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1、第二章 制造系统的基本概念,2-1 概述2-2 制造过程2-3 制造模式2-4 制造系统2-5 制造系统的重要课题,2-1 概述,本章介绍系统与制造系统的定义和基本概念，以及制造过程、制造模式等与制造系统密切相关的一些基本概念，在此基础上进一步讨论制造系统研究、开发和应用中的主要问题。 讨论顺序： 制造过程制造模式制造系统制造系统问题。 (1)制造过程：小制造大制造 (2)制造模式：基本概念与典型制造模式 (3)制造系统：系统制造系统 (4)制造系统研究和应用中的重要课题,制造过程是组成制造业的基本环节。 制造业是将可用资源，通过制造过程，转化为可供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。它
2、涉及到国民经济的很多行业，如机械、电子、轻工、化工、食品、军工、航天等。因此，制造业是国民经济的支柱产业，对综合国力的提高具有举足轻重的作用。 随着技术的进步和生产力的发展，对制造过程的定义也产生了较大的变化。,2-2 制造过程,一、 “小制造”概念及制造过程定义 1. “小制造”概念： “小制造”是指传统的“机械制造”，重点是加工和装配。 2. “小制造”概念下，制造过程的定义为： 制造过程是通过机器和工具将原材料转变为有用产品的过程。 3. “小制造”概念下制造过程的定义主要强调的是工艺过程。,2-2 制造过程,二、 “大制造”概念及制造过程定义 1. “大制造”概念： “大制造”是指产品
3、生命周期中，从供应市场到需求市场整个供需链中的所有活动。 2. “大制造”概念下，制造过程可定义为： 制造过程是将制造资源（包括制造信息、原材料、能源等）转变为可用产品并保证其正常使用的过程。 3. “大制造”概念下制造过程的定义强调的是产品的整个生命周期过程。,2-2 制造过程,根据“大制造”概念的制造过程定义，制造过程不仅包含了物质的转化，而且还包含了信息向物质的转化，即信息的物化。显然，这必须通过基于信息的管理和控制来实现。同时，制造过程的输出不仅是产品，而且还包括为保证产品正常使用所进行的服务等。 从信息的角度看，制造过程实质上是一个使原材料的熵降低，使产品信息含量增高的过程。,4.
4、“大制造”概念下，信息对制造过程 的完成起着重要作用,下部的方框主要表示物质的转化过程，上部的长方形框主要表示信息的处理过程，上下两部分间的箭头表示信息对物质转化过程的作用，由此实现信息到物质的转化。,大制造概念下制造过程的组成框图,由于产品制造过程的综合性，制造过程又可分为： 基本制造过程：指直接将生产对象转换成产品的制造过程，其中加工、装配一般称为制造工艺过程。 辅助制造过程：指为保证基本制造过程正常进行的各种辅助产品的制造过程，如工装的设计制造等。 制造服务过程：指为基本制造过程和辅助制造过程中各种生产活动服务的过程，例如设计、采购、外协等。 附属产品制造过程：在制造本系统主要产品的同时
5、，一些附属产品的制造过程。,一、制造模式的基本概念 1. 制造模式的定义： 制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的模式 。 2.制造模式的意义： 制造过程的运行、制造系统的体系结构以及制造系统的优化管理与控制均受制造模式的制约，必须遵循制造模式确定的规律。因此，对制造模式进行深入研究，为制造系统建立先进的制造模式对提高系统的总体效益具有重要意义。,2-3 制造模式,二、典型制造模式,1. 刚性制造模式 2. 柔性自动化制造模式,3.计算机集成制造模式,4. 敏捷制造模式,5. JIT 制造模式,JIT（Just In Time）是日本丰田汽车公司提出的一种制造模式。
6、 JIT 模式按“拉”式 (Pull) 方式组织生产。前一道工序工件库存量不是由预先制订的生产计划确定，而是当后一道工序发出请求后，该库存才存在。因此库存量极少，理想状态为零。,MC (Manufacturing Center)：制造中心，OH (Output Hopper)：输出存储器，BB (Bulletin Board)：布告牌。,基于JIT模式的制造单元,一、系统 1.系统的定义 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体。 2.系统的基本特征 第一，系统是由若干元素组成的； 第二，这些元素相互作用、相互依赖； 第三，由于元素间的相互作用，使系统作为一个整体具
7、有特定的功能。,2-4 制造系统,例1：简单构件组成高性能系统 在建筑机械和结构工程中，常采用由简单构件组成的各类桁架系统。在这种力学系统中，通过组成要素间的合理联接，可以从整体上表现出很高的力学性能。 例2：低精度元件组成高精度系统 在计算机等数字设备中，采用以“0”和“1”两个状态工作的电子器件，通过非线性方法相联接，组成了高精度数字化系统。,3. 系统的目标提高总体性能,1.制造系统的定义 按一定制造模式将制造过程所涉及的各种相互关联、相互依赖、相互作用的有关要素组成的具有将制造资源转变为有用产品这一特定功能的有机整体，称之为制造系统。 2.制造系统的要素 组成制造系统的要素不仅包括人员
8、和生产设备、材料、能源及各种辅助装置等“硬件”，还包括制造理论、制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造信息等有关“软件”。,二、制造系统,3. 制造系统的基本类型,根据产品性质和生产方式不同，制造系统可分为两大类：(1) 连续型制造系统 如石油、化工产品制造系统。(2) 离散型制造系统 如机床、汽车、家电产品制造系统。 本课程仅涉及离散型制造系统。,4. 制造系统的典型结构,5. 提高制造系统总体性能的途径,注重关联，把握全局，寻求总体优化 影响关联的因素： (1) 硬件：系统结构 (2) 软件：系统信息 影响全局与总体的因素： (1) 系统运行管理与控制 (2) 系统模式、指导思想,一、系统
9、分析与综合 1. 制造系统分析 制造系统的分析是指通过理论方法、仿真方法、实验方法等对已有或处于设计阶段的制造系统进行分析，以了解该系统的行为举止和运行规律，并获取该系统的某些性能指标。系统分析的目的往往是为了对系统进行改进、对系统的运行进行优化，或作为系统设计中的一个环节（如对待建系统的性能进行评估）。 制造系统分析已有较多方法。其中计算机仿真方法应用较多。无论采用那种方法对制造系统进行分析，最关键的问题，就是建立系统的模型。,2-5 制造系统的重要课题,2. 制造系统综合 系统综合就是根据已知的对系统各方面的要求，通过系统科学的理论和方法，产生一满足所给要求的新系统。在很多情况下，这一过程
10、是从无到有产生一符合给定要求的新系统。在有些情况下，也可在现有系统基础上，通过系统校正、系统重构等方法产生出比原系统性能更优良的新系统。 这一过程可看作为一种变换与处理过程，它在有关参考模型（如制造模式，管理范式等）的支持下，在相关信息的支持下，由系统设计人员借助于计算机和有关软件系统，对输入信息（对未来新系统的要求）进行变换、处理，最后产生输出信息（对未来新系统的描述）。,一、系统分析与综合,制造系统综合的实现过程,分阶段处理 制造系统的设计需通过从粗到精、由宏观到微观、由全局到局部的多阶段。是一个从需求出发，逐步细化，最终满足要求的过程。迭代求解 由于在每一个实施阶段中，所要解决的问题往往
11、仍很复杂，而且很到问题是非结构化的。因此这些设计阶段中很多具体问题的解决，往往还需通过反复迭代、逐步获解。,制造系统综合方法：分阶段迭代设计,二、系统管理与控制 制造系统的管理与控制是根据给定的目标和要求，发挥人的智慧，利用计算机作为手段，对制造系统的运行过程进行合理控制，达到优化生产的一门技术。 管理：上层，宏观，分析决策为主，实时性低； 如经营管理、计划控制、静态调度等。 控制：底层，微观，计算调节为主，实时性高； 如动态调度、过程控制、设备控制等。,2-5 制造系统的重要课题,从狭义角度看，制造系统管理与控制是通过对制造过程中的物料、人力、设备等生产资源的合理计划、调度与控制，以缩短产品
12、的制造周期，减少在制品，降低库存，提高生产资源（特别是主要设备）的利用率，最终达到提高生产率的目的。 从广义上讲，管理控制系统的控制对象是制造系统运行中所涉及的所有过程。它包括从输入生产要素开始到输出产品和为用户服务的全过程，除涉及生产资源外，还包括对市场（销售市场、供应市场）、财务（资金来源与支出）和工程设计（产品结构和工艺路线的设计与工程设计改变）等的管理。,制造系统管理与控制的涵义,制造系统管理控制的实现过程,在现代制造系统中，一方面生产过程必须按照制造模式确定的规律运行，即生产过程的运行是受制造模式约束的，另一方面，管理控制系统也将通过信息与生产过程进行沟通并左右生产过程的运行（施加影响）。 按照控制工程的观点，控制=约束+信息，因此可以认为，制造系统的管理也是一种控制。 管理控制的特殊性：对象为 DEDS，信息处理量比一般自动控制大得多，系统状态空间的维数和变量的个数也比一般自动控制系统大得多。 现代制造系统的管理与控制必须强调人的作用，最好的制造管理控制系统应是人机最优组合的系统。,制造系统管理控制的特殊性,