計算機集成制造

1、TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院算機集成制造課程報告學(xué)生姓名:學(xué)生班級:計算機132002學(xué)生學(xué)號:2013200102312016年 12月.制造業(yè)生產(chǎn)模式的演變?nèi)祟愔圃鞓I(yè)及制造系統(tǒng)生產(chǎn)模式的發(fā)展已經(jīng)有了漫長的歷史。但是長期以 來，人類技術(shù)處于手工技術(shù)和手工業(yè)的水平，制造業(yè)及制造生產(chǎn)模式的真正形成 與發(fā)展，還只有近兩百年的歷史?；仡櫄v史，人類制造業(yè)的生產(chǎn)方式的發(fā)展大致 經(jīng)歷了四個主要階段。1. 手工與單件生產(chǎn)方式。2. 大批量生產(chǎn)方式。3. 柔性自動化生產(chǎn)方式。4. 高效、敏捷與集成經(jīng)營生產(chǎn)方式。制造業(yè)生產(chǎn)模式產(chǎn)生的

2、背景為使制造業(yè)擺脫困境，人們?nèi)匝貍鹘y(tǒng)思路期望依靠制造技術(shù)的改進和管理方 法的創(chuàng)新來解決問題。具體將就是，抓住由于計算機的普及應(yīng)用所提供的有利契 機，以單項的先進技術(shù)和全面的質(zhì)量管理作為工具與手段。來全面提高產(chǎn)品質(zhì)量 和贏得供貨時間。單項先進制造技術(shù)和TQC勺應(yīng)用確實取得了很大的成效，但在 響應(yīng)市場的靈活性方面并沒有實質(zhì)性的改觀。 而且巨額投資和實際效果形成了強 烈的反差，其中以國內(nèi)外應(yīng)用FMS的教訓(xùn)最為深刻。至此，人們才意識到問題不 在具體制造技術(shù)和管理方法本身，而是因為他們?nèi)栽诖笈可a(chǎn)模式的舊框架之 中。先進生產(chǎn)模式就是在對大批量生產(chǎn)模式的質(zhì)疑、反思和揚棄中應(yīng)運而生的。、先進制造技術(shù)的緣由

3、近年，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和科學(xué)的不斷進步，高速度、高質(zhì)量、高效率逐漸被廣大公司所追求，于是先進的制造技術(shù)就被提上日程。目前對于先進制造技術(shù)尚未有一明確的定義。普遍認為：先進制造技術(shù)是制 造業(yè)不斷吸收、改進、提高信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，并將其運用于產(chǎn)品 設(shè)計、加工、檢測、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品銷售、使用、回收等制造全過程技術(shù)的總稱?？v觀歷史，現(xiàn)代制造技術(shù)形成和發(fā)展至今也只有是近十年間的事。上世紀(jì)，美國 的一批學(xué)者不斷鼓吹美國已進入“后工業(yè)化社會”，把傳統(tǒng)的制造業(yè)視為“夕陽 工業(yè)”，因而制造技術(shù)的發(fā)展受到極大的阻礙。然而由于美國根據(jù)本國面臨的挑 戰(zhàn)與機遇，對其制造業(yè)存在的問題進行了深刻反省， 重新認

4、識到制造業(yè)在國民經(jīng) 濟中的地位和作用。此時，由于計算機信息技術(shù)的發(fā)展，也全面推動了制造技術(shù) 的飛躍發(fā)展。于是，先進制造技術(shù)的概念逐步形成。而我國，機械科學(xué)研究院提出了多層次技術(shù)群構(gòu)成的先進制造技術(shù)體系。第一個層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、 清潔基礎(chǔ)制造技術(shù)，它是先進制造技術(shù)的核心。第二個層次是新型的制造單元技 術(shù)。這是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術(shù)與電子、信息、新材料、新 能源、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新制造技術(shù)。第三個層次是先進制造集成技術(shù)。這是應(yīng)用信息技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò) 與數(shù)據(jù)庫對上述兩個層次的技術(shù)集成而形成的。二.先進制造工藝的特點 先進性：先進制

5、造工藝的先進性主要表現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)、 高效、低耗、潔凈、靈活（柔性）五個方面。優(yōu)質(zhì)：加工制造出的零件或整機質(zhì)量高，性能好；零部件尺寸精確，表面光潔，內(nèi)部組織致密，無缺陷及雜質(zhì)，使用性能好；整機的結(jié)構(gòu)、色彩美觀宜人, 使用壽命和可靠性高生產(chǎn)效率及勞動生產(chǎn)率高，大大降低了操作者的勞動強度。低耗節(jié)省原材料及能源。生產(chǎn)過程不污染環(huán)境，零排放或少排放。能快速對市場變化及產(chǎn)品設(shè)計的更改作出反應(yīng)，適應(yīng)多品種柔性生產(chǎn)。一是應(yīng)用普遍性，它是當(dāng)今或不久將來機械工廠量大面廣的看家工藝；二是經(jīng)濟適用性，它一般投資不高，且有不同檔次，宜于工廠根據(jù)本身的條件通過技術(shù)改造予以采納。先進制造工藝的前沿性主要表現(xiàn)在：先進制造工藝是高

6、新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化或傳統(tǒng) 工藝高新技術(shù)化的結(jié)果，它們是制造工藝研究最為活躍的前沿領(lǐng)域。部分先進制 造工藝可能目前應(yīng)用還不廣泛，但是它們代表著某些發(fā)展方向，而且可望會得到 越來越廣泛的應(yīng)用。因此，先進制造工藝就是機械工廠普遍能夠采用，具有直接推廣價值或廣闊 應(yīng)用前景的一系列優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈、靈活工藝的總稱。三先進制造技術(shù)體系，先進制造業(yè)主要指機械、電子、食品、化工、輕工、紡織等，但機械制造業(yè)是制造業(yè)的根本。其一，先進制造技術(shù)廣泛應(yīng)用于機械制 造業(yè)，推動著機械制造業(yè)的發(fā)展，及帶動其他制造業(yè)的進步并且推動著國家的經(jīng) 濟發(fā)展進步；另一方面，機械制造技術(shù)的不斷更新與發(fā)展集中體現(xiàn)著先進制造技術(shù)，并推動著社

7、會的不斷進步。而且，工業(yè)化的發(fā)展在某種程度上左右著某一國 家在世界地位。因此，先進先進制造技術(shù)與機械制造業(yè)的關(guān)系是相輔相成的，不柔性能忽視甚至廢棄任一方的發(fā)展。因此柔性制造系統(tǒng)愈來愈被廣泛應(yīng)用。制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組 成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)。 典型的柔性制造系統(tǒng)由數(shù)字控 制加工設(shè)備、物料儲運系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)組成。加工設(shè)備主要采用加工中心和 數(shù)控車床，前者用于加工箱體類和板類零件，后者則用于加工軸類和盤類零件。中、大批量少品種生產(chǎn)中所用的 FMS常采用可更換主軸箱的加工中心，以獲得 更高的生產(chǎn)效率。四.并行工程：并行工程是集成地

8、、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制 造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個 生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有因素， 包括質(zhì)量、成本、進度計劃和用 戶要求。計算機集成制造：計算機集成制造系統(tǒng)（簡稱CIMS是隨著計算機輔助設(shè)計與 制造的發(fā)展而產(chǎn)生的。虛擬制造：是一門以計算機仿真技術(shù)、制造系統(tǒng)與加工過程建模理論、VR 技術(shù)、分布式計算理論、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)等為理論基礎(chǔ)，研究如何在計算機網(wǎng) 絡(luò)環(huán)境及虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，利用制造系統(tǒng)各層次及各環(huán)節(jié)的數(shù)字模型， 完成制造 系統(tǒng)整個過程的計算與仿真的技術(shù)。敏捷制造：敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎(chǔ)， 選擇合作者組成虛擬公司,

9、分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來增強整體競爭能力， 對用戶需求作出快速反應(yīng), 以滿足用戶的需要。綠色制造：綠色制造，又稱環(huán)境意識制造、面向環(huán)境的制造等。智能制造：智能制造（IntelligentManufacturing ，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活 動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思、和決策等。五.先進制造技術(shù)現(xiàn)狀我國工業(yè)化發(fā)展程度較世界先進的發(fā)達國家相 比，起步晚，創(chuàng)新程度低，體系薄弱，突入比例相對較少，人類資源地下，相比 其他發(fā)達國家而言，落后程度甚至超過數(shù)十年，為此，我國在改革開放三十年以來，不斷大力發(fā)展生產(chǎn)力，力求科技創(chuàng)新，認真

10、汲取國內(nèi)外先進技術(shù)，來彌補我們先天的不足，所以有了，十五、十一五、十二五等長期的規(guī)劃目標(biāo)為基準(zhǔn)，為邁向世界先進制造技術(shù)大國強國而分發(fā)。相對我國而言，國外工業(yè)發(fā)達國家制造技術(shù)相當(dāng)先進。并把先進制造技術(shù)作為國家級關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種，但制造業(yè)的基礎(chǔ)地位不能忽視。20世 紀(jì)90年代以來，各發(fā)達國家，如美國、日本、歐共體、德國等都針對先進制造技術(shù)的研發(fā)提出了國家級發(fā)展計劃，旨在提高本國制造業(yè)的國際競爭能 力。.物料需求計劃現(xiàn)代生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（MIS）是以計算機為手段，一信息為對象，對各種生產(chǎn)管理信息進行收集傳輸加工存儲河使用的人機系統(tǒng)。MIS由計算機參與 生產(chǎn)管

11、理體系中的各種功能活動，并通過網(wǎng)絡(luò)將各種功能模塊有機地連接起來, 形成一個系統(tǒng)的整體，快速的響應(yīng)市場的變化和生產(chǎn)中的特殊要求， 已成為生產(chǎn) 管理中不可缺少的工具，受到企業(yè)界廣泛的重視和關(guān)注，發(fā)展較為迅速。目前, 較有影響的MIS有物料需求計劃（MRP）以及先后演變成為的閉環(huán) MRP制造資 源計劃（MRPII）和企業(yè)資源計劃（ERP 。現(xiàn)代化大生產(chǎn)及市場競爭的日益激烈，企業(yè)尤其是制造業(yè)的生產(chǎn)管理所面臨 的問題很多，主要有如下幾種:生產(chǎn)所需的原材料不能準(zhǔn)時供應(yīng)或供應(yīng)不足。零部件的生產(chǎn)不配套。(3)產(chǎn)品生產(chǎn)周期過長，勞動生產(chǎn)效率低。資金積壓嚴(yán)重，周轉(zhuǎn)緩慢。(5)市場和客戶的需求多變和快速，使企業(yè)不能

12、及時適應(yīng)。閉環(huán)ERP的特點是:（1）主生產(chǎn)計劃來源于企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營計劃與市場需求。（2）主生產(chǎn)計劃與物料需求計劃的運行伴隨著能力的與負荷的運行，從而保證計劃的可靠的。（3）采購魚生產(chǎn)加工的作業(yè)計劃與執(zhí)行是物流的加工變化過程，同時又是 控制能力的投入與生產(chǎn)過程。（4）能力的執(zhí)行情況最終反饋到計劃制定層，整個過程是能力的不斷執(zhí)行與調(diào)整的過程對實際企業(yè)而言，它們的產(chǎn)品需求是具有相關(guān)性的，這里的相關(guān)性是指對一種產(chǎn)品的需求和對另一種產(chǎn)品的需求是相互聯(lián)系的。以福特“探索者”汽車為例, 福特公司對汽車輪胎和水箱的需求取決于“探索者”汽車的生產(chǎn)，一輛“探索者” 成品汽車需要四個輪胎和一個水箱。因此，一旦管理部

13、門對成品的需求作出預(yù)測，那么所有所需配件的數(shù)量就可以計算出來， 因為所有配件都是相關(guān)的。對于任何 一件產(chǎn)品，其所有的配件都是相關(guān)需求產(chǎn)品。傳統(tǒng)的訂貨點方法要解決訂什么、訂多少和何時提出訂貨三個問題，是靠維持不 定期量的庫存來滿足需要的。用傳統(tǒng)的訂貨點方法來處理制造過程中這類相關(guān)需 求問題，有很大的盲目性，結(jié)果會造成大量的原材料及在制品庫存， 具體來講包 括以下的缺點:1盲目性 對需求的情況不了解，盲目地維持一定時的庫存會造成資金積 壓，例如，對某種零件需求可能出現(xiàn)如表 9-1所示的三種情況。表9-1企業(yè)對某個零件的需求表周次情形一30030300情形二30060情形三30060可以計算出經(jīng)濟訂

14、貨批量，比如說為對于情況一：第1周僅需30件，若一次訂80件則余下50件還需存放3周,按經(jīng)濟訂貨批量（EOQ公式,80件。到第4周消耗30件,余下的20件還需存放4周，而且還滿足不了第8周的需要。 因此在第8周前又要所的提出數(shù)量為80件的訂貨；對于情況二：訂貨量不足 以滿足前3周的需要；對于情況三：剩余的 30件無緣無故地存放了 9周，而 且還不滿足第10周的需要?？拷?jīng)常維持庫存來保證需要，是由于對需求的數(shù)量 及時間不了解所致，盲目性造成浪費。2高庫存與低服務(wù)水平由于對需求的情況不了解，只有靠維持高庫存提高服務(wù)水平，這樣會造成很大浪費。傳統(tǒng)的訂貨點方法使得低庫存與高服務(wù)水平兩者不可兼得，服務(wù)水

15、平越高庫存越高，而且當(dāng)服務(wù)水平達到95%以上時，再要提高服務(wù)水平，庫存量上升很快。從理論上講，服務(wù)水平接近100%則庫存量 必然趨于無窮大。例如，裝配一個部件需要5種零件。當(dāng)以95%勺服務(wù)水平供給每種零件時,每種零件的庫存水平會很高，即使如此，裝配這個部件時，5種零件都不發(fā)生催貨的概率僅為（0.95）5=0.774，即裝配這種部件時幾乎四次中就有一次碰到零件 配不齊的情況。一個產(chǎn)品中常常包含上千種零部件，裝配產(chǎn)品時不發(fā)生缺件的概率就更低了，這就是采用訂貨點方法造成零件積壓與短缺共存局面的原因。3形成“塊狀”需求采用訂貨點方法和條件是需求為均勻的。 但是在制造過程中形成的需求一般都是非均勻的：不

16、需要的時候為零，一旦需要就是一批,采用訂貨點方法加劇了這種需求的不均勻性。我們知道，企業(yè)內(nèi)部的產(chǎn)品、零件及原材料的需求間是存在相關(guān)性的。對產(chǎn)品的需求由企業(yè)外部多個用戶的需求 所決定，如果對產(chǎn)品的需求比較均勻，那么產(chǎn)品的庫存水平變化的總輪廓呈鋸齒 狀，當(dāng)產(chǎn)品的庫存量下降到訂貨點以下時， 要組織該產(chǎn)品的訂購。原材料的需求 是由產(chǎn)品的需求所決定的。沒有組織產(chǎn)品生產(chǎn)前，原材料的需求維持高的水平, 開始生產(chǎn)后要從原材料庫中取出大批的原材料。 此時，原材料的庫存水平未降到 訂貨點以下，所以不必提出訂貨。于是，原材料的庫存水平又維持不變。隨著時 間的推移，當(dāng)下一次組織產(chǎn)品的產(chǎn)品裝配后，又要消耗一部分原材料庫

17、存。如果 這時原材料的庫存水平降到訂貨點以下， 就要組織原材料的訂購了。所以，即使 產(chǎn)品的需求率均勻變化的條件下，由于采用訂貨點方法，造成對原材料的需求率 不均勻，呈“塊狀”。“塊狀”需求與“鋸齒狀”需求相比，平均庫存水平幾乎 提高一倍，因而占用更多的資金。由此可看出，訂貨點方法是用于處理獨立需求問題的，它不能令人滿意地解決生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的相關(guān)需求問題。 于是人們找到了 MR我術(shù)，它可以精確地確 定對零部件、毛坯和原材料的需求數(shù)量與時間，消除了盲目性，實現(xiàn)了低庫存與 高服務(wù)水平。隨著知識經(jīng)濟時代的到來 ，由于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)向傳統(tǒng)企業(yè)的不斷滲透使得物流、信息流、資金流成為了企業(yè)生產(chǎn)運

18、作、經(jīng)營管理和財務(wù)控制的三大核心內(nèi)容面對日益嚴(yán)峻的市場競爭，生產(chǎn)企業(yè)為了以最低的成本、 最短的制造周期、最好的質(zhì)量，出顧客滿意的產(chǎn)品來贏得競爭，不得不改變 現(xiàn)有的管理模式 ，采用現(xiàn)代化的管理手段 ，提高人力、物力、財力等資源的利 用效率，實現(xiàn)物流、 信息流和資金流的高效運作。在物流方面，應(yīng)用信息系 統(tǒng)，通過銷售管理、生產(chǎn)計劃、物料需求計劃、車間管理、采購管理等功能 逐步實現(xiàn)對物流管理的閉環(huán)控制和信息流的高效融合。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理:全球化、激烈的市場競爭，需要制造企業(yè)優(yōu)化內(nèi)部管理，建立新產(chǎn)品研發(fā)、 客戶需求響應(yīng)開發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)成本控制、產(chǎn)品快捷滿意服務(wù)等方面的優(yōu)勢。 優(yōu)勢 的形成依賴于企業(yè)建立起以市場

19、、客戶為中心的一體化業(yè)務(wù)流程，從流程上優(yōu)化 企業(yè)市場營銷、商務(wù)技術(shù)支持、新產(chǎn)品研發(fā)、訂單工程設(shè)計、生產(chǎn)制造、物流組 織、財務(wù)成本等業(yè)務(wù)的協(xié)同運作?；谝酝止ぁ⒉块T級的業(yè)務(wù)運作已經(jīng)不能滿 足企業(yè)在新的市場競爭中贏得優(yōu)勢的需要。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management簡稱PDM是一個能幫助制造企 業(yè)建立規(guī)范的新產(chǎn)品研發(fā)、工程技術(shù)開發(fā)管理體系的信息化平臺， 通過對技術(shù)管 理流程及相關(guān)產(chǎn)品電子化數(shù)據(jù)的管理， 建立起集中的產(chǎn)品電子數(shù)據(jù)集市、 及技術(shù) 業(yè)務(wù)流程工作平臺，為企業(yè)生產(chǎn)、財務(wù)等部門提供準(zhǔn)確、一致的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。并通 過與ERP系統(tǒng)的緊密集成，形成企業(yè)級、一體化的IT業(yè)務(wù)管理平臺

20、。三.產(chǎn)品全生命周期管理企業(yè)的生命是以其產(chǎn)品為載體的，產(chǎn)品的興衰也意味著企業(yè)的興亡，企業(yè)唯有不斷開發(fā)研制適應(yīng)消費者需求變化的新產(chǎn)品，才能永保企業(yè)生命活力，而建立 一個先進的產(chǎn)品研發(fā)管理體系是保證企業(yè)保持強大產(chǎn)品研發(fā)能力的前提。先看一組火爆的數(shù)字：FMC公司是世界領(lǐng)先的化學(xué)和制藥公司，其下屬的能 源輸送集團在實施PLM系統(tǒng)之前，訂單交付時間是1824個月，在實施PLM系統(tǒng) 之后，這個數(shù)字降低到34個月；洛克西德.馬丁公司在實施PLM系統(tǒng)后，流程 效率提高了 30%50%寶馬公司在實施PLM系統(tǒng)后，成功地將產(chǎn)品開發(fā)時間縮短 了 30%還有這樣一些案例，通信設(shè)備廠商摩托羅拉，實現(xiàn)了在全企業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)存取的簡便性，減少了 50%75的創(chuàng)建和維護BOM勺時間，CAM BOM實現(xiàn)100%準(zhǔn)確, 降低了 38%勺工程更改、評估和批準(zhǔn)的平均時間;汽車廠商福特，僅開發(fā)蒙迪歐一款車，就節(jié)約了兩億美元研發(fā)費用，開發(fā)周 期縮短13個月，設(shè)計工程效率提高25%計算