现代制造系统.pptx
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1、主要内容制造系统的概念制造系统的发展历程现代制造系统的特征典型制造系统及其发展趋势第1页/共53页第2页/共53页过去20年来,戴尔电脑公司所采用的商业模式是世界上最好的商业模式之一。迈克尔戴尔作为当代典型的企业家而备受商业媒体的关注,这个年轻的电脑奇才从大学辍学,通过创立自己的技术公司赚了大钱。不过,迈克尔戴尔真正有影响的见解并不在技术方面,而是在商业方面。早在20世纪80年代初他就开始关注个人电脑生产企业的工作模式,并且发现了一条更好的路子。这条更好的路子就是向客户直销,绕过了分销商这个中间环节。戴尔电脑公司从消费者那里直接拿到订单,接下来自己购买配件组装电脑。这就意味着戴尔电脑公司无需车
2、间和设备生产配件,也无需在研发上投入资金。消费者得到了自己想要的电脑配置,戴尔公司也避免了中间商的涨价。第3页/共53页 一些企业通过合并和收购实现全球化他们购买企业以获得自身所需要的资源并使那些企业的创新内部化。但即使是最完美的并购也会遭遇整合问题及运作成本上升。波音公司正相反,它放弃非核心资产,通过松散的价值创造网络进行全球性的协作。在研制787过程中,波音所扮演的角色是下一阶段系统的集成者:有来自6个不同国家的100多家供应商参与制造下一代飞机,这是一种真正的合作方式而不单单是外包。波音已经建立起一个广泛的水平型的合作网络,实时合作、分担风险、共享知识,以达到更高水平的绩效。装配由原来的
3、13天缩短为3天。第4页/共53页主要内容制造系统的概念现代制造系统的特征制造系统的发展历程典型制造系统及其发展趋势第5页/共53页什么是制造与制造系统?6n基本概念:生产;制造;制造技术;制造系统;制造业第6页/共53页生产与制造的概念生产定义从系统的观点,生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统7输入输出+-生产过程生产过程效益 生产财富有形(产品)无形(服务)图1 生产的定义转变效率:生产率=输出/输入 生产要素生产对象(原材料)生产资料(直接、间接)能源劳动力信息(知识、技能、情报)资金第7页/共53页8 狭狭义义理理解解:生生产产过过程程从从原原材材料料成成品品
4、直直接接起起作作用用的的那那部部分分工工作作内内容容,包包括括毛毛坯坯制制造造、零零件件加加工工、产产品品装装配配、检检验验、包包装装等等具具体体操操作作(物物质流)。质流)。广义理解:制造广义理解:制造 =生产生产 美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。工等行业列为制造业。国国际际生生产产工工程程科科学学院院(CIRP)定定义义:制制造造包包括括制制造造企企业业的的产产品品设设计计、材材料料选选择择、制制造造生生产产、质质量量保保证证、管管理理和和营营销销一一系系列列有有内内在在联联系系的的运运作和活动。作和活动。制造制造 制造业制造
5、业第8页/共53页9制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制制 造造 业业图1-8 当今制造业的社会功能制造业的概念第9页/共53页10 国国民民经经济济的的支支柱柱产产业业,国国民民经经济济总总收收入入的的60%以以上上来来自自制制造造业业,世世界界发发达达国家无不具有强大的制造业。国家无不具有强大的制造业。美美国国:约约1/1/4 4人人口口直直接接从从事事制制造造业业,其其余余人人口口中中又又有有约约半半数数人人所所做做工工作作与与制制造业有关。造业
6、有关。日本由于重视制造业,二次大战后日本由于重视制造业,二次大战后3030年时间,发展成为世界经济大国。年时间,发展成为世界经济大国。机械制造业是制造业的基础机械制造业是制造业的基础,是重中之重。是重中之重。与与此此相相反反,美美国国在在一一段段相相当当长长时时间间内内忽忽视视了了制制造造技技术术的的发发展展,结结果果导导致致经经济济衰衰退退,竞竞争争力力下下降降,出出现现在在家家电电、汽汽车车等等行行业业不不敌敌日日本本的的局局面面。直直至至上上世世纪纪8080年年代代初初,美美国国才才开开始始清清醒醒,重重新新关关注注制制造造业业的的发发展展,至至19941994年年美美国国汽汽车车产产量
7、重新超过日本。量重新超过日本。制造业的概念制造业的概念第10页/共53页11制造技术制造技术 在产品生产中,使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和,称在产品生产中,使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和,称为制造技术。为制造技术。运用一定的知识、技能运用一定的知识、技能操纵可以利用的物质、工具操纵可以利用的物质、工具采取有效的方法采取有效的方法 手段包括手段包括 与大、小制造概念相对应,对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。与大、小制造概念相对应,对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程,制造技术被广义理解制造技术涉及生产活动的各个
8、方面和生产的全过程,制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动,是一个功能体系和信息处认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动,是一个功能体系和信息处理系统。理系统。第11页/共53页12制造系统结构制造系统结构图2 制造系统功能结构经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流用户、市 场 与 外 部 环 境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造(加工、装配、检验、输送、存储 )质量控制制造系统的概念第12页/共53页13制造系统特性制造系统特性软件硬件图3 制造系统结构特性 结构特性结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能,必须有软
9、件支持。第13页/共53页14 转变特性转变特性主要从技术角度出发,如何使转变过程更有效进行。获取阶段转变阶段分配阶段图4 制造系统的物质流原材料供应者原材料库存零件加工零件库存装配成品库存最终用户第14页/共53页15需求订货信息生产计划信息进度计划信息作业计划信息生产结果数据生产控制信息生产技术信息产品设计信息综合生产计划生产进度计划作业计划生产实施生产控制产品设计工艺过程计划工艺过程信息计划阶段实施阶段控制阶段图6 制造系统的程序特性 程序特性程序特性l 程序 一系列按时间和逻辑安排的步骤l 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序(图6)研究制造系统程序特性,主要从管理角度出发如何使生产
10、活动达到最佳化。第15页/共53页16压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配 车身安装 最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理图1-5 汽车生产物流示意图制造系统的示意制造系统的示意第16页/共53页主要内容制造系统的概念制造系统的发展历程现代制造系统的特征典型制造系统及其发展趋势第17页/共53页制造系统技术的发展历程制造系统发展阶段手工作坊阶段:n靠手工操作;n以手工作坊的生产模式为主;n以人力、畜力和自然力为加工动力来源。刚性制造系统:专用机床组成刚性流水线可实现固定产品的高效率生产;(汽车工业)设备利用率高;生产
11、线投资大,不灵活第18页/共53页制造系统发展阶段单机柔性加工系统:NCn以单台数控加工设备为核心;n柔性好、加工质量高;n适于多品种、中小批量生产。多机柔性加工系统:强调制造过程的柔性和高效率;适于中等批量、中等品种生产;DNC DNC(计算机连接数控和分布数控)柔性制(计算机连接数控和分布数控)柔性制造单元(造单元(FMCFMC)柔性制造系统)柔性制造系统(FMS)(FMS)。第19页/共53页制造系统发展阶段计算机集成制造系统:CIMS 以计算机网络和数据库为基础,实现了制造全过程的系统性和集成性;适于多品种、小批量生产。跨企业制造系统和全球制造系统 通过网络协调和运作,把分布在世界各地
12、的制造工厂、供应商和销售点连接成一个整体,由此构成具有同一目标的、在逻辑上为一整体而物理上分布于全世界的跨企业和跨国制造系统,即全球制造系统。第20页/共53页 1.从技术层面看 经过数十年的发展,制造系统技术在总体上已形成基本的体系,并在实际应用中发挥着越来越重要的作用。第一阶段:刚性制造系统:本阶段在20世纪50年代前已基本形成。第二阶段:单机柔性加工系统:开始于20世纪50年代初,到70年代已基本成熟。第三阶段:多机柔性加工系统:出现于20世纪60年代末,70年代以后得到快速发展,如直接数控(DNC)加工系统、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线(FML)。第四阶段
13、:计算机集成制造系统:20世纪80年代以来得到迅速发展,其特征是制造全过程的系统性和集成性,以解决现代企业生存与竞争问题。第五阶段:跨企业和全球制造系统:20世纪末提出,正在成为21世纪的发展方向。基本概念是:根据全球化的产品需求,通过网络协调和运作,把分布在世界各地的制造工厂和销售点联接成一个整体,从而能够在任何时候与世界任何一个角落的用户或供应商打交道,由此构成具有统一目标的在逻辑上为一整体而物理上分布于全世界的跨企业和跨国制造系统。第21页/共53页 2.从学科发展看制造系统诞生于 20世纪70年代后期的日本。京都大学人见胜人(Hitomi K.)教授发表著作Manufacturing
14、System Engineering。在美国,麻省理工学院90年代初即开设有制造系统课程,并出版了专著。在西欧,一些一流大学亦开设了制造系统课程。总之,制造系统已成为国外一流大学相关专业和学科的科研与教学工作的重要组成部分。在我国,制造系统的研究和应用起步也较早,20世纪80年代中就已有柔性制造系统(FMS)在生产实际中应用。但制造系统作为一个学科和技术领域,在国家支持下开展有组织的深入系统研究和应用,是开始于国家的863计划。以CIMS为代表的研究项目十几年来取得一大批成果,并在许多类型的企业中得到广泛应用,有力推进了我国制造系统技术的发展。清华大学制造工程研究所在多年制造系统研究和应用实践
15、积累的基础上于1989年率先在国内为研究生开出现代制造系统课程。当时正值我国国企改革启动阶段,制造企业面临巨大的市场压力,迫切需要利用制造系统知识解决企业面临的生产经营与管理问题。课程开出后受到企业和学生的欢迎。第22页/共53页发展现代制造系统技术的基础先进制造模式和相关理论现代生产模式:JIT、网络化制造先进制造技术与装备柔性制造系统 FMS系统科学理论与系统工程技术离散事件动态系统现代管理控制理论与技术运筹学、现代管理理论计算机与信息技术信息技术、计算机控制技术第23页/共53页1.先进制造模式和相关理论:制造模式决定了制造系统的体系结构、运行原理以及管理和控制方法,因此,要对现代制造系
16、统进行深入研究,要使现代制造系统技术的发展保持正确的方向,就必须以先进制造模式为基础,以正确、先进的理论为指导。2.先进制造技术与装备:制造技术与制造装备是构成制造系统的重要元素,要使制造系统发挥出高效益,必须有先进制造技术和先进制造装备作为支撑。例如,柔性制造系统和计算机集成制造系统的发展,必须以数控加工技术和先进数控机床为基础。3.系统科学理论与系统工程技术:制造系统属于复杂大系统,并且为典型的离散事件动态系统(Discrete Event Dynamic System,简称DEDS),其状态变量数目巨大,不确定性因素和随机性影响突出,非线性和混沌(chaos)现象严重。因此,制造系统研究
17、、开发和应用中所涉及的许多问题,都必须从系统科学与工程的高度去分析和解决。第24页/共53页4.现代管理控制理论与技术:一方面,要使已有的制造系统运行于最佳状态,发挥出最佳效益,必须采用有效的管理控制理论、模式和方法;另一方面,要研究、开发性能优良的新型制造系统,也必须十分重视其管理控制子系统的研究开发。在管理控制子系统的研究开发中,最重要的就是要研究适合先进制造系统的新的管理控制理论与技术。5.计算机与信息技术:现代制造系统的研究开发和运行已越来越多地与计算机和信息技术相融合。例如,制造系统研究中建立的复杂数学模型必须借助计算机进行分析和求解,制造系统的开发过程通常都要使用计算机进行仿真分析
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