1、1.2 制造系統(tǒng)及其發(fā)展,基本要求與知識點(diǎn)：,基本概念： 制造模式；制造系統(tǒng)；制造系統(tǒng)的組成,1 制造過程,制造過程是組成制造業(yè)的基本環(huán)節(jié)。 “大制造”與 “小制造” 一、 “小制造”概念及制造過程定義 1. “小制造”概念： “小制造”是指傳統(tǒng)的“機(jī)械制造”，重點(diǎn)是加工和裝配。 2. “小制造”概念下，制造過程的定義為： 制造過程是通過機(jī)器和工具將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的過程。 3. “小制造”概念下制造過程的定義主要強(qiáng)調(diào)的是工藝過程。,1 制造過程,二、 “大制造”概念及制造過程定義 1. “大制造”概念： “大制造”是指產(chǎn)品生命周期中，從供應(yīng)市場到需求市場整個供需鏈中的所有活動。 2. “

2、大制造”概念下，制造過程可定義為： 制造過程是將制造資源（包括制造信息、原材料、能源等）轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎卯a(chǎn)品并保證其正常使用的過程。 3. “大制造”概念下制造過程的定義強(qiáng)調(diào)的是產(chǎn)品的整個生命周期過程。 4. “大制造”概念下，信息對制造過程的完成起著重要作用 根據(jù)“大制造”概念的制造過程定義，制造過程不僅包含了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，而且還包含了信息向物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，即信息的物化。顯然，這必須通過基于信息的管理和控制來實現(xiàn)。同時，制造過程的輸出不僅是產(chǎn)品，而且還包括為保證產(chǎn)品正常使用所進(jìn)行的服務(wù)等。,大制造概念下制造過程的組成框圖,下部的方框主要表示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程， 上部的長方形框主要表示信息的處理過程， 上下兩

3、部分間的箭頭表示信息對物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的作用，由此實現(xiàn)信息到物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。,2 制造模式,1. 制造模式的定義： 制造模式是指企業(yè)體制、經(jīng)營、管理、生產(chǎn)組織和技術(shù)系統(tǒng)的形態(tài)和運(yùn)作的模式 。 2.制造模式的意義： 制造過程的運(yùn)行、制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)以及制造系統(tǒng)的優(yōu)化管理與控制均受制造模式的制約，必須遵循制造模式確定的規(guī)律。因此，對制造模式進(jìn)行深入研究，為制造系統(tǒng)建立先進(jìn)的制造模式對提高系統(tǒng)的總體效益具有重要意義。,1. 剛性制造模式,典型制造模式,2. 柔性自動化制造模式,典型制造模式,3.計算機(jī)集成制造模式,典型制造模式,4. 敏捷制造模式,敏捷=快速響應(yīng)市場,典型制造模式,5. JIT 制造模式

4、:JIT（Just In Time）是日本豐田汽車公司提出的一種制造模式。 JIT 模式按“拉”式 (Pull) 方式組織生產(chǎn)。前一道工序工件庫存量不是由預(yù)先制訂的生產(chǎn)計劃確定，而是當(dāng)后一道工序發(fā)出請求后，該庫存才存在。因此庫存量極少，理想狀態(tài)為零。,典型制造模式,基于JIT模式的制造單元 MC (Manufacturing Center)：制造中心， OH (Output Hopper)：輸出存儲器， BB (Bulletin Board)：布告牌。,3. 制造系統(tǒng),1.系統(tǒng)的定義: 系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體。 2.系統(tǒng)的基本特征 第一，系統(tǒng)是由若

5、干元素組成的； 第二，這些元素相互作用、相互依賴； 第三，由于元素間的相互作用，使系統(tǒng)作為一個整體具有特定的功能。 3. 系統(tǒng)的目標(biāo)提高總體性能,3 制造系統(tǒng),例1：簡單構(gòu)件組成高性能系統(tǒng) 在建筑機(jī)械和結(jié)構(gòu)工程中，常采用由簡單構(gòu)件組成的各類桁架系統(tǒng)。在這種力學(xué)系統(tǒng)中，通過組成要素間的合理聯(lián)接，可以從整體上表現(xiàn)出很高的力學(xué)性能。 例2：低精度元件組成高精度系統(tǒng) 在計算機(jī)等數(shù)字設(shè)備中，采用以“0”和“1”兩個狀態(tài)工作的電子器件，通過非線性方法相聯(lián)接，組成了高精度數(shù)字化系統(tǒng)。,3 制造系統(tǒng),定義1：1815年 工廠系統(tǒng) 定義2：1962年 日本 人見勝人 定義3：1969 J.Peklenik 定義

6、4：1989年 英國Parnaby 定義5 ： 1990年國際生產(chǎn)工程學(xué)會 定義6：1992年 G.Chryssolouris,3制造系統(tǒng),1.綜合后定義如下： 按一定制造模式將制造過程及其所涉及的硬件（包括人員、生產(chǎn)設(shè)備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關(guān)的軟件（包括制造理論、制造工藝和制造方法等）和制造信息組成一個具有特定功能的有機(jī)整體，稱之為制造系統(tǒng)。 由上述定義可知，機(jī)械加工系統(tǒng)就是一種典型的制造系統(tǒng)。一個正在制造產(chǎn)品的機(jī)床、生產(chǎn)線、車間乃至整個工廠可看作是不同層次的制造系統(tǒng)；加工中心、柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)均是典型的制造系統(tǒng)；另外，一個新產(chǎn)品的開發(fā)、一個技術(shù)改造項目以及它們

7、所涉及的硬件和軟件，也可以看成為不同的制造系統(tǒng)。,根據(jù)所研究問題的側(cè)重點(diǎn)不同，制造系統(tǒng)還可以有以下三種特定的定義： （1）制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)定義 （2）制造系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換定義 （3）制造系統(tǒng)的程序定義,制造系統(tǒng),2. 制造系統(tǒng)的基本類型 根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)和生產(chǎn)方式不同，制造系統(tǒng)可分為兩大類： (1) 連續(xù)型制造系統(tǒng) 如石油、化工產(chǎn)品制造系統(tǒng)。 (2) 離散型制造系統(tǒng) 如機(jī)床、汽車、家電產(chǎn)品制造系統(tǒng)。 本課程僅涉及離散型制造系統(tǒng)。,制造系統(tǒng)的特征,制造系統(tǒng)總是一個動態(tài)系統(tǒng)； 制造系統(tǒng)在運(yùn)行過程中無時無刻不伴隨著物料流、信息流和能量流的運(yùn)動； 制造系統(tǒng)中包含有決策子系統(tǒng)； 制造系統(tǒng)具有反饋特性。,20,制造系

8、統(tǒng)特性,結(jié)構(gòu)特性 制造系統(tǒng)可視為若干硬件的集合體。為使硬件充分發(fā)揮效能，必須有軟件支持。,21,制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu),22,轉(zhuǎn)變特性,主要從技術(shù)角度出發(fā)，如何使轉(zhuǎn)變過程更有效進(jìn)行。,23,程序特性,程序 一系列按時間和邏輯安排的步驟 制造系統(tǒng)可視為生產(chǎn)離散型產(chǎn)品的工作程序（圖1-6）,研究制造系統(tǒng)程序特性，主要從管理角度出發(fā)如何使生產(chǎn)活動達(dá)到最佳化。,4.制造系統(tǒng)中的物料流、能量流、信息流和資金流,（1)物料流用于改變物料的形態(tài)與地點(diǎn)，存在于“制造”一個階段中。,(2)能量流 來自制造系統(tǒng)外部 一部分用以維持各個環(huán)節(jié)或子系統(tǒng)的運(yùn)動 另一部分通過傳遞、損耗、儲存、釋放、轉(zhuǎn)化等有關(guān)過程，以完成制造過程的有

9、關(guān)功能 這種制造系統(tǒng)中的能量運(yùn)動過程，稱為制造系統(tǒng)的能量流。,（3）信息流 制造系統(tǒng)中的信息，以一定的流程形式在制造系統(tǒng)內(nèi)部處于連續(xù)的動態(tài)變化之中，不斷地被使用、保存、更新、刪除等，形成了制造系統(tǒng)中的信息流。,（4）資金流 投入資金購買原材料、設(shè)備等及維持制造過程運(yùn)行，最后通過產(chǎn)品銷售回收，進(jìn)入下一輪的流動，形成資金流。,28,制造系統(tǒng)的物質(zhì)流與信息流,信息流、物質(zhì)流、資金流、能量流,5. 制造系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu),4 制造系統(tǒng)的有關(guān)問題（p21）,1）.推式制造系統(tǒng) 推式方式基本特征:信息流運(yùn)動的方向與物料流的運(yùn)動方向相同，其計劃的產(chǎn)量與實際生產(chǎn)的產(chǎn)量不同。 2）.拉式制造系統(tǒng) 拉式方式管理與運(yùn)作

10、的基本特征是信息流的流動方向與物料流的流動方向相反，其生產(chǎn)計劃的產(chǎn)量與實際的產(chǎn)量相同，可以實現(xiàn)零庫存或少庫存 實施拉式生產(chǎn)方式。按照訂單或顧客的需求，利用kanban指令系統(tǒng)使生產(chǎn)指令信息從生產(chǎn)線的最終工序(或作業(yè))逆物流流動的方向向前一道工序傳遞。 3）.“kanban” 提供準(zhǔn)時合格產(chǎn)品與服務(wù)的本意準(zhǔn)時的庫存控制。,4）.豐田生產(chǎn)方式/ Just in Time：適時適量 “只在必要的時候，按必要的量，生產(chǎn)必要的產(chǎn)品”（Just In Time）。,這種準(zhǔn)時/JIT管理的基本特征是：實現(xiàn)準(zhǔn)時生產(chǎn)。執(zhí)行在必要的時間(不遲也不早)、生產(chǎn)必要的品種與數(shù)量(不多也不少)的生產(chǎn)計劃管理產(chǎn)品的生產(chǎn)，其

11、生產(chǎn)管理的指令系統(tǒng)就是Kanban系統(tǒng)。實施拉式生產(chǎn)方式。按照訂單或顧客的需求，利用kanban指令系統(tǒng)使生產(chǎn)指令信息從生產(chǎn)線的最終工序(或作業(yè))逆物流流動的方向向前一道工序傳遞。連續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)流程，通過多面手員工的培訓(xùn)由生產(chǎn)作業(yè)者完成質(zhì)量檢測，保證即時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，不斷改進(jìn)流程與作業(yè)，消除生產(chǎn)過程中一切不能附加價值的活動。實現(xiàn)公示管理。按照顧客價值對供應(yīng)商進(jìn)行管理，以“零庫存”為奮斗目標(biāo)實現(xiàn)準(zhǔn)時供貨，努力降低公司的庫存。實施人與技術(shù)結(jié)合的自治管理，發(fā)揮小組的集體作用。,5 制造系統(tǒng)的重要課題,一、系統(tǒng)分析與綜合 1. 制造系統(tǒng)分析 制造系統(tǒng)的分析是指通過理論方法、仿真方法、實驗方法等對已有或處

12、于設(shè)計階段的制造系統(tǒng)進(jìn)行分析，以了解該系統(tǒng)的行為舉止和運(yùn)行規(guī)律，并獲取該系統(tǒng)的某些性能指標(biāo)。系統(tǒng)分析的目的往往是為了對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，或作為系統(tǒng)設(shè)計中的一個環(huán)節(jié)（如對待建系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估）。 制造系統(tǒng)分析已有較多方法。其中計算機(jī)仿真方法應(yīng)用較多。無論采用那種方法對制造系統(tǒng)進(jìn)行分析，最關(guān)鍵的問題，就是建立系統(tǒng)的模型。 2. 制造系統(tǒng)綜合 系統(tǒng)綜合就是根據(jù)已知的對系統(tǒng)各方面的要求，通過系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法，產(chǎn)生一滿足所給要求的新系統(tǒng)。在很多情況下，這一過程是從無到有產(chǎn)生一符合給定要求的新系統(tǒng)。在有些情況下，也可在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)校正、系統(tǒng)重構(gòu)等方法產(chǎn)生出比原系統(tǒng)性能更

13、優(yōu)良的新系統(tǒng)。,制造系統(tǒng)綜合的實現(xiàn)過程,這一過程可看作為一種變換與處理過程，它在有關(guān)參考模型（如制造模式，管理范式等）的支持下，在相關(guān)信息的支持下，由系統(tǒng)設(shè)計人員借助于計算機(jī)和有關(guān)軟件系統(tǒng)，對輸入信息（對未來新系統(tǒng)的要求）進(jìn)行變換、處理，最后產(chǎn)生輸出信息（對未來新系統(tǒng)的描述）。,制造系統(tǒng)綜合方法：分階段迭代設(shè)計,分階段處理 制造系統(tǒng)的設(shè)計需通過從粗到精、由宏觀到微觀、由全局到局部的多階段。是一個從需求出發(fā)，逐步細(xì)化，最終滿足要求的過程。 迭代求解 由于在每一個實施階段中，所要解決的問題往往仍很復(fù)雜，而且很到問題是非結(jié)構(gòu)化的。因此這些設(shè)計階段中很多具體問題的解決，往往還需通過反復(fù)迭代、逐步獲解。

14、,2-5 制造系統(tǒng)的重要課題,二、系統(tǒng)管理與控制 制造系統(tǒng)的管理與控制是根據(jù)給定的目標(biāo)和要求，發(fā)揮人的智慧，利用計算機(jī)作為手段，對制造系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行合理控制，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)的一門技術(shù)。 管理：上層，宏觀，分析決策為主，實時性低； 如經(jīng)營管理、計劃控制、靜態(tài)調(diào)度等。 控制：底層，微觀，計算調(diào)節(jié)為主，實時性高； 如動態(tài)調(diào)度、過程控制、設(shè)備控制等。,制造系統(tǒng)管理與控制的涵義,從狹義角度看，制造系統(tǒng)管理與控制是通過對制造過程中的物料、人力、設(shè)備等生產(chǎn)資源的合理計劃、調(diào)度與控制，以縮短產(chǎn)品的制造周期，減少在制品，降低庫存，提高生產(chǎn)資源（特別是主要設(shè)備）的利用率，最終達(dá)到提高生產(chǎn)率的目的。 從廣義上講，管理控制系統(tǒng)的控制對象是制造系統(tǒng)運(yùn)行中所涉及的所有過程。它包括從輸入生產(chǎn)要素開始到輸出產(chǎn)品和為用戶服務(wù)的全過程，除涉及生產(chǎn)資源外，還包括對市場（銷售市場、供應(yīng)市場）、財務(wù)（資金來源與支出）和工程設(shè)計（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝路線的設(shè)計與工程設(shè)計改變）等的管理。,制造系統(tǒng)管理控制的實現(xiàn)過程,制造系統(tǒng)管理控制的特殊性,在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，一方面生產(chǎn)過程必須按照制造模式確定的規(guī)律運(yùn)行，即生產(chǎn)過程的運(yùn)行是受制造模式約束的，另一方面，管理控制系統(tǒng)也將通過信息與