先进制造模式培训课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第,6,章 先进制造模式,1,2,3,3,6 . 1,计算机集成制造系统,( C I M S ),6 . 2,虚拟制造技术,6 . 3,敏捷制造与并行工程,返回,第,6,章 先进制造模式,5,6,6 . 5,绿色制造技术,6 . 6,生物制造技术,返回,4,6 . 4,智能制造与精益生产,6.1,计算机集成制造系统(CIMS),6.1.1 CIMS的内涵,计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem,CIMS)是由一个多级计算机控制硬件结构,配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的软件系统所构成的全盘自动化制造系统。它是在信息技术、自动化技术及制造技术的基础上,通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来,形成适用于多品种、小批量生产,实现整体效益的集成化和智能化制造系统。计算机集成制造系统(CIMS)是基于计算机集成制造(CIM)哲理而组成的系统,是CIM 思想的物理体现。,6.1.2 CIMS的基本组成,下一页,返回,6.1,计算机集成制造系统(CIMS),1. CIMS体系分系统,CIMS通常是由管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化(柔性自动化)系统、质量保证系统以及计算机网络和数据库系统6个部分有机地集成起来的。所以一般说CIMS是由4个功能分系统和两个支撑分系统组成,图6.1,所示为其6个分系统及其与外部信息的联系。企业、工厂实施CIMS时会根据具体需求和条件增加或减少某个分系统。下面对此6个分系统做一简要介绍。,(1)管理信息系统,管理信息系统是CIMS的上层管理系统,它不仅需要根据厂情、国情和国际市场的需息做出生产决策、确定生产计划和估算产品成本和生产效益,而且需要做出物料、能源、设备、人员的计划安排,保证生产的正常运行。,上一页,下一页,返回,6.1,计算机集成制造系统(CIMS),(2)产品设计与制造工程设计自动化系统,产品设计与制造工程设计自动化系统是计算机辅助产品设计、制造准备及产品性能测试阶段的工作,即常说的CAD/CAPP/CAM 系统,目的是使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。,(3)制造自动化或柔性制造系统,制造自动化或柔性制造系统是CIMS中信息流和物料流的结合点,是CIMS最终产生经济效益的聚集地,可以由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分式控制(管理)计算机等设备及相应支持软件组成。根据产品的工程技术信息、车间层的加工指令,完成对零件毛坯加工的作业调度及制造,使产品制造活动优化、周期短、成本低、柔性强。,(4)质量保证系统,上一页,下一页,返回,6.1,计算机集成制造系统(CIMS),质量保证系统包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能。系统保证从产品设计、制造、检验到售后服务的整个过程,从而实现产品的高质量、低成本,提高了企业的竞争力。,(5)计算机网络分系统,计算机网络分系统是支持CIMS各个分系统的开放型网络通信系统,其采用国际标准和工业化标准规定的网络协议,可以实现异种机互联和异构局部网络及多种网络的互联。以分布为手段,满足各应用分系统对网络支持服务的不同需求,支持资源共享、分布处理、分布数据库、分层递阶和实时控制。,(6)数据库分系统,数据库分系统是支持CIMS各分系统,覆盖企业全部信息的数据库系统,它在逻辑上是统一的,在物理上可以是分布的全局数据管理系统,以实现企业数据共享和信息集成。,上一页,下一页,返回,6.1,计算机集成制造系统(CIMS),2. 笼统分析,笼统地分析,CIMS的组成包含三个要素,即人/机构、经营与技术,如图6 .2,所示。在三要素的相交部分需解决四类集成问题:,3. 总体功能的角度分析,如图6-3,所示,从总体功能的角度分析,CIMS的组成主要包括以下4大部分:,6.1.3 CIMS的技术优势,(1)保障和提高了新产品开发的前景,CIMS(包括并行工程和虚拟制造技术等)使企业提高了产品创新设计的深度,大大有利于提高企业产品的技术含量。CIMS建立了企业从产品设计、生产制造、经营管理全方位的计算机集成制造环境,做到了企业信息流、物流、资金流的集成。,上一页,下一页,返回,6.1,计算机集成制造系统(CIMS),(2)缩短了新产品的上市周期,CIMS是一个集成化的生产模式,覆盖了市场分析、经营决策、新产品研制、工程设计、加工制造、库存供应、质量保证、售后服务等整个制造业的活动。在这种环境支持下,通过企业信息的快速流动,缩短了产品的设计周期。同时,由于在设计时参考了产品的可制造性等特性,在MIS及制造自动化系统的支持下,也极大地提高了产品的生产及销售效率。这些都保证了企业新产品上市周期的显著改善。,(3)经营管理科学化,同时降低了产品的成本,在经营管理方面,使企业的经营决策和生产管理趋于科学化,使企业能够在市场竞争中快速、准确地报价,赢得时间;在实际生产中,解决“瓶颈”问题,减少在制品,同时降低了库存资金的占用。调查材料表明,采用计算机集成制造系统后,企业新产品的各项因素发生了明显的变化,数据变化如表6 1所示。,上一页,返回,6.2,虚拟制造技术,6.2.1 虚拟现实,虚拟现实(VirtualReality,VR),又称灵境、拟实,是一门高新技术,它采用计算机技术生成一个逼真的,具有视、听、触等多种感知的人工媒体空间(即人工虚拟环境),使置身于该环境中的人,可以通过各种多媒体传感交互设备与这一虚构的环境进行实时交互作用,产生身临其境的感觉。这种虚拟环境既可以是真实世界的模拟体现,也可以是构想中的世界。,6.2.2 虚拟制造的概念,现在对虚拟制造(VirtualManufacturing,VM)的定义多种多样,美国佛罗里达大学GloriaJ.Wiens等人对虚拟制造的定义侧重于虚拟制造与实际制造过程的相似性,认为虚拟制造与实际制造一样,只不过是在计算机上执行制造的全过程,其中虚拟模型是在实际制造之前,下一页,返回,6.2,虚拟制造技术,用于对产品的功能及可制造的潜在问题进行预测,而美国空军Wright实验室和马里兰大学EdwardLin的定义则侧重于虚拟制造的仿真、建模与分析技术和工具的综合应用,以增强各层的制造设计能力及生产决策与控制能力。综合以上定义,不难看到,目前对虚拟制造技术的研究正处于不断的深入、细化之中,因此对其的定义也是在不断地完善。,6.2.3 虚拟制造系统的体系结构,为了能够“在计算机里进行制造”,VM 将提供从产品设计到生产计划和制造过程优化的建模和模拟环境。完成这些任务,主要是以下3种类型的VM 起着特殊的作用。,(1)以产品设计为中心的VM(简称产品设计型VM),上一页,下一页,返回,6.2,虚拟制造技术,提供设计工程师设计产品的设计工具和环境,如面向制造的设计(DFM)、面向装配的设计(DFA)等并行式设计工具;产品设计型VM 产生的结果包括产品模型、成本估价等,因此可以识别与设计有关的潜在问题和判断其优缺点(以成本的形式或以其他的形式)。,(2)以工艺设计为中心的VM(简称工艺设计型VM),以工艺技术为中心的VM 可以构造生成工艺规程和生产计划、规划资源需求(新设备采购等),并评价这些计划的环境;换言之,它可以为工艺工程师提供虚拟的制造车间现场环境和设备,使之可以分析、改进生产计划和生产工艺,验证NC程序及物流控制,并提供精确的成本信息和产品供货计划表。,(3)以控制为中心的VM(简称控制型VM),VM 虚拟环境的体系结构,如图6,.,4,所示。,上一页,下一页,返回,6.2,虚拟制造技术,6.2.4 虚拟制造的关键技术,虚拟制造是近几年来国际上提出的,完整的理论体系还没有形成,其研究尚处于探索阶段。虽然某些基础单元技术已有了较深入的研究,但即使是在欧、美、日等工业发达国家,目前也主要是分析虚拟环境下基础单元技术的要求,对其进行理论上的研究。美国自然科学基金(NSF)、美国国家标准和技术研究所(NIST)和美国国防部高级研究计划署(ARPA)资助与支持下的几所大学和企业联合研究中心正在进行虚拟制造各个领域关键技术和系统开发方面的研究。日本东京大学和大阪大学的研究人员1993年起也在CIRP上发表论文,论述虚拟环境下产品建模的需求及其关键技术、虚拟制造系统体系结构等方面的研究成果。,1. 虚拟制造哲理的研究,虚拟制造哲理的研究为制造企业实现从精良制造向敏捷制造的转变提供指导思想。在信息集成的基础上,通过组织管理、技术、资源和人机集成实现产品开发过程的集成。,上一页,下一页,返回,6.2,虚拟制造技术,2. 虚拟制造技术层,虚拟制造技术的研究为虚拟制造的实施与虚拟制造系统的建立提供理论和技术上的支持。它由3大主体技术群(建模技术群、仿真技术群、控制技术群)和一个支撑技术群(为3大主体技术群的实施提供支持)组成。,(1)建模技术群,建模技术群是指用来开发虚拟制造系统中各种模型的所有技术与方法,主要包括以下几个方面的内容。,(2)仿真技术群,仿真技术群是指运行和操作构成虚拟制造系统的各种模型的所有方法和技术。分布式交互仿真技术和虚拟现实技术在仿真中的应用是虚拟制造对仿真提出的新要求。,上一页,下一页,返回,6.2,虚拟制造技术,(4)支撑技术群,支撑技术群是指支持虚拟制造系统开发、控制与运行的基础性技术,主要包括以下几个方面的内容。,3. 虚拟制造原型系统层,在虚拟制造哲理和技术研究的基础上,虚拟制造原型系统的研究和开发可以从以下3个方面进行。,4. 虚拟制造集成开发平台层,在理论研究和虚拟制造原型系统的开发的基础上,从集成开发平台的要求出发,对虚拟制造的通用功能、模块以及子系统等方面进行归纳整理,构造虚拟制造集成开发平台,以适应灵活方便地建立针对不同产品和制造环境的虚拟制造系统的需求,研究内容如下。,上一页,下一页,返回,6.2,虚拟制造技术,6.2.5 虚拟制造技术在制造业中的应用,虚拟制造技术在制造业中的应用:首先在军事、航空航天、汽车领域中获得成功的应用。例如波音飞机公司777飞机的设计,就是采用虚拟制造技术的典型范例,开发周期从通常的8年减少到5年,设计、装机、测试均在计算机中完成模拟,保证一次试制成功。虚拟制造在汽车领域的应用涉及汽车的整个生命周期,它可以在汽车生产设备、工装和模具,甚至校车的设计之前,很容易地对生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。,上一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,6.3.1 敏捷制造,1. 敏捷制造AM 的内涵及定义,随着市场经济的发展和经济全球化的到来,以及人们对产品的追求趋于多样化、个性化,以前表现在流水线生产、规模经济、产品标准化、高效低成本的大规模生产模式,在新的市场环境下,其一些固有的局限性已突现出来。追随具有多样化需求的细分市场,并尽量满足这些细分市场中不断变化的需求,实现产品多样化,需要制造过程的灵活性和多样性。敏捷制造正是适应这一环境而产生的新的生产模式,并表现出强有力的发展势头。AM 的基本思想就是通过把灵活的动态联盟、先进和实用的柔性制造技术和高素质的劳动者三者有机地结合起来,从而使企业能够从容的应付快速和不可预测的市场需求,获得企业的长期经济利益。AM 的一个关键概念是敏捷性,敏捷性能使企业以更快的速度、更好的质量、更低的成本以及更优质的服务来赢得市场竞争。,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,2. 敏捷制造关键技术,(1)虚拟制造(VirtualManufacturing,VM),敏捷制造企业追求的目标是对用户需求做出快速响应,虚拟制造是实现这一目标的有效途径。实现虚拟制造的主要手段是仿真:在产品的设计周期,借助建模和仿真技术及时模拟出产品在整个生命周期的各种活动,可以对产品的配置(包括零件、部件、整机装配)、构造(结构布局、干涉检查)进行仿真。,VMS)的集成。,(2)快速原型制造,快速原型制造(RPM)是将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成于一体的技术,其核心是基于数字化的新型成形技术。,上一页,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,虽然快速成形技术问世不长,但由于它给制造业带来的巨大效益,使得这一技术的应用日益广泛,成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。,3. 敏捷制造产品实现过程,敏捷制造技术的三个核心是:逆向工程(ReverseEngineering)、分析建模(AnalyticalModeling)和固体自由构成(So1idFreedomFabrication)。逆向工程是指从一个部件实物创建其计算机模型。分析建模意指确定制造过程参数和利用计算机仿真预测部件性能。固体自由构成表示从计算机模型直接生产原型和功能部件:只容许极少量的浪费,少数几个过程工序,极小量的修正。,4. 敏捷制造环境下的系统集成,敏捷性是企业在未来市场竞争中保持优势的前提。,上一页,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,敏捷制造正是为了实现企业生产制造的敏捷性,采用现代通信手段,通过快速配置各种资源,以有效和协调的方式响应用户需求的一种新的企业发展战略。它强调把动态灵活的虚拟组织、先进的拟实制造技术和高素质的人员进行有机的结合,使企业在快速变化的市场环境中取得长期效益。,5. 敏捷企业的互相合作动态联盟,基于我国企业绝大部分是专业配套厂,即生产零部件的企业,我们可以建立一种以信息或技术为基础的企业联盟(即以一个核心企业为盟主,在一定地区内,一定行业领域内相关企业组成的一种生产加工型的企业联盟)。在主要的业务范围内,盟主和成员相对稳定,只是当出现某个较特殊的业务时,才扩展到一些新成员。成员企业也应有自己的相对独立性,也有自己的业务开拓领域。但是这些独立性应在不违背盟约的基础上实现,明确的责任机制和约束机制是企业之间共同利益及正常业务发展的重要保证。,上一页,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,(1)动态联盟的组织实施要点,(2)动态联盟企业的任务分配与控制,6. 敏捷制造的发展趋势,实施敏捷制造的过程是制造业在现有基础上不断提高的平滑转变过程,而目前对敏捷制造的研究刚刚兴起,完整的理论体系尚未形成,其实施方法、手段和途径仍有待进一步探索。因此,美国等国政府对敏捷制造的开发与应用给予了高度重视,资助许多研究单位开发实现敏捷制造的参考模型和支持工具,并鼓励在不同行业进行示范应用,以期望在边研究边应用的过程中积累经验,完善敏捷制造工具产品,为更多的行业、企业应用打下基础。,上一页,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,6.3.2 并行工程,并行工程(ConcurrentEngineering)又称同步工程或并行设计。传统制造业中产品的开发过程沿用串行生产模式,遵循“需求分析方案设计产品设计加工计划控制加工、装配、检测实验验证修改”的流程。这种方法在设计早期不能全面考虑下游的可制作性、可装配性和质量保证等多种因素,只有在制造后期才能发现制造的产品存在很多缺陷,这必须要求对设计进行更改,造成了从概念设计到加工制造、实验修改的大循环,而且可能在不同环节多次重复这一过程,使得设计改动量大,产品开发周期长,成本高,难以满足激烈的市场竞争的需求。并行工程是解决这些问题的有效方案。,上一页,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,1. 并行工程的含义与特点,1988年,美国国防分析研究所(简称IDA)为了改进国防武器和军用产品的生产,缩短生产周期,降低成本,首次提出了并行工程的概念,即并行工程是对产品及其相关过程(包括制造和支持过程)进行集成并行设计的系统化工作模式,这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个周期(从概念形成到报废)中的各种因素,包括质量、成本、进度及用户需求等,以便最大限度提高产品的开发效率和一次性成功率。因此,并行工程所针对的是整个产品开发及其生命周期,它强调在产品开发早期,组织多种职能协同工作的项目组,使有关人员从一开始就获得对新产品需求的要求和信息,积极研究涉及本部门的工作业务,并将所需要求提供给设计人员,使许多问题在开发早期就能得到解决。,图6.7,和,图6.8,所示说明了一个产品开发过程中产品设计、工艺设计、材料采购和市场方案分别按照串行和并行两种模式安排示意。,上一页,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,通过对图6.7和图6.8对比,我们可以很清楚地看到并行工程和串行工程显著地区别就是各个阶段之间前后顺序的不同:串行工程强调的是一个阶段结束之后,把输出作为下一个阶段的输入,依次往下进行,若后一阶段发生了问题还需要反馈到前面阶段进行解决;并行工程强调的是在上一个阶段进行的时候就要对以后的相关阶段进行分析和考虑,并不是单纯的上、下游关系,这种模式可以很好地避免返工浪费。,2.并行工程的核心技术和关键要素,(1)并行工程的核心技术,并行工程是一种系统化、集成化的产品开发模式,其核心就是组建集成产品开发团队(简称IPT)和产品开发过程重构。,1)集成化开发团队(IPT),上一页,下一页,返回,6.3,敏捷制造与并行工程,2)产品开发过程重构,并行工程和串行工程开发方式的本质区别就是并行工程把产品开发过程中的各个子过程看成了一个集成的过程,是从全局优化的角度对这个集成过程进行管理和控制,并且对已发生的过程进行不断的改进。由于IPT打破了传统的功能部门的界限,所以产品开发过程之间也就没有了严格的界限,这使得产品开发过程中的活动具有了高度的随机性。,(2)并行工程的关键要素,通过上文对并行工程和串行工程的对比分析,我们了解到如果想要成功的实施并行工程,就需要对下面几个方面进行改进:,(3)并行工程的发展前沿,上一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,6.4.1 智能制造系统(IMS),1. 智能制造产生的背景,当今世界各国的制造业活动趋向于全球化,制造、经营活动、开发研究等都在向多国化发展,为了有效地进行国际间信息交换及世界先进制造技术共享,各国的企业都希望以统一的方式来交换信息和数据。因此,必须开发出一个快速有效的信息交换工具,创建并促进一个全球化的公共标准来实现这一目标。,2. 智能制造系统的含义和特征,(1)智能制造系统的含义,智能制造系统(IntelligentManufacturingSystem,IMS)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在制造过程中能以一种高度柔性的方式,借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等,从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时,收集、存储、完善、共享、集成和发展人类专家的智能。,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,(2)智能制造系统的特点,1)自组织能力,系统中的各种智能机器能够按照工作任务的要求,自行集结成一种最合适的结构,并按照最优的方式运行。自组织能力是IMS的一个重要标志。,2)自律能力,能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理,并根据处理结果自行调整控制策略,以采用最佳行动方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。,3)自学习和自维护能力,能以原有的专家知识为基础,在实践中不断进行学习,完善系统知识库,并删除库中有误的知识,使知识库趋向最优。同时,还能对系统故障进行自我诊断、排除和修复。,4)整个制造系统的智能集成,上一页,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,3. 智能制造系统的关键技术,理论上智能制造系统与人类的知识积累密切相关,归纳起来包括以下几个方面:,(1)知识库的建立,人类的发展过程是知识发展和积累的过程,整理归纳其中的经验和教训后便可建立较完整的知识库,从而使人们在生产中少走了许多弯路,使决策更加准确。,(2)代替人类工作的机器人的研究,机械工业的发展过程是人类从繁重劳动中解脱出来的过程,许多环境恶劣的工作均需要有机器来代替。,上一页,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,4. 智能制造系统中人类的智能结点,从智能制造系统的描述与分析出发,同时考虑到便于操作,我们把智能结点定义为:智能结点为在不确定性环境中能自主完成一定任务的实体。自主性并不意味着完全独立,而是指在必要时,能自动地向其他智能结点请求提供服务和支持。因此,人类专家、智能CAD系统、智能加工单元等,都可以看作是智能制造系统中的智能结点。,上一页,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,(1)智能制造系统中人的作用,对于人工智能(AI)的研究,一开始就未能摆脱制造机器生物的思想,即“机器智能化”。这种以“自主”系统为目标的研究路线,严重地阻碍了AI研究的进展,国、内外有许多学者都意识到这一点,如人工智能的鼻祖Feigenbuam 和Newell,国内的钱学森等,他们不约而同地从计算机角度出发,提出了人与计算机相结合的智能系统新概念。目前国外对多媒体及灵境技术研究进行了大量投资,日本的第五代智能计算机研制计划的搁浅等事例,就是对智能系统研究目标有所改变的证明。,(2)人机一体化系统的基本概念,A.M.Laper等人综合分析了机械科学的发展状况,在结合现代科学最新发展成果的基础上,提出人机一体化系统科学与技术的基本概念及理论体系,对“人机一体化系统”(HumachineSystem)作下定义:所谓人机一体化系统,就是采取以人为中心,人机械一体,上一页,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,的技术路线,人与机器处在平等合作的地位,人与机器共同组成一个系统,各自执行自己最擅长的工作,人与机器共同认识、共同感知、共同决策、共同工作,从而突破传统的“人工智能系统”的概念,形成达到甚至超过人的能力乃至智力的“超智能”(SuperhumanIntelligence)系统。其核心内容是强调人在系统中的重要性,重新安排人与机械的位置,突破现有系统将人排除在外的旧格局,研究新型的人与机械的关系,开发新一代的机械系统人机一体化系统。,5. 智能制造系统在国内外的发展现状,6.4.2 精益生产(LP)技术,1. 精益生产的产生与发展,精益生产(LeanProduction,LP)来源于日本的丰田生产方式,它是美国麻省理工学院根据题为国际汽车计划的研究中总结出日本企业成功经验后提出的一个概念,在我国称为精益生产精良生产。,上一页,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,之所以称为“精益”,是因为它与大量生产方式相比,一切投入都大为减少工厂中的工作人员、生产占用的场地和设备投资都减半,用一半的时间就能开发出新的产品,所用的开发新产品的工程设计时间也减半。此外,它所需要的现场库存至少可以节省一半以上,废品也大大减少,产品的品种不仅多而且不断变化。,2. 精益生产的内涵与基本特点,(1)精益生产的内涵,精益生产是通过在系统结构、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的不断变化,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。,上一页,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,3. 精益生产在我国的推广及应用,精益生产方式产生于日本经济基础薄弱之时,当时日本国内资金紧缺,市场需求不旺且变化无常,而目前我国企业主要也是面临这两方面的问题,生产管理和生产方式越来越被企业家所重视,他们认识到管理可以创造越来越大的效益,而投入却很小。当前我国绝大多数企业在管理方面与世界先进水平还存在很大的差距,精益生产可以使他们根据自己的实际情况,改进完善管理体系。当前实施精益生产有一个较好的基础,全面质量管理(TOM)、看板管理等精益技术在我国很多企业已经得到不同程度的应用,如何根据本企业的实际情况,正确使用这些工具以及将这些管理技术结合起来,最终达到消除浪费的目的是我国企业应该着重思考的问题。精益生产作为一种新的生产方式,在技术上已经基本成熟,在我国已经有了一些很好实施精益生产的企业做出了很好的典范,而且有一批精益思想者和精益实践者,他们在实践过程中结合中国的国情,使精益生产理论不断完善。,上一页,下一页,返回,6.4,智能制造与精益生产,4. 精益生产在推广中应注意的问题,精益生产方式在先进的工业化国家中已得到广泛的推广和实施,也是我国大部分企业所面临生存与发展问题的最好解决方法。,上一页,返回,6.5,绿色制造技术,6.5.1 绿色制造的基本概念,所谓绿色制造,是一种综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境负面的影响极小,资源利用率极高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。这体现出一个基本观点,那就是制造系统中导致环境污染的根本原因是资源消耗和废弃物的产生,因此,绿色制造的定义体现了资源和环境两者不可分割的关系。所以,绿色制造涉及的问题包括三个方面:一是制造问题,包括产品生命周期全过程;二是环境保护问题;三是资源优化利用问题。绿色制造就是这三部分内容的交叉。,下一页,返回,6.5,绿色制造技术,6.5.2 绿色制造的研究现状,绿色制造(Green Manufacturing,GM)又称环境意识制造EnvironmentallyConsciousManufacturing,ECM)、面向环境的制造(ManufacturingforEnvironment,MFE)等。绿色制造有关内容的研究可追溯到20世纪80年代,但比较系统地提出绿色制造的概念、内涵和主要内容的文献是美国制造工程师学会(SME)于1996年发表的关于绿色制造的专门蓝皮书GreenManufacturing。,6.5.3 绿色制造的研究内容,绿色制造的主要内容包括:绿色设计、绿色资源、绿色生产、绿色包装和绿色回收处理。,1. 绿色设计,上一页,下一页,返回,6.5,绿色制造技术,绿色设计是实施绿色制造的关键。绿色设计存在于产品的整个生命周期的各个阶段,包括设计、选材、生产、包装、运输、使用及报废处理,这些都必须考虑其对资源和环境的影响。在充分考虑产品的功能、质量和成本的同时,着重考虑产品的环境属性,使得产品及其制造过程、使用过程和报废处理后,对环境的总体影响最小,同时资源的消耗也降到最低。,2. 绿色资源的选用,资源包括原材料和能源。,原材料的选用,应尽量选用储量丰富、可再生的绿色材料,少用或不用稀缺材料,有些材料虽可再生,但使用后会对环境造成破坏,如树木,这种材料也要尽量少用。总之,选用的材料要在生产、使用过程及其废弃后,对环境的影响最小,对人体无害,并且易回收、易处理、易降解、可循环利用。,上一页,下一页,返回,6.5,绿色制造技术,3. 绿色制造工艺技术的研究和开发,绿色制造工艺就是尽量采用原材料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方法。,4. 绿色包装技术,绿色包装就是从环境保护的角度,优化产品包装方案,使得资源消耗和废弃物最少。包装材料要选择无毒、无害、可再生的材料,发展纸包装,开发各种替代塑料薄膜的防潮、保鲜纸包装制品,包装结构上尽量做到减少材料的消耗,包装的废弃物应可回收重用、循环再生或可降解。,5. 绿色回收处理,产品的生命周期终结后,若不回收处理,将造成资源浪费和环境污染。因此,报废的产品要及时回收处理,如经过拆卸,有的零部件可以重新利用,可节省大量的原材料,有的可循环再生或可降解。,上一页,下一页,返回,6.5,绿色制造技术,6.5.4 绿色制造的发展趋势,绿色制造近年来的研究非常活跃,研究内容体系也正在形成,其发展趋势为以下几个方面:,1. 全球化绿色制造的研究和应用将越来越体现全球化的特征和趋势,2. 社会化需要形成绿色制造的社会支撑系统,绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与,以建立绿色制造所必需的社会支撑系统。,企业要真正有效地实施绿色制造,必须考虑产品寿命终结后的处理,这就可能导致企业、产品、用户三者之间新型集成关系的形成。例如,有人就建议,需要回收处理的主要产品,如汽车、冰箱、空调、电视机等,用户只了使用权,而企业拥有所有权,有责任进行产品报废后的回收处理。,上一页,下一页,返回,6.5,绿色制造技术,3. 集成化更加注重系统技术和集成技术的研究,绿色制造涉及产品生命周期全过程,涉及企业生产经营活动的各个方面,因而是一个复杂的系统工程问题。因此要真正有效地实施绿色制造,必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。,4. 并行化绿色并行工程将可能成为绿色产品开发的有效模式,绿色设计今后仍将是绿色制造中的关键技术。绿色设计今后的一个重要趋势就是与并行工程结合,从而形成一种新的产品设计和开发模式绿色并行工程。,5. 智能化人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用,绿色制造的决策目标体系是现有制造系统TQCS目标体系与环境影响E和资源消耗R的集成,即形成了TQCSRE的决策目标体系。这些目标的优化,是一个难以用一般数学方法处理的十分复杂的多目标优化问题,需要用人工智能方法来支撑处理。另外,在绿色产品评估指标体系及评估专家系统中,均需要人工智能和智能制造技术。,上一页,下一页,返回,6.5,绿色制造技术,6. 产业化 绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成,(1)绿色产品制造业,制造业不断研究、设计和开发各种绿色产品,以取代传统的资源消耗较多和对环境负面影响较大的产品,将使这方面的产业持续兴旺发展。,(2)实施绿色制造的软件产业,上一页,返回,6.6,生物制造技术,6.6.1 生物制造的概念,1. 生物制造工程的概念,生物制造工程(BiologicalManufacturingEngineering)的概念在20世纪70年代就有人提出,但是直到最近几年,随着生命科学和制造科学的快速发展,尤其是快速成形技术在生命科学领域的日益广泛应用,其定义也逐渐清晰明确起来。我们可以通过下面的式子来理解生物制造工程:,制造科学+生命科学+材料科学 交叉技术 生物制造,2. 生物制造工程的方法,作为一门新兴的交叉学科,生物制造工程有别于传统的制造,它融合了众多的相关技术,因此,生物制造的方法也是一个极其复杂的过程。我们可以用,图6.9,所示来描述整个生物制造的过程。,下一页,返回,6.6,生物制造技术,从图6 9所示的生物制造过程流程图我们可以看到,整个生物制造过程是以RP技术为制造框架,以曲面建模和微细结构CAD仿生建模为基础,最后利用生物生长及基因调控等生物技术来实现的,其最终结果是制造出我们器官的替代品。,6.6.2 生物制造研究的主要内容,1. 仿生CAD 建模的研究,CAD建模是制造一个复杂零件的基础,同样,在生物制造中仿生建模也是核心内容。生物制造涉及的优化设计和建模问题主要有:人体器官建模理论及方法学,生物建模的数据处理和传输的研究以及相应软件的开发,人体器官及组织解剖学数据的压缩、处理和重构等。,上一页,下一页,返回,6.6,生物制造技术,2. 材料学的研究,新材料既是当前高技术的重要组成部分,又是高技术得以发展和应用的物质基础。生物制造中加工的对象是各类生物材料,一方面需要通过合成和改性获得具有所需性能的生物材料,另一方面还要研究成形过程对于生物材料性能的影响。,3. 生物制造工艺的研究,目前,用于生物制造的主要方法是快速成形技术(RP技术)。,4. 生物技术的运用,传统成形使用的是金属和非金属等无生命特征的材料,而在生物制造所生产的“零件”必须具有生物学性能,因此,生物制造工程必须要融入一定的生物技术,特别是细胞组装技术,这是生物制造工程的核心技术。,上一页,返回,图6.1 计算机集成制造系统 C I M S构成,返回,图6.2 C I M S三要素,返回,图6.3 C I M S功能组成,返回,表6.1 新产品各项数据变化,返回,图6.4 VM 虚拟环境的体系结构,返回,图6.5 敏捷制造系统的框架,返回,图6.6 敏捷制造产品实现过程,返回,图6.7 串行工程示意,返回,图6.8 并行工程示意,返回,图6.9 生物制造过程的流程图,返回,谢谢观赏,