机械CAD/CAM技术 山东理工大学机械工程学院.

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1 机械CAD/CAM技术 山东理工大学机械工程学院

2 第九章 先进制造技术 一、 先进生产模式 二、 先进制造技术

3 21世纪先进生产模式 一、计算机集成制造系统（CIMS） 二、精良生产（Lean Production）
三、敏捷制造（agile manufacturing）

4 一、计算机集成制造系统（CIMS） 1、制造
是关于企业的一组相关操作和活动的集合，它包括市场分析、产品设计、材料选择、计划作业、生产、质量检验、生产管理和市场销售等一系列与制造企业有关的生产活动。 基本哲理 企业生产活动是一个不可分割的整体，其各个环节彼此紧密关联；

5 就其本质而言，整个生产活动是一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以视为“数据”的物质表现；
制造应包括从产品需求分析开始到销售服务之间全过程的一切活动； 将制造理解为是一个复杂的信息转换过程，在制造中发生的相关活动都是信息处理整体中的一部分； 信息技术与制造过程相结合是制造业在信息社会中发展的新模式，也是企业发展的必然。

6 2、CIM与CIMS的定义 1）CIM （1）企业的各种经营活动是不可分割的，要统一考虑。
（2）整个生产制造过程实际上信息采集、传递和加工处理的过程。

7 CIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲理，它在计算机网络和数据库技术的支撑下，综合运用现代管理、制造、信息、自动化和系统工程等领域的技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得市场竞争。 简单地说，CIM是用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益，即以计算机作为工具，制造为其内容的CIM，其哲理的核心为信息的“集成”。

8 2）CIMS CIM是一种组织现代化生产的哲理，而基于这种哲理组成的系统――CIMS，就是哲理的实现。 CIMS是基于CIM哲理构成的优化运行的企业制造系统。在CIMS的研究和实施中必须强调“信息流”和“系统集成”这两个最基本观点。 CIMS是一种工程技术系统，是CIM的具体实施，可以把CIMS看成是未来生产自动化系统的一种模式，但这种模式不是单纯的技术上的“自动化”，它所强调的是用集成来提高企业竞争力。

9 3）CIMS的特征 （1）CIMS包含了整个工厂的全部生产经营活动，即从市场需求分析、生产经营决策、产品设计、加工制造、质量管理、经营销售等一直到售后服务全部活动。 （2）CIMS与传统的自动化有所不同，其复杂程度要大很多，涉及的自动化不是工厂各个环节的自动化或计算机及其网络的简单叠加，而是有机的集成。即不仅是物料、设备的集成，更重要的是以信息集成为本质的技术集成、人的集成。

10 4）CIMS的重要功能模块 （1）工程设计自动化分系统 即CAD/CAE/CAPP/CAM分系统，它是基于特征的产品建模系统，为集成工程分析提供分析模型、产生装配图、零件图等各种设计文档，为CAPP提供零件几何拓扑信息、加工工艺信息及检测信息。为CIMS提供管理所需要的信息。

11 （2）制造自动化分系统（MAS） MAS是工厂生产经营活动的基础，包括以下的功能： 实现MAS的递阶结构控制，优化生产调度；（工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层） 工具、夹具、量具的集中管理与调度； 满足多品种小批量生产需求，实现加工过程柔性化；

12 信息采集自动化； 对零件加工质量进行统计分析，并反馈给质量保证系统。

13 （3）质量保证系统 根据全面质量管理的要求，质量系统应贯穿于产品的全部生产过程，它的基本功能是： 协调并组织有产品质量有关的各部门实施全面质量管理 根据用户和市场变化，及企业质量技术状况和工程设计分析的要求，进行质量规划，制定产品和设备，工具、夹具、量具检测规划和要求。 对采集的质量信息进行分析，并对设计、工艺提出改进意见。

14 对质量信息通过计算机辅助质量管理，全面支持质量最优决策。
实现质量成本的有效管理分析。

15 （4）经营管理信息分系统（MIS） MIS是企事业单位的一种现代化工具，在CIMS环境下，建立的MIS是一个以缩短产品生产周期、降低成本、减少流动资金、提高企业经济效益和应变能力为主要目的，并以计划管理为中心，在计算机网络和分布式数据库支撑下，与CIMS中其他分系统实现集成，其核心是适用于各个进程的决策支撑系统。

16 二、CIMS在我国的发展及实施CIMS的效益
1、目标 我国“863计划”中将CIMS确定为自动化领域的主题研究项目之一，并规定了我国863/CIMS的战略目标为： 跟踪国际CIMS有关技术的发展； 掌握CIMS关键技术； 在制造业中建立能获得综合经济效益并能带动全局的CIMS示范工厂，通过推广应用及产品化促进我国CIMS高技术产业的发展。

17 2、方针 效益驱动、 总体规划、 重点突破、 分步实施、 推广应用

18 3、发展 经过十多年的努力，我国CIMS事业取得了迅速发展，已形成了一个健全的组织和一支研究队伍；
实现了我国CIMS研究和开发的基本框架；建设研究环境和工程环境，包括一个国家CIMS实验工程中心和7个单元技术开放实验室，完成了一大批课题的研究工作，陆续选定了一批CIMS典型应用工厂作为利用CIMS推动企业技术改造的示范点； 这些工厂包括飞机、机床、大型鼓风机、纺织机械、汽车、家电、服装以及钢铁、化工等行业。

19 4、效益 实施CIMS的效益主要体现在信息集成的效益上；
由于系统集成度提高，使各功能分系统间的配合和参数配置更加优化，各种生产要素的潜力得到更有效的利用，减少实际存在于企业生产中的各种资源浪费，同时使管理科学化，提高企业对市场的响应能力。 具体表现在： 1）提高产品质量 2）提高设备利用率 3）提高科学管理水平。

20 实施CIMS后，明显提高企业新品开发能力，提高企业市场竞争能力。产品质量明显提高，交货期短而准确，价格合理，企业的信誉随之提高；

21 必须指出 CIMS的思想、系统方法和集成技术同样可用于诸如连续型或混合型企业中，国内外在电器、化工、电子元件、钢铁行业中已有不少企业实施CIMS应用工程并取得了成功。

22 二、精良生产（Lean Production）
精良生产方式实质上是从生产操作、组织管理、经营方式等各个方面，找出一切不能为产品增值的活动或人员，并加以革除。 未来产品市场是多元化、个人化，因此要力求制造系统做到成本与批量无关，生产周期短，产品复杂性高，使一切企业具有高柔性、强的应变能力去对付市场的挑战。

23 1、精良生产的特点 精良生产综合了单件生产和大量生产的优点，克服了传统经营方式中的很多不合理做法，开创了一种新的高效率的生产方式；
它既避免了单件生产的高成本，又避免了大量生产的僵化不灵活； 与大量生产相比，人员、场地、设备都减少一半，新品开发时间、工程设计工时、现场库存减少一半，废品大大减少，而且能生产更多、更好，又各种变型的产品；

24 精良生产方式要求产品“尽善尽美”，必须精益求精，不断降低成本，做到无废品、零库存、无设备故障等，产品品种多样化。
精良生产不仅是生产方式的改变，而且改变了人们传统的认识，改变了人们的思维方式，改变了人们之间的相互关系。 虽然这种理想境界还有很长一段路要走，但只要人们不断追求就会产生惊人的效果

25 2、精良生产的生产操作与对工人的要求 减少以至撤消非增值的人员和岗位，彻底消除各种浪费；
浪费有资源、人力、时间、空间等多个方面，如何正确区分什么是工作，什么是浪费，在贯彻精良生产方式中，是一件非常重要的事件； 总装线上工人的集体负责制。装配工人被编成小组，每个小组对指定的一套组装工序负责，有人缺勤，或某一零件安装有问题，小组内互相帮助，集体负责，不能把问题留到下道工序，问题解决不了，必须暂停装配线；

26 对原因进行分析（When、Why、Where、Who、What、How）提出五个为什么，再提出措施，保证不再发生；
对效率的看法。不从局部设备在单位时间内生产多少零件来计算效率，而是从全局从总体上来看效率。 精良生产把人看作是生产中最宝贵的，是解决问题的根本动力，而不是当成会说话的机器，解决问题只能靠技术。

27 3、精良的管理 在精良生产中，精益求精的管理使得它在人员的利用、厂房的利用、时间的利用等方面都大大优于大量生产方式。
精良生产的基本观念是及时供应，尽可能减少库存，甚至零库存。 精良生产的组织是能把最大量的工作任务和责任转移到生产线上真正为产品增值的那些工人身上； 精良生产的组织另一个特点是具有一个处于在适当位置的一旦发现问题就能快速追查并找出最终原因的检测缺陷系统。

28 4、精良管理的具体做法 1）从组织上实现对工人的要求
要求工人是多面手，对小组的工作集体负责外，要求工人全面了解全厂的情况，并把工厂的全部信息公布出来，工厂任何地方出现任何差错，谁知道怎么解决问题就会去帮忙，这种灵活动态的工作小组就是精良管理的核心。

29 2）改变单调枯燥的重复工作 在精良生产的组织管理中，工人是多面手，动态的工作小组集体负责，工作中充满了创造性的解决问题的挑战，生产活动不再枯燥无味。

30 3）从推动方式变成拉取方式 在传统的生产方式下，人们为了使后工序不致停工停料，总是在前工序多生产一些产品（零件），即由前向后的推动方式，由于多生产了某种零件，或遗漏了生产下一工序所需的另一种零件，形成浪费。精良生产则是拉取方式，即后工序只在必要的时候到前工序领取必要的物品，且前工序只生产要被取走的物品，即准时生产（JIT）的概念。

31 5、精良的设计 消除一切无用的和浪费的东西。 能早做的事情不要晚做，能并行的不要串行进行，这样总的时间进度就能缩短。
在精良生产中，强化设计者和制造者之间的信息交流； 准确预测和妥善安排生产，实现并行工作； 与传统的大量生产方式相比生产周期大大缩短，库存、劳动量等都响应减少。 这也就是并行工程（Concurrent Engineering）的基本做法。

32 三、敏捷制造（agile manufacturing）
敏捷制造是一种哲理，是先进制造业的一种模式，目前世界各地都有人在研究敏捷制造，但还没有公认的定义，正在不断发展的过程之中。但必须正确认识这一概念，要改变旧的传统观念，才能正确地改造旧企业，走上新运行模式地道路。

33 1、敏捷制造的提出 面对21世纪的市场竞争，制造业不仅要灵活多变地满足用户对产品多样性地要求，而且新产品要快速上市。 未来市场对产品多样性要求会非常突出，各种产品和生产系统必须是可重新编程、可重新组合、可连续更换的，每张订单可能只有一件或两件产品，厂家按订单生产是希望与批量无关。

34 上市时间是指从提出概念到产品交到用户手上的时间，它将成为竞争的关键，要力争缩到最短。
产品质量的概念从过去的“符合技术标准”、“经久耐用”等，变成为在整个产品生命周期内使顾客满意。 “敏捷”的字面含义是用灵活的应变去对付快速变化的市场需求。

35 2、敏捷制造的基本思想 敏捷制造就是通过灵活的动态联盟、先进的柔性制造技术和高素质的人员进行全面集成，从而使企业能够从容应付快速的和不可预测的市场需求。获得企业的长期经济效益。

36 经济全球化以及市场的急剧变化 促使企业必须实施敏捷制造 具体表现 市场的分割越来越严峻； 必须对批量任意大小的订单生产； 大批用户的客户关系管理； 缩短产品生命周期； 物理产品和服务的交融； 全球的生产网； 公司之间既合作又竞争； 适合大批量用户化生产的销售基础结构； 集团重新组织的热潮； 把流行的社会价值观变成公司内部因素的压力。

37 3、敏捷制造企业的基本特征 并行工作 继续教育 业务流程重组 动态多方合作，从竞争走向合作；
珍惜雇员，把雇员的知识和创造性看成是企业的财富； 企业组织结构要减少层次，扁平化； 对环境仁慈，即减少污染，保护环境； 产品终身质量保证，要做到使顾客满意； 缩短循环周期，即上市时间尽可能缩短； 技术的领先及技术的敏感； 整个企业的集成，提高企业的柔性。

38 4、实现敏捷制造的各种措施 1）将继续教育放在实现敏捷制造的首位 高度重视并尽可能创造条件使雇员能获取最新的信息和知识。

39 2）虚拟企业的组成和工作 从竞争走向合作，从互相保密走向交流信息，虽与传统观念不一致，但会给企业带来更大的经济效益。如果市场上出现一个新的机遇，几家本来是的大公司，可能立即组成一种合作关系，A公司开发齿轮箱体，B公司开发轴及齿轮，C公司负责总装、测试，各家拿出最强手来共同开发，迅速占领市场。完成这次合作之后，各家还是各自独立的公司，这种方式称为“虚拟企业”（virtual enterprise）。

40 虚拟企业是敏捷制造最主要的特征， 发达的计算机网络和通讯工具使得地域上分散和归属于不同公司集团的设备和设计、生产能力被协调地充分利用起来，迅速组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体——虚拟企业，来赢得新的市场机遇。 如何将虚拟企业的运作引入CIM实施，仍是值得研究的重要课题。

41 3）计算机技术和人工智能技术的广泛应用 未来制造业中，除了分布式数据库和大范围的计算机通讯网络之外，CAD、CAM，计算机仿真与建模分析技术，作为先进技术的代表，在敏捷企业中加以应用。 人工智能在生产和经营过程中的应用，应从底层原始数据检测和收集的传感器到控制过程的机理以至辅助决策的知识库都需要应用人工智能技术。

42 4）方法论的指导 所谓“方法论”，就是在实现某一目标完成某一项大工程时，所需要使用的一整套方法的集合。对敏捷企业而言，首先是人、经营和技术三者的集成，要实现全企业的集成，应对每一时期每一项具体任务有明确的规定和指导方法，这些方法的集合就叫“集成方法论”。

43 5）环境美化工作 不仅仅指工厂企业范围内的绿化，更主要是对废弃物的管理与销毁。

44 6）性能测量与评价 对敏捷制造、系统集成所提出的战略考虑，必须解决： 缩短提前期对竞争能力有多少好处？ 如何度量企业的柔性？ 企业对新产品变异的适应能力会导致怎样的经济效益？ 如何检测雇员和工作小组的技能？ 技能标准对企业柔性又会有什么影响？

45 7）标准和法规的作用 要强化标准化组织，使其工作不断跟上环境和市场的改变，各种标准能及时演进。现行法规应跟随国际市场和竞争环境的变化而演进。

46 8）组织实践 外部形势要求变，内部条件也可以变，关键在于领导能否下决心组织变革，引进新技术，实现组织改革，实现放权，进行与其它企业新形式的合作。要有富于革新精神和善于根据敏捷制造的概念进行变革的个人，更需要这样的小组，才能逐步推动全企业的变革。

47 5、敏捷制造在国内外的发展现状和应用 1）国外研究现状和应用：
敏捷制造首先在美国开展，但实际上敏捷制造起源与日本，在敏捷制造概念提出之前，日本已有了敏捷制造雏形，日本制造业的振兴和发展，给美国企业界施加了很大的市场压力，美国企业界分析日本制造业的成功因素，提出敏捷制造的概念。 目前敏捷制造的发展重要集中在美国、日本、韩国、法国及欧洲国家。其中美国成立了多个敏捷制造的研究机构，提出了各种开发计划。

48 下表为敏捷制造的典型应用 项目 生产单位 时间 效果 笔记本计算机 美国AT&T 1991
从决策到产品展览仅4个月，全部元件由国外企业承担，美国组装 自行车 松下国家自行车工业公司 1987 每辆车生产时间为8~10天，为大批量生产的一半，价格低于一半 空气压缩机 美国空气压缩机公司 1988 耗资12.5~25万(原50万)时间为原来的1/2~1/3 匹兹堡万能夹具 通用汽车公司 欲原来相比,成本为3/70,时间为1/37,占地1/300,可伸缩重用/重构.适用性好.

49 2）我国敏捷制造的发展战略 (1)为发展适合我国国情的敏捷制造,应充分发展设备柔性化、可编程模块化，信息系统标准化及人的作用，建立起虚拟公司、动态组织，建立起具有持续变化性、快速反应性、高质量标准、低成本的敏捷制造企业。 （2）积极开展敏捷制造的研究和原理试点，同时加快对我国制造也信息高速公路的建设。 （3）积极开发敏捷制造的关键技术及柔性设备，为推广敏捷制造打下基础。

50 敏捷制造的思想提出不久，远远没有成熟，现在也不存在一个被称为“敏捷企业”的企业，但这些想法不是无中生有的。由于它们与传统观念差距太大，还不能为人们很快接受并付诸实践。但应看到竞争形势的变化，世界市场的发展趋势，必须改革企业，规划未来。

51 先进制造技术 1、并行工程 2、柔性制造系统 3、虚拟现实技术 4、虚拟制造技术 5、智能制造技术 6、绿色制造技术

52 一、并行工程（concurrent Engineering）
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。 这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、计划进度和用户要求。

53 1、并行工程的含义 并行工程是一个关于设计过程的方法，它需要在设计中全面地考虑到相关过程的各种问题，但并非包括制造过程等其它过程。它要求所有设计工作要在生产开始前完成，并不是要求在设计产品的同时就进行生产。 并行工程不是指同时或交错地完成设计和生产任务，而是指对产品及其下游过程进行并行设计，不能随意消除一个完整工程过程中现存的、顺序的、向前传递信息的任一必要阶段。 并行工程是对设计过程的集成，是企业集成的一个侧面，它企图做到的是优化设计，依靠集成各学科专业人员的智慧做到设计一次成功。

54 2、传统制造业的工作方式是串行方式 传统制造业的工作方式是产品设计—工艺设计—计划调度—生产制造即串行方式。
设计工程师与制造工程师之间互相不了解，互相不交往，因而造成了设计图样上的技术要求可能不适合于制造工艺，甚至根本无法实现，制造工程师若主观做修改，可能会降低产品质量，要不然，就是双方来回踢皮球，影响工期。串行工作方式使产品开发周期长，新产品难以很快上市。

55 2、并行工程的目标、组织、方法和工具 目标 并行工程明确将其目标放在缩短提前期（包括新产品开发和用户定制产品的生产）以及提高产品质量方面
由各个专业、各个部门的人员联合组成的，技术设计、工艺设计、加工制造的需求和经验在这里互相交流，取长补短，机械的、电子的、电气的、计算机的、液压的等各种专业的工程师一起工作，相互配合，用最有效的方法去解决一个又一个难题。

56 工具 计算机辅助设计的方法和软件工具外，着重在数据交换、数据管理和通讯技术。 方法 应用计算机通讯网络，小组内多人同时上网设计，技术设计和工艺设计之间相互迭代，配合改进，就能达到并行工程的基本目标。更进一步与仿真软件及虚拟制造相结合，将并行设计扩展到跨地区、跨国家的范围，效果将更为显著。

57 3、并行工程的应用 并行工程在美国是一项已见成效的改革。在我国虽然设计和制造之间的脱节不是很严重，但并行设计本身，作为系统集成的一个侧面，在缩短提前期、提高设计质量、降低成本方面所起的作用，必须充分重视和广泛应用。 国外已开发的一些好的软件，在提高设计效率、协调配合关系、解决干涉和冲突方面已有明显效果，可以引来为我所用。

58 二．柔性制造系统(FMS) “柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。且只能加工一个或几个相类似的零件。如果想要获得其他品种的产品，则必须对其结构进行大调整，重新配置系统内各要素，其工作量和经费投入与构造一个新的生产线往往不相上下。刚性的大批量制造自动化生产线只适合生产少数几个品种的产品，难以应付多品种中小批量的生产。

59 随着社会进步和生活水平的提高，市场更加需要具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差万别的产品。激烈的市场竞争要求制造业满足市场对多品种小批量产品的需求，这就使系统的柔性对系统的生存越来越重要。
随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。

60 1.柔性主要包括： 机器柔性 当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。 工艺柔性 一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力； 二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

61 产品柔性 一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。 维护柔性 采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力

62 生产能力柔性 当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。 扩展柔性 当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。 运行柔性 利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。

63 2、FMS的含义 1）柔性制造系统是有一个由计算机集成管理和控制的、用于高效率地制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统。它具有： 多个标准的制造单元，具有自动上下料功能的数控机床； 一套物料存储运输系统，可以在机床的装夹工位之间运送工件和刀具；

64 2）FMS是一套可编程的制造系统，含有自动物料输送设备，能在计算机的支持下实现信息集成和物流集成，它：
可同时加工具有相似形体特征和加工工艺的多种零件； 能自动更换刀具和工件； 能方便地上网，容易于其它系统集成； 能进行动态调度，局部故障时，可动态重组物流路径。

65 三．智能制造（Intelligent Manufacturing）
智能制造渊于人工智能的研究。80年代以来，人工智能的研究从一般思维规律的探讨，发展到以知识为中心的研究方向，各式各样不同功能不同类型的专家系统纷纷应运而生，出现了“知识工程”新理念，并开始用于制造系统中。 近20年来，随着产品性能的完善化及其结构的复杂化、精细化，以及功能的多样化，促使产品所包含的设计信息和工艺信息量猛增，随之生产线和生产设备内部的信息流量增加，制造过程和管理工作的信息量也必然剧增，因而促使制造技术发展的热点与前沿，转向了提高制造系统对于爆炸性增长的制造信息处理的能力、效率及规模上。

66 1、智能制造的含义 智能制造技术： 是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性和高度集成的方式，通过计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享，继承与发展的技术

67 智能制造系统： 基于智能制造技术的，一种借助计算机、综合应用人工智能技术、智能制造设备、材料技术、现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术，在国际标准化和互换性的基础上，使得制造系统中的经营决策，生产规划、作业调度、制造加工和质量保证等各子系统分别智能化，成为网络集成的高度自动化的制造系统。

68 2、智能制造的研究内容 1）智能制造理论和系统设计技术
智能制造概念提出时间还不长，其理论基础和技术体系还在形成中，它的精确内涵和关键设计技术还需进一步研究。 2）智能机器的设计 智能机器是智能制造系统中模拟人类专家活动的工具之一，因此对智能机器的研究在智能制造系统中占重要地位，常用的智能机器包括：智能机器人、智能加工中心、智能数控机床和自动引导小车等

69 3）智能制造单元技术的集成 人们在过去的研究中，以研究人工智能在制造领域的应用为出发点，开发了众多的面向制造过程中特定环节、特定问题的智能单元，形成了一个个“智能化孤岛”，它们是智能制造研究的基础，为使这些“智能化孤岛”面向智能制造，使其成为智能制造的单元技术，必须研究它们在智能制造系统中的集成，并进一步完善和发展这些智能单元。

70 3、智能制造在各国的研究 虽然总体而言智能制造尚处于概念和实验阶段，但各国政府均将此列入国家发展计划，大力推动实施。
日本从1990年4月开始执行智能制造系统计划，研究过程经历了10余年。目前参与研究智能制造系统研究的国家还有美国、加拿大、澳大利亚、欧洲自由贸易协定各国和瑞士等

71 1992年美国执行新技术政策，大力支持被总统称之的关键重大技术（Critical Techniloty），包括信息技术和新的制造工艺，智能制造技术自在其中，美国政府希望借助此举改造传统工业并启动新产业。 加拿大制定的1994~1998年发展战略计划，认为未来知识密集型产业是驱动全球经济和加拿大经济发展的基础，认为发展和应用智能系统至关重要，并将具体研究项目选择为智能计算机、人机界面、机械传感器、机器人控制、新装置、动态环境下系统集成。

72 我国1993年开始了中国国家自然科学基金项目“智能制造技术基础”的立项，1994年开始实施，由华中理工大学、南京航空航天大学、西安交通大学、和清华大学联合承担，研究内容包括：智能制造基础理论、智能化单元技术（智能设计ID、智能工艺规划IPP、智能制造IM、智能数控技术、智能质量保证、监测和诊断技术），智能机器（智能机器人、智能加工中心IMC）。

73 （Virtual Ｍanufacture）
四．虚拟制造技术 （Virtual　Ｍanufacture） 虚拟制造技术从80年代提出来的。在90年代得到人们的极大重视而获得迅速发展。 1、虚拟制造的含义 不同的研究人员从不同的角度给出了不同的描述： Kimura的定义：虚拟制造指通过对制造知识进行组织和分析，对整个制造过程建模，在计算机上进行设计评估和制造活动仿真。 LawrenceAssociates的定义：虚拟制造是一个集成的、综合的可运行的制造环境，其目的是提高各个层次的决策和控制

74 美国Wright空军实验室的定义：虚拟制造建立在计算机建模、分析、仿真技术的基础上，它是对这些技术的综合应用。这种综合应用增强了各个层次的设计制造、生产决策与控制能力。
虚拟制造涉及到多个学科领域，其中计算机仿真、建模和优化技术是虚拟制造的核心与关键技术。 “虚拟”是相对与实物产品的实际制造系统而言，强调的是制造系统运行过程的计算机化。

75 2、虚拟制造的特点： 无须制造实物样品就可以预测产品性能，节约制造成本、缩短产品开发周期。 产品开发中可以及早发现问题，实现及时的反馈和更正
以软件模拟形式进行开发 企业管理模式基于Internet ，整个制造活动具有高度的并行性。

76 3、虚拟制造的种类 以设计为中心的虚拟制造 强调以统一的制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真和分析、优化，进行产品的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的分析和可装配性分析，以获得对产品的设计评估与性能预测结果。

77 以生产为中心的虚拟制造 在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程及其组合进行优化，对产品的“可生产性”进行分析和评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精良的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。

78 以控制为中心的虚拟制造 将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。 以上三种类型分别侧重于制造过程的不同方面，但它们都是以计算机建模、仿真技术为一个重要的实现手段，通过对制造过程的统一建模，用仿真技术支持设计过程、模拟制造过程、进行成本估算和生产调度。

79 4、虚拟制造的应用 美国已经从虚拟制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真和控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发，多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。 例如，美国华盛顿大学的虚拟制造技术实验室发展的用于设计和制造的虚拟环境VEDAM、用于设计和装配的虚拟环境等，已经初具规模。但虚拟制造作为一个完整的体系，尚没有进行全面的集成。特别应说明的是，虚拟企业（工厂）的研究在美国得到政府和企业界的极大关注，研究异常活跃，成为其敏捷制造技术的主要支柱之一。

80 欧洲以大学为中心也纷纷开展了虚拟制造技术研究，如虚拟车间、建模与仿真工程等的研究。日本在60－70年代的经济崛起受益于先进制造与管理技术的采用。日本对虚拟制造技术的研究也秉承其传统的特点－重视应用，主要进行虚拟制造系统的建模和仿真技术以及虚拟工厂的构造环境研究。    ;

81 我国在虚拟制造技术方面的研究刚刚起步，其研究也多数是在原先的CAD／CAE／CAM和仿真技术等基础上进行的，目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段，系统的研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和与国内环境的结合上。由于我国受到CAD／CAE／CAM基础软件、仿真软件、建模技术的制约，阻碍了虚拟制造技术的发展。但这几年，我国虚拟制造技术受到普遍的重视，发展很快，发展势头强劲。

82 例如：机械科学研究院与同济大学、香港理工大学合作进行的分散网络化制造、异地设计与制造等技术的理论研究和实践活动已经取得了不少进展
清华大学进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床、虚拟汽车训练系统等方面的研究；浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、VR工作台、虚拟产品装配等研究；西安交大和北航进行了远程智能协同设计研究；天大、北京机床所、大连机床所进行了机床的虚拟设计和轴机床的研究；西北工业大学进行了虚拟样机的研究；哈工大、北京机电所、上海交大、南京理工大学等单位也进行了这方面的研究。

83 据不完全的调查统计，国内进行虚拟制造技术研究的单位达到了100家，已经取得了一些可喜的进展。在虚拟现实技术、建模技术、仿真技术、信息技术、应用网络技术等单元技术等方面的研究都很活跃。但研究的进展和研究的深度还属于初期阶段，与国际的研究水平尚有很大的差距，除了三维建模已经有了4种商业软件外，其他方面还没有形成产业化。我国的研究多集中于高等院校和少量的研究院所，企业和公司介入的较少。

84 五．虚拟现实技术（Virtural Redlity）
1、虚拟现实技术的含义 虚拟现实是指利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟环境，并在环境中结合不同的输入、输出设备和虚拟物体进行交互操作。是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常用户戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器），手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。

85 2、虚拟现实技术的特征 与传统计算机相比，虚拟现实系统具有四个重要特征：
（1）沉浸感：即用户作为主角存在与模拟环境中的真实程度，理想的虚拟环境可以达到使用户身临其境的程度。 （2）多感知性：虚拟现实环境除了一般的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实可以使用户感到等同身受的感觉。

86 （3）交互性：指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度，例如：用户在视场中看到的物体可以进行操作，如果直接抓取环境中的物体，会有握住东西的感觉，并可以感觉物体的重量，物体也会随着手的移动而移动。 （4）自主性：指虚拟环境中的物体依据物理定律动作的程度。例如：当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、翻转或落地等。

87 3、虚拟显示技术的应用 虚拟现实技术潜在的应用范围很广，诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型，而外科医生还可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。

88 虚拟现实技术通过20多年的研究探索，于80年代末走出实验室，开始进入实用化阶段。目前，世界上少数发达国家在经济、艺术乃至军事等领域，已开始广泛应用这种高新技术，并取得了显著的综合效益。
据外刊报道，美国陆军1994年的“路易斯安娜94”作战演习，就是利用虚拟现实技术进行的。这次演习不但试验论证了美国陆军制定的条令、战术和部队编成，使之更加符合21世纪的作战要求，还节约演习经费近20亿美元。

89 六．绿色制造技术(Green Manufacturing)
 1、绿色制造技术的含义   绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低。    

90 绿色制造技术要求产品从设计、制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境影响最小，资源效率最高，也就是说要在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品环境属性，改变了原来末端处理的环境保护办法，对环境保护从源头抓起，并考虑产品的基本属性，使产品在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本性能、使用寿命、质量等 .

91  2、绿色制造技术的研究内容   (1) 绿色设计技术:即面向环境的设计, 指在产品及其生命周期全过程的设计中,充分考虑资源和环境的影响,充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响减到最小。

92 （2）制造企业的物能资源优化技术 制造企业的物能资源消耗不仅涉及到人类有限资源的消耗问题，而且物能资源废弃物是当前环境污染的主要源头。因此研究制造系统的物能资源消耗规律，面向环境的产品材料选择。物能资源的优化利用技术，面向产品生命周期和多个生命周期的物流和能源的管理和控制等。

93   (3) 绿色ERP管理模式和绿色供应链 绿色制造的企业中，企业的经营与生产管理必须考虑资源消耗和环境影响及其相应的资源成本和环保处理成本，以提高企业的经济效益和环境效益，其中绿色制造的整个产品周期的绿色MRP11/EPR管理模式及其绿色供应链是研究的主要内容。

94   (4) 绿色制造的数据库 和知识库 研究绿色制造的数据库和知识库，为绿色设计、绿色材料选择，绿色工艺规划和挥手处理方案设计提供数据支持和知识支持。 （5）绿色制造的实施工具和产品 研究绿色制造的支撑软件，包括CAD系统，绿色工艺规划系统，绿色制造的决策支撑系统，ISO14000国际认证的支撑系统等。

95   (6) 绿色集成制造系统的运行模式 只有从系统集成的角度，才可能真正有效的实施绿色制造。绿色集成制造系统将企业中各项活动中的人、技术、经营管理、物能消耗和生态环境，以及信息流、能量流和资金流有机集成，并实现企业和生态环境的整体优化，达到产品上市快、质量好、成本低、服务好、有利于环境，赢得竞争的目的。绿色集成制造系统的集成运行模式主要设计绿色设计、产品生命周期及其物流过程、产品生命周期的外延及其相关环境等。

96   (7) 制造系统环境影响评估系统 环境影响评估系统要对产品生命周期中的各个环节的资源消耗和环境影响的情况进行评估，评估的主要内容包括： 制造过程物料资源的消耗状况、制造过程能源的消耗状况，制造过程对环境的污染状况，产品使用过程对环境的污染状况，产品寿命终结后对环境的污染状况等。

97   (8) 绿色制造的社会化问题研究 绿色制造是一种企业行为，但需要以法律行为和政府行为作为保证和制约，研究绿色制造及其企业管理涉及到社会对于环保的要求和相应的政府法规。只有合理制定对于资源优化利用和综合利用、环境保护等方面的法规，才能真正推动绿色制造的实施。

98 3、绿色制造技术的发展和应用 当前，世界上掀起一股“绿色浪潮”，环境问题已经成为世界各国关注的热点，并列入世界议事日程，制造业将改变传统制造模式，推行绿色制造技术，发展相关的绿色材料、绿色能源和绿色设计数据库、知识库等基础技术，生产出保护环境、提高资源效率的绿色产品，如绿色汽车、绿色冰箱等，并用法律、法规规范企业行为，随着人们环保意识的增强，那些不推行绿色制造技术和不生产绿色产品的企业，将会在市场竞争中被淘汰，使发展绿色制造技术势在必行。

99 国外不少国家的政府部门已推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。1991年日本推出了“绿色行业计划”，加拿大政府已开始实施环境保护“绿色计划”。美国、英国、德国也推出类似计划。目前，在一些发达国家，除政府采取一系列环境保护措施外，广大消费者已热衷于购买环境无害产品的绿色消费的新动向，促进了绿色制造的发展。产品的绿色标志制度相继建立，凡产品标有“绿色标志”图形的，表明该产品从生产到使用以及回收的整个过程都符合环境保护的要求，对生态环境无害或危害极少，并利于资源的再生和

100 和回收，这为企业打开销路、参与国际市场竞争提供了条件。如德国水溶油漆自1981年开始被授于环境标志（绿色标志）以来，其贸易额已增加20％。德国目前已有60种类型3500个产品授予环境标志，法国、瑞士、芬兰和澳大利亚等国于1991年对产品实施环境标志，日本于1992年对产品实施环境标志，新加坡和马来西亚也在1992年开始实施环境标志。目前已有20多个国家对产品实施环境标志，从而促进了这些国家“绿色产品”的发展，在国际市场竞争中取得更多的地位。

101 国际经济专家分析认为，目前“绿色产品”比例大约为5－10％，再过10年，所有产品都将进入绿色设计家族，可回收、易拆卸，部件或整机可翻新和循环利用。也就是说，在未来10年内绿色产品有可能成为世界商品市场的主导产品。 国内一些高等院校和研究院所在国家科委、国家自然科学基金会和有关部门的支持下对绿色制造技术进行了广泛的研究探索。

102 机械科学研究院已完成了国家科委“九五”攻关项目－－清洁生产技术选择与数据库的建立、机械工业基金项目－－绿色设计技术发展趋势及对策研究。围绕机械工业中九个行业对绿色技术需求和绿色设计技术自身发展趋势进行了调研，在国内首次提出适合机械工业的绿色设计技术发展体系，同时还进行了车辆的拆卸和回收技术的研究。目前正在开展国家自然科学基金项目“环境绿色技术评价体系的研究”。以环境保护绿色技术评价体系为研究载体，将ETV评价技术导入机械制造业的绿色设计、绿色制造，建立制造业的绿色概念、描述方法和ETV评价体系。

103 清华大学为创建绿色大学，已将绿色工程技术列为优先发展和支持项目，在美国“China Bridge”基金和国家自然科学基金会的支持下，已与美国“Texas Tech University”先进制造实验室建立了关于绿色设计技术研究的国际合作关系，对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行系统研究，取得一定进展。

104 上海交通大学针对汽车开展可回收性绿色设计技术的研究，与Ford公司合作，研究中国轿车的回收工程问题；与内贸部中国物资再生利用华东分公司合作，撰写了“探讨中国汽车销售、维修、二手车交易及回收利用一条龙管理模式的可行性报告”；与法国柏林工业大学IWF研究所建立了合作关系，在废弃工业品回收方面展开了研究工作。 合肥工业大学开展了机械产品可回收设计理论和关键技术及回收指标评价体系的研究。

105 重庆大学承担了国家自然科学基金和国家863／CIMS主题资助的关于绿色制造技术的研究项目，主要研究可持续发展CIMS（S－CIMS）的体系结构研究、清洁化生产系统和体系结构及实施策略、清洁化生产管理信息系统等。     华中理工大学、浙江大学、北京航空航天大学等高院校也开展了绿色制造技术研究。 国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍，为我国发展绿色制造技术奠定了基础。

106 附 绿色标志 一种是中国环境标志，其图形由中心的青山、绿水、太阳及周围的十个环组成。图形的中心结构表示人类赖以生存的环境，外围的十个环紧密结合，环环紧扣，表示公众参与，共同保护环境；同时十个环的“环”字与环境的“环”同字，其寓意为“全民联系起不，共同保护人类赖以生存的环境”。 中国环境标志

107 由于我国的绿色产品标准与世界的不接轨，在2000年，我国各类产品的出口不同程度地遭受了技术壁垒，损失达120亿美元。现在实施取代十环绿色标志的IS014020环境标志完全与世界接轨，将帮助中国产品通过国外的技术壁垒。据了解，IS014020环境标志国际标准中有“7加1”的禁止使用的术语。这些术语是“对环境安全”、“对环境友善”、“对地球无害”、“无污染”、“绿色”、“自然之友”、“不破坏臭氧层”和“可持续性”，这些暗示产品对环境有益或无害的环境声明绝不能在通过IS014020环境标志国际标准认证的产品或企业中使用 ISO14020绿色标志

108 国际绿色环保标志

109 右图是绿色食品标志，该标志是由中国绿色食品发展中心在国家工商局注册的第一例质量证明商标。其图形由三部分组成，即上方的太阳、下方的叶片和中心蓓蕾，标志为下圆形，意为保护、安全。绿色食品标志证书自发证之日起生效，有效期为三年。 绿色食品标志