制造系統(tǒng)的及其發(fā)展-文檔資料

1、11.2 制造系統(tǒng)及其發(fā)展2基本要求與知識點：n基本概念：制造模式；制造系統(tǒng)；制造系統(tǒng)的組成31 制造過程 制造過程是組成制造業(yè)的基本環(huán)節(jié)?！按笾圃臁迸c “小制造”一、 “小制造”概念及制造過程定義 1. “小制造”概念： “小制造”是指傳統(tǒng)的“機械制造”，重點是加工和裝配。 2. “小制造”概念下，制造過程的定義為： 制造過程是通過機器和工具將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的過程。 3. “小制造”概念下制造過程的定義主要強調(diào)的是工藝過程。41 制造過程二、 “大制造”概念及制造過程定義 1. “大制造”概念： “大制造”是指產(chǎn)品生命周期中，從供應(yīng)市場到需求市場整個供需鏈中的所有活動。 2. “大制造

2、”概念下，制造過程可定義為： 制造過程是將制造資源（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程。 3. “大制造”概念下制造過程的定義強調(diào)的是產(chǎn)品的整個生命周期過程。 4. “大制造”概念下，信息對制造過程的完成起著重要作用 根據(jù)“大制造”概念的制造過程定義，制造過程不僅包含了物質(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，這必須通過基于信息的管理和控制來實現(xiàn)。同時，制造過程的輸出不僅是產(chǎn)品，而且還包括為保證產(chǎn)品正常使用所進行的服務(wù)等。 5大制造概念下制造過程的組成框圖 下部的方框主要表示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，上部的長方形框主要表示信息的處理過程，上下兩部分間的

3、箭頭表示信息對物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的作用，由此實現(xiàn)信息到物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。 采 購 加 工 裝 配 檢 驗 銷 售 市 場 分 析 決 策 規(guī) 劃 產(chǎn) 品 開 發(fā) 工 藝 規(guī) 劃 管 理 控 制 服 務(wù) 產(chǎn) 品 制 造 資 源 62 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、管理、生產(chǎn)組織和技術(shù)系統(tǒng)的形態(tài)和運作的模式 。 2.制造模式的意義： 制造過程的運行、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，對制造模式進行深入研究，為制造系統(tǒng)建立先進的制造模式對提高系統(tǒng)的總體效益具有重要意義。 71. 剛性制造模式典型制造模式82. 柔性自

4、動化制造模式 物流 驅(qū)動 NC 機床 1 管 理 控 制 系 統(tǒng) 反饋 指令 物 流 系 統(tǒng) 原材料 產(chǎn)品 NC 機床 2 NC 機床 n 9典型制造模式3.計算機集成制造模式 市場 分析 產(chǎn)品開發(fā) 工藝規(guī)劃 網(wǎng)絡(luò) 市 場 銷售 服務(wù) 產(chǎn)品 生產(chǎn) 采購 供應(yīng) 決策 規(guī)劃 經(jīng)營 管理 質(zhì)量 控制 過程 控制 計劃 控制 信息 原材料 產(chǎn)品 10典型制造模式4. 敏捷制造模式 市 場 公司 1 虛擬公司 1 產(chǎn)品1 公司 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11典

5、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)。前一道工序工件庫存量不是由預(yù)先制訂的生產(chǎn)計劃確定，而是當后一道工序發(fā)出請求后，該庫存才存在。因此庫存量極少，理想狀態(tài)為零。 原 材 料 制 造 中 心1 存 儲 器 看 板 制 造 中 心2 存 儲 器 看 板 制 造 中 心3 12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)：輸出存儲器，BB (Bulletin Board)：布告牌。MCB

6、BOHCkMCBBOHCk-1Ck-2Ck+1MCBBOHCkMCBBOHCkMCBBOHCk-1MCBBOHCk-1Ck-2Ck+1133. 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)作為一個整體具有特定的功能。3. 系統(tǒng)的目標提高總體性能143 制造系統(tǒng)例1：簡單構(gòu)件組成高性能系統(tǒng) 在建筑機械和結(jié)構(gòu)工程中，常采用由簡單構(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

7、能。 例2：低精度元件組成高精度系統(tǒng) 在計算機等數(shù)字設(shè)備中，采用以“0”和“1”兩個狀態(tài)工作的電子器件，通過非線性方法相聯(lián)接，組成了高精度數(shù)字化系統(tǒng)。153 制造系統(tǒng) 定義1：1815年 工廠系統(tǒng) 定義2：1962年 日本 人見勝人 定義3：1969 J.Peklenik 定義4：1989年 英國Parnaby定義5 ： 1990年國際生產(chǎn)工程學(xué)會定義6：1992年 G.Chryssolouris163制造系統(tǒng)1.綜合后定義如下：按一定制造模式將制造過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

8、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具有特定功能的有機整體，稱之為制造系統(tǒng)。能的有機整體，稱之為制造系統(tǒng)。由上述定義可知，機械加工系統(tǒng)就是一種典型的制造系統(tǒng)。一個正在制造產(chǎn)品的機床、生產(chǎn)線、車間乃至整個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)、計算機集成制造系統(tǒng)均是典型的制造系統(tǒng)；另外，一個新產(chǎn)品的開發(fā)、一個技術(shù)改造項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)。 17根據(jù)所研究問題的側(cè)重點不同，制造系統(tǒng)還可以有以下三種特定的定義：（1）制造系統(tǒng)

9、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18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) 如機床、汽車、家電產(chǎn)品制造系統(tǒng)。 本課程僅涉及離散型制造系統(tǒng)。19制造系統(tǒng)的特征制造系統(tǒng)總是一個動態(tài)系統(tǒng)；制造系統(tǒng)在運行過程中無時無刻不伴隨著物料流、信息流和能量流的運動；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。2020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。2121圖1-2 制造系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)經(jīng)營管理信

10、息流生產(chǎn)管理信息流技術(shù)信息流物質(zhì)流用戶、市 場 與 外 部 環(huán) 境經(jīng)營管理市場與銷售研究與開發(fā)資源管理財務(wù)生產(chǎn)管理工程設(shè)計采購車間制造（加工、裝配、檢驗、輸送、存儲 ）質(zhì)量控制2222主要從技術(shù)角度出發(fā)，如何使轉(zhuǎn)變過程更有效進行。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)者原材料庫存零件加工零件庫存裝配成品庫存最終用戶2323需求訂貨信息生產(chǎn)計劃信息進度計劃信息作業(yè)計劃信息生產(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)計信息綜合生產(chǎn)計劃生產(chǎn)進度計劃作業(yè)計劃生產(chǎn)實施生產(chǎn)控制產(chǎn)品設(shè)計工藝過程計劃工藝過程信息計劃階段實施階段控制階段圖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)

11、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)活動達到最佳化。244.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，存在于“制造”一個階段中。25(2)能量流來自制造系統(tǒng)外部一部分用以維持各個環(huán)節(jié)或子系統(tǒng)的運動另一部分通過傳遞、損耗、儲存、釋放、轉(zhuǎn)化等有關(guān)過程，以完成制造過程的有關(guān)功能這種制造系統(tǒng)中的能量運動過程，稱為制造系統(tǒng)的能量流。26（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。27（4）資金流投入資金購買原材料、設(shè)備等及維持制造過程運行，

12、最后通過產(chǎn)品銷售回收，進入下一輪的流動，形成資金流。2828技術(shù)流物質(zhì)流資金流規(guī)劃控制需求信息流實施（車間或現(xiàn)場）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295. 制造系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 市場分析、產(chǎn)品開發(fā)、經(jīng)營管理、 生產(chǎn)控制 制 造 模 式 采購供應(yīng) 存儲輸送 銷售服務(wù) 產(chǎn)品裝配 市場與環(huán)境 信息 物質(zhì) 能量 輸出 輸入 質(zhì)量檢驗 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 304 制造系統(tǒng)的有關(guān)問題（p21）1）.推式制造系統(tǒng)推式方式基本特征:信息流運動的方向與物料流的運動方向相同，其計劃的產(chǎn)量與實際生產(chǎn)的產(chǎn)量不同。 2

13、）.拉式制造系統(tǒng)拉式方式管理與運作的基本特征是信息流的流動方向與物料流的流動方向相反，其生產(chǎn)計劃的產(chǎn)量與實際的產(chǎn)量相同，可以實現(xiàn)零庫存或少庫存 實施拉式生產(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))逆物流流動的方向向前一道工序傳遞。 3）.“kanban” 提供準時合格產(chǎn)品與服務(wù)的本意準時的庫存控制。31324）.豐田生產(chǎn)方式/ Just in Time：適時適量 “只在必要的時候，按必要的量，生產(chǎn)必要的產(chǎn)品”（Just In Time）。這種準時/JIT管理的基本特征是：實現(xiàn)準時生產(chǎn)。執(zhí)行在必要的時間(不遲也不早)、生產(chǎn)必要的品種與數(shù)量(不

14、多也不少)的生產(chǎn)計劃管理產(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))逆物流流動的方向向前一道工序傳遞。連續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)流程，通過多面手員工的培訓(xùn)由生產(chǎn)作業(yè)者完成質(zhì)量檢測，保證即時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，不斷改進流程與作業(yè)，消除生產(chǎn)過程中一切不能附加價值的活動。實現(xiàn)公示管理。按照顧客價值對供應(yīng)商進行管理，以“零庫存”為奮斗目標實現(xiàn)準時供貨，努力降低公司的庫存。實施人與技術(shù)結(jié)合的自治管理，發(fā)揮小組的集體作用。 335 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

15、理論方法、仿真方法、實驗方法等對已有或處于設(shè)計階段的制造系統(tǒng)進行分析，以了解該系統(tǒng)的行為舉止和運行規(guī)律，并獲取該系統(tǒng)的某些性能指標。系統(tǒng)分析的目的往往是為了對系統(tǒng)進行改進、對系統(tǒng)的運行進行優(yōu)化，或作為系統(tǒng)設(shè)計中的一個環(huán)節(jié)（如對待建系統(tǒng)的性能進行評估）。 制造系統(tǒng)分析已有較多方法。其中計算機仿真方法應(yīng)用較多。無論采用那種方法對制造系統(tǒng)進行分析，最關(guān)鍵的問題，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)已知的對系統(tǒng)各方面的要求，通過系統(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，這一過程是從無到有產(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，通過系統(tǒng)

16、校正、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)。 34制造系統(tǒng)綜合的實現(xiàn)過程這一過程可看作為一種變換與處理過程，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)計人員借助于計算機和有關(guān)軟件系統(tǒng)，對輸入信息（對未來新系統(tǒng)的要求）進行變換、處理，最后產(chǎn)生輸出信息（對未來新系統(tǒng)的描述）。 輸出 （未來新系統(tǒng)） 輸入 （系統(tǒng)要求） 制 造 系 統(tǒng) 設(shè) 計 過 程 參考模型 相關(guān)信息 設(shè)計人員、計算機、軟件 交互與學(xué)習(xí) 35制造系統(tǒng)綜合方法：分階段迭代設(shè)計分階段處理 制造系統(tǒng)的設(shè)計需通過從粗到精、由宏觀到微觀、由全局到局部的多階段。是一個從需求出發(fā)，逐步細化，最終滿

17、足要求的過程。迭代求解 由于在每一個實施階段中，所要解決的問題往往仍很復(fù)雜，而且很到問題是非結(jié)構(gòu)化的。因此這些設(shè)計階段中很多具體問題的解決，往往還需通過反復(fù)迭代、逐步獲解。 362-5 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)給定的目標和要求，發(fā)揮人的智慧，利用計算機作為手段，對制造系統(tǒng)的運行過程進行合理控制，達到優(yōu)化生產(chǎn)的一門技術(shù)。 管理：上層，宏觀，分析決策為主，實時性低； 如經(jīng)營管理、計劃控制、靜態(tài)調(diào)度等。 控制：底層，微觀，計算調(diào)節(jié)為主，實時性高； 如動態(tài)調(diào)度、過程控制、設(shè)備控制等。37制造系統(tǒng)管理與控制的涵義從狹義角度看，制造系統(tǒng)管理與控制是通過對制造過程中的

18、物料、人力、設(shè)備等生產(chǎn)資源的合理計劃、調(diào)度與控制，以縮短產(chǎn)品的制造周期，減少在制品，降低庫存，提高生產(chǎn)資源（特別是主要設(shè)備）的利用率，最終達到提高生產(chǎn)率的目的。 從廣義上講，管理控制系統(tǒng)的控制對象是制造系統(tǒng)運行中所涉及的所有過程。它包括從輸入生產(chǎn)要素開始到輸出產(chǎn)品和為用戶服務(wù)的全過程，除涉及生產(chǎn)資源外，還包括對市場（銷售市場、供應(yīng)市場）、財務(wù)（資金來源與支出）和工程設(shè)計（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝路線的設(shè)計與工程設(shè)計改變）等的管理。 38制造系統(tǒng)管理控制的實現(xiàn)過程數(shù) 據(jù) 庫反 饋 信 息市 場銷 售生 產(chǎn)過 程執(zhí)行層控 制戰(zhàn)術(shù)層控 制戰(zhàn)略層控 制指令訂單產(chǎn)品信息流能源流物料流備件39制造系統(tǒng)管理控制的特殊性在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，一