现代制造系统.ppt

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1、现代制造系统概论Contemporary Manufacturing Systems Contemporary Manufacturing Systems 先进制造工程学先进制造工程学内容提要1.1.制造系统发展简史制造系统发展简史2.2.现代制造系统的发展现代制造系统的发展3.3.现代制造系统实例现代制造系统实例4.4.现代制造系统一种实现模式现代制造系统一种实现模式一、制造系统发展简史一、制造系统发展简史（1 1）1818世纪中叶世纪中叶2020世纪初：世纪初：手工作坊式单件制作手工作坊式单件制作（2 2）2020世纪初世纪初2020世纪中叶：世纪中叶：大批量流水式刚性生产大批量流水式刚性

2、生产（3 3）2020世纪世纪6060年代年代8080年代：年代：自动化柔性制造自动化柔性制造（4 4）2020世纪世纪9090年代至今：年代至今：现代集成制造现代集成制造普通机床普通机床刚性自动线刚性自动线柔性自动线柔性自动线DNC/FMS1760191019131950196019901995如：巴黎如：巴黎P&LP&L汽车制造公司汽车制造公司(1886(1886年年)单件制造方式，年产量单件制造方式，年产量800800台台没有一台车完全一样，无互换性可没有一台车完全一样，无互换性可言言手工选配组装，效率极低手工选配组装，效率极低产品价格、维护费用高产品价格、维护费用高 (1)18(1)1

3、8世纪中叶世纪中叶2020世纪初：手工作坊式单件制作世纪初：手工作坊式单件制作l普通机床普通机床l单件制作单件制作l小作坊式生产小作坊式生产(2)20(2)20世纪初世纪初2020世纪中叶：大批量流水式生产世纪中叶：大批量流水式生产l刚性生产线刚性生产线l大批量生产大批量生产l标准化产品标准化产品19031903年，亨利年，亨利福特创建福特创建FordFord汽车公司汽车公司19081908年，生产出世界上第一辆年，生产出世界上第一辆T T型车型车19131913年，开发出了世界上第一条流水线年，开发出了世界上第一条流水线(曾曾1 1天生产天生产91099109辆辆T T型车，平均不到型车，平

4、均不到1010秒秒/辆辆)19271927年，福特年，福特T T型车停产，至此福特已售出型车停产，至此福特已售出15001500万辆汽车，占世界总量一半万辆汽车，占世界总量一半 (3)20(3)20世纪世纪6060年代年代8080年代：自动化柔性制造年代：自动化柔性制造l柔性生产线柔性生产线（NC,CNC,DNC,FMS）l多品种、少批量柔性化多品种、少批量柔性化生产生产1946.2.141946.2.14，世界第一台电子，世界第一台电子计算机（美国宾州大学）计算机（美国宾州大学）19521952年，世界上第一台年，世界上第一台NCNC机机床（美国床（美国MITMIT）19661966年，计算

5、机群控年，计算机群控(DNC,(DNC,美美国国)19671967年，年，FMS(FMS(英国英国)1970s1970s，CAD/CAMCAD/CAM(4)20(4)20世纪世纪9090年代至今：现代集成制造年代至今：现代集成制造l计算机集成制造计算机集成制造(CIM)(CIM)l大规模客户化定制大规模客户化定制(MC)(MC)l个性化产品个性化产品19731973，美国哈林顿博士提出，美国哈林顿博士提出CIMSCIMS概念，概念，1010年后被重视年后被重视1980s1980s，3D-CAD,PDM3D-CAD,PDM1990s1990s，ERP,CE,AM,ERP,CE,AM,199519

6、95，大规模客户化定制，大规模客户化定制(MC)(MC)100001100001=110000110000！背景：背景：2020世纪末制造业发生重大变化世纪末制造业发生重大变化市场全球化，竞争空前加剧市场全球化，竞争空前加剧要求制造要求制造TQCSTQCS，是一个无止境的过程，要求管理变，是一个无止境的过程，要求管理变革和技术进步革和技术进步微电子为基础的信息技术（微电子为基础的信息技术（ITIT）高速发展）高速发展TT加快新产品开发和上市时间加快新产品开发和上市时间 (Time)(Time)QQ提高质量提高质量(Quality)(Quality)CC降低成本降低成本(Cost)(Cost)S

7、S完善售前完善售前/售后服务售后服务(Server)(Server)以汽车为例：以汽车为例：19701970年：产品生命周期年：产品生命周期1212年年19801980年：年：4 4年年19901990年：年：1818个月个月现在：？现在：？二、现代制造系统的发展二、现代制造系统的发展应对：应对：现代制造系统的发展现代制造系统的发展敏捷化敏捷化精益化精益化绿色化绿色化制造理念上1.1.制造环节：集成化制造环节：集成化2.2.制造设备：柔性化制造设备：柔性化3.3.制造方式：网络化制造方式：网络化4.4.制造方法：数字化制造方法：数字化5.5.制造过程：智能化制造过程：智能化制造技术上“敏捷制造

8、敏捷制造”理念理念敏捷制造是制造系统为了实现快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，以信速反应和灵活多变的目标，以信息技术为基础，以动态联盟为组息技术为基础，以动态联盟为组织形式而采取的一种新的制造理织形式而采取的一种新的制造理念和制造模式。念和制造模式。l精益生产精益生产是一种以实现高质量和低消耗为目的，以是一种以实现高质量和低消耗为目的，以“简化简化”为基本手段，以为基本手段，以“人人”为中心，以为中心，以“尽善尽美尽善尽美”为追求目标的先进制造理念与制造模式。为追求目标的先进制造理念与制造模式。l最近的商业周刊调查结果最近的商业周刊调查结果:90%:90%的制造企业的制造企

9、业CEOCEO表示：精益生产是企业达到世界表示：精益生产是企业达到世界级工厂的关键之路。级工厂的关键之路。“精益生产精益生产”理念理念目前，宝马汽车的可回收件已经目前，宝马汽车的可回收件已经达到整车的达到整车的85%85%如宝马如宝马7 7系中包含了系中包含了2424公斤的可再公斤的可再生利用材料，其中生利用材料，其中1313公斤以上是公斤以上是天然纤维材料。天然纤维材料。绿色制造是一种综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造理念，其目标是使得产品绿色制造是一种综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造理念，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响从设计、

10、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响小、资源利用率高，使企业经济效益和社会效益协调优化。小、资源利用率高，使企业经济效益和社会效益协调优化。“绿色制造绿色制造”理念理念1.1.制造环节：集成化制造环节：集成化p1.1.制造环节：集成化制造环节：集成化p2.2.制造设备：柔性化制造设备：柔性化p3.3.制造方式：网络化制造方式：网络化p4.4.制造方法：数字化制造方法：数字化p5.5.制造过程：智能化制造过程：智能化（1 1）自动化孤岛，阻碍了企业完善）自动化孤岛，阻碍了企业完善TQCSTQCS原因：原因：不同平台不同平台 不同标准不同标准 不同软件不同软件 不同数据

11、库不同数据库 导致不能导致不能“五个正确五个正确”：在正确的时间，在正确的时间，将正确的信息，将正确的信息，以正确的方式，以正确的方式，传输给正确的人或机器，传输给正确的人或机器，以做出正确的决定以做出正确的决定 企业应该采用信息技术（包括计算机、通讯、自动化企业应该采用信息技术（包括计算机、通讯、自动化技术等）来改善设计过程、管理决策过程和加工制造过技术等）来改善设计过程、管理决策过程和加工制造过程，并且在网络和数据库的支持下实现信息集成，从而程，并且在网络和数据库的支持下实现信息集成，从而优化生产，改善优化生产，改善TQCSTQCS，提高企业的市场应变能力。提高企业的市场应变能力。(2)(

12、2)基本结论：集成化是必然趋势基本结论：集成化是必然趋势（3 3）CIM/CIMSCIM/CIMS概念的提出概念的提出 (Computer Integrated manufacturing)19741974年美国哈林顿博士年美国哈林顿博士(Dr.Joseph Harrington)在其在其所著所著“计算机集成制造计算机集成制造”一书中首次提出一书中首次提出CIMSCIMS概念。概念。两个重要观点：两个重要观点：整个生产过程（从市场、设计、制造、管理、售前售后服务整个生产过程（从市场、设计、制造、管理、售前售后服务等）是一个整体，需要统一考虑等）是一个整体，需要统一考虑;整个生产过程是信息的采集

13、、传送和加工处理的过程，产品整个生产过程是信息的采集、传送和加工处理的过程，产品尺寸不过是物化的数据尺寸不过是物化的数据.系统观系统观信息观信息观CIM/CIMS的定义的定义CIMCIM：是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，它借是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，它借助计算机软硬件技术，综合运用现代化助计算机软硬件技术，综合运用现代化管理技术管理技术、制制造技术造技术、自动化技术自动化技术、系统工程技术系统工程技术，将企业生产全，将企业生产全过程中有关过程中有关人、技术、经营管理人、技术、经营管理三要素及信息流与物三要素及信息流与物流有机地集成并优化运作，以实现产品高质、低耗、流有机地集成

14、并优化运作，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争。上市快，从而使企业赢得市场竞争。CIMS:CIMS:基于基于CIMCIM哲理构建的系统哲理构建的系统经营管理分系统经营管理分系统经营管理分系统经营管理分系统质量保证分系统质量保证分系统质量保证分系统质量保证分系统制造制造制造制造自动自动自动自动化分化分化分化分系统系统系统系统工程工程工程工程设计设计设计设计分系分系分系分系统统统统计算机网络和计算机网络和计算机网络和计算机网络和数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统CIMS的组成的组成C Computer omputer C Contemporaryontemporary：它已

15、在广度与深度上大大拓展了：它已在广度与深度上大大拓展了原原CIM/CIMSCIM/CIMS的内涵。的内涵。（广义性、开放性、持久性）（广义性、开放性、持久性）“现代现代”的含义是数字化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化，的含义是数字化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化，突出信息技术的关键作用。突出信息技术的关键作用。“集成集成”的内容更为广泛，它包括：的内容更为广泛，它包括：信息集成、过程集成及企业间集成等三个阶段的集成优化信息集成、过程集成及企业间集成等三个阶段的集成优化企业活动中三要素（人企业活动中三要素（人/经营经营/技术）及三流（物流技术）及三流（物流/信息流信息流/资金流）的集成优化资金

16、流）的集成优化CIMSCIMS相关技术及各类人员的集成优化等相关技术及各类人员的集成优化等扩展了扩展了CIMSCIMS的应用范围：的应用范围：包括离散、流程、混合型制造业。包括离散、流程、混合型制造业。现代集成制造系统现代集成制造系统是一种基于现代集成制造理念构成的数字化、是一种基于现代集成制造理念构成的数字化、信息化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统；它是信息时信息化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统；它是信息时代的一种新型生产制造模式与系统。代的一种新型生产制造模式与系统。（4 4）CIM/CIMSCIM/CIMS内涵的扩展内涵的扩展 (Contemporary Integrated

17、manufacturing)CIMS的三要素：的三要素：经营、技术、人经营、技术、人/机构机构 CIMSCIMS不仅仅把技术系统和经营管理系统集成在不仅仅把技术系统和经营管理系统集成在一起，而且把人（人的思想、理念及智能）也集成一起，而且把人（人的思想、理念及智能）也集成在一起，使整个企业的工作流程、物流和信息流都在一起，使整个企业的工作流程、物流和信息流都保持通畅和相互有机联系，所以，保持通畅和相互有机联系，所以，CIMSCIMS是人、经营是人、经营和技术三者集成的产物。和技术三者集成的产物。经营经营经营经营人人人人/机构机构机构机构技术技术技术技术CIMS轮图轮图第第1 1层：层：驱动轮子

18、的轴驱动轮子的轴心心 顾客顾客第第2 2层：层：企业组织中的企业组织中的人员和群体工作方法人员和群体工作方法 第第3 3层：层：信息（知识）信息（知识）共享系统共享系统 第第4 4层：层：企业的活动层企业的活动层（三大部门和（三大部门和1515个功个功能区）能区）第第5 5层：层：企业管理层，企业管理层，它的功能是合理配置它的功能是合理配置资源，承担企业经营资源，承担企业经营的责任的责任 第第6 6层层:企业的外部环企业的外部环境境SME,19932.2.制造设备（手段）：制造设备（手段）：柔性化柔性化p1.1.制造环节：集成化制造环节：集成化p2.2.制造设备：柔性化制造设备：柔性化p3.3

19、.制造方式：网络化制造方式：网络化p4.4.制造方法：数字化制造方法：数字化p5.5.制造过程：智能化制造过程：智能化（1 1）柔性的涵义）柔性的涵义 对产品及过程的适应性对产品及过程的适应性设备柔性设备柔性（Machine Flexibility）过程柔性过程柔性（Process Flexibility）工序柔性（工序柔性（Operation Flexibility）工艺柔性工艺柔性（Routing Flexibility）/加工柔性加工柔性 产品柔性（产品柔性（Product Flexibility）/反应柔性反应柔性 批量柔性（批量柔性（Volume Flexibility）扩展柔性（扩

20、展柔性（Expansion Flexibility）生产柔性（生产柔性（Production Flexibility）（2 2）柔性制造系统）柔性制造系统(FMS)(FMS)典型典型FMSFMS布置图布置图（3 3）FMSFMS的定义与特点的定义与特点FMS是由若干是由若干CNC设备、物料运储装置和计算机控制系设备、物料运储装置和计算机控制系统组成，能同时地、自动地进行多种零件混流加工的自统组成，能同时地、自动地进行多种零件混流加工的自动化制造系统。动化制造系统。适合多品种适合多品种(4100种种)、中小批量、中小批量(502000件件)生产的自生产的自动化加工动化加工能在同一时间内加工多种零

21、件，用户可根据需要安排各种能在同一时间内加工多种零件，用户可根据需要安排各种零件批量之间的混合比零件批量之间的混合比能在系统中个别机床发生故障的情况下继续保持生产能在系统中个别机床发生故障的情况下继续保持生产具有无人照管自动运行的能力，减少直接工时费用具有无人照管自动运行的能力，减少直接工时费用设备利用率高，系统运行高效设备利用率高，系统运行高效(2倍倍)机床数量减少，节省设备投资机床数量减少，节省设备投资(减少减少)在制品压缩在制品压缩(80%)、缩短生产准备时间、缩短生产准备时间FMS占地面积减少占地面积减少(40%)，加工成本降低，加工成本降低(60%)FMSFMS主要设备与实例主要设备

22、与实例3.3.制造方式：网络化制造方式：网络化p1.1.制造环节：集成化制造环节：集成化p2.2.制造设备：柔性化制造设备：柔性化p3.3.制造方式：网络化制造方式：网络化p4.4.制造方法：数字化制造方法：数字化p5.5.制造过程：智能化制造过程：智能化什么是网络化制造？网络化制造网络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑是企业为应对知识经济和制造全球化的挑战，以快速相应市场需求和提高企业（或企业群体）战，以快速相应市场需求和提高企业（或企业群体）竞争力为主要目标的一种先进制造模式。竞争力为主要目标的一种先进制造模式。网络化制造系统网络化制造系统是企业在网络化制造模式的指导思想、是企业在

23、网络化制造模式的指导思想、相关理论和方法的指导下，在网络化制造平台和软件相关理论和方法的指导下，在网络化制造平台和软件工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设计实施工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设计实施的基于网络的制造系统。的基于网络的制造系统。网络化制造的定义与内涵定义：定义：网络化制造网络化制造是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其其它相关技术,构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统,并在系统的支持下,突破空间对企业生产经营范围和方式的约束,开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产品设计、制造、销售、采购、管理等),实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集成,

24、高速度、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。内涵：覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产品设计、制造、销售、采购、管理等)通过网络突破地理空间障碍，实现企业内部及企业间资源共享和制造协同强调企业间的协作与社会范围内的资源共享，提高企业（群）产品创新和制造能力，实现产品设计制造的低成本和高效率针对企业具体情况和应用需求，可以有多种不同功能、不同形态和应用模式的网络化制造系统数据库管理支撑分系统(DBS)企业标准化分系统虚拟研究所及网络化协同产品开发系统网络化敏捷供应链管理系统产品虚拟仓库及网络化销售和定制系统网络化设备资源共享及制造协作系统企业外部网络化制造系统企业外部网

25、络化制造系统产品设计开发分系统（PDS）管理信息分系统(MIS)质量保证分系统(QAS)制造自动化分系统(MAS)企业内部网络化制造系统企业内部网络化制造系统办公自动化分系统(MAS)计算机网络环境支撑分系统(NES)(Internet/Intranet/Extranet/区域宽带网)计算机安全管理与控制分系统(ISMC)企业基础设施系统企业基础设施系统一种网络化制造系统的功能结构区域网络化制造系统体系结构区域网络化制造系统：在一定的地域（如省、市、地、县）范围内，采用官产学研的组织模式，在计算机网络（包括因特网和区域局域网）和数据库的支撑下，动态集成区域内的企业、高校、研究院所及其制造资源和

26、科技资源，进而形成一个开放性的区域集成制造系统。基于ASP的区域网络化制造系统结构分布式网络化制造总体结构4.4.制造方法：数字化制造方法：数字化p1.1.制造环节：集成化制造环节：集成化p2.2.制造设备：柔性化制造设备：柔性化p3.3.制造方式：网络化制造方式：网络化p4.4.制造方法：数字化制造方法：数字化p5.5.制造过程：智能化制造过程：智能化（1）什么是数字化制造？狭义的狭义的“数字化制造数字化制造”是指将数字化技术用于产品的制造过程，通过信息建模和信息处理来改进制造过程，提高制造效率和产品质量，降低制造成本所涉及的一系列活动的总称。广义的广义的“数字化制造数字化制造”是指将信息技

27、术用于产品设计、制造以及管理等产品全生命周期中，以达到提高制造效率和质量、降低制造成本、实现敏捷响应市场的目的所涉及的一系列活动的总称。“数字化数字化”现代制造系统的核心特现代制造系统的核心特征征管理数字化管理数字化设计数字化设计数字化生产过程数字化生产过程数字化制造装备数字化制造装备数字化数字企业数字企业数字企业数字企业 “四轮四轮”图图（2）数字化制造系统的结构制造装备制造装备数字化数字化设计数字化设计数字化管理数字化管理数字化生产过程数字化生产过程数字化（3）数字化制造过程示意图5.5.制造过程：智能化制造过程：智能化p1.1.制造环节：集成化制造环节：集成化p2.2.制造设备：柔性化制

28、造设备：柔性化p3.3.制造方式：网络化制造方式：网络化p4.4.制造方法：数字化制造方法：数字化p5.5.制造过程：智能化制造过程：智能化（1）什么是智能制造？智能制造(IMIntelligent Manufacturing)是指在制造系统及制造过程的各个环节通过计算机来实现人类专家的制造智能活动。智能制造技术（IMT）是实现智能制造的各种制造技术的总称。智能制造系统（IMS）是基于智能制造技术实现的制造系统。（2）智能制造系统的定义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系统，它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析

29、、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承和发展。（3）智能制造系统的内涵智能制造智能制造提出在实际制造系统中以机器智能取代人的部提出在实际制造系统中以机器智能取代人的部分脑力劳动为目标，强调系统的自组织与自学习能力，分脑力劳动为目标，强调系统的自组织与自学习能力，强调制造智能的集成，即机器智能和人类智能的有机融强调制造智能的集成，即机器智能和人类智能的有机融合。合。智能制造的核心涵义智能制造的核心涵义在于用计算机实现的机器智能在于用计算机实现的机器智能来取代或延伸制造环境中人的部分智能，以减轻人类制来取代或延伸制造环

30、境中人的部分智能，以减轻人类制造专家部分繁重的脑力劳动负担，并提高制造系统的柔造专家部分繁重的脑力劳动负担，并提高制造系统的柔性、精度和效率。性、精度和效率。人机一体化的智能集成与融合系统运行方式及结构形式上的自组织能力自律能力搜集与理解自身及环境信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力适应复杂环境的自学习和自维护能力（4）智能制造的技术体系智能网络与智能网络与知识库技术知识库技术人工智能人工智能技术技术网络与数网络与数据库技术据库技术虚拟现实虚拟现实技术技术IMS基础基础理论理论IMS体系体系结构结构IMS运行运行模式模式IMS建模建模技术技术IMS组织组织技术技术IMS设计设计方法方法IM

31、S开发开发方法方法IMS评价评价技术技术智能机器智能机器智能机器人智能机器人智能制造单元智能制造单元智能生产线智能生产线智能活动智能活动智能设计智能设计智能诊断智能诊断智能管理与决策智能管理与决策智能集成智能集成智能技术集成智能技术集成人机智能集成人机智能集成信息化信息化/自动化自动化/智能化集成智能化集成支撑支撑技术技术层层基础基础技术技术层层应用应用技术技术层层1 1 1 1 美国的先进制造技术计划美国的先进制造技术计划美国的先进制造技术计划美国的先进制造技术计划2 2 2 2 美国的美国的美国的美国的TEAMTEAMTEAMTEAM计划计划计划计划3 3 3 3 日本的智能制造系统计划日

32、本的智能制造系统计划日本的智能制造系统计划日本的智能制造系统计划4 4 4 4 德国德国德国德国“生产生产生产生产2000200020002000”计划计划计划计划5 5 5 5 中国中国中国中国863/CIMS863/CIMS863/CIMS863/CIMS计划计划计划计划美国美国George WashingtonGeorge Washington大学的预测：到大学的预测：到20122012年，年，美国美国80%80%的工厂将采用的工厂将采用CIMSCIMS现代制造系统在国内外的发展与应用现代制造系统在国内外的发展与应用CIMS在我国的发展在我国的发展19941994年：清华大学荣获大学领先

33、奖年：清华大学荣获大学领先奖19951995年：北京第一机床厂荣获工业领先奖年：北京第一机床厂荣获工业领先奖19991999年：华中理工大学荣获大学领先奖年：华中理工大学荣获大学领先奖1986-20001986-2000年：年：863863计划计划CIMSCIMS(计算机集成制造系统计算机集成制造系统)主题（主题（CIMSCIMS工程研究中心工程研究中心关键技术攻关关键技术攻关企业应企业应用示范用示范CIMSCIMS产业）产业）2001-20082001-2008年：年：863/CIMS863/CIMS(现代集成制造系统现代集成制造系统)专题专题应用效果应用效果100100整机数字化设计整机数字化设计开发周期：开发周期：9 9年年 4.5 4.5年年返工减少返工减少50%,50%,成本降低成本降低2525世界垄断与霸主地位世界垄断与霸主地位技术趋势技术趋势虚拟设计制造虚拟设计制造全生命周期设计制造全生命周期设计制造PLMPLM并行工程并行工程CECE全球化的协作平台全球化的协作平台EXSTAREXSTARBoeing777：CMS成功应用典范成功应用典范三、三、现代制造系统实例现代制造系统实例数字化工厂数字化工厂宁夏小巨人机床有限公司宁夏小巨人机床有限公司谢谢！谢谢！Thank you for your attention