教学课件第四篇先进制造模式.ppt

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1、先 进 制 造 技 术,2,第六章 先进制造模式,3,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,章节大纲,4,本章重点：并行工程；敏捷制造,本章重点、难点,本章难点：精益生产的内涵及体系；敏捷制造的关键技术,5,20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110

2、0万辆的年产量全面超过美国，成为世界汽车制造的第一大国。,案例引入,6,6.1先进制造模式的概念,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。,6.1.1 先进制造模式的概念与演化,制造模式的含义,回顾历史，人类制造模式的发展大致经历了四个主要阶段：,制造模式的演化,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,7,6.1.2 先进制造模式的内涵与类型,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。,先进制造模式的内涵,6

3、-1 制造模式的发展过程,8,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。,先进制造模式的类型,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,9,6.1.3 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。

4、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。,10,表6-1传统制造模式和先进制造模式的比较,11,6.1.4 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

5、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：,灵活性 分散性 动态性 并行性 独立性 简单性,12,6.2 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：,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。,整个生产过程可以视为一个数据采

6、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。,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。,13,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。,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）。,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

7、模式、动态发展、逐渐向理想状态趋近的系统。,14,图6-2 CIMS组成轮廓图,资源,人力,材料,设备,信息,技术,供应商,责任,规章,道德,环境,社团,雇员,投资者,顾客,人员,小组,组织,共享知识,系统,加工制造,用户服务,材料管理,装配检验,作业计划,资源计划,用户知识,产品/工艺,生命周期变化,全球组织,分销促销,产品定义,系统设计,零部件设计,不断改进,文档发布,零部件制造,制造资源,制造,环境,信息,共享,15,6.2.2 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。,图6-

8、3 CIMS功能子系统构成图,16,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。,管理信息系统,工程设计自动化系统是实施制造企业集成系统的关键。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。,工程设计自动化系统,17,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

9、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。,制造自动化系统,计算机辅助质量控制系统,数据库系统,计算机网络系统,18,6.3 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。,图6-4 串行开发产品的弊端,产品设计,工艺规划,加工装配,市场需求,无法加工装配困难,19,6.3.2 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

10、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。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。,20,6.3.3 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。,图6-5 并行工程的体系结构,21,6.3.4 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。,

11、22,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。,23,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。,24,6.3.5 并行工程实施的关键技术

12、,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,25,6.3.6 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

13、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。,26,无图纸生产实例波音 777客机,27,6.4 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

14、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。,28,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

15、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）。,29,6.4.2 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

16、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。,30,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

17、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。,31,表6-3 精益生产与大量生产的比较,32,6.4.3 精益生产的体系结构,基础就是在计算机网络支持下的、以小组方式工作的并行工作方式。支柱1：全面质量管理 支柱2：准时生产和零库存 支柱3：成组技术大厦的屋顶就是精益生产体系,33,精益质量管理模式,34,6.5 敏捷制造,6.5.1 敏捷制造产生的背景,20世纪7080年代，美国由于政策导向失误，使制造业众多产品在世界市场所占份额不断下降，美国在制造领域的霸主地位逐渐丧失。为了恢复美国制造业在世界上的领导地位，20世

18、纪80年代末美国国会指示国防部拟定一个制造技术发展规划，要求同时体现美国国防工业与民品工业的共同利益，并要求加强政府、工业界和学术界的合作。在此背景下，美国国防部委托 Lehigh 大学与 GM 等大公司一起研究制定一个振兴美国制造业的长期发展战略，最终于1991年完成了“21世纪制造业发展战略”报告。在此报告中提出了“敏捷制造”的概念。,35,6.5.2 敏捷制造的内涵及概念,敏捷制造的内涵,敏捷制造是指企业快速调整自己，以适应当今市场持续多变的能力；以任何方式来高速、低耗地完成它所需要的任何调整，依靠不断开拓创新来引导市场，赢得竞争。敏捷制造是在“竞争一合作一协同”机制下，实现对市场需求作

19、出灵活快速反应的一种生产制造新模式。,36,敏捷制造的主要概念,全新的企业概念 全新的组织管理概念 全新的产品概念 全新的生产概念,37,6.5.3 敏捷制造的组成,敏捷制造的基础结构,38,虚拟企业,虚拟公司又称动态联盟(Virtual Orgnization)，是面向产品经营过程的一种动态组织结构和企业群体集成方式。含义：是指企业群体为了赢得某一个机遇性市场竞争，把某复杂产品迅速开发生产出来并推向市场，由一个企业内部有优势的不同部分和有优势的不同企业，按照资源、技术和人员的最优配置，快速组成一个功能单一的临时性的经营实体,39,40,6.5.4 敏捷制造的关键要素,敏捷制造的目的可概括为：

20、“将柔性生产技术，有技术，有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理集成在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求作出快速反应”。敏捷制造主要包括三个要素：生产技术、管理和人力资源。,敏捷制造的生产技术 敏捷制造的管理技术 敏捷制造的人力资源,41,6.6 虚拟制造,虚拟制造(VM)是在计算机环境下将现实制造系统映射为虚拟制造系统，借助三维可视交互环境，对产品从设计、制造到装配的全过程进行全面仿真的技术。把虚拟公司映射为一种虚拟制造系统，通过运行该虚拟制造系统，进行系统的仿真和实验，模拟产品设计、制造和装配的全过程。虚拟制造系统具有以下的一些特征：功能一致性 结构相似性 组织的灵括性 集成化,42,