先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先进制造系统 Advanced Manufacturing System 华北电力大学 戴庆辉 主编 机械工业出版社,先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先 进 制 造 系 统 主 编 戴庆辉 副主编 张新敏 王卫平 参 编 张文建 杜必强 周宏明 胡开顺 叶 锋 慈铁军 付培红 主 审 张根保,先进制造系统,第 1 章 先进制造系统总论 第 2 章 先进制造系统基本原理 第 3 章 先进制造模式 第 4 章 先进设计技术 第 5 章 先进制造装备及技术 第 6 章 先进制造工艺技术 第 7 章 绿色设计与制造 第 8 章 典型产品的制造系统 第 9 章 制造系统展望,第2章提要,本章内容是全书的核心。 本章论述了AMS的类型、组成和性能原理； 讨论了AMS的建模原理； 分析了AMS的五个决策属性， 即时间、质量、服务、成本和环境等； 概括论述了AMS的设计和运行原理。 本章还着重阐述了AMS的一些重要理念： 运动流、生产率、生命周期质量、顾客满意度、 生命周期成本、产品多生命周期、科学发展观 和制造系统生命周期等。,第2章 先进制造系统基本原理,2.1 制造系统的类型 2.2 AMS的组成 2.3 AMS的性能原理 2.4 AMS的建模原理 2.5 AMS的决策属性 2.6 AMS的设计原理 2.7 AMS的运行原理 2.8 制造系统的信息化,2.1 制造系统的类型,2.1.1 按产品的用途分 2.1.2 按产品构成形态分 2.1.3 按产品批量分 2.1.4 按生产计划分 2.1.5 按层次结构分 2.1.6 制造系统大小的划分,2.1.1 按产品的用途分,由第一章可知,2.1.2 按产品构成形态分,（1）离散式制造系统 产品需要组装而成。 例 机床厂、打印机制造厂。 离散的意义 是指零件上，而不是时间上。 （2）流程式制造系统 产品无需组装。 例 钢铁厂、纺织厂、化工厂等。 （3）混合式制造系统 产品需要部分组装。 例 制药厂、食品厂等。,由第一章可知,2.1.3 按产品批量分,（1）大量制造系统 汽车制造厂 特点：设备柔性低，生产率高。 （2）中量制造系统 机床制造厂 特点：设备按工艺专业化原则，或按零件族布置。 （3）小量制造系统 重型机器厂 特点： 设备柔性高，生产率低。,由第一章可知,2.1.4 按生产计划分,1. 自主式制造系统 生产计划是依据库存数量而并非客户订货数量而制定的。产品一般先进入仓库而不直接面对客户。 采用这个方式有两个原因： 客户要求很短的交货期， 产品有很少的变化，客户需求可准确预测。 该系统适用于大量生产，其生产计划的制定和执行比较容易。,2.1.4 按生产计划分,2.订单式制造系统 生产计划的下达是根据客户订货进行的。其生产计划的制定和执行就相对困难一些。可选择不同的制造策略： 按订货设计 产品具有很大的技术复杂性及小的批量，如大型产品，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。如商用飞机。 按订货加工 在订货之前己完成设计，按订货进行加工。其产品的需求通常不可预测。如大型发电机组。 按订货装配 在订货之前已完成设计及零部件加工，按订货进行装配。其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。如汽车。,2.1.5 按层次结构分,制造系统的结构在层次上可以分成四级 图2-1 单元级制造系统 车间级制造系统 企业/工厂级制造系统 全球制造系统。 这四级彼此之间可通过通信网络进行信息交换。 单元级和车间级是目前最普遍的传统制造系统。 随着计算机和通信技术的发展， 企业级和全球制造系统也将得到发展。,2.1.5 按层次结构分,2.1.5 按层次结构分,1. 单元级制造系统 它是组成更高效制造系统的基础，其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。 可见单元级制造系统的运行特性对整个企业具有举足轻重的作用。,2.1.5 按层次结构分,1. 单元级制造系统 它对不同的硬件环境必须具有空间开放性， 其内涵是： 在功能结构上具有柔性 是指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 是指适应多种多样的生产环境，在异构计算机环境中能够方便地从一种硬件环境或操作系统转换到另一种。,2.1.5 按层次结构分,1. 单元级制造系统 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 ： 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。,2.1.5 按层次结构分,1. 单元级制造系统 为了解决上述问题，一个适应市场竞争需要的单元制造系统应当是可重构的。这种可重构单元有以下特征： 单元由若干个具有相对独立功能的工作站组成。 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。 这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。,2.1.5 按层次结构分,2. 车间级制造系统 它通过生产计划将上层输入的加工订单分解为可执行的工序计划。在计划实施过程中，当执行情况与计划出现偏差时，采用相应的控制手段使偏差缩小，完成生产调度和控制的功能。 它采用的方法根据生产模式或生产组织形式而定。 典型的车间管理模式有推式生产和拉式生产，前者是由前一工作岗位（加工序）的任务驱动后一工作岗位的工作；而后者是用后一岗位的任务来拉动前一岗位的工作。,2.1.5 按层次结构分,车间级制造系统的功能分为以下两大类： 1）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。 2）进行车间生产的管理、调度和控制活动，包括： 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：对车间人事、设备、物料进行管理，进行设备维修、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。 车间报告：按时将车间的生产、资源及质量的情况上报工厂有关部门。,2.1.5 按层次结构分,3. 企业级制造系统 它把制造范围从车间扩大到全厂，它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必须包括制定计划和日生产进度计划的生产管理级主计算机，它往往与CAD/CAM系统相联。 物料储运系统必须包括自动仓库，以满足存取大量的工件和刀具。各种形式的CNC机床数量一般在十几台以上。 系统可以自动地加工各种形状、尺寸和材料的工件。全部刀具可以自动输送与更换，自动测量刀具和工件位置，并按照来自计算机的指令自动地补偿位置。 工厂可以从自动仓库提取所需的坯料并以最有效的途径进行物料传送与加工。,2.1.5 按层次结构分,4. 全球制造系统 全球制造（Global Manufacturing）是在世界范围内实现企业柔性和敏捷性的一种新概念。 20多年来，随着远距离交通和网络技术的迅速发展，世界变得越来越小。全球制造的概念就是适应市场国际化和跨国公司的发展需要而提出的。 全球制造的特点 是制造工厂和销售服务遍布全世界，就在用户身边。全球化的产品，通过网络协调和运作，把分布在世界各地的工厂和销售点联接成一个整体，它能够在任何时候与世界任何一个角落的用户或供应商打交道。,2.1.5 按层次结构分,全球制造系统分为 6 种不同层次的模式 分散网络化的全球制造模式（GMC3）：高度分散和流动，具有虚拟企业的特征，通过Internet和Intranet网络组织产品的设计、生产和销售； 多国制造模式GMC2：技术转移、在当地制造和销售； 区域制造模式GMC1：例香港在内地设厂，产品东南亚销售； 全球出口模式EMC3：在本土或原料产地制造，向全球出口； 多国出口模式EMC2：在本土或原料产地制造，向多国出口； 区域出口模式EMC1：在本土制造，向邻近地区出口。 这6种模式之间并没有严格的界限，可以相互转换。 从跨国公司迈向全球制造，关键是如何发挥信息技术的潜力。,2.1.6 制造系统大小的划分,按制造系统功能实现的难易程度来区别大小。 先进制造系统主要研究大的制造系统。 根据美国麻省理工学院（MIT）N. P. Suh的定义： 大系统 在整个运行时间域上，必须同时满足的功能要求的数目10个。 例 汽车制造系统是大系统。 小系统 在整个运行时间域上，必须同时满足的功能要求的数目10个。 例 大多数机床、机器人等系统是小系统。,2.1.6 制造系统大小的划分,Suh还把大系统分为两类： 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目10个，但其功能要求是固定的集合。 例 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，而且在不同的生命期，功能要求是可变的集合。 例 可重组的大型制造系统。,2.1 END,2.2 AMS的组成,AMS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，因此, AMS理论应实现静态结构分析与动态过程分析的统一。,2.2 AMS的组成,2.2.1 AMS的基本要素 2.2.2 AMS的结构组成 2.2.3 AMS的过程组成,2.2.1 AMS的基本要素,AMS基本模型如图2-2所示。其基本要素是6个。 1）输出 是制造系统存在的前提条件。 包含以下4种类型： 产品 服务 创造客户 社会责任 2）输入 是实现转换功能的前提条件。物质与信息。 3）转换 实现资源增值转换是系统的总功能， 它由一系列分功能所组成。 衡量转换优劣的指标是：TQCSE。,2.2.1 AMS的基本要素,AMS模型的基本要素是6个 4）机制 是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、信息网络基础设施、计算机软件、制造模式、规章制度、经营目标与策略、企业文化等。 5）约束 是指企业系统的外部约束，如国家政策、法规、规范标准、资源、时间、成本、质量、环保和社区要求等。 6）反馈 制造系统在整个运行过程中，其输出状态的信息总是不断反馈到各个环节中，从而实现产品生命周期中的不断调节、改进和优化。,2.2.1 AMS的基本要素,AMS基本模型如图2-2所示。其基本要素是6个。,2.2.2 AMS的结构组成,1. AMS的资源结构 2. AMS的功能结构 3. AMS的组织结构,2.2.2 AMS的结构组成,1. AMS的资源结构 制造资源 是为完成特定的制造任务而需要的要素体系