数字化制造过程管理技术（一） 制造过程管理的体系结构,2013年11月11日,周建强 13957028415,衢州学院机械工程学院机械工程导论课程,制造过程管理的体系结构,制造过程管理的决策目标体系 制造企业的组织结构 制造过程管理的功能构成 数字化制造过程管理的空间优化理论 数字化制造过程管理的时间优化理论,1.制造过程管理的决策目标体系,制造过程管理是一个产品全生命周期管理：产品规划分析，产品研制开发（计划），产品设计过程管理，产品生产计划，产品生产过程管理（采购、加工、处理、装配），产品销售管理（出厂、销售、配送），产品售后服务，产品“退役”回收。决策目标。 制造过程管理决策目标：T，Q， C， S，E。,制造过程管理的决策目标体系,时间 T：产品设计和生产过程变化的反应；生产率,时间作为竞争的决定性因素 （产品生命周期缩短）,制造过程管理的决策目标体系,质量 Q：产品设计（市场接受），产品制造，服务质量。,现代质量的定义,对不同类型或技术的产品有不同要求：高、中、低。 不同时期对同类产品要求也不同：独占，竞争；上市初，成熟后。 客户素质、经济承受力：不同人群和文化的要求。,制造过程管理的决策目标体系,客 户 满 意 程 度,欣喜,一般,失望,精心服务,使客户意外满足,尽力满足,基本 标准,漫不经心,经 营 特 色, 质量是客户定义的 无投诉 客户满意,符合标准,制造过程管理的决策目标体系,成本 C：制造系统的成本：装备与设施，材料，劳动力，能源，维护与培训，投资（银行还贷、利息），经常性（商务、宣传、管理、分摊）等。,假设： 5 年的产品寿命; 20%的市场增长率; 每年 2% 的价格降低。,利润减少,4 %,22 %,33 %,原因,开发成本 增加 50%,制造成本 增加 10%,产品上市（广告） 延迟6个月,制造过程管理的决策目标体系,两种计算方法,制造过程管理的决策目标体系,服务 S：使顾客完全满意。,“中心”的变化,由生产者主导的 大规模生产和消费,由消费者引导的 注重个性化的生产和消费,制造过程管理的决策目标体系,环境 E： 可持续性发展公式：E=10-6PWI；E对环境影响，P污染（以百万人计），W人均消费 美元/人，I单位消费引起的环境损害（污染度）。 绿色设计与绿色制造：ISO14000国际环境管理认证体系；绿色环保标志：冰箱、汽车、空调等。,2.制造企业的组织结构,组织结构：纵生产、营销、技术、人事、财务；层决策、管理、作业。 输出输入模型：物流、信息流、价值流（资金流）、员工流（人流）。,制造企业的组织模型,制造企业的组织结构,组织结构类型：职能型、事业部制、矩阵型和多维立体型。,销售部门,技术部门,制造部门,职能型组织结构 面向功能的组织结构,总经理,生产计划,加工,质量控制,设计规划,产品设计,生产工艺,广告宣传,销售,制造企业的组织结构,事业部1,事业部2,事业部3,上层主管,事业部制组织结构 面向分权的组织结构,事业部制：决策集中，分散经营。,制造企业的组织结构,矩阵型：职能部门与产品（项目或服务）结合的（规划目标）组织结构。,矩阵型组织结构面向过程的组织结构,制造企业的组织结构,多维立体型：（超事业部） 按产品（项目或服务）划分事业部产品利润中心。 按职能（市场研究、生产、技术、质量分析）划分专业参谋结构职能利润中心。（研究院、企业规划院） 按地区划分管理机构地区利润中心。 案例：青岛海尔集团 成立1984年，采用了直线职能型的组织结构。 90年代，多元化和兼并扩张，改用矩阵型结构，迅速推进新项目。 而后，改成事业部制。 进入2000年后，建立了超事业部制（本部事业部总地区；冰箱事业部、空调事业部产品利润中心；设计院/研究院职能利润中心） 各地建立销售部门和管理机构地区利润中心。,3.制造过程管理的功能构成,主要功能系统： 产品设计过程管理：产品规划分析，产品研制开发（计划），产品设计过程管理等。典型系统有：产品数据管理（PDM）产品全生命周期管理（PLM）；知识管理（KM）；产品协同设计管理等。 生产制造过程管理：生产计划与控制，生产物流管理，生产制造过程管理，制造过程质量控制等。典型系统有：制造资源管理/企业资源计划（MRP/ERP）；制造执行管理系统(MES)等。 企业间的制造过程管理：供应链管理系统（SCM），客户关系管理系统（CRM），电子商务/协同产品商务（EC/CPC）等。 制造过程管理的典型模式：大规模定制；敏捷制造与虚拟企业；计算机集成制造，网络化制造等。 支撑系统： 1. 计算机网络； 2. 数据库系统； 3. 底层自动化和柔性制造系统,4. 制造过程管理的空间优化理论,制造过程管理的空间优化理论主要是关于系统的结构分析、设计和优化方面的理论。,制造过程管理的空间优化理论,空间优化理论基础： 系统论：系统集成化的理论基础； 分形几何理论：分形企业的理论基础； 模式识别理论：先进制造系统有序化，合理化； 相似理论：成组技术的的理论基础； 层次分析法：制造系统方案设计与优化； 仿生学：先进制造系统理论创新的重要源泉。,制造过程管理的空间优化理论-系统论,系统论：System Approach 直译为系统方法。系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性。 系统论方法： 整体性和综合化原则：任何系统的整体功能ET，等于各部分功能的总和E1，加上各部一分相互联系形成结构产生的功能ER，ET E1 ER。 联系性原则：系统与外部环境的联系和制约；系统内部各元素之间的相互联系和制约。系统的结构决定系统的功能。功能是系统在一定环境下所能发挥的作用，不同的结构可以发生不同的功能。 动态性原则：系统具有开放性，随环境的变化而发生变化。 最优化原则：系统论的出发点和最终目的。模型。 系统论趋势和特点：系统论与控制论、信息论，运筹学、系统工程、电子计算机和现代通讯技术相互渗透、紧密结合；系统论、控制论、信息论， “三归一” ，系统论是其它两论的基础。系统科学：工程技术（包括系统工程、自动化技术和通讯技术），技术科学（包括运筹学、控制论、巨系统理论、信息论），基础科学（系统学）。,制造过程管理的空间优化理论-模式识别,制造系统分类：制造系统分类对象有产品、零件、过程、信息、知识等样本。 样本的特征选择：特征提取和数据压缩分类编码（特征码位选择：样本统计、特征间相关性分析特征关系函数、人工判别），特征码全重选择。 模式识别理论与方法：聚类分析方法 递阶聚类法：计算各零件问题的距离函数或相似系数，根据距离大小或相似程度递阶归类，直到所有零件归为某一类。从而可根据零件相似水平或零件组数求得不同聚类结果。 动态聚类法：将几个样本先粗糙地分成若干类，利用最优准则（k均算法、迭代算法、动态最优聚类搜索技术、多点中心动态聚类法等）进行调整，直至不能调整为止。 模式分类器设计：感知器、半线性前馈网络、矩阵联想存储器、句法模式分类器以及学习算法组成。略。 整个这章内容将在设计过程管理中结合例子详细介绍。,制造过程管理的空间优化理论-相似理论,相似理论：在性质完全不同的系统中，相同的结构可以带来相同或相似功能的系统。 成组技术：通过识别并利用产品和制造过程中的相似信息，将企业生产的多种产品、部件、零件，按照一定的相似性准则分类成组，并以这些组为基础，组织生产的各个环节，实现多品种、单件小批量生产过程的合理化和科学化。成组技术：成组设计、成组工艺、成组工装、成组加工等。,制造过程管理的空间优化理论-层次分析,层次分析法：将复杂问题分解成各组成因素，并按支配关系分组以形成有序的递阶层次结构，通过两两比较判断的方式确定每一层次中因数的相对重要性，在层次结构内进行合并，得出重要性的总顺序。 层次分析法应用案例有供应链管理（SCM）中供应商评价、客户关系管理（CRM）中对重要客户识别、作业排序对参数的选择等。 层次分析的基本方法：略，将在制造系统的建摸方法详细介绍。,一个制造系统优化的层次模型,5. 制造过程管理的时间优化理论,制造过程管理的时间优化理论主要是关于系统的运行、控制优化方面的理论。,制造过程管理的时间优化理论,时间优化理论基础： 信息论：企业信息流优化； 控制论：制造系统信息流控制优化； 耗散结构理论：企业成长过程优化； 协同论、博弈论：企业间制造系统合作与共生； 系统建模理论方法：制造系统动态建模与分析； 运筹学：制造系统运作结构化问题的优化。,制造过程管理的时间优化理论-信息论,信息论：应用数理统计方法研究信息处理和信息传递的科学。信息科学：现在延伸到研究一切问题。 信息论模型：,信息量：可以用概率来度量信息：H（x）=- P（xi）log2 P（xi） Xi 代表第 i个状态， P（xi）代表第i个状态的概率， H（x）消除不确定因素的信息量。 信息传递：略，今后通过讲供应链管理再详细描述。,制造过程管理的时间优化理论-耗散结构,耗散结构理论：一个远离平衡的开放系统，在外部条件变化达到某一特定阈值时，系统通过与外界能量、物质交换，可从原无序状态（要素间的非线性机制）转变成时间、空间或功能的稳定有序结构耗散结构。 网络化制造系统：网络化制造系统是开放系统，平衡中追求有序（正反馈机制），环境（上网企业数量阈值）。,网络化制造系统发展中的正反馈机制,