先進(jìn)制造技術(shù) 課件 第五章 先進(jìn)制造模式；第六章 現(xiàn)代制造管理技術(shù)

第5章先進(jìn)制造模式5.1計算機(jī)集成制造5.2并行工程5.3

精益生產(chǎn)5.4

敏捷制造5.5

虛擬制造5.6智能制造5.7云制造5.1.1計算機(jī)集成制造CIM的內(nèi)涵與特征5.1.2CIMS的構(gòu)成5.1.3CIMS的結(jié)構(gòu)體系5.1.4應(yīng)用實例-鋼鐵企業(yè)CIMS信息流分析

與功能設(shè)計5.1計算機(jī)集成制造5.1.1計算機(jī)集成制造CIM的內(nèi)涵與特征國外：

CIM是由美國JosephHarrington博士在《ComputerIntegratedManufacturing》一書中率先提出的，強(qiáng)調(diào)企業(yè)的功能集成和企業(yè)的信息化。若將其進(jìn)行綜合，可將CIM直接理解為“企業(yè)的信息集成”。國內(nèi)：

CIM是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)生產(chǎn)的新理念，它借助計算機(jī)軟硬件，綜合應(yīng)用現(xiàn)代管理、制造、信息、自動化以及系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)過程優(yōu)化，以實現(xiàn)產(chǎn)品上市快、高質(zhì)、低耗、服務(wù)好。1.CIM的概念計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）是基于CIM理念而組成的系統(tǒng)。CIM是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)的哲理，而CIMS則是基于該哲理的一種工程集成系統(tǒng)。它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，借助計算機(jī)（硬、軟件）實現(xiàn)企業(yè)制造活動中的計算機(jī)化、信息化、智能化、集成優(yōu)化，以達(dá)到產(chǎn)品上市快、高質(zhì)、低耗、服務(wù)好、環(huán)境清潔。2.CIMS的內(nèi)涵及構(gòu)成1）CIMS定義與宗旨

CIMS是一種生產(chǎn)哲理，旨在通過集成管理提高產(chǎn)品質(zhì)量

降低成本、加快上市、提升服務(wù)并保持環(huán)境清潔，從而增強(qiáng)企業(yè)的柔性和敏

捷性，以適應(yīng)市場變化并贏得競爭；2）集成優(yōu)化模式

企業(yè)生產(chǎn)活動被視為一個整體，需要從系統(tǒng)角度進(jìn)行協(xié)調(diào)和集成優(yōu)化，分為信息集成、過程集成和企業(yè)間集成三個階段；3）生產(chǎn)要素

企業(yè)生產(chǎn)過程涉及人、機(jī)構(gòu)、技術(shù)和經(jīng)營管理三要素，其中人的作用最為關(guān)鍵，需要三要素相互作用和綜合集成，以達(dá)到最優(yōu)經(jīng)營效率；4）生產(chǎn)活動流

企業(yè)生產(chǎn)活動包括信息流、物流和價值流三個部分，現(xiàn)代企業(yè)特別注重價值流的管理和優(yōu)化，以及與信息流和物流的集成優(yōu)化；5）CIMS技術(shù)體系

CIMS技術(shù)是一個綜合技術(shù)體系，包括總體技術(shù)、支撐技術(shù)、設(shè)計自動化技術(shù)、加工制造自動化技術(shù)以及管理與決策信息系統(tǒng)技術(shù)。具體技術(shù)涵蓋CIMS集成模式、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、設(shè)計自動化工具（如CAD、CAE）、制造自動化技術(shù)（如CNC、工業(yè)機(jī)器人）以及管理信息系統(tǒng)（如MIS、ERP）等；序號系統(tǒng)要點1工程設(shè)計自動化系統(tǒng)利用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、工藝設(shè)計以及數(shù)控編程等產(chǎn)品設(shè)計，包括CAD/CAE/CAPP/CAM的4C技術(shù)。2制造自動化系統(tǒng)直接完成各種加工制造活動的基本環(huán)節(jié)，通常由機(jī)械加工系統(tǒng)、物料儲運(yùn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和自動檢測系統(tǒng)四個環(huán)節(jié)組成。3經(jīng)營管理信息系統(tǒng)對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的產(chǎn)、供、銷、人、財、物等進(jìn)行統(tǒng)一管理的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，其核心是制造資源計劃(MRPU)。4質(zhì)量控制系統(tǒng)以提高企業(yè)產(chǎn)品制造質(zhì)量和管理質(zhì)量為目標(biāo)，通過質(zhì)量控制規(guī)劃、質(zhì)量監(jiān)控釆集、質(zhì)量分析評價和控制以達(dá)到預(yù)定的質(zhì)量要求。5數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為CIMS的支撐系統(tǒng)，是CIMS信息集成的關(guān)鍵，將前面各環(huán)節(jié)的計算機(jī)數(shù)據(jù)（經(jīng)營管理、工程技術(shù)、制造控制、質(zhì)量保證等所有數(shù)據(jù)）統(tǒng)一存儲在一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)里調(diào)用，以實現(xiàn)各分系統(tǒng)信息的交換和共享。6計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CIMS企業(yè)范圍內(nèi)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常采用廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)并存的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，在各廠區(qū)間釆用廣域網(wǎng)相連，在每個廠區(qū)內(nèi)采用多層次、異機(jī)型、分布式結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫管理兩個支撐系統(tǒng)是CIMS功能集成的有力保障，使得各功能系統(tǒng)之間有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和信息共享。

5.1.2CIMS的構(gòu)成序號級別作用與功能1工廠級負(fù)責(zé)企業(yè)最高層的決策，包括生產(chǎn)管理、信息管理和制造工程三個子系統(tǒng)，處理長期計劃和資源分配。2車間級根據(jù)工廠級的指令，協(xié)調(diào)車間生產(chǎn)作業(yè)和資源配置，處理中期計劃，包括作業(yè)管理和資源分配。3單元級分解任務(wù)，分析資源需求，報告作業(yè)進(jìn)展，決定零件加工路線，安排工作站任務(wù)，并監(jiān)控生產(chǎn)過程。4工作站指揮和協(xié)調(diào)車間內(nèi)的設(shè)備小組活動，負(fù)責(zé)短期規(guī)劃和任務(wù)分配。5設(shè)備級執(zhí)行具體的加工、測量和運(yùn)輸任務(wù)，是生產(chǎn)過程中的執(zhí)行層，響應(yīng)時間短。

5.1.3CIMS的結(jié)構(gòu)體系5.1.4應(yīng)用實例-鋼鐵企業(yè)CIMS信息流分析與功能設(shè)計鋼鐵企業(yè)CIMS總體結(jié)構(gòu)圖CIMS適用于離散型制造業(yè)、連續(xù)性制造業(yè)和混合型制造業(yè)1．信息流分析

鋼鐵企業(yè)CIMS的核心組成部分包括ERP、MES和PCS三個分系統(tǒng)：ERP是經(jīng)營管理和決策的基礎(chǔ)，有助于改善企業(yè)管理。MES是信息集成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)優(yōu)化生產(chǎn)過程運(yùn)行和管理。PCS負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程控制，對流程工業(yè)至關(guān)重要。

單獨使用這三個系統(tǒng)中的任何一個都無法滿足鋼鐵生產(chǎn)過程中對實時性和靈活性的需求。因此，需要采用信息集成化技術(shù)，結(jié)合ERP和PCS的數(shù)據(jù)，以提高生產(chǎn)調(diào)度的實時性和靈活性。信息傳遞過程ERP與MES之間的信息傳遞：ERP系統(tǒng)整合了企業(yè)的物流、資金流和信息流，通過向MES系統(tǒng)提供生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)來指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)度，同時接收MES的生產(chǎn)統(tǒng)計和其他相關(guān)數(shù)據(jù)以優(yōu)化資源計劃。MES與PCS之間的信息傳遞：MES系統(tǒng)將生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)和工序情況等信息傳遞給PCS系統(tǒng)，PCS系統(tǒng)根據(jù)這些信息進(jìn)行實時控制和優(yōu)化生產(chǎn)過程，并在出現(xiàn)故障時進(jìn)行自動報警和故障診斷，同時將操作結(jié)果和實時數(shù)據(jù)反饋給MES。信息集成技術(shù)CIMS信息集成的過程也就是對這些來源不同和形態(tài)不一的信息進(jìn)行系統(tǒng)分析、合并同類、辨清正誤和消除冗余的過程，進(jìn)而實現(xiàn)ERP/MES/PCS的統(tǒng)一使用。

信息集成分為數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)互操作、數(shù)據(jù)與知識重用等四個層次。傳輸、共享和互操作是集成的基礎(chǔ)，重用是集成的最高層次。

共享數(shù)據(jù)庫是成本最低效率最高的集成方式，大部分?jǐn)?shù)據(jù)使用這種方式，既可以將共享的信息復(fù)制到一個公共數(shù)據(jù)庫，也可以采用數(shù)據(jù)聯(lián)邦的方式構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)庫共享；

對于不同平臺的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，采用XML數(shù)據(jù)交換技術(shù)，發(fā)揮XML擴(kuò)展性、自描述性和多語種支持的特點，實現(xiàn)跨平臺和跨地域異構(gòu)應(yīng)用間的協(xié)同工作。

2．軟件功能設(shè)計序號系統(tǒng)名稱功能1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分系統(tǒng)提供門戶網(wǎng)站和Web服務(wù)功能2資源計劃分系統(tǒng)ERP以財務(wù)管理為核心，以均衡物料、安全高效、低耗優(yōu)質(zhì)和優(yōu)化工藝操作為目標(biāo)，有效解決ERP實施過程中遇到的難題3生產(chǎn)執(zhí)行分系統(tǒng)MES建立基于知識的MES分系統(tǒng)，通過知識的不斷積累，達(dá)到降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的4過程控制分系統(tǒng)PCS實現(xiàn)過程控制，完成數(shù)據(jù)采集、工藝參數(shù)調(diào)整、生產(chǎn)過程操作、關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控和生產(chǎn)協(xié)調(diào)等功能5.2.1并行工程CE的提出及特性5.2.2并行工程的關(guān)鍵技術(shù)5.2.3并行工程的支撐技術(shù)5.2.4并行工程的應(yīng)用5.2并行工程5.2.1

并行工程的提出及特性

1988年美國國家防御分析研究所完整地提出了并行工程的概念，并行工程是一種對產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）進(jìn)行并行的、一體化設(shè)計的工作模式。

并行工程是對產(chǎn)品及其下游的生產(chǎn)和支持過程進(jìn)行一體化設(shè)計的系統(tǒng)方法。

它強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計全生命周期考慮，實現(xiàn)并行協(xié)同工作。并行工程縮短開發(fā)周期40%-60%，降低制造成本30%-40%，減少設(shè)計變更和生產(chǎn)廢品率，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。1.主要特性并行性：將有先后的作業(yè)活動轉(zhuǎn)變?yōu)橥?/p>

時進(jìn)行，以提高效率。整體性：將制造系統(tǒng)視為一個整體，注重全局最優(yōu)，有時需犧牲局部利益。協(xié)同性：強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊成員在產(chǎn)品設(shè)計全過程中的協(xié)同工作，集成多種技術(shù)和方法。約束性：在設(shè)計過程中考慮各種設(shè)計變量之間的相互約束和聯(lián)系。5.2.2

并行工程的關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)過程的重構(gòu)

通過跨學(xué)科群組在計算機(jī)軟硬件工具和網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境的支持下，實現(xiàn)動態(tài)可變的產(chǎn)品開發(fā)流程。從產(chǎn)品特征、開發(fā)活動的安排、開發(fā)隊伍的組織結(jié)構(gòu)、開發(fā)資源的配置、開發(fā)計劃以及全面的調(diào)度策略等各個方面進(jìn)行不斷改進(jìn)和提高。集成的產(chǎn)品信息模型

是實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、產(chǎn)品制造、裝配檢驗等環(huán)節(jié)的信息共享和并行進(jìn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。這種模型應(yīng)基于STEP標(biāo)準(zhǔn)并釆用Express語言和面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。并行設(shè)計是一個反復(fù)迭代優(yōu)化的過程

產(chǎn)品設(shè)計過程的管理、協(xié)調(diào)與控制是實現(xiàn)并行設(shè)計的關(guān)鍵。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM能夠?qū)Σ⑿性O(shè)計起到技術(shù)支撐的作用。5.2.3并行工程的支撐技術(shù)1.計算機(jī)輔助設(shè)計工具（CAX）：計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助分析、計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃、計算機(jī)輔助制造及計算機(jī)輔助質(zhì)量檢測等。

2.面向X的設(shè)計技術(shù)（DFX）：包括面向制造的設(shè)計、面向裝配的設(shè)計、面向檢測的設(shè)計和面向拆卸的設(shè)計等。

3.網(wǎng)絡(luò)通訊手段：電子郵件、實時溝通軟件（騰訊微信、QQ等）及視頻會議系統(tǒng)（騰訊會議、騰訊課堂、釘釘會議）等。5.2.4并行工程的應(yīng)用

并行工程作為CIMS的一個新發(fā)展階段，我國科學(xué)技術(shù)部選擇了汽車飛機(jī)、制造業(yè)等七個不同類型的企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)中實施并行工程技術(shù)，使得產(chǎn)品的總體設(shè)計周期縮短了60％，產(chǎn)品成本降低了20％。5.3精益生產(chǎn)5.3.1精益生產(chǎn)LP的提出背景5.3.2精益生產(chǎn)的內(nèi)涵及特征5.3.3精益生產(chǎn)的體系結(jié)構(gòu)5.3.4精益生產(chǎn)應(yīng)用案例5.3.1精益生產(chǎn)LP的提出背景20世紀(jì)50年代，盡管數(shù)控、機(jī)器人等先進(jìn)制造技術(shù)迅速發(fā)展，但這些技術(shù)主要關(guān)注提高生產(chǎn)效率，并未充分考慮庫存成本的增加。1973年石油危機(jī)后，豐田生產(chǎn)方式的優(yōu)點在應(yīng)對市場變化時顯現(xiàn)出來，豐田公司業(yè)績上升，成為世界汽車制造領(lǐng)先者。80年代初，豐田生產(chǎn)方式開始受到國際關(guān)注。1985年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)起了國際汽車研究計劃（IMVP），對比研究全球汽車制造廠的生產(chǎn)方式。研究發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)方式的差異是汽車工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素?！陡淖兪澜绲臋C(jī)器》一書的出版，將豐田生產(chǎn)方式正式命名為精益生產(chǎn)（LeanProduction），并推動了其在全球范圍內(nèi)的研究和應(yīng)用。5.3.2

精益生產(chǎn)的內(nèi)涵及特征從嚴(yán)格意義上來說，精益生產(chǎn)方式是指運(yùn)用多種現(xiàn)代管理方法和手段，以社會需求為依據(jù)，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，用最少的投入實現(xiàn)最大產(chǎn)出，最大限度地為企業(yè)謀求經(jīng)濟(jì)效益的一種新型生產(chǎn)方式。精益生產(chǎn)的主要特征可歸納為：以人為中心，以精簡的組織機(jī)構(gòu)為手段，采用TeamWork和并行設(shè)計的工作方法和JIT供貨方式，以實現(xiàn)零缺陷的最終目標(biāo)。

5.3.3精益生產(chǎn)的體系結(jié)構(gòu)精益生產(chǎn)的核心內(nèi)容是準(zhǔn)時制生產(chǎn)方式JIT（Just-in-time）。以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持下的并行工作方式和小組工作方式為基礎(chǔ)。以全面質(zhì)量管理TQM、及時生產(chǎn)JIT、成組技術(shù)GT為支柱。它們之間相互配合，缺一不可。以利用最少的資源、最低的成本向顧客提供高質(zhì)量的產(chǎn)品服務(wù)，使企業(yè)獲得最大利潤和最佳應(yīng)變能。5.3.4精益生產(chǎn)應(yīng)用案例1．精益生產(chǎn)在我國汽車制造業(yè)YTKC公司中的應(yīng)用YTKC公司是以大中型客車研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造和市場銷售的一體化現(xiàn)代化大型客車制造企業(yè)。企業(yè)總部位于河南省鄭州市工業(yè)園，廠區(qū)面積約一千七百畝，年產(chǎn)大中型客車整車十二萬臺以上。該公司是國內(nèi)國外生產(chǎn)規(guī)模最大、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)最成熟、最優(yōu)越的客車生產(chǎn)廠家之一。該公司連續(xù)多年在我國大中型客車銷量穩(wěn)居世界第一。

YTKC公司精益生產(chǎn)的實施建立精益組織機(jī)構(gòu)引導(dǎo)機(jī)制改進(jìn)固化的管理模式，重塑精益生產(chǎn)環(huán)節(jié)推行訂單式和市場引導(dǎo)相結(jié)合的批量生產(chǎn)方式積極施行精益成本控制

建立科學(xué)的評估體系和及時的市場反饋機(jī)制2.精益生產(chǎn)賦能紅旗汽車極致品質(zhì)紅旗汽車自動裝配車間5.4.1敏捷制造提出的背景5.4.2敏捷制造的內(nèi)涵及特征5.4.3敏捷制造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用現(xiàn)狀5.4敏捷制造5.4.1敏捷制造提出的背景美國為了重新奪回制造業(yè)在國際市場的領(lǐng)導(dǎo)地位，美國政府把制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)瞄向了21世紀(jì)。美國國會指示國防部擬定一個制造技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，要求同時體現(xiàn)美國國防工業(yè)與民用工業(yè)的共同利益，并要求加強(qiáng)政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的合作。在此背景下，美國國防部委托里海大學(xué)(LehighUniversity)與GM等大公司，共同研制一個振興美國制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，在研究和總結(jié)美國制造業(yè)的現(xiàn)狀和潛力后，發(fā)表了具有劃時代意義的《21世紀(jì)制造企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》報告，提出了敏捷制造(AgileManufacturing,AM)和虛擬企業(yè)(VirtualEnterprise,VE)的新概念，其核心觀點是除了學(xué)習(xí)日本豐田生產(chǎn)方式的成功經(jīng)驗外，更要利用美國信息技術(shù)的優(yōu)勢，奪回制造工業(yè)的世界領(lǐng)先地位。這一新的制造哲理在全世界產(chǎn)生了巨大的反響，并且已經(jīng)取得了令人矚目的實際效果。

5.4.2敏捷制造的內(nèi)涵和特征敏捷制造是21世紀(jì)市場競爭的主要模式，指企業(yè)采用現(xiàn)代通信技術(shù)，以敏捷動態(tài)優(yōu)化的組織形式進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)，通過動態(tài)聯(lián)盟（也成虛擬企業(yè)）、先進(jìn)制造技術(shù)（以信息技術(shù)和柔性智能技術(shù)為主導(dǎo)）和高素質(zhì)人員的全面集成，對迅速改變的市場需求和市場進(jìn)度做出快速響應(yīng)，及時交付新產(chǎn)品及短時間內(nèi)制造出滿足市場需求的低成本、高質(zhì)量產(chǎn)品并投放到市場。敏捷制造是在全球范圍內(nèi)企業(yè)和市場的集成，目標(biāo)是將企業(yè)、商業(yè)、學(xué)校、行政部門及金融等行業(yè)都用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連通，形成一個與生活、制造及服務(wù)密切相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)面向網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、制造、銷售及服務(wù)。制造企業(yè)將不再拘泥于集中的辦公地點、固定的形式和組織機(jī)構(gòu)，而是一種以高度靈活的方式組織的企業(yè)。敏捷制造是在具有創(chuàng)新精神的組織和管理結(jié)構(gòu)、先進(jìn)制造技術(shù)及有技術(shù)、有知識的管理人員三大類資源支撐下得以實施的。1.

敏捷制造的主要特征快速響應(yīng)速度是敏捷制造的最基本特征全生命周期滿足客戶需求采用靈活多變的動態(tài)組織機(jī)構(gòu)采用開放的新型標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。最大限度發(fā)揮人的作用2.

敏捷制造與精益生產(chǎn)的關(guān)系序號基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要點1物理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)指虛擬企業(yè)運(yùn)行所必需的廠房、設(shè)備、設(shè)施、運(yùn)輸及資源等必要的物理條件，指一個國家乃至全球的范圍內(nèi)的物理設(shè)施。當(dāng)機(jī)會岀現(xiàn)時，為了抓住機(jī)會，盡快占領(lǐng)市場，只需要添置少量必需的設(shè)備，集中優(yōu)勢開發(fā)關(guān)鍵部分，而多數(shù)的物理設(shè)施可以通過選擇合適的合作伙伴得到。2信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)指敏捷制造的信息支持環(huán)境，包括能提供各種服務(wù)網(wǎng)點、中介機(jī)構(gòu)等一切為虛擬企業(yè)服務(wù)的信息手段。3法律基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)指有關(guān)國家關(guān)于虛擬企業(yè)的法律和政策條文，規(guī)定出如何組織一個法律上承認(rèn)的虛擬企業(yè)，如何交易，利益如何分享，資本如何流動，如何納稅，虛擬企業(yè)破產(chǎn)后如何還債，虛擬企業(yè)解散后如何善后，人員如何流動等問題。4社會基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)虛擬企業(yè)要能夠生存和發(fā)展，還必須有社會環(huán)境的支持。虛擬企業(yè)的解散和重組、人員的流動是非常自然的事，這些都需要社會來提供職業(yè)培訓(xùn)、職業(yè)介紹的服務(wù)環(huán)境。

5.4.3敏捷制造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用現(xiàn)狀1.

虛擬企業(yè)虛擬企業(yè)是敏捷制造的核心，也稱為虛擬公司（VirtualEnterprise,VE）,而虛擬企業(yè)是一個臨時的企業(yè)聯(lián)盟，是成員企業(yè)核心能力的集成體。為響應(yīng)某個特定的市場機(jī)遇，把擁有不同核心能力的企業(yè)聯(lián)合起來，共享技能和資源，其特點是：成員間的合作以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)為支持。虛擬企業(yè)往往是為了某個市場機(jī)會通過簽訂契約而組成的契約聯(lián)盟，合作對象通常是在各自領(lǐng)域最具核心能力的企業(yè)，所以虛擬企業(yè)是經(jīng)濟(jì)活動在企業(yè)間能力分工的結(jié)果，同時虛擬企業(yè)具有一定動態(tài)性。

虛擬企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)分為核心層、緊密層和松散層。①核心層由新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)企業(yè)構(gòu)成，核心層企業(yè)之間的關(guān)系是共同分擔(dān)成本與風(fēng)險，分享利潤；②緊密層由專用零部件生產(chǎn)及總裝企業(yè)構(gòu)成，這一層企業(yè)按照合同要求相互配合，合同與核心層代表簽訂，負(fù)責(zé)按合同要求生產(chǎn)與裝配；③松散層由通用標(biāo)準(zhǔn)零部件生產(chǎn)企業(yè)組成，以市場化形式提供標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的零部件，或按合同進(jìn)行生產(chǎn)。

2.敏捷制造的應(yīng)用目前，美國已有上百家公司、企業(yè)在進(jìn)行敏捷制造的實踐活動，一旦某公司抓住一個機(jī)遇，設(shè)想開發(fā)某一新產(chǎn)品后，為了能將產(chǎn)品快速推向市場，它可以通過網(wǎng)絡(luò)迅速找到要尋求的技術(shù)或關(guān)鍵部件，以及擁有這些技術(shù)和關(guān)鍵部件的工廠；然后通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)商，組織跨地區(qū)、跨企業(yè)的“虛擬”開發(fā)組，利用掛在網(wǎng)絡(luò)上的群件，高效地并行開發(fā)新產(chǎn)品，同時可利用網(wǎng)絡(luò)收集用戶信息及開拓市場。美國汽車公司USM（UnitedStatesMotorCo.）是一家以國防部為主要用戶的汽車公司。該公司向用戶承諾：①每輛汽車都按用戶要求制造；②每輛汽車從訂貨起三天內(nèi)交貨；③在整個壽命周期內(nèi)，有責(zé)任使用戶滿意，汽車能夠重新改造，使用壽命長。在敏捷制造模式提出前，任何公司不論花費多大的代價，都難以做到以上三點。如果USM公司的管理機(jī)構(gòu)繼續(xù)按傳統(tǒng)的、多級的和自動流水線構(gòu)成，即使采用高新技術(shù)，也難以實現(xiàn)這些的承諾。

5.5.1虛擬制造的內(nèi)涵及特征5.5.2虛擬制造的分類5.5.3虛擬制造的支撐技術(shù)5.5.4虛擬制造技術(shù)與其他技術(shù)的關(guān)5.5.5虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用5.5.6應(yīng)用實例--數(shù)控銑床虛擬培訓(xùn)

系統(tǒng)VRTS5.5虛擬制造5.5.1虛擬制造的內(nèi)涵及特征虛擬制造技術(shù)目前還沒有統(tǒng)一的定義，總的來說，虛擬制造就是利用仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在高性能計算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，采用群組協(xié)同工作，通過模型來模擬和預(yù)測產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，實現(xiàn)產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析及質(zhì)量檢測等，并進(jìn)行過程管理和控制。能夠使資源得到合理配置，可以創(chuàng)造虛擬的制造環(huán)境，預(yù)測產(chǎn)品性能、優(yōu)化生產(chǎn)安排，從而得到最低成本下的最優(yōu)質(zhì)量和最好服務(wù)。序號特點要點1集成性1)產(chǎn)品模型是產(chǎn)品信息在計算機(jī)上的表示，是產(chǎn)品信息的載體；2)過程模型是產(chǎn)品開發(fā)過程的計算機(jī)表示，包括設(shè)計過程、工藝規(guī)劃過程、加工制造過程、裝配過程及性能分析過程等，產(chǎn)品設(shè)計過程模型和制造過程的仿真是其中研究熱點；3)活動模型主要是針對企業(yè)生產(chǎn)組織與經(jīng)營活動建立的模型；4)資源模型是對企業(yè)的人力、物力等信息的描述。2虛擬性虛擬制造并不是真實的制造過程，是實際制造過程在計算機(jī)上的映射和本質(zhì)表現(xiàn)。它不產(chǎn)生真實的產(chǎn)品、不消耗真實的材料和能量等。3分布性虛擬制造采用基于網(wǎng)絡(luò)的、全球化的分布協(xié)作模式，便于開發(fā)人員相互交流、信息共享，從而使產(chǎn)品開發(fā)快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗地響應(yīng)市場變化。4高效靈活性通過虛擬制造開發(fā)的產(chǎn)品可以存放在計算機(jī)里，不必像傳統(tǒng)開發(fā)一樣需要試制或儲存大量樣件，這樣不但大大節(jié)省了倉儲費用，更能快速更新?lián)Q代，根據(jù)用戶需求或市場變化進(jìn)行改型設(shè)計，然后快速投人批量生產(chǎn)，從而能大幅度地縮短新產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。

1.虛擬制造的特征序號類別要點1以設(shè)計為核心的虛擬制造將制造信息引入設(shè)計過程，利用仿真來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，從而在設(shè)計階段就可以對零件甚至整機(jī)進(jìn)行可制造性分析，近期目標(biāo)是針對設(shè)計階段的某個關(guān)注點（如可裝配性）進(jìn)行仿真和評估，長遠(yuǎn)目標(biāo)是對整個產(chǎn)品的各方面性能進(jìn)行仿真和評估。2以生產(chǎn)為核心的虛擬制造將仿真技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程模型，以此來評估和優(yōu)化生產(chǎn)過程，以便以較快的速度和極低的費用評價不同的工藝方案、資源需求計劃、生產(chǎn)計劃等。它主要是解決“組織生產(chǎn)是否合理”的問題。其主要目標(biāo)是評價可生產(chǎn)性；近期目標(biāo)是針對生產(chǎn)中的某個關(guān)注點，如生產(chǎn)調(diào)度計劃進(jìn)行仿真；長遠(yuǎn)目標(biāo)是能夠?qū)φ麄€生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真，對各個生產(chǎn)計劃進(jìn)行評估。

3以控制為核心的虛擬制造將仿真技術(shù)加到控制模型和實際處理中，實現(xiàn)基于仿真的最優(yōu)控制。其中虛擬儀器是當(dāng)前研究的熱點之一，它利用計算機(jī)軟硬件的強(qiáng)大功能將傳統(tǒng)的各種控制儀表、檢測儀表的功能數(shù)字化，并可靈活地進(jìn)行各種功能的組合，對生產(chǎn)線或車間的優(yōu)化等生產(chǎn)組織和管理活動進(jìn)行仿真。它主要是解決“產(chǎn)品怎樣控制”的問題。

5.5.2虛擬制造的分類5.5.3虛擬制造的支撐技術(shù)虛擬制造涉及的技術(shù)領(lǐng)域十分廣泛，從其軟件實現(xiàn)和人機(jī)接口而言，虛擬制造的實現(xiàn)在很大程度上取決于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，這其中包括計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、傳感器技術(shù)及系統(tǒng)集成技術(shù)等；從制造技術(shù)的角度講，可將虛擬制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)分為3大主體技術(shù)群，即建模技術(shù)群、仿真技術(shù)群和控制技術(shù)群。1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是虛擬制造的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtualreality，VR），是指綜合利用計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能技術(shù)等，由計算機(jī)直接把視覺、聽覺和觸覺等多種信息合成，并提示給人的感覺器官，在人的周圍生成一個三維可交互的虛擬環(huán)境，從而把人、現(xiàn)實世界和虛擬空間結(jié)合起來，融為一體，相互間進(jìn)行信息的交流和反饋的一種仿真技術(shù)。特征：多感知性、沉浸感、交互性、自主性2.建模技術(shù)建模是能夠前后連貫的一種模型表達(dá)方法，需要有效、可靠的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的通用和轉(zhuǎn)換。虛擬制造系統(tǒng)下產(chǎn)品模型能通過映射、抽象等方法提取產(chǎn)品實施中各活動所需的模型。包括產(chǎn)品模型和工藝模型等。產(chǎn)品模型是制造過程中各類實體對象模型的集合。制造系統(tǒng)建模方法主要有廣義模型方法、IDEFIX方法、GRAI方法、Petri網(wǎng)絡(luò)方法和面向?qū)ο蠓椒ǖ?，目前還沒有一種非常合適的方式能夠保證虛擬制造系統(tǒng)在與其他系統(tǒng)如MPR、CAD、CIMS之間交換數(shù)據(jù)時，信息完全不丟失。3.仿真技術(shù)仿真過程是實際的物理過程在計算機(jī)中的實現(xiàn)及進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)虛擬制造的著重點不同，可將仿真分為制造系統(tǒng)仿真、生產(chǎn)過程仿真、生產(chǎn)規(guī)劃仿真及產(chǎn)品性能仿真等。4.控制技術(shù)

控制技術(shù)指建模過程中和仿真過程中所用到的各種管理、組織與控制的技術(shù)和方法。包括模型部件的組織、調(diào)度策略及交換技術(shù)，仿真過程的工作流程與信息流程控制、成本估計技術(shù)、動態(tài)分布式協(xié)作模型的集成技術(shù)沖突求解，以及基于仿真的推理技術(shù)模型及仿真結(jié)果的驗證和確認(rèn)技術(shù)，還包括面向產(chǎn)品開發(fā)過程的組織與管理等問題的研究等。序號對象關(guān)系1計算機(jī)集成制造虛擬集成是實際制造的模型化映射。虛擬制造與計算機(jī)集成均可優(yōu)化制造過程，但是虛擬制造優(yōu)于計算機(jī)集成，其具有易創(chuàng)建及虛擬現(xiàn)實等優(yōu)點。虛擬制造系統(tǒng)為計算機(jī)集成提供了仿真環(huán)境，提高了其運(yùn)行效率。2精益生產(chǎn)精益生產(chǎn)的種種特點決定其程度越高，虛擬制造實現(xiàn)起來就越容易，同時虛擬制造技術(shù)為研究制造過程簡化方案提供了條件。

3敏捷制造敏捷制造具有動態(tài)聯(lián)盟；高度的制造柔性；企業(yè)間協(xié)作集成等特征。其核心是快速應(yīng)變。但虛擬制造技術(shù)可以為虛擬企業(yè)的合作伙伴選擇及評價合作進(jìn)程等提供協(xié)同工作及運(yùn)行支持的環(huán)境。

4綠色制造綠色制造在虛擬制造研究中對制造過程環(huán)境影響方面的研究尚不多見，但綠色制造仿真必定是未來虛擬制造系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一。5并行工程并行工程是虛擬制造的實施目標(biāo)之一，虛擬制造則為并行工程的實現(xiàn)提供了一種有效的技術(shù)手段。為了達(dá)到產(chǎn)品的一次設(shè)計成功或減少反復(fù)，它在許多部分都應(yīng)用了仿真技術(shù)，其中主模型的建立、局部仿真的應(yīng)用等都是虛擬制造的重要研究內(nèi)容。虛擬制造使設(shè)計和制造的并行成為可能。虛擬制造技術(shù)的發(fā)展為并行工程提供了技術(shù)支持，也使并行工程具有了新的內(nèi)涵。6智能制造虛擬制造為智能制造過程優(yōu)化提供了技術(shù)支持。

5.5.4虛擬制造技術(shù)與其他技術(shù)的關(guān)系5.5.5虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用

虛擬制造技術(shù)首先在航空、航天、汽車等領(lǐng)域得到應(yīng)用，在縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、快速響應(yīng)市場等方面呈現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。福特汽車公司和Chrysler公司與IBM合作，開發(fā)虛擬制造環(huán)境并應(yīng)用于某新型轎車的研制，在樣車投入生產(chǎn)之前，發(fā)現(xiàn)了其定位系統(tǒng)的多處設(shè)計缺陷，并及時改進(jìn)設(shè)計使該新車的研制開發(fā)周期縮短了1/3，由過去所需的大約36個月縮短至24個月。

此外，虛擬仿真技術(shù)在生產(chǎn)制造階段得到了應(yīng)用。應(yīng)用實例--數(shù)控銑床虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)VRTS數(shù)控技術(shù)VR實訓(xùn)平臺1.系統(tǒng)配置。系統(tǒng)的硬件環(huán)境包括SGIOnyxz工作站、AcoustetronII3D聲音服務(wù)器、VR4頭盔（或CrystalEyes液晶眼鏡）和Fastrak位置跟蹤器。

2.系統(tǒng)主要功能。系統(tǒng)除產(chǎn)生數(shù)控銑床VR模型，實現(xiàn)X、Y、Z三軸控制運(yùn)動外，還可產(chǎn)生三維聲響，并對材料去除過程、探頭校驗和緊急停車進(jìn)行仿真，給用戶一種真實感受。

5.6.1智能制造的提出5.6.2智能制造的內(nèi)涵及特征5.6.3智能制造系統(tǒng)的主要支撐技術(shù)5.6.4智能制造系統(tǒng)的構(gòu)成5.6.5智能制造案例5.6智能制造5.6.1智能制造的提出智能制造(IntelligentManufacturing，IM)產(chǎn)生于全球經(jīng)濟(jì)一體化大環(huán)境背景下，制造信息的爆炸性的增長使制造業(yè)處理信息的工作量猛增，目前，制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型，這就要求制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要表現(xiàn)出智能，否則難以處理如此大量而復(fù)雜的信息。瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復(fù)雜環(huán)境，也要求制造系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的靈活、敏捷和智能性。國家政府規(guī)劃戰(zhàn)略重點特點德國《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》工業(yè)4.0成為新一代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的供應(yīng)國和主導(dǎo)市場智能制造企業(yè)實踐產(chǎn)學(xué)研推動升至國家戰(zhàn)略美國《重振美國制造業(yè)框架》《先進(jìn)制造伙伴計劃》《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》再工業(yè)化、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)側(cè)重“軟”服務(wù)，用互聯(lián)網(wǎng)激活傳統(tǒng)工業(yè)，保持制造業(yè)的長期競爭力企業(yè)提供解決方案政府戰(zhàn)略推動創(chuàng)新日本以3D造型技術(shù)為核心的產(chǎn)品制造革命人工智能智能化生產(chǎn)線和3D造型技術(shù)人工智能是突破口以機(jī)器人制造為基礎(chǔ)中國《中德合作行動綱要》《中國制造2025》互聯(lián)網(wǎng)+兩化融合、制造強(qiáng)國打造新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)生物醫(yī)藥與生物制造產(chǎn)業(yè)高端裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)兩化融合高端裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)各國有關(guān)智能制造的戰(zhàn)略規(guī)劃及其特點各國有關(guān)智能制造的戰(zhàn)略規(guī)劃及其特點5.6.2智能制造的內(nèi)涵及特征智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期，在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，動態(tài)的適應(yīng)制造環(huán)境的變化，實現(xiàn)設(shè)計過程、制造過程和制造裝備的智能化。

《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2015年版)一書對智能制造定義為：智能制造是指物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)與設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)融合，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精確控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。

1）狀態(tài)感知

對制造車間人員、設(shè)備、工裝、物料、刀具、量具等多類制造要素進(jìn)行全面感知，是實現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)；2）實時分析對制造數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，將多源、異構(gòu)、分散的車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用于精準(zhǔn)執(zhí)行和智能決策的可視化制造信息，是智能制造的重要組成部分，對制造過程的自主決策及精準(zhǔn)控制起著決定性的作用；3）自主決策

智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，其“制造資源”具有不同程度的感知、分析與決策功能，能夠擁有或擴(kuò)展人類智能，使人與物共同組成決策主體，促使信息物理融合系統(tǒng)中實現(xiàn)更深層次的人機(jī)交互與融合；4）高度集成智能制造將所有分離的制造資源、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，使所有資源、數(shù)據(jù)、知識達(dá)到充分共享，實現(xiàn)集中、高效、便利的管理；5）精準(zhǔn)執(zhí)行制造活動的精準(zhǔn)執(zhí)行是實現(xiàn)智能制造的最終落腳點。制造過程的精準(zhǔn)執(zhí)行是使制造過程以及制造系統(tǒng)處于最優(yōu)效能狀態(tài)的保障，也是實現(xiàn)智能制造的重要體現(xiàn)；6）工業(yè)大數(shù)據(jù)為核心

將大數(shù)據(jù)理念應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，將設(shè)備數(shù)據(jù)、活動數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)和上下游產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)相互連接使其具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力；1.智能制造的特征序號支撐技術(shù)要點1人工智能技術(shù)IMS智能水平的提高依賴于人工智能技術(shù)的發(fā)展。人工智能技術(shù)是解決制造業(yè)人才短缺的一種有效方法。在現(xiàn)階段，IMS中的智能主要是各領(lǐng)域?qū)＜壹慈说闹悄堋?并行工程對制造業(yè)而言，并行工程作為一種重要的技術(shù)方法學(xué)，應(yīng)用于IMS中，將最大限度地減少產(chǎn)品設(shè)計的盲目性和設(shè)計的重復(fù)性。3虛擬制造技術(shù)虛擬制造技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計階段模擬出該產(chǎn)品的整個生命周期，使產(chǎn)品開發(fā)周期最短、產(chǎn)品成本最低、產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)和生產(chǎn)率最高。虛擬制造技術(shù)應(yīng)用于IMS，為并行工程的實施提供了必要的保證。4信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是制造過程的系統(tǒng)和各個環(huán)節(jié)“智能集成”化的支撐。是制造信息及知識流動的通道。因此，此項技術(shù)在IMS的研究和實施中占有重要地位。5智能機(jī)器裝備技術(shù)智能制造系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)是智能機(jī)器，它包括具有各種程序的智能加工機(jī)床、工具和材料傳送、準(zhǔn)備裝置、檢測和試驗裝置，以及安裝、裝配裝置等。

5.6.3智能制造系統(tǒng)的主要支撐技術(shù)5.6.4智能制造系統(tǒng)的構(gòu)成1.智能制造模式2.智能產(chǎn)品

3.智能制造過程4.智能服務(wù)5.6.5智能制造案例娃哈哈-食品飲料智能工廠建設(shè)娃哈哈通過信息技術(shù)與工業(yè)制造技術(shù)深度融合實現(xiàn)傳統(tǒng)食品飲料制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，采用基于現(xiàn)代傳感技術(shù)實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集的實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、智能化在線控制生產(chǎn)車間、運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)及智能機(jī)器人技術(shù)的物流管理系統(tǒng)等技術(shù)，集自動化、數(shù)字化、智能化為一體，全面提升食品飲料生產(chǎn)流程的智能化水平。5.6.5智能制造案例伊利乳業(yè)-基于全產(chǎn)業(yè)鏈信息化的乳品生產(chǎn)智能工廠建設(shè)(1)智能化系統(tǒng)構(gòu)建(2)伊利已經(jīng)將建設(shè)數(shù)字化、智能化工廠的成功經(jīng)驗在全集團(tuán)范圍快速復(fù)制推廣，并應(yīng)用到了全球化戰(zhàn)略中(3)各個環(huán)節(jié)具體做法。在奶源環(huán)節(jié)，各種信息化管理手段在多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都得到了成功應(yīng)用，并極大地提升了牛奶單產(chǎn)和牧場精細(xì)化管理水平。5.6.5智能制造案例特斯拉智能工廠特斯拉不僅是目前最先進(jìn)的電動車它的工廠也號稱是全球最先進(jìn)的自動化工廠。位于上海浦東臨港地區(qū)的特斯拉超級工廠從奠基到建成用了不到十個月，創(chuàng)造了建廠奇跡，跑出了“上海速度”。四大制造環(huán)節(jié)：沖壓生產(chǎn)線、車身中心、烤漆中心和組裝中心有超過150臺機(jī)器人參與工作。整個工廠幾乎都是機(jī)器人，每一個機(jī)器人可以完成多種動作，車身噴漆，裝擋風(fēng)玻璃，裝座椅，6秒完成一個發(fā)動機(jī)蓋，輕松將1噸重的原料鋼板卷成一個圈，全程都由機(jī)器人獨立完成5.7.1云制造概念的提出及內(nèi)涵5.7.2云制造的運(yùn)行模式5.7.3云制造的體系架構(gòu)5.7.4云制造的關(guān)鍵技術(shù)

5.7.5云制造的未來發(fā)展趨勢5.7.6云制造的應(yīng)用案例5.7云制造5.7.1云制造概念的提出及內(nèi)涵云制造（CloudManufacturing，CM）是我國學(xué)者針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化制造沒有良好的運(yùn)營模式、不能實現(xiàn)動態(tài)制造資源共享，以及網(wǎng)絡(luò)安全等問題而提出的一種利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和云制造服務(wù)平臺，按用戶需求組織優(yōu)化網(wǎng)上制造資源，為用戶提供各類制造服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)化制造新模式。云制造可以概括為一種利用網(wǎng)絡(luò)和云的制造服務(wù)平臺，按用戶需求組織網(wǎng)上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需制造服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)化制造新模式，云制造將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化制造和服務(wù)技術(shù)同云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，實現(xiàn)各類制造資源統(tǒng)一的智能化管理和經(jīng)營，為制造全生命周期ISO提供所需要的服務(wù)，也是“制造即服務(wù)”理念的體現(xiàn)。云制造與網(wǎng)絡(luò)化制造和云計算技術(shù)的異同點

網(wǎng)絡(luò)化制造體現(xiàn)的主要是一個獨立系統(tǒng)，是以固定數(shù)量的資源或既定的解決方案為用戶提供服務(wù)，缺乏動態(tài)性，同時缺乏智能化的客戶端和有效的商業(yè)運(yùn)營模式，它只實現(xiàn)了局部應(yīng)用，亟須借助云制造等技術(shù)實現(xiàn)更大范圍的推廣和應(yīng)用。

云計算以計算資源的服務(wù)為中心，它不解決制造企業(yè)中各類制造設(shè)備的虛擬化和服務(wù)化，而云制造主要面向制造業(yè)，把企業(yè)產(chǎn)品制造所需的軟硬件制造資源整合成為云制造服務(wù)中心。5.7.2云制造的運(yùn)行模式首先，相關(guān)行業(yè)的用戶通過云制造平臺提出具體的使用請求。云制造平臺是負(fù)責(zé)制造云管理、運(yùn)行、維護(hù)以及云服務(wù)的接入、接出等任務(wù)的軟件平臺。它會對用戶請求進(jìn)行分析、分解，并在制造云里自動尋找最為匹配的云服務(wù)，通過調(diào)度、優(yōu)化、組合等一系列操作，向用戶返回解決方案。用戶無須直接和各個服務(wù)節(jié)點打交道，也無須了解各服務(wù)節(jié)點的具體位置和情況。序號體系架構(gòu)要點1物理資源層為基礎(chǔ)層，通過嵌入式云終端技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，將各類物理資源接入到網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)制造物理資源的全面互聯(lián)，為云制造虛擬資源封裝和云制造資源調(diào)用提供接口支持。2云制造虛擬資源層該層主要是將接入到網(wǎng)絡(luò)中的各類制造資源匯聚成虛擬制造資源，并通過云制造服務(wù)定義工具、虛擬化工具等，將虛擬制造資源封裝成云服務(wù)，發(fā)布到云層中的云制造服務(wù)中心。該層提供的主要功能包括云端接入技術(shù)、云端服務(wù)定義、虛擬化、云端服務(wù)發(fā)布管理、資源質(zhì)量管理、資源提供商定價與結(jié)算管理和資源分割管理等。

3云制造核心服務(wù)層該層主要面向云制造三類用戶（云提供端、云請求端、云服務(wù)運(yùn)營商），為制造云服務(wù)的綜合管理提供核心服務(wù)和功能。4應(yīng)用接口層該層主要面向特定制造應(yīng)用領(lǐng)域，提供不同的專業(yè)應(yīng)用接口以及用戶注冊、驗證等通用管理接口。5云制造應(yīng)用層該層面向制造業(yè)的各個領(lǐng)域和行業(yè)。不同行業(yè)用戶只需要通過云制造門戶網(wǎng)站、各種用戶界面（包括移動終端、PC終端、專用終端等），就可以訪問和使用云制造系統(tǒng)的各類云服務(wù)。

5.7.3云制造的體系架構(gòu)序號關(guān)鍵技術(shù)要點1云制造模式、體系架構(gòu)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范主要是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究云制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組織與運(yùn)行模式等方面的技術(shù)，同時研究支持實施云制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2云端化技術(shù)主要研究云制造服務(wù)提供端各類制造資源的嵌入式云終端封裝、接入、調(diào)用等技術(shù)，并研究云制造服務(wù)請求端接入云制造平臺、訪問和調(diào)用云制造平臺中服務(wù)的技術(shù)。3制造云服務(wù)綜合管理技術(shù)主要研究和支持云服務(wù)運(yùn)營商對云端服務(wù)進(jìn)行接入、發(fā)布、組織與聚合、管理與調(diào)度等綜合管理操作，包括云提供端資源和服務(wù)的接入管理。4云制造安全與可信制造技術(shù)主要研究和支持如何實施安全、可靠的云制造技術(shù)。5云制造業(yè)務(wù)管理模式與技術(shù)主要研究云制造模式下企業(yè)業(yè)務(wù)和流程管理的相關(guān)技術(shù)

5.7.4云制造的關(guān)鍵技術(shù)5.7.5云制造的未來發(fā)展趨勢1.企業(yè)業(yè)務(wù)移動化使得企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)更加靈活2.在大數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，制造業(yè)對云計算平臺應(yīng)用的依賴性越來越強(qiáng)3.云制造是“制造業(yè)＋云計算”在制造業(yè)領(lǐng)域的終極模式5.6.5智能制造案例

娃哈哈通過信息技術(shù)與工業(yè)制造技術(shù)深度融合實現(xiàn)傳統(tǒng)食品飲料制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，采用基于現(xiàn)代傳感技術(shù)實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集的實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、智能化在線控制生產(chǎn)車間、運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)及智能機(jī)器人技術(shù)的物流管理系統(tǒng)等技術(shù)，集自動化、數(shù)字化、智能化為一體，全面提升食品飲料生產(chǎn)流程的智能化水平。娃哈哈智能工廠應(yīng)用案例-沈鼓集團(tuán)打造云端共享平臺實現(xiàn)智能云制造1.打造云端共享平沈鼓集團(tuán)在推進(jìn)信息化與工業(yè)化“兩化”融合的基礎(chǔ)上構(gòu)建了云制造平臺，并且在云制造平臺建設(shè)基地建立了企業(yè)私有云。集團(tuán)私有云的內(nèi)容中包括利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立集團(tuán)基礎(chǔ)平臺；優(yōu)化整合資源，建立“計算云”平臺；優(yōu)化改進(jìn)系統(tǒng)，打造“管理云”平臺；拓展服務(wù)領(lǐng)域，建立“服務(wù)云”平臺。1）在云端共享平臺上，沈鼓集團(tuán)的各個子公司能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，包括知識、技能、物料等，并且在云端共享平臺上，對所有的子公司進(jìn)行統(tǒng)一管理。2）對硬件和網(wǎng)絡(luò)改造以及協(xié)同辦公系統(tǒng)進(jìn)行了升級，建立了集團(tuán)管理駕駛艙和決策反饋系統(tǒng)，通過云平臺的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)自上而下決策、自下而上反饋，從而推動了整個集團(tuán)能夠更加有序、健康地運(yùn)營。3）借助云端共享平臺，進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)控，實現(xiàn)共享平臺的信息共享，保證了生產(chǎn)技術(shù)的提升和制造業(yè)務(wù)的拓展。2.解決現(xiàn)有信息化難題

沈鼓集團(tuán)在實現(xiàn)智能云制造的過程中借鑒了云計算的思想，是在云端共享平臺的基礎(chǔ)上，融合信息技術(shù)、制造技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)的。與此同時，在云端共享平臺上，所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)包含的信息資源都是可以共享的，在這個共享平臺上，智能云制造的實現(xiàn)為沈鼓集團(tuán)解決了諸多現(xiàn)存的信息化難題。

3.工程信息化綜合實力不斷提高目前沈鼓產(chǎn)品從訂單開始，到設(shè)計、工藝、生產(chǎn)制造、發(fā)貨、售后服務(wù)全過程實現(xiàn)“數(shù)字化、物聯(lián)化、虛擬化、服務(wù)化、協(xié)同化、智能化”。沈鼓集團(tuán)產(chǎn)能利用率達(dá)95%，產(chǎn)成品周轉(zhuǎn)率達(dá)16.64%，流動資金周轉(zhuǎn)次數(shù)1達(dá).52次/年，成本下降，利潤持續(xù)增長；社會貢獻(xiàn)率達(dá)14.6%；全員勞動生產(chǎn)率達(dá)353717元/人。沈鼓集團(tuán)云制造案例先進(jìn)制造技術(shù)第6章

現(xiàn)代制造管理技術(shù)6.1企業(yè)資源計劃（ERP）6.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）6.3制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）6.4準(zhǔn)時生產(chǎn)（JIT）6.1.1ERP的定義與特點6.1.2ERP的關(guān)鍵技術(shù)6.1.3ERP企業(yè)應(yīng)用實例6.1企業(yè)資源計劃(ERP)6.1.1ERP的定義與特點

ERP是集采購、銷售、制造、成本、財務(wù)、服務(wù)和質(zhì)量等管理功能為一體，以市場需求為導(dǎo)向，以實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、外資源優(yōu)化配置，消除一切無效勞動和資源消耗，實現(xiàn)企業(yè)的信息流、物料流、資之流集成，以提高企業(yè)競爭力為目標(biāo)，以計劃與控制為主線，以網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)為平臺，是一種面向供應(yīng)鏈管理的現(xiàn)代企業(yè)管理的思想、方法和工具。1).ERP是一種管理思想，擴(kuò)大企業(yè)信息集成管理的范圍2).ERP是一個管理系統(tǒng)，整合企業(yè)資源管理信息系統(tǒng)3).ERP是一個企業(yè)信息管理軟件產(chǎn)品，綜合信息技術(shù)成果，面向企業(yè)信息化的計算機(jī)管理軟件1.ERP特點6.1.2ERP的關(guān)鍵技術(shù)1.庫存控制訂貨點法訂貨點法依據(jù)對庫存補(bǔ)充周期內(nèi)的需求量預(yù)測，并保留一定的安全庫存儲備，來確定訂貨點。安全庫存的設(shè)置是為了應(yīng)對需求的波動。一旦庫存儲備低于預(yù)先規(guī)定的數(shù)量，即訂貨點，則立即進(jìn)行訂貨來補(bǔ)充庫存。訂貨點的基本公式為：訂貨點=單位時區(qū)的需求量×訂貨提前期＋安全庫存量，見圖6.1。圖6.1訂貨點法示意圖對于經(jīng)常出現(xiàn)的過高或缺料現(xiàn)象，原因如下：（1）對各種物料的需求相對獨立（2）物料需求的連續(xù)性（3）庫存消耗后應(yīng)立即被重新填滿（4）“何時訂貨”是一個大問題2.時段式MRP時段式MRP是在解決訂貨點法的缺陷的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，亦稱為基本MRP。時段式MRP的邏輯流程，見圖6.2.圖6.2時段MRP邏輯流程圖3.閉環(huán)MRP在上述討論MRP形成和制作訂時，考慮結(jié)構(gòu)、庫存相關(guān)信息在實際生產(chǎn)中會發(fā)生變化，進(jìn)而引入閉環(huán)MRP。閉環(huán)MRP就是在MRP的基礎(chǔ)上增加了能力計劃和執(zhí)行計劃功能的系統(tǒng)。運(yùn)行過程如下：（1）企業(yè)制定生產(chǎn)規(guī)劃，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)劃制定生產(chǎn)計劃，同時進(jìn)行生產(chǎn)能力和負(fù)荷的分析（2）根據(jù)MPS、企業(yè)的物料庫存信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)清單等信息來制定MRP（3）由MPS、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線和車間各加工工序能力數(shù)據(jù)生成能力需求計劃，通過對各加工工序的能力平衡，調(diào)整MRP。如果本階段無法平衡能力，則可能修改MPS。（4）采購與車間作業(yè)按照平衡能力后的MRP執(zhí)行，進(jìn)行能力的控制,即輸入/輸出控制，并根據(jù)作業(yè)執(zhí)行結(jié)果反饋到計劃層。4.MRPⅡMRPⅡ是把經(jīng)營、生產(chǎn)、銷售、財務(wù)、采購等各個子系統(tǒng)集成為個整體,是對企業(yè)資源和供、產(chǎn)、銷、財各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效計劃、組織和控制的一整套方法。MRPⅡ在閉環(huán)MRP的基礎(chǔ)上把經(jīng)營規(guī)劃與運(yùn)作規(guī)劃納入到系統(tǒng)中來。MRPⅡ的邏輯流程圖如圖6.3表示圖6.3

這里對不同于MRP的邏輯流程部分描述：(1)MRPI集成了應(yīng)收、應(yīng)付、成本、總賬的財務(wù)管理。(2)采購作業(yè)根據(jù)采購訂單、供應(yīng)商信息、收貨單及入庫單形成應(yīng)付款信息。(3)銷售商品后，根據(jù)客戶信息、銷售訂單信息及產(chǎn)品出庫單形成應(yīng)收款信息。(4)根據(jù)采購作業(yè)成本、生產(chǎn)信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息及庫存領(lǐng)料信息等產(chǎn)生生產(chǎn)成本信息。(5)應(yīng)付款、收款信息、生產(chǎn)成本信息及其他信息等記入總賬。5.ERP

由于企業(yè)競爭范圍的擴(kuò)大、企業(yè)制造資源的集成管理、企業(yè)之間加強(qiáng)信息交流共享，MRP不能滿足要求，為解決上述問題ERP應(yīng)用出現(xiàn)。ERP優(yōu)點：（1）ERP能夠解決多變的市場與均衡生產(chǎn)之間的矛盾。（2）ERP能解決物料短缺和庫存積壓的難題，（3）ERP可以以低成本獲得高質(zhì)量，（4）ERP可以改變企業(yè)中的部門本位觀6.ERPⅡ

ERPII的定義是通過支持和優(yōu)化公司內(nèi)部和公司之間的業(yè)務(wù)過程來創(chuàng)造客戶和股東價值的一種商務(wù)戰(zhàn)略，也是一套面向具體行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)。

其技術(shù)和系統(tǒng)特點主要有:(1)強(qiáng)調(diào)協(xié)同的功能，除了延伸ERP的功能外，還整合企業(yè)內(nèi)外部關(guān)鍵業(yè)務(wù)的協(xié)同功能；(2)領(lǐng)域化、精細(xì)化、前端功能增強(qiáng)和延伸以及交易群體的完全集成化；(3)以客戶為中心，準(zhǔn)時向客戶提供產(chǎn)品和服務(wù)；(4)ERPII的角色從ERP的資源規(guī)劃和交易事務(wù)處理，拓展為發(fā)揮信息的杠桿作用，保證企業(yè)前、后臺資源的有機(jī)集成。從功能的擴(kuò)展上比較分析的MRP、MRPI、ERP、ERPI，清晰地展現(xiàn)了ERP軟件發(fā)展的每個階段的特點。RP系統(tǒng)與ERPⅡ系統(tǒng)的比較示意圖最著名的ERP系統(tǒng)——SAPAGSAPNetWeaver是來自SAP的下一個產(chǎn)品，它是平臺獨立的，使用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)。SAPNetWeaver有以下模塊:SAPWeb應(yīng)用服務(wù)器SAPExchangeInfrastructure(稱為XI)SAPBusinessInformationWarehouseSAPNetWeaverMobileSAPMasterDataManagement(稱為MDM)SAPEnterprisePortal.SAPBIaccelerator6.1.1ERP企業(yè)應(yīng)用實例SAPR/3的架構(gòu):“R”表示實時,“3”表示三層架構(gòu)。圖6.5為SAPR/3應(yīng)用模塊。圖6.5SAPR/3應(yīng)用模塊6.2.1PDM的功能與體系結(jié)構(gòu)6.2產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)管理（PDM）6.2.1

PDM的功能與體系結(jié)構(gòu)PDM即產(chǎn)品數(shù)據(jù)管(Productiondatamanagement)是以管理思想為基礎(chǔ)，建立在信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上的一整套管理系統(tǒng)，其目的是對產(chǎn)品數(shù)據(jù)實現(xiàn)全面管理，支持并行產(chǎn)品設(shè)計。1.PDM技術(shù)產(chǎn)生的背景企業(yè)通常要存儲、管理數(shù)據(jù)，隨著計算機(jī)的飛速發(fā)展和企業(yè)的廣泛應(yīng)用，需要集成不同系統(tǒng)來實現(xiàn)企業(yè)信息集成甚至實現(xiàn)過程集成。工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是滿足工程設(shè)計與制造、生產(chǎn)管理與經(jīng)營決策支持環(huán)境的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，雖然有所突破，但仍然存在著對工程應(yīng)用支持不夠的弱點，主要表現(xiàn)在如下方面:(1)對工程應(yīng)用的數(shù)據(jù)表示不夠充分，不能全面描述數(shù)據(jù)類型之間的分類、組合、繼承和引用關(guān)系。(2)對應(yīng)用集成的支持能力不強(qiáng),難于做到產(chǎn)品信息和應(yīng)用程序的完全集成。(3)應(yīng)用開發(fā)接口能力差。除了已上幾點，最重要的是總體設(shè)計思想方法的問題。2.PDM的基本概念產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)以軟件為基礎(chǔ)，是一門管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫記錄等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程(包括工作流程和更改流程)的技術(shù)它提供產(chǎn)品全生命周期的信息管理,并可在企業(yè)范圍內(nèi)為產(chǎn)品設(shè)計與制造建立一個并行化的協(xié)作環(huán)境。3.PDM系統(tǒng)的主要功能功能主要有兩種劃分方法：一、按著面向應(yīng)用與系統(tǒng)功能支持的劃分，將其分為電子倉庫、面向用戶的使用功能和實用化的支持功能。二、按軟件功能模塊劃分，可劃分為電子倉庫和文檔管理、工作流程與過程管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、零件分類管理、工程變更管理、項目管理、電子協(xié)作、集成工具、瀏覽和圈閱等，前五項功能是PDM系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能。4.PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)5.PDM的體系結(jié)構(gòu)特點（1）對計算機(jī)基礎(chǔ)環(huán)境的適應(yīng)性（2）PDM內(nèi)核的開放性（3）PDM功能模塊的可變性（4）PDM的插件功能6.PDM系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)

采用快速原型法開發(fā)模型，開發(fā)分為需求分析、原型設(shè)計、演示和評價原型及修正與改進(jìn)四個階段，每個階段都有目的、作業(yè)程序和控制重點的要求，以下為快速原型法最基本的框架描述。6.3.制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）6.3.1MES定義與功能模塊6.3.2MES應(yīng)用案例6.3.1MES定義與功能模塊MES是制造執(zhí)行系統(tǒng)，主要是針對車間層的生產(chǎn)整理技術(shù)，通過它可以使企業(yè)管理人員了解生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)度、質(zhì)量,以及調(diào)整更好的生產(chǎn)計劃。1.MES理論基礎(chǔ)

建立在計劃管理系統(tǒng)中工業(yè)控制間的車間層的系統(tǒng)，為了能夠更好的解決制造業(yè)企業(yè)而開發(fā)的，并且可以建立企業(yè)間的信息互通。計劃層(ERP):是根據(jù)企業(yè)的計劃來進(jìn)行的，必須要有計劃地管理企業(yè)。執(zhí)行層(MES):它是計劃的控制和執(zhí)行的方式，根據(jù)MES把ERP生產(chǎn)現(xiàn)場控制的內(nèi)?？刂茖樱簭?qiáng)調(diào)設(shè)備的控制。

集成模型2.MES系統(tǒng)功能模塊介紹MESA提出了MES的功能模型和與相關(guān)系統(tǒng)的集成模型,并定義了11個功能模塊包括:生產(chǎn)計劃和工序調(diào)度、資源管理、生產(chǎn)跟蹤、設(shè)備維護(hù)管理、性能分析、單元管理、文檔管理、質(zhì)量