先進(jìn)制造技術(shù)課件 第5章 現(xiàn)代制造系統(tǒng)

先進(jìn)制造技術(shù)第5章現(xiàn)代制造系統(tǒng)5.25.35.4計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）并行工程（CE）精益生產(chǎn)（LP）CONTENTS目錄5.1虛擬制造技術(shù)（VM）5.5敏捷制造（AM）5.6智能制造5.7綠色制造（GM）5.1虛擬制造技術(shù)（VM）虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程5.1.1虛擬現(xiàn)實的概念指物質(zhì)世界的數(shù)字化，即對真實世界的動態(tài)模擬和再現(xiàn)，即虛擬現(xiàn)實。它是通過綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種顯示及控制接口設(shè)備，在計算機上生成可交互的三維環(huán)境。虛擬現(xiàn)實精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)三個基本要素操作者計算機人機接口操作者在系統(tǒng)中處于主導(dǎo)地位計算機是虛擬環(huán)境的核心人機接口將虛擬環(huán)境與操作者連接起來智能制造5.1.2虛擬制造的分類與特點指實際制造過程在計算機上的一種虛擬，即虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造中的應(yīng)用或者實現(xiàn)。虛擬制造采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在高性能計算機及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計算機上創(chuàng)造一個虛擬的制造環(huán)境，操作者身處其中，可以虛擬實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)則、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，包括企業(yè)各級過程的管理與控制等產(chǎn)品制造。通過這個過程，可以增強人們對制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造技術(shù)虛擬制造可分為三類：1）以設(shè)計為中心的虛擬制造（面向設(shè)計的虛擬制造）2）以生產(chǎn)為中心的虛擬制造（面向生產(chǎn)的虛擬制造）3）以控制為中心的虛擬制造（面向控制的虛擬制造）虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.2虛擬制造的分類與特點與實際制造相比較，虛擬制造的主要特點：1）產(chǎn)品與制造環(huán)境是虛擬模型，在計算機上對虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、制造、測試，甚至設(shè)計人員或用戶可進(jìn)入虛擬的制造環(huán)境檢驗其設(shè)計、加工、裝配和操作，而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機的反復(fù)修改；還可將已開發(fā)的產(chǎn)品（部件）存放在計算機里，不但大大節(jié)省倉儲費用，更能根據(jù)用戶需求或市場變化快速改變設(shè)計，快速投入批量生產(chǎn)，從而能大幅度壓縮新產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高質(zhì)量、降低成本。2）可使分布在不同地點、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個產(chǎn)品模型上同時工作，相互交流，信息共享，減少大量的文檔生成及其傳遞的時間和誤差，從而使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.3虛擬制造體系結(jié)構(gòu)虛擬制造的體系結(jié)構(gòu)示例虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-1虛擬制造的體系結(jié)構(gòu)示例5.1.3虛擬制造體系結(jié)構(gòu)虛擬制造事實上研究的是產(chǎn)品的可制造性可制造性指所設(shè)計的產(chǎn)品的可加工性和可裝配性可加工性指企業(yè)在已有資源的約束下，如何優(yōu)化生產(chǎn)計劃和調(diào)度，以滿足市場或顧客的要求虛擬制造還為企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟的“可合作性”提供支持虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.3虛擬制造體系結(jié)構(gòu)虛擬加工平臺支持產(chǎn)品的并行設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工、裝配及維修過程，進(jìn)行可加工性分析（包括性能分析、費用估計、工時估計等）。其內(nèi)容包括：虛擬加工平臺基于產(chǎn)品技術(shù)復(fù)合化的產(chǎn)品設(shè)計與分析基于仿真的零部件制造設(shè)計與分析產(chǎn)品虛擬裝配材料加工成型仿真基于仿真的制造過程碰撞干涉檢驗及運動軌跡檢驗虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.4虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)虛擬制造的實現(xiàn)主要依賴于CAD/CAM/CAE和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)。一般可以歸結(jié)為兩個方面，一是側(cè)重于計算機以及虛擬現(xiàn)實的技術(shù)，另一方面是側(cè)重于制造應(yīng)用的技術(shù)。產(chǎn)品虛擬裝配1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，包括操作者、計算機及人機接口三個基本要素。特征自主性交互性沉浸感虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.4虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)制造系統(tǒng)是制造工程及所涉及的硬件和相關(guān)軟件組成的具有特定功能的一個有機整體。其中硬件包括人員、生產(chǎn)設(shè)備、材料、能源和各種輔助裝置，軟件包括制造理論、制造技術(shù)、和制造信息等。2.制造系統(tǒng)的建模需建立一個針對產(chǎn)品相關(guān)信息進(jìn)行組織和描述的集成產(chǎn)品模型，主要強調(diào)制造過程中產(chǎn)品和周圍環(huán)境之間，以及產(chǎn)品各個加工階段之間的內(nèi)在聯(lián)系。主要針對制造系統(tǒng)中各種加工和檢測設(shè)備，建立其幾何模型、運動學(xué)模型和功能模型等。是在分析產(chǎn)品加工和裝配的復(fù)雜過程以及眾多影響因素的基礎(chǔ)上，建立產(chǎn)品加工和裝配過程規(guī)劃信息模型，是聯(lián)系設(shè)備模型和產(chǎn)品模型的橋梁，并反映兩者之間的相互作用。設(shè)備模型產(chǎn)品模型制造系統(tǒng)模型工藝模型虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.4虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)虛擬產(chǎn)品開發(fā)又稱產(chǎn)品的虛擬設(shè)計和數(shù)字化設(shè)計，主要包括實體建模和仿真兩個方面。3.虛擬產(chǎn)品開發(fā)制造過程仿真可分為制造系統(tǒng)仿真和具體的生產(chǎn)過程仿真。具體的生產(chǎn)過程仿真又包括加工過程仿真、裝配過程仿真、檢測過程仿真等。4.制造過程仿真主要包括產(chǎn)品設(shè)計的合理性和可加工性、加工方法、機床和切削工藝參數(shù)的選擇以及刀具和工件之間的相對運動仿真和分析。加工過程仿真根據(jù)產(chǎn)品的形狀特征和精度特征，在虛擬環(huán)境下對零件裝配情況進(jìn)行干涉檢查。

裝配過程仿真虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.4虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)可制造性評估主要包括對技術(shù)可行性、加工成本、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等方面的評估。虛擬的根本目的是精確地進(jìn)行產(chǎn)品的可制造性評估，以便對產(chǎn)品開發(fā)和制造過程進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。5.可制造性評估虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.1.5虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用1）提供關(guān)鍵的設(shè)計信息和管理策略對生產(chǎn)成本、周期以及生產(chǎn)能力的影響信息2）提高生產(chǎn)過程開發(fā)效率3）通過生產(chǎn)計劃的仿真，優(yōu)化資源的利用，縮短生產(chǎn)周期，實現(xiàn)柔性制造和敏捷制造，降低生產(chǎn)成本。4）可以根據(jù)用戶的要求修改產(chǎn)品設(shè)計，及時作出報價和保證交貨期。給企業(yè)帶來效益：產(chǎn)品外形設(shè)計、產(chǎn)品布局設(shè)計、產(chǎn)品運動學(xué)和動力學(xué)仿真，熱加工工藝模擬、加工過程仿真、產(chǎn)品裝配仿真、虛擬樣機與產(chǎn)品工作性能評測、產(chǎn)品廣告與漫游、企業(yè)生產(chǎn)過程仿真與優(yōu)化等應(yīng)用效果明顯的領(lǐng)域虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.2計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）5.2.1CIMS產(chǎn)生的背景CIMS一詞由美國哈靈頓博士提出與CIMS有關(guān)的各項單元技術(shù)（如CAD、CND、CAPP、MIS、FMC、FMS……）發(fā)展已較完善，并形成一個個自動化“孤島”。在這種形勢下，為取得更大的經(jīng)濟效益，需要將這些“孤島”集成起來，CIMS概念受到重視并被普遍接受。197420世紀(jì)80年代以后20世紀(jì)80年代中后期CIMS逐漸開始實施，并迅速顯示出明顯提高企業(yè)生產(chǎn)率和市場競爭力的效益。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.2.2CIM與CIMS的基本概念CIM：信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的綜合應(yīng)用，旨在提高制造型企業(yè)的生產(chǎn)率和響應(yīng)能力。企業(yè)所有功能、信息、組織管理等方面都是集成起來的整體的各個部分。CIM是一種制造哲理，是一種思想。CIMS是CIM制造哲理的具體體現(xiàn)。是一種基于CIM理念構(gòu)成的計算機化、信息化、智能化、集成化的制造系統(tǒng)12CIM的兩個基本理念企業(yè)生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)，從市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理到售后服務(wù)是一個統(tǒng)一的不可分割的整體。整個生產(chǎn)過程可以視為一個數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工處理的過程，最終產(chǎn)品可視為數(shù)據(jù)的物化表現(xiàn)。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.2.2CIM與CIMS的基本概念CIM往往和人們經(jīng)常提到的“三無工廠”（無圖紙、無庫存、無人化),等概念相聯(lián)系。CIMS的核心是集成，而集成的本質(zhì)是信息集成。系統(tǒng)觀點從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，將自動化孤島進(jìn)行整體優(yōu)化。信息化的觀點CIMS的兩個基本觀點虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.2.3CIMS的構(gòu)成CIM往往和人們經(jīng)常提到的“三無工廠”（無圖紙、無庫存、無人化),等概念相聯(lián)系。CIMS的構(gòu)成企業(yè)的活動層驅(qū)動輪子的軸心——顧客企業(yè)組織中的人員和群體工作方法第五層第二層第一層信息（知識）共享系統(tǒng)第六層第四層第三層企業(yè)的管理層，它的功能是合理配置資源，承擔(dān)企業(yè)經(jīng)營的責(zé)任企業(yè)的外部環(huán)境，受用戶、競爭者、合作者等的影響虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-2CIMS的基本結(jié)構(gòu)輪圖5.2.3CIMS的構(gòu)成虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-3CIMS的的基本組成結(jié)構(gòu)CIMS的體系結(jié)構(gòu)以現(xiàn)代信息技術(shù)的觀點建立的企業(yè)管理模型框架。是建立在兩個支撐系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）基礎(chǔ)上。通常，CIMS可劃分為5個分系統(tǒng)。125功能研究對象43是將企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中產(chǎn)、供、銷、人、財、物等進(jìn)行統(tǒng)一管理計算機系統(tǒng)。目的：縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低流動資金占有，提高企業(yè)應(yīng)變能力。經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)設(shè)計自動化分系統(tǒng)：利用計算機輔助進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造準(zhǔn)備及產(chǎn)品性能測試等工作。目的：使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)的進(jìn)行。設(shè)計自動化分系統(tǒng)使直接完成制造活動的基本環(huán)節(jié)，是CIMS中信息流和物流的結(jié)合點。制造自動化分系統(tǒng)設(shè)計自動化分系統(tǒng)包括質(zhì)量決策、質(zhì)量檢測和數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量評價、控制與跟蹤等功能。目的：實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量、低成本、提高企業(yè)競爭力。質(zhì)量保證信息分系統(tǒng)采用國際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)異種機互聯(lián)、異構(gòu)局域網(wǎng)及多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。計算機網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.2.4我國CIMS的發(fā)展情況“十五”國家863/CIMS主題目標(biāo)為：從國民經(jīng)濟和國家安全的需求出發(fā)，有重點地選擇能夠促進(jìn)我國制造業(yè)發(fā)展和升級的戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行突破、開發(fā)。為了實現(xiàn)上述戰(zhàn)略目標(biāo)，我國已建立了開展CIMS研究與技術(shù)推廣的體系結(jié)構(gòu)，如圖5-4所示。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-4我國CIMS研究與技術(shù)推廣的體系結(jié)構(gòu)5.3并行工程（CE）5.3.1并行工程的產(chǎn)生和概念1.并行工程的產(chǎn)生

并行工程：ConcurrentEngineering——CE

市場競爭的焦點——以最短的時間開發(fā)出高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品投放市場，并提供用戶好的服務(wù)，其中時間（time）是核心。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.3.1并行工程的產(chǎn)生和概念2.并行工程的定義虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-5串行工程工作方式圖5-6并行工程工作方式5.3.1并行工程的產(chǎn)生和概念虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造2.并行工程的定義

并行工程的兩個關(guān)鍵思想：①并行工程是一種工作模式，而不是具體的工作方法；②并行工程著重于從產(chǎn)品設(shè)計一開始就對產(chǎn)品的關(guān)鍵因素進(jìn)行全面考慮，以保證產(chǎn)品設(shè)計一次成功。并行工程對現(xiàn)有生產(chǎn)模式的沖擊技術(shù)方面組織方面管理方面并行工程的特性并行特性整體特性約束特性3.并行工程的特性協(xié)同特性5.3.2并行工程的體系結(jié)構(gòu)和運行特性1工程設(shè)計分系統(tǒng)2制造分系統(tǒng)并行工程4個分系統(tǒng)4產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)3支撐環(huán)境分系統(tǒng)1.并行工程的體系結(jié)構(gòu)虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.3.2并行工程的體系結(jié)構(gòu)和運行特性1.工程設(shè)計分系統(tǒng)

工程分系統(tǒng)以CIMS信息集成和CAD/CAE/CAPP/CAM為基礎(chǔ)，擴展面向裝配的設(shè)計(DFA)和面向制造的設(shè)計（DFM）功能，實現(xiàn)基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）的并行設(shè)計和產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化定義。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-7工程分系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)5.3.2并行工程的體系結(jié)構(gòu)和運行特性2.制造分系統(tǒng)

制造分系統(tǒng)的各類活動在管理調(diào)度系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下進(jìn)行，同時接受并行開發(fā)過程管理的控制。

制造系統(tǒng)的主要活動是：快速工裝準(zhǔn)備、加工制造及快速原型的制造。制造設(shè)備、工具系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)及各種計算機軟硬件構(gòu)成對上述活動的支持。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-8制造分系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)5.3.2并行工程的體系結(jié)構(gòu)和運行特性3.支撐環(huán)境分系統(tǒng)

并行工程的研究開發(fā)環(huán)境基于計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特點如下。

１）Client/Server結(jié)構(gòu)的計算機環(huán)境支持并行產(chǎn)品開發(fā)。

２）異構(gòu)的廣域網(wǎng)絡(luò)支持群組協(xié)同工作。

３）并行工程的研發(fā)基于開放的計算機軟件系統(tǒng)和開發(fā)工具，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)Metaphase，群組協(xié)同工作軟件Notes，多媒體會議系統(tǒng)Showme，CAD開發(fā)工具Pro/Develop，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫ObjectStore，信息集成開發(fā)工具STEPDT，關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.3.2并行工程的體系結(jié)構(gòu)和運行特性4.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

PDM系統(tǒng)可以作為支持并行工程的集成框架，在PDM環(huán)境中建立多功能開發(fā)團(tuán)隊的組織模式及協(xié)作環(huán)境，實現(xiàn)過程的管理與監(jiān)控。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-9

PDM集成框架5.3.2并行工程的體系結(jié)構(gòu)和運行特點2.并行工程的運行特性1）突出人的作用，強調(diào)人的協(xié)同工作。2）一體化、并行地進(jìn)行產(chǎn)品及其相關(guān)過程的設(shè)計。3）重視滿足客戶的要求，注重產(chǎn)品質(zhì)量。4）持續(xù)地改善產(chǎn)品有關(guān)過程。5）制造/支持等過程的約定和定義，重視過程質(zhì)量和效率。6）注重信息與知識財富的開發(fā)、利用與管理。7）注重目標(biāo)的不變性。8）并行工程不能省去串行工作中的任一環(huán)節(jié)。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.3.2并行工程的體系結(jié)構(gòu)和運行特點3.并行工程的關(guān)鍵技術(shù)（1）產(chǎn)品開發(fā)過程的重構(gòu)；（2）集成的產(chǎn)品信息模型；（3）并行設(shè)計過程的協(xié)調(diào)和控制；4.并行工程的支持工具（1）全數(shù)字化定義的計算機輔助設(shè)計（CAX）工具（2）面向X的設(shè)計技術(shù)（DFX）（3）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）（4）協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)通信手段虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.4精益生產(chǎn)（LP）5.4.1精益生產(chǎn)的提出及發(fā)展背景虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造日本豐田汽車公司豐田生產(chǎn)系統(tǒng)20世紀(jì)50年代初1953年

20世紀(jì)80年代初改革生產(chǎn)管理為中心的LP體系1953年1953年1990年統(tǒng)一制造技術(shù)的發(fā)展方向20世紀(jì)50年代初1992年精益生產(chǎn)方式1990年21世紀(jì)5.4.2精益生產(chǎn)的概念與生產(chǎn)方式1.精益生產(chǎn)的基本概念

精益生產(chǎn)，英文原意是“瘦型”生產(chǎn)方式。精益生產(chǎn)簡練的含義就是運用多種現(xiàn)代管理方法和手段，以社會需求為依托，以充分發(fā)揮人的作用為根本，有效配置和合理使用企業(yè)資源為企業(yè)謀求經(jīng)濟效益的一種新型企業(yè)生產(chǎn)方式。

精益生產(chǎn)方式的資源配置原則，是以徹底消除無效勞動和浪費為目標(biāo)虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.4.2精益生產(chǎn)的概念與生產(chǎn)方式2.生產(chǎn)方式虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造精益生產(chǎn)思維方式逆向思維方式逆境中的拼搏精神無止境的盡善盡美追求精益生產(chǎn)的思維方式大多都是逆向思維、風(fēng)險思維，很多問題都是倒過來看，也是倒過來干的。精益生產(chǎn)方式是市場競爭的產(chǎn)物，來自逆境中的拼搏精神。在思維方法上，精益生產(chǎn)與以往生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)的根本差別在于追求盡善盡美，這是豐田公司的精神動力。5.4.3精益生產(chǎn)方式的特點1）以銷售部門作為企業(yè)生產(chǎn)過程的起點2）產(chǎn)品開發(fā)采用并行工程方法和主查制3）在生產(chǎn)制造過程中實行“拉動式”的準(zhǔn)時化生產(chǎn)4）以人為中心5）追求無廢品、零庫存、零故障等目標(biāo)6）消除一切影響工作的“松弛點”7）將主機廠與協(xié)作廠之間的關(guān)系變?yōu)檠夑P(guān)系虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.4.4

精益生產(chǎn)的體系結(jié)構(gòu)

精益生產(chǎn)要求不僅是在技術(shù)上實現(xiàn)制造過程和信息流的自動化及其集成。而更重要的是從系統(tǒng)工程的角度對企業(yè)的活動及其社會影響進(jìn)行全面的、整體的優(yōu)化。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-10精益生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)5.4.5精益生產(chǎn)的主要內(nèi)容虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造

精益生產(chǎn)方式的應(yīng)用涉及企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、制造和經(jīng)營管理的各個方面，主要是改進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)勞動組織和現(xiàn)場管理，徹底消除生產(chǎn)制造過程中的無效勞動和浪費，科學(xué)、合理地組織與配置生產(chǎn)要素，增強企業(yè)適應(yīng)市場的應(yīng)變能力，取得更高經(jīng)濟效益。1.主查制的開發(fā)組織，并行式的開發(fā)程序2.拉動式的生產(chǎn)管理3.以人本管理為根本的勞動組織體制4.簡化產(chǎn)品檢驗環(huán)節(jié)，強調(diào)一體化的現(xiàn)場質(zhì)量管理5.總裝廠與協(xié)作廠之間的相互依存6.以顧客為中心的銷售策略

5.5敏捷制造（AM）5.5.1敏捷制造提出的背景

敏捷制造，又稱靈捷制造（AM，AgileManufacturing），是由海里（Lehigh）大學(xué)亞柯卡（Iaccoca）研究所與美國通用汽車公司等企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合研究，于1991年正式提出阿里的一種新型生產(chǎn)模式。該生產(chǎn)模式公開后，立即受到世界各國的關(guān)注和重視。敏捷制造是在如下的背景下提出的。

（1）全球商品市場的形成

（2）對制造業(yè)進(jìn)行認(rèn)識虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.5.2

敏捷制造的基本原理和特點特點1）敏捷制造企業(yè)不僅能迅速設(shè)計、試制全新的產(chǎn)品，而且還易于吸收實際經(jīng)驗和工藝改革建議，不斷改進(jìn)老產(chǎn)品。2）敏捷制造企業(yè)能在整個生命周期中滿足用戶要求。3）敏捷制造企業(yè)的生產(chǎn)成本與生產(chǎn)批量無關(guān)。4）敏捷制造企業(yè)采用多變的動態(tài)組織結(jié)構(gòu)。5）敏捷制造企業(yè)通過所建立的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營目標(biāo)。6）敏捷制造企業(yè)把最大限度地調(diào)動、發(fā)揮人的租用作為強大的競爭武器?；驹?/p>

采用標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化的計算機網(wǎng)絡(luò)和信息集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以分布式結(jié)構(gòu)連接各類企業(yè)，構(gòu)成虛擬制造環(huán)境；以競爭合作為原則在虛擬制造環(huán)境內(nèi)動態(tài)選擇成員，組成面向任務(wù)的虛擬公司進(jìn)行快速生產(chǎn)；系統(tǒng)運行目標(biāo)是最大限度滿足客戶的需求。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.5.2

敏捷制造的基本原理和特點特點虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-11敏捷制造概念示意圖5.5.3

敏捷制造的關(guān)鍵因素1.企業(yè)的信息系統(tǒng)

隨著全球通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息已日益成為企業(yè)成功最重要的因素之一。企業(yè)信息系統(tǒng)的建立和管理，交流各種與企業(yè)有關(guān)的信息，是敏捷制造的支持環(huán)境。企業(yè)信息系統(tǒng)主要有企業(yè)內(nèi)管理信息系統(tǒng)（MIS）和企業(yè)外信息互聯(lián)網(wǎng)兩部分組成。在實施敏捷制造過程中，企業(yè)內(nèi)的MIS是影響企業(yè)信息系統(tǒng)最重要的因素。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.5.3

敏捷制造的關(guān)鍵因素2.虛擬公司

虛擬公司是指企業(yè)群體為了贏得某一個機遇性市場競爭，把某復(fù)雜產(chǎn)品迅速開發(fā)生產(chǎn)出來并推向市場，由一個企業(yè)內(nèi)部有優(yōu)勢的不同部分和有優(yōu)勢的不同企業(yè)，按照資源、技術(shù)和人員的的最優(yōu)配置，快速組成一個功能單一的臨時性的經(jīng)營實體，從而迅速抓住市場機遇。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造圖5-12虛擬公司的生命周期圖5-12虛擬公司的生命周期5.5.3

敏捷制造的關(guān)鍵因素2.虛擬公司

虛擬公司改變了傳統(tǒng)的靜態(tài)不變的組織結(jié)構(gòu)，是敏捷制造的核心，具有以下幾個明顯的優(yōu)點：1）中小企業(yè)可以通過分享其他合作者的資源完成過去只有大企業(yè)才能完成的工作，而大企業(yè)在不需要大量投資的情況下通過轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的方式迅速擴大它的生產(chǎn)能力和市場占有率，從另一角度也降低了失敗的風(fēng)險。2）由于合作者有著各自的專長和優(yōu)勢,虛擬公司可以在經(jīng)濟和技術(shù)實力上很方便地超過它的所有競爭對手。3）跨地區(qū)、跨國界的國際合作，使每一個合作者都有機會進(jìn)入更廣泛的市場，各自的資源可以得到充分的利用，取得局部最優(yōu)基礎(chǔ)上的全局最優(yōu)。4）可兼容企業(yè)間的競爭和合作，保存競爭的活力，又避免過度的競爭。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.5.3

敏捷制造的關(guān)鍵因素3.敏捷制造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

1）物理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

指虛擬公司運行所必需的廠房、設(shè)備、實施、運輸、資源等必要的物理條件，是指一個企業(yè)乃至全球范圍內(nèi)的物理設(shè)施。2）法律基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

指國家關(guān)于虛擬公司的法律和政策條文。3）社會基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

虛擬公司要能夠生存和發(fā)展，還必須有社會環(huán)境的支持。4）信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

指敏捷制造所需要的信息支持環(huán)境，包括企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)、各種服務(wù)網(wǎng)點、中介機構(gòu)等一切為虛擬公司服務(wù)的信息手段。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.5.3

敏捷制造的關(guān)鍵因素4.敏捷型的員工

擁有敏捷型員工的企業(yè)優(yōu)勢：1）敏捷型員工能夠充分發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性，積極有效地掌握信息和新技術(shù)；2）敏捷型員工反應(yīng)迅速靈活，能快速地從一個項目轉(zhuǎn)換到另一個項目；3）敏捷型員工得到授權(quán)后，能自己組織和管理項目，在各個層次上作出適當(dāng)?shù)臎Q策；4）敏捷型員工具有協(xié)作精神，在虛擬公司中能與各種人員保持良好的合作關(guān)系。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造表5-1敏捷型員工的特征5.5.3

敏捷制造的關(guān)鍵因素5.虛擬制造

虛擬制造是指在計算機環(huán)境下將現(xiàn)實制造系統(tǒng)映射為虛擬制造系統(tǒng)，借助三維可視交互環(huán)境，對產(chǎn)品從設(shè)計、制造到裝配的全過程進(jìn)行全面仿真的技術(shù)。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造虛擬制造系統(tǒng)特征功能一致性結(jié)構(gòu)相似性集成化組織的靈活性5.5.4

敏捷制造對制造業(yè)的影響5.虛擬制造

（1）聯(lián)合競爭

（2）技術(shù)和技能交叉

（3）環(huán)境意識加強

（4）信息成為產(chǎn)品虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.6智能制造（GM）5.6.1智能制造的背景

制造產(chǎn)業(yè)希望減少對人類智慧的依賴，以解決人才供求的矛盾。智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)正是適應(yīng)上述情況而得以發(fā)展。1992年，美國執(zhí)行新技術(shù)政策，大力支持關(guān)鍵重大技術(shù)，包括信息技術(shù)和新的制造工藝等，智能制造技術(shù)列在其中，美國政府希望借助此舉改造傳統(tǒng)工業(yè)并啟動新產(chǎn)業(yè)。

加拿大制訂的1994-1998年戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃認(rèn)為，未來知識密集型產(chǎn)業(yè)是驅(qū)動全球經(jīng)濟和加拿大經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展和應(yīng)用智能系統(tǒng)至關(guān)重要，并將具體研究項目選擇為智能計算機、人機界面、機械傳感器、機器人控制、新裝置及動態(tài)環(huán)境下系統(tǒng)集成等方面。

日本1989年提出智能制造系統(tǒng)，且于1994年啟動了先進(jìn)制造國際合作研究項目，包括了公司集成和全球制造、制造知識體系、分布智能系統(tǒng)控制、快速產(chǎn)品實現(xiàn)的分布智能系統(tǒng)技術(shù)等。歐洲聯(lián)盟的信息技術(shù)相關(guān)研究有ESPRIT項目，該項目大力資助有市場潛力的信息術(shù)。1994年又啟動了新的R&D項目，選擇了39項核心技術(shù)，其中3項（信息技術(shù)、分子物學(xué)和先進(jìn)制造技術(shù)）中均突出了智能制造的位置。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.6.1智能制造的背景

我國20世紀(jì)80年代末也將“智能模擬”列入國家科技發(fā)展規(guī)劃的主要課題，已在專家系統(tǒng)、模式識別、機器人、漢語機器理解方面取得了一批成果?？萍疾空教岢隽恕肮I(yè)能工程”，作為技術(shù)創(chuàng)新計劃中創(chuàng)新能力建設(shè)的重要組成部分，智能制造將是該項工程中重要內(nèi)容?！吨袊圃?025》明確了我國制造業(yè)發(fā)展的十大重點領(lǐng)域，其中智能制造是主攻方向或是最重要的突破口。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造5.6.２

智能制造的含義

智能制造源于人工智能的研究。智能制造（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(jìn)行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。應(yīng)當(dāng)指出的是智能制造具有鮮明的時代特征，內(nèi)涵也不斷完善和豐富。智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)兩部分。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.２

智能制造的含義1智能制造技術(shù)

智能制造技術(shù)包括人類對制造過程的行為認(rèn)識，以及對解決制造問題各種方法的認(rèn)識等，是指在制造工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計算機模擬人類專家的智能活動，進(jìn)行分析、判斷推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集、儲存、完善、共享、繼承與發(fā)展的技術(shù)。2智能制造系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以在確定性受到限制，或在沒有經(jīng)驗知識和不能預(yù)測的環(huán)境下，根據(jù)不完全的、不精確的信息來完成擬人的制造任務(wù)。由于這種制造模式，突出了知識在制造活動中的價值地位，而知識經(jīng)濟又是繼工業(yè)經(jīng)濟后的主體經(jīng)濟形式，所以智能制造就成為影響未來經(jīng)濟發(fā)展過程的制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.3智能制造的特征智能制造的特征5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)2.人機一體化4.學(xué)習(xí)能力與自我維護(hù)能力1.自律能力3.自組織與超柔性虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.4智能制造研究的內(nèi)容1智能制造理論和系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

智能制造概念的正式提出至今時間不長，其理論基礎(chǔ)和技術(shù)體系仍在形成過程中，它的精確內(nèi)涵和關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)仍需進(jìn)一步研究。其內(nèi)容包括：智能制造的概念體系，智能制造系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境與設(shè)計方法以及制造過程中的各種評價技術(shù)等。

智能制造的支撐技術(shù)是人工智能技術(shù)、并行工程、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其中IMT的目標(biāo)是用計算機模擬制造業(yè)人類專家的智能活動，取代或延伸人的部分腦力勞動，而這些正是人工智能技術(shù)研究的內(nèi)容。虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.4智能制造研究的內(nèi)容2智能制造單元技術(shù)的集成

人們在過去的工作中，以研究人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用為出發(fā)點，開發(fā)了眾多的面向制造過程中特定環(huán)境、特定問題的智能單元，形成了一個個“智能化孤島”。它們是智能制造研究的基礎(chǔ)。為使這些“智能化孤島”面向智能制造，使其成為智能制造的單元技術(shù)，必須研究它們在IMS中的集成，并進(jìn)一步完善和發(fā)展這些智能單元。它們包括：（１）智能設(shè)計（２）生產(chǎn)過程的智能規(guī)劃（３）生產(chǎn)過程的智能調(diào)度（４）生產(chǎn)過程的智能控制（５）智能檢測、診斷和補償（６）智能質(zhì)量控制（７）生產(chǎn)與經(jīng)營的智能決策（８）智能機器的設(shè)計虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.5智能制造研究的內(nèi)容1智能技術(shù)智能技術(shù)模塊化、嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)新型傳感技術(shù)識別技術(shù)特種工藝與精密制造技術(shù)故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)功能安全技術(shù)高可靠實時通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.5

智能技術(shù)與智能設(shè)備1穿戴式智能設(shè)備圖5-13智能穿戴設(shè)備（a）智能手表；（ｂ）智能手環(huán)；（ｃ）谷歌眼鏡虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.5

智能技術(shù)與智能設(shè)備2智能電視圖5-14智能電視手勢操作圖虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.5

智能技術(shù)與智能設(shè)備圖5-15智能汽車的組成裝置3智能汽車圖5-16Google無人駕駛汽車虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.5

智能技術(shù)與智能設(shè)備圖5-17智能家居4智能家居虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.5

智能技術(shù)與智能設(shè)備圖5-17建筑智能化工程4智能家居虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色制造智能制造５.６.5

智能技術(shù)與智能設(shè)備圖5-19智能電網(wǎng)5智能電網(wǎng)虛擬制造技術(shù)計算機集成制造系統(tǒng)并行工程精益生產(chǎn)敏捷制造綠色