智能制造-ppt课件.ppt

1、第十五章运营管理最新技术发展TOC理论网络化制造智能制造点击添加标题点击添加文本第十五章第十五章学习目标 了解三种最新运营管理技术的内容； 掌握理论的核心步骤和思维流程； 了解大规模定制与大批量生产的区别。点击添加文本TOC理论理论一、产生背景一、产生背景约束理论约束理论（Theory of ConstraintsTheory of Constraints,简称TOCTOC）是以色列物理学家戈德拉特博士在优化生产技术（Optimized Production Optimized Production TechnologyTechnology,简称OPTOPT）的基础上发展起来的。TOCTOC首

2、先是作为一种制造管理理念出现的。最初被人们理解为对制造业进行管理、解决瓶颈问题的方法，后来几经改进，发展出以“产销率、库存、经营成本”为基础的指标体系，逐渐形成为一种面向增加产销率而不是传统的面向减少成本的管理理论和工具，并最终覆盖到企业管理的所有职能方面。点击添加文本TOC理论理论二、二、TOCTOC理论的概念理论的概念 简单地说，TOC理论就是关于进行改进和如何最好地实施这些改进的一套管理理念和管理原则，可以帮助企业识别出在实现目标的过程中存在着哪些制约因素，TOC理论称之为“约束”，并进一步指出如何实施必要的改进来一一消除这些约束，从而更有效地实现企业目标。不同角度看TOC:TOC理论是

3、一套解决约束的流程，用来逻辑地系统地回答改进什么、改成什么样子和怎样使流程得以实现这三个问题。TOC理论是一套日常管理工具。TOC理论是应用到具体领域的具有创新性的实证方案。库存（Inventory）TOC理论理论三、三、TOCTOC的运作指标的运作指标有效产出（有效产出（TPTP） 有效产出单位时间内生产产品并且实现了销售而获利的利润，是衡量企业在单位时间内能够生产、销售产品而最终获利能力的指标 库存是一切暂时不用的资源，不仅包括满足未来需要而准备的原材料，还包括加工过程中的在制品和一时不用的零部件、未销售的产品、折旧后的固定资产、库存占用资金等。运行费（运行费（OEOE）运行费将库存转化为

4、有效产出过程中的一切花费，包括所有的直接费用和间接费用。点击添加文本TOC理论理论TOC作业指标与NP、ROI、 CF的关系如下表所示，其中，NP=T-OE；ROI=（T-OE）/I式中，T表示销售收入 作业指标与财务指标的关系TPIOENPROICF注： 代表增加 代表减少 代表不变 TOC理论理论通常，I降低可以导致OE减少。而OE减少，将导致NP、ROI和CF增加，从而使企业获取利润。现在和将来都能赚钱净利润（NP）投资收益率（ROI）现金流量（CF）运行费（OE）库存（I）有效产出（TP）财务目标企业目标作业目标制造周期作业指标、财务指标与制造周期的关系点击添加文本TOC理论理论但是，

5、 是通过降低I来减少OE的作用是随着I降低的程度而减弱的。当I较高时，减少I可以明显减少维持库存费，从而减少OE。然而，当库存降低到一个较低水平时，再继续降低I，则对减少OE作用不大，因为在极限的情况下，也只能把库存和运行费减少到0，因此要想通过减少库存和运行费来实现多赚钱的目标是有限度的，而通过增加有效产出来增加利润对缩短制造周期、提高企业竞争力具有重要的影响。点击添加文本TOC理论理论四、计划与控制系统：DBRTOC通过鼓缓冲绳子（DrumBufferRope，简称DBR）实现生产计划与控制，DBR体现了持续提升FFS的前三步，通过对瓶颈环节的有效控制，其余环节相继与瓶颈环节同步，寻求顾客

6、需求与企业生产能力的最佳配合，达到物流平衡，准时交货和有效产出最大化的目标。点击添加文本TOC理论理论TOC计划与控制实施主要步骤：1、把资源及资源利用等信息通过工艺规程全部关联起来，构建生产网络。2、在生产网络的基础上买辨别系统瓶颈。3、以瓶颈为基准，把生产网络划分为瓶颈资源网络和非瓶颈资源网络。4、对瓶颈资源网络的资源按照工艺顺序约束、瓶颈产能约束、交货期、优先调度规则等进行排序。5、在关键点设置缓冲保护，确保系统的有效产出不受任何影响。6、设置绳子，确定物料投放计划，控制非瓶颈与瓶颈生产同步。7、根据瓶颈所设定的生产节奏安排其他环节的生产。TOC理论理论DBR各要素的目标与作用如下表所示

7、。为配合DBR的使用和现场管理,TOC提出了缓冲管理（BufferManagement，简称BM)它是DBR必不可少的组成部分。BM是生产控制的诊断工具，是瓶颈调度执行受阻的报警系统、提前期的控制工具和最应优先改进环节的指示工具。点击添加文本TOC理论理论缓冲模型如图15-2所示，产出链上共用瓶颈作业、 之前的加工作业、 之后的加工作业、要与 装配的零件的之前的加工作业四种作业。相应地，存在三种形式的缓冲，即产能受限资源缓冲、装配缓冲和发货缓冲，以保证投料后生产按鼓的节奏及时到达瓶颈、及时通过瓶颈进行装配和及时交货。每个缓冲区又可以分为赶工区、警示区和忽略区三个段区。缓冲区中尚未达到的零部件为

8、空洞。空洞可以反映现场加工的顺畅程度、订单是否及时交货以及时间缓冲大小设置是否合适等问题。点击添加文本TOC理论理论点击添加文本TOC理论理论设置缓冲时间需考虑时间缓冲和库存缓冲，时间缓冲是将所需的物料比计划提前一段时间提交，以防随即波动，设置缓冲时，要保证瓶颈资源上产出率相对较快的工件在加工过程中不致因为在制品少而停工。另外，应该考虑加工过程中出现的波动；如约束资源上的实际产出比率比原来估计的要快，或者约束资源前的加工程序的产出率比原来估计的要慢，或者出现次品。前道工序的机器是否出现故障，在设置“时间缓冲”时一般设置一定的安全库存。最后，还要考虑在制品库存费用、成品库存费用、加工费用和各种人

9、工费。要在保证约束资源上加工持续的情况下，使整个加工过程的费用最小。TOC理论理论五、TOC的五大核心步骤与思维流程TOC重视瓶颈的重要作用，强调一切活动必须立足瓶颈并首要满足瓶颈的限制，保证瓶颈的充分利用和瓶颈的持续改善，针对瓶颈，TOC发展了持续改进的五步法，其步骤为：（）辨识系统瓶颈；（）充分利用瓶颈；（）非瓶颈配合瓶颈；（）提升瓶颈；（）打破瓶颈，辨识新的瓶颈，克服惰性，循环以持续提升。点击添加文本TOC理论理论TOC严格按照因果逻辑提供了一系列技术和工具的思维流程其中，当前现实树、未来现实树、负效应枝节、转变树为描述因果关系的技术工具，消雾法、必备树为描述必然性的技术工具。点击添加文

10、本网络化制造网络化制造2一、网络化制造的产生所谓网络化制造，是指企业利用计算机网络实现制造过程及制造过程与企业中工程设计、管理信息系统等子系统的集成，包括通过计算机网络远程操纵异地的机器设备进行制造、企业利用计算机网络搜寻产品的市场供应信息、搜寻加工任务、去发现合适的产品生产合作伙伴、进行产品的合作开发设计和制造以及产品的销售等，即通过计算机网络进行生产经营业务活动各个环节的合作，以实现企业间的资源共享和优化组合利用、实现异地制造。网络化制造是制造业利用网络技术开展的产品设计、制造、销售、采购、管理等一系列活动的总称，涉及企业生产经营活动的各个环节，如图15-3所示。点击添加文本网络化制造网络

11、化制造21974年，美国的哈林顿（J.Harrington）博士提出了计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，简称CIM）的概念，其要点是： 企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑； 整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作数据的物质表现。点击添加文本2网络化制造网络化制造从这一概念可以知道： 网络技术可以使企业生产的各个环节紧密连接，统一考虑，而且可以使分布在世界各地的企业生产的各个相关环节紧密连接，统一考虑 将整个生产

12、过程的实质看作是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，网络技术可以在生产过程中发挥很大作用。通过网络，可以进行大量的、大范围的、实时的数据采集；通过网络，可以进行大量数据的远程传递；通过网络，可以对数据进行异地协同处理。点击添加文本2网络化制造网络化制造二、网络化制造系统与关键技术网络化制造系统的体系结构是描述网络化制造系统的一组模型的集合，这些模型描述了网络化制造系统的功能结构、特性和运行方式。在进行网络化制造系统规划设计时，对目标系统进行全面的定义；通过网络化制造系统的建模，发现当前网络化制造系统存在的问题，进而改进当前网络化制造系统结构或优化系统运行。点击添加文本2（一）网络化制造系统体

13、系结构的视图构成功能视图功能视图描述网络化制造系统中较为稳定的静态功能组成描述网络化制造系统中较为稳定的静态功能组成和动态功能联系和动态功能联系信息视图信息视图描述网络化制造系统中的信息结构、信息流动和描述网络化制造系统中的信息结构、信息流动和信息处理过程信息处理过程资源视图资源视图描述网络化制造系统中的设备、物流等系统资源描述网络化制造系统中的设备、物流等系统资源配置以及资源流模型配置以及资源流模型组织视图组织视图描述网络化制造系统中的组织构成和组织方式描述网络化制造系统中的组织构成和组织方式过程视图过程视图描述网络化制造系统中涉及上述四个视图的业务描述网络化制造系统中涉及上述四个视图的业务

14、流程构成与运行流程构成与运行过程过程点击添加文本2（二）网络化制造的关键技术网络化制造网络化制造AIMSnet供应商信息虚拟企业运作支持工作小组合作支资源和伙伴选择合同与协议服务1、制造系统的敏捷基础设施网络（AIMSnet）点击添加文本2网络化制造网络化制造AIMS Net包括供应商信息、资源和伙伴选择、合同与协议服务、虚拟企业运作支持和工作小组合作支持等。AIMS Net是一个开放网络，任何企业都可在其上提供服务，而且这个网络是无缝隙的，因为企业通过它从内部和外部获得服务没有任何区别。通过AIMS Net可以减少生产准备时间，使当前的生产更加流畅，并可开辟企业从事生产活动的新途径。利用AI

15、MS Net可把能力互补的大、中、小企业连接起来，形成供应链网络。企业不再是“大而全”、“小而全”，而是更加强调自己的核心专长。通过相互合作，能有效地处理任何不可预测的市场变化。点击添加文本2网络化制造网络化制造CAM Net通过Internet提供多种制造支撑服务，如产品设计的可制造性、加工过程仿真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连接和共享制造信息。建立敏捷制造的支撑环境在网络上协调工作，将企业中各种以数据库文本图形和数据文件存储的分布信息集成起来以供合作伙伴共享，为各合作企业的过程集成提供支持。2、CAM网络（CAM Net）点击添加文本23、网络化制造模式下的CAPP技术CAP

16、P是联系设计和制造的桥梁和纽带，网络化制造系统的实施必须获得工艺设计理论及其应用系统的支持。因此，在继承传统的CAPP系统研究成果的基础上，进一步探索网络化制造模式下的集成化、工具化CAPP系统是当前网络化制造系统研究和开发的前沿领域。它包括基于Internet的工具化零件信息输入机制建立、基于Internet的派生式和创成式工艺设计方法等4、企业集成网络（Enterprise Integration Net)Enterprise Integration Net提供各种增值的服务，包括目录服务、安全性服务和电子汇款服务等。目录服务帮助用户在电子市场或企业内部寻找信息、服务和人员。安全性服务通过

17、用户权限为网络安全提供保障。电子汇款服务支持在整个网络上进行商业往来。通过这些服务，用户能够快速地确定所需要的信息，安全地进行各种业务以及方便地处理财务事务。网络化制造网络化制造点击添加文本2网络化制造网络化制造三、数字化网络化制造技术（一）数字化网络化制造概述敏捷化敏捷化敏捷化是网络化制造的核心思想之一敏捷化是网络化制造的核心思想之一分散化网络化制造的分散化具体体现在两个方面，其一是资源分散化，包括制造硬件资源分散在不同的组织内、不同的地域内和不同的文化条件内等；其二是指制造系统中生产经营管理决策的分散化动态化市场和产品的动态信息是网络化制造联盟存在的先决条件，根据市场和产品的动态变化，网络

18、化制造联盟随之发生动态的变化协作化资源的充分利用体现在形成产品的价值链中的每一个环节点击添加文本2网络化制造网络化制造集成化集成化由于资源和决策的分散性特征，要充分发挥资源的由于资源和决策的分散性特征，要充分发挥资源的效率，就必须将制造系统中各种分散的资源能够实效率，就必须将制造系统中各种分散的资源能够实现实时集成。现实时集成。数字化借助信息技术，网络化制造能够实现真正完全无图纸的虚拟设计、数字化和虚拟化制造，帮助企业形成信息化的组织构架。网络化由于制造资源和市场的分散，实现快速重组必须建立在网络化的基础上。因此，组建高效的网络联盟需要将电子网络作为支撑环境，并充分利用现代化通信技术和信息技术

19、点击添加文本2网络化制造网络化制造（二）网络化CAD技术 网络化CAD的支撑技术(1）网络联盟中的图形传输模式。对于拥有数控加工装备的网络联盟，可以组成单位之间具有不同程度的和不同类别的数控资源。(2）VRML Plug-in插件。使用VRML语言可以构建Web支持的三维场景对象，它是将产品特征图形发布于网上的通道和桥梁。在国际互联网中，使用VRML浏览插件Plug-in就可以浏览产品特征图形转换成VRML语言格式的Web页点击添加文本2、VRML语言及文件格式VRML即虚拟现实造型语言，它是一个三维造型和渲染的图形描述性语言，它把一个“虚拟世界”看作一个“场景”，而场景中的一切都看作“对象”

20、，对每一个对象的描述就构成WML文件。3、VRML的结构特点VRML文件的最基本的组成部分是结点，主要内容就是结点的层层嵌套以及结点的定义和使用，由此构成整个的虚拟世界。在VRML文件中可以为结点定义一个名称，然后在本文本的后面就可以反复地引用该结点。注意，定义结点时要按照一定的语法。网络化制造网络化制造点击添加文本2网络化制造网络化制造（三）网络化CAPP技术1、CAPP的概述与传统的工艺设计方法相比，计算机辅助工艺设计（CAPP）具有以下优点（）提高工艺文件的质量，缩短生产准备周期；（）将广大工艺设计人员从繁琐、重复的劳动中解放出来；（）能继承有经验的工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最

21、优化；（）为适应当前日益自动化的现代制造环节的需要和实现计算机集成创造系统创造必要条件。点击添加文本2网络化制造网络化制造2、CAPP的基本类型检索式检索式CAPP系统系统这种系统常用于大批量生产模式，工件的这种系统常用于大批量生产模式，工件的种类很少，零件变化不大且相似程度很高种类很少，零件变化不大且相似程度很高派生式CAPP系T统这是一种建立在成组技术基础上的CAPP系统。首先对生产对象进行分析，根据成组技术原理将各类零件分类归族，形成零件族创成式CAPP系统这个系统中不存在标准工艺规程，但是有一个收集大量工艺数据的数据库和一个存储工艺专家知识的知识库点击添加文本2网络化制造网络化制造半创

22、成式半创成式CAPP系统系统从原理上看，该系统是派生式和创成式从原理上看，该系统是派生式和创成式CAPP原理的综合，也就是说这种系统是在派生式原理的综合，也就是说这种系统是在派生式的基础上，增加若干创成功能而形成的系统的基础上，增加若干创成功能而形成的系统广义CAPP系统这种系统将传统CAPP系统概念扩充到生产计划编制、车间调度和生产负荷平衡等领域,它同时还包括多种CAPP模式，根据不同的生产情况，系统可以自动选择适用的模式智能型CAPP系统这种系统是将人工智能技术应用在CAPP系统中所形成的CAPP专家系统除了上述CAM定义所包含的所有内容外，它还包括制造活动中与物流有关的所有过程的监视、控

23、制和管理2网络化制造网络化制造（四）网络化CAM技术计算机辅助制造有狭义和广义的两个概念从产品的设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括CAPP、NC的编程、工时定额的计算、生产计划的制定、资源需求计划的制定等狭义广义2网络化制造网络化制造CAM的支撑系统（）硬件。硬件系统主要包括主机、外存储器、输入输出设备及其他通信接口。（2）软件。软件主要包括系统软件、支撑软件、应用软件等点击添加文本3智能制造智能制造一、智能制造产生的背景自世纪年代以来，随着产品性能的复杂化及功能的多样化，促使产品包含的设计信息量猛增，对制造设备的要求越来越高。世纪，基于信息和知识的产品设计、制造和生产管理将成为知识

24、经济和信息社会的重要组成部分，是制造科学与技术最重要与最基本的特征之一，智能制造正是在这一背景下提出并得到学术界和工业界的广泛关注。点击添加文本3智能制造智能制造二、智能制造的概念智能制造应当包含智能制造技术（IMT）和智能制造系统（IMS）。（一）智能制造技术智能制造技术是指利用计算机模拟制造专家的分析、判断、推理、构思和决策等智能活动，并将这些智能活动与智能机器有机地融合起来，将其贯穿应用于整个制造企业的各个子系统，以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和集成化，从而取代或延伸制造环境中专家的部分脑力劳动，并对制造业专家的智能信息进行收集、存储、完善、共享、继承和发展的一种极大地提高生产效

25、率的先进制造技术。点击添加文本3智能制造智能制造1 人工智能技术IMT的目标是利用计算机模拟制造人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。因此，IMS离不开人工智能技术。IMS的智能水平的提高依赖于人工智能技术的发展。当然，由于人类大脑活动思维的复杂性，人们对其的认识还很片面，人工智能技术尚处于低级阶段。目前，IMS中的智能主要是人（各专业领域专家）的智能。 并行工程就制造业而言，并行工程（CE）是指产品概念的形成和设计与其生产和服务系统实现相平行，即在制造过程的设计阶段就考虑到产品整个生命周期的各个环节（包括质量、成本、进度计划、用户要求及报废处理），

26、集成并共享各个环节的制造智能，并行地开展产品制造各环节的设计工作。点击添加文本3智能制造智能制造 虚拟制造技术虚拟制造技术（简称）是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实（简称），在计算机支持的协同工作环境中，实现产品的设计、工艺过程编制、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程中各级的决策与控制能力，以此达到产品开发周期最短、成本最低、质量最优、生产效率最高。 信息网络技术信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。信息网络是制造信息及知识流动的通道。点击添加文本3智能制造智能制造（二）智能制造系统智能

27、制造系统是指基于，利用计算机综合应用人工智能技术（如人工神经网络、遗传算法等）、智能制造机器、代理技术、材料技术、现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、并行工程、生命科学和系统工程的理论与方法，在国际标准化和互换性的基础上，使整个企业制造系统中的各个子系统分别智能化，并使制造系统形成由网络集成的、高度自动化的一种制造系统点击添加文本3智能制造智能制造自组织能力自组织能力中的各种组成单元能够根据工作任务的需中的各种组成单元能够根据工作任务的需要，自行集结成一种超柔性最佳结构，并按照要，自行集结成一种超柔性最佳结构，并按照最优的方式运行。自组织能力是最优的方式运行。自组织能力是IMSIMS

28、的一个重的一个重要标志要标志自律能力IMS具有搜集与理解环境信息及自身信息并进行分析判断和规划自身行为的能力。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力。自学习和自维护能力IMS能以原有的专家知识为基础，在实践中不断进行学习，完善系统的知识库，并删除库中不适用的知识，使知识库更趋合理；同时，还能对系统故障进行自我诊断、排除及修复。点击添加文本3智能制造智能制造整个制造系统的智能集成在强调各个子系统智能化的同时，更注重整个制造系统的智能集成。这是与面向制造过程中特定应用的“智能化孤岛”的根本区别。人机一体化智能系统不单纯是人工智能系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥了人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系，使两者在不同的层次上各显其能，相辅相成。虚拟现实这是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。人机结合的新一代智能界面，使得可用虚拟手段智能地表现现实，这是智能制造的一个显著特征。