先进制造新概念

2.1、先进执照技术导论,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第9章 先进制造新概念,9.1智能制,造,造,9.1,.,.1智,能,能制造,研,研究的,背,背景,市场的,因,因素,技术进,步,步因素,9.1,.,.2智,能,能制造,的,的含义,智能制,造,造技术,是,是指在,制,制造工,业,业的各,个,个环节,，,，以一,种,种高度,柔,柔性与,高,高度集,成,成的方,式,式，通,过,过计算,机,机模拟,人,人类专,家,家的智,能,能活动,，,，进行,分,分析、,判,判断、,推,推理、,构,构思和,决,决策，,旨,旨在取,代,代或延,伸,伸制造,环,环境中,人,人的部,分,分脑力,劳,劳动，,并,并对人,类,类专家,的,的制造,智,智能进,行,行收集,、,、存储,、,、完善,、,、共享,、,、继承,与,与发展,的,的技术,。,。,9.1智能制,造,造,智能制,造,造系统,基于IMT的制造,系,系统(IMS,),)则是一,种,种借助,计,计算机,，,，综合,应,应用人,工,工智能,技,技术、,智,智能制,造,造设备,、,、agent技术、,材,材料技,术,术、现,代,代管理,技,技术、,制,制造技,术,术、信,息,息技术,、,、自动,化,化技术,和,和系统,工,工程技,术,术。在,国,国际标,准,准化和,互,互换性,的,的基础,上,上，使,得,得制造,系,系统中,的,的经营,决,决策、,生,生产规,划,划、作,业,业调度,、,、制造,加,加工和,质,质量保,证,证等各,个,个子系,统,统分别,智,智能化,，,，成为,网,网络集,成,成的高,度,度自动,化,化制造,系,系统。,9.1智能制,造,造,智能制,造,造系统,的,的特点,制造系,统,统的自,组,组织能,力,力,制造系,统,统的自,律,律能力,自学习,和,和自维,护,护能力,整个制,造,造环境,的,的智能,集,集成,9.1智能制,造,造,9.1,.,.3智,能,能制造,研,研究的,支,支撑技,术,术,1.人,工,工智能,技,技术,2.并,行,行工程,3.虚,拟,拟制造,技,技术,9.1智能制,造,造,9.1,.,.4智,能,能制造,研,研究的,内,内容,1.智,能,能制造,理,理论和,系,系统设,计,计技术,2.智,能,能制造,单,单元技,术,术的集,成,成,1),智,智能设,计,计。应,用,用并行,工,工程和,虚,虚拟制,造,造技术,，,，实现,产,产品的,并,并行智,能,能设计,。,。2),生,生产过,程,程的智,能,能规划,。,。在现,有,有的检,索,索式、,半,半创成,式,式CAPP系统的,基,基础上,，,，研究,和,和开发,创,创成式CAPP系统，,使,使之面,向,向IMS,。,。3)生产过,程,程的智,能,能调度,。,。4),智,智能监,测,测、诊,断,断和补,偿,偿。5),生,生产过,程,程的智,能,能控制,。,。6),智,智能质,量,量控制,。,。7),生,生产与,经,经营的,智,智能决,策,策。,9.1智能制,造,造,3.智,能,能机器,的,的设计,智能机,器,器是IMS中模拟,人,人类专,家,家智能,活,活动的,工,工具之,一,一，因,此,此，对,智,智能机,器,器的研,究,究在IMS研究中,占,占有重,要,要的地,位,位。IMS常用的,智,智能机,器,器包括,智,智能机,器,器人、,智,智能加,工,工中心,、,、智能,数,数控机,床,床和自,动,动引导,小,小车(AGV,),)等。,9.1智能制,造,造,9.1,.,.5日,本,本智能,制,制造系,统,统国际,合,合作计,划,划,从1995年,开,开始，IMS计划进,入,入全面,实,实施阶,段,段，总,投,投资为40亿,美,美元，,到,到目前,为,为止共,批,批准了12个,项,项目：1),面,面向21世纪,的,的全球,制,制造业,的,的企业,集,集成,全球,人,人21,（,（Globeman21）。2)具有分,布,布、自,律,律、敏,捷,捷、仿,生,生、分,形,形等特,点,点的下,一,一代制,造,造系统,（,（NGMS）。3)全能制,造,造系统,（,（HMS,）,）。4)知识系,统,统化（GNOSIS,）,）。5)变结构,物,物料储,运,运系统,（,（MMHS）。6)快速产,品,品开发,（,（RPD,）,）。7)人机共,存,存系统,的,的组织,问,问题（HUMACS,）,）。8)创新型,和,和智能,型,型现场,工,工厂建,设,设研究,（,（IGT,）,）。9)数字化,模,模具设,计,计系统,（,（3DS）,。,。10)智能复,合,合产品,。,。11),人,人的,感,感觉因,素,素对产,品,品全生,命,命周期,的,的影响,（,（INCOMPRO）,。,。12)适用于,全,全球分,布,布式企,业,业设计,、,、规划,、,、运行,的,的建模,与,与仿真,环,环境（MISSION）。,9.1智能制,造,造,9.1,.,.6中,国,国国家,自,自然科,学,学基金,重,重点项,目,目“智,能,能制造,技,技术基,础,础”的,研,研究,项目背,景,景,研究成,果,果与特,色,色,9.2敏捷制,造,造,9.2,.,.1基,本,本概念,定义,以柔性,生,生产技,术,术和动,态,态组织,结,结构为,特,特点，,以,以高素,质,质、协,同,同良好,的,的工作,人,人员为,核,核心，,实,实施企,业,业间网,络,络集成,，,，形成,快,快速响,应,应市场,的,的社会,化,化制造,体,体系。,9.2敏捷制,造,造,9.2,.,.2敏,捷,捷制造,的,的特征,(1),与,与其,他,他先进,制,制造模,式,式相比,较,较，,敏,敏捷制,造,造的主,要,要特征1),以,以满足,用,用户要,求,求，,获,获得利,润,润为目,标,标。2),以,以竞争,能,能力和,信,信誉为,依,依据，,选,选择,组,组成动,态,态公司,的,的合作,伙,伙伴。3),基,基于合,作,作间的,相,相互信,任,任、分,工,工协作,、,、共同,目,目标来,有,有力地,增,增强整,体,体实力,。,。4),把,把知识,、,、技艺,、,、信息,投,投入最,底,底层生,产,产线。,9.2敏捷制,造,造,(2),与,与传,统,统的大,量,量生产,方,方式相,比,比，敏,捷,捷制造,主,主要特,征,征1),全,全新的,企,企业合,作,作关系,虚,拟,拟企业,(,(virtual enterprise,),)或动态,联,联盟。2),大,大范围,的,的通讯,基,基础结,构,构。在,信,信息交,换,换和通,讯,讯联系,方,方面，,必,必须有,一,一个能,将,将正确,的,的信息,在,在正确,的,的时间,送,送给正,确,确的人,的,的“准,时,时信息,系,系统”,(,(justintime,informationsystem)，作为灵,活,活的管,理,理系统,的,的基础,，,，通过,信,信息高,速,速公路,与,与国际,互,互联网,络,络将全,球,球范围,的,的企业,相,相联。3),为,为订单,而,而设计,、,、为订,单,单而制,造,造的生,产,产方式,。,。4),高,高度柔,性,性的、,模,模块化,的,的、可,伸,伸缩的,生,生产制,造,造系统,。,。这种,柔,柔性生,产,产系统,往,往往规,模,模有限,，,，但成,本,本与批,量,量无关,，,，在同,一,一系统,内,内可生,产,产出的,产,产品品,种,种是无,限,限的。5),柔,柔性化,、,、模块,化,化的产,品,品设计,方,方法。6),“,“高质,量,量”的,产,产品。,敏,敏捷制,造,造的质,量,量观念,已,已变成,使,使整个,产,产品生,命,命周期,内,内的用,户,户满意,，,，企业,将,将质量,跟,跟踪持,续,续到产,品,品报废,为,为止。,9.2敏捷制,造,造,7),有,有知识,、,、有技,术,术的人,是,是企业,成,成功的,关,关键因,素,素。在,敏,敏捷企,业,业中，,认,认为解,决,决问题,靠,靠的是,人,人，不,是,是单纯,的,的技术,，,，敏捷,制,制造系,统,统的能,力,力将不,受,受限于,设,设备，,而,而只受,限,限于劳,动,动者的,想,想像力,、,、创造,力,力和技,能,能。8),基,基于信,任,任的雇,佣,佣关系,。,。雇员,与,与雇主,之,之间将,建,建立一,种,种新型,的,的“社,会,会合同,”,”的关,系,系，大,家,家能意,识,识到为,了,了长远,利,利益而,和,和睦相,处,处。9),基,基于任,务,务的组,织,织与管,理,理。敏,捷,捷制造,企,企业的,基,基层单,位,位是“,多,多学科,群,群体”,(,(multidiscipline team,),)的项目,组,组，是,以,以任务,为,为中心,的,的一种,动,动态组,合,合，敏,捷,捷企业,强,强调权,力,力分散,，,，把职,权,权下放,到,到项目,，,，提,倡,倡“基,于,于统观,全,全局的,管,管理”,模,模式，,要,要求各,个,个项目,组,组都能,了,了解全,局,局的远,景,景，胸,怀,怀企业,全,全局，,明,明确工,作,作的目,标,标和任,务,务的时,间,间要求,，,，而完,成,成任务,的,的中间,过,过程则,完,完全可,以,以自主,。,。10),对,对社,会,会的正,效,效应。,大,大量生,产,产方式,通,通常只,关,关心企,业,业本身,效,效益，,不,不关心,对,对社会,的,的影响,，,，所以,通,通常会,带,带来不,同,同程度,的,的环境,污,污染，,能,能源浪,费,费及失,业,业等社,会,会问题,。,。而敏,捷,捷制造,则,则要全,面,面消除,企,企业生,产,产给社,会,会造成,的,的不利,影,影响，,企,企业必,须,须完全,服,服务于,社,社会。,9.2敏捷制,造,造,图9-1一个,跨,跨国虚,拟,拟企业,的,的结构,9.2敏捷制,造,造,虚拟企,业,业的特,点,点,1),功,功能的,虚,虚拟化,。,。,2),组,组织的,虚,虚拟化,。,。,3),地,地域的,虚,虚拟化,。,。,9.2敏捷制,造,造,9.2,.,.3敏,捷,捷制造,研,研究的,内,内容,分布式,数,数据库,子,子系统,；,；分布,式,式群决,策,策软件,子,子系统,；,；智能,控,控制子,系,系统；,智,智能,传,传感器,子,子系统,；,；基于,知,知识的,人,人工智,能,能研究,；,；快速,合,合作子,系,系统；,工,工厂网,络,络子系,统,统；企,业,业集成,子,子系统,；,；用户,交,交互子,系,系统；,人,人与技,术,术接口,子,子系统,；,； 教,育,育培训,子,子系统,；,； 模,块,块化可,重,重构的,硬,硬件子,系,系统；,仿,仿真,与,与建模,子,子系统,；,； 废,物,物处理,和,和消除,子,子系统,；,； 零,故,故障方,法,法学子,系,系统；,节,节能,子,子系统,；,； 动,态,态合作,子,子系统,；,； 性,能,能测量,与,与评价,子,子系统,。,。,9.2敏捷制,造,造,9.2,.,.4国,内,内外发,展,展现状,及,及应用,(1),国,国外,研,研究现,状,状及应,用,用,(2),我,我国,敏,敏捷制,造,造的发,展,展策略,9.3并行工,程,程,9.3,.,.1基,本,本概念,定义,并行工,程,程(concurrent engineering，CE)是近年,来,来国际,制,制造业,中,中兴起,的,的一种,新,新型企,业,业组织,管,管理理,论,论，旨,在,在提高,产,产品质,量,量，降,低,低产品,成,成本和,缩,缩短开,发,发周期,。,。目前,，,，人们,普,普遍采,用,用R.I,.,.Winner在国防,分,分析研,究,究所(IDA,),)R338研究报,告,告中的,定,定义：,“,“并行,工,工程是,对,对产品,及,及其相,关,关过程,(,(包括,制,制造过,程,程和支,持,持过程,),)进行,并,并行，,一,一体化,设,设计的,一,一种系,统,统化的,工,工作模,式,式。这,种,种工作,模,模式力,图,图使开,发,发者们,从,从一开,始,始就考,虑,虑到产,品,品全生,命,命周期,(,(从概,念,念形成,到,到产品,报,报废),中,中的所,有,有因素,，,，包括,质,质量、,成,成本、,进,进度与,用,用户要,求,求。”,9.3并行工,程,程,并行工,程,程的特,点,点,与传统,设,设计方,法,法相比,，,，并行,工,工程主,要,要特点,为,为：设,计,计的出,发,发点是,产,产品的,整,整个生,命,命周期,的,的技术,要,要求；,并,并行设,计,计组织,是,是一个,包,包括设,计,计、制,造,造、装,配,配、市,场,场销售,、,、安装,及,及维修,等,等各方,面,面专业,人,人员在,内,内的多,功,功能设,计,计组，,其,其设计,手,手段是,一,一套具,有,有CAD,、,、CAM、仿真、,测,测试功,能,能的计,算,算机系,统,统，它,既,既能实,现,现信息,集,集成，,又,又能实,现,现功能,集,集成，,可,可在计,算,算机系,统,统内建,立,立一个,统,统一的,模,模型来,实,实现以,上,上功能,；,；并行,设,设计能,与,与用户,保,保持密,切,切对话,，,，可以,充,充分满,足,足用户,要,要求；,可,可缩短,新,新产品,投,投放市,场,场的周,期,期，实,现,现最优,的,的产品,质,质量、,成,成本和,可,可靠性,。,。,9.3并行工,程,程,并行工,程,程的基,础,础技术,研,研究目,前,前主要,集,集中在,以,以下几,方,方面：1),面,面向并,行,行工程,的,的组织,机,机构研,究,究。2),面,面向并,行,行工程,的,的管理,决,决策支,持,持系统,。,。3),面,面向并,行,行工程,的,的新设,计,计学科,。,。4),面,面向并,行,行工程,机,机制的CAD,/,/CAPP/CAM,/,/CAE。5)建模与,仿,仿真技,术,术。6),基,基于计,算,算机的,知,知识信,息,息、工,具,具集成,技,技术。,9.3并行工,程,程,CE的理论,基,基础与,运,运行机,制,制,CE的理论,基,基础从本质,上,上讲，CE是一种,以,以空间,换,换取时,间,间、处,理,理系统,复,复杂性,的,的系统,化,化方法,(,(systematic approach)，它以信,息,息论、,控,控制论,和,和系统,论,论为理,论,论基础,，,，在数,据,据共享,、,、人机,交,交互等,工,工具及,集,集成上,述,述工具,的,的智能,技,技术支,持,持下，,按,按多学,科,科、多,层,层次协,同,同 (synergy)一致的,组,组织方,式,式工作,。,。与传,统,统串行,工,工作模,式,式相比,，,，它大,大,大地扩,大,大了系,统,统状态,空,空间，,大,大大地,缩,缩短了,复,复杂问,题,题交互,式,式求解,进,进程的,迭,迭代次,数,数，促,使,使最终,目,目标一,次,次成功,(,(dorightfirst),，,，以非线,性,性的管,理,理机制,和,和整体,性,性 (holism,),)思想，,赢,赢得集,成,成附加,的,的协同,效,效益。,9.3并行工,程,程,9.3并行工,程,程,9.3,.,.2并,行,行工程,的,的实施,CE环境,实施CE的必要,条,条件与,步,步骤,CE的实施,框,框架,9.3,.,.3并,行,行工程,在,在我国,的,的研究,进,进展,9.4虚拟制,造,造系统,9.4,.,.1基,本,本概念,虚拟制,造,造技术,虚拟制,造,造技术,(,(virtual manufacturingtechnology，VMT,),)可以通,俗,俗而形,象,象地理,解,解为：,在,在计算,机,机上模,拟,拟产品,的,的制造,和,和装配,全,全过程,。,。换句,话,话说，,借,借助建,模,模和仿,真,真技术,，,，在产,品,品设计,时,时，就,可,可以把,产,产品的,制,制造过,程,程、工,艺,艺设计,、,、作业,计,计划、,生,生产调,度,度、,库,库存管,理,理以及,成,成本核,算,算和零,部,部件采,购,购等生,产,产活动,在,在计算,机,机屏幕,上,上显示,出,出来，,以,以便全,面,面确定,产,产品设,计,计和生,产,产过程,的,的合理,性,性。,9.4虚拟制,造,造系统,虚拟制,造,造系统,虚拟制,造,造系统,(,(virtual manufacturingsystem，VMS)是基于VMT实现的,制,制造系,统,统，是,现,现实制,造,造系统,(,(real manufacturingsystem，RMS)在虚拟,环,环境下,的,的映射,，,，而现,实,实制造,系,系统是,物,物质流,、,、信息,流,流、能,量,量流在,控,控制机,的,的协调,与,与控制,下,下在各,个,个层次,上,上进行,相,相应的,决,决策，,实,实现从,投,投入到,输,输出的,有,有效的,转,转变，,而,而其中,物,物质流,及,及信息,流,流协调,工,工作是,其,其主体,。,。,9.4虚拟制,造,造系统,VMS的要求,功能一,致,致性,结构相,似,似性,组织的,柔,柔性,集成化,智能化,9.4虚拟制,造,造系统,9.4,.,.2VMS研究内,容,容及其,关,关键技,术,术,VMS研究内,容,容,虚拟制,造,造系统,的,的理论,体,体系,基于分,布,布式并,行,行处理,环,环境下,的,的虚拟,制,制造系,统,统的开,放,放式体,系,系结构,(,(VMS,-,-OSA)的研究,虚拟环,境,境下的,产,产品主,模,模型技,术,术,虚拟环,境,境下并,行,行处理,的,的分布,式,式智能,协,协同求,解,解技术,与,与系统,虚拟环,境,境下系,统,统全局,最,最优决,策,策理论,与,与技术,RMS和VMS之间的,映,映射，,虚,虚拟设,备,备、虚,拟,拟传感,器,器、虚,拟,拟单元,、,、虚拟,生,生产线,、,、虚拟,车,车间及,虚,虚拟工,厂,厂(公,司,司)的,建,建立，,以,以及各,种,种虚拟,设,设备的,重,重用性,和,和重组,性,性技术,基于真,实,实动画,感,感的虚,拟,拟产品,的,的装配,仿,仿真、,生,生产制,造,造过程,及,及生产,调,调度仿,真,真、数,控,控加工,过,过程仿,真,真等技,术,术与系,统,统,应用虚,拟,拟现实,技,技术实,现,现虚拟,环,环境及,虚,虚拟制,造,造过程,中,中的人,机,机协同,求,求解,VMS集成开,发,发平台,的,的体系,结,结构、,构,构件库,及,及用户,开,开发界,面,面管理,系,系统,虚拟公,司,司的组,织,织、调,度,度及控,制,制策略,与,与技术,9.4虚拟制,造,造系统,VMS的关键,技,技术,软件方,面,面的关,键,键技术,硬件方,面,面的有,关,关技术,9.4虚拟制,造,造系统,9.4,.,.3VM的软硬,件,件研究,情,情况及,其,其应用,与VM相关的,软,软硬件,研究情,况,况,VM的应用,实,实例,9.5快速原,型,型技术,基本概,念,念,快速原,型,型（rapidprototyping，RP）是使用,一,一种特,殊,殊的设,备,备来产,生,生实体,模,模型的,技,技术。,该,该技术,摆,摆脱了,传,传统的,“,“去除,”,”加工,方,方法，,采,采用全,新,新的“,增,增长”,加,加工方,法,法，通,过,过层层,堆,堆积的,方,方式，,制,制造零,件,件的实,体,体模型,。,。快速,原,原型设,备,备使用,计,计算机,三,三维模,型,型中水,平,平薄切,片,片的数,据,据来构,造,造塑料,、,、陶瓷,或,或金属,等,等零件,。,。快速,原,原型采,用,用光敏,感,感光聚,脂,脂、纸,质,质薄片,材,材料、,工,工程塑,料,料丝、,塑,塑料粉,末,末和金,属,属粉末,等,等原料,来,来建造,实,实体模,型,型。,9.5快速原,型,型技术,快速原,型,型的作,用,用,快速原,型,型的几,种,种加工,方,方法和,技,技术,快速原,型,型技术,流,流程,快速模,具,具制造,快速原,型,型应用,的,的障碍,快速原,型,型的发,展,展趋势,9.6绿色制,造,造,9.6,.,.1,概,概念,基于生,命,命周期,的,的概念,，,，绿色,制,制造可,定,定义为,：,：在不,牺,牺牲产,品,品功能,、,、质量,和,和成本,的,的前提,下,下，系,统,统考虑,产,产品开,发,发制造,及,及其活,动,动对环,境,境的影,响,响，使,产,产品在,整,整个生,命,命周期,中,中对环,境,境的负,面,面影响,最,最小，,资,资源利,用,用率最,高,高，并,使,使企业,经,经济效,益,益和社,会,会效益,协,协调优,化,化。,9.6绿色制,造,造,9.6绿色制,造,造,研究内,容,容,绿色设,计,计技术,制造企,业,业的物,能,能资源,优,优化技,术,术,绿色ERP管理模,式,式和绿,色,色供应,链,链,绿色制,造,造的数,据,据库和,知,知识库,绿色制,造,造的实,施,施工具,和,和产品,绿色集,成,成制造,系,系统的,运,运行模,式,式,制造系,统,统环境,影,影响评,估,估系统,绿色制,造,造的社,会,会化问,题,题,9.7先进制,造,造技术,发,发展趋,势,势,9.7,.,.121,世,世纪对,先,先进制,造,造技术,的,的挑战,信息时,代,代的挑,战,战,有限的,资,资源与,日,日益增,长,长环保,压,压力的,挑,挑战,制造全,球,球化和,贸,贸易自,由,由化的,挑,挑战,消费观,念,念变革,的,的挑战,9.7先进制,造,造技术,发,发展趋,势,势,9.7,.,.2先,进,进制造,技,技术发,展,展趋势,设计技,术,术不断,现,现代化,成形制,造,造技术,向,向精密,成,成形或,称,称净成,形,形的方,向,向发展,加工制,造,造技术,向,向着超,精,精密、,超,超高速,以,以及发,展,展新一,代,代制造,装,装备的,方,方向发,展,展,制造技,术,术专业,、,、学科,的,的界限,逐,逐步淡,化,化、消,失,失，新,型,型制造,技,技术不,断,断得到,发,发展,虚拟现,实,实技术,在,在制造,业,业中获,得,得越来,越,越多的,应,应用,信息技,术,术、管,理,理技术,与,与工艺,技,技术紧,密,密结合,，,，先进,制,制造生,产,产模式,获,获得不,断,断发展,9.7先进制,造,造技术,发,发展趋,势,势,上述种,种,种先进,制,制造生,产,产模式,的,的进展,，,，其特,点,点主要,是,是体现,了,了以下5个转,变,变：1),从,从以技,术,术为中,心,心向以,人,人为中,心,心转变,。,。2),从,从金字,塔,塔式的,多,多层次,生,生产结,构,构向扁,平,平的网,络,络结构,转,转变。3),从,从传统,的,的顺序,工,工作方,式,式向并,行,行工作,方,方式转,变,变。4),从,从按功,能,能划分,部,部门的,固,固定组,织,织形式,向,向动态,的,的、自,主,主管理,的,的小组,工,工作组,织,织形式,转,转变。5),从,从质量,第,第一的,竞,竞争策,略,略向快,速,速响应,市,市场的,竞,竞争策,略,略转变,。,。,