先进制造技术-先进制造系统的基本原理

图
的 功 能 结 构
2-4 AMS
2.3 AMS的过程组成
对于各种不同层次的制造系统，人们从不同的角 度出发，提出了不同的运动流理论。 流即流动，是混沌学描述过程动态性的一种概
念和方法，常用于描述过程运动的变化，替代
状态这一概念。
不同层次的制造系统，其运行过程所形成的运动
流不同，所构成的子系统功能也不同。
5. 机制
AMS实现资源转换的内部运行条件与运行原理。包括：
生产设施、设计系统、试验系统、信息网络基础设施、
计算机软件、生产模式、规章制度、经营目标与策略、
知识管理系统和企业文化建设等。
2.1 AMS的基本要素
6. 反馈 AMS在整个运行过程中，其输出状态（如制造资 源利用状况、产品质量反馈和顾客反馈）的信息
• 产品变化很小，客户需求可准确预测。
• 适用于大量生产，其生产计划的制定和执行比较容易。
1.1 按生产计划类型分
2. 订单式制造系统 • 生产计划的下达是根据客户订单进行的。 • 其生产计划的制定和执行就相对困难一些，可选择的 制造策略有以下几种： 按订单设计。适合于具有很大的技术复杂性及小批量 的产品，如具有复杂部件的大型产品，或客户允许有 较长的交货期，产品需要根据订货组织设计，再进行 生产，典型产品是电厂锅炉。
• 车间报告：按时将车间的生产、资源和质量的情况上报工厂有关部门。
1.2 按层次结构分
3. 企业级制造系统 即工厂级制造系统。制造范围从车间扩大到全厂，可达 到在全厂范围内生产管理过程、机械加工过程和物料储 运过程全盘自动化，并由计算机局域网络进行联系。 • 分布式多级计算机系统包括制定计划和日生产进度计 划的生产管理级主计算机。
1.2 按层次结构分
二．按层次结构分
1.2 按层次结构分
1. 单元级制造系统 是组成更高效制造系统的基础。 主要任务是实现给定生产任务的优化分批，实施 制造资源的合理分配和利用，控制资源的活动， 高效益地完成给定的全部生产任务。
★产品的物理转换都是由单元级制造系统来实现。
1.2 按层次结构分
传统的单元制造系统，因设备资源固定而使组织模式存在以下问 题：
视整个机械加工过程，以保证机械加工的效率和产品质量。
2.3 AMS的过程组成
子系统
单元级制造系统
物质系统 加工 物料 检验
能量系统 自动转换 分配输送
信息系统
控制
监视
存储
输送
装卸
图2-7 单元级制造系统的子系统
2.3 AMS的过程组成
二．企业级制造系统 1. 四运动流
① 物料流 是制造系统内部的物料流，通常是指原材料、工件、
按产品构成形态分：
第1节 制造系统的类型
按产品批量分：
第1节 制造系统的类型
一．按生产计划类型分 二．按层次结构分
1.1 按生产计划类型分
一．按生产计划类型分 1. 自主式制造系统 • 生产计划依据库存数量而并非客户订货数量而制定的。
• 制造的产品一般先进入仓库而不直接面对客户。
• 客户要求的交货期很短；
大型固定系统是指虽然系统在整个时间域上总体完成的 功能要求数多于10个，但其功能要求是固定的集合。例 如，大量生产流水线中的大型自动化流水线。 大型柔性系统是在生命期内系统必须满足的总体功能数 不仅多于10个，且在不同的生命期，功能要求是可变的 集合。例如，可重构的大型制造系统。
第2节 先进制造系统的组成
2.3 AMS的过程组成
一．单元级制造系统
信息系统（加工任务、方法、工件质量等） 刀具、夹具等 原材料或坯料 输送
装夹
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ加工
检验
产品
电能 物料流
在整个加工过程中 物料的输入和输出 的动态过程
机械能 信息流
信息在机械加 工系统中的作 用过程
能量流
机械加工过程中的能量运动。
图2-6 单元级制造系统三运动流
1.2 按层次结构分
三．制造系统的大小 MIT：按系统功能实现的难易程度来区别制造系统 的大与小。
• 小系统是在全部时间上，必须同时满足有限而固定
的功能要求集合的系统。例如，大多数机床、机器
人等系统是小系统，因为设计时仅要求其在整个运
行时间域上有少于或等于10个分功能。
1.2 按层次结构分
• 大系统是在全部时间上，必须同时满足的功能要求 超过10个的系统。例如，汽车制造系统是大系统。
与动态过程分析的统一。
第2节 先进制造系统的组成
一．AMS的基本要素 二．AMS的结构组成 三．AMS的过程组成
2.1 AMS的基本要素
社会环境与市场环境 约束 （外部） 政策 法规 标准 规范 ……
实现转换功能 的前提条件 原 有 资 源 输入 劳务 资金 物料 信息 ……
AMS存在的 前提条件 产品 服务 创造客户 社会责任 输出 新 的 资 源
2.2 AMS的结构组成
三．功能结构 • 功能结构是对发生在AMS中由人或机器执行的各种行动 的描述。 • 一个AMS中存在多种性质不同的活动。 • 这些活动的执行一般是由不同的职能部门来完成的。
• 各个部门的功能有着明显的区别。
★如设计部门负责产品设计，工艺部门负责过程设计。
2.2 AMS的结构组成
总是不断反馈到制造过程的各个环节中，从而实
现产品全生命周期中的不断调节、改进和优化。
2.2 AMS的结构组成-资源、组织、功
能 一．资源结构 制造资源是为完成特定的制造任务而需要的要素体系。 该体系的要素可分为两大类：基础资源和活性资源。
1. 基础资源 又称有形资源。
其他(土 地、厂房 、工具)
物料（原材料、坯料、半成品等）
转 换 （资源增值） AMS的总功能
硬件 软件 体制 模式 …… 机制 （内部）
反馈
内部运行条件 与运行原理
图2-2 企业级制造系统的基本模型
2.1 AMS的基本要素
1. 输入 是实现转换功能的前提条件。 输入资源包括： • 物质（包含材料、设备、能源、资金等） • 信息（包含智力、技术和市场需求等）。
1.1 按生产计划类型分
按订单加工。适合于在订货之前已完成设计，按订货 进行加工的产品。采用这种策略的产品的需求通常不 可预测，典型产品是火力发电机组。 按订货装配。这种制造策略适合于在订货之前已完成 设计及零部件加工，按订货进行装配的产品。采用这 种策略的产品通常有许多部件，产品的需求是可预测 的，而客户需要较短的交货期，典型产品是汽车。
二．组织结构 • 组织结构反映责任人和工作的联系，反映制造系统多 层次性。 • AMS运行管理中的四个基本方面： 流程--人--技术--资金
• 对应项目管理、人力资源管理、技术资源管理和财务
管理四个制造功能。
2.2 AMS的结构组成
图2-5 一个AMS的组织结构
总经理 市场部 销售部 采购部 开发部 制造部2 安排生产计 划，控制生 产过程，工 作包括库存 控制、生产 能力计划、 生产计划、 生产控制和 质量保证等 工业工程部 …… 财务部 人力资源部
AMS的组成，可从以下三个不同的视角来审视： 要素：是系统实现功能的不可少的组成部分。
结构：指制造系统在空间上具有一定的结构形态。一般在综合
的基础上对结构系统进行分析。 过程：指其产品的生产从设计、工艺、加工、装配到检测出厂 是一个随时间变化的序列系统。 首先应明确组成系统的基本要素，然后在对结构各部分分析的基 础上对过程系统进行综合。 AMS是结构系统与过程系统的统一，AMS理论应实现静态结构分析
制造部1 工作包括 产品市场 分析、销 售预测、 广告和客 户关系等 工作重点 工作包 是产品销 括原材 售，包括 料、外 购件和 合同管理， 售后服务 设备的 和产品定 采购 价
制造部n
工作重点是 新产品的研 究与开发， 包括小批量 的试制，产 品文档的产 生，有时也 包括新生产 车间的设计
工作重点 管理企业 工作重点是产生 是企业资 中的人员， 一个物理输出 金管理， 工作包括 (零件)。工作包 包括预算 招聘与解 括完成各种制造 审查、投 雇、工资 工序、设备维护 资评估和 与福利、 等。通常一个企 成本核算 工会关系 业内有多个制造 等 部(完成不同的 工艺)。
工（夹）具、水、电、燃料等物质的流动。 ★企业级的物料流包含了单元级的物料流和能量流。
2.3 AMS的过程组成
三运动流对应三个子系统： 1. 物质系统 分为加工系统、物料系统和检验系统。
① 加工系统 是指机床、刀具、夹具、工件所组成的直接改变工件的形 状、尺寸、性质等生产过程； ② ③ 物料系统 组成加工系统，完成存储、输送、装卸； 检验系统 检测加工质量。
2. 能量系统 提供整个制造系统所需能量，并进行能量的自动转 换和分配输送。 3. 信息系统 由所有信息及其交换和处理的过程构成。控制和监
1.2 按层次结构分
现代单元制造系统的特点：空间开放性 • 在功能结构上具有柔性：对不同的生产任务能 够灵活地分割及组合，提供不同的服务，并能
方便地修改或增加开发的新功能。
• 在应用与实施过程中具有适应性：能适应各种
生产环境，在异构计算机环境中能够方便地从
一种操作系统转换到另一种。
1.2 按层次结构分
个社会承担责任。
2.1 AMS的基本要素
3. 转换 实现资源增值转换是AMS的总功能。 • 衡量转换优劣的指标是：时间短、质量优、成 本低、服务好和环境清洁。 • AMS必须在管理体制、运行机制、产品结构、技 术结构和组织结构等方面进行不断创新。
2.1 AMS的基本要素
4. 约束 指AMS的外部约束，如国家的方针政策、法律法规、规 范标准、资源、时间、成本、质量、环境保护和社区要 求等方面的要求。
• 设备负荷的不平衡使得某些资源的利用率下降，造成生产成本
的上升；
• 设备负荷的不平衡又使得某些资源特别紧张，造成生产率下降；
• 由于设备资源是固定的，不能适应因为生产任务的变化而需要
的最优工艺路线组合，从而造成工件跨单元的加工，导致辅助
资源（例如：自动导向车、托盘、夹具等）的紧张，使得生产 能力下降，交货期拖延。
1.2 按层次结构分
4. 全球级制造系统 世界经济的全球化，使得产品全生命周期的各个环节， 都可以分别由处在不同地域的企业，通过某种契约进行 互利合作。 • 思想是利用异地的资源来制造市场所需产品。这种资 源和信息的共享将通过全球互联网络进行。 • 特点是制造工厂和销售服务遍布全世界。
1.2 按层次结构分
特点：可重构单元
• 单元是由若干个具有相对独立功能的工作站组成的。 • 单元控制器所控制的工作站数目，是随着生产任务 的不同而动态变化的。 • 是一种逻辑上可重构的单元，工作站的物理位置是 固定的，单元重构时是通过计算机网络实现对工作 站的分布式控制的。因此也称为逻辑单元或虚拟单 元。
1.2 按层次结构分
机械设计制造及其自动化专业主干课程
先进制造技术
第2章 先进制造系统的基本原理
• 制造系统的类型 • AMS的组成 • AMS的性能原理 • AMS的建模原理 • AMS的决策属性 • AMS的设计原理 • AMS的运行原理 • 制造系统的信息化
第1节 制造系统的类型
按产品的用途分：
第1节 制造系统的类型
能源（电 能、燃料 等） 设备（机器、生产线等）
2.2 AMS的结构组成
2. 活性资源 又称无形资源。
人力、资金、技术、信息、管理、知识、组织、文化、 时间、企业形象、产品品牌、客户关系、政府政策等。
※其中
人力
是 是
关键资源 协调性资源
信息和文化
组织
是
集成化资源
环境资源
客户关系和政府政策 是
2.2 AMS的结构组成
2.1 AMS的基本要素
2. 输出 是AMS存在的前提条件。包含以下四种类型：
• 产品。包括硬件产品、软件产品和无形产品（如决策咨询、战
略规划）等。 • 服务。是指从一般的售前售后服务到高级的技术输出、人员培 训、咨询服务等。 • 创造客户。拥有客户是企业生存的基础。如何留住老客户、创 造新客户，是AMS的一项基本任务，也是它的重要业绩。 • 社会责任。AMS的发展受所在社区环境的支撑，必须对社区和整
2. 车间级制造系统 • 直接完成物料处理的活动，包括运输、储存、加工以及测试检 验等。 • 进行车间生产的管理、调度和控制活动。
• 生产管理：接受厂级下达的生产任务，制定本车间的生产作业计划，并 监督计划执行情况。 • 资源管理：对车间的人事、设备和物料进行管理，进行设备维护和检修、 财务管理和成本统计分析等。 • 质量管理：对车间内的产品质量负责，使之满足质量要求。