先进生产制造模式精选.ppt

先进生产制造模式 程丕涛 张胜男 背景： 在传统制造技术逐步向现代高新技术发展、渗透、交汇和演变的过程中，形成了先进制造技术的同时，出现了一系列先进制造模式。根据国际生产工程学会（CIRP）近10年的统计，发达国家所涌现的先进制造系统和先进制造生产模式就多达33种。发达国家制造业企业，特别是跨国公司和创新型中小企业已广泛采用了一些新的制造模式和制造系统，如：柔性制造系统（FMS）；计算机集成制造系统（CIMS）；精益生产模式（LP）；清洁生产模式（CP）；高效快速重组生产系统；虚拟制造模式（VM）等。目前，正在开发下一代制造和生产模式，如：并行工程和协同制造（HM）、生物制造（BM）、网络化制造和下一代制造系统（NGMS）等 计算机集成制造（CIM） 概念：CIM(Computer Integrated Manufacturing ) 1974年美国人约瑟夫·哈林顿博士根据计算机技术在工业生产中的应用及其发展趋势，首先提出了计算机集成制造的概念，即CIM概念。其基本观点有两个： (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活动是一个不可分割的整体。需紧密联接、统一考虑。 (2)整个制造生产过程，实际上是一个数据的采集、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。 CIMS 定义： CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统。通过计算机及其软件，把制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地结合起来，是适合于多品种、小批量生产和实现总体高效益、高柔性的制造系统。 CIMS是通过计算机硬软件。并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术。将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。 CIMS包含三要素： 在三要素的相交部分需要解决四类集成问题:  使用技术以支持经营： 使用技术以支持人员工作和组织机构的运行： 人员/机构设置协调工作以支持经营活动： 统一管理实现经营、人员、技术 功能结构 从功能上看，CIMS包括了一个制造企业的设计、制造、经营管理三种主要功能，要使这三者集成起来，还需要一个支撑环境，即分布式数据库和计算机网络以及指导集成运行的系统技术。 1.四个功能分系统 （1）管理信息分系统 （2）产品设计与制造工程设计自动化分系统 （3）制造自动化或柔性制造分系统 （4）质量保证分系统 2.两个支撑分系统 （1）计算机网络分系统 （2) 数据库分系统 CIMS的基本组成结构关系： ＣＩＭＳ递阶控制结构 CIMS的功能和控制十分复杂。为此，CIMS的控制系统一般采用分级控制结构，即递阶控制结构。前美国国家标准局（现美国国家标准与技术研究院NIST）建立的CIM实验研究基地——自动化制造研究实验基地AMRF曾提出了著名的CIMS五级递阶控制模型 一、工厂层控制系统 这是最高一级控制，履行“厂部”职能。完成的功能包括进行市场预测、制定生产计划、确定生产资源需求、制定资源规划、产品开发及工艺过程规划、厂级经营管理（包括成本估算、库存统计、用户定单处理等）。 二、车间层控制系统 车间层控制根据工厂层生产计划协调车间作业和有关的资源配置。车间层控制主要有两个模块，即作业管理和资源分配。 三、单元层控制系统 单元层控制负责将上级任务分解，完成本单元的作业调度和资源需求分析，决定零件加工路线并给工作站分配任务，监控任务进展情况 四、工作站层控制系统 此级控制系统负责指挥和协调车间中一个设备小组的活动。 五、设备层控制系统 此级控制包括各种设备（如机床、机器人、坐标测量机、自动引导车等）的控制器。此级控制向上与工作站控制系统用接口连接，向下与各设备控制器接口相通。设备控制器的功能是将工作站控制器命令转换成可操作的、有顺序的简单任务运行各种设备，并通过各种传感器监控这些任务的执行。 AMRF提出的CIMS五级递阶控制模型 CIMS体系结构 ： CIMS体系结构是用来描述研究对象整个系统的各个部分和各个方面的相互关系和层次结构，从大系统理论角度研究，将整个研究对象分为几个子系统，各个子系统相对独立自治、分布存在、并发运行和驱动等。我们可以从功能结构和逻辑结构来认识CIMS体系结构。 ?  第一层?生产/制造系统：这一层面向生产过程，包括了柔性制造单元FMS、装配设备、工业机器人及其他生产制造自动化技术，这一层以物流为中心，完成生产、加工、装配、包装等任务。? 第二层?硬事务处理系统：这一层是生产/制造监控系统，通过计算机网络对第一层的设备进行综合控制与操作，实现