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机械制造工程-15.4先进制造模式

2021-11-30 10:57:24制造基础访问手机版301

第四节 先进制造模式

一、敏捷制造

敏捷制造的研究近年来研究十分活跃,被认为是21世纪占主导地位的一种制造模式。敏捷制造(Agile Manufacturing ,简称AM)作为一门新的制造模式是在1991年由美国众多学者、企业家等在对美国制造业进行战略研究的基础上在“21世纪制造业的策略”的研究报告中提出的。它适应于产品生命周期越来越短,品种越来越多,批量越来越少,而顾客对产

品的交货期、价格、质量和服务的要求越来越高的市场竞争环境。敏捷制造强调企业之间的合作,快速地利用知识和技术提供的可能性及时抓住市场对新产品需求的机遇,快速地开发新产品、重组资源、组织生产,提供用户满意的产品。

敏捷制造是在计算机网络和信息集成的基础上,以分布式结构连接各类企业,构成虚拟制造环境;以竞争合作为原则在虚拟制造环境内动态选择成员,组成面向任务的虚拟公司进行快速生产;系统运行的目标同传统的企业一样,首要目标仍然是追求效益与利润,并最大限度满足顾客的要求,但是现代先进制造业考虑的是合作共赢,而不是你死我活的竞争。

敏捷制造企业是采用多变的动态组织结构,充分利用各类资源,做到完全按定单生产,充分把握市场中的每一个获利时机,最大限度地调动、发挥人的作用。敏捷制造的一个核心问题是企业内外部的多功能动态虚拟组织机构。该组织是由职能不同的企业组成,它以资源集成为原则,靠电子手段联系在一起的动态联盟。由于动态联盟是面向机遇产品的开发而临时组建的,所以它将随机遇产品的出现而出现,随机遇产品的消亡而消亡。动态联盟中的企业之间的合作是以他们之间的共同利益和相互信任为基础,它反映了一种组织上的创新和柔性,体现了企业的敏捷性。

二、虚拟制造(VM—Virtual Manufacturing)

虚拟制造是以现在的计算机仿真、建模为基础,集计算机图形学、智能技术、并行工厂、多媒体信息技术等为一体,由多学科知识形成的综合系统技术。虚拟制造是利用计算机对产品从设计、制造到装配的全过程进行全面的仿真。它不仅可以仿真现有企业的全部生产活动,而且可以仿真未来企业的物流系统。

虚拟制造提供了交互的产品开发、生产计划调度、产品制造和后勤等过程可视化工具,从范围来说覆盖了从车间到企业的各个方面。虚拟制造技术从根本上改变设计、试制、修改设计和规模生产的传统制造模式。在产品真正制造出之前,首先在虚拟制造环境中生产 软件产品原型代替传统的硬产品进行实验,对其性能和可制造性进行预测和评价,从而缩短产品的设计与制造周期,降低产品的开发成本,提高系统快速响应市场变化的能力。

三、智能制造系统(IMS—Intelligent Manufacturing System)

智能制造系统是20世纪90年代出现的制造系统新概念,强调“智能机器”和“自治控制”,是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统。通过计算机模拟人类专家的智能活动,诸如分析、推理、判断、构思和决策等,通过人和智能机器的合作共事,延伸和部分取代人类专家在制造环境中的脑力劳动,同时对人类专家的制造智能进行收集、储存、完善、共享、继承和发展。智能制造技术是通过集成传统的制造技术、计算机技术、自动化和人工智能等科学发展起来的一种新兴制造技术。

智能制造系统具有以下特点:

1.自律能力

IMS中的各种设备和各个环节具有自律能力,即具有收集与理解环境信息和自身信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力。

2.人机一体化

在人机一体化IMS中,一方面人的核心地位必须确定,另一方面人和机器之间又表现出一定程度的平等共事,机器与人的关系不再简单地是一种操作与被操作的关系,而表现出一种类似合作共事的关系。

3.虚拟现实(Virtual Reality)技术

虚拟现实是IMS中新一代的人机智能界面技术,它是以计算机为基础,采用各种音像和传感装置,将信号处理、信息的动态操作、智能推测、预测、仿真和现代多媒体技术融为一体,虚拟出一个“看得见、摸得着”的“制造过程”和它的“产品”。

4.自组织能力

IMS中各种设备或组成单元,能够按照工作任务的需要,自行集结成一种最合适的结构,并按照最优的方式运行。

5.学习能力与自我优化能力

IMS中的智能机器

能在实践中不断学习,不断充实其知识库。其工作性能随着时间推移而优化。

6.自我修复能力和强大的适应性

IMS是一个复杂系统,它具有故障自我诊断、自我排除、自我修复的功能。

四、精良生产(LP—Lean Production)

精良生产是50年代日本丰田汽车公司首创的生产方式。精良生产又称为精益生产。集单件生产与大批量生产方式的优点,以“人”为中心,以“简化”为手段,以“尽善尽美”为最终目标,使人员、设备大为减少,产品开发周期大为缩短,而生产出的产品品种更多,质量更好。这种生产方式到了20世纪60年代已经成熟,它不仅使丰田,而且使整个日本的汽车工业以至日本经济达到了今天的世界领先水平。

精良生产是以最少投入来获得成本低、质量高、产品投放市场快、用户满意为目标的一种生产方式。与大批量生产方式相比较,采用精良生产方式的工厂中的工作人员、生产占用的场地、设备投资、新产品开发周期、工程设计所需工时、现场存货量等一切投入大为减少(只有大批量生产的一半),废品率也大为降低。精良生产方式主张并力图消除一切非生产的费用,而且能生产出更多更好的满足用户各种需求的变型产品。

精良生产追求的目标是:尽善尽美、精益求精,实现无库存、无废品、低成本的生产。这种生产方式只有通过精心的组织与管理来实现。

准时制生产是精益生产的重要内容,准时制的核心就是及时,在一个物流系统中,原材料准确(适量)无误(即时)地提供给加工单元(或加工线),零部件准确无误地提供给装配线。这就是说所提供的零部件必须是不多不少,不是次品而是合格品,不是别的而正是所需要的,而且提供的时间不早也不晚。

实践证明,生产自动化水平对企业来说是非常重要的,但未必是工厂效率的决定因素,更重要的是人的集成和人员协作关系的融洽,以及按需求驱动的原则进行组织和管理产品的生产和开发。日本国内自动化水平不高的精良生产工厂(工序自动化率为34%)却是世界上效率最高的工厂,它比世界上自动化程度最高的欧洲工厂(工序自动化率为48%)要少70%的劳动投入量。由此表明,精良生产不仅是一种生产方式,更是一种适用于现代化制造企业的组织管理方法。

五、并行工程(CE—Concurrent Engineering )

并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程的一种系统化工作模式。在这种工作模式中,产品开发人员在设计一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素,包括质量、成本、进度与用户需求。

CE是一种哲理,是一种系统集成化的现代生产方式。CE追求的是整体优化,依靠集成各学科专业技术人员的智慧做到设计的一次成功。所以它包括对设计的各个方面需求,如可生产性、可靠性、可维护性等。CE的目标是缩短产品的提前期,包括新产品的开发和用户定制产品的生产,提高产品的质量,这样设计出来的产品不仅具有良好的性能,而且易于制造、检验和维护。CE特别强调设计群体的协同工作,注意协同的组织形式、协同的设计思想以及所产生的协同效益。CE根据任务和项目的需要组织多功能项目小组,其小组成员由设计、工艺、制造和其他(如质量、销售、采购、服务等)的不同部门、不同学科的代表组成。工作小组成员之间使用相同的术语和共同信息资源工具,协同地完成共同任务。

并行工程所用的方法和工具,除了一些计算机辅助设计的方法和软件工具外,着重在数据交换、数据管理和通讯技术。如借助于计算机网络和数据库技术,各功能小组成员可在网络进行协同工作,使技术设计和工艺设计之间相互迭代,配合改进,就能实现CE的基本目标。

六、可持续发展制造战略

以前的经济增长方式主要以自然资源和劳动力为投入手段。这种粗放型经济增长方式不仅消耗浪费了大量不可再生的宝贵资源,而且资源消耗和工业废弃物造成的环境污

染破坏了自然界生态系统,直接威胁了人类的生存。

可持续发展战略是以高技术为依托,努力降低自然资源消耗,把环境保护与自然资源统筹考虑地发展。可持续发展是人类应享有追求健康而富有生产成果的生活权利,也应该坚持与自然相和谐统一的方式,而不是凭人们手中的技术和资金,采取耗竭资源,破坏生态平衡和污染环境的方式追求这种发展权利。我们应该在创造当代发展与消费的时候,努力做到使自己的机会和后代的机会平等,不能片面自私地追求自身的发展,而剥夺后代人本应享有的发展与消费的机会。

制造业一方面是创造人类财富的支柱产业,但同时又是当前环境污染的主要源头。如何使制造业尽可能少地产生环境污染是当前环境问题研究的一个重要方面。绿色制造(Green Manufacturing)这一全新的概念由此应运而生。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源效率最高。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的体现,或者说绿色制造是现代制造业的可持续发展模式。

绿色制造涉及到产品的整个生命周期。对制造环境和制造过程而言,绿色制造主要涉及到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。

绿色制造不仅是一个生产技术问题,也是一个管理问题和认识观念问题。实现绿色制造的途径有三条:一是改变观念,树立良好的环境保护意识,并体现在具体行动上,可通过加强立法、宣传教育来实现;二是针对具体产品的环境问题,采取技术措施,即采用绿色设计、绿色制造工艺,建立产品绿色程度的评价机制等;三是加强管理,利用市场机制和法律手段促进绿色技术、绿色产品的发展和延伸。染破坏了自然界生态系统,直接威胁了人类的生存。

可持续发展战略是以高技术为依托,努力降低自然资源消耗,把环境保护与自然资源统筹考虑地发展。可持续发展是人类应享有追求健康而富有生产成果的生活权利,也应该坚持与自然相和谐统一的方式,而不是凭人们手中的技术和资金,采取耗竭资源,破坏生态平衡和污染环境的方式追求这种发展权利。我们应该在创造当代发展与消费的时候,努力做到使自己的机会和后代的机会平等,不能片面自私地追求自身的发展,而剥夺后代人本应享有的发展与消费的机会。

制造业一方面是创造人类财富的支柱产业,但同时又是当前环境污染的主要源头。如何使制造业尽可能少地产生环境污染是当前环境问题研究的一个重要方面。绿色制造(Green Manufacturing)这一全新的概念由此应运而生。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源效率最高。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的体现,或者说绿色制造是现代制造业的可持续发展模式。

绿色制造涉及到产品的整个生命周期。对制造环境和制造过程而言,绿色制造主要涉及到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。

绿色制造不仅是一个生产技术问题,也是一个管理问题和认识观念问题。实现绿色制造的途径有三条:一是改变观念,树立良好的环境保护意识,并体现在具体行动上,可通过加强立法、宣传教育来实现;二是针对具体产品的环境问题,采取技术措施,即采用绿色设计、绿色制造工艺,建立产品绿色程度的评价机制等;三是加强管理,利用市场机制和法律手段促进绿色技术、绿色产品的发展和延伸。


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