第三章4先进制造的理念和模式 敏捷制造与网络化制造ppt课件.ppt

1,先进制造技术第三章先进制造的理论和模式 之：敏捷制造 网络化制造,青岛科技大学机电学院,2,柔性制造系统；并行工程；计算机集成制造系统；虚拟制造,回顾,本节课重点,敏捷制造Agile Manufacturing；网络制造从两个案例，学习网络制造,3,敏捷制造,4,一、敏捷制造的概念和特征,敏捷制造的英文名为Agile Manufacturing,简称AM。“敏”字的甲骨文字形象用手整理头发的样子，本义为动作快。敏捷的英文解释为quick,angil,nimble,fleet, prompt等，即反应迅速快捷的含义。 1、概念的提出：20世纪80年代，美国产品在世界市场份额急剧下降，使美国意识到：制造业是一个国家国民经济的支柱，对国家在国际市场的竞争力有极大影响。为保持美国制造业领导地位，1988年有美国通用汽车公司（GM）与美国里海（Lehigh）大学工业工程系共同提出了敏捷制造的概念。1991年美国政府批准了由国防部、工业界、学术界联合撰写的21世纪制造业发展战略报告，在报告中进一步明确了敏捷制造的概念。,5,2、提出的背景信息时代（知识时代）的到来，使知识到技术再到产品的时间越来越短，独占性技术（知识）构成了产品的主要价值，而一项技术的独占期越来越短。只有不断地抓住机遇（指市场及技术的机遇），快速开发新产品，才能获取高额利润，在多变的市场环境中求得生存和发展； 随着人民生活水平的提高，对产品的性能和质量的要求越来越高。如何去适应用户日益不断变化的要求，以致发展他们定制的“个性化”产品，在某种意义上来说，已经是企业产品未来发展的一种方向。由于竞争的激烈，加上新产品设计和开发的软件工具日新月异，各种新的生产工具及装备的发展，使得新产品的开发周期越来越短。加上竞争的加剧，从而使得产品的生命周期越来越短，市场也变得越来越“零碎”； 随着人民生活水平不断地提高，人们对环保意识也日益增强，而政府对环保的要求也日益严厉。如何在新的要求下，设计符合环保要求的产品，成为了企业的新课题； 环太平洋地区的兴起，使得有可能参与竞争的对手日益增多。,6,3、基本思想通过把灵活的动态联盟、先进的柔性制造技术和高素质的人员进行全面集成，从而使得企业能够从容应付快速的和不可预测的市场需求，获得企业的长期经济效益。4、基本含义：在先进柔性生产技术的基础下，通过企业的多功能项目组（团队）与企业外部多功能项目组（团队）组成虚拟企业这个动态多变的动态组织机构，把全球范围内的各种资源，包括人的资源集成在一起，实现技术、管理和人的集成，从而能够在整个产品生命周期内最大限度地满足用户的需求，提高企业的竞争能力，获得企业的长期效益。,7,5、特点 敏捷制造的目标是快速响应市场的变化，抓住瞬息即逝的机遇，在尽可能短的时间内向市场提供高性能、高可靠性、价格适宜的环保产品。为了实现这一目标，实现敏捷制造的企业应具有如下特点：（1）技术研发能力 信息时代互联网使新技术被全球各地的人迅速地吸收、掌握、应用。企业要保持领先地位，就要拥有强大的技术研发实力，研发具有高附加值的高技术含量产品，提高产品利润。这也正是美国企业赖以抗衡日本企业的武器。 日本人提出了精益生产模式，主要是通过优化生产组织结构，去掉一切不增值的生产过程和环节，通过降低成本的方法来提高利润 美国人的敏捷制造模式认为，产品结构逐步向多元化、个体化变化，在未来的新经济模式下，决定产品成本、产品利润和产品竞争能力的主要因素是开发、生产该产品所需的知识的价值而不是材料，设备或劳动力。 美国企业在高精尖武器、高端计算机、网络设备、大型管理软件等产品中得到了相当高的利润，也印证了技术实力对企业利润的有力支持。,8,（2）生产的柔性能力 要想抓住市场机遇，把实验室里新产品的研发模型转化为在成本和价格上具备经济性的商品，必须有相应的生产体系。 过去的生产线是配合大规模生产，生产效率高，但是比较刚性。这种生产线是要求产品部件化、部件标准化、加工工序规范化，然后应用泰勒的管理思想，把工人固定在以一定节奏运转的生产线旁，从事几项简单的、极易熟练的加工工序。 而现在生产潮流由大批量生产转向小批量多品种的方式，因此刚性生产模式也要改成敏捷化生产模式，即通过可重组的、模块化的加工单元，实现快速生产新产品及各种各样的变型产品，从而使生产小批量、高性能产品能达到与大批量生产同样的效益，达到同一产品的价格和生产批量无关。 敏捷制造型企业在改造生产体系时，十分重视现代技术的应用。他们充分地利用各种信息和现代工程技术，能通过并行工程和仿真技术的应用，对全生产过程的仿真模拟来实现“第一个产品就是最优产品”的目标，从而彻底取消原型和样机的试生产过程。,9,（3）个性化生产 敏捷制造型企业按订单组织生产，以合适的价格生产顾客的订制产品或顾客个性化产品。这种方式取代了单一品种的生产模式，满足了顾客多种多样的要求。 敏捷制造生产方式在我们生活中已经随时可见。1小时照片冲印和立等可取的配眼镜服务就是敏捷制造的范例。而且由于先进制造技术和优化思想的应用，这些产品和服务的价格与原来相比，并没有大幅度的增长。,10,（4）企业间的动态合作 敏捷制造要求企业对内部的生产工艺、流程、机构能迅速进行重组，以对市场机遇做出敏捷反应，生产出用户所需要的产品。当企业发现单独不能做出敏捷反应时，就要进行企业间的合作。 敏捷制造型企业不强调全能，而强调企业间的动态合作；不要求企业“大而全”，而要求企业能“精而深”，拥有某个方面的核心竞争力。 敏捷制造企业较并行工程阶段的制造企业更强调企业结盟，企业利用以网络为基础的集成技术，包括异地组建动态联合公司、异地设计、异地制造等有关的集成技术，在信息高速公路中建立工厂子网，乃至全球企业网，通过互联网和其他企业进行合作，组织产品的设计、生产、组装、调试等活动，实现跨企业的动态联盟，对机遇做出快速响应。,11,（5）激发员工的创造精神 敏捷制造型企业建立一种能充分调动员工积极性、保持员工创造性的环境，以巩固和提升企业持续的创新能力。 在步入知识经济和信息经济的今天，员工面临着技术进步带来的巨大压力，有的公司预测它们将以每年20的速率淘汰它们的员工，因为这些员工掌握的技能过时了又没有及时更新。 以美国为代表的发达国家制造业开始提升本国员工的创造性，而不单单是培养他们的职业技能，以便保持企业的领先地位。 有远见的领导者将具有创新能力的员工看成是企业的主要财富，而把对员工的培养和再教育作为企业长期投资行为。(麦肯锡),12,（6）新型的用户关系 敏捷制造型企业强调与用户建立一种崭新的“战略依存关系”，强调用户参与制造的全过程。制造商将发现，最好的产品不是他们为客户设计的，而是他们和客户一起设计的。要想满足客户的越来越高的要求和期望，最好的方法是把客户吸收到产品设计和制造的流程中来。 许多企业提供电子商务平台，根据用户在网络上提交的定单进行生产；还利用网络收集用户的意见和建议，加强产品客户化的程度。 海尔公司的“左开门冰箱”即是一个很好的例子。当时，哈尔滨的一位用户因为家里的空间限制，希望冰箱能够是左开门，而不是标准冰箱的右开门。于是，他在海尔公司的电子商务网站上定制了左开门冰箱。由于海尔公司的冰箱生产部件是模块化，可以根据不同需要进行组装，7天后顾客就收到了产品。,13,二、敏捷制造研究内容和现状,1、策略 为适应快速变化的市场和顾客化的产品需求，制造业的新策略不断涌现。敏捷制造本身就是一种策略，且可以囊括许多成熟的、正显示生命力的制造业策略，典型代表有：（1）虚拟企业。虚拟企业是一个临时的企业联盟，是成员企业核心能力的集成虚体。为响应某个特定的市场机遇，拥有不同核心能力的企业联合起来，共享技能和资源。其特点是：成员间的合作以计算机网络和信息技术为支持。（2）供应链管理。供应链是一个产品或服务的全球传送网络，它覆盖从原料到最终用户的全过程。供应链管理的重点在于整个供应链上的经营过程及其优化。（3）并行工程。并行工程要求企业能够快速、准确地开发或二次开发出顾客化的产品。,14,2、技术 信息技术对敏捷制造起着重要的支持作用。数字制造技术，包括机器人系统、自动导引系统、数控技术、CAD/CAM、快速成型都是敏捷制造的重要技术。（1）硬件仪器和工具。制造单元中的高精度设备，如：机器手、传送设备、夹具等；还可以用智能传感器、虚拟现实技术（如虚拟机床、虚拟检测）来代替工业时代许多人的工作。（2）信息技术。代表性的有CAD/CAM、PDM、MRP、ERP等。Internet/Intranet技术又使得这些技术有机地集成起来。,15,3、系统（1）设计系统。敏捷制造的重要前提：新产品的快速设计能力。其特点是重组企业的产品和资源，减少非增值活动。计算机支持的协同工作（CSCW, Computer Supported Cooperative Work）是敏捷设计的信息技术支持。（2）生产技术和控制系统。特点：并行的、渐进式的和客户参与的产品开发过程的建模，虚拟企业生产过程的实时监控，适应市场变化的动态柔性生产过程，自适应性的生产调度方法等。（3）数据管理和系统集成。敏捷企业能够在短时间内迅速重构数据和信息系统，包括与伙伴企业的生产模型和信息系统的集成。依赖于传统的制造系统方法和基于网络的系统集成技术。,16,4、人 作为敏捷制造系统中的人，必须是掌握先进知识的知识型工人（knowledge Worker），如计算机操作员、绘图员、设计工程师、制造工程师、管理工程师等。接受特定领域的继续教育和培训是向知识型工人转变的有效途径。 但当前对敏捷制造系统的研究大多集中在策略、系统和技术方面，对人的因素的研究还很有限。,17,三、敏捷制造的组织形式敏捷虚拟企业,1、产生背景20世纪90年代以来，随着科技进步和社会发展，世界经济发生了重大变化。人们根据自己生产、工作和生活的需要，对产品的品种与规格、花色式样等提出了多样化和个性化的要求，企业面对不断变化的市场，为求得生存与发展必须具有高度的柔性和快速反应能力。为此，现代企业向组织结构简单化、扁平化方向发展，于是就产生了能将知识、技术、资金、原材料、市场和管理等资源联合起来的虚拟企业。 虚拟企业（Virtual Enterprise，简称VE）是敏捷制造在企业组织形式上提出的核心概念。它是企业间在不涉及所有权的前提下，为赢得某一市场机遇而结成的非永久性企业动态联盟。敏捷虚拟企业（Agile Virtual Enterprise）是对市场变化能够快速反应的那类虚拟企业。,18,2、定义虚拟企业是由一些独立公司组成的临时性网络，这些独立的公司包括供应商、客户、甚至竞争对手，他们通过信息技术组成一个整体，共享技术、共担成本并可以进入彼此的市场。虚拟企业没有办公中心，也没有组织章程；没有等级制度，也没有垂直体系。,19,网络制造,20,网络化制造指的是：面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网（INTERNET）为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按资源优势互补的原则，迅速地组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体网络联盟企业，以便快速推出高质量、低成本的新产品。,21,网络化制造的特征,是基于网络技术的先进制造模式，它是在因特网和企业内外网环境下，企业组织和管理其生产经营过程的理论和方法。覆盖了企业生产经营的所有活动和产品生命周期的各个环节，可用来支持展开企业生产经营的所有活动。它以快速响应市场为实施的主要目标之一，通过网络化制造提高企业的市场响应速度，进而提高企业的竞争力。突破了地域限制，通过网络突破地理空间上的差距给企业的生产经营和企业间协同造成的障碍。强调企业间的协作与社会范围内的资源共享，提高企业产品创新能力和制造能力，缩短产品开发周期。,22,网络化制造功能模块组成,1、基于网络的分布式CAD系统。与当前传统的CAD系统协调工作，采用两种方式：采用标准的数据格式如STEP，实现与传统CAD系统的数据共享和交互；二是采用接口函数（API等）。开发新的与传统CAD系统集成的CAD工具。如：将基于特征设计的技术集成到传统的基于几何造型的CAD系统中，可以形成一个更加先进的面向并行工程的CAD系统。基于网络的CAD重构系统。,23,网络化制造功能模块组成,2、基于网络的工艺设计系统网络化环境下的CAPP系统不再是面向固定制造环境的工艺规程设计，它面对的是动态变化的制造资源及加工对象。网络环境下的CAPP系统需要充分考虑变化与柔性的要求对于CAPP系统体系结构和功能模型的影响，应具有的新特点如下：要对动态变化的制造环境具有适应性，即设备库、工艺知识库、工装库、加工参数库等应具有适应动态变化的能力；零件信息获取方法应具有较高的柔性和领域范围的适应性；工艺设计决策逻辑具有广泛适应性。,24,要以网络和数据库理论为基础，以标准化、模块化思想为指导，设计面向不同零件类型和制造环境的工艺设计子系统，驻留在系统服务器，并建立相应的系统结构描述库，工艺设计时，客户端能做到“即插即用”的加载需要的模块。关键技术：Internet技术。STEP技术；基于数据库、知识库的模块化、可重构插件技术。将与工艺决策有关的决策因数转化为数据库、知识库的形式，实现决策程序与支撑数据库、知识库相分离的推理机制。ActiveX控件技术。扩充ASP功能，满足工艺设计过程中的特殊要求。,25,3、开放结构的智能化加工中心。零件设计完成，其相应加工工艺方案也就完成，一个动态的加工代码就送到智能化加工中心。这种智能化加工中心应该是一种具有开放结构控制器的新型CNC机床，用一个新的开放结构的控制器替代机床的CNC控制器，与Internet连接。不使用常用的G、N代码，而是使用C+ 编程，用户可以随时根据需要编译得到新的控制功能。,26,典型案例重庆华陶,重庆华陶瓷业有限公司与重庆大学制造工程研究所开发的“陶瓷产品网络销售和定义系统”,27,3层体系结构；提供网络化销售、客户管理、订单查询及管理、个性化设计、虚拟产品及设计资源管理等。实现随时随地管理订单、了解产品状态、与客户交流。,28,系统运行模式,设计5个部分：制造企业；区域性经销商；全球性代理商；用户；网络化销售和定制技术支持中心。,29,典型案例2,木制玩具协同设计CAD软件系统,30,讨论,31,The End of This Topic,