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先进制造模式和制造系统沿革与进展

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-8-1   关键字:先进制造  模式  制造系统  
制造生产模式是制造业为了提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度,以完成特定的生产任务而采取的一种有效的生产方式和一定的生产组织形式。制造生产模式具有鲜明的时代性。现代先进制造生产模式是从传统的制造生产模式中发展、深化和逐步创新的过程而来。工业化时代的福特大批量生产模式是以提供廉价的产品为主要目的;信息化时代的柔性生产模式、精益生产模式、敏捷制造模式等是以快速满足顾客的多样化需求为主要目的;未来发展趋势是知识化时代的绿色制造生产模式,它是以产品的整个生命周期中有利于环境保护减少能源消耗为主要目的。
 
在传统制造技术逐步向现代高新技术发展、渗透、交汇和演变的过程中,形成了先进制造技术的同时,出现了一系列先进制造模式。根据国际生产工程学会(CIRP)近10年的统计,发达国家所涌现的先进制造系统和先进制造生产模式就多达33种。发达国家制造业企业,特别是跨国公司和创新型中小企业已广泛采用了一些新的制造模式和制造系统,如:柔性制造系统(FMS);计算机集成制造系统(CIMS);精益生产模式(LP);清洁生产模式(CP);高效快速重组生产系统;虚拟制造模式(VM)等。目前,正在开发下一代制造和生产模式,如:并行工程和协同制造(HM)、生物制造(BM)、网络化制造和下一代制造系统(NGMS)等。
柔性生产模式
由英国莫林斯(Molins)公司首次提出的柔性生产模式,在20世纪70年代末得到推广应用。该模式主要依靠有高度柔性的以计算机数控机床为主的制造设备来实现多品种小批量的生产,以增强制造业的灵活性和应变能力,可缩短产品生产周期,提高设备使用效率和员工劳动生产率且改进产品质量。
智能制造模式
该模式是在制造生产的各个环节中,应用智能制造技术和系统,以一种高度柔性和高度集成的方式,通过计算机模拟专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,以便取代或延伸制造过程中人的部分脑力劳动,并对人类专家的制造智能进行了完善、继承和发展。因智能制造可实现决策自动化,实现“制造智能”和制造技术的“智能化”,进而实现制造生产的信息化和自动化。
精益生产模式
该生产模式是由1990年美国麻省理工学院在总结第二次世界大战后以丰田汽车为代表的日本制造工业的经验时提出的。这种模式以改革企业生产管理为特点,其基本要求是企业在生产过程中要同时获得极高的生产率、最好的产品质量和极大的生产柔性,使所生产出的产品具有精益特点。它可消除制造企业因采用大量生产方式所造成的过于臃肿和浪费的缺点,实施“精简、消肿”的对策,以及“精益求精”的管理思想。该模式要求产品优质,且充分考虑人的因素,采用灵活的小组工作方式和强调合作的并行工作方式;在生产技术上是采用适度的自动化技术,使制造企业的资源能够得到合理的配置、充分的利用。
敏捷制造模式
产生于20世纪80年代后期的敏捷制造模式与虚拟制造生产模式一起被美国政府作为具有划时代意义的“21世纪制造企业的发展战略”。该模式是将柔性制造的先进技术、熟练掌握的生产技能、有素质的劳动力,以及促进企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在一起,利用信息技术对千变万化的市场机遇做出快速响应,最大限度地满足顾客的要求。这种模式促进了传统的制造业发生根本性变化,以因特网为代表的信息技术导致制造企业的管理体制和生产模式发生根本变化。敏捷制造生产模式的新概念和新理论不断出现,推动着制造科学发展,例如分形制造、生物制造、全球制造、全能制造和智能制造等新概念的问世。
高效快速重组生产系统模式
该模式是在对柔性生产、精益生产和敏捷制造这三种制造生产模式的优点进行比较、综合和创新之后,于1995年提出的,目前已开始推广应用。高效快速重组生产系统模式是上述三种模式的理论和实践在更高层次上的有机集成生产系统,其特征是对市场的灵活快速反应的制造资源的有效集成。
虚拟制造生产模式
虚拟制造生产模式是利用制造过程计算机模拟和仿真来实现产品的设计和研制的模式,即在计算机中实现的制造技术。它将从根本上改变设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制造出来之前,首先应在虚拟制造环境中完成软产品原型(Soft Prototype ),代替传统的硬样品( Hard Prototype )进行试验,对其性能进行了预测和评估,从而大大缩短产品设计与制造周期、降低产品开发成本,提高其快速响应市场变化的能力,以便更可靠地决策产品研制,更经济地投入、更有效地组织生产,从而实现制造系统全面最优的制造生产模式。
 
此外,美国麻省理工学院的“敏捷论坛”和“制造先驱”两个机构还于1995年共同策划提出“下一代制造生产模式”。其中心思想是:经济全球化是推动制造业未来发展的原动力,明确在下一代竞争环境中获得成功应采取的制造方法。认为在制造过程中的管理技术有着统率生产过程、决定产品质量和市场竞争力的独特作用。该模式对21世纪制造业的发展具有深远的影响。
极端制造模式
制造技术正在从常规制造、传统制造向非常规制造及极端制造发展,因而出现了极端制造模式。极端制造是指在极端条件或环境下,制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统。当前,极端制造已成为制造技术发展的重要领域,极端制造集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造和强场(如强能量场)制造,例如:制造空天飞行器、超常规动力装备、超大型冶金和石油化工装备等极大尺寸和极强功能的重大装备,制造微纳电子器件、微纳光机电系统等极小尺度和极高精度的产品。
 
以大型金属构件塑性成形制造能力为例,美、俄、法等国建造了一批4.5万吨到7.5万吨的巨型水压机,从而迅速提高了大型飞机制造能力及洲际运载能力;欧美等发工业发达国家使用大型盾构机进行施工的城市隧道已占90%以上;大型集装箱起重机作为集装箱船与码头之间的主要装卸设备在世界许多国家和地区都得到了迅猛发展。再以微制造为例,纳米技术和微纳系统是21世纪高技术的制高点,而微制造则是其基础;半导体设备作为一种重要的极端微细加工设备,是整个半导体产业链的基础与核心,发达国家一直将其作为重要的战略产业,加以积极支持保护和重点发展。因此,制造科学与技术的一个重要前沿领域是在物质结构与运动的多层次、多尺度条件下探索极端制造规律与技术创新。
绿色制造模式
绿色制造是综合运用生物技术、“绿色化学”、信息技术和环境科学等方面的成果,使制造过程中没有或极少产生废料和污染物的工艺或制造系统的综合集成生态型制造技术。绿色制造模式是实现制造业可持续长远发展的制造模式。
 
日趋严格的环境与资源约束,使绿色制造显得越来越重要。发达国家的经验表明,解决生态与环境问题必须依靠全社会和各行各业的广泛参与和投入,“为环境而设计”、“环境友好产业和产品”、“绿色制造”、“绿色化学”等都是近年来先进工业国家进行的卓有成效的实践。绿色制造已成为制造业未来的重要发展方向。
 
绿色制造主要体现在:
 
(1)绿色产品设计:使产品在生命周期内都符合环保、健康、能耗低、资源利用率高的要求。
 
(2)绿色生产过程:在整个制造过程,对环境负面影响最小,废弃物和有害物质的排放最小,资源利用效率最高。绿色制造技术主要包含了绿色资源、绿色生产过程和绿色产品三方面的内容。
 
(3)产品的回收和循环再利用:如生态工厂的循环式制造技术。它主要包括生产系统工厂--致力于产品设计和材料处理、加工及装配等阶段,恢复系统工厂--对产品(材料使用)生命周期结束时的材料处理循环再利用。
 
预计具有绿色制造集成功能的信息化产品将很快成为抢手货。绿色产品和工艺设计与材料制造系统的集成、绿色制造的过程集成等集成技术以及绿色设计和绿色制造信息管理技术,都将是未来绿色制造中的关键技术。

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