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现代制造系统,第1章制造系统总论第2章制造系统基本原理第3章先进制造模式第4章先进设计技术第5章先进制造装备及技术第6章先进制造工艺技术第7章绿色设计与制造第8章典型产品的制造系统第9章制造系统展望,第3章提要,本章先进制造模式（AMM）是全书的重点内容。

每一种制造模式都从属于相应的制造系统，并与相关的制造技术相互交织和相互作用。

如果把制造技术比作制造系统的骨骼（硬件）和肌肉（软件），那么，制造模式就是制造系统的灵魂（哲理的反映）和神经（运行的规律）。

第3章提要,本章首先阐述了制造模式的类型和作用；然后着重从发展、原理和案例三个方面来介绍目前比较典型的AMM：

并行工程（CE）、敏捷制造（AM）、可重构制造（RM）、大量定制（MC）、网络化制造（NM）、成组技术（GT）、精益生产（LP）、计算机集成制造（CIM）、虚拟制造（VM）和智能制造（IM）；最后分析了一些AMM的联系与区别。

本章介绍的AMM突出了敏捷性和精益性，它们能够在效率和有效性两方面产生显著作用。

还有一些非常重要的AMM，如柔性制造（FM）、绿色制造（GM）、微纳制造（MM）和生物制造（BM）等，将在后续各章中介绍。

第3章先进制造模式,3.1制造模式的类型与作用3.2并行工程（CE）3.3敏捷制造（AM）3.4可重构制造（RM）3.5大量定制（MC）3.6成组技术（GT）,3.7精益生产（LP）3.8计算机集成制造（CIM）3.9虚拟制造（VM）3.10网络化制造（NM）3.11智能制造（IM）3.12几种制造模式的比较,3.1.1制造模式的类型3.1.2制造模式的作用,3.1制造模式的类型与作用,1.按制造过程可变性分类2.按信息流和物流运动方向分类3.按制造过程利用资源的范围分类,3.1.1制造模式的类型,

（1）刚性制造模式

（2）柔性制造模式（3）可重构制造模式,1.按制造过程可变性分类,几乎没有中等最大,3.1.1制造模式的类型,一般采用自动流水线，包括物流设备和相对固定的加工工艺，适应于大批量、少品种。

（1）刚性制造模式,特征：

实现从设计、加工到管理的标准化和专业化生产；采用移动式的装配线和高效的专用设备，工序分散，节拍固定；实行厂内自制管理，纵向一体化组织结构；劳动分工很细；对市场和用户需求的应变能力较低。

3.1.1制造模式的类型,优点：

生产率高，设备利用率高，产品成本很低,

（1）刚性制造模式,缺点：

投资大，设备不灵活，只能加工一种零件，或几种相似零件。

若要改变产品品种，则需对自动流水线作较大改动，投资和时间的耗费很大。

3.1.1制造模式的类型,特征：

工序相对集中，没有固定的节拍，物料的非顺序输送；将高效率和高柔性融于一体，生产成本低；具有较强的灵活性和适应性。

（2）柔性制造模式,单机柔性：

采用单台数控机床来解决小批量、多品种的问题。

系统柔性结合自动流水线与数控机床的特点，将数控机床与物料输送设备通过计算机联系起来，形成一个“柔性制造系统”，来解决中等批量、中等品种的制造问题。

3.1.1制造模式的类型,特征：

制造系统可按功能划分为若干制造单元。

不管是加工系统、信息流，还是工件流和刀具流，或是组织机构和产品结构，所分单元即为模块。

RMM是指将各种模块加以标准化，从标准化的模块中选出若干模块，以组成适合不同用户要求的制造系统。

（3）可重构制造模式（RMM）,3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,

（1）精益制造模式（LMM/LP/拉动式）

（2）信息化制造模式（IMM/MRP/推动式）,3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,有两种（图3-1）：

拉动式生产的信息流与物流反向运动，代表是精益生产；推动式生产的信息流与物流同向运动，代表是制造资源计划（MRP）。

3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,

（1）精益制造模式（LeanManufacturingMode，LMM）在制造过程中贯穿一种零浪费的生产理念。

通常称为精益生产（LeanProduction，LP），又称精良生产。

它是1990年美国在研究总结日本丰田汽车公司准时生产（JustinTime，JIT）的基础上提出的。

LP的基本思想是要从原材料采购到产品销售及售后服务的整个企业活动过程中，去掉一切多余的环节，使每个岗位的工作人员都能对产品实现增值。

这里的关键问题是涉及到对人的管理。

LP通常采用JIT、看板管理、均衡生产和组织整体优化等技术。

LP在日本效果显著，而欧美仿效时效果却不明显。

3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,JIT又称适时生产，其含义为“只在需要的时间、按照需要的数量，生产真正需要的产品”。

JIT是实现LP理念的一种方式。

它的核心是实现无库存的生产，见图3-2。

首先根据预测制定年度、季度和月度生产计划，然后再据此制定日工作计划，下达到最后一道工序，而前道工序根据后道工序的要求指令来生产。

看板是实现JIT的手段。

看板在生产线上的传递过程是以总装配线为起点，逆工艺路线在上下两个工序之间往返传递，工件只是在需要的时候才被加工。

3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,3.1.1制造模式的类型,JIT的优点是：

能够形成追求“零库存”的动态系统；有助于在工序间实现质量保证；迫使生产过程的精心组织。

JIT的不足是：

要求有重复循环的产品生产环境，生产柔性不够大；缺乏改进过程的中心，所有过程活动一样重要。

2.按信息流和物流运动方向分类,3.1.1制造模式的类型,

（2）信息化制造模式目前主要是通过制造资源计划（MRP）或企业资源计划（ERP）来支持。

信息化制造、MRP和ERP已在第2章介绍。

作为一种制造模式，它的基本思想是：

基于企业经营目标制定生产计划，围绕物料转换组织制造资源，实现按需要按时进行生产。

3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,

（2）信息化制造模式MRP的核心是将库存管理和生产进度计划综合考虑，根据需求将生产指令同时下达给每个工序，需求与实际生产数量不同，工序间通过库存作为缓存来应付突发事件，见图3-3。

它的产品生产按预先制定的生产计划进行。

当一道工序加工完后，工件被送到指定的地点等待加工下一道工序，这时工件实际上处于在制品库存状态。

从原材料开始被加工到最后成品的整个过程，原材料和在制品是按一定生产计划和工艺规程被推向成品状态。

其缺点是会造成库存过剩或在制品、原材料无法保证供应。

3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,

（2）信息化制造模式在资源管理范围上，MRP侧重于企业内的资源管理，ERP扩展到了整个供应链的制造资源；在生产方式管理上，MRP适用于离散型制造系统的几种典型生产方式，如规模生产、重复生产、按库存生产、按订单生产、按订单装配等，ERP实现MRP与JIT相结合支持混合型生产方式的管理；在事务处理控制方面，MRP一般只能实现事中控制，ERP强调事前控制能力。

3.1.1制造模式的类型,2.按信息流和物流运动方向分类,

（1）集成制造模式

（2）敏捷制造模式（3）智能制造模式,3.按制造过程利用资源的范围分类,3.1.1制造模式的类型,以计算机网络和数据库为基础，试图利用计算机软硬件将企业的经营、管理、计划、产品设计、加工制造、销售及服务等全部制造活动集合成一个综合优化的整体。

集成的含义主要在于企业内部的信息集成与人员集成。

（1）集成制造模式（IMM）,3.1.1制造模式的类型,IMM通常称为计算机集成制造（CIM）。

CIM作为一种制造思想，包括4个基本观点：

信息集成；整个制造过程是一个系统；以人为本；动态发展，CIM是一种理想状态，是一个无限追求的目标。

由CIM构成的制造系统称为计算机集成制造系统（CIMS）。

CIM是一种制造哲理，CIMS是CIM制造哲理的具体体现。

3.1.1制造模式的类型,

（1）集成制造模式（IMM）,宗旨是使制造系统对市场有快速响应的能力，不以大幅度提高成本为其代价。

强调企业间的紧密联系，以便共同尽快地最大限度地满足用户需求的变化。

（2）敏捷制造模式（AMM）,敏捷性体现在：

企业管理模式要适应持续变化的市场；为快速反应抓机遇，要求公司共担风险；由用户来评价产品质量；以合理的费用满足市场需求。

3.1.1制造模式的类型,实现AMM的必要条件：

高柔性、可重组的自动化加工设备。

标准化的、易维护的信息网络系统。

人因的发挥和管理机构改革。

3.1.1制造模式的类型,

（2）敏捷制造模式（AMM）,是人工智能（AI）技术广泛应用于制造领域和响应制造活动全球化趋势的结果。

它不仅强调信息集成，更强调知识集成。

（3）智能制造模式（IMM）,知识集成是比信息集成水平更高的集成。

工厂的设计、生产和管理等过程中隐含着大量的知识，而且各职能部门的工作是相互联系的，因此存在着知识共享。

有些工作需要不同领域专家协同完成，故知识的协同也是非常重要的问题。

3.1.1制造模式的类型,智能不仅体现在知识的处理上，还体现在感知手段上，对于加工技术而言，感知手段尤为重要。

缺乏智能感知手段，就难以实现智能制造。

鉴于知识集成的困难，要开发出不受环境和国家限制、彼此合作的智能系统来，必须利用全球的智力资源。

3.1.1制造模式的类型,（3）智能制造模式（IMM）,制造模式1.提高制造系统的的市场竞争力2.提高制造技术的有效性3.制造模式拓宽企业资源增值的途径,3.1.2制造模式的作用,从零件制造过程的时间分配可以清楚看出制造模式对提高系统效益的作用。

1.制造模式提高制造系统的的市场竞争力,工件在系统中的“通过时间”主要由四部分构成：

即加工准备时间、加工时间、排队时间和传送时间。

见图3-4。

3.1.2制造模式的作用,实际上只有总时间的1.5%用于切削加工。

因此，一味提高切削速度，缩短加工时间并非上策。

采取缩短加工辅助时间、改变制造模式（如成组制造）、改进组织管理等措施，更容易取得成效。

3.1.2制造模式的作用,1.制造模式提高制造系统的的市场竞争力,3.1.2制造模式的作用,2.制造模式提高制造技术的有效性,从制造模式与制造技术的关系中也可以看出制造模式的重要作用。

例如，一个企业要采用CAD/CAM并获得实效，就需要对企业现有的生产组织和运作方式进行调整，而实践证明这是不容易的，需要时间才能获得进展。

CAD和CAM属于制造系统的单元自动化技术。

而单元自动化技术必须在信息集成的环境中才能发挥更大的效益。

因此，导致计算机集成制（CIM）哲理和模式的出现，形成计算机集成制造系统（CIMS）。

总之，为获取企业投入的优化增值，制造技术与制造模式需要互相匹配。

从资源增值来认识不同类型制造模式的作用。

刚性制造主要是利用人力、物力和财力资源；柔性制造则开始较大规模地开发利用信息资源；可重构制造是实现社会资源与企业资源优化配置的新模式；精益制造是要彻底挖掘资源潜力；信息化制造是通过利用信息资源来更快速有效地转换制造资源；,3.制造模式拓宽企业资源增值的途径,3.1.2制造模式的作用,从资源增值来认识不同类型制造模式的作用。

集成制造是通过物料流和信息流的集成来全面开发利用企业内部的知识和信息资源；敏捷制造是基于柔性技术的全球资源共享与优化配置；智能制造追求实现智力资源全球利用无障碍。

3.1.2制造模式的作用,3.制造模式拓宽企业资源增值的途径,3.1END,3.2并行工程（CE）,3.2.1CE的发展3.2.2CE的原理3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,并行工程（ConcurrentEngineering，CE）,串行方式存在弊端,开发过程：

市场调研产品计划产品设计试制样机修改设计工艺准备正式投产缺点：

设计改动量大、产品开发周期长，产品成本增加,20世纪80年代中期，制造业商品市场发生了根本性变化,企业赢得市场竞争的关键是其能否快速响应市场需求，迅速开发出满足用户需求的新产品，并尽快上市。

1988年美国防御分析研究所（IDA）提出了并行工程的概念。

3.2.1CE的发展,3.2.2CE的原理,CE的定义CE的特点CE的关键技术,CE的定义,CE是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式。

这种工作模式力图使开发者从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、进度和用户需求。

3.2.2CE的原理,CE的特点,设计人员的团队化（图3-5）,设计过程的并行性（图3-6）（图3-7）（图3-9）,设计过程的系统性,3.2.2CE的原理,设计过程的快速“短”反馈。

CE的特点,3.2.2CE的原理,CE的特点,图3-6传统的串行设计过程,3.2.2CE的原理,CE的特点,3.2.2CE的原理,3.2.2CE的原理,CE的关键技术,CE中产品开发过程的建模、分析与集成技术。

CE的多功能集成产品开发团队。

CE中的协同工作环境。

数字化产品建模。

3.2.2CE的原理,3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,西安飞机工业公司（XAC）与西北工业大学合作，运用CE模式对其所生产的新舟60飞机内装饰部分进行改进设计与制造。

飞机内装饰工作包括机内外露部分的布局、结构、造型、选材、色彩以及驾驶舱、客舱、货舱、生活设施等。

除满足使用功能要求外，更多地考虑美观和舒适。

在应用CE过程中，新舟60飞机内装饰工作采用的产品数字化技术包括：

开发平台是商品化UG系统，CAPP系统采用该公司XAC2CMS应用工程中开发的AO和FO设计系统，工装设计和CAM采用商品化CATIA系统。

新舟60飞机内装饰的产品数字化建模主要表现为UG三维模型、设计技术文档、零部件基本属性信息等方面的集成，如图3-9所示。

3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,在应用CE过程中，新舟60飞机内装饰工程采用了跨部门多学科的集成产品开发团队。

团队成员主要来自市场、设计、工艺、生产技术准备、制造、采购、销售、维修、服务等部门，有时邀请用户、供应商和协作厂的代表。

根据飞机内装饰的构成对产品开发团队成员进行分组，明确分工，发挥各自特长，协同工作，简化和改革原有的多层次、低效率、重叠、分散的组织管理体系，创建并授予各个专业开发组一定的责、权、利，并对全部实现过程进行监督和考核。

3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,新舟60飞机内装饰应用CE采用的相关技术或方法：

采用工作分解结构WBS完成产品开发所需的各种过程定义，过程间的交叉及其协作，过程的任务、工序、工步的分解等。

采用DEF3过程建模法建立客舱内装饰的现有产品开发流程以及重组后的产品开发过程流程。

采用产品数据管理（PDM）技术进行产品开发的过程重组。

基于PDM的信息集成，通过项目管理、技术工作的组织与管理、IPT人员组织与管理、质量与成本控制等实现产品开发过程的管理。

3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,在PDM实施的过程中，依据实际情况，采用了MAN系统作为PDM系统，实现项目管理、工作流程管理、文档管理、结构配置管理、变更管理、系统的集成与封装等功能。

在CE使能工具方面，依据飞机内装饰的特点，基于UG系统平台开发了用于造型设计和渲染模块设计的工业设计系统，基于UG系统平台开发了用于设计结果可视化、结构装配过程仿真等方面的DFA系统，基于CATIA系统平台开发了模具CAD/CAM系统。

3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,CE应用于新舟60的实践表明：

产品开发周期大为缩短，产品成本明显降低，效益提高；通过技术攻关和工程应用，可开发一些应用工具系统，积累应用经验，为在我国推广应用CE提供一些可借鉴的经验。

3.2.3案例：

CE在新舟60飞机中的应用,3.2END,3.3敏捷制造（AM）,3.3.1AM的发展3.3.2AM的原理3.3.3案例：

AM在车灯模具制造中的应用,敏捷制造（AgileManufacturing，AM）,1988年美国通用汽车公司GM和里海大学工业工程系共同提出了敏捷制造（AgileManufacturing，AM）构想，在国家科学基金会、国防部、商业部和许多公司的支持下，成立了国家制造科学中心和制造资源中心，并于1990年向社会半公开。

1991年，美国里海大学和美国工业界一些决策者联合向美国国会提交了“美国21世纪制造战略报告”，并就AM概念、方法和相关技术作了描述。

国内学术界有关AM的研究起步于20世纪90年代初，研究内容主要是在企业组织和结构层面上，研究取得了一定的成果，但在技术层面上的研究报导很少。

3.3.1AM的发展,关于AM的研究，主要包括两个层面：

第一层面是侧重从企业组织、结构和管理、营销策略的角度研究AM的实现；第二层面是侧重从技术的角度研究AM的实现方法和关键使能技术。

最初，AM的研究大多数集中于第一层面的研究，近几年来，第二层面的研究在美国已经展开。

3.3.1AM的发展,3.3.2AM的原理,AM的概念AM的系统结构AM的实现技术AM的特征,AM的概念,3.3.2AM的原理,AM可定义为：

企业在无法预测的持续、快速变化的竞争环境中生存、发展并扩大竞争优势的一种新的经营管理和生产组织模式。

它强调通过联合来赢得竞争；强调通过产品制造、信息处理和现代通信技术的集成来实现人员、知识、资金和设备（包括企业内部的和分布在全球各地合作企业的资源）的集中管理和优化利用。

简言之，AM意指制造企业采用现代通信手段，通过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效和协调的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性。

AM的系统结构,3.3.2AM的原理,AM的精髓在于提高企业的应变能力。

对于一个具体的应用，并非必需具备这两种现代技术方法才算实施AM，而应理解为通过各种途径提高企业响应能力都是在向AM发展。

实施AM模式的技术包括：

3.3.2AM的原理,AM的实现技术,总体技术：

AM方法论、AM综合基础,关键技术：

跨企业、跨行业、跨地域的信息技术框架；集成化产品过程设计的模型和工作流控制系统；企业资源管理系统和供应链管理系统；设备、工艺过程和车间调度的敏捷化。