第四篇 先进制造模式

制造自动化系统
数据库系统 计算机网络系统
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图6-3 CIMS功能子系统构成图
第六章 先进制造模式
管理信息系统
管理信息系统是 CIMS 的神经中枢，指挥与控制着其它各个部 分有条不紊的工作。管理信息系统通常是以制造资源规划为核心， 包括预测、经营决策、各个生产计划、生产技术准备、销售、供 应、财务、成本、设备、工具、人力资源等各项管理功能。 工程设计自动化系统 工程设计自动化系统是实施制造企业集成系统的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ键。工程 设计自动化实质是指在产品开发过程中运用计算机技术，使产品 开发活动更高效、更优质、更自动的进行。
两个基本点：一是要求设计和制造过程的多项计划同时并行 交叉进行；二是在设计阶段很早就考虑到这一项产品的所有要素 。
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第六章 先进制造模式
6.3.3 并行工程的体系结构
并行工程通常由过程管理、工程设计、质量管理、生产制造 、支持环境等五个分系统组成。
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图6-5 并行工程的体系结构
第六章 先进制造模式
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第六章 先进制造模式
制造自动化系统
制造自动化系统通常由计算机数控机床、加工中心、柔性制 造系统等部分组成，是在计算机的控制和调度下，按照数控代码 将一个个毛坯加工成合格的零件并装配成部件乃至产品，完成设 计和管理部门下达的任务，并将制造现场的各种信息实时的反馈 到相应部门，以便及时进行调度和控制。
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第六章 先进制造模式
6.3.5 并行工程实施的关键技术
并行工程的显著特点在于重视客户的要求，从全局优化的角 度出发，对产品整个开发过程进行集成管理与控制。实施并行工 程的主要关键技术如下：
• • • • • 过程管理与集成 集成产品开发团队 协同工作环境 数字化产品建模与CAX/DFX使能工具 全面质量管理技术方法和工具
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第六章 先进制造模式
6.4.2 精益生产的内涵与特征
精益生产的基本概念
精益生产（LP）是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场 供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化， 并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括 市场供销在内的生产的各方面最好的结果。 LP 是新时代工业化的标志 —— 只需一半人的努力，一半生产 空间，一半投资，一半设计、工艺编制时间，一半开发新产品时 间和少的多的库存。 LP的精髓在于“Lean”——“没有冗余”“精打细算”，没有一 个多余的人，没有一样多余的东西，没有一点多余的时间；岗位 设置必须是增值的，不增值岗位一律撤除；工人要求是多面手， 可以互相顶替。
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第六章 先进制造模式
CIM 往往和人们经常提到的“三无工厂”（无图纸、无库存、 无人化), “3J”（Just in time，Just in case，Just in supply）等概 念相联系。 无图纸生产实例—波音 777客机
CIMS的实现程度受企业经营环境的制约，与企业的技术水平、 投资能力、经营战略等相联系，决定了 CIMS 是一个多层次、多 模式、动态发展、逐渐向理想状态趋近的系统。 搞CIM是非常复杂的事情，是一项高投入、高风险项目，必须 审慎行事（20世纪80年代只有少数公司获得成功）。
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第六章 先进制造模式
表6-1传统制造模式和先进制造模式的比较
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第六章 先进制造模式
6.1.4 先进制造模式的管理
先进制造模式针对的现实是：未来企业之间的竞争，除了比 谁的资源和技术具有关键性外，另一个决定性因素是组织的创新 优化。制造系统的组织优化包括空间组织优化和时间组织优化。 空间组织优化侧重于制造系统的结构优化，包括逻辑结构和 物理结构优化。时间组织优化主要针对信息与物流结构。 现代企业组织结构的特性主要体现在以下几个方面：
6.3.4 并行工程的特性
并行特性
并行工程是把时间上有先后的作业活动转变为同时考虑和尽 可能同时处理和并行处理的活动。
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第六章 先进制造模式
整体特性 设计、制造、管理等过程不再是一个个相互独立的单元，而要 将它们纳入一个整体的系统来考虑，设计过程不仅出图纸和其它设 计资料，还要进行质量控制、成本核算，也要产生进度计划等。这 种工作方式是对传统管理机构的一种挑战。
先进制造模式的类型 制造模式具有鲜明的时代性。在传统制造技术逐渐向现代高 新技术发展、渗透、交汇和演变，形成先进制造技术的同时，出 现了一系列先进制造模式。
• 柔性生产模式
• 计算机集成制造模式 • 智能制造模式 • 精益生产模式 • 敏捷制造模式 • 虚拟制造模式 • 极端制造模式 • 绿色制造模式
• 灵活性 • 分散性 • 动态性 • 并行性 • 独立性 • 简单性
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第六章 先进制造模式
6.2 计算机集成制造系统
6.2.1 计算机集成制造的内涵
CIM 一词首先由 Dr.J.Harrington 于 1973 年提出，其两个基 本观点：
• 企业生产活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经 营管理到售后服务是一个统一的不可分割的整体。
先进制造技术
第六章 先进制造模式
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第六章 先进制造模式
章节大纲
本章重点、难点 案例引入 先进制造模式的概念 计算机集成制造系统 并行生产 精益生产 敏捷制造 虚拟制造
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第六章 先进制造模式
本章重点、难点
本章重点：并行工程；敏捷制造 本章难点：精益生产的内涵及体系；敏捷制造的关键技术
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第六章 先进制造模式
精益生产的特征 以用户为“上帝” 。产品的适销性、适宜的价格、优良的质 量、快的交货速度、优质的服务是面向用户的基本内容。 以“人”为中心。人是企业一切活动的主体，应以人为中心 ，大力推行独立自主的小组化工作方式。充分发挥一线职工的 积极性和创造性，使他们积极为改进产品的质量献计献策，使 一线工人真正成为“零缺陷”生产的主力军。 以“精简”为手段 Team Work和并行设计 JIT供货方式 “零缺陷”工作目标。精益生产所追求的目标不是“尽可能 好一些”，而是“零缺陷”。即最低的成本、最好的质量、无 废品、零库存与产品的多样性。
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第六章 先进制造模式
协同特性
将产品寿命循环各个方面的专家，形成专门的工作小组， 大家共同工作，随时对设计出的产品和零件从各个方面进行审 查，力求使设计出的产品便于加工、装配、维修、运送，外观 美、成本低、便于使用。集中各方面专家的智慧后设计出产品。 需要指出的是，团队工作方式并不意味着一定要大家成天呆在 一起，这样有时会造成人力的浪费。作方式如图所示。
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第六章 先进制造模式
无图纸生产实例—波音 777客机
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第六章 先进制造模式
6.4 精益生产
6.4.1 精益生产产生的背景
丰田生产方式发展的环境
• 当美国汽车工业处于发展的顶点时，日本的汽车制造商们是无法与 其在同一生产模式下进行竞争的。丰田汽车公司在参观美国的几大汽 车厂之后还发现，在美国企业管理中，特别是人事管理中，存在着难 以被日本企业接受之处。 • 在当时的环境下，丰田汽车公司在不可能。也不必要走大批量生产 方式的道路的情况下，根据自身的特点，逐步创立了一种独特的多品 种、小批量、高质量和低消耗的生产方式。
无法加工 装配困难
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图6-4 串行开发产品的弊端
第六章 先进制造模式
6.3.2 并行工程的内涵
并行工程又称同步工程或周期工程，是针对传统的产品串行 生产模式而提出一个概念，一种哲理和方法。并行工程是对产品 及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计 的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使产品开发人员从 设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的 所有因素。包括质量、成本、进度与用户需求。
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第六章 先进制造模式
精益生产效率的体现 • 1973 年的石油危机，给日本的汽车工业带来了前所未有的机 遇，大批量生产所具有的弱点日趋明显，与此同时，丰田公司 的业绩开始上升，质量、产量和效益都跃上一个新台阶，在 1980年一举超过美国，成为世界汽车之王。与其他汽车制造企 业的距离越来越大，精益生产方式开始真正为世人所瞩目。 • 与大批量生产相比，精益生产的一切都是“精简”的：只需 要一半的劳动强度、一半的制造空间、一半的工具投资、一半 的产品开发时间、库存的大量减少、废品大量的减少和品种大 量的增加。两者的最大区别在于：大量生产强调“足够”好的 质量，因此总是存在着缺陷；而精益生产则追求完美性（不断 降低价格、零缺陷、零库存和无限多的品种）。
• 整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处理的过程，最 终产品可视为数据的物化表现。
CIM概念提出后，未被立即接受，因条件不成熟。直至20世 纪80年代初，各项单元技术（CAD、CNC、CAPP、MIS、FMC 、FMS …）得到充分发展，并形成一个个自动化 “孤岛”。在 这种形势下，为取得更大的经济效果，需要将这些“孤岛”集 成起来，CIM概念受到重视并被实施。
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第六章 先进制造模式
6.3.6 并行工程应用实例
美国波音飞机制造公司投资 40多亿美元，在研制波音777型 喷气客机过程中，运用CIMS和CE技术，一方面在企业南北地理 分布 50千米的区域内，由 200多个研制小组自形成了群组协同工 作，另一方面也与其它国家的企业开展合作，采用庞大的计算机 网络来支持并行设计和网络制造。在美国进行概念设计，在日本 进行部件设计，而零件设计则在新家波完成。在网络上建立了 24h 工作的协同设计队伍，大大加快了产品设计进度。建立了电 子样机，除起落架舱外，成为世界上第一家无原型样机而一次成 功飞上蓝天的喷气客机，也是世界航空发展史上最高水平的“无 图纸”研制的飞机。从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了 3年零2个月就试制成功。与波音 767飞机的研制周期相比，缩短 了13个月。
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第六章 先进制造模式
案例引入
20世纪初美国福特公司创立第一条汽车生产流水线，大批 量生产方式一直是现代工业的主要特征。20世纪50年代，日本 丰田汽车公司在分析美日两国国情、文化背景和差异的基础上， 对美国等西方国家的制造现状进行了认真分析和对比研究，根 据日本国情，综合多年的经验，创造了一套与众不同的生产模 式－丰田生产模式。经过30年的努力，在1980年，日本汽车以 1100万辆的年产量全面超过美国，成为世界汽车制造的第一大 国。
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第六章 先进制造模式
6.1.3 先进制造模式的战略目标
• 以获取生产有效性为首要目标。AMM的共同目标是：快速响应 不可预测的市场变化，以满足企业的生产有效性。 • 以制造资源快速有效集成为基本原则。AMM的共同方法是：在 更大的空间范围与更深的层次上快速有效地集成资源，通过增强 制造系统的一致性和灵活性来提高企业的应变能力。 AMM的经 济性在于制造资源快速有效地集成。 • 以人 — 组织一技术相互结合为实施途径 。如何建立 AMM ？ AMM 的共同思想是：以人为中心，以人一组织一技术相互结合 为实施途径，以保证生产的有效性。人、组织和技术是制造的三 大必备资源。人是制造活动的主体：组织反映制造活动中人与人 的相互关系；技术则是实现制造的基本手段。
计算机辅助质量控制系统
数据库系统
计算机网络系统
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第六章 先进制造模式
6.3 并行工程
6.3.1 并行工程产生的背景
上个世纪 80 年代中期以来，迅速开发出新产品，使其尽早进入 市场成为赢得竞争胜利的关键。要解决这一问题，必须改变长期以 来传统的产品开发模式。
市场需求 产品设计 工艺规划 加工装配
• 手工与单件生产模式 • 大批量生产模式 • 柔性自动化生产模式 • 高效、敏捷与集成经营生产模式
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第六章 先进制造模式
6.1.2 先进制造模式的内涵与类型
先进制造模式的内涵 广义上讲，先进制造模式是指作用于制造系统的具有相似特 点的一类先进方式、方法的总称。
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6-1 制造模式的发展过程
第六章 先进制造模式
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第六章 先进制造模式
6.1先进制造模式的概念
6.1.1 先进制造模式的概念与演化
制造模式的含义 先进制造模式（Advanced Manufacturing Mode, AMM）是指企 业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的模式。 制造模式的演化 回顾历史，人类制造模式的发展大致经历了四个主要阶段：
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第六章 先进制造模式
制造资源 资源
共享知识
顾客 组织
系统 加工制造
责任
图6-2 CIMS组成轮廓图
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第六章 先进制造模式
6.2.2 计算机集成制造系统的基本组成
从系统功能考虑，CIMS通常由四个功能分系统和两个支撑 分系统组成，如图6-3所示。每个分系统都有其特有的结构、功 能和目标。
工 程 设 计 自 动 化 系 统 管 理 信 息 系 统 计 算 机 辅 助 质 量 控 制 系 统