1、现代制造系统,第2章 制造系统的体系结构（2） 授课教师 黄亮 n-xyz,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,2.4 企业级制造系统,基本概念： 工厂（factory）用于生产产品的一组大型建筑物； 企业（enterprise）一般是指以营利为目的运用各种生产要素向市场提供商品或服务，实行自主经营、自负盈亏、独立核算的具有法人资格的社会经济组织，可能包含多家工厂； 公司（company）企业存在三类基本组织形式：独资企业、合伙企业和公司，公司制企业是现代企业中最主要的最典
2、型的组织形式。,企业级制造系统的基本结构, 包含两个层次： 生产层包括 若干车间（加工、装配、工具，含库房）。 管理层包括 经营管理、生产管理（计划部门）、 供应部门（采购部门）、销售部门、 开发部门（设计部门）、工艺部门、 装备部门（固定资产部门）、质量管理、 财务部门、人力资源（人事部门）。,企业级制造系统的 运行流程： 细线信息流， 粗线物料流。,企业级制造系统举例： 大连重工起重集团的泉水基地。,制造企业的分类,按产品分： 若考虑到辅助、服务和附属生产过程，则多数企业难以严格区分，为混合型生产。所以，通常我们只按企业的主生产过程进行分类。,制造企业的分类： 制造系统可按生产方式进一步详
3、细划分， 从偏连续型生产到偏离散型生产排序，得到 按库存生产（make-to-stock, MTS）， 按订单装配（assemble-to-order, ATO）， 按订单生产（make-to-order, MTO）， 按订单设计（design-to-order, DTO 或engineer-to-order, ETO）， 按订单研制（research-to-order，RTO）。,按库存生产的特点： 存在成品库存， 即无订单时 也要提前生产储备， 产品生产周期短， 产品种类较单一。 代表性行业：家用电器、石油、化工、冶金等。,按订单装配的特点： 零件按库存生产，成品接到订单后再装配， 产品生
4、产周期较短，产品种类较单一，但局部存在差异的型号较多。 代表性行业：家用汽车、个人计算机等。,按订单生产的特点： 接到订单后再开始生产， 可能存在 一定的原材料库存， 产品生产周期较长， 产品种类较多。 代表性行业：中型机械产品、服装加工等。,按订单设计的特点： 接到订单后开始设计， 设计结束后才开始生产， 产品生产周期长， 产品种类繁多， 并且新产品多。 代表性行业：大型机械产品（重工、起重、飞机、船舶）、模具、建筑、桥梁等。,按订单研制的特点： 与按订单设计类似， 区别在于设计产品 所需的时间可估计， 而研制产品存在失败的可能， 需要反复实验，所需的时间不好估计。 代表性行业： 高新技术行
5、业（专业软件开发、电子芯片研发、生物制药等）。,概念之间的关联， 不同类型的制造企业与流水、作业车间： 按库存生产、按订单装配型企业 多由流水车间构成； 按订单生产、按订单设计、按订单研制型企业 多由作业车间构成。 关键辨析点： 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。,企业级制造系统所关注的问题,如何设计企业级制造系统（长期决策）？ 答案：应用企业模型、业务流程重组等。 如何控制企业级制造系统（中短期决策）？ 答案：应用制造资源计划（ERP）等。 如何提高企业级制造系统的辅助生产工作？ 答案：应用先进管理方法、先进设计工艺技术、先进销售采购方法等。,不同类型的企业所关注的
6、问题 （1）连续型的企业所关注的问题： 保持适当库存，减少库存积压， 改进流程（工艺和运输路线、车间布局等）。,不同类型的企业所关注的问题 （2）偏离散型生产的企业所关注的问题： 监控生产进度，准时交货， 进行合理的生产计划与调度。,企业各部门所关注的问题 （1）经营管理部门的主要工作包括： 市场预测：预测市场所需求的产品； 分析决策：决定是否生产这些产品； 产品规划：决定这些产品应该是什么样的； 生产规划：决定多长时间生产多少这种产品； 市场规划：决定多长时间在哪里卖出这种产品。,企业经营管理部门所关注的问题： 做到“知己知彼”，保持供求平衡。 不知彼，产品卖不出去，积压赔钱； 不知己，订单
7、完成不了，违约赔钱。 参考ERP沙盘模拟比赛。,企业经营管理部门所关注的问题： 如何知彼？ （1.1）发现新需求。 举例：数据挖掘技术， 回顾管理信息系统“啤酒与尿布”案例。 （1.2）预测原有需求走势。 举例：产品需求预测， 后面章节将详细介绍。,企业经营管理部门所关注的问题： 如何知己？ （1.1）监控生产状态， 知道企业有多少空余能力。 （1.2）进行高级成本核算， 准确获知各种产品的生产成本。,企业各部门所关注的问题 （2）设计工艺部门的主要工作包括： 技术管理：制定工作计划并监督执行； 初步设计：设计实验用的产品原型； 详细设计：形成产品图纸； 工艺设计：形成工艺卡片； 原型制造与测
8、试：发现问题并改进。,产品设计举例公交车门的设计， 技术管理阶段： 分析需求，进行产品规划， 确定产品的基本方案，如下图所示。,产品设计举例公交车门的设计， 初步设计阶段： 进行概念设计， 确定设计的基本原理。 例如采用双曲柄机构 实现双门的同步。,产品设计举例公交车门的设计， 详细设计阶段： 绘制详细、标注尺寸的产品图纸。,产品设计举例公交车门的设计， 工艺设计阶段： 填写完整的工艺卡片。,产品设计举例公交车门的设计， 原型制造与测试阶段： 进行计算机仿真， 进而制造比例或实物模型测试。 若发现问题则修改设计， 重复上述设计工艺阶段。,企业设计工艺部门所关注的问题： （2.1）如何让设计更有
9、效率？ 采用先进设计技术，当前主要为应用信息技术，例如CAD、PDM、CAPP等； 采用先进技术管理方法，例如并行工程、协同设计等。,企业设计工艺部门所关注的问题： （2.2）如何得到新的设计，以避免专利冲突？ 应用智能设计理论，利用计算机从旧方案推导出功能相同但方法不同的新方案。目前该领域还处于科研阶段。,企业设计工艺部门所关注的问题： （2.3）如何让生产更有效率？ 应用零件成组技术、制定标准作业。 举例：按零件所需工艺的相似性分类， 方便成批加工，支持划分制造单元。,企业各部门所关注的问题 （3）生产管理部门的主要工作包括： 主生产计划：制定产品生产的起止时间; MRP计划：制定零件生产
10、的起止时间; 能力分析：调查各种机床的能力与负荷; 作业计划：制定工序的起止时间; 调度控制：决定不同零件相同工序的先后顺序。,企业生产管理部门所关注的问题： （3.1）制造系统的建模问题。 难点在于大量存在不确定性数据， 可使用概率分布函数以及其它随机模型描述。,企业生产管理部门所关注的问题： （3.2）制造系统的优化问题。 难点在于多为组合排列问题，搜索空间过大。 例如：10！=3628800，20！=2.43E+18。 目前主要使用智能搜索算法近似求解，例如 遗传算法， 模拟退火算法， 蚁群算法， 等等。,企业各部门所关注的问题 （4）产品生产部门的主要工作包括： 过程控制：保证产品按计
11、划生产； 零件加工：包括热加工与冷加工等； 部件装配：包含多级部件装配； 产品装配：为最后一级装配； 质量检验：包含原料检验、半成品检验和成品检验。,企业产品生产部门所关注的问题： 实现目标包括 高效率；高质量；低成本； 具有柔性；注意环保。 实现手段为 采用先进制造模式， 例如：精益生产、柔性制造系统等； 采用先进制造技术， 例如：高速加工、高精度加工、特种加工、机器人和绿色制造等。,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,2.5 跨企业与全球制造系统,分为两个层次： （1）
12、跨企业制造，指制造过程涉及到多个企业，需要统一管理或进行协同。 包括两种形式：集团公司、企业联盟， 前者合作关系静态、紧密，后者动态、松散。 （2）全球制造（globe manufacturing），指在世界范围内实现企业柔性与敏捷化的一种制造概念,通常也为跨企业制造。 包括两种形式：跨国集团公司、跨国企业联盟。,全球制造系统的模式包括： GMC3：全球制造模式； GMC2：多国制造模式； GMC1：区域制造模式； EMC3：全球出口模式； EMC2：多国出口模式； EMC1：区域出口模式。 各种模式之间没有严格界限，可以相互转换。 问题：各种模式按全球化程度应如何排序？ 答案：EMC1最低，GMC3最高。,跨企业与企业级制造系统的不同点： （1）子成员利益不完全统一， 导致子成员掌握的信息不对称， 相关的应对理论为 博弈论（game theory）中的 合作博弈与不完全信息博弈。 （2）对子成员的控制手段不够直接， 需要利用市场规律和相关法规、政策等。 全球制造系统的特点：以上两个特征更加明显。,课程要求（2.4-5）,企业级制造系统要求： 理解制造企业按生产方式的划分（5类）， 知道各种生产方式的代表性行业。 跨企业与全球制造系统要求： 知道跨企业制造系统的两种形式： 集团公司、企业联盟，以及各自特点。 知道全球制造系统的模式（6种）， 能够按全球化程度对各种模式排序。,
