1、现代制造系统,第2章 制造系统的体系结构（1） 东北大学秦皇岛分校 黄亮 n-xyz,引言,明确现代制造系统所关注的问题， 才能有针对性地去解决问题。 现代制造系统所关注的问题很多， 因此本章从局部到整体分4个层次介绍， 分别是 单元级制造系统、 车间级制造系统、 企业级制造系统、 跨企业与全球制造系统。,第2章 制造系统的体系结构 2.1 制造系统的基本概念 2.2 单元级制造系统 2.3 车间级制造系统 2.4 企业级制造系统 2.5 跨企业与全球制造系统,2.1 制造系统的基本概念,制造的概念： “小制造”（manufacturing） 指传统的机械制造， 重点是加工（fabricati
2、on） 和装配（assembly）； “大制造”（生产，production） 指产品生命周期中，从供应市场到需求市场整个供应链中的所有活动。 本课程中的制造一般指“大制造”。,制造过程的概念： 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。 制造过程的子过程： （1）基本制造过程； （2）辅助制造过程； （3）制造服务过程； （4）附属产品制造过程。,制造子过程举例： 儿童浴盆的生产，其中 压制塑料浴盆为 基本制造过程； 制作模具为 辅助制造过程； 图纸设计为 制造服务过程。,附属产品制造过程： 情况1，主动生产的配套产品。 举例：手机与手机配件。 情况2，
3、被动产生的废弃资源回收作为原料。 举例：切削加工产生的铁屑。,制造模式的概念： 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，是有关制造过程和制造系统建立和运行的哲理和指导思想。 先进制造模式： 近几十年内提出的，优于传统制造模式的较新制造模式，包括 精益生产、约束理论、成组技术、柔性制造系统、可重构制造系统等， 后面章节详细介绍。,制造系统： 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。 制造系统的基本类型： 连续型（continuous）：产品不可数，以重量、容量计量，例如石油、化工、酒类
4、等产品。 离散型（discrete）：产品可数，以件、台计量，例如机床、汽车、家电等产品。通常比连续型更难管理，是本课程研究的主体。,第2章 制造系统的体系结构 2.1 制造系统的基本概念 2.2 单元级制造系统 2.3 车间级制造系统 2.4 企业级制造系统 2.5 跨企业与全球制造系统,2.2 单元级制造系统,基本概念： 单元级制造系统是广义上的概念，在企业里可能称作工作中心（work center）、班组（team）、工段（section）、生产线（production line 或 line）、流水线（flow line 或 line）等。刚性制造系统、柔性制造系统等概念通常也指单元级
5、制造系统。本节将对其进行介绍。 单元制造系统是狭义上的概念，特指使用成组技术构造的一种高效率制造单元，在后续章节详述。,单元级制造系统的 基本结构：,单元级制造系统举例： 实验室中的柔性制造系统。,单元级制造系统举例： 某机械加工工段， 其中，工作站指各种机械加工设备。,单元级制造系统举例： 汽车自动化生产线, 其中，工作站指各个加工位上的若干机械手。,于机械加工工段， 装工件站、卸工件站通常只是标注位置的空地，经常在工段的一侧，有时共用一处。,对于机械加工工段， 缓冲区指仓库，通常由货架构成。,对于机械加工工段， 也经常直接使用空地作为缓冲区。,对于机械加工工段， 运输装置以运输车、叉车、吊
6、车为主。,对于机械加工工段 运输装置以运输车、叉车、吊车为主。,对于机械加工工段 运输装置以运输车、叉车、吊车以及人力为主。,单元级制造系统的基本功能：,单元级制造系统的类型,存在两种类型： 一种是按设备的功能划分，即将功能相同或相近的设备放在一起，通常称为工作中心或班组。 特点：设备与零件之间无严格对应关系。 一种是按工件的加工需求划分，将一个或形状相似的一组零件所需的设备放在一起，通常称为制造单元、工段、生产线或流水线。 特点：设备与零件之间有严格对应关系。,单元级制造系统的两种类型： 工作中心、制造单元。 图例：,工作中心： 按设备的功能分组， 同一零件需要多个工作中心加工， 运输路线长
7、。,制造单元： 按零件的工艺需求分组， 同一零件只需一个制造单元加工， 运输路线短，但容易造成设备能力空闲。,哪种类型的单元级制造系统更好？ 工作中心和制造单元各有优缺点， 当前研究认为单元级制造系统首先注重效率，而在车间级制造系统再考虑柔性，所以将传统的工作中心改造构造制造单元成为研究热点。,制造单元的划分模式,两种划分模式： 物理单元， 具有固定的物理区域， 重构成本高，运输方便，管理控制难度低； 逻辑单元， 没有固定的物理区域，仅在逻辑上分组， 重构容易，因此适应性强，但运输复杂，管理控制成本高。,制造单元的两种划分模式： 物理单元、逻辑单元。 举例：,总结单元级制造系统的类型与划分模式
8、， 两种类型： 工作中心、制造单元。 其中制造单元有两种划分模式： 物理单元、逻辑单元。 如何划分？ 后面成组技术章节详解。,单元级制造系统所关注的问题,如何设计单元级制造系统？ 如何设计才能提高效率？ 答案：应用看板系统、约束理论、成组技术、先进制造技术、人因工程等。 如何设计才能提高柔性？ 答案：应用柔性制造系统、可重构制造系统等。,第2章 制造系统的体系结构 2.1 制造系统的基本概念 2.2 单元级制造系统 2.3 车间级制造系统 2.4 企业级制造系统 2.5 跨企业与全球制造系统,2.3 车间级制造系统,基本概念： 传统上车间按厂房划分， 即一个厂房为一个车间。 当前更多地指具有相
9、对独立的生产任务、进行独立成本核算能力的行政单位，可能包含多个厂房。 车间（workshop）常称作事业部（division）， 无法人资格，但相对独立运营； 在日韩企业中，车间也常称作课。,车间级制造系统的基本结构， 分为两个层次： 生产层，包括 若干单元级制造系统； 管理层，包括 车间领导， 生产管理（计划、调度、成本）， 资源管理（设备、耗材、人事）， 质量管理， 技术支持。,车间级制造系统举例： 机械加工车间的外观。,车间级制造系统举例： 机械加工车间的内部。,车间的类型,流水车间（flow-shop）， 产品种类较单一，不同产品工艺路线类似； 作业车间或机组车间（job-shop），
10、 产品种类较多，工艺路线复杂； 装配作业车间（assembly job-shop）， 存在装配关系的作业车间； 可重入作业车间（re-entrant job-shop）， 具有工件多次进入同一组设备的特点。,流水车间， 产品种类单一， 工艺路线单一，批量大。 举例：大连冷冻机厂成套事业部两器工段。,汽车装配车间属于流水车间；许多工艺路线较单一的生产线构成的车间都可看作是流水车间。,作业车间， 产品种类多，批量小， 工艺路线复杂。 举例：某机械加工车间。,作业车间举例：重型水电零件加工车间，零件通过吊车、叉车在各个机床间移动，移动路线通常很复杂。,装配作业车间， 存在装配关系的作业车间。 举例：
11、某制冷机装配车间。,装配作业车间举例：制冷机装配车间，产品不动，人员带着装配设备移动。,可重入作业车间， 工件多次进入同一组设备。 举例：某液晶面板生产线。,可重入作业车间， 主要以半导体产品的生产为背景， 同时具有大批量与单件生产的特点。,概念之间的关联， 流水、作业车间与连续型、离散型制造系统： 前一组是车间级划分，后一组主要指企业级划分； 连续型和产品较单一的离散型制造系统多是由流水车间组成，而产品类型丰富的的离散型制造系统由作业车间组成。 关键辨别点： 企业的产品种类是否单一； 产品的主要工艺路线是否一致或相似。,概念之间的关联， 流水、作业车间与工作中心、制造单元： 前一组是车间级划
12、分，后一组是单元级划分； 理论上，前一组指车间中单元的连接方式，与单元自身的类型无关；实际中，流水车间多由制造单元构成，作业车间多由工作中心构成。 关键辨别点： 观察工件在制造单元之间的流动方式， 路线较单一的为流水车间，否则为作业车间。,概念之间的关联， 作业车间、装配作业车间与可重入作业车间： 装配作业车间可看做作业车间的一种特殊情况；狭义上的作业车间针对加工车间，不考虑装配；而广义上的作业车间包括装配作业车间，后者的调度难度更大，所以有学者单独提出。而装配环节的流水车间与加工环节的类似，所以无人单独提出装配流水车间的概念。 可重入作业车间被认为兼顾流水与作业车间的特点，有学者认为是流水与
13、作业车间之外的第三种车间形式。,车间级制造系统所关注的问题,如何设计车间级制造系统（长期决策）？ 答案：应用成组技术、能力平衡、车间布局（设施规划）等优化措施。 如何控制车间级制造系统（中短期决策）？ 答案：进行合理的生产计划与调度。 如何提高车间级制造系统的辅助生产工作？ 答案：进行合理的质量管理、设备管理、现场管理、与高级成本核算。,不同类型车间所关注的主要问题， 流水车间主要关注： 设计问题（长期决策问题），包括 划分制造单元、能力平衡、车间布局等。 作业车间和装配作业车间主要关注： 控制问题（中短期决策），包括 生产计划与调度等。 可重入作业车间 兼顾长期决策与中短期决策。,课程要求（2.1-3）,知道大、小制造的概念。 简单了解制造过程的子过程分类（4个）。 知道按产品划分的制造系统的基本类型（2种）。 单元级制造系统要求： 理解其分类：工作中心、制造单元， 理解其划分模式：逻辑、物理。 车间级制造系统要求： 理解车间的类型及各自特点（4种）。,
