现代制造系统

…
Internet
客户 n
客户 n Agent
制造企系统/企业 LAN / Intranet
内涵：
覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产 品设计、制造、销售、采购、管理等)
通过网络突破地理空间障碍，实现企业内部及企业间资源共享 和制造协同
强调企业间的协作与社会范围内的资源共享，提高企业（群） 产品创新和制造能力，实现产品设计制造的低成本和高效率
针对企业具体情况和应用需求，可以有多种不同功能、不同形 态和应用模式的网络化制造系统
(2) 基本结论：集成化是必然趋势
企业应该采用信息技术（包括计算机、通讯、自动化 技术等）来改善设计过程、管理决策过程和加工制造过 程，并且在网络和数据库的支持下实现信息集成，从而 优化生产，改善TQCS，提高企业的市场应变能力。
（3）CIM/CIMS概念的提出
(Computer Integrated manufacturing)
1974年美国哈林顿博士(Dr. Joseph Harrington)在其 所著“计算机集成制造”一书中首次提出CIMS概念。
两个重要观点：
① 整个生产过程（从市场、设计、制造、管理、售前售后服务 等）是一个整体，需要统一考虑;
② 整个生产过程是信息的采集、传送和加工处理的过程，产品 尺寸不过是物化的数据.
✓ 适合多品种(4～100种)、中小批量 (50～2000件)生产的自动 化加工
✓ 能在同一时间内加工多种零件，用户可根据需要安排各种 零件批量之间的混合比
✓ 能在系统中个别机床发生故障的情况下继续保持生产 ✓ 具有无人照管自动运行的能力，减少直接工时费用 ✓ 设备利用率高，系统运行高效(2～３倍) ✓ 机床数量减少，节省设备投资(减少２／３) ✓ 在制品压缩(80%)、缩短生产准备时间 ✓ FMS占地面积减少(40%)，加工成本降低(60%)
经营
技术 人/机构
CIMS轮图
第1层：驱动轮子的 轴心—— 顾客
第2层：企业பைடு நூலகம்织中 的人员和群体工作方 法
第3层：信息（知识） 共享系统
第4层：企业的活动 层（三大部门和15个 功能区）
第5层：企业管理层， 它的功能是合理配置 资源，承担企业经营 的责任
第6层:企业的外部环 境
员工
织（动态联盟） 生产技术
集成人、组织、技术的方法论
“精益生产”理念
精益生产是一种以实现高质量和低消耗为目的，以“简化”为基本手段，以 “人”为中心，以“尽善尽美”为追求目标的先进制造理念与制造模式。
最近的商业周刊调查结果:90%的制造企业CEO表示：精益生产是企业达到世 界级工厂的关键之路。
产品柔性（Product Flexibility）/反应柔性 批量柔性（Volume Flexibility） 扩展柔性（Expansion Flexibility） 生产柔性（Production Flexibility）
（2）柔性制造系统(FMS)
典型FMS布置图
（3）FMS的定义与特点
FMS是由若干CNC设备、物料运储装置和计算机控制系 统组成，能同时地、自动地进行多种零件混流加工的自 动化制造系统。
➢ Q——提高质量(Quality) ➢ C——降低成本(Cost) ➢ S——完善售前/售后服务(Server)
以汽车为例： ➢ 1970年：产品生命周期12年 ➢ 1980年：4年 ➢ 1990年：18个月 ➢ 现在：？
应对：现代制造系统的发展
制 敏捷化 制
造
造
理 精益化 技
念
术
上 绿色化 上
“绿色制造”理念
绿色制造是一种综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造理念，其目标是使得产品 从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响 小、资源利用率高，使企业经济效益和社会效益协调优化。
目前，宝马汽车的可回收件已经 达到整车的85%
如宝马7系中包含了24公斤的可 再生利用材料，其中13公斤以上 是天然纤维材料。
CIMS:基于CIM哲理构建的系统
CIMS的组成
经营管理分系统
工程 设计 计算机网络和 分系 数据库系统 统
制造 自动 化分 系统
质量保证分系统
（4）CIM/CIMS内涵的扩展
(Contemporary Integrated manufacturing)
Computer Contemporary：它已在广度与深度上大大拓 展了原CIM/CIMS的内涵。（广义性、开放性、持久性）
扩展了CIMS的应用范围：包括离散、流程、混合型制造业。 现代集成制造系统是一种基于现代集成制造理念构成的数字化、
信息化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统；它是信息时 代的一种新型生产制造模式与系统。
CIMS的三要素： 经营、技术、人/机构
CIMS不仅仅把技术系统和经营管理系统集成在 一起，而且把人（人的思想、理念及智能）也集成 在一起，使整个企业的工作流程、物流和信息流都 保持通畅和相互有机联系，所以，CIMS是人、经营 和技术三者集成的产物。
区域内制造企业
其他关联企业
Internet、Extranet
制造信息 系统
网络化销 售系统
区域性网 络化设备 资源优化
系统
区域性网 络化敏捷 供应系统
社会支持 环境
区域制造资源数据库
专业技术、专家知识库
……
基于ASP的区域网络化制造系统结构
分 布 式 网 络 化 制 造
总 体 结 构
客户 1
客户 1 Agent
一种网络化制造系统的功能结构
企业外部网络化制造系统
虚拟研究所及 网络化协同产 品开发系统
网络化敏捷 供应链管理
系统
产品虚拟仓库 及网络化销售
和定制系统
网络化设备资
源共享及制造 …
协作系统
产品设计开 发分系统 （PDS）
企业内部网络化制造系统
管理信息 分系统 (MIS)
质量保证 分系统 (QAS)
制造自动 化分系统
➢ 1967年，FMS(英国) ➢ 1970s，CAD/CAM
(4)20世纪90年代至今：现代集成制造
计算机集成制造(CIM) 大规模客户化定制
(MC) 个性化产品
10000×1=1×10000！
➢ 1973，美国哈林顿博士提出 CIMS概念，10年后被重视
➢ 1980s，3D-CAD,PDM
1760－1910
1913－1950
1960－1990
1995－
普通机床
刚性自动线 DNC/FMS
柔性自动线
(1)18世纪中叶～20世纪初：手工作坊式单件制作
普通机床 单件制作 小作坊式生产
如：巴黎P&L汽车制造公司(1886年) ➢单件制造方式，年产量800台 ➢没有一台车完全一样，无互换性可 言 ➢手工选配组装，效率极低 ➢产品价格、维护费用高
(2)20世纪初～20世纪中叶：大批量流水式生 产
刚性生产线 大批量生产 标准化产品
➢ 1903年，亨利·福特创建Ford汽车公司 ➢ 1908年，生产出世界上第一辆T型车 ➢ 1913年，开发出了世界上第一条流水线(曾
1天生产9109辆T型车，平均不到10秒/辆) ➢ 1927年，福特T型车停产，至此福特已售出
1500万辆汽车，占世界总量一半
(3)20世纪60年代～80年代：自动化柔性制造
柔性生产线 （NC,CNC,DNC,FMS）
多品种、少批量柔性化 生产
➢ 1946.2.14，世界第一台电 子计算机（美国宾州大学）
➢ 1952年，世界上第一台NC 机床（美国MIT）
➢ 1966年，计算机群控(DNC, 美国)
SME,1993
2.制造设备（手段）： 柔性化
1.制造环节：集成化 2.制造设备：柔性化 3.制造方式：网络化 4.制造方法：数字化 5.制造过程：智能化
（1）柔性的涵义 ——对产品及过程的适应性
设备柔性（Machine Flexibility） 过程柔性（Process Flexibility） 工序柔性（Operation Flexibility） 工艺柔性（Routing Flexibility）/加工柔性
1.制造环节：集成化 2.制造设备：柔性化 3.制造方式：网络化 4.制造方法：数字化 5.制造过程：智能化
“敏捷制造”理念
敏捷制造是制造系统为了实现快 速反应和灵活多变的目标，以信 息技术为基础，以动态联盟为组 织形式而采取的一种新的制造理 念和制造模式。
敏捷制造
敏
敏
敏
捷
捷
捷
性
性
性
员
管
技
工
理
术
高素质的 动态灵活的虚拟组 先进的柔性
网络化制造系统是企业在网络化制造模式的指导思想、 相关理论和方法的指导下，在网络化制造平台和软件 工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设计实施 的基于网络的制造系统。
网络化制造的定义与内涵
定义：
网络化制造是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其其它 相关技术, 构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统, 并在 系统的支持下, 突破空间对企业生产经营范围和方式的约束, 开 展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如 产品设计、制造、销售、采购、管理等), 实现企业间的协同和 各种社会资源的共享与集成, 高速度、高质量、低成本地为市 场提供所需的产品和服务。
“现代”的含义是数字化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化， 突出信息技术的关键作用。
“集成”的内容更为广泛，它包括： 信息集成、过程集成及企业间集成等三个阶段的集成优化 企业活动中三要素（人/经营/技术）及三流（物流/信息流 /资金流）的集成优化 CIMS相关技术及各类人员的集成优化等
FMS主要设备与实例
3.制造方式：网络化
1.制造环节：集成化 2.制造设备：柔性化 3.制造方式：网络化 4.制造方法：数字化 5.制造过程：智能化
什么是网络化制造？
网络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑 战，以快速相应市场需求和提高企业（或企业群体） 竞争力为主要目标的一种先进制造模式。
1.制造环节：集成化
1.制造环节：集成化 2.制造设备：柔性化 3.制造方式：网络化 4.制造方法：数字化 5.制造过程：智能化
（1）自动化孤岛，阻碍了企业完善
TQCS
原因： 不同平台 不同标准 不同软件 不同数据库
……
导致不能“五个正确”： 在正确的时间， 将正确的信息， 以正确的方式， 传输给正确的人或机器， 以做出正确的决定
➢ 1990s，ERP,CE,AM,…
➢ 1995，大规模客户化定制 (MC)
二、现代制造系统的发展
背景：20世纪末制造业发生重大变化
• 市场全球化，竞争空前加剧 • 要求制造TQCS，是一个无止境的过程，要求管理
变革和技术进步 • 微电子为基础的信息技术（IT）高速发展
➢ T——加快新产品开发和上市时间 (Time)
•系统观 •信息观
CIM/CIMS的定义
CIM：是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，它 借助计算机软硬件技术，综合运用现代化管理技术、 制造技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产 全过程中有关人、技术、经营管理三要素及信息流与 物流有机地集成并优化运作，以实现产品高质、低耗、 上市快，从而使企业赢得市场竞争。
先进制造工程学
现代制造系统概论
Contemporary Manufacturing Systems
内容提要
1. 制造系统发展简史 2. 现代制造系统的发展 3. 现代制造系统实例 4. 现代制造系统一种实现模式
一、制造系统发展简史
（1）18世纪中叶～20世纪初：手工作坊式单件制作 （2）20世纪初～20世纪中叶：大批量流水式刚性生产 （3）20世纪60年代～80年代：自动化柔性制造 （4）20世纪90年代～至今：现代集成制造
(MAS)
办公自动
化分系统 …
(MAS)
计算机安全管理与 控制分系统(ISMC)
数据库管理支撑分系 统(DBS)
企业标准化分 系统
计算机网络环境支撑分系统(NES) (Internet/Intranet/Extranet/区域宽带网)
企业基础设施系统
区域网络化制造系统体系结构
区域网络化制造系统 ：在一定的地域（如省、市、地、县）范围内，采用官产学研的 组织模式，在计算机网络（包括因特网和区域局域网）和数据库的支撑下，动态集成 区域内的企业、高校、研究院所及其制造资源和科技资源，进而形成一个开放性的区 域集成制造系统。