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前言 15.1 電腦輔助設計 15.2 電腦輔助製造 15.3 電腦輔助製程規劃 15.4 物料需求規劃與製造資源規劃 15-1 前言 15.1 電腦輔助設計 15.2 電腦輔助製造 15.3 電腦輔助製程規劃 15.4 物料需求規劃與製造資源規劃 15.5 彈性製造系統 15.6 管理資訊系統 15.7 電腦整合製造系統
▲隨著工業革命的來臨，製造程序進入機械化與專業化，達成大量生產、零件具互換性、產品精確且均一等特點，但對操作人員的依賴仍是頗深。 15-1 ▲隨著工業革命的來臨，製造程序進入機械化與專業化，達成大量生產、零件具互換性、產品精確且均一等特點，但對操作人員的依賴仍是頗深。 ▲自動化的應用可減少對直接人工的需求、增進操作人員的安全性、提升生產率和獲得品質一致的產品。 ▲電腦的出現對製造業的影響極為重大，因此有人稱電腦的發明及應用為第二次工業革命。
15-1 ▲電腦與生產系統已形成密切不可分離的關係，生產系統的要素為規劃、設計、製造和管理，這一切都可經由電腦的輔助而得到最佳化的組合，因此形成一個有效率的生產系統，達到最合乎經濟利益的生產活動。
15.1 電腦輔助設計 15-1 ▲電腦輔助設計(Computer-aided design，CAD)是指利用電腦強大的計算能力及速度和記憶體容量，配合相關軟體和硬體設備的支援，協助新產品的開發與工程分析，或對原有產品加以改良，目的在求得最佳化的設計，並將設計完成所得到的結果自動繪製成工程圖表達出來。 ▲電腦輔助繪圖(Computer-aided drafting，CAD)是電腦在輔助設計方面最早的應用，故成為一般人所熟知及接受的電腦輔助設計。
15-1 ▲電腦輔助設計結合交談式電腦繪圖(Interactive computer graphic)建構各種形式圖形，以及電腦輔助工程分析(Computer-aided engineering analysis，CAE)的計算及最佳化處理的特性，共同形成功能完備的電腦輔助設計系統。 ▲電腦輔助設計系統的硬體設備包括電腦、繪圖螢幕、儲存大量記憶體的媒介、輸入裝置和輸出裝置。軟體方面則包括作業系統、繪圖套裝軟體、應用軟體和應用資料庫。
提供基本操作環境，用以控制電腦及週邊設備的運作，例如DOS、UNIX和WINDOWS作業系統 1.作業系統 提供基本操作環境，用以控制電腦及週邊設備的運作，例如DOS、UNIX和WINDOWS作業系統 2.繪圖套裝軟體 提供設計者創造、展示及修改產品的幾何圖形。 在電腦輔助設計系統中，呈現產品設計成果的三種形式有一般的工件平面圖(二維)，二又二分之一維的輪廓物體圖及旋轉物體圖，和三維的線架構模型(Wire frame model)、面模型(Surface model)及實體模型(Solid model)等。三維模型的建立需經過許多計算。 電腦輔助繪圖的好處是可以很容易地將複雜形狀的零件表示成為工程圖，尤其是當設計有修改時，比起傳統的人工繪圖方式，可節省大量的人力和時間。 15-1
電腦整合製造系統的資料庫，可提供設計所需的各種資訊，同時可將設計成果等資源分享至生產的各個階段。如群組技術。 15-1 3.應用軟體 包含利用有限元素法(Finite element method，FEM)建構的套裝軟體，例如ANSYS、Pro/E、DEFORM等，可用來分析計算設計的物體受外力作用時，應力、應變、溫度等的分佈或反應。 4.應用資料庫 電腦整合製造系統的資料庫，可提供設計所需的各種資訊，同時可將設計成果等資源分享至生產的各個階段。如群組技術。 群組技術則是根據其特性所建立的零件分類和編碼系統。因此對設計者而言只需找到零件的相關特性，即可很容易地得到設計時所需的參考資料。
15-1 利用繪圖套裝軟體建構的設計圖也將會被儲存到相關的資料庫中，再經由電腦輔助設計與製造(CAD/CAM)套裝軟體的程式轉換，即可將工程圖的數位資訊傳送到電腦輔助製造系統，達成系統整合的目標。
▲電腦輔助設計系統的設計過程可分為四個階段: 15-1 ▲電腦輔助設計系統的設計過程可分為四個階段: 1.幾何造型(Geometric modeling) 利用繪圖套裝軟體的指令產生或修改其線、面、實體、尺寸和文字等，建構出二維或三維的幾何模型 2.工程分析(Engineering analysis) 應力、應變、應變率、撓曲、溫度、振動等 3.審核及評估(Review and evaluation) 4.自動繪圖(Automated drafting)
可縮短設計開發的前置時間(Lead time) 利用完整的設計資訊及分析軟體，可即時修正缺失或錯誤，得到最佳的設計結果 ▲電腦輔助設計系統的優點有: 可縮短設計開發的前置時間(Lead time) 利用完整的設計資訊及分析軟體，可即時修正缺失或錯誤，得到最佳的設計結果 可使工程人員的生產力增加，以及產品的成本降低 可產生標準化的工程圖或實體模型，達成資訊的傳輸與共享；或是藉由產品的立體展示有利於和顧客的溝通 當設計有任何修改時，可透過共用資料庫的功能，讓所有相關部門立即得知，如此使得該產品的整個生產系統，可以同時使用相同之最新版本的設計資料 15-1
15.2 15.2 電腦輔助製造 ▲電腦輔助製造(Computer-aided manufacturing，CAM)是指藉由電腦與生產系統之共用資料庫的結合，執行與產品製造相關的規劃、加工、管理及品質管制等各種過程。 ▲電腦將發揮監督(Monitoring)、溝通(Communication)和控制(Control)的功能。 ▲電腦輔助製造包含許多自動化、數值控制、工業機器人(Robot)等的技術和機具設備。 15-2
▲現代化的製造工廠通常會採用由電腦輔助設計(CAD)與電腦輔助製造(CAM)結合成的電腦輔助設計／製造(CAD/CAM)系統。 15-2
▲CAD/CAM系統的發展對製造業產生很大的衝擊 與貢獻，它主要的優點有: 可以製造品質均一的產品。 可快速反應市場的需求，即時修改產品設計並加以製造出來， 大幅提高產品的競爭力。 可減少物料的浪費，降低操作人員的負擔、危險和持續性工 作的疲累等，也能促進成本的降低和生產率的提升。 15-2
15.3 電腦輔助製程規劃 ▲電腦輔助製程規劃的形式有兩種: 15.3 1.擷取式(Retrieval type)系統 15.3 電腦輔助製程規劃 ▲電腦輔助製程規劃的形式有兩種: 1.擷取式(Retrieval type)系統 又稱為變動式(Variant)系統或衍生式(Derivative)系統，是指以群組技術(GT)的觀念為基礎，對要製造的零件根據其形狀和製造特性的分類及編碼，在原先已建立完成的資料庫中找出同一屬性的零件族，並擷取使用其標準製程。 2.創成式(Generative type)系統 是指以專家系統(Expert system)所包含的零件幾何形狀、尺寸、材料性質、製造方法、機器、輔助工具、操作順序等眾多資料庫為基礎。 15-3
▲電腦輔助製程規劃的優點包括: 因製程規劃的標準化，可使製程規劃更具一致性、更合乎邏輯，真正達到最佳化。 藉由資料庫的協助，可使製程規劃人員減少很多工作負擔及錯誤的發生，提升其生產力。 可縮短製程規劃的時間，故可減少製造的前置時間。 電腦列印的製程路線單(Routing sheet)比手工抄寫的整齊易讀，也較不會出錯。 15-3
可結合其他應用程式，例如成本估價、標準作業程序等應用程式，增進電腦支援製造自動化的功能。 15-3
15.4 15.4 物料需求規劃與製造資源規劃 ▲物料需求規劃(Material requirements planning，MRP)是指對生產相關的原料、外購零件、半成品、輔助工具和維修用品等的採購、庫存和管制等。 15-4
▲物料需求規劃的優點有: 可有效降低原料、外購零件、半成品等的庫存數量 可有效減少交貨期的延誤，改進對顧客服務的水準 可以迅速回應主要排程及需求的改變 得到較佳的機器使用率 提高生產率 15-4
15.5 15.5 彈性製造系統 ▲彈性製造系統(Flexible manufacturing system，FMS)是指一個製造系統對產品有關的反應及適應改變的速率，具有很高的接受及調整生產活動的能力。 15-5
▲彈性製造系統的效益有: 可彈性調整或變更製程，以適應市場上對產品要求不斷改變的狀況 利用線上檢測刀具損壞的功能，執行即時更換刀具的動作，以確保品質及減少不良品造成的損失 有效運用機具設備，避免閒置浪費的發生，可增進其使用率 減少各種生產資源庫存積壓的問題 15-5
增進對產品生產數量改變，或混合不同的類似產品製造時的調整能力 降低直接及間接人工成本 增進對加工條件的有效控制 增進對產品生產數量改變，或混合不同的類似產品製造時的調整能力 達成低成本和高效率的生產目標 15-5
▲彈性製造系統是配合CAD/CAM的整合 其構成要素包括： 主控電腦及系統軟體的控制系統 電腦數值控制工具機等組成的工作站 物料自動化搬運及傳送的處理系統 人員參與的程式製作、監控、系統維護及操作等四大部份 15-5
15.5.1 電腦數值控制工具機 ▲工作站(Workstation)是彈性製造系統中，用以執行加工及裝配等直接生產工作的主要場所，包括的設備有電腦數值控制(CNC)工具機、工作檯、機器人等。其中電腦數值控制工具機是彈性製造系統的製造核心。 15-5
15.5.2 物料處理系統 ▲有關製造的原料、外購零件、半成品以至成品，均需經由運送的過程，將它們從儲存區送到機器附近的裝卸區，再到工具機夾具的裝卸；在加工完成後送到檢驗、清洗、裝配和包裝等工作站，MHS都可以利用控制系統的監控作用及管理功能，使其按照規劃的路線，有效率的進行運送動作。 ▲單軌吊車、手推車、堆高機、滾子輸送帶、軌道導引搬運車、自動導引搬運車(Automated guided vehicle，AGV，又稱為無人搬運車)和機器人等，其中彈性程度以AGV最大。 15-5
▲自動存取系統(Automated storage-retrieval system，AS/RS)是使彈性製造系統的自動化加工機器設備，得以完全發揮其功能的重要輔助裝置。利用電腦的管理能力，可精確地控制物料、工具和成品等的庫存數量和放置位置，以及取用的順序和方式。 15-5
15.5.3 自動檢驗系統 ▲基本的檢驗方式有生產線上檢驗和生產線外檢驗兩種。生產線上檢驗需利用靈敏的電子探針、雷射或視覺系統設備，在製造過程中即時檢測出加工誤差，並且立刻處理以消除引起誤差的原因，減少不合格產品的繼續被製造。 15-5
15.6 15.6 管理資訊系統 ▲管理資訊系統(Management information system，MIS)是指與生產系統有關的人員管理、物料管理、銷售管理、加工管理、製程管理、品質管理、財務管理、機具設備及電腦的軟體和硬體管理等，利用電腦執行統一的控制，以達成一致性的管理目標。 ▲區域網路(Local area network，LAN)扮演著重要的通訊功能。 15-6
15.7 15.7 電腦整合製造系統 ▲電腦整合製造系統(Computer integrated manufacturing system，CIMS)是將前面章節所敘述的各種與電腦輔助生產活動相關的技術和觀念整合應用而成，是自動化層次最高的生產方式。 ▲CIMS的核心是共用資料庫，經由資料擷取系統(Data acquisition system，DAS)自動收集及分析來自各部門的資訊，並將處理後的資訊再傳輸給相關部門，如圖15.1所示。 15-7
▲無人化工廠是電腦整合製造系統的功能發揮到極致的成果展現，是製造業追求的理想境界。 ▲理想的工廠生產模式是無人化工廠(Unmanned factory)又稱為工廠自動化(Factory automation，FA)，是指一天24小時都可以進行生產製造的工廠，且不必有直接操作人員在工作現場，也不需要大量的庫存，機器設備的使用率能充分達成，並能以最低生產成本，最高生產率的方式，生產品質穩定的產品。 ▲無人化工廠是電腦整合製造系統的功能發揮到極致的成果展現，是製造業追求的理想境界。 15-7
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