企业信息化ppt课件.ppt

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1、企业信息化 (7),符长青博士,第7章 企业生产制造过程自动化,主要内容：（1）计算机辅助设计/制造（CAD/ CAM）（2）计算机辅助工程/工艺规划（CAE/ CAPP）（3）产品数据管理（PDM）（4）新型生产方式：柔性/准时/精益/敏捷制造（FMS/ JIT/ LP/ AM）（5）3D打印技术，机器人技术,自动化的基本概念,自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。 产品制造过程自动化通常包含有若干分过程： 工序自动化：工序自动化是指在一个工序中，机器或装置在无人干预的情况

2、下按规定的程序或指令自动进行操作控制的过程。 工艺过程自动化：一个工艺过程通常包括着若干个工序，如果不仅每一个工序都自动化了，并且把它们有机地联系起来，使得整个工艺过程都自动进行，而工人仅只是对这一整个工艺过程作总的操纵和监督，这时就形成了某一种加工工艺的自动生产线，通常称为工艺过程自动化。 制造过程的自动化：一个零部件的制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们之间是自动的有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，这时就形成了制造过程的自动化。,自动控制和自动控制系统,自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备

3、或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制技术的作用主要有： （1）自动控制技术不仅使生产过程实现了自动化，有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来，而且减轻了人的劳动强度，极大地提高了劳动生产率。 （2）自动控制使工作具有高度的准确性，大大地提高了工作的质量和产品的品质。 （3）某些人类不能直接参与工作的场合就更离不开自动控制技术了，例如海底探测、原子能的生产、火炮或导弹的制导等。 自动控制系统：简称自控系统，是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，包括实现自动控制功能的装置及其被控制对象

4、，由控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。,工业生产控制,工业生产控制是指工业生产过程的控制。 按工业生产过程变量的时间连续性和幅度连续性，工业生产的典型控制过程可分为以下三种类型： 连续过程：连续过程控制的工业生产的产品一般都是流体的，如液体、气体等，控制过程的输入输出变量为时间连续和幅度连续的量，并且过程一旦建立，只生产一种产品。连续过程的变量一般是温度、压力、流量、质量及液位等。 离散过程：连续过程控制的工业生产的产品一般都是固态的、按件计量的，过程的输入输出变量为时间离散和幅度离散的量，如产品的数量、开关的状态等。 批量过程：批量过程指的是一种间歇性多品种生产过程，即利用同样

5、的生产装置，在不同的时间段，根据不同的配方和生产工艺生产出不同的产品。,工业生产控制系统的基本组成,在一个控制系统中，必不可少的组成部分有三个：被控对象、设备或装置、人。 其中控制装置是控制系统的核心，所以控制作用都是由控制装置实现的，一个控制系统能否顺利地实现其控制目标，完成复杂的控制功能，主要看控制装置是否稳定可靠并具有优异的性能。,工业控制自动化,工业控制自动化指的是机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。工业生产采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造

6、世界的能力。 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工控机通过采集来自工业生产过程的信息数据，经过计算机的综合分析、对比和处理，向工业生产过程发出控制信号，以实现工业生产过程控制。,工业自动生产线,工业自动生产线是由工件传送系统和控制系统按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。在大批量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，

7、降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。 （1）自动生产线的结构：主要由机床加工自动化、工件传送自动化、转位自动化、检测自动化、排屑自动化、夹具定位、夹紧自动化以及操作控制自动化等系统装置组成。 （2）自动线的工件传送系统：一般包括机床上下料装置、传送装置和储料装置。在旋转体加工自动线中，传送装置包括重力输送式或强制输送式的料槽或料道，提升、转位和分配装置等。有时采用机械手完成传送装置的某些功能。 （3）自动线的控制系统：主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。,计算机辅助设计（CAD）,计算机

8、辅助设计（CAD）是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。,计算机辅助设计（CAD）的主要设备,计算机辅助设计（CAD）通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础。主要设备有：（1）工程工作

9、站：一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。（2）个人计算机：系统价格低廉，操作方便，使用灵活。随着PC机网络技术的发展，由PC机构成的CAD系统已大量涌现，而且呈上升趋势。（3）图形输入设备：图形输入设备的作用是把平面上点的坐标送入计算机。常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、图形输入板和数字化仪等。（4）图形输出设备：图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类：（5）CAD软件：CAD主要使用3类应用软件： 交互式图形显示软件：用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。 CAD应用软件：提供几何造型、特征计算、绘图等功能

10、。 数据管理软件：用于存储、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。,计算机辅助设计（CAD）在我国的应用,目前，在我国CAD已在机械设计、电子和电气、建筑设计、科学研究、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。一方面CAD让计算机技术走入设计师的日常工作，大幅提升了产品设计的速度与精确度，释放了设计师的灵感，数字化的设计平台与标准的设计格式也让设计协作成为可能。另一方面CAD可以说是制造企业信息化发展的一个缩影，不少企业的信息化，就是从CAD开始起步的；很多企业的高层管理者，就是从CAD上看到了信息化在企业当中的巨大价值，才决心在企业信

11、息化上投入大量的人力物力。 CAD为我国国民经济建设及发展做出了巨大贡献。举例来说，CAD技术在我国机械产品设计中的应用，使设计周期缩短1/31/2，工效提高35倍，产品设计的一次成功率达90%以上。工程设计使用CAD技术，使工效提高310倍，基建投资节约2%以上。此外，CAD在我国企业在参与国际市场竞争过程中也发挥着重要的作用，因为国际上几乎所有重大工程都实行招标承包的制度，如果没有用CAD技术编制工程总体设计方案和相应的投标文档，就没有投标的资格，可以说，CAD技术已成为企业进入世界市场的入场券，成了企业界争夺市场份额和生存发展不可缺少的手段。,计算机辅助设计（CAD）的发展历程,计算机辅

12、助设计（CAD）最早出现在二十世纪50年代，以美国麻省理工学院（MIT）为旋风I号所配的图形系统为代表。（1）曲面造型系统：二十世纪60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，用来表达基本的几何信息。进入二十世纪70年代，为了解决飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，法国人首先提出了贝赛尔算法，推出了三维曲面造型系统，实现以计算机完整描述产品零件的主要信息。（2）实体造型技术：二十世纪80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAE、CAM技术也开始有了较大发展。出现了完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件。（3）参数化实体造型技术：二十世纪80年代中期，CAD的造型技术在无

13、约束自由造型的基础上，出现了一种更先进的算法，即参数化实体造型方法。其主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。（4）变量化实体造型技术：变量化技术既保持了参数化技术的原有的优点，同时又克服了它的许多不利之处。它的成功应用，为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇，带动了CAD/CAM/CAE整体技术的提高以及制造手段的更新。,计算机辅助设计（CAD）的发展趋势,（1）标准化：完善的CAD标准体系是指导我国标准化管理部门进行CAD技术标准化工作决策的科学依据，是开发制定CAD技术各相关标准的基础，也是促进CAD技术普及应用的约束手段。（2）网络化：基于互联网模式的公用网

14、络环境，为CAD的集成、开放和智能化创造了条件，使CAD技术面临着新的发展契机，另一方面CAD技术也是这种经济模式下的一种关键技术支撑。（3）集成化：利用基于网络的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM集成技术，把各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行，实现真正的全数字化设计与制造。（4）智能化：在以几何模型为主的现代通用CAD技术基础上，发展面向设计过程的智能CAD技术。工程设计知识库用来收集和存档相关的几何，属性等工程数据，并发展以数学为基础的工具来支持大的工程数据库中进行基于内容的搜

15、索、挖掘。（5）计算机集成创造系统：计算机集成创造系统（CIMS）以计算机为中心的现代化信息技术应用于企业管理与产品开发制造的新一代制造系统，是CAD/CAM/CAPP/CAE、PDM、ERP、管理与决策、网络与数据库及质量保证系统等子系统的技术集成。,计算机辅助制造（CAM）,计算机辅助制造（CAM）是在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配 、检测和包装等制造过程。 CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能，CAM系统是通过计算机分级结构来控制和管理制造过程的多方面工作，目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作

16、业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。从自动化的角度看，数控机床加工是一个工序自动化的加工过程，加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化，计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程，而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。,计算机辅助制造（CAM）系统的组成,（1）硬件：硬件一般是指系统的实体，是相对于系统的软件而言。CAM系统硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等。（2）软件： CAM主要应用软件包括计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、

17、计算机辅助质量控制等。（3）数据库：数据库是通用化的综合性的数据集合，可以提供各种用户共享而具有最小的多余度和较高的数据和程序的独立性，能有效地、及时地处理数据，并提供安全性及可靠性。（4）计算机网络：计算机网络是指将地理上分散配制而又具有独立功能的多台计算机、终端设备、传输设备和网络软件实现相互连接，形成资源共享的计算机群体。,计算机辅助制造（CAM）成组技术,成组技术是计算机辅助制造（CAM）系统的基础。它从20世纪50年代出现的成组加工，发展到20世纪60年代的成组工艺，出现了成组生产单元和成组加工流水线，其范围也从单纯的机械加工扩展到整个产品的制造过程。20世纪70年代以后，成组工艺与

18、计算机技术和数控技术结合，发展成为成组技术，出现了用计算机对零件进行分类编码、以成组技术为基础的柔性制造系统，并被系统地运用到产品设计、制造工艺、生产管理等领域，形成了计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造，以及有成组技术特色的计算机集成制造系统。 成组技术是一门涉及多种学科的综合性技术，其理论基础是相似性，核心是成组工艺。成组工艺与计算机技术、数控技术、相似论、方法论、系统论等相结合，就形成了成组技术，在现阶段更有计算机辅助成组技术的特色。成组工艺是把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个个零件族，按零件族制定工艺进行生产制造，这样就扩大了批量，减少了品种，便于采用高效率的生产

19、方式。,计算机辅助工程（CAE）,计算机辅助工程（CAE）是指利用计算机对工程和产品的运行性能与安全可靠性分析，对其未来的状态和运行状态进行模拟、及早地发现设计计算中的缺陷，并证实未来工程或产品功能和性能的可用性和可靠性。 准确点说，CAE 是指工程设计中的分析计算与分析仿真，具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真。 计算机辅助工程（CAE）的主要目标是实现结构分析和结构优化。虽然CAE的方法有多种，但应用最广泛、最成熟的是有限元分析，其基本思想是将物体离散成有限个简单单元的组合，用这些单元的集合来模拟或逼近原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化为离

20、散的有限自由度问题。有限元分析是结构力学、弹性力学、流体力学、热力学、电磁学、航天航空、土建、水利、材料等工程设计和工程分析领域不可缺少的有效的计算分析方法。,计算机辅助工程（CAE）概念的内涵,（1）运用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、变形等物理场量，给出整个物理场量在空间与时间上的分布，实现结构的从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析。（2）运用过程优化设计的方法在满足工艺、设计的约束条件下，对产品的结构、工艺参数、结构形状参数进行优化设计，使产品结构性能、工艺过程达到最优。（3）运用结构强度与寿命评估的理论、方法、规范,对结构的安全性、可靠性以及使用寿命做出评价

21、与估计。（4）运用运动/动力学的理论、方法，对由CAD 实体造型设计出运动的机构、整机进行运动/动力学仿真，给出机构、整机的运动轨迹、速度、加速度以及动反力的大小等。,有限元方法,有限元法是一种高效能、常用的计算方法。有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。 近年来，设计领域正进行着一场深刻的变革有限元方法就提供了在设计阶段掌

22、握产品性能的强有力工具，它利用计算机对机械产品的动态特性、静态特性、热特性等进行模拟试验。其典型步骤： 单元划分或物体离散化。将结构划分成一系列的离散单元。 单元特性分析，选择位移模式、分析单元力学性质和计算等效结点力。 整体合成或单元组集。构建整体有限元方程。 数值求解。求解有限元方程，得出结点位移（或结点场量值）。,计算机辅助工艺规划（CAPP）,计算机辅助工艺规划（CAPP）是利用计算机来辅助进行零件加工工艺过程的编制。 通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机生成该零件的工艺路线和工序内容等工艺信息。工艺规划是连接产品设计和产品制

23、造的桥梁，对产品质量和制造成本有着重要的影响。 在集成化CAD/CAPP/CAM系统中，由于设计时在公共数据库中所建立的产品模型不仅仅包含了几何数据，还记录了有关工艺需要的数据，以供计算机辅助工艺规划利用。计算机辅助工艺规划的设计结果也存回公共数据库中供CAM的数控编程。集成化的作用不仅仅在于节省了人工传递信息和数据，更有利于产品生产的整体考虑。,计算机辅助工艺规划（CAPP）系统的基本结构,（1）控制模块 控制模块的主要任务是协调各模块的运行，是人机交互的窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式。（2）零件信息输入模块 当零件信息不能从CAD系统直接获取时，用此模块实现零件信息的

24、输入。（3）工艺过程设计模块：工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用；（4）工序决策模块 该模块的主要任务是生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图。（5）工步决策模块 该模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件。（6）NC加工指令生成模块 该模块依据工步决策模块所提供的刀位文件，调用NC指令代码系统，产生NC加工控制指令。（7）输出模块 输出模块可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其他文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改得到所需的工艺文件。（8）加工过程动态

25、仿真 加工过程动态仿真对所产生的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。,计算机辅助工艺规划（CAPP）的分类,（1）检索式：检索式工艺过程设计系统是针对标准工艺的，将设计好的零件标准工艺进行编号，存储在计算机中，当制定零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的标准工艺。（2）派生式：派生式工艺过程设计就是利用零件有相似性，相似的零件有相似的工艺过程这一原理，通过检索相似典型零件的工艺过程，加以增删或编辑而派生一个新零件的工艺过程。（3）创成式：创成式工艺过程设计系统和派生式系统不同，它是根据输入的零件信息，依靠系统中的工程数据和决策方法自动生成零件的工艺过程。（4）基于平台技术、

26、可重构式：开放性是衡量计算机辅助工艺规划（CAPP）的一个重要的因素。工艺的个性很强，同时企业的工艺需求可能会有变化，CAPP必须能够持续满足客户的个性化和变化的需求。基于平台技术、具有二次开发功能、可重构的CAPP系统将是重要的发展方向。,CAD/CAPP/CAM集成模型,CAD一般为商用软件，通过外部或内部接口向CAM提供零件的几何信息。CAPP为另一个商用软件或自行开发的软件，与后续的CAM软件不属于同一开发商，可通过外部接口向CAM提供编程所需的加工工艺信息。CAM一般也为商用软件，当它接受来自CAD和CAPP的信息后，可实现自动编程，产生数控加工程序。,CAPP软件,外部接口,CAD

27、软件,接口,CAM软件,CAPP在CAD/CAM集成系统中的作用,CAPP上与计算机辅助设计CAD相接，下与CAM相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，CAPP在CAD、CAM之间起纽带作用。 CAPP模块能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替零件信息描述的输入。 CAD模块的几何建模系统，除提供几何形状及其拓扑信息外，还必须提供零件的工艺信息、检测信息、组织信息及结构分析信息等。因而，以计算机图形学为基础的几何建模系统，如线框建模、表面建模及三维实体建模等，是不能适应集成化的要求的，特征建模也就应运而生。 须适应多种数控系统

28、NC加工控制指令的生成。在CAD/CAPP/CAM集成系统中，由于CAPP模块能够直接形成刀位文件，因而就可以直接形成NC加工控制指令。,产品数据管理（PDM）,产品数据管理（PDM）是以软件为基础，集成并管理与产品有关的信息、过程及其人与组织的技术，它将所有与产品相关的信息和所有与产品有关的过程集成到一起。 PDM的基本原理是，在逻辑上将CAD、CAM、CAE、CAPP等信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控制整个产品的开发设计过程，通过逐步建立虚拟的产品模型，最终形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。技术信息系统和管理信息系统的有机集成，构成了支持整个产品形成过程的信息系统，

29、同时也建立了计算机集成创造系统（CIMS）的技术基础。通过建立虚拟的产品模型，PDM系统可以有效、实时、完整的控制从产品规划到产品报废处理的整个产品生命周期中的各种复杂的数字化信息。,数据对管理的挑战,（1）数据急剧膨胀：随着计算机及信息产业的飞速发展，形形色色的数据正在以令人难以想象的速度急剧膨胀，出现了数据爆炸的局面，对今天的企业形成了巨大的压力：数据种类繁多，数据检索困难，数据流向不明，数据缺乏安全性，数据无法共享等，更为严重的情况是数据泛滥或数据失控。（2）数据的标准化与共享性：由于人们使用的应用软件不止一个，而是多个，则数据的复杂性尤显突出，特别是在数据交换方面。未来典型应用模式应该

30、是以数据标准化为基础的数据共享模式。（3）数据的时效性：在产品研发和生产过程中，数据的变化是必然的、经常性的。人们需要及时得到最新的数据，因此，协同设计环境是必不可少的。（4）产品定义管理：人们希望在基于计算机的产品研发过程中能够对产品的结构有一个清晰、形象的描述，能够了解产品结构和数据之间的物理及逻辑关系，能够管理产品和控制结构中每一个子项的版本。,产品数据管理（PDM）在企业中的应用,（1）产品数据归档：PDM提供了方便的产品数据归档方法，只要用户提供必要的工程信息，数据就可以有条不紊地进入产品数据库中。（2）统一编码：产品零部件的有效分类是PDM要解决的主要问题，推行统一编码同时也是企业

31、信息化的基础。（3）产品结构管理：PDM以产品结构为核心来组织工程数据，完全符合PDM系统的数据组织逻辑。同时，它还提供基于产品结构的查询、修改和数据组织工作，对企业产品数据的管理起到了纲举目张的作用。（4）过程管理：PDM提供了技术部门的工作流程管理模块，企业可以利用浏览工具完成整个工作过程中的浏览与批注任务。（5）数据的处理：PDM提供了交互式自定义表格工具，可以生成任意复杂的企业表格，并且具有多种统计、汇总与展开方式等功能。（6）领域集成：工程部门产生的电子数据若被生产部门使用，通常还存在二次输入问题，PDM可以解决这个数据失误将导致的产品配套问题。（7）信息的提取：PDM是一门用来管理

32、所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程的技术。,柔性制造系统（FMS）,柔性制造系统（FMS）是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。 FMS没有固定加工顺序和生产节拍，适应多品种小批量生产。它的工艺基础是成组技术，按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控机床或工件、工具等物料储运系统。以计算机为核心进行系统管理，用无人搬运车进行工件传送，用数控技术实现自动化加工，用机器人进行自动装卸，并具有监视切削状态和精度、诊断和复原等功能，还能在一定范围内完成一种零件加工到另

33、一种零件加工的自动转换。,柔性制造系统（FMS）系统的组成,（1）加工设备：加工设备主要有加工中心和数控车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。（2）储存和搬运：储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的桁道式立体仓库。（3）信息控制：FMS根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，包括控制软件（控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统）、计划管理软件（调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等）和数据管理软件（仿真、检索和各种数据库）等。,柔性制造系统（FMS）系统的类型,（1）柔性制造单元：

34、由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。（2）柔性制造系统：以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。（3）柔性自动生产线：把多台可调整的专用机床联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔

35、性自动生产线，在性能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产柔性制造系统。,准时生产（JIT）,准时生产（JIT）的基本思想可用现在已广为流传的一句话来概括，即只在需要的时候，按需要的量生产所需的产品，这也就是准时生产（JIT）一词所要表达的本来含义。这种生产方式的核心是追求一种无库存的生产系统，或使库存达到最小的生产系统。为此开发了包括看板在内的一系列具体方法，并逐渐形成了一套独具特色的生产经营体系。 准时生产（JIT）是一种全方位的系统管理工程。它象一根无形的链条调度并牵动着企业的各项工作能按计划安排的进程顺利地实施，因而又称为一种拉动式的生产

36、模式。准时地组织各个环节进行生产，既不超量，也不超前，以总装配拉动部件装配，以部件拉动零件加工，以零件拉动毛坯生产，以主机厂拉动配套厂生产。在生产过程中，工序间的零件是小批量流动，甚至是单件流动的，在工序间基本上不存在积压或者完全没有堆积的半成品。,准时生产（JIT）的内容,JIT主要内容可以归纳为融七大管理为一体的生产模式：即六种管理方法和一种管理体制的综合。 六种方法是：生产管理、质量控制、劳动组织、工具管理、设备管理和现场5S管理（整理、整顿、清扫、清洁和素养）。 一种管理体制是指“三为”的现场管理体制：以生产现场为中心，以生产工人为主体和以车间主任为领导核心的现场生产组织管理模式。,准

37、时生产（JIT）的原则,（1）物流准时原则：要求在需要的时间段内，一般指15分钟至30分钟内，所有的物品按照需要的规格、规定的质量水平和需要的数量，按规定的方式送到生产现场，或在指定的地点能提取货物。（2）管理的准时原则：要求在管理过程中，能够按照管理的需要，遵照管理规定的要求收集、分析、处理和应用所需的信息和数据，并作为指令来进行生产控制。（3）财务的准时原则：要求在需要时候，及时按照需要的金额调拨并运用所需的周转资金，保证企业的财务开支适应生产运行的需求。（4）销售的准时原则：要求在市场需求的供货时间内，组织货源和安排生产，按照订单要求的品种和数量销售和交付产品，满足顾客的需求。（5）准时

38、生产原则：企业通过实施劳动组织柔性化来坚持多机床操作和多工序管理的生产方式，通过培训使操作工掌握一专多能的技艺，形成一支适应性强、技术水平高和富有创造性的工作团队。并且在生产组织上实行成品/半成品储备量逐年下降的原则，最终实现“零库存”的管理目标。生产准备工作和生产调度也必须适应多品种混流生产的要求，实现柔性化生产。,准时生产（JIT）方式的基本手段,（1）适时适量生产：在需要的时候，按需要的量生产所需的产品。（2）弹性配置作业人数：根据生产量的变动，弹性地增减各生产线的作业人数，以及尽量用较少的人力完成较多的生产。（3）质量保证：将质量管理贯穿于每一工序之中来实现提高质量与降低成本的一致性，

39、具体方法是自动化。（4）生产同步化：生产同步化是指工序间不设置仓库，前一工序的加工结束后，使其立即转到下一工序去，装配线与机械加工几乎平行进行。（5）生产均衡化：所谓生产的均衡化是指总装配线在向前工序领取零部件时应均衡地使用各种零部件，生产各种产品。（6）看板管理：在实现适时适量生产中具有极为重要意义的是作为其管理工具的看板。看板管理也可以说是JIT方式中最独特的部分，主要机能是传递生产和运送的指令。,精益生产（LP）,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

40、在内的生产的各方面最好的结果。 精益生产既是一种以最大限度地减少企业生产所占用的资源和降低企业管理和运营成本为主要目标的生产方式，同时它又是一种理念，一种文化。精益生产（LP）的关键是管理过程，包括人事组织管理的优化，大力精简中间管理层，进行组织扁平化改革，减少非直接生产人没；推进生产均衡化、同步化，实现零库存与柔性生产；推进全生产过程（包括整个供应链）的质量保证体系，实现零不良；降低任何环节上的浪费，实现零浪费；最终实现拉动式准时化生产方式。,精益生产（LP）的优势,精益生产（LP）的特点是消除一切浪费、追求精益求精和不断改善。去掉生产环节中的一切无用的东西，每个工人及其岗位的安排原则是必须

41、增值，撤除一切不增值的岗位。精简是它的核心，精简产品开发设计、生产、管理中一切不产生附加值的工作。 与大批量生产方式相比，LP的优势主要表现： （1）所需人力资源：无论是在产品开发、生产系统，还是工厂的其他 部门，与大批量生产相比，均能减至1/2。 （2）新产品开发周期：可减至1/2或2/3。 （3）生产过程的在制品库存：可减至大量生产方式下一般水平的1/10。 （4）工厂占用空间：可减至采用大批量生产方式工厂的1/2。 （5）成品库存：可减至大批量生产方式工厂平均库存水平的1/2。 （6）产品质量：可提高3倍。,精益生产（LP）管理方法上的特点,（1）拉动式准时生产：以最终用户的需求为生产起

42、点；强调物流平衡，追求零库存，要求上一道工序加工完的零件即可以进入下一道工序；组织生产线依靠看板的形式等。（2）全面质量管理：强调质量是生产出来的而不是检验出来的，生产过程中对质量的检验与控制在每一道工序都进行，重在培养每位员工的质量意识，保证及时发现质量问题。（3）团队工作法：员工在工作中要积极参与，一专多能，其工作业绩的评定受到团队内部的评价的影响，团队工作的基本氛围是信任，以一种长期的监督控制为主。（4）并行工程：在产品的设计开发期间，将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来，保证以最快的速度按要求的质量标准完成。利用现代计算机集成制造（CIM）技术，在产品的研制与开发期间，辅

43、助项目进程的并行化。,敏捷制造（AM）,敏捷制造（AM）是以柔性生产技术和动态联盟结构为特点，以高素质、协同良好的工作人员为核心，实施企业间的网络集成，形成快速响应市场的社会化制造体系。 它综合了JIT、MRPII、及LP等先进的生产管理模式的优点，能系统全面的地满足高效、低成木、高质量、多品种、迅速及时、动态适应、极高柔性等，以实现现代生产管理目标要求。 敏捷制造是美国国防部为了指定21世纪制造业发展而支持的一项研究计划。该计划始于1991年，有100多家公司参加，由通用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、ATT、摩托罗拉等15家著名大公司和国防部代表共20人组成了核心研究队伍。此项研

44、究历时三年，于1994年底提出了21世纪制造企业战略。在这份报告中，提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利益，又能获取他们共同利益的一种新的生产方式，即敏捷制造（AM），因而敏捷制造被称为21世纪的生产和管理战略。其核心思想是：要提高企业对市场变化的快速反应能力，满足顾客的要求。除了充分利用企业内部资源外，还可以充分利用其他企业乃至社会的资源来组织生产。,敏捷制造（AM）的特点,（1）高柔性：柔性主要指制造柔性和组织管理柔性。制造柔性是指企业能够针对市场的需求迅速转产，转产后能够实现多品种、变批量产品的快速制造。组织柔性主要是指企业淡化宝塔型的管理模式，更强调扁平式管理，权利下放，项目组具有

45、一定的决策能力。充分发挥每个人的主观能动性，发现问题，随时解决。（2）先进的技术系统：AM企业应具有领先的技术手段和掌握这些技术的人员，还应具有可快速重组的、柔性的但并不强调完全自动化的加工设备，以及一套行之有效的质量保证体系，使设计制造出来的产品达到社会和用户都满意的程度。（3）高素质人员：AM需要具有创造性思维的全面发展的敏捷型人才。（4）用户的参与：在敏捷制造（AM）模式下，用户参入产品的设计过程，根据自己的喜好提出设计要求，而且整个设计制造过程对用户都是透明的，甚至连销售服务方面都有用户的参与。,敏捷制造（AM）的关键技术,（1）并行工程（CE）技术：并行工程（CE）技术是指敏捷制造（

46、AM）强调工作流程的并行进行，强调团队工作精神，共同协调，解决问题。（2）虚拟制造（VM）技术：将制造企业的一切活动，如设计过程、加工过程、装配过程、生产管理、企业管理等建立与现实系统完全相同的计算机模型，然后利用该模型模拟运行整个企业的一切活动并进行参数的调整，在求得最佳运行参数后再进行实际制造活动。（3）网络技术：为了实现敏捷制造，企业需要保障信息网络连通性。（4）模块化技术：AM模块化技术主要有组织机构的模块化、工艺系统的模块化、产品的模块化。组织机构的模块化，通过多功能小组来实现。（5）系统集成技术：AM系统集成所要面对的是连续变化的动态系统，在系统集成运行的条件下，保证系统各部分功能

47、的独立性，旨在不影响系统其他部分运行的情况下，独立进行系统的改进和升级。 （6）动态联盟：作为实现AM的重要组织手段，其实质是综合社会各方而的优势，实现企业间的动态集成。（7）产品数据管理（PDM）技术：PDM是一种从数据库基础上发展起来的信息集成技术，能管理所有与产品相关的信息和过程。,3D打印技术,3D（三维）打印技术又称为快速成型技术，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。 3D打印最关键的步骤是需要在计算机中建立起产品的三维模型，借助3D辅助设计软件，工程师们可以设计出一个个的3D模型，或

48、者直接照着原型来设计，随后打印的过程，就是一个“构造”的过程。 3D打印是断层扫描的逆过程，3D打印就是一片一片的打印，软件通过计算机辅助设计技术（CAD）完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上。打印机会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型，成为一个立体物体。 3D打印分层加工的过程与喷墨打印十分相似，不过它使用的是实实在在的原材料。原材料需要凝固成型，需要在成型的区域喷洒一层特殊胶水，胶水液滴本身很小，且不易扩散，然后再喷洒一层均匀的粉末。在一层胶水一层粉末的交织下，实体模型将会被打印成型。,3D打印技术的特点,（1）增材制造技术：传统生产制造技术是“减材制造技术

49、”，3D打印则是“增材制造技术”。大大降低了设计与制造的复杂度，可以制造传统方式无法加工的奇异结构。（2）单件制造便宜快捷：能根据消费者自己的需求量身定制产品，大大节省工业样品制作时间，且可以打印造型复杂的产品，使单个物品的制造更为便宜快捷。（3）产品自然无缝连接：传统的焊接和零部件加固的方法使得部件之间的连接并不牢固，但是使用3D打印技术生产出来的产品是自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统生产制造方法。（4）消除器官移植排异反应：器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命，但目前存在着器官来源不足、排异反应难以避免等弊端，使用3D生物打印机可以解决这些难题。由于“

50、生物墨”使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。,3D打印技术的应用领域,（1）医疗行业：制作活性组织和人类器官。（2）科学研究：用3D打印机修复化石，可保留原化石特征。（3）产品设计：通过3D打印出来模型和初步设计的产品，设计制造部门更好地改良产品。（4）文物保护：博物馆使用3D打印复制品，能将文物影响更多更远的人。（5）建筑行业：用3D打印机打印建筑物，速度快、成本低、节材、节能环保。（6）制造业：制造业利用3D打印产品，无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多利用3D打印机，汽车和飞机都可以自己造出来。（7）食品产业：可以用食品3D打印机“打印”出来美味食品。（8）配件