清华大学制造系统(全套课件374PP)-ppt.ppt

1、1制造系统制造系统2第一章第一章 绪论绪论1-1 研究和发展制造系统的意义研究和发展制造系统的意义1-2 发展制造系统技术的基础发展制造系统技术的基础1-3 制造系统的发展历史与现状制造系统的发展历史与现状 1-4 制造系统的发展趋势制造系统的发展趋势 1-5 本课程的主要内容本课程的主要内容31-1 研究和发展制造系统的意义研究和发展制造系统的意义 随着科学技术的进步和社会经济的发随着科学技术的进步和社会经济的发展，展，“制造制造”已由已由个人行为和孤立机器完个人行为和孤立机器完成的成的简单过程演变为简单过程演变为必须由众多制造要素必须由众多制造要素组成的制造系统来完成的组成的制造系统来完成

2、的复杂工程复杂工程。从系。从系统科学与工程的角度看，完成现代制造任统科学与工程的角度看，完成现代制造任务的务的制造主体正在从简单系统发展为复杂制造主体正在从简单系统发展为复杂大系统大系统，具体体现在以下三方面：，具体体现在以下三方面： 41 1结构复杂性结构复杂性 从制造领域自身的发展看，制造主体（如制造从制造领域自身的发展看，制造主体（如制造企业等）作为一个系统不但规模不断扩大，而且结企业等）作为一个系统不但规模不断扩大，而且结构日趋复杂。构日趋复杂。 在在手工业生产时代，产品的设计、加工、装配手工业生产时代，产品的设计、加工、装配和检验基本上都由个人完成，如果讲系统，这时的和检验基本上都由

3、个人完成，如果讲系统，这时的制造系统规模小、结构简单、易于驾驭。制造系统规模小、结构简单、易于驾驭。 1818世纪的西方工业革命，虽然有力促进了制造世纪的西方工业革命，虽然有力促进了制造技术和制造装备的发展，但制造作为系统仍很简单。技术和制造装备的发展，但制造作为系统仍很简单。51 1结构复杂性结构复杂性 到了到了1919世纪中叶后的大批量生产时代，通过世纪中叶后的大批量生产时代，通过劳动分工实现作业专业化，在机械化和电气化技劳动分工实现作业专业化，在机械化和电气化技术支撑下，进行流水线方式生产，形成了较大规术支撑下，进行流水线方式生产，形成了较大规模的制造系统，但此时制造系统的结构却并不复模

4、的制造系统，但此时制造系统的结构却并不复杂，其分析设计、信息处理、管理控制等问题也杂，其分析设计、信息处理、管理控制等问题也相对易于处理。相对易于处理。 61 1结构复杂性结构复杂性 到了到了2020世纪后半叶特别是近三十年来，市场世纪后半叶特别是近三十年来，市场需求朝多样化方向发展且竞争加剧，迫使产品生需求朝多样化方向发展且竞争加剧，迫使产品生产朝多品种、变批量、短生产周期方向演进，由产朝多品种、变批量、短生产周期方向演进，由此形成柔性制造、计算机集成制造、敏捷制造等此形成柔性制造、计算机集成制造、敏捷制造等先进制造模式，按此构成的现代制造系统不但规先进制造模式，按此构成的现代制造系统不但规

5、模庞大，而且结构十分复杂，系统的分析与综合模庞大，而且结构十分复杂，系统的分析与综合已具有相当的难度，系统的优化管理控制问题更已具有相当的难度，系统的优化管理控制问题更是难以解决，已成为全球范围内具有挑战性的课是难以解决，已成为全球范围内具有挑战性的课题。题。 72 2关联复杂性关联复杂性 系统科学性：系统科学性： 随着计算机技术和信息技术的发展，制造系统内部各随着计算机技术和信息技术的发展，制造系统内部各组成环节间的信息联系以及制造系统与外部环境的信息联组成环节间的信息联系以及制造系统与外部环境的信息联系，在广泛性和复杂性方面均在不断加强，系统中信息交系，在广泛性和复杂性方面均在不断加强，系

6、统中信息交换、信息处理的速度亦在迅速提高，从而使制造系统中各换、信息处理的速度亦在迅速提高，从而使制造系统中各组成环节间的相互作用、相互依赖以及环境对制造系统的组成环节间的相互作用、相互依赖以及环境对制造系统的影响日益加强，影响日益加强，“牵一发而动全身牵一发而动全身”的效应日益凸现。的效应日益凸现。 因此，注重关联，把握全局在制造过程中将变得越来因此，注重关联，把握全局在制造过程中将变得越来越重要。这些结果使得制造活动和制造过程呈现出越来越越重要。这些结果使得制造活动和制造过程呈现出越来越强的系统科学性。强的系统科学性。 82 2关联复杂性关联复杂性 学科综合性：学科综合性： 相关学科的理论

7、与方法日益向制造学科渗透，对制造相关学科的理论与方法日益向制造学科渗透，对制造学科和制造系统的发展产生了深刻的影响。学科和制造系统的发展产生了深刻的影响。 在制造系统的底层，机电一体化的制造装备和加工系在制造系统的底层，机电一体化的制造装备和加工系统，大幅度提高了制造过程的柔性和效益；统，大幅度提高了制造过程的柔性和效益； 在管理控制层，随着计算机技术、现代管理理论和控在管理控制层，随着计算机技术、现代管理理论和控制方法的应用，使制造系统的管理与控制不断发展、不断制方法的应用，使制造系统的管理与控制不断发展、不断创新，走出了从创新，走出了从MRPMRP、MRPIIMRPII到到ERPERP的发

8、展历程；的发展历程； 在全局上，系统科学与工程的理论与方法使制造领域在全局上，系统科学与工程的理论与方法使制造领域广大人员的思维模式、分析问题和解决问题的方法等都正广大人员的思维模式、分析问题和解决问题的方法等都正在发生深刻的变化。在发生深刻的变化。 93 3环境复杂性环境复杂性 我国的经济体制正在从计划经济向社会主义我国的经济体制正在从计划经济向社会主义市场经济转轨，众多制造企业失去了计划经济时市场经济转轨，众多制造企业失去了计划经济时代政府主管部门下达的计划指令。从系统与控制代政府主管部门下达的计划指令。从系统与控制的角度看，即制造系统没有了确定的输入信息。的角度看，即制造系统没有了确定的

9、输入信息。 随着全球经济一体化进程的加快，国际市场随着全球经济一体化进程的加快，国际市场需求不仅变化极快，而且还难以预测。这些不仅需求不仅变化极快，而且还难以预测。这些不仅造成制造系统输入信息和运行环境的随机性越来造成制造系统输入信息和运行环境的随机性越来越大，而且还要求制造系统的响应速度不断提高。越大，而且还要求制造系统的响应速度不断提高。10对策：改变观念对策：改变观念 由于上述众多因素的影响，由于上述众多因素的影响，“制造制造”正在由正在由输入确定、过程和环境稳定、输出少变的简单系输入确定、过程和环境稳定、输出少变的简单系统演变为输入随机、过程和环境动态变化、输出统演变为输入随机、过程和

10、环境动态变化、输出和状态多变的复杂大系统。工程界和教育界都越和状态多变的复杂大系统。工程界和教育界都越来越清楚地认识到现代制造已成为一个复杂的系来越清楚地认识到现代制造已成为一个复杂的系统工程，如果仅从孤立的制造方法、制造技术、统工程，如果仅从孤立的制造方法、制造技术、制造工具和制造设备等方面去孤立地研究制造过制造工具和制造设备等方面去孤立地研究制造过程，将无法从全局上使程，将无法从全局上使“制造制造”这样一个复杂大这样一个复杂大系统运行于最优状态，发挥出最佳效益。系统运行于最优状态，发挥出最佳效益。 11对策：加强制造系统研究与发展对策：加强制造系统研究与发展 因此，面对上述现实，我们必须将

11、因此，面对上述现实，我们必须将“制造制造”作为复杂大系统来对待，加强从系统科学、信息作为复杂大系统来对待，加强从系统科学、信息技术与制造工程相结合的角度对现代制造过程进技术与制造工程相结合的角度对现代制造过程进行研究，通过信息、控制与制造相融合的方法对行研究，通过信息、控制与制造相融合的方法对制造系统的内在规律进行分析，努力探索先进的制造系统的内在规律进行分析，努力探索先进的制造系统模式、体系结构和优化运行技术，从而制造系统模式、体系结构和优化运行技术，从而从全局的角度促进制造科学、制造系统和制造工从全局的角度促进制造科学、制造系统和制造工业的发展。业的发展。 12对策：加强制造系统教学对策：

12、加强制造系统教学 同时，从教育的角度看，作为制造领域的高同时，从教育的角度看，作为制造领域的高级专门人才级专门人才制造专业的本科生和研究生必须制造专业的本科生和研究生必须掌握制造系统的理论与技术，以从系统科学与工掌握制造系统的理论与技术，以从系统科学与工程的高度对现代制造过程有深刻的理解与把握，程的高度对现代制造过程有深刻的理解与把握，才能在今后的研究工作、技术工作和管理工作中才能在今后的研究工作、技术工作和管理工作中更好地驾驭全局，为制造工业和国民经济的发展更好地驾驭全局，为制造工业和国民经济的发展做出更大的贡献。做出更大的贡献。 这也是开设本课程的目的。这也是开设本课程的目的。 131-2

13、 发展制造系统技术的基础发展制造系统技术的基础 1. 1. 先进制造模式和相关理论先进制造模式和相关理论 制造模式决定了制造系统的体系结构、制造模式决定了制造系统的体系结构、运行原理以及管理和控制方法，因此，要对运行原理以及管理和控制方法，因此，要对现代制造系统进行深入研究，要使现代制造现代制造系统进行深入研究，要使现代制造系统技术的发展保持正确的方向，就必须以系统技术的发展保持正确的方向，就必须以先进制造模式为基础，以正确、先进的理论先进制造模式为基础，以正确、先进的理论为指导。为指导。 141-2 发展制造系统技术的基础发展制造系统技术的基础 2. 2. 先进制造技术与装备先进制造技术与装

14、备 制造技术与制造装备是构成制造系统的制造技术与制造装备是构成制造系统的重要元素，要使制造系统发挥出高效益，必重要元素，要使制造系统发挥出高效益，必须有先进制造技术和先进制造装备作为支撑。须有先进制造技术和先进制造装备作为支撑。 例如例如, ,柔性制造系统和计算机集成制造系柔性制造系统和计算机集成制造系统的发展统的发展, ,必须以数控加工技术和先进数控机必须以数控加工技术和先进数控机床为基础。床为基础。151-2 发展制造系统技术的基础发展制造系统技术的基础 3. 3. 系统科学理论与系统工程技术系统科学理论与系统工程技术 制造系统属于复杂大系统，并且为典型的离制造系统属于复杂大系统，并且为典

15、型的离散事件动态系统（散事件动态系统（Discrete Event Dynamic Discrete Event Dynamic SystemSystem，简称，简称DEDSDEDS），其状态变量数目巨大，不确），其状态变量数目巨大，不确定性因素和随机性影响突出，非线性和混沌定性因素和随机性影响突出，非线性和混沌（chaoschaos）现象严重。因此，制造系统研究、开发）现象严重。因此，制造系统研究、开发和应用中所涉及的许多问题，都必须从系统科学与和应用中所涉及的许多问题，都必须从系统科学与工程的高度去分析和解决。工程的高度去分析和解决。161-2 发展制造系统技术的基础发展制造系统技术的基础

16、 4. 4. 现代管理控制理论与技术现代管理控制理论与技术 一方面，要使已有的制造系统运行于最佳状一方面，要使已有的制造系统运行于最佳状态，发挥出最佳效益，必须采用有效的管理控制理态，发挥出最佳效益，必须采用有效的管理控制理论、模式和方法；另一方面，要研究、开发性能优论、模式和方法；另一方面，要研究、开发性能优良的新型制造系统，也必须十分重视其管理控制子良的新型制造系统，也必须十分重视其管理控制子系统的研究开发。在管理控制子系统的研究开发中，系统的研究开发。在管理控制子系统的研究开发中，最重要的就是要研究适合先进制造系统的新的管理最重要的就是要研究适合先进制造系统的新的管理控制理论与技术。控制

17、理论与技术。 171-2 发展制造系统技术的基础发展制造系统技术的基础 5. 5. 计算机与信息技术计算机与信息技术 现代制造系统的研究开发和运行已越来越多地现代制造系统的研究开发和运行已越来越多地与计算机和信息技术相融合。例如，制造系统研究与计算机和信息技术相融合。例如，制造系统研究中建立的复杂数学模型必须借助计算机进行分析和中建立的复杂数学模型必须借助计算机进行分析和求解，制造系统的开发过程通常都要使用计算机进求解，制造系统的开发过程通常都要使用计算机进行仿真分析，制造系统的运行则更是需要通过先进行仿真分析，制造系统的运行则更是需要通过先进的计算机系统和网络通讯系统进行信息化管理和数的计算

18、机系统和网络通讯系统进行信息化管理和数字化控制。字化控制。 181-3 制造系统的发展历史与现状制造系统的发展历史与现状 1. 1. 从技术层面看从技术层面看 经过数十年的发展，制造系统技术在总体上已经过数十年的发展，制造系统技术在总体上已形成基本的体系，并在实际应用中发挥着越来越重形成基本的体系，并在实际应用中发挥着越来越重要的作用。要的作用。 第一阶段：刚性制造系统第一阶段：刚性制造系统 本阶段在本阶段在2020世纪世纪5050年代前已基本形成。年代前已基本形成。 第二阶段：单机柔性加工系统第二阶段：单机柔性加工系统 开始于开始于2020世纪世纪5050年代初，到年代初，到7070年代已基

19、本成熟。年代已基本成熟。 191-3 制造系统的发展历史与现状制造系统的发展历史与现状 第三阶段：多机柔性加工系统第三阶段：多机柔性加工系统 出现于出现于2020世纪世纪6060年代末，年代末，7070年代以后得到快速年代以后得到快速发展，如直接数控（发展，如直接数控（DNCDNC）加工系统、柔性制造单）加工系统、柔性制造单元（元（FMCFMC）、柔性制造系统）、柔性制造系统(FMS)(FMS)、柔性加工线、柔性加工线（FMLFML）。）。 第四阶段：计算机集成制造系统第四阶段：计算机集成制造系统 20世纪世纪80年代以来得到迅速发展年代以来得到迅速发展 其特征是制造全过程的系统性和集成性，以

20、解其特征是制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争问题。决现代企业生存与竞争问题。201-3 制造系统的发展历史与现状制造系统的发展历史与现状 第五阶段：跨企业和全球制造系统第五阶段：跨企业和全球制造系统 20世纪末提出，正在成为世纪末提出，正在成为21世纪的发展方向。世纪的发展方向。 基本概念是基本概念是: : 根据根据全球化的产品需求，通过网全球化的产品需求，通过网络协调和运作，把分布在世界各地的制造工厂和销络协调和运作，把分布在世界各地的制造工厂和销售点联接成一个整体，从而能够在任何时候与世界售点联接成一个整体，从而能够在任何时候与世界任何一个角落的用户或供应商打交道，由此构

21、成具任何一个角落的用户或供应商打交道，由此构成具有统一目标的在有统一目标的在逻辑上为一整体而物理上分布于全逻辑上为一整体而物理上分布于全世界的跨企业和跨国制造系统世界的跨企业和跨国制造系统。 211-3 制造系统的发展历史与现状制造系统的发展历史与现状 2. 2. 从学科发展看从学科发展看 制造系统诞生于制造系统诞生于 2020世纪世纪7070年代后期的日本。京年代后期的日本。京都大学人见胜人（都大学人见胜人（Hitomi K.Hitomi K.）教授发表著作）教授发表著作Manufacturing System EngineeringManufacturing System Engineer

22、ing。 在美国，麻省理工学院在美国，麻省理工学院90年代初即开设有制造年代初即开设有制造系统课程，并出版了专著。系统课程，并出版了专著。 在西欧，一些一流大学亦开设了制造系统课程。在西欧，一些一流大学亦开设了制造系统课程。 总之，制造系统已成为国外一流大学相关专业总之，制造系统已成为国外一流大学相关专业和学科的科研与教学工作的重要组成部分。和学科的科研与教学工作的重要组成部分。 221-3 制造系统的发展历史与现状制造系统的发展历史与现状 在我国，制造系统的研究和应用起步也较早，在我国，制造系统的研究和应用起步也较早，2020世纪世纪8080年代中就已有柔性制造系统（年代中就已有柔性制造系统

23、（FMSFMS）在生）在生产实际中应用。产实际中应用。 但制造系统作为一个学科和技术领域，在国但制造系统作为一个学科和技术领域，在国家支持下开展有组织的深入系统研究和应用，是家支持下开展有组织的深入系统研究和应用，是开始于国家的开始于国家的863863计划。以计划。以CIMSCIMS为代表的研究项目为代表的研究项目十几年来取得一大批成果，并在许多类型的企业十几年来取得一大批成果，并在许多类型的企业中得到广泛应用，有力推进了我国制造系统技术中得到广泛应用，有力推进了我国制造系统技术的发展。的发展。 231-3 制造系统的发展历史与现状制造系统的发展历史与现状 清华大学制造工程研究所在多年制造系统

24、研清华大学制造工程研究所在多年制造系统研究和应用实践积累的基础上于究和应用实践积累的基础上于19891989年率先在国内年率先在国内为研究生开出为研究生开出现代制造系统现代制造系统课程。当时正值课程。当时正值我国国企改革启动阶段，制造企业面临巨大的市我国国企改革启动阶段，制造企业面临巨大的市场压力，迫切需要利用制造系统知识解决企业面场压力，迫切需要利用制造系统知识解决企业面临的生产经营与管理问题。课程开出后受到企业临的生产经营与管理问题。课程开出后受到企业和学生的欢迎。和学生的欢迎。 241-4 制造系统研究和应用的发展趋势制造系统研究和应用的发展趋势 1. 1. 对无人制造自动化进行了反思，

25、提出了对无人制造自动化进行了反思，提出了 “人机人机 一体化制造系统一体化制造系统”的新思想。的新思想。 2. 2. 智能制造系统将是未来制造系统的重要发展方智能制造系统将是未来制造系统的重要发展方 向之一。向之一。 3. 3. 单元级制造系统的研究仍然占有很重要的地位。单元级制造系统的研究仍然占有很重要的地位。 4. 4. 平台技术的研究与平台软件的开发是近年来制平台技术的研究与平台软件的开发是近年来制 造系统发展的主要动向之一。造系统发展的主要动向之一。 251-4 制造系统研究和应用的发展趋势制造系统研究和应用的发展趋势 5. 5. 现代制造模式的提出和研究，直接推动着制造现代制造模式的

26、提出和研究，直接推动着制造 系统的发展。系统的发展。 6. 6. 分布式控制将是未来制造系统管理控制的重要分布式控制将是未来制造系统管理控制的重要 发展方向之一。发展方向之一。 7. 7. 一种新的制造观即信息制造观正在孕育和发展一种新的制造观即信息制造观正在孕育和发展 之中。之中。 8. 8. 实施可持续发展战略正在成为制造系统发展的实施可持续发展战略正在成为制造系统发展的 必然趋势。必然趋势。 261-5 本课程的主要内容本课程的主要内容 作为机械工程及自动化专业的专业课，作为机械工程及自动化专业的专业课，制造制造系统系统将从系统科学的角度对现代制造过程进行研将从系统科学的角度对现代制造过

27、程进行研究，通过信息、控制与制造相融合的方法对制造系究，通过信息、控制与制造相融合的方法对制造系统的内在规律进行分析，以近十年来国际上制造系统的内在规律进行分析，以近十年来国际上制造系统领域的最新发展和我国在此领域的研究、开发和统领域的最新发展和我国在此领域的研究、开发和应用成果为案例，按照工程学科教学的客观规律和应用成果为案例，按照工程学科教学的客观规律和现代人才培养的要求实施教学。现代人才培养的要求实施教学。 271-5 本课程的主要内容本课程的主要内容 本课程内容分四个层次：本课程内容分四个层次：1. 1. 基础理论：基础理论： 制造系统的基本概念、理论基础、体系结构；制造系统的基本概念

28、、理论基础、体系结构；2. 2. 系统分析与综合：系统分析与综合： 现代制造系统分析与综合的主要方法；现代制造系统分析与综合的主要方法；3. 3. 管理与控制：管理与控制： 制造系统的运行管理、调度控制和过程控制；制造系统的运行管理、调度控制和过程控制；4. 4. 信息环境：信息环境： 从信息与制造相融合的角度，介绍制造系统从信息与制造相融合的角度，介绍制造系统 优化运行的信息环境。优化运行的信息环境。 281-5 本课程的主要内容本课程的主要内容 通过本课程的教学，力图使机械工程及自动化通过本课程的教学，力图使机械工程及自动化专业的本科生掌握制造系统的理论基础与体系结构、专业的本科生掌握制造

29、系统的理论基础与体系结构、管理与控制技术、分析与设计的基本方法，提高从管理与控制技术、分析与设计的基本方法，提高从系统的角度分析问题和解决问题的能力，为将来从系统的角度分析问题和解决问题的能力，为将来从事现代制造系统的分析与设计、管理与控制等方面事现代制造系统的分析与设计、管理与控制等方面的工作打好基础。在学习本课程时，应联系实际，的工作打好基础。在学习本课程时，应联系实际，在掌握理论知识的同时，逐渐学会从系统的角度去在掌握理论知识的同时，逐渐学会从系统的角度去看待制造、研究制造、把握制造、发展制造。看待制造、研究制造、把握制造、发展制造。 29学习参考书学习参考书 1 Hitomi K.,

30、Manufacturing System Engineering, 1 Hitomi K., Manufacturing System Engineering, London, Taylor & Francis London, Taylor & Francis，197919792 Chryssolouris G., Manufacturing System: Theory 2 Chryssolouris G., Manufacturing System: Theory and Practice. New York,Springer-Verlag, 1992 and Practice. New

31、York,Springer-Verlag, 19923 Kusiak A. Intelligent Manufacturing System. 3 Kusiak A. Intelligent Manufacturing System. Prentice Hall Inc., 1990 Prentice Hall Inc., 19904 4 刘刘飞，张晓冬，杨丹飞，张晓冬，杨丹. . 制造系统工程（第制造系统工程（第2 2版）版）. . 北京北京： 国防工业出版社，国防工业出版社，200020005 5 郑力，陈恳，张伯鹏郑力，陈恳，张伯鹏. . 制造系统制造系统. . 北京：清华大学出版北京：

32、清华大学出版 社，社，2001 2001 30第二章第二章 制造系统的基本概念制造系统的基本概念2-1 概述概述2-2 制造过程制造过程2-3 制造模式制造模式2-4 制造系统制造系统2-5 制造系统的重要课题制造系统的重要课题312-1 2-1 概述概述 本章介绍系统与制造系统的定义和基本概念，以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。发和应用中的主要问题。 讨论顺序：讨论顺序： 制造过

33、程制造过程制造模式制造模式制造系统制造系统制造系统问题。制造系统问题。 (1)(1)制造过程：小制造制造过程：小制造大制造大制造 (2)(2)制造模式：基本概念与典型制造模式制造模式：基本概念与典型制造模式 (3)(3)制造系统：系统制造系统：系统制造系统制造系统 (4)(4)制造系统研究和应用中的重要课题制造系统研究和应用中的重要课题 32 制造过程是组成制造业的基本环节。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。它涉及到国民经济的很多行业

34、，如品的行业。它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。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。过程的定义也产生了较大的变化。 2-2 2-2 制造过程制造过程33一、一、 “小制造小制造”概念及制造过程定义概念及制造过程定义 1.1. “小制造小制造”概念：概念： “小制造小制造”是指传统的是指传统的“机械制造机械制

35、造”，重点是加，重点是加工和装配。工和装配。 2.2. “小制造小制造”概念下，制造过程的定义为：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。产品的过程。 3.3. “小制造小制造”概念下制造过程的定义主要强调的概念下制造过程的定义主要强调的是工艺过程是工艺过程。 2-2 2-2 制造过程制造过程34二、二、 “大制造大制造”概念及制造过程定义概念及制造过程定义 1.1. “大制造大制造”概念：概念： “大制造大制造”是指是指产品生命周期中，从供应市场到产品生命周期中，从供应市场到需求市场整个供需链中的所有活动。需

36、求市场整个供需链中的所有活动。 2.2. “大制造大制造”概念下，制造过程可定义为：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、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。能源等）转变为可用产品并保证其正常使用的过程。 3. 3. “大制造大制造”概念下制造过程的定义强调的是产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品的整个生命周期过程。 2-2 2-2 制造过程制造过程35 根据根据“大制造大制造”概念的制造过程定义，制造过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程不仅包含了物质

37、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。行的服务等。 从信息的角度看，制造过程实质上是一个使原从信息的角度看，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。材料的熵降低，使产品信息含量增高的过程。4. 4. “大制造大制造”概念下，信息对制造过程概念下，信息对制造过程 的完成起着重要作用的完成起着重要作用36 采 购

38、 加 工 装 配 检 验 销 售 市 场 分 析 决 策 规 划 产 品 开 发 工 艺 规 划 管 理 控 制 服 务 产 品 制 造 资 源 下部的方框主要表示物质的转化过程，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。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大制造概念下制造过程的组成框图 37 由于产品制造过程的综合性，制造过程又可分为：由于产品制造过程的综合性，制造过程又可分为： 基

39、本制造过程：指直接将生产对象转换成产品的基本制造过程：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。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。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、程中各种生产活动服务的过程，例如设计、采购、外协等。外协等。 附属产品制造过程：在制造本系统主要产品的同附属产品制造过

40、程：在制造本系统主要产品的同时时，一些附属产品的制造过程。，一些附属产品的制造过程。 38一、制造模式的基本概念一、制造模式的基本概念 1.1. 制造模式的定义：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和技术系统的形态和运作的模式 。 2.2.制造模式的意义：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循制造模式

41、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。总体效益具有重要意义。 2-3 2-3 制造模式制造模式39 物流 驱动 NC 机床 1 管 理 控 制 系 统 反馈 指令 物 流 系 统 原材料 产品 NC 机床 2 NC 机床 n 二、典型制造模式二、典型制造模式1. 1. 刚性制造模式刚性制造模式 2. 2. 柔性柔性自动化制造模式自动化制造模式 40 市场 分析 产品开发 工艺规划 网络 市 场 销售 服务 产品 生产 采购 供应 决策 规划 经营 管理 质量 控制 过程 控制 计划

42、控制 信息 原材料 产品 3.3.计算机集成制造模式计算机集成制造模式41 市 场 公司 1 虚拟公司 1 产品1 公司 2 公司 3 公司 4 公司 5 公司 6 公司 7 公司 产品2 虚拟公司 2 产品n 虚拟公司 n 公司 m 产品1周期 产品2周期 产品n周期 t 4. 4. 敏捷敏捷制造模式制造模式42 原 材 料 制 造 中 心1 存 储 器 看 板 制 造 中 心2 存 储 器 看 板 制 造 中 心3 5. 5. JIT 制造模式制造模式 JIT（Just In Time）是日本丰田汽车公司）是日本丰田汽车公司提出的一种制造模式。提出的一种制造模式。 JIT 模式按模式按“拉

43、拉”式式 ( (Pull) ) 方式组织生产。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。库存才存在。因此库存量极少，理想状态为零。 43MCBBOHCkMCBBOHCk-1Ck-2Ck+1MCBBOHCkMCBBOHCkMCBBOHCk-1MCBBOHCk-1Ck-2Ck+1MC (Manufacturing Center)：制造中心，：制造中心，OH (Output Hopper)：输出存储器，：输出存储器，BB (Bu

44、lletin Board)：布告牌。：布告牌。基于基于JIT模式的制造单元模式的制造单元 44一、系统一、系统 1.1.系统的定义系统的定义 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。结合的具有特定功能的有机整体。 2.2.系统的基本特征系统的基本特征 第一，系统是由若干元素组成的；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，使系统作为一第三，由于元素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定的功能。个整体具有特定的功能。 2-4 2-4 制造

45、系统制造系统45例例1 1：简单构件组成高性能系统：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。力学性能。 例例2 2：低精度元件组成高精度系统：低精度元件组成高精度系统 在计算机等数字设备中，采用以在计算机等数字设备中，采用以“0”0”和和“1”1”两个状态工作的电子器件，通过非线性方法相联接，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

46、度数字化系统。组成了高精度数字化系统。3. 3. 系统的目标系统的目标提高总体性能提高总体性能46 1. 1.制造制造系统的定义系统的定义 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关联、相互依赖、相互作用的有关要素组成的具有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。体，称之为制造系统。 2.2.制造系统的要素制造系统的要素 组成制造系统的要素不仅包括人员和组成制造系统的要素不仅包括人员和生产设备、生产设备、材料、能源及各种辅助装置等材料、能源及各

47、种辅助装置等“硬件硬件”，还包括制，还包括制造理论、制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造理论、制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造信息等有关造信息等有关“软件软件”。 二、二、制造系统制造系统473. 制造系统的基本类型制造系统的基本类型 根根据产品性质和生产方式不同，制造系统据产品性质和生产方式不同，制造系统可分为两大类：可分为两大类：(1) (1) 连续型制造系统连续型制造系统 如石油、化工产品制造系统。如石油、化工产品制造系统。(2) (2) 离散型制造系统离散型制造系统 如机床、汽车、家电产品制造系统。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。本课程仅涉及离散型

48、制造系统。48 市场分析、产品开发、经营管理、 生产控制 制 造 模 式 采购供应 存储输送 销售服务 产品装配 市场与环境 信息 物质 能量 输出 输入 质量检验 部 件 生产 零件加工 产品 服务 能 源 子 系 统 信息流 物料流 能量流 4. 制造系统的典型结构制造系统的典型结构 495.5. 提高制造系统总体性能的途径提高制造系统总体性能的途径 注重关联，把握全局，寻求总体优化注重关联，把握全局，寻求总体优化 影响关联的因素：影响关联的因素： (1) (1) 硬件：系统结构硬件：系统结构 (2) (2) 软件：系统信息软件：系统信息 影响全局与总体的因素：影响全局与总体的因素： (1

49、) (1) 系统运行管理与控制系统运行管理与控制 (2) (2) 系统模式、指导思想系统模式、指导思想50一、系统分析与综合一、系统分析与综合 1.1. 制造系统分析制造系统分析 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，或作目的往往是为了对系统进行改进、对系统

50、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）。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。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。立系统的模型。 2-5 2-5 制造系统的重要课题制造系统的重要课题51 2. 2. 制造系统综合制造系统综合 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