此课件共113页哦（2）FMS控制系统的结构设计 对FMS控制系统结构来说,各个软件模块应构成一个可灵活组合的控制软件,以适应将来各种要求。整个控制结构需严格按照一个分散、递阶的结构形式,分成明确的上下层次。一般而言,系统内部分为计划控制和单元控制两级(如图11-12所示)。图1112 柔性制造系统的控制技术第68页，此课件共113页哦(3)主控计算机功能划分及结构组织 在FMS控制结构中,规定主控计算机的任务是,对柔性制造系统中的全部生产过程进行监视和协调。FMS控制系统的任务范围起始于计划管理级以下(如图1113所示),主要处理生产计划、作业计划(根据系统的生产能力)、NC程序编码,以及生产系统和各个功能区的工作计划。计划管理级部分必须将加工过程必需的数据(工件数据、加工任务数据，等等)和要求的NC和RC(机器人控制)程序放入控制系统的数据库或者文件服务器中。FMS控制结构对主控计算机提出了两个相关的任务,即作业计划和过程运行控制。图1113所示为主控计算机所要处理任务的示意图。作业计划包括的功能有:资源准备、队列优化、生产作业队列或混合分批和备用计划的产生等。第69页，此课件共113页哦图1113 主控计算机的构造、任务与内部结构第70页，此课件共113页哦（4）单元计算机的功能划分及结构组织 功能区子模块的任务是,对主控计算机所安排的任务按给定的顺序自治地进行处理。功能区的结构原理如图1114所示:图1114 FMS的功能区结构、任务及其内部组织第71页，此课件共113页哦柔性制造技术与ERPl为适应柔性制造系统的未来发展，ERP系统支持柔性制造应以工艺内容为基础，建立的柔性制造单元。随着各种工业控制检测技术的发展和完善，柔性制造的自动化功能正日趋成熟和适用，ERP系统将和CAD/CAM相结合，形成从市场与工艺设计、销售与计划、物料准备、制造过程、到售后反馈这样一个完整的闭环管理。第72页，此课件共113页哦11.2.6 绿色制造绿色制造1 GM的提出及可持续发展制造战略 制造业是创造财富的主要产业，同时又是环境污染的源头。制造过程是一个复杂的输入输出系统。输入生产系统的资源和能源，一部分转化为产品，而另一部分则转化为废弃物，排入环境造成了污染和危害。如图1115所示，要想提高加工系统的效益（经济效益和社会效益），系统在输出产品的同时，应具有较少的输入和附加输出物，即达到有效利用输入和优化输出的效果。第73页，此课件共113页哦图1115 产品过程的输入输出物质简图第74页，此课件共113页哦 可持续发展的制造业应该是以不损害当前的生态环境和不危害子孙后代的生存环境为前提，应是最有效地利用资源（能源和材料）和最低限度地产生废弃物和最少排放污染，以更清洁的工艺制造绿色产品的产业。一个干净而有效的工业经济，应是能够模仿自然界具有材料再循环利用能力、同时又产生最少废弃物的经济。事实上，环境问题融入商业对企业来说不仅是一个威胁，更是一种机会。这是由如下因素造成的：法律约束。贸易限制。消费选择。有鉴于此，如何使企业进行环境友善生产是当前环境问题研究的一个重要方面。绿色制造由此产生。第75页，此课件共113页哦2 GM的定义与内涵（1）绿色制造的定义 绿色制造是综合考虑环境影响和资源利用效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，废弃资源和有害排放物最小，即对环境的负面影响最小，对健康无害，资源利