人一机一环境系统技术。将人、机器和环境作为一个系统来研究,发挥系统的最佳效益。研究的重点是:人机环境的体系结构与集成技术、人在系统中的作用与发挥、人机柔性交互技术、人机智能接口技术、清洁制造等。这些主要关键技术体现了21世纪制造技术对CAD/CAM集成系统的要求,表达了CAD/CAM集成发展的方向。4-2 加工中心根据其加工围可以分为哪几类?它们与普通的数控机床的最大区别是什么?数控加工中心按主轴的方向可分为立式和卧式两种,立式加工中心的主轴是垂直的,主要用于精密加工,适合复杂型腔的加工。卧式加工中心的主轴是水平的,一般具有回转工作台,可进行四面或五面加工,特别适合于箱体零件的加工。除此之外,还有用于精密加工的门形构造加工中心。按工艺用途可分为镗铣加工中心、车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心与磨削加工中心等。加工中心按主轴在加工时的空间位置可分为立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用(也称万能、五面体、复合)加工中心。在实际应用中,以加工棱柱体类工件为主的镗铣加工中心和以加工回转体类工件为主的车削加工中心最为多见。由于镗铣加工中心(1958年由美国KM公司在数控铣床上加刀库)最早出现,且名为加工中心(Machining Center),所以习惯上常把“镗铣加工中心”称为“加工中心”。它们与普通的数控机床的最大区别是:数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床,又称为自动换刀数控机床,其特点是工序集中和自动化程度高,能控制机床自动地更换刀具,连续地对工件各加工表面自动进行加工,可减少工件装夹次数,避免工件多次定位所产生的累积误差,节省辅助时间,实现高质、高效加工。4-3 试论述工业机器人的相关单元技术、分类与性能特征。相关单元技术:工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以与位置检测机构等几个部分组成。(1)执行机构 执行机构是一种具有和人手相似的动作功能,可在空间抓放物体或执行其它操作的机械装置,通常包括如下的一些部件:手部:又称抓取机构或夹持器,用于直接抓取工件或工具。此外,在手部安装的某些专用工具,如:焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧紧器等,可视为专用的特殊手部。腕部:是联接手部和手臂的部件,用以调整手部的姿态和方位。手臂:是支承手腕和手部的部件,由动力关节和连杆组成。用以承受工件或工具的负荷,改变工件或工具的空间位置,并将它们送至预定的位置。机座:包括立柱,是整个工业机器人的基础部件,起着支承和联接的作用。(2)控制系统 控制系统是机器人的大脑,支配着机器人按规定的程序运动,并记忆人们给予的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度等),同时按其控制系统的信息对执行机构发出执行指令。(3)驱动系统 驱动系统是按照控制系统发来的控制指令进行信息放大,驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压、气压、电气和机械等四种传动形式。(4)位置检测装置通过力、位置、触觉、视觉等传感器检测机器人的运动位置和工作状态,并随时反馈给控制系统,以便使执行机构以一定的精度达到设定的位置。工业机器人的分类:(1)按系统功能分类①专用机器人:在固定地点以固定程序工作的机器人,其结构简单、无独立控制系统、造价低廉,如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。②通用机器人:具有独立控制系统,通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。其结构复杂,工作围大,定位精度高,通用性强,适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。③示教再现式机器人:具有记忆功能,在操作者的示教操作后,能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。④智能机器人:采用计算机控制,具有视觉、听觉、触觉等多种感觉功能和识别功能机器人,通过比较和识别,自主做出决策和规划,自动进行信息反馈.完成预定的动作。(2)按驱动方式分类①气压传动机器人:以压缩空气作为动力源驱动执行机构运动的机器人,具有动作迅速、结构简单、成本低廉的特点,适用于高速轻载、高温和粉尘大的环境作业。②液压传动机器人:采用液压元器件驱动,具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏的特点,适用于重或低速驱动场合。③电气传动机器人:用交流或直流伺服电动机驱动的机器人,不需要中间转换机构,机械结构简单、响应速度快、控制精度高,是近年来常用的机器人传动结构。(3)按结构形式分类①直角坐标机器人:由三个相互正交的平移坐标轴组成(图4—12a),可沿三个直角坐标移动,各个坐标轴运动独立,具有控制简单、定位精度高的特点。②圆柱坐标机器人;由支柱和一个安装在立柱上的水平臂组成,其立柱安装在回转机座上,水平臂可以自由伸缩,并可沿立柱上下移动。该类机器人具有一个旋转轴和两个平移轴(图4—12b)。③球坐标机器人:由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成,具有两个旋转轴和一个平移轴(图4—12c)。可伸缩摇臂的运动结构与坦克的转塔类似,可实现旋转和俯仰运动。④关节机器人:关节机器人的运动类似人的手臂,由大小两臂和立柱等机构组成。大小臂之间用铰链联接形成肘关节,大臂和立柱联接形成肩关节,可实现三个方向旋转运动(图4—12d)。它能抓取靠近底座的物件,也能绕过机体和目标间的障碍物去抓取物件,具有较高的运动速度和极好的灵活性,成为最通用的机器人。(4)按执行机构运动的控制机能分类可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人的性能特征:工业机器人的性能特征影响着机器人的工作效率相可靠性,在机器人设计和选用时应考虑如下几个性能指标:(1)自由度 自由度是衡量机器人技术水平的主要指标。所谓自由度是指运动件相对于固定坐标系所具有的独立运动。每个自由度需要一个伺服轴进行驱动,因而自由度数越高,机器人可以完成的动作越复杂,通用性越强,应用围也越广,但相应地带来的技术难度也越大。一般情况下,通用工业机器人有3—6个自由度。(2)工作空间 是指机器人应用手爪进行工作的空间围。机器人的工作空间取决于机器人的结构形式和每个关节的运动围。如图4-12a、b、c、d分别为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人、关节机器人的工作空间,而直角坐标机器人的工作空间则是一个矩形空间。圆柱坐标机器人的工作空间是一圆柱体,而球坐标机器人是一球体。所以,工作空间是选用机器人时应考虑的一个重要因素。(3)特种加工技术。特种加工技术是指那些不属于常规加工畴的加工,如高能束流(电子束、离子束、激光束)加工、电加工(电解和电火花加工)、超声波加工、高压水加工以与多种能源的组合加工。(4)表面改性、制膜和涂层技术。表面改性、制膜和涂层技术是采用物理、化学、金属学、高分子化学、电学、光学和机械学等技术与其组合技术对产品表面进行改性、制膜和涂层,赋予产品耐磨、耐蚀、耐(隔)热、抗疲劳、耐辐射以与光、热、磁、电等特殊功能,从而达到提高产品质量、延长使用寿命和赋予新性能的新技术统称,是表面工程的重要组成部分。3、自动化技术制造自动化是指用机电设备取代或放大人的体力,甚至取代和延伸人的部分智力,自动完成特定的作业,包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。其目的在于减轻劳动强度、提高生产效率、减少在制品数量、节省能源消耗以与降低生产成本。自动化技术主要包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术、传感技术。自动检测与信号识别技术和过程设备工况监测与控制技术等。4、系统管理技术系统管理技术是指企业在市场开发、产品设计、生产制造、质量控制到销售服务等一系列的生产经营活动中,为了使制造资源(材料、设备、能源、技术、信息以与人力)得到总体配置优化和充分利用,使企业的综合效益(质量、成本、交货期)得到提高而采取的各种计划、组织、控制与协调的方法和技术的总称。它是现代制造技术体系中的重要组成部分,对企业的最终效益提高起着重要的作用。系统管理技术包括工程管理、质量管理、管理信息系统等,以与现代制造模式(如精益生产、CIMS、敏捷制造、智能制造等)、集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等生产组织方法。1-3先进制造的关键技术。

答:1、集成化技术。在过去制造系统中仅强调信息的集成,这是不够的。现在更强调技术、人和管理的集成。在开发制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成、资源集成、过程集成与人员集成。

(3)提取重力 机器人提取的重力反映其负载能力的一个参数,根据提取重力的不同,可将机器人大致分为:①微型机器人,提取重力在10N以下;②小型机器人,提取重力为10~50N;③中型机器人,提取重力50~300N;④大型机器人,提取重力为300~500N;⑤重型机器人,提取重力为在500N以上。目前实际应用机器人一般为中小型机器人。

(4)运动速度 运动速度影响机器人的工作效率,它与机器人所提取的重力和位置精度均有密切的关系。运动速度高,机器人所承受的动载荷增大,必将承受着加减速时较大的惯性力,影响机器人的工作平稳性和位置精度。就目前的技术水平而言,通用机器人的最大直线运动速度大多在1000mm/s以下。

(5)位置精度 是衡量机器人工作质量的又一技术指标。位置精度的高低取决于位置控制方式以与机器人运动部件本身的精度和刚度,此外还与提取重力和运动速度等因素有密切的关系。

4、

CAPP是计算机辅助工艺(Computer Aided Process Planning) 简称,是指利用计算机技术实现工艺过程设计自动化。一般认为CAPP系统的功能包括毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定和工时定额计算。在CIMS中,CAPP起的作用就是将加工过程变为实际的工艺过程和工艺参数描述,并能将加工过程表示成实际的工序图描述。

CAPP系统分类:

目前,国外商品化的CAPP系统可分为以下几种:

(1)基于智能化和专家系统思想开发的CAPP系统。其特点是片面强调工艺设计的完全自动化,忽略人在工艺决策中的作用。

(2)基于低端数据库(FoxPro等)开发的CAPP系统。这种CAPP系统所处理的数据和生成的数据必须都是基于数据库的,但因为开发技术所限,很难做到“所见所得”,不是交互式设计方式。工艺卡片的生成是由程序来完成或是在CAD中生成,系统的实用性较差。

(3)基于AutoCAD或自主图形平台开发的CAPP系统。采用CAD技术开发了一些CAPP系统,它解决了实用性问题,但却忽视了最根本的问题:工艺是以相关的数据为对象的,而不是以卡片为对象的。此类CAPP是基于文件系统CAD技术开发的,特别是自主CAD平台软件,文件格式采用了非标准的自定义格式,信息的交换存在较大的问题。

(4)完全基于数据库,采用交互式设计方式、注重数据的管理与集成的综合式平台类CAPP系统。此类系统集中了第2、第3两种系统的优点,是国外CAPP学者公认的最佳开发模式,同时满足了特定企业、特定专业的智能化专家系统的二次开发的需要。

5、

用普通机床加工零件,事先需要根据生产计划和零件图纸的要求编制工艺规程,其中包括确定工艺路线、选择加工机床、设计零件装夹方式、计算工序尺寸和规定切削用量等。应用数控机床加工时,大体也要经历这些步骤。这时的工作流程可以简略地用图4-16表示。

图4- 16数控编程的步骤

图中数控编程的容与步骤如下。

(1)分析零件图样,进行工艺处理

编程人员首先要对零件的图纸与技术要求进行详细的分析,考虑数控机床使用的合理性与经济性,从而选择合适的加工设备,然后确定加工方案、加工工艺过程、设计装夹方式、确定加工路线、合理选择刀具等。

(2)数学处理

根据零件的几何形状,确定走刀路线与数控系统的功能,计算出刀具运动轨迹的坐标数据,得到刀位数据文件。例如,对于由直线、圆弧组成的简单平面零件,只需计算出零件轮廓的相邻几何元素的交点或切点的坐标值,得到各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值即可。

(3)编写零件加工程序

完成上述工艺处理与数值计算后,即按照数控机床规定的程序格式和编程指令将加工工序与可走刀路线数据编写成相应的程序段。

(4)控制介质与输入程序

将程序单上的容记录在控制介质上,如穿孔纸带、磁带和软盘,作为数控机床的输入信息。现在也可通过控制面板或直接通讯的方法将程序输入数控系统中。

(5)程序校验与试切

上述所编程序和穿孔带必须经过校核和试切,确认无误后才能进行正式加工。一般的校核方法是将程序输送给机床进行空运转画图检查,检查机床运动轨迹与动作的正确性。若在具有图形显示屏幕的数控机床上,可用显示走刀轨迹或模拟刀具和工件的切削过程的方法进行检查。对于复杂的空间零件,则需要使用石蜡、木材进行试切,检查程序与加工精度是否正确。现在随着数控加工技术的不断发展,可采用先进的数控仿真系统,对数控加工程序进行检验。

6、

计算机辅助图形自动编程是近几年发展起来的新型自动编程方法。利用CAD软件的图形编辑功能,将零件图绘制到计算机上,其几何形状数据储存在数据库中。然后调用数控编程模块,通过人机对话的方式选刀具、走刀路径以与工艺参数之后,计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序,同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。这种方法的优点是零件的几何数据已经在CAD中建立,省去了像APT自动编程时人工编写零件源程序的工作,避免了数据重复输入引起的错误。此外,零件能在各种角度下进行屏幕显示、放大,还可以显示刀具的运动轨迹,用剖切面来检查加工情况以便检查程序中的错误。采用交互式数控编程比用高级语言自动编程大大提高了数控编程的效率,对降低成本、缩短生产周期有明显效果。因此,计算机辅助图形自动编程已经成为目前国外先进的CAD/CAE/CAM软件所普遍采用的数控编程方法。

7、

CAD/CAPP/CAM系统是现代制造技术的方向, 经过集成后的CAD/CAM的产品生产过程如图4-20所示。纵观国外CAD/CAPP/CAM集成技术的研究与其今后的发展,可以将CAD/CAPP/CAM集成系统分为三种类型即传统、并行工程环境中和虚拟现实环境中的集成系统。

①传统的集成系统只注重CAPP输入数据直接从CAD零件数据中提取,而NC自动编程与其它CAM所需数据直接从CAPP和CAD数据库中获得。显然集成结果减少了许多中间输入环节,提高了效率。

②并行工程强调产品和制造过程同步设计,在此过程中产品设计中制造性不好的部分与时地反馈给设计者并得以与时修改,这样做能大大减少返工,因而从整体上优化产品设计,更有利于缩短产品研制周期,提高产品质量和降低成本。

③虚拟产品开发是将虚拟现实建模和仿真技术应用于原型产品开发,虚拟技术的基本特征是沉浸、交互和想象,将它应用于产品开发,主要指标是逼真现实世界。它实际上是并行工程CAD/CAPP/CAM集成系统上增加了虚拟现实可视化仿真,使产品和制造过程等设计人员在一个沉浸逼真的氛围中完成各种过程设计。由于虚拟技术依赖于高性能的计算机设备与软件,因此目前只有汽车等少数行业得以应用,但它是设计制造一体化的发展方向。

长期以来,CAD、CAPP、CAM各系统中所用的语言、数据库结构、数据调用方式不一样,系统间缺少统一的数据接口,使得CAD、CAPP、CAM各个系统都是独立环境下的开发的“自动化孤岛”。为了解决CIMS环境下的信息集成,必须在CAD、CAPP、CAM之间制定数据交换标准,便于实现系统间的数据通讯。而就CAD/CAPP/CAM集成系统来说,主要指CAD/CAPP间以与CAPP/CAM间的信息集成。

8、

柔性制造系统(FMS)可概括为由以下三个部分组成:多工位的数控加工系统,自动化的物料贮运系统和计算机控制的信息系统。

1.加工系统

加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件,并能自动地更换工件和刀具。通常由若干台对工件进行加工的CNC机床和所使用的刀具构成,是FMS的基本制造单元。

2.物流系统

在FMS中工件、工具流统称物流,物流系统即物料贮运系统,是柔性制造系统的一个重要组成部分。一个工件从毛坯到成品的整个生产过程中,只有相当小的一部分时间是在机床上进行切削加工,大部分时间都是消耗于物料的贮运过程中。合理地选择物料贮运系统,可以大大减少物料的运送时间,提高整个制造系统的柔性和效率。

物流系统一般由三个部分组成:

(1)输送系统建立各个加工设备之间的自动化联系。

(2)贮运系统具有自动存取机能,用于调节加工节拍的差异。

(3)操作系统建立加工系统同物流系统和贮运系统之间的自动化联系。

FMS中物料输送系统与传统的自动化生产线或流水线不同,FMS的工件输送系统可以不按固定的节拍强迫运送工件,工件的传输也没有固定的顺序,甚至可以是几种工件混杂在一起输送,而且工件输送系统都处于可以进行随机调度的工作状态。

FMS的物料贮运系统一般包含工件装卸站、托盘缓冲站、物料运送装置、中央刀具库、无人运输小车、输送带、搬运机器人和自动化仓库几个部分,主要用来执行工件、刀具、托盘以与其它辅助设备与材料的装卸运输和贮运工作。

3.信息系统

信息系统包括过程控制和过程监控两个系统,其功能分别为:过程控制系统进行加工系统与物流系统的自动控制;过程监控进行在线状态数据的自动采集和处理。信息系统的核心是一个分布式数据库管理系统和控制系统,整个系统采用分级控制结构,即FMS中的信息由多级计算机进行处理和控制,其主要任务是:组织和指挥制造流程,并对制造流程进行控制和监视;向FMS的加工系统、物流系统(贮存系统、输送系统与操作系统)提供全部控制信息并进行过程监视,反馈各种在线检测数据,以便修正控制信息,保证安全运行。

FMS的工作过程可以这样来描述:柔性制造系统接收到上一级控制系统的有关生产计划信息和技术信息后,由其信息系统进行数据信息的处理、分配并按照所给的程序对物流系统进行控制。

物料库和夹具库根据生产的品种与调度计划信息提供相应品种的毛坯,选出加工所需要的夹具。毛坯的随行夹具由输送系统送出,工业机器人或自动装卸机按照信息系统的指令和工件与夹具的编码信息,自动识别和选择所装卸的工件与夹具,并将其安装到相应的机床上。

机床的加工程序识别装置根据送来的工件与加工程序编码,选择加工所需的加工程序,并进行检验。全部加工完毕后,由装卸与运输系统送入成品库,同时把加工质量、数量信息送到监视和记录装置,随行夹具被送回夹具库。

当需要改变加工产品时,只要改变传输给信息系统的生产计划信息、技术信息和加工程序,整个系统即能迅速、自动地按照新的要求来完成新的产品的加工。

中央计算机控制系统中物料的循环,执行进度安排、调度和传送协调等功能。它不断地收集每个工位上的统计数据和其它制造信息,以便做出系统的控制决策。FMS是在加工自动化的基础上实现物流和信息流的自动化,其“柔性”是指生产组织形式和自动化制造设备对加工任务(工件)的适应性。

9、

计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems,简称CIMS),是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它借助于计算机的硬件、软件技术,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,对企业的生产作业、管理、计划、调度、经营、销售等整个生产过程中的信息进行统一处理,并对分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统的功能进行有机地集成,并优化运行,从而缩短产品开发周期、提高质量、降低成本,进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性,使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。它是工厂自动化的发展方向,未来制造业工厂的模式,是当代生产自动化领域的前沿学科,也是集中多种高新技术为一体的现代化制造技术。

CIMS一般可划分为4个功能分系统和2个支撑分系统,它们分别是:工程设计自动化分系统、制造自动化分系统、管理信息分系统、质量保证分系统以与计算机网络支撑分系统和数据库支撑分系统。

工程设计自动化分系统包括产品设计、工程分析、工艺设计、工装设计、数控编程等子系统,它们不仅能支持产品的各项设计活动,也应支持新产品的研究、设计等。工程设计自动化分系统一般主要指CAD/CAPP/CAM。

制造自动化分系统支持制造现场(车间)的各种活动,包括车间管理、单元调度、工作站与设备的控制;人、财、物的管理等。它不仅包括各种自动化设备和系统,也包括人参与的半自动化系统,甚至手工操作的设备。

管理信息分系统包括经营计划、销售管理、财务成本管理、生产管理、物料管理、设备管理、人事管理、质量管理等子系统。

根据企业的需要将企业各种质量保证功能集成起来,构成质量保证分系统。

计算机支撑环境主要包括计算机网络支撑分系统和数据库支撑分系统,也可包括支持系统集成运行的集成平台,如位能器、集成框架等。

1、

智能制造技术(IMT)是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科相互渗透、相互交织而形成的一门综合技术。其具体涵义是指在制造工业的各个环节以一种高度柔性与高度集成的方式,通过计算机模拟人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动;并对人类专家的制造智能进行收集、存贮、完善、共享、继承与发展。

1、

一般来说,虚拟制造的研究都与特定的应用环境和对象相联系,由于应用的不同要求而存在不同的侧重点,Lawrence协会根据虚拟制造应用的围不同,将虚拟制造分成三类,即以设计为中心的虚拟制造技术(Design-centered VM),以生产为中心的虚拟制造技术(Production-centered VM)和以控制为中心的虚拟制造技术(Control-centered VM)。

(1)以设计为中心的虚拟制造技术

以设计为中心的虚拟制造技术把制造信息引入到设计全过程,利用仿真技术来优化产品设计,从而在设计阶段就可以对所设计的零件甚至产品整体进行可制造性分析,以与预测产品性能、报价和成本。它的主要目的是优化产品设计与工艺过程,它主要是解决“设计出来的产品是怎样”的问题。

(2)以生产为中心的虚拟制造技术

以生产为中心的虚拟制造技术是在生产过程模型中融入仿真技术,以此来评估和优化生产过程,以更低费用、快速的评价不同的工艺方案、资源需求规划、生产计划等,其主要目标是评价可生产性。主要是解决“这样组织生产是否合理”的问题。

(3)以控制为中心的虚拟制造技术

以控制为中心的虚拟制造的核心思想是:通过对制造设备和制造过程进行仿真,建立虚拟的制造单元,对各种制造单元的控制策略和制造设备的控制策略进行评估,从而实现车间级的基于仿真的最优控制。单元控制器根据制造需求规划和调度若干个工件在本制造单元的加工工序和各工序的顺序、加工时间等,而每个制造设备的控制器只规划和调度工件在本台设备上的加工顺序、加工代码等。总之,它主要是解决“这样控制是否合理、是否最优”的问题。

1、

MRPⅡ系统的特点反映了企业在管理模式和行为的变革,主要有以下几个方面:

(1)实现了整个企业的系统管理。MRPⅡ系统是一个系统工程,它把企业所有与生产经营直接相关部门的工作联成一个整体,每个部门都从系统整体出发做好本岗位工作,各部门信息共享,分工明确而又相互配合。

(2)数据共享性。MRPⅡ中企业各部门都依据同一数据库的信息进行管理,任何一种数据变动都能与时地反映给所有部门,做到数据共享(如图5-4所示),在统一数据库支持下按照规化的处理程序进行管理和决策,改变过去那种信息不同、情况不明、相互矛盾的现象。

(3)管理决策支持。这一特点体现在模拟预见性和动态应变性。模拟预见性是指可以利用MRPⅡ系统中的数据和建立的模型,分析某种方案或是决策的可能结果,为决策提供依据。动态应变性是指MRPⅡ系统的实时跟踪与反馈功能,使管理人员随时掌握、外部环境的变化,做出敏捷的反映。

(4)计划的一贯性和可行性。MRPⅡ系统是一种计划主导型的管理模式,计划层次从宏观到微观逐层细化,但始终保持与企业经营战略目标一致。“一个计划(one plan)”是MRPⅡ系统的原则精神,它把通常的三级计划管理统一起来,编制计划集中在厂级职能部门,车间班组只是执行计划、调度和反馈信息。计划下达前反复进行能力平衡,并根据反馈信息与时调整,处理好供需矛盾,保证计划的一贯性和可行性。

(5)生产运作系统与财务系统的统一。财务部门可以与时掌握并分析企业的财务状况,指导生产部门有效的控制成本。同时生产部门可以参与决策,努力消除浪费和节约成本。

2、

1、财务管理模块

企业中,清晰分明的财务管理是极其重要的。所以,在ERP整个方案中它是不可或缺的一部分。ERP中的财务模块与一般的财务软件不同,作为ERP系统中的一部分,它和系统的其它模块有相应的接口,能够相互集成,比如:它可将由生产活动、采购活动输入的信息自动计入财务模块生成总账、会计报表,取消了输入凭证繁琐的过程,几乎完全替代以往传统的手工操作。

一般的ERP软件的财务部分分为会计核算与财务管理两大块。会计核算主要是记录、核算、反映和分析资金在企业经济活动中的变动过程与其结果。它由总账、应收账、应付帐、现金、固定资产、多币制等部分构成。财务管理的功能主要是基于会计核算的数据,再加以分析,从而进行相应的预测、管理和控制活动。它侧重于财务计划、控制、分析和预测。

2、生产控制管理模块

这一部分是ERP系统的核心所在,它将企业的整个生产过程有机的结合在一起,使得企业能够有效的降低库存,提高效率。同时各个原本分散的生产流程的自动连接,也使得生产流程能够前后连贯的进行,而不会出现生产脱节,耽误生产交货时间。

生产控制管理是一个以计划为导向的先进的生产、管理方法。首先,企业确定它的一个总生产计划,再经过系统层层细分后,下达到各部门去执行。即生产部门以此生产,采购部门按此采购等。

3、物流管理模块

(1)分销管理

销售的管理是从产品的销售计划开始,对其销售产品、销售地区、销售客户各种信息的管理和统计,并可对销售数量、金额、利润、绩效、客户服务做出全面的分析,这样在分销管理模块致有三方面的功能:对于客户信息的管理和服务;对于销售订单的管理;对于销售的统计与分析。

(2)库存控制

用来控制存储物料的数量,以保证稳定的物流支持正常的生产,但又最小限度的占用资本。它是一种相关的、动态的、与真实的库存控制系统。它能够结合、满足相关部门的需求,随时间变化动态地调整库存,精确的反映库存现状。

(3)采购管理

确定合理的定货量、优秀的供应商和保持最佳的安全储备。能够随时提供定购、验收的信息,跟踪和催促对外购或委外加工的物料,保证货物与时到达。建立供应商的档案,用最新的成本信息来调整库存的成本。

3、人力资源管理模块

以往的ERP系统基本上都是以生产制造与销售过程(供应链)为中心的。因此,长期以来一直把与制造资源有关的资源作为企业的核心资源来进行管理。但近年来,企业部的人力资源,开始越来越受到企业的关注,被视为企业的资源之本。在这种情况下,人力资源管理,作为一个独立的模块,被加入到了ERP的系统中来,和ERP中的财务、生产系统组成了一个高效的、具有高度集成性的企业资源系统。它与传统方式下的人事管理有着根本的不同。包括:人力资源规划的辅助决策、招聘管理、工资核算、差旅核算。

3、

PDM宏观管理与控制产品整个生命周期所有与产品相关的信息和过程。PDM包含多项功能,从用户的角度来看,PDM系统应该具有电子仓库存储功能、文档管理、产品结构与配置管理、项目管理、分类与检索功能等主要功能。

1、电子仓库存储功能

电子仓库是PDM的核心,是存储文档的地方,一般是建立在关系型数据库的基础上,目的是为了保证数据的安全性和完整性,并支持各种查询与检索功能。电子仓库通过权限来保证产品数据的安全性,可以方便地管理档案以与数据库资料的版本与权限,以面向对象的数据组织形式提供快速有效的信息访问,实现信息透明、过程透明,而不必关心数据具体存放在何处、应用软件的运行路径等信息。电子仓库的安全机制可以帮助管理员定义不同的角色并赋予这些角色不同的对文档的访问权限。

2、文档管理

PDM系统中的文档管理取代了人工方式的档案管理,使用户方便、快捷、安全地存取、维护与处理各种有关文档,包括在设计阶段产生的AutoCAD图纸文件、3D实体模型、CAE的分析报告、制造阶段可能产生的变更单、安全标准等,都是文档管理的对象。PDM把管理的所有文档分为五种类型进行管理:①图形文件:各种不同的CAD软件产生的描述产品几何图形的文件;②文本文件:描述产品或零部件性能的文件:③数据文件:优化零部件设计,进行各种有限元分析、机构运动模拟、试验测试报告等数据文件;④表格文件:包括有关产品或零部件的定义信息和结构关联信息;⑤多媒体文件:生动反映了产品的性能指标、生产过程、维修指南等产品信息的图像照片、影音文件等。

3、产品结构与配置管理

产品结构与配置管理提供在产品整个生命周期建立和管理产品的定义和结构的功能,它是PDM体系结构中重要的组成部分。为了实现产品结构管理,首先要创建产品零件结构树,它是由产品装配系统图、产品零部件明细表产生,并用树状方式进行描述,树中的各个节点分别表示部件或者组件,叶节点表示零件。这种图示方式反映了组成产品的各个零部件之间的层次关系。图5-9形象地表达了产品电脑雕刻机X3025的层次关系。产品配置是指按照产品结构与版本号等信息对产品数据进行组织的过程,是建立在产品结构管理的基础之上的一项管理功能。

产品结构与配置管理的基本功能主要包括:①物料清单(Bill of Material,BOM)的创建、修改、版本控制和多视图管理;②对产品结构的图示化浏览与查询;③支持对产品文档的查询;④与MRP、ERP等系统集成。

4、项目管理

项目管理属于PDM系统中非常重要的一个组成部分,不同的PDM软件中项目管理功能的强弱也不尽一样。一般情况下,项目管理应该能够实现创建新项目、删除项目、监控项目执行情况等功能。项目完成是以任务树的完成为标志的,每一个树结点是一个任务,每一个任务可以有若干个文档任务组成,并且有项目组的成员负责完成。

2、智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、发货、支持用户到产品报废等)各个环节智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,并实现人与制造系统的融合与人的智能的充分发挥。

3、网络技术。网络技术包括硬件与软件的实现。各种通信协议与制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。

4、分布式并行处理技术。该技术实现制造系统中各种问题的协同求解,获得系统的全局最优解,进而实现系统的最优决策。

5、多学科、多功能综合产品开发技术。机电产品的开发设计不仅涉与到机械科学的理论与知识而且还涉与到电磁学、光学、控制理论等。不仅要考虑技术因素,还必须考虑到经济、心理、环境、人文与社会等方面因素。机电产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求机电产品动静特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。

6、虚拟现实技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术与计算机仿真技术,实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真,采用多种介质来存储、表达、处理多种信息,融文字、语音、图像、动画于一体,给人一种真实感与身临其境感。

7、人—机—环境系统技术。将人、机器和环境作为一个系统来研究,发挥系统的最佳效益。研究的重点是:人机环境的体系结构与集成技术、人在系统中的作用与发挥、人机柔性交互技术、人机智能接口技术、清洁制造等。这些主要关键技术体现了21世纪制造技术对CAD/CAM集成系统的要求,表达了CAD/CAM集成发展的方向。

4、

答:近10年来,我国制造业的发展受到严重削弱,陷入了前所未有的困境。制造业的发展滞后已成为制约我国经济发展的重要因素。据统计:全社会固定资产投资中,设备投资的2/3依赖进口。目前,光纤制造装备的100%、集成电路芯片制造装备的85%、石油化上装备的80%、轿车工业装备、数控机床、纺织机械、胶印设备的70%被进口产品占领,国产装备的可靠性、自动化程度与国外产品有较大差距。

4、分类与检索功能

为了很好地建立、使用和维护数据,PDM系统提供了方便快捷的分类与检索功能。分类管理是将全厂生产的所有零件按照它们设计和工艺上的相似性进行分类,形成零件族。每一个零件族中的零件具有相似的设计或制造特性,为提高单件小批量生产的经济效益开辟了新途径。常见的分类技术有:使用智能化的零件序号、成组技术、检索技术、零件建库技术等。零件分类并不是最终目标,通过零件分类,能够将借助于分类方法检索到的对象直接作用于产品开发的各个阶段,从而加快了产品形成的速度。经验表明,如果一个设计师可以很轻易地找到类似或标准的零部件,他将会更倾向于重复使用过去的设计去做设计变更,从而加快了产品开发的速度与效率。

4、

准时生产方式基本思想可概括为“在需要的时候,按需要的量生产所需的产品”,也就是通过生产的计划和控制与库存管理,追求一种无库存,或库存达到最小的生产系统。开发了包括“看板”在的一系列具体方法,并逐渐形成了一套独具特色的生产经营体系。

5、

精益生产的特点:

1、拉动式准时化生产,以最终用户的需求为生产起点。强调物流平衡,追求零库存,要求上一道工序加工完的零件立即可以进入下一道工序。组织生产线依靠一种称为看板(Kanban)的形式,即由看板传递下道向上道需求的信息。生产中的节拍可由人工干预、控制,但重在保证生产中的物流平衡(对于每一道工序来说,即为保证对后道工序供应的准时化)。由于采用拉动式生产,生产中的计划与调度实质上是由各个生产单元自己完成,在形式上不采用集中计划,但操作过程中生产单元之间的协调极为必要。

2、全面质量管理

强调质量是生产出来而非检验出来的,由生产中的质量管理来保证最终质量。生产过程中对质量的检验与控制在每一道工序都进行。重在培养每位员工的质量意识,在每一道工序进行时注意质量的检测与控制,保证与时发现质量问题。如果在生产过程中发现质量问题,根据情况,可以立即停止生产,直至解决问题,从而保证不出现对不合格品的无效加工。对于出现的质量问题,一般是组织相关的技术与生产人员作为一个小组,一起协作,尽快解决。

3、团队工作法(Teamwork)

每位员工在工作中不仅是执行上级的命令,更重要的是积极地参与,起到决策与辅助决策的作用。组织团队的原则并不完全按行政组织来划分,而主要根据业务的关系来划分。团队成员强调一专多能,要求能够比较熟悉团队其他工作人员的工作,保证工作协调的顺利进行。团队人员工作业绩的评定受团队部的评价的影响(这与日本独特的人事制度关系较大)。团队工作的基本氛围是信任,以一种长期的监督控制为主,而避免对每一步工作的校核,提高工作效率。团队的组织是变动的,针对不同的事物,建立不同的团队,同一个人可能属于不同的团队。

4、并行工程(ConcurrentEngineering)

在产品的设计开发期间,将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来,保证以最快的速度按要求的质量完成。各项工作由与此相关的项目小组完成。进程中小组成员各自安排自身的工作,但可以定期或随时反馈信息并对出现的问题协调解决。依据适当的信息系统工具,反馈与协调整个项目的进行。利用现代CIM技术,在产品的研制与开发期间,辅助项目进程的并行化。

精益生产的体系结构:

精益生产依据较为独特的生产组织方式,并取得了良好的效果。这不仅是因为它的某项管理手段比大批量生产方式或其他生产方式优越,而且在于它依托所处的经济、技术和人文环境,来用了适应环境的管理体系,构建了一个完整的体系,从而体现了巨大的优越性。从现实的手段看,精益生产体系区别于传统的生产体系有如下优点.

1、消除任何形式的浪费

在精益生产体系中,浪费被定义为凡是不增加产品价值的生产环节都属于浪费的畴,比如在制品库存,在制品的搬运,原材料的库存等。从常规的生产方式来看,许多属于浪费畴的生产环节都是理所应当,必然存在的,如在制品库存等,而精益生产体系则认为客户并不会因为企业的在制品库存多就购买你的产品,因此这是一种浪费,这也是两种生产体系所追求的目标不同所产生的本质的区别。

2、紧凑的产品生产流程

精益生产体系中,因为产品的生产为多品种,小批量,这就要求生产制造系统能够适应不同产品的制造工艺要求,以与应数量变化而产生的生产负荷波动的情况。在实践中,制造单元(Manufacture cell),U型生产线是一种常用而且有效的生产流程技术,它是按照零部件加工工艺的要求,将所需的机器设备串联在一起,布置成为U型制造单元,并在此基础上,将几个U行制造单元结合在一起,连接成一个整合的生产线。这样的生产流程是基于精益生产追求准时和灵活性思想的指导下产生的一种有效的生产流程技术,该种技术既能满足客户多品种,小批量的需求,又能有效的降低在制品库存量。

3、小批量,多品种的投产技术

由于紧凑型产品生产流程决定了投产顺序计划要根据混合装配线上不同的产品安排不同投入顺序。因为如果各工序的作业速度不一样,就有全线停产的可能性。为了避免这种情况,就必须制定使各工序的作业速度差保持最小的投入顺序计划。因此在制定投入顺序计划时,要注意到混合装配线之前的各工序的生产均衡化,同时考虑设法减少供应零部件的各工序产量以与运送量的变化,减少在制品的储存量。为了达到这个目的,混合装配线所需要的各种零部件的单位时间使用量就应尽可能保持不变,即掌握生产的节拍时间。

小批量,多品种的投产技术是基于精益生产的消除浪费的思想,从计划的角度将生产过程中多余的生产消除,以消除多余的在制品库存和成品库存。

4、工装设备的管理技术

由于多品种,小批量的生产方式必然要求工装设备的调整,切换比较频繁,只有将工装设备的调整,切换时间压缩在合理的围之,精益生产的生产成本才能具有市场竞争力,要做到这一点,目前公认的最有效的技术和方法包括:

(1)快速工装设备切换技术。

(2)全员生产保养方法。

(3)整齐清洁的工作场所管理方法一5S管理。

工装设备的管理技术目的在于通过对设备的管理,以维持设备能够满足生产需求和通过5S管理对工作现场的管理,以保持工作现场的整齐清洁来保证生产的顺利进行,以消除生产过程中的等待时间和降低不良品产生的机会。在一定程度上降低不良品的库存。

5、以看板为核心的车间底层控制方式

看板最初是丰田汽车公司与50年代从超级市场的运作机制得到启示,将它作为一种生产,运作指令的传递工具而被创造出来的。其主要功能可概括为:

(1)生产以与运送的工作指令——看板中记载着生产量,时间,方法,顺序以与运送量,运送时间,运送目的地,放置场所,搬运工具等信息,从最后一道装配工序逐次向前工序追溯。

(2)防止过量生产和过量运送一看板必须按照既定的运用规则来使用,没有看板就不能运送,只运送看板上规定的数量。

(3)进行“目视管理”的工具一看板必须附在实物上存放,前工序按照看板取下的顺序进行生产,作业现场的管理人员对于生产的优先顺序能够一目了然,很容易管理。

构建一个以看板为核心的精益生产体系,通过不断减少看板的数量,工序间的在制品存量就会相应减少,这样过高的在制品库存所掩盖的设备故障,不良产品等问题便会直接暴露出来,从而必须立即采取改善措施来解决问题,以减少企业部库存。同时以顾客需求为导向,建立小批量,多品种的投产技术和紧凑的生产流程降低成品库存,从而达到企业部库存管理的目的。

6、

敏捷制造(Agile Manufacturing,简称AM)是不断采用最新的标准化和专业化的网络与专业手段,以高素质、协同良好的工作人员为核心,在信息集成与共享的基础上,以分布式结构动态联合各类组织,构成优化的敏捷制造环境,快速高效地实现企业外部资源合理集成与生产符合用户要求的产品。

AM改变了传统的企业设计与制造方式,其设计、制造过程对用户透明,用户可参与设计到销售业务等各个方面的活动。AM系统的框架如图5-13所示。AM先进制造模式已成为美国制造业广为接受的21世纪赢得竞争、获取利润的主要生产模式。

其中,敏捷制造环境里的主体是:虚拟企业(Virtual Enterprise) ,也叫动态联盟。它是指某组织经过市场调研后完成某一产品的概念设计并建立相应的项目,然后联合其他在此项目中各有所长的组织( 企业) 组成动态联盟,快速完成该项目的设计加工,抢占市场,项目完成后,联盟解散。盟友( 各联盟组织) 间通过现代通信技术相互联系,由盟主( 创立项目的组织) 协同工作,实现同地或异地设计制造过程。虚拟企业的特点是:功能的虚拟化、组织的虚拟化和地域的虚拟化。

敏捷制造的基本原理为:采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构,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;系统运行目标是最大限度满足客户的需求。

根据上述的基本原理,可将敏捷制造的特点归纳为:

(1)不仅能迅速设计、试制全新的产品,而且还易于吸收实际经验和工艺改革建议,不断改进老产品;

(2)能在整个生命周期中满足用户要求;

(3)生产成本与生产批量无关,其战略着眼点在于长期获取经济效益;

(4)采用多变的动态组织结构;通过所建立的基础结构来实现企业经营目标;

(5)把最大限度地调动、发挥人的作用作为强大的竞争武器。

综上所述,一个敏捷制造企业就是由敏捷的员工用敏捷的工具,通过敏捷的生产过程制造出敏捷的产品。

7、

1、分布式网络通讯技术

网络制造的基础是信息的处理、交换、传送和通讯。快速、有效和灵活的通讯是实现网络制造的必要条件。Internet、Web等网络技术的发展使异地的网络信息传输、数据访问成为可能。特别是Web技术的实现,可以提供一种支持成本低、用户界面友好的网络访问介质,解决制造过程中用户访问困难的问题。

2、网络数据存取、交换技术

各种制造企业存在着大量不同的应用系统,都有其各自的数据格式。企业在实施网络制造过程中,要求不同应用系统之间的信息能够准确交换和集成。随着企业需求和技术不断发展,企业同时也要求新建立的应用系统和原有的信息系统之间能够进行信息交换和集成。通过建立一个信息交换标准协议模型,利用各种相应的标准来完成不同应用系统之间的信息交换。

3、工作流管理

工作流管理与PDM是产品开发生命周期中的2个组成部分,是从面向任务与面向信息2个不同的角度提出的管理方法。应用工作流管理集成PDM,是产品开发过程发展的趋势,只有这样才能把数据信息融入到生产的统一流程中,提高生产效率。工作流管理系统的主要组件是工作流应用规划接口和工作流制定服务。前者进行工作流、工作流行为与行为资源的标准化;后者包含执行接口和工作流引擎的执行服务。

4、网络安全性

由于网络制造的各种信息交流通常在Internet上进行,因此信息被监听、篡改和丢失的风险不可避免。在信息交互过程中,为了保证信息的安全,必须建立一个值得信赖的网络环境,确保制造企业中以与各制造企业间的各种制造信息和数据的安全交换和在Internet 上安全可靠地传输,确保远程通讯的性、完整性和不可否认性,确保各制造企业的技术、知识和专利不被非法窃取。

网络信息的性、认证和授权、完整性、抗抵赖性是网络制造信息安全面临的4个问题,也是推动网络制造发展的4大障碍。

5、网络制造企业的有效管理模式

网络制造的服务系统涉与不同的企业单位。因此,企业的运作与经营管理成为实现网络制造企业目标的重要因素。如何在一定的时间、一定的空间,根据各方所能提供的人力与物力,利用计算机网络,进行合理的利益分配,使小组成员共享知识与信息,形成良性循环。同时建立有效的管理机制,避免潜在的不相容性引起的矛盾,是保证系统成功运行的关键所在。

8、

对绿色制造面向应用技术的研究主要集中在以下几个方面:

1、绿色材料的研究:在满足一般功能要求的前提下,材料需具有良好的环境兼容性;

2、绿色设计的研究;

3、绿色制造工艺的研究:它是实现绿色制造的重要环节;

4、绿色包装的研究:主要包括选择绿色包装材料和改进产品结构和包装两方面;

5、产品,使用与其用后处置的研究:主要集中在延长产品的使用周期和减少使用中的能源浪费与环境污染。

我国制造业不断采用先进制造技术,但与工业发达国家相比,仍然存在一个阶段性的整体上的差距。

(1) 设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则,采用新的设计方法,广泛采用计算机辅助设计技术(CAD/CAM) ,大型企业开始无图纸的设计和生产。我用CAD/CAM技术的比例较低。

(2) 制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以与复合加工技术等新型加工方法。我国普与率不高,尚在开发、掌握之中。

(3) 管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理,重视组织和管理体制、生产模式的更新发展,推出了准时生产(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理,多数小型企业仍处于经验管理阶段。

(4) 自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心与柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS),实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段,柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

5、

答:在21世纪中,随着电子、信息等高新技术的不断发展,随着市场需求个性化与多样化,未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。

当前影响先进制造技术的发展因素大致有以下几点:

1、“数”是发展的核心

数字化制造就是指制造领域的数字化,它包含了三大部分:以设计为中心的数字制造,以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。

2、“精”是发展的关键

“精”是“精密化”,一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高,另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。

3、“极”是发展的焦点

“极”即极端条件,就是指在极端条件下工作的或者有极端要求的产品,从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。如在高温、高压、高湿、强磁场和强腐蚀等条件下工作,或有高硬度、大弹性等要求的,或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄和奇形怪状的。

4、“自”是发展的条件

“自”就是自动化,即减轻人的劳动,强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化是先进制造技术发展的前提条件。

5、“集”是发展的方法

“集”就是集成化,包括技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成。其本质是知识的集成。

6、“网”是发展的道路

“网”就是网络化,制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路,制造业走向整体化、有序化,这同人类社会发展是同步的。

7、“智”是发展的前景

“智”就是智能化。智能化制造模式的基础是智能制造系统,它既是智能和技术的集成而形成的应用环境,也是智能制造模式的载体。