现代制造系统
第一章 现代制造系统-wu
五 CIMS的经济效益
六 CIMS成功应用的案例
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三 CIMS的构成
一 CIMS系统简要结构框图
经 营 决 策 层 设 计 计 划 层 作 业 管 理 层 FMS 与生 产单 元层 经营决策 中央计算机
产品CAD/CAM 图形工作站
财务、人事、生产计划、生产 管理、生产技术数据管理等 各职能部门计算机
4
1.3 机械产品的生产过程
数 据 库
生产决策、 计划和控制
产品设计 和开发
产品制造
产品
销售
用户和市场 信息流
图1-1 机械产品生产过程
物质流 能量流
5
1.4 机械制造系统
概念 机械制造系统:（CIRP）是制造业中形成的
生产组织形式，它具有设计、生产、发运和销售 的一体化功能。 通俗语言描述：就是制造过程及其涉及的硬件、 软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品（ 含半成品）的有机整体。
信息 材料
物质生产
产品
一 机械制造系统简图 能源 二 机械自动化 三 机械制来自系统与零件种类变化和批量的关系
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一 机械制造系统简图
加工任务、加工要求
信
息
系
统
原材料
存储
运输
加工
检验
成品
物
能
质
量
系
系
统
统
能
源
物质流
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能量流
信息流
二 机械自动化
机械自动化 主要是指在机械制造业中应用自动化 技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化、 高效的自动生产过程，以加快生产资料的加工变换 和流动速度。 机械制造自动化系统的特点
现代制造系统
现代制造系统引言现代制造系统是用先进技术和方法来实现产品制造的系统，它是工业生产的核心。
随着科技的进步和全球化的发展，现代制造系统在不断演变和改进，以适应不断变化的市场需求和技术发展。
本文将介绍现代制造系统的定义、特点、优势、组成以及未来发展趋势。
定义现代制造系统是一种复杂的系统，它包括了物料处理、生产过程、设备自动化控制、质量管理、信息技术和供应链管理等方面。
它的目标是通过精确的计划、灵活的资源调配和高效的生产流程来实现产品的制造和交付。
现代制造系统通常涉及到多个环节的协同工作，包括原材料采购、生产计划、生产调度、工艺设计、设备控制、质量检测和物流管理等。
特点现代制造系统具有以下几个特点：自动化现代制造系统采用先进的自动化技术，例如机器人、自动化生产线和自动化控制系统等，能够实现高度自动化的生产过程。
这不仅提高了生产效率，还减少了人工操作的错误和安全风险。
灵活性现代制造系统具有较高的灵活性，能够根据市场需求的变化快速调整生产计划和生产流程。
它可以适应多样化的产品和生产工艺，实现快速切换和生产共享。
高效性现代制造系统通过优化生产流程和资源利用率，提高了生产效率和产品质量。
它能够减少生产周期、提高产能和降低成本，从而增强企业的竞争力。
数据驱动现代制造系统依靠信息技术和数据分析来指导生产决策和优化生产过程。
它通过实时监控和分析关键指标，可以及时发现和解决潜在的问题，实现持续改进和优化。
优势现代制造系统具有多项优势，以下是其中几点：提高生产效率现代制造系统采用自动化设备和智能化控制，能够大幅提高生产效率。
它可以实现连续生产和无人值守，减少人力投入和生产周期，从而提高产能和降低成本。
提高质量和可靠性现代制造系统通过先进的质量管理和可靠性工程技术，提高产品质量和可靠性。
它可以实时监控和控制生产过程，减少变异和缺陷，确保产品符合质量标准和客户需求。
降低生产成本现代制造系统通过优化生产流程和资源利用率，能够降低生产成本。
现代制造系统
5.1 虚拟制造技术（VM） 5.2 计算机集成制造系统（CIMS） 5.3 并行工程（CE） 5.4 精益生产（LP） 5.5 敏捷制造（AM） 5.6 绿色制造
5.1 虚拟制造技术（VM）
虚拟制造（Virtual Manufacturing，VM）技术是在20 世纪90年代以后，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技 术发展成熟以后出现的一种全新的先进制造技术。
哈林顿提出的CIM概念中有两个基本理念： （1）企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加
工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分 割的整体，要紧密连接，统一考虑。 （2）整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工处 理的过程。最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。 这两个基本理念至今仍是CIMS的核心内容。
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5.2 计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS由4个分系统组成：经营管理信息系统、工程设计自 动化系统、制造自动化系统和质量保证信息系统，如图5-3 所示。
1）经营管理信息分系统：是将企业生产经营过程中产、供、 销、人、财、物等进行统一管理计算机系统。
2）设计自动化分系统：利用计算机辅助进行产品设计、工 艺设计、制造准备及产品性能测试等工作。
Hale Waihona Puke .2.4 我国CIMS发展情况“十五”国家863/CIMS主题目标为：从国民经济和国家 安全的需求出发，有重点地选择能够促进我国制造业发展和 升级的战略性、前沿性和前瞻性关键技术进行突破、开发。 我国已建立了开展CIMS研究与技术推广的体系结构，如图 5-4所示。
“十五”国家863/CIMS主题已用现代集成制造系统替代 了原来的计算机集成制造系统，其研究对象和作用范围均有 较大的变化。
现代制造系统教学大纲
《现代制造系统》教学大纲课程编号：081272B课程类型：口通识教育必修课口通识教育选修课口专业必修课J专业选修课口学科基础课总学时：32讲课学时：32实验（上机）学时：学分：2适用对象：工业工程先修课程：工程技术基础II一、教学目标现代制造系统是工业工程专业学生系统了解工业工程专业知识如何综合分析一个系统的一门专业选修课程，通过本课程的学习，可以使学生对系统分析过程中的各种方法有个较为全面的了解。
1、使学生了解多视角、多层次、多方法的含义；2、使学生较为系统地掌握系统分析与建模的基本过程；3、使学生对这个系统运行管理与控制有个较为全面的了解。
二、教学内容及其与毕业要求的对应关系本课程的教学主要采用课堂教学的方法，同时结合实例。
教学重点是了解相关行业生产的基本过程。
教学课堂外，学生要按照老师提供的参考书目认真阅读，同时完成相应的作业。
三、各教学环节学时分配教学课时分配四、教学内容第一章绪论第一节研究和发展制造系统的意义第二节发展制造系统技术的基础第三节制造系统的发展历史与现状第四节制造系统的发展趋势教学重点：制造系统的技术基础教学难点：制造系统的历程通过本章的学习要使学生达到：(1)了解制造系统的发展；⑵理解制造系统的基本技术基础。
复习思考题：(1)什么是制造系统？(2)制造系统的发展过程？第二章制造系统的基本概念第一节制造过程第二节制造模式第三节制造系统教学重点：制造过程、制造模式以及制造系统教学难点：理解制造过程、制造模式以及制造系统概念通过本章的学习要使学生达到：(1)了解制造的过程、模式和系统；⑵理解制造的过程、模式和系统的基本概念；⑶掌握制造过程、制造模式以及制造系统划分。
复习思考题：(1)制造过程的基本形式？(2)制造模式的基本形式？(3)制造系统包含什么？第三章制造系统的体系结构运行原理第一节现代制造系统的总体结构第二节单元级制造系统的结构与运行原理第三节车间级制造系统的结构与运行原理第四节工厂级制造系统的结构与运行原理教学重点：制造系统体系结构的多层次分析教学难点：IDEF0建模方法通过本章的学习要使学生达到：(1)了解系统多层次建模的基本思想；⑵理解多层次建模的基本方法；⑶掌握多层次建模的基本流程。
现代制造系统
• 制造自动化系统要生成作业计划，进行优化调 度控制，生成工件、刀具、夹具需求计划，进 行系统状态监控和故障诊断处理，以及完成生 产数据采集及评估等。 • 制造自动化系统是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、多级分布式控制计 算机等设备及相应支持软件组成。
CIMS的构成
• 一个制造企业从功能看，可以简单地分为设计 、制造、和经营管理三个主要方面。由于产品 质量对于一个制造企业的竞争和生存越来越重 要，因此，常常也把质量保证系统作为企业功 能主要方面之一。为了实现上述企业功能的集 成，还需要一个支撑环境，包括计算机网络、 数据库和集成方法—系统技术。如图11-1.
实现必要的行政 或经营管理功能 成本估算 库存统计 用户定单处理、 采购 人事管理和工 资单处理等
CAD CAPP CAM 功能一般通 过用户和数 据接口并在 人的干预下 实现
2．车间层控制系统
车间层控制系统负责协调车间的生产和辅助性工作以及 这些工作的资源配置。规划时间从几周到几个月，主要 有以下2个模块：
• AMRF将CIMS分为5级：工厂层、车间层、单元层、 工作站层和设备层。每一层又可分解为多个模块，都 由数据驱动，并可扩展为树状结构。
图11-2 CIMS的递阶控制结构模型
1. 工厂层控制系统
生产管理 信息管理
制造工程
跟踪主要项目 制定长期生产计 划 明确生产资源需 求 确定所需的投资 算出剩余生产能 力 汇总质量性能数
工程设计分系统
• 工程设计分系统是在产品开发过程中引入的计 算机技术，包括产品的概念设计、功能结构分 析、详细设计、工艺设计与数控编程。 • 通常划分为CAD、CAPP、CAM三大部分及产 品数据管理等子系统（PDM）。 • 工程设计系统在CIMS中是主要信息源，为管 理信息系统和制造自动化系统提供BOM表和工 艺路线等信息。
第八章 现代制造系统
主要特征 3、低成本、稳定的质量、标 准产品和服务 4、产品开发期长
5、产品生命周期长
利润模式 通过规模效益获得利润
5、产品生命周期短
通过对满足客户个性化需求的不同产 品实行差别定价实现利润最大化
2、典型现代制造系统---2.4.3 大规模定制的特征
大规模定制
比较项目 适用对象 大批量生产
完全定制生产
制造系统的定义：
按一定制造模式将制造过程所涉及的各种相互关联、相互 依赖、相互作用的有关要素组成的具有将制造资源转变为 有用产品这一特定功能的有机整体，称之为制造系统。
可以从以下三个方面来理解制造系统 3、结构 2 1 、过程 、功能
制造系统是制造过程所涉及的硬件（人员、设备、材 制造系统是产品生命周期所经历的制造活动过程包括 制造系统是一个将制造资源转换为成品或半成品的输 市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验包 入输出系统。衡量系统输入输出转换优劣有六大指标 料、能源等）及相关软件（制造的理论、技术、工艺、 装、销售服务和报废处理等环节。 --标准及计算机相关程序等）组成的有机整体。 时间、质量、成本、服务、环境、柔性。
现代制造系统
工业工程部2015-04-02
知识点
1、制造系统的概念 2、制造系统的基本类型 3、制造系统的基本特性 4、现代制造系统的概念和特点 5、敏捷制造原理 6、并行工程的关键技术主要有哪些？ 7、组成技术原理及其基本思想
目录
1 制造系统概述 2 典型现代时装系统
第一部分：
制造系统概述
1、制造系统概述—1.1 基本概念
第三阶段：
柔性加工系统。包括计算机直接数控加工 系统、柔性单元制造系统、柔性制造系统、 和柔性生产线等。强调制造过程的柔性和 高效率，适用于多品种小批量生产
现代制造系统课程设计
现代制造系统课程设计一、课程设计背景现代制造系统是制造企业进行升级的必经之路，具有提高生产效率、降低成本、提升质量、提升竞争力等诸多优势。
为了与时俱进，满足市场需求，我校开设了现代制造系统课程，旨在通过理论学习和实践活动，培养学生的现代制造系统设计与管理能力。
二、课程设计目标通过现代制造系统课程设计，旨在达到以下目标：1.了解现代制造系统的发展历程和重要性，掌握其基本概念、理论及其应用。
2.掌握现代制造系统的基本组成部分，包括设备、信息技术、控制系统等，对于各部分之间的关系有清晰的认识。
3.掌握现代制造系统的设计方法和优化方法，能够对制造企业的生产线进行设计与优化。
4.学习现代制造系统在大规模生产中的应用，提高生产效率和产品质量，减少生产成本。
三、课程设计内容1. 现代制造系统概论本章主要介绍现代制造系统的发展历程、基本概念、信仰等理论知识，以及现代制造系统的特点和作用，为后面的课程进行铺垫。
2. 现代制造系统组成与优化本章主要介绍现代制造系统的基本组成部分，包括设备、信息技术、控制系统等，以及各部分之间的关系和作用。
针对制造企业的实际情况，教授现代制造系统的设计方法和优化方法。
3. 现代制造系统在大规模生产中的应用本章主要介绍现代制造系统的应用实践，包括生产线的设计、仿真、优化与控制，以及制造执行系统、物料控制系统、质量管理系统等的应用。
学生通过学习案例，掌握现代制造系统在大规模生产中的应用技能，提高生产效率和产品质量，减少生产成本。
4. 现代制造系统实验本章主要安排现代制造系统实验，通过实践操作，让学生更加深入了解现代制造系统的设计与管理。
实验内容包括生产线仿真、质量管理系统设计、物流控制系统设计等，以及实验报告的撰写。
四、课程设计要求1.学生应具备一定的制造工程基础，了解制造企业的生产流程和基本知识。
2.学生应积极参与课堂讨论和实践操作，主动寻找问题，解决问题。
3.学生应认真完成实验报告，对实验结果进行分析和总结，提出可行的改进方案。
现代制造系统复习资料
现代制造系统复习资料1. 制造业发展三阶段：（1）用机器代替手工，由作坊形成工厂，19世纪，英法，德美；（2）从单件生产发展成为大批量生产，泰勒：劳动分工，计件工资制；（3）当代先进制造技术：柔性化，集成化，智能化，全球化，网络化。
2.制造系统的发展历史：（1）刚性自动化（2）数控加工（3）柔性制造（4）计算机集成制造系统（5）智能制造系统。
3.制造系统（AMT）定义：制造系统是包含从原材料供给到销售服务的所有制造过程及其所涉及的硬件和有关软件所组成的具有特定功能的一个有机整体。
其中，硬件包含人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置；软件包括制造理论、制造技术和制造信息等。
4.制造系统体系结构主要包含：先进制造工艺技术、制造自动化系统、先进制造模式等。
5.制造系统的发展趋势：（P12）近年来，制造自动化技术的研究发展迅速，其发展趋势可用“六化”简要描述，及制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。
6.超高速加工技术：是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地实现高速运动的搞精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。
不同的工件材料、不同的加工方式有着不同的切削速度范围。
7.形成理论（P76）图3-2，Salomon曲线8.超高速切削加工技术：通常把切削速度比常规高5~10倍以上的切削叫做超高速切削。
高速切削加工技术与常规切削加工相比，在提高生产率，减低生产成本，减少热变形和切削力以及实现高精度、高质量零件加工等方面有明显优势。
特点：加工效率高、切削力小、热变形小、加工精度高、加工过程稳定、减少后续加工工序、良好的技术经济效益。
9.超高速切削刀具材料：涂层刀具、金属陶瓷刀具、立方氮化硼、聚晶金刚石。
10.防护措施：机床防护罩，工件的加紧11.电火花加工技术：（弟一种被发明）可加工材料、不可加工材料、优缺点12.超声波加工：概念、加工材料、材料13.激光加工：是一种利用材料在激光聚集照射下瞬时急剧熔化和气化，并产生很强的冲击波，是被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料去除的加工技术。
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并行工程的特征
• 并点
• 并行工程强调面向过程和面向对象 • 并行工程强调系统集成与整体优化
并行工程的要点
• 强调团队工作精神和工作方式； • 强调设计过程的并行性，尤其注意早期概 念设计阶段的并行协调； • 强调设计过程的快速反馈，杜绝错误的延 续； • 以产品为中心满足客户要求； • 强调信息与知识的开发与共享。
现代制造系统
------ 并行工程
目录
• • • • • • • 并行工程的概况 并行工程本质特点 并行工程的要点 并行工程的关键技术 并行工程实施步骤 并行工程在先进制造技术中的地位与作用 并行工程的应用
并行工程的概况
• 并行工程的历史
• • •
并行工程的研究范围 并行工程的定义 并行工程的特征
并行工程在计算机中的应用
并行工程与面向制造和装配的产品 设计
• 面向制造和装配的产品设计（Design for Manufacturing and Assembly,DFMA）是指在产品 设计阶段充分考虑产品的可制造性和可装配性， 从而以更短的产品开发周期、更低的产品开发成 本和更高的产品开发质量进行产品开发。 • 很显然，要顺利地实施和开展并行工程，离 不开面向制造和装配的产品设计，只有从产品设 计入手，才能够实现并行工程提高质量、降低成 本、缩短开发时间的目的。可以说，面向制造和 装配的产品开发是并行工程的核心部分，是并行 工程中最关键的技术。掌握了面向制造和装配的 产品开发技术，并行工程就成功了一大半。
• 并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将 原来分别进行的工作在时间和空间上交叉重叠， 充分利用原有技术，吸收当前迅速发展的计算机 和信息技术成果，使其成为先进制造技术基础。 • 在并行工程中为了达到并行目的，建立高度集成 的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工 作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复， 它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、 局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可 以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造 了条件，并行工程的进一步发展方向是虚拟制造
并行工程在模具型行业的成果
并行工程的讲述到此结束 谢谢观赏！
国外并行工程的应用
• 并行工程已从理论向实用化方向发展，越 来越多的涉及航空、航天、汽车、电子、 机械等领域的国际知名企业，通过实施并 行工程取得了显著效益。
国外并行工程在餐厅中的应用
中国并行工程的发展和应用
• 1992 年前是并行工程的预研阶段， 863/CIMS 年度计划 和国家自然科学基金资助了一些并行工程相关技术的研究 课题，如面向产品设计的智能 DFM ，并行设计方法研究， 产品开发过程建模与仿真技术研究等。 • 1993 年， 863/CIMS 主题组织清华大学、北航、上海交 大、华工和航天 204 所等单位，组成 CE 可行性论证小 组，提出在 CIMS 实验工程的基础上开展 CE 的攻关研究。 • 1995 年 5 月， 863/CIMS 主题重大关键技术攻关项目 “并行工程”正式立项，投入大量资金开展 CE 方法、关 键技术和应用实施的研究。 • 1995 年 5 月 -1997 年 12 月，进行了“并行工程”项 目的攻关研究。 • 1998 年至今，“并行工程”已有攻关成果并进一步深入 研究，应用于航天等领域。
并行工程的发展与应用
• • • • 国外并行工程的发展 国外并行工程的应用 中国并行工程的发展 中国并行工程的应用
国外并行工程的发展
• 1988年，美国防御分析研究所以武器生产为背景， 对传统的生产模式进行了分析，首次提出了并行 工程的概念。特别是美国国防部高级房屋研究项 目局与1988年7月在西弗吉尼亚大学投资4~5亿美 元组建CERC，致力于设计、开发和推广CE使能技 术，以提高产品的开发能力。 • 1986年-1992年，是并行工程的研究与初步尝试阶 段。美国国防部支持的DARPA/DICE计划，欧洲的 ESPRIT II&III计划，日本的IMS计划等都进行了 并行工程的研究。 • 1995年至今是新的发展阶段。从理论向实用化方 向发展并取得了明显的成效。
并行工程的关键技术
• • • • • • CAX技术 DXF技术 过程建模和仿真技术 产品数据管理 综合协调技术 集成框架技术
并行工程的实施步骤
• • • • 建立并行工程的开发环境 成立并行工程的开发组织机构 选择开发工具及信息交流方法 确立并行工程的开发实施方案
并行工程在先进制造技术中的地位 与作用
并行工程的研究范围
• 一般包括： ①并行工程管理与过程控制技术 ②并行设计技术 ③快速制造技术
并行工程的定义
• 1988年美国国家防御分析研究所（IDA— Institute of Defense Analyze）完整地 提出了并行工程（CE—Concurrent Engineering）的概念，即“并行工程是集 成地、并行地设计产品及其相关过程（包 括制造过程和支持过程）的系统方法。
并行工程的历史
它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品全生命周期（从 概念形成到产品报废）内各阶段的因素（如功能、制造、装 配、作业调度、质量、成本、维护与用户需求等等），并强 调各部门的协同工作，通过建立各决策者之间的有效的信息 交流与通讯机制，综合考虑各相关因素的影响，使后续环节 中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现，并得到解决， 从而使产品在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、 可维护性及回收再生等方面的特性，最大限度地减少设计反 复，缩短设计、生产准备和制造时间