文档介绍：第一讲制造系统入门(上)
 
我国制造业的总产值仅次于美国、日本、德国,居世界第4位,制造业总产值在国内生产总值中所占的比重一直维持在40%以上,中国财政收入的一半来自于制造业,制造业吸收了将近一半的城市就业人口,农村剩余劳动力转移也有将近一半流入了制造业,中国制造业总体规模仅相当于美国的1/5,劳动生产率只有美国的1/23,日本的1/25,德国的1/18。
制造系统设计和控制课程主要介绍制造系统的设计与控制原理,将工程学与管理学综合起来确定制造业的效率、费用、质量和柔性,内容包括工厂物理、质量、为制造而进行的系统设计和操作,除了基础知识以外,还着重讲解现代制造系统的发展方向,包括并行工程、敏捷制造、精益制造等几个方向。
 
制造的定义
 
人们通常所说的制造业就是普遍意义上理解的工厂,但是工厂不仅仅是一个单一的单元,而是一个系统,要把整个的工厂理解为一个系统,就要包括人造和天然因素。科技发展到今天,很多的系统都是来源于人造的系统,包括高速公路的系统等等,系统的优化和设计也是很多数学家所研究的主要方面,那么,制造系统到底是一个什么概念呢?
 
什么是制造系统
 
制造的定义就是:制造是把原料和信息转化为各种物品以满足人类需求的过程。
在这个定义上可以看到,制造业不仅仅要转化原料,还要把很多信息转化为大家需要的物品,特别是从20世纪90年代初网络高速发展以来,信息在制造业中的作用越来越重要。如今世界各地,无论是在生产、销售还是市场中,都把信息当作基本建设的模块,从广义上来讲,很多系统都可以作为一个制造系统的原型。
 
【案例】
大学
广义上的制造系统非常多,比如可以把一所大学看作是一个制造系统,在一位学生整个4年的学****过程中,对于学校来说,其实是一个生产和制造人才的过程,学生进入学校后,就相当于一个没有加工的原始材料,在4年的学****中,通过老师的讲解、课堂的学****和课外的作业等一些方法的学****最后成为一个合格的人才。其流程如下图所示:
大学的人才培养流程图
 
传统的制造系统其整个的流程是:首先作市场的调查与研发,知道了市场需要什么样的产品以后,把这些最原始的市场需求转化成为概念设计,成为模块和纸上的原型,通过这些步骤就可以知道需要哪些真正的硬件。而且,除了外形设计以外,还要分析需要哪些部件,需要知道制造的过程以及装配和连接,包括最后的测试等等,最终,通过制造,整个产品成型后推向市场。
下面是一个制造系统的分析和解释图,在图中,原材料进到制造系统后,通过工厂的操作、物料管理、检验加工等一系列的过程,引入设计和市场制造的计划,最后将成型的产品推向市场。
图1-1 传统制造系统的流程
图1-2 制造系统
 
在中国,制造业的现状特点是:
◆规模小(很多小工厂):2004年世界500强前12个企业销售收入为24 028亿美元,超过中国国有及有规模的非国有企业(219 463个)的销售收入187 815亿元。
◆资本少(研发投入更少):%。而同期西方先进国家企业的研发投入则占主营业务收入的8%~10%。
◆基础弱(先进的管理技术没有使用):多数企业的业务流程不尽规范合理,部门岗位职责不尽明确,基础数据不全且不准确,规章制度不完善和现场管理不到位等问题也十分突出。
中国在未来的30年发展过程中,制造业还是有巨大的发展前途的,不光是因为廉价的劳动力和受过良好教育的工程师,从另外一个方面来讲,中国已经形成了制造产业链,包括很多零部件,也在中国生产和制造,加之中国的地理位置得天独厚,良好的政治环境和经济环境,从长远来讲制造业的发展前景非常广阔。
 
现代制造系统的发展状况
 
(Concurrent engineering)
并行工程的定义如下:
并行工程是指从产品开发的初始阶段就由开发设计人员、工艺技术人员、质量控制人员、生产制造人员、营销人员,有时甚至还加上协作厂家、用户代表共同工作,使每个部门在产品开发初期就可以从各自的角度出发,评价设计是否合理、可行的一种工程。
为了清楚的对并行工程的基本概念进行阐述,可通过下面的生产过程图来理解:
图1-3 生产过程示意图
 
由于制造系统的来源是从用户的需求开始,从用户的需求到功能再到整个产品的物理领域,比如要生产一台电脑就需要对一些硬件和外形进行设计,因此产品的制造流程基本上分为四个领域:
第一个是用户领域,就是从了解用户的需求开始;第二个是功能领域,就是从用户的需求到产品需要提供什么样的功能;第三个是物理领域,就是产品的功能怎么通过一些软件和硬件来实现;最后是流程,就是怎样通过生产制造把软件硬件装配到一起后提供一个比较完美的产品。
制