制造系統(tǒng)的及其發(fā)展PPT課件

1、12021/7/241.2 制造系統(tǒng)及其發(fā)展22021/7/24基本要求與知識(shí)點(diǎn)：n基本概念：制造模式；制造系統(tǒng)；制造系統(tǒng)的組成2021/7/2431 制造過(guò)程 制造過(guò)程是組成制造業(yè)的基本環(huán)節(jié)?！按笾圃臁迸c “小制造”一、 “小制造”概念及制造過(guò)程定義 1. “小制造”概念： “小制造”是指?jìng)鹘y(tǒng)的“機(jī)械制造”，重點(diǎn)是加工和裝配。 2. “小制造”概念下，制造過(guò)程的定義為： 制造過(guò)程是通過(guò)機(jī)器和工具將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的過(guò)程。 3. “小制造”概念下制造過(guò)程的定義主要強(qiáng)調(diào)的是工藝過(guò)程。2021/7/2441 制造過(guò)程二、 “大制造”概念及制造過(guò)程定義 1. “大制造”概念： “大制造”是指產(chǎn)品

2、生命周期中，從供應(yīng)市場(chǎng)到需求市場(chǎng)整個(gè)供需鏈中的所有活動(dòng)。 2. “大制造”概念下，制造過(guò)程可定義為： 制造過(guò)程是將制造資源（包括制造信息、原材料、能源等）轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎卯a(chǎn)品并保證其正常使用的過(guò)程。 3. “大制造”概念下制造過(guò)程的定義強(qiáng)調(diào)的是產(chǎn)品的整個(gè)生命周期過(guò)程。 4. “大制造”概念下，信息對(duì)制造過(guò)程的完成起著重要作用 根據(jù)“大制造”概念的制造過(guò)程定義，制造過(guò)程不僅包含了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，而且還包含了信息向物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，即信息的物化。顯然，這必須通過(guò)基于信息的管理和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，制造過(guò)程的輸出不僅是產(chǎn)品，而且還包括為保證產(chǎn)品正常使用所進(jìn)行的服務(wù)等。 2021/7/245大制造概念下制造過(guò)程的組成框

3、圖 下部的方框主要表示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，上部的長(zhǎng)方形框主要表示信息的處理過(guò)程，上下兩部分間的箭頭表示信息對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的作用，由此實(shí)現(xiàn)信息到物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。 采 購(gòu) 加 工 裝 配 檢 驗(yàn) 銷 售 市 場(chǎng) 分 析 決 策 規(guī) 劃 產(chǎn) 品 開(kāi) 發(fā) 工 藝 規(guī) 劃 管 理 控 制 服 務(wù) 產(chǎn) 品 制 造 資 源 2021/7/2462 制造模式1. 制造模式的定義： 制造模式是指企業(yè)體制、經(jīng)營(yíng)、管理、生產(chǎn)組織和技術(shù)系統(tǒng)的形態(tài)和運(yùn)作的模式 。 2.制造模式的意義： 制造過(guò)程的運(yùn)行、制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及制造系統(tǒng)的優(yōu)化管理與控制均受制造模式的制約，必須遵循制造模式確定的規(guī)律。因此，對(duì)制造模式進(jìn)行深入研究，為

4、制造系統(tǒng)建立先進(jìn)的制造模式對(duì)提高系統(tǒng)的總體效益具有重要意義。 2021/7/2471. 剛性制造模式典型制造模式2021/7/2482. 柔性自動(dòng)化制造模式 物流 驅(qū)動(dòng) NC 機(jī)床 1 管 理 控 制 系 統(tǒng) 反饋 指令 物 流 系 統(tǒng) 原材料 產(chǎn)品 NC 機(jī)床 2 NC 機(jī)床 n 2021/7/249典型制造模式3.計(jì)算機(jī)集成制造模式 市場(chǎng) 分析 產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 工藝規(guī)劃 網(wǎng)絡(luò) 市 場(chǎng) 銷售 服務(wù) 產(chǎn)品 生產(chǎn) 采購(gòu) 供應(yīng) 決策 規(guī)劃 經(jīng)營(yíng) 管理 質(zhì)量 控制 過(guò)程 控制 計(jì)劃 控制 信息 原材料 產(chǎn)品 2021/7/2410典型制造模式4. 敏捷制造模式 市 場(chǎng) 公司 1 虛擬公司 1 產(chǎn)品1 公司

5、 2 公司 3 公司 4 公司 5 公司 6 公司 7 公司 產(chǎn)品2 虛擬公司 2 產(chǎn)品n 虛擬公司 n 公司 m 產(chǎn)品1周期 產(chǎn)品2周期 產(chǎn)品n周期 t 敏捷=快速響應(yīng)市場(chǎng)2021/7/2411典型制造模式5. JIT 制造模式 :JIT（Just In Time）是日本豐田汽車公司提出的一種制造模式。 JIT 模式按“拉”式 (Pull) 方式組織生產(chǎn)。前一道工序工件庫(kù)存量不是由預(yù)先制訂的生產(chǎn)計(jì)劃確定，而是當(dāng)后一道工序發(fā)出請(qǐng)求后，該庫(kù)存才存在。因此庫(kù)存量極少，理想狀態(tài)為零。 原 材 料 制 造 中 心1 存 儲(chǔ) 器 看 板 制 造 中 心2 存 儲(chǔ) 器 看 板 制 造 中 心3 2021/

6、7/2412典型制造模式基于JIT模式的制造單元 MC (Manufacturing Center)：制造中心，OH (Output Hopper)：輸出存儲(chǔ)器，BB (Bulletin Board)：布告牌。MCBBOHCkMCBBOHCk-1Ck-2Ck+1MCBBOHCkMCBBOHCkMCBBOHCk-1MCBBOHCk-1Ck-2Ck+12021/7/24133. 制造系統(tǒng)1.系統(tǒng)的定義: 系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體。 2.系統(tǒng)的基本特征 第一，系統(tǒng)是由若干元素組成的； 第二，這些元素相互作用、相互依賴； 第三，由于元素間的相互作用，使系統(tǒng)作

7、為一個(gè)整體具有特定的功能。3. 系統(tǒng)的目標(biāo)提高總體性能2021/7/24143 制造系統(tǒng)例1：簡(jiǎn)單構(gòu)件組成高性能系統(tǒng) 在建筑機(jī)械和結(jié)構(gòu)工程中，常采用由簡(jiǎn)單構(gòu)件組成的各類桁架系統(tǒng)。在這種力學(xué)系統(tǒng)中，通過(guò)組成要素間的合理聯(lián)接，可以從整體上表現(xiàn)出很高的力學(xué)性能。 例2：低精度元件組成高精度系統(tǒng) 在計(jì)算機(jī)等數(shù)字設(shè)備中，采用以“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)工作的電子器件，通過(guò)非線性方法相聯(lián)接，組成了高精度數(shù)字化系統(tǒng)。2021/7/24153 制造系統(tǒng) 定義1：1815年 工廠系統(tǒng) 定義2：1962年 日本 人見(jiàn)勝人 定義3：1969 J.Peklenik 定義4：1989年 英國(guó)Parnaby定義5 ： 199

8、0年國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)定義6：1992年 G.Chryssolouris2021/7/24163制造系統(tǒng)1.綜合后定義如下：按一定制造模式將制造過(guò)程及其所涉及的硬件（包括人員、生產(chǎn)按一定制造模式將制造過(guò)程及其所涉及的硬件（包括人員、生產(chǎn)設(shè)備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關(guān)的軟件（包括制造設(shè)備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關(guān)的軟件（包括制造理論、制造工藝和制造方法等）和制造信息組成一個(gè)具有特定功理論、制造工藝和制造方法等）和制造信息組成一個(gè)具有特定功能的有機(jī)整體，稱之為制造系統(tǒng)。能的有機(jī)整體，稱之為制造系統(tǒng)。由上述定義可知，機(jī)械加工系統(tǒng)就是一種典型的制造系統(tǒng)。一個(gè)正在制造產(chǎn)品的機(jī)床、生產(chǎn)線

9、、車間乃至整個(gè)工廠可看作是不同層次的制造系統(tǒng)；加工中心、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)均是典型的制造系統(tǒng)；另外，一個(gè)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、一個(gè)技術(shù)改造項(xiàng)目以及它們所涉及的硬件和軟件，也可以看成為不同的制造系統(tǒng)。 2021/7/2417根據(jù)所研究問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)不同，制造系統(tǒng)還可以有以下三種特定的定義：（1）制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)定義（2）制造系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換定義（3）制造系統(tǒng)的程序定義2021/7/2418制造系統(tǒng)2. 制造系統(tǒng)的基本類型 根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)和生產(chǎn)方式不同，制造系統(tǒng)可分為兩大類：(1) 連續(xù)型制造系統(tǒng) 如石油、化工產(chǎn)品制造系統(tǒng)。(2) 離散型制造系統(tǒng) 如機(jī)床、汽車、家電產(chǎn)品制造系統(tǒng)。 本課程僅涉及離散型制造

10、系統(tǒng)。2021/7/2419制造系統(tǒng)的特征制造系統(tǒng)總是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；制造系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)時(shí)無(wú)刻不伴隨著物料流、信息流和能量流的運(yùn)動(dòng)；制造系統(tǒng)中包含有決策子系統(tǒng)；制造系統(tǒng)具有反饋特性。2021/7/242020軟件硬件圖1-3 制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性 制造系統(tǒng)可視為若干硬件的集合體。為使硬件充分發(fā)揮效能，必須有軟件支持。2021/7/242121圖1-2 制造系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)經(jīng)營(yíng)管理信息流生產(chǎn)管理信息流技術(shù)信息流物質(zhì)流用戶、市 場(chǎng) 與 外 部 環(huán) 境經(jīng)營(yíng)管理市場(chǎng)與銷售研究與開(kāi)發(fā)資源管理財(cái)務(wù)生產(chǎn)管理工程設(shè)計(jì)采購(gòu)車間制造（加工、裝配、檢驗(yàn)、輸送、存儲(chǔ) ）質(zhì)量控制2021/7/242222主要從技術(shù)角度出發(fā)，

11、如何使轉(zhuǎn)變過(guò)程更有效進(jìn)行。獲取階段轉(zhuǎn)變階段分配階段圖1-4 制造系統(tǒng)的物質(zhì)流原材料供應(yīng)者原材料庫(kù)存零件加工零件庫(kù)存裝配成品庫(kù)存最終用戶2021/7/242323需求訂貨信息生產(chǎn)計(jì)劃信息進(jìn)度計(jì)劃信息作業(yè)計(jì)劃信息生產(chǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制信息生產(chǎn)技術(shù)信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息綜合生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃作業(yè)計(jì)劃生產(chǎn)實(shí)施生產(chǎn)控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝過(guò)程計(jì)劃工藝過(guò)程信息計(jì)劃階段實(shí)施階段控制階段圖1-6 制造系統(tǒng)的程序特性制造系統(tǒng)可視為生產(chǎn)離散型產(chǎn)品的工作程序 研究制造系統(tǒng)程序特性，主要從管理角度出發(fā)如何使生產(chǎn)活動(dòng)達(dá)到最佳化。2021/7/24244.制造系統(tǒng)中的物料流、能量流、信息流和資金流（1)物料流用于改變物料的形態(tài)與地點(diǎn)，

12、存在于“制造”一個(gè)階段中。2021/7/2425(2)能量流來(lái)自制造系統(tǒng)外部一部分用以維持各個(gè)環(huán)節(jié)或子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)另一部分通過(guò)傳遞、損耗、儲(chǔ)存、釋放、轉(zhuǎn)化等有關(guān)過(guò)程，以完成制造過(guò)程的有關(guān)功能這種制造系統(tǒng)中的能量運(yùn)動(dòng)過(guò)程，稱為制造系統(tǒng)的能量流。2021/7/2426（3）信息流制造系統(tǒng)中的信息，以一定的流程形式在制造系統(tǒng)內(nèi)部處于連續(xù)的動(dòng)態(tài)變化之中，不斷地被使用、保存、更新、刪除等，形成了制造系統(tǒng)中的信息流。2021/7/2427（4）資金流投入資金購(gòu)買原材料、設(shè)備等及維持制造過(guò)程運(yùn)行，最后通過(guò)產(chǎn)品銷售回收，進(jìn)入下一輪的流動(dòng)，形成資金流。2021/7/242828技術(shù)流物質(zhì)流資金流規(guī)劃控制需求信息流

13、實(shí)施（車間或現(xiàn)場(chǎng)）原材料產(chǎn)品與服務(wù)能源能量流圖 制造系統(tǒng)的四種流信息流、物質(zhì)流、資金流、能量流2021/7/24295. 制造系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 市場(chǎng)分析、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、經(jīng)營(yíng)管理、 生產(chǎn)控制 制 造 模 式 采購(gòu)供應(yīng) 存儲(chǔ)輸送 銷售服務(wù) 產(chǎn)品裝配 市場(chǎng)與環(huán)境 信息 物質(zhì) 能量 輸出 輸入 質(zhì)量檢驗(yàn) 部 件 生產(chǎn) 零件加工 產(chǎn)品 服務(wù) 能 源 子 系 統(tǒng) 信息流 物料流 能量流 2021/7/24304 制造系統(tǒng)的有關(guān)問(wèn)題（p21）1）.推式制造系統(tǒng)推式方式基本特征:信息流運(yùn)動(dòng)的方向與物料流的運(yùn)動(dòng)方向相同，其計(jì)劃的產(chǎn)量與實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)量不同。 2）.拉式制造系統(tǒng)拉式方式管理與運(yùn)作的基本特征是信息流的流動(dòng)方

14、向與物料流的流動(dòng)方向相反，其生產(chǎn)計(jì)劃的產(chǎn)量與實(shí)際的產(chǎn)量相同，可以實(shí)現(xiàn)零庫(kù)存或少庫(kù)存 實(shí)施拉式生產(chǎn)方式。按照訂單或顧客的需求，利用kanban指令系統(tǒng)使生產(chǎn)指令信息從生產(chǎn)線的最終工序(或作業(yè))逆物流流動(dòng)的方向向前一道工序傳遞。 3）.“kanban” 提供準(zhǔn)時(shí)合格產(chǎn)品與服務(wù)的本意準(zhǔn)時(shí)的庫(kù)存控制。2021/7/24312021/7/24324）.豐田生產(chǎn)方式/ Just in Time：適時(shí)適量 “只在必要的時(shí)候，按必要的量，生產(chǎn)必要的產(chǎn)品”（Just In Time）。這種準(zhǔn)時(shí)/JIT管理的基本特征是：實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)。執(zhí)行在必要的時(shí)間(不遲也不早)、生產(chǎn)必要的品種與數(shù)量(不多也不少)的生產(chǎn)計(jì)劃管理

15、產(chǎn)品的生產(chǎn)，其生產(chǎn)管理的指令系統(tǒng)就是Kanban系統(tǒng)。實(shí)施拉式生產(chǎn)方式。按照訂單或顧客的需求，利用kanban指令系統(tǒng)使生產(chǎn)指令信息從生產(chǎn)線的最終工序(或作業(yè))逆物流流動(dòng)的方向向前一道工序傳遞。連續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)流程，通過(guò)多面手員工的培訓(xùn)由生產(chǎn)作業(yè)者完成質(zhì)量檢測(cè)，保證即時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，不斷改進(jìn)流程與作業(yè)，消除生產(chǎn)過(guò)程中一切不能附加價(jià)值的活動(dòng)。實(shí)現(xiàn)公示管理。按照顧客價(jià)值對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行管理，以“零庫(kù)存”為奮斗目標(biāo)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)供貨，努力降低公司的庫(kù)存。實(shí)施人與技術(shù)結(jié)合的自治管理，發(fā)揮小組的集體作用。 2021/7/24335 制造系統(tǒng)的重要課題一、系統(tǒng)分析與綜合 1. 制造系統(tǒng)分析 制造系統(tǒng)的分析是指通過(guò)理論方

16、法、仿真方法、實(shí)驗(yàn)方法等對(duì)已有或處于設(shè)計(jì)階段的制造系統(tǒng)進(jìn)行分析，以了解該系統(tǒng)的行為舉止和運(yùn)行規(guī)律，并獲取該系統(tǒng)的某些性能指標(biāo)。系統(tǒng)分析的目的往往是為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，或作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)環(huán)節(jié)（如對(duì)待建系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估）。 制造系統(tǒng)分析已有較多方法。其中計(jì)算機(jī)仿真方法應(yīng)用較多。無(wú)論采用那種方法對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行分析，最關(guān)鍵的問(wèn)題，就是建立系統(tǒng)的模型。 2. 制造系統(tǒng)綜合 系統(tǒng)綜合就是根據(jù)已知的對(duì)系統(tǒng)各方面的要求，通過(guò)系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法，產(chǎn)生一滿足所給要求的新系統(tǒng)。在很多情況下，這一過(guò)程是從無(wú)到有產(chǎn)生一符合給定要求的新系統(tǒng)。在有些情況下，也可在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)系統(tǒng)校正、

17、系統(tǒng)重構(gòu)等方法產(chǎn)生出比原系統(tǒng)性能更優(yōu)良的新系統(tǒng)。 2021/7/2434制造系統(tǒng)綜合的實(shí)現(xiàn)過(guò)程這一過(guò)程可看作為一種變換與處理過(guò)程，它在有關(guān)參考模型（如制造模式，管理范式等）的支持下，在相關(guān)信息的支持下，由系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員借助于計(jì)算機(jī)和有關(guān)軟件系統(tǒng)，對(duì)輸入信息（對(duì)未來(lái)新系統(tǒng)的要求）進(jìn)行變換、處理，最后產(chǎn)生輸出信息（對(duì)未來(lái)新系統(tǒng)的描述）。 輸出 （未來(lái)新系統(tǒng)） 輸入 （系統(tǒng)要求） 制 造 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 參考模型 相關(guān)信息 設(shè)計(jì)人員、計(jì)算機(jī)、軟件 交互與學(xué)習(xí) 2021/7/2435制造系統(tǒng)綜合方法：分階段迭代設(shè)計(jì)分階段處理 制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需通過(guò)從粗到精、由宏觀到微觀、由全局到局部的多階段。是一

18、個(gè)從需求出發(fā)，逐步細(xì)化，最終滿足要求的過(guò)程。迭代求解 由于在每一個(gè)實(shí)施階段中，所要解決的問(wèn)題往往仍很復(fù)雜，而且很到問(wèn)題是非結(jié)構(gòu)化的。因此這些設(shè)計(jì)階段中很多具體問(wèn)題的解決，往往還需通過(guò)反復(fù)迭代、逐步獲解。 2021/7/24362-5 制造系統(tǒng)的重要課題二、系統(tǒng)管理與控制 制造系統(tǒng)的管理與控制是根據(jù)給定的目標(biāo)和要求，發(fā)揮人的智慧，利用計(jì)算機(jī)作為手段，對(duì)制造系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行合理控制，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)的一門技術(shù)。 管理：上層，宏觀，分析決策為主，實(shí)時(shí)性低； 如經(jīng)營(yíng)管理、計(jì)劃控制、靜態(tài)調(diào)度等。 控制：底層，微觀，計(jì)算調(diào)節(jié)為主，實(shí)時(shí)性高； 如動(dòng)態(tài)調(diào)度、過(guò)程控制、設(shè)備控制等。2021/7/2437制造系統(tǒng)管理與控制的涵義從狹義角度看，制造系統(tǒng)管理與控制是通過(guò)對(duì)制造過(guò)程中的物料、人力、設(shè)備等生產(chǎn)資源的合理計(jì)劃、調(diào)度與控制，以縮短