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書目錄

1.  改善(IE)七大手法简介

2.  柔性制造系统(FMS)的简介

3.  柔性制造系统的开展

4.  柔性制造技术的现状及开展趋势

5.  标准化工作

6.  运用“极限用能〞管理方法,控制与降低能源消耗

7.  关于工业工程师

8.  IE解决生产问题

9.  IE方法研究

10.  IE现场改善步骤

11.  工作分析的价值

12.  制造业中的IE

改善(IE)七大手法

1.动改法  改善人体动作的方式,减少疲劳使工作更为舒适、更有效率,不要蛮干.

2.防错法  如何防止做错事情,使工作第一次就做好的,精神能够具体实现.

3.五五法  借着质问的技巧来开掘出改善的设想.

4.双手法  研究人体双手在工作时的过程,藉以开掘出可资改善之地方.

5.人机法  研究探讨操作人员与机器工作的过程,藉以开掘出可资改善的地方.

6.流程法  研究探讨牵涉到几个不同工作站或地点之流动关系,藉以开掘出可资改善的地方.

7.抽查法  借着抽样观察的方法能很迅速有效地了解问题的真象

柔性制造系统(FMS)的简介

柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性造加工的各种技术的总和。

柔性制造技术是技术密集型的技术群,但凡侧重于柔性,适应于多品种、中小批量〔包括单件产品〕的加工技术都属于柔性制造技术。

 那么什么是柔性呢?

柔性可以表述为两个方面。

第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰〔如机器出现故障〕情况下,这时系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比可以用来衡量柔性。

“柔性〞是相对于“刚性〞而言的,传统的“刚性〞自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。

其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的本钱低。

但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件。

如果想要获得其它品种的产品,那么必须对其结构进行大调整,重新配置系统内各要素,其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上下。

刚性的大批量制造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品,难以应付多品种中小批量的生产。

 随着社会进步和生活水平的提高,市场更加需要具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差万别的产品。

剧烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式发生改变,要求对传统的零部件生产工艺加以改进。

传统的制造系统不能满足市场对多品种小批量产品的需求,这就使系统的柔性对系统的生存越来越重要。

随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低本钱、较高质量的不同品种产品的能力。

柔性已占有相当重要的位置。

  

柔性主要包括:

●机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

●工艺柔性一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

●产品柔性一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。

●维护柔性采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。

●生产能力柔性当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。

对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。

●扩展柔性当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。

●运行柔性利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。

柔性制造系统是有一个由计算机集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统。

它具有:

  ●多个标准的制造单元,具有自动上下料功能的数控机床;

  ●一套物料存储运输系统,可以在机床的装夹工位之间运送工件和刀具;

 FMS是一套可编程的制造系统,含有自动物料输送设备,能在计算机的支持下实现信息集成和物流集成,它

  ●可同时加工具有相似形体特征和加工工艺的多种零件;

  ●能自动更换刀具和工件;

  ●能方便地上网,容易于其它系统集成;

  ●能进行动态调度,局部故障时,可动态重组物流路径。

 目前FMS规模趋于小型化、低本钱,演变成柔性制造单元FMC,它可能只有一台加工中心,但具有独立自动加工能力。

有的FMC具有自动传送和监控管理的功能,有的FMC还可以实现24小时无人运转。

用于装备的FMS称为柔性装备系统〔FAS〕。

柔性制造系统的开展

  柔性制造系统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,英文缩写为FMS。

FMS的工艺根底是成组技术,它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统,并由计算机进行控制,故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性〞),并能及时地改变产品以满足市场需求。

FMS兼有加工制造和局部生产管理两种功能,因此能综合地提高生产效益。

FMS的工艺范围正在不断扩大,可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。

80年代中期投入使用的FMS,大都用于切削加工,也有用于冲压和焊接的。

采用FMS的主要技术经济效果是:

能按装配作业配套需要,及时安排所需零件的加工,实现及时生产,从而减少毛坯和在制品的库存量,及相应的流动资金占用量,缩短生产周期;提高设备的利用率,减少设备数量和厂房面积;减少直接劳动力,在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产〞;提高产品质量的一致性。

 1967年,英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS根本概念,研制了“系统24”。

其主要设备是六台模块化结构的多任务序数控机床,目标是在无人看管条件下,实现昼夜24小时连续加工,但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。

    同年,美国的怀特•森斯特兰公司建成OmnilineI系统,它由八台加工中心和两台多轴钻床组成,工件被装在托盘上的夹具中,按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。

这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用,在形式上与传统的自动生产线相似,所以也叫柔性自动线。

日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初,先后开展了FMS的研制工作。

      1976年,日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC),为开展FMS提供了重要的设备形式。

柔性制造单元(FMC)一般由1~2台数控机床与物料传送装置组成,有独立的工件储存站和单元控制系统,能在机床上自动装卸工件,甚至自动检测工件,可实现有限工序的连续生产,适于多品种小批量生产应用。

70年代末期,FMS在技术上和数量上都有较大开展,80年代初期已进入实用阶段,其中以由3~5台设备组成的FMS为最多,但也有规模更庞大的系统投入使用。

    1982年,日本发那科公司建成自动化电机加工车间,由60个柔性制造单元〔包括50个工业机器人〕和一个立体仓库组成,另有两台自动引导台车传送毛坯和工件,此外还有一个无人化电机装配车间,它们都能连续24小时运转。

这种自动化和无人化车间,是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。

与此同时,还出现了假设干仅具有FMS根本特征,但自动化程度不很完善的经济型FMS,使FMS的设计思想和技术成就得到普及应用。

   典型的柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成。

加工设备主要采用加工中心和数控车床,前者用于加工箱体类和板类零件,后者那么用于加工轴类和盘类零件。

中、大批量少品种生产中所用的FMS,常采用可更换主轴箱的加工中心,以获得更高的生产效率。

    储存和搬运系统搬运的的物料有毛坯、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。

       毛坯一般先由工人装入托盘上的夹具中,并储存在自动仓库中的特定区域内,然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。

固定轨道式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的FMS,自动引导台车搬送物料的顺序那么与设备排列位置无关,具有较大灵活性。

工业机器人可在有限的范围内为1~4台机床输送和装卸工件,对于较大的工件常利用托盘自动交换装置(简称APC)来传送,也可采用在轨道上行走的机器人,同时完成工件的传送和装卸。

    磨损了的刀具可以逐个从刀库中取出更换,也可由备用的子刀库取代装满待换刀具的刀库。

车床卡盘的卡爪、特种夹具和专用加工中心的主轴箱也可以自动更换。

切屑运送和处理系统是保证FMS连续正常工作的必要条件,一般根据切屑的形状、排除量和处理要求来选择经济的结构方案。

       FMS信息控制系统的结构组成形式很多,但一般多采用群控方式的递阶系统。

第一级为各个工艺设备的计算机数控装置(CNC),实现各的口工过程的控制;第二级为群控计算机,负责把来自第三级计算机的生产方案和数控指令等信息,分配给第一级中有关设备的数控装置,同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机;第三级是FMS的主计算机(控制计算机),其功能是制订生产作业方案,实施FMS运行状态的管理,及各种数据的管理;第四级是全厂的管理计算机。

    性能完善的软件是实现FMS功能的根底,除支持计算机工作的系统软件外,数量更多的是根据使用要求和用户经验所开展的专门应用软件,大体上包括控制软件(控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统)、方案管理软件(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。

      为保证FMS的连续自动运转,须对刀具和切削过程进行监视,可能采用的方法有:

测量机床主轴电机输出的电流功率,或主轴的扭矩;利用传感器拾取刀具破裂的信号;利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的变化;累积计算刀具的切削时间以进行刀具寿命管理。

此外,还可利用接触测头来测量机床热变形和工件安装误差,并据此对其进行补偿。

       柔性制造系统按机床与搬运系统的相互关系可分为直线型、循环型、网络型和单元型。

加工工件品种少、柔性要求小的制造系统多采用直线布局,虽然加工顺序不能改变,但管理容易;单元型具有较大柔性,易于扩展,但调度作业的程序设计比拟复杂。

    柔性制造系统未来将向开展各种工艺内容的柔性制造单元和小型FMS;完善FMS的自动化功能;扩大FMS完成的作业内容,并与计算机辅助设计和辅助制造技术(CAD/CAM)相结合,向全盘自动化工厂方向开展。

柔性制造技术的现状及开展趋势

摘 要 文章简述了柔性、柔性制造技术的概念、分类、所涉及的关键技术,以及开展应用趋势,以促使人们对新的制造技术认识和重视。

      随着社会的进步和生活水平的提高,社会对产品多样化,低制造本钱及短制造周期等需求日趋迫切,传统的制造技术已不能满足市场对多品种小批量,更具特色符合顾客个人要求样式和功能的产品的需求。

90年代后,由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的开展,制造业自动化进入一个崭新的时代,技术日臻成熟。

柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制开展重点。

 1 根本概念

11 柔性:

柔性可以表述为两个方面。

第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。

“柔性〞是相对于“刚性〞而言的,传统的“刚性〞自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。

其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的本钱低。

但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。

随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低本钱、较高质量的不同品种产品的能力。

柔性已占有相当重要的位置。

柔性主要包括  1) 机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

  2) 工艺柔性 一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

  3) 产品柔性 一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。

  4) 维护柔性 采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。

  5) 生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。

对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。

  6) 扩展柔性 当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。

  7) 运行柔性 利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。

12 柔性制造技术柔性制造技术是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的各种技术的总和。

柔性制造技术是技术密集型的技术群,我们认为但凡侧重于柔性,适应于多品种、中小批量(包括单件产品)的加工技术都属于柔性制造技术。

目前按规模大小划分为:

1) 柔性制造系统(FMS)

  关于柔性制造系统的定义很多,权威性的定义有:

  美国国家标准局把FMS定义为:

“由一个传输系统联系起来的一些设备,传输装置把工件放在其它联结装置上送到各加工设备,使工件加工准确、迅速和自动化。

中央计算机控制机床和传输系统,柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。

国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统,在最少人的干预下,能够生产任何范围的产品族,系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。

〞而我国国家军用标准那么定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统,它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种、中小批量生产。

〞简单地说,FMS是由假设干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。

目前常见的组成通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等),由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。

目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS,日本从1991年开始实施的“智能制造系统〞(IMS)国际性开发工程,属于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS预计本世纪十年代后才会实现。

2) 柔性制造单元(FMC)

  FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6~8年,FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向开展的一种产物,它是由1~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成,其特点是实现单机柔性化及自动化,具有适应加工多品种产品的灵活性。

迄今已进入普及应用阶段。

3) 柔性制造线(FML)

  它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。

其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床;亦可采用专用机床或NC专用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于FMS,但生产率更高。

它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生过程中的分散型控制系统(DCS)为代表,其特点是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,迄今已进入实用化阶段。

 4) 柔性制造工厂(FMF)

FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。

它包括了CAD/CAM,并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际,实现生产系统柔性化及自动化,进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。

FMF是自动化生产的最高水平,反映出世界上最先进的自动化应用技术。

它是  将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表,其特点是实现工厂柔性化及自动化。

2 柔性制造所采用的关键技术

 计算机辅助设计

  未来CAD技术开展将会引入专家系统,使之具有智能化,可处理各种复杂的问题。

当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术,该项新技术是直接利用CAD数据,通过计算机控制的激光扫描系统,将三维数字模型分成假设干层二维片状图形,并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描,被扫描到的液面那么变成固化塑料,如此循环操作,逐层扫描成形,并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起,仅需确定数据,数小时内便可制出精确的原型。

它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。

 模糊控制技术

  模糊数学的实际应用是模糊控制器。

最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能,可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整,使系统性能大为改善,其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。

 人工智能、专家系统及智能传感器技术

  迄今,柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规那么的专家系统。

专家系统利用专家知识和推理规那么进行推理,求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、方案、监视、修复、命令及控制等)。

由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合,因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。

展望未来,以知识密集为特征,以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在柔性制造业(尤其智能型)中起着日趋重要的关键性的作用。

目前用于柔性制造中的各种技术,预计最有开展前途的仍是人工智能。

预计到21世纪初,人工智能在柔性制造技术中的应用规模将在比目前大4倍。

智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节,借助模拟专家的智能活动,取代或延伸制造环境中人的局部脑力劳动。

在制造过程,系统能自动监测其运行状态,在受到外界或内部鼓励时能自动调节其参数,以到达最正确工作状态,具备自组织能力。

故IMT被称为未来21世纪的制造技术。

对未来智能化柔性制造技术具有重要意义的一个正在急速开展的领域是智能传感器技术。

该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的,它使传感器具有内在的“决策〞功能。

24 人工神经网络技术

  人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并处理的一种方法。

故人工神经网络也就是一种人工智能工具。

在自动控制领域,神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统,成为现代自动化系统中的一个组成局部。

  

3 柔性制造技术的开展趋势

31 FMC将成为开展和应用的热门技术

  这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。

目前国外众多厂家将FMC列为开展之重。

32 开展效率更高的FML

  多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。

采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的开展趋势。

33 朝多功能方向开展

  由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。

 4 结束语

柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的开展趋势,是决定制造企业未来开展前途的具有战略意义的举措。

届时,智能化机械与人之间将相互融合,柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。

  近年来,柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理〞和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认,可以这样认为:

柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的根底上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。

它作为当今世界制造自动化技术开展的前沿科技,为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图,将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。

实现了按端口、MAC地址、应用等来划分虚拟网络,有效地控制了企业内部网络的播送流量和提高了企业内部网络的平安性。

                   结 论

现实中存在许多不同类型的网络,有支持TCP/IP的,有遵循OSI标准协议的,每台机器的对应层协议都不同,对哪一层实施连接,需采用相应的网络互联设备。

  通俗地讲,第二层交换是指多口的交换集线路,即网络交换机。

其目的是替代传统的集线器,提升网络的有效带宽。

主要应用于局域网中。

在不同或相同类型的局域网之间采用桥接器(集线器),从协议层上讲属于数据链路层的设备,但它们仍然是网络连接的方法,因为局域网IMP本身没有网络层,只有在主机站点上才有网络层或提供网络层效劳的功能。

与桥接器不同,网关在网络层一级工作。

这样就有了更大的灵活性。

例如,在差异很大的网络间翻译地址等,但这也导致了网关的速度很慢,因此,网关一般都用于广域网间的连接或局域网与广域网的互联。

随着网络的演进,100M高速以太网的出现,路由器在网段之间通信中造成的时延越来越成为网络信息传输的瓶颈[4]。

第三层交换技术的出现,解决了大规模局域网中各子网段之间网络信息传输的瓶颈问题,取代了昂贵的路由器,成为一种实用、经济的组网技术。

某世界500强R公司在追求柔性制造的过程中,实现了多种生产方式并存,取得了巨大的经济效果,在同样的厂房设备条件下,复印机生产能力提高到原设计能力的倍以上。

另一家高科技跨国公司X公司在分析一条示范生产线的根底上,发现原流水线的60%是多余的,通过去除这些多余的局部并对生产线进行重新组合,短短四个月就使得场地利用率提高80%,同时通过利用拆下的设备复制出比现状高出一倍的生产能力,节省大量的扩大再生产投资

 今天,企业面临经营环境不断变化的挑战,市场竞争的全球化、顾客和市场需求的多样化和不确定性、产品寿命的缩短、价格竞争的加剧等等都给企业现存的生产方式提出新的、更高的要求。

为了在残酷的竞争中生存和开展,企业就必须研究一些低本钱并且能够快速反响的制造方法,柔性制造〔或柔性生产〕就是这些方法的总称。

因此,与其说柔性制造是一种生产方式,还不如说是一种全新的制造理念。

  我们在与客户接触的过程中,经常能够听到这样的抱怨:

“现在生产的产品品种越来越多,用在换线的时间越来越长,因此生产效率低,库存量也大。

 “现在的客户都是提早两天发指示,第三天就要出货,两天时间根本就出不了产品,只能增加产品库存来满足客户的需要?

“我们每台机器的最小生产批量是200公斤,而客户的订单却越来越小,有时候甚至是1、2公斤,这样的订单每做一次就会增加剩余库存,而且越积越多,只能增加仓库来应对。

总之,当面对客户需求变化的时候,看起来企业可选择的余地并不大,很多时候只能被动接受,以增加库存来解决问题。

难道就真的没有方法更好地应对了吗?

这是一个需要我们认真思考的问题。

否那么,是以增加库存和增加本钱为代价来满足客户需要的话,那么企业的生存终将受到挑战。

 最近两年,我们作为管理参谋辅导过和正在辅导多家大型企业,如富士施乐公司、ALPS公司以及美丽华公司等进行生产变革,具体实践了柔性制造的变革过程。

事实证明,只要我们以柔性制造的理念出发,具体研究解决问题的方法,就能够在

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