先进制造技术在企业中的应用及发展模式
发布于:2009-10-27 已被阅读: 次 

先进制造技术在企业中的应用及发展模式
来源:万方数据库


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论述了先进制造技术的类型及其与计算机集成制造的关系,先进制造技术在企业中的应用情况,阐述了先进制造技术在企业中从简单、独立型、自动化岛屿型到完全集成的发展模式。
1 前言

1.1 AMT的含义与表现形式

    先进制造技术(AMT)是制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通讯、控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

    AMT以制造企业中的计算机辅助技术为表现形式,包括以硬件为基础的AMT和以软件为基础的AMT。硬件AMT主要指设计、加工、管理中的一些物理实体技术,软件AMT涵盖全面质量管理(TOM)和即时生产技术(JIT)等。例如:柔性制造系统中包含以硬件为支撑的物理装备和以软件为基的计算机控制系统,而物料需求计划系统中仅仅涉及计算机系统。

1.2 AMT类型

    AMT按自动化程度和集成度可归纳为四类:独立型、自动化岛屿、自动化群岛和完全集成系统。独立型AMT是指单台的机器或装置,它不通过计算机与其他的机器或系统相连。NC机床是制造业中典型的独立型AMT,同样,某单一功能的CAD系统也是设计过程中的独立型AMT。自动化岛屿是指一组能共同工作的自动化设备,它们与组外的其他设备或系统没有任何直接的联系,FMS是制造业中典型的自动化岛屿,在设计、工艺及制造过程中同样存在着白动化岛屿。集成是指用计算机联系至少两个不同的功能系统。MRPⅡ系统将设计、制造及财务功能联系起来,能动态的更新原材料和零件的变化。集成程度从部分集成到完全集成不等。

2 AMT与CIM的关系

    AMT是计算机集成制造(CIM)系统的主要技术组成。CIM中包含多种AMT,如:CAM,CAD,CAPP等,但它远不止这些先进的自动化技术,它是一种现代制造方法的代称,主要特征是将所有制造功能如设计、工艺、计划、控制、制造及装配等通过计算机实现完全集成。因此,CIM是制造系统中一项计算机集成与信息共享的综合方法。依据美国制造工程师协会(SME)的定义,CIM由一个商务系统和四个技术单元组成,其中的四个技术单元分别是:计划与控制、信息资源管理、产品与过程定义、工厂自动化。

    计划与控制单元包括对设备、材料、工具及车间生产活动等的计划、调度与控制,各要素的自动运行需要相关的硬件与软件支持,MRP、MRPII即是与CIM直接相联的重要概念。MRP通过物料单、生产进度、库存记录为某项工作制定一综合的、详细的原材料和项目计划。随着制造技术从自动化向集成化方向发展,MRP也在逐步完善,MRP II已超出了单一的物料需求控制功能,延伸到了资金跟踪与财务功能,它充分体现了CIM系统的集成方法。信息资源管理是CIM的核心,连续与动态更新的信息是CIM的意义所在,其主要的目标是在所有CIM的各组成单元中实现信息的完全共享。用于此目的的AMT技术有公共数据库、广域网(WAN)、局域网(LAN),每一项都代表着不同层次的集成。除了这些独立型和自动化岛屿技术之外,CIM也是一种计算机信息共享的综合方法。

    CIM中产品与过程定义单元包含三个组成部分:设计、分析与模拟、文件归档。此单元对产品及过程进行定义、设计、模拟测试、通过制图或其他工具进行文件的归档。其中的独立型技术包括可实现绘图和分析过程自动化的CAD,可实现分析与模拟过程自动化的CAE,CAPP是该单元中的自动化岛屿,它将设计数据转换成工艺代码,从而使得设计、工艺与各个制造过程紧密相连。

    工程自动化单元由产品的制造与装配要素构成。例如物料搬运、装配、检测与测试、材料加工。该单元中的AMT有,数字控制(NC/CNC/DNC)、计算机辅助检测/测试/跟踪(CAI/T/T),计算机辅助制造(FMC/FAS)、自动零件装卸(APL/U)、自动存取系统(AS/AR)、自动导引小车(AGV)。

3 AMT在企业中的应用现状

    时代的发展给企业带来了诸多的挑战,如缩短交货期、迅速向市场投人新产品、灵活适应市场变化、提高产品质量、降低成本、良好的用户服务等,制造业为获得最佳的成本效益、质量、柔性等,急需一种能应对由新市场环境带来的这些挑战的强有力工具。由此,AMT应运而生,它是面向21世纪的技术系统,目的在于提高制造业的综合经济效益,赢得激烈的市场竟争,当今已广泛用于世界各地并取得了良好的经济效益。

    但是,并不是所有AMT都带来了预期的理想效果。一些企业中的AMT运行失败最终导致全面崩溃,另外一些企业中虽然AMT基本能够顺利运行但并没有取得充分的效益,也有一些AMT虽然在车间内取得了很好的效果,但企业的商务性能并没有什么提高。因此,人们对AMT的运行模式及其将来的发展方向均存在着很大的分歧。

    据国外统计和国内应用情况分析,在16项独立型AMT中,应用率排在前5名的是CAD、MRP、LAN、CNC及公共数据库。同其他独立型AMT相比,这5项在企业中应用最为普遍,在被调查的企业中,有80%或多或少均采用了CAD技术。独立型AMT应用率排在最后5名的是:AGV、AS/AR、CIM、机器人及自动刀具系统,它们在企业中应用较少,在被调查的企业中,只有大约18%拥有部分AGV而绝大多数(76%)根本没有任何AGV。

    自动化与集成层里最常用的5项AMT技术中,四个为独立型AMT,它们分别是CAD、CNC、MRP和LAN。除此之外,最常用的是自动化岛屿,如FMS,而部分或完全集成型AMT如CAPP、WAN、自动物料搬运技术如AGV小车等则较少采用。由此可以看出,企业采用AMT有着从简单、独立型单元到自动化岛屿和完全集成的一个发展顺序。由此可知,当前最常用的技术仍然是那些相对简单的独立型AMT,其次才是一些复杂的综合型AMT,充分集成的自动化工厂仍处于非现实阶段。这对于一些急需植入AMT的企业是一个很好的启示:企业可先从工程设计CAD、制造CNC及管理MRP开始。

4 AMT在企业中的发展趋势

    目前,独立型AMT在企业应用最多的仍将分别是:CAD,LAN、公共数据库、MRP和MPRII。未来LAN与公共数据库的应用将比其他技术增长更快,CAD技术仍将保持居高不下的状态,因为产品的设计与开发是重点,它是现代市场要求缩短产品开发周期的需要,AMT中的物料搬运系统在今后的几年里仍将处于较低的应用位置。

    集成型AMT的各项技术都会有不同程度的增长,但其增长的程度是不同的。根据当前的应用情况及今后的发展,可将其归为三类。第一类为先进的物料搬运系统,例如机器人、自动PL/U、自动TC、AGV等,这些技术在20世纪处于较低的应用位置,今后其改善的速度仍会较慢,由于它们是制造系统高度集成的主要组成部分,这预示着在今后一段长时间内,物料搬运系统仍然远离计算机完全集成。第二类是当前一些应用广泛的AMT如MRP、CAD、NC机床和LAN,这些典型的独立型AMT在20世纪的应用率是非常高的,但在今后其增长速度将会相对降低。第三类是那些自动化岛屿型AMT技术如FMS、CAE等,目前这些技术的应用率处于上述两者中间,今后的增长速度将是最大的,尤其是CAPP和公共数据库。

    总之,集成型AMT技术在以后有望得到加强,当前CAPP和公共数据库逐渐增强的发展趋势充分证明了这一点,自动化岛屿及制造系统的部分集成将是今后的发展配置,企业将逐步朝着CIM方向推进,但完全的工厂自动化集成仍将处于滞后阶段。

5 企业中AMT的效益问题

    效益是企业投资AMT的原动力,如何在企业中成功地植入AMT并取得最大的投资回报是每个企业必须考虑的首要问题。效益的取得与技术的使用率密切相关。

    据国外统计,企业中采用的各项AMT技术中,FMS/C、CIM、MRP的使用率与效益呈现长柄杓曲线形状。这些技术在企业中的应用从零达到某一使用率时,并不会产生立竿见影的效果,其效益会有一定程度的降低,当使用率超过某一定值后才能呈现出效益充分增长的趋势。因而,企业在引人AMT时应当认识到这样一个效益前导期,不要为这些技术植入之初效益下降的情形而失去信心。CAD,CAPP,CAE的使用率与其产生的效益呈现山形曲线,使用率从零到某一定值时效益增高,但从该定值往后其效益会下降,它充分表明当技术引人达到一定程度时,管理与人员的提高应与技术的发展相适应,否则将无法使AMT产生持续的效益。即AMT的使用程度应当与管理和人员提高取得相应的平衡。公共数据库和计算机辅助检测与测试技术的使用率与效益曲线呈现出不规则的波动曲线形状,但总的趋势是在上升。其他的一些AMT技术由于目前应用率较少,尚无统计规律。

6 AMT在企业中的发展模式

    由以上分析可知,AMT技术在企业的推进应具有一定的顺序,从简单到复杂。CAD、MRP、LAN和CNC机床是最常用的AMT,完全的CIM集成现在几乎还没有。今后,CAPP和公共数据库的使用会显著增长,这表明制造系统的集成度将增加,但制造系统的主要配置仍然是独立型、自动化岛屿和有限的集成型。制造系统中完全的计算机集成不会是近期的主要形式。

    从简单、独立型、自动化岛屿到集成型AMT有一个发展过程,企业在引入AMT时可以遵循此规律,在产品设计与开发领域通常从CAD开始,计划与控制从MRP开始,信息共享与管理从LAN开始,工程自动化从NC开始。当前AMT主要以独立型与自动化岛屿的形式存在,制造系统的完全集成在一段长的时间内不会在企业中处于完全实用的地位,它只能逐步引入与发展。

7 结束语

    先进制造技术是一项面向工业应用、具有很强实用性的新技术,由于其组成中包括了设计技术、自动化技术、系统管理技术,因而综合应用于制造的全过程,覆盖了产品设计、生产准备、加工与装配、销售使用、维修服务甚至回收再生的整个过程。先进制造技术更加重视技术与管理的结合,更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化,从而产生了一系列先进的制造模式。

    随着AMT的不断发展与完善,它必将从独立型、自动化岛屿型走向完全集成化的方向,新的先进制造技术必将是全球化的模式。发展先进制造技术时要结合国情和厂情,并且先进制造技术的运作需要先进的制造模式相匹配。

 

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