第八章 集成制造系统
教学目的及要求
了解制造系统的构成，系统集成的要求、方
式，掌握“集成”的思想
了解柔性制造系统、CIMS系统的基本概念
了解其它先进制造技术
第一节 基本概念
1. 制造系统的构成
1) 机械制造系统的特征
结构方面：制造过程涉及的硬件及相关软件的统一
整体
功能方面：将制造资源转变为成品或半成品的输入
输出系统
过程方面：制造生产的运行过程，多个制造环节的
统一共同体
2) 机械制造系统内部的三个组成部分：
物料流：加工过程是物料输入和输出的动态过程，
这些物料(包括各种材料、工具、量具、夹具以及其他辅
助材料)在系统内的运动，构成了物料流。
信息流：加工过程中静态信息与动态信息和机械加
工过程的各个组成部分之间的交换、交流以及相互作用，
构成了信息流。
能量流：机械制造系统内各部件的运转所消耗的能
量以及加工过程中发生的能量转移构成了系统的能量流。
三个组成部分相互联系、相互影响，不可分割。
2. 集成的概念
集成来源于企业的实际需求，是系统概念的延伸，它
强调组成系统各部分之间的有机、协调工作已发挥整体
效益，达到整体优化的目的。
企业实现集成的收获：
• 减少数据冗余，实现信息共享
• 便于合理的规划和分布数据
• 便于进行规模优化
• 便于实现并行工程，提高效率和效益
3. 集成的要求和方式
集成的要求：
• 应包括各种加工设备以及通信设备在内的部分或全
部硬件资源
• 应包括软件资源
• 应建立企业信息模型，做到信息共享
• 企业各部门应协调一致，各职能紧密联系
• 强调人的地位和作用
方式：
硬件集成、软件集成、数据和信息集成、各功能集
成、人和组织的集成，尤其是要注意人和组织的集成。
第二节 柔性制造技术
应用计算机辅助制造技术，将数控机床、
加工中心、物料自动储存传送装置和辅助控制
装置等在计算机的统一控制下，形成柔性加工
自动生产线，既柔性制造系统。
1. 柔性制造技术中“柔性”的概念
1) 设备柔性：指制造系统中能加工不同类型零件所具
备的转换能力，其中包括刀具转换、夹具转换等。
2) 工艺柔性：能以多种工艺方法加工某一零件组的能
力。如镗、铣、钻、铰、攻螺纹等加工。
3) 工序柔性：能自动改变零件加工工序的能力。
4) 路径柔性：能自动更变零件加工路径。如遇到系统
中某台设备的故障,能自动将工件转换到另一台设备上加
工。可以根据负荷,自动改变加工路线,提高利用率,减少
等待时间。
5) 产品柔性：产品改变时能经济、迅速的转产。
6) 批量柔性：能在不同批量下运行都能获取经济效益。
7) 扩展柔性：能根据生产的需要组建和扩展生产能力。
1) FMC柔性制造单元
通常配置有零件缓冲区、刀具自动更换装置的数控
机床或加工中心与工件存储运输装置组成。
柔性制造单元中数控机床数量约1--3台，具有加工
多品种,中小批量灵活的生产能力。
可以作为FMS中的基本单元,也可视为小规模的
FMS。
它的自动化程度略低于FMS,但其投资比FMS少得
多，而经济效益相接近。这是中小型企业优先发展的机
型,当生产规模扩大时,FMC可以重组和扩展,以适应生产
规模的需求。
2. 柔性制造技术的类型
柔性制造系统是由数控加工设备(或FMC),物料运储
装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。
一个柔性制造系统一般可概括为由下列三个部分组
成，一是可编程控制的加工系统，二是自动化的物料储
运系统，三是计算机控制系统。
三个系统的有机结合，构成了一个制造系统的能量
流(通过制造工艺改变工件的形状和尺寸)、物料流(主要
指工件流和刀具流)和信息流(制造过程的信息和数据处
理)。
2) FMS柔性制造系统
FMF是FMS扩大达到全厂范围内的生产管理过程。机械加工过
程和物料储运过程全盘自动化。它的主要特点是：
1) 分布式多级计算机系统，生产计划、日生产进度计划的生产管
理的主计算机，它与CAD/CAM系统相联，以取得自动编制加工用
的数控程序数据。
2) FMF全部的日程计划进度和作业可以由主计算机和各级计算
机通过在线控制系统进行调整，并可以进行无人化加工。
3) CNC机床的数量一般在十几台到几十台。可以是各种形式的
加工中心、车削中心、CNC机床等。
4)系统可以全自动地加工各种形状、尺寸和材料的工件。全部刀
具可以自动交换、自动检测磨损或损坏的刀具，能自动更新废旧刀
具。
5) 物料储运系统必须包括自动立体仓库，以满足存取为数众多的
工件和刀具的需求。系统可以从自动立体仓库中提取所需的坯料，
并以最有效的途径实现物流和进行加工。
3) FMF柔性制造工厂
1) 加工系统
加工系统实际是完成改变物性任务的执行系统，主
要由数控机床、加工中心等加工设备(有的FMS还带有
工件清洗、在线检测等辅助与检测设备)构成。
对加工箱体类零件为主的FMS而言,通常配置数控
加工中心,CNC铣床等；对于加工轴类零件为主的FMS,
则配有CNC车削中心,CNC车床和CNC磨床；对于加工
复杂零件的FMS,由于数控机床的刀库容量有限,必要时
要增加机外自动交换刀库。
3. 柔性制造系统的组成
2) 物料储运系统
FMS中的物料主要指的是工件(毛坯)、刀具、夹具、
切屑以及切削液等。
物料储运系统就是实现对物料的自动识别、存储、分配、
输送、交换和管理的系统。
3) 计算机控制系统
通过主控计算机或分布式计算机系统实现，大多采
用3级分布式体系结构，它们是：
第一级：设备层
第二级：工作站层
第三级：单元层
单元级控制系统是FMS控制系统核心。
第三节 计算机集成制造系统
美国学者Joseph Harrington博士1973年首先提出“计
算机集成制造” (Computer Integrated Manufacturing,
CIM)概念，其基本思想是：
• 企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一
处理；
• 整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加
工处理的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种
运动过程，而物流又是受信息流控制的。
““自动化孤岛自动化孤岛””
1 + 1 = 2 ?1 + 1 = 2 ?
将将““自动化孤岛自动化孤岛””集成在一起集成在一起
将将““自动化孤岛自动化孤岛””集成在一起集成在一起
CIM和CIMS的定义
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。它将传统的制
造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程
技术等有机结合，借助计算机(硬、软件)，使企业产品全生
命周期——市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、制
造、支持(包括质量、销售、采购、发送、服务)以及产品最
后报废、环境处理等各阶段活动中有关人/组织、经营管理和
技术三要素及其信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，
实现企业制造活动的计算机化、信息化、智能化、集成优化，
以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而
提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。
CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能
化、集成优化的制造系统。
对CIM和CIMS的进一步说明
• CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到产
品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的柔性、
健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此，CIM/CIMS不是企
业的目标，而是达到企业目标的手段之一；
• CIMS的核心在集成。企业生产过程中的各个环节是一个不可分的
整体，要以系统的观点进行优化。此处的优化是指对企业生产过程
各阶段活动中有关人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物
流和价值流有机集成并优化；
• CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技
术、系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、设
计自动化技术、制造自动化技术和管理自动化技术；
• CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM
哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型制
造业；
• CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP。
CIMS输入输出
CIMS相关技术
CIMS的组成及其功能
CIMS包含了一个制造企业的设计、制造、经营管理
三种主要功能，要使这三者集成起来，还需要一个支持
环境，即分布式数据库和计算机网络以及指导集成运行
的系统技术。
组成：
四个功能分系统
管理信息系统(MIS)：以MRPII为核心，CIMS的神经
中枢，指挥与控制其它部分的运行。
工程设计自动化系统：含CAD、CAPP、CAM三部
分。CIMS的主要信息源。
制造自动化系统：CIMS信息流与物料流的结合点，
CIMS最终产生经济效益的聚集地。
质量保证系统：采集CIMS内与质量有关的数据，保
障企业生产目标的实现。含决策、检测与数据采集、评
价、控制与跟踪几个子系统。
两个支撑分系统
CIMS数据库系统：支撑系统，CIMS信息集成的关
键之一，实现企业数据的集成与共享。一般采用集中与
分布相结合的方式。
CIMS计算机通信网络系统：CIMS的另一个主要支
撑技术，实现各分系统之间的通信、交流，完成系统的
集成。
CIMS面向功能构成的系统结构
为控制CIMS控制系统的复杂性和简化实施，采用
横向或纵向的分解与集成，形成多层递阶控制结构或由“
核”核若干层外围组成的轮式结构。
优点：把CIMS系统分解成几个分系统，减少全局
控制和开发的难度。
美国制造工程师学会在1985年发表的CIMS最早轮
图，含义是十分明确的，即在计算机技术的支持下，实
现企业经营、生产等主要环节的集成。
CIMS在我国的发展及实施CIMS的效益
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。
方针：效益驱动、总体规划、重点突破、分步实施、
推广应用
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。
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。
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；
CIMS在其发展历程中的主要应用对象是离散型制造
业(约占全部制造业的50%)。
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。
第四节 其他先进制造技术
1. 并行工程(Concurrent Engineering，CE)
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、进度计划和用户要求。
并行工程的提出
顺序生产方式：市场调研—产品计划—产品设计—
试制样机—修改设计—工艺准备—正式投产。
缺陷：设计过程中不能及早考虑制造过程及质量保
证等问题
并行工程是对产品及其相关过程(包括制造过程及其
它支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化工作模
式，其运行机理的要点表现在两方面：一方面突出人的
作用，强调人们的协调工作；另一方面，要求一体化、
并行地进行产品及其相关过程的设计，尤其注意早期的
概念设计阶段的并行与协调。
并行工程的核心内容是并行设计，即在产品设计阶段
尽可能同时考虑产品生命周期的所有影响，及时全面评
价产品设计，提出改进的反馈信息及时改进产品设计，
保证产品设计、工艺设计、制造一次成功，以达到降低
产品成本，提高产品质量和缩短产品开发周期的目的。
产品形成过程 昨天-今天-明天
产品规划 概念设计 生产准备详细设计昨天昨天
过程序列
产品规划 概念设计 详细设计 生产准备
PDM
数字模型
过程管理
明天明天
过程流
产品规划 概念设计 详细设计 生产准备
PDM
今天今天
过程链
丰田汽车公司的并行工程系统
规划 车型设计 产品设计 生产准备 生产
财务 . 会计
Finance
/Accounting
开发期
Length of Development Time
规划
Planning 车形 设计
Styling
design
Engineering
产品
设计
Design
Prototype
Fabrication
& Testing
试制
评价
Production
engineering
生产
准备
生产
Production
零部件厂家
Parts suppliers
Production engineering
Production
规划 Planning
车形设计
Styling design
产品设计
Engineering Design
试制 . 评价
Prototype
Fabrication
& Testing
生产准备
生产
试制评价
CE的特点
强调团队工作(Team Work)
强调设计过程的并行性
强调设计过程的系统性
强调设计过程的快速反馈
CE的目标：缩短产品的提前期，提高产品质量。
CE的组织：强调设计群体的协同工作(Team Work)，
注重协同的组织形式、协同的设计思想以及所产生的协
同效益。
CE的方法与工具：除常规的计算机辅助设计和软件
沟外，着重在数据交换、数据管理和通信技术。
CIMS作为制造系统为CE的运用提供了理想的集成环
境，CE在CIMS中的应用能更好地解决CIMS中产品设计
的效率问题。
CE的关键技术
并行工程是集成地并行地设计产品及相关过程的系统
化方法。
关键技术是：
并行产品开发过程建模、仿真与优化
并行工程的集成产品开发团队
并行工程协同工作环境
数字化产品建模与CAX/DFX使能工具
CE在先进制造技术中的地位和作用
并行工程在先进制造技术中具有承上启下的作用。
2. 产品数据管理PDM
PDM的定义：
产品数据管理(PDM)以产品为中心，通过计算机网
络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的
信息和过程集成起来，统一管理，使产品数据在其生命
周期内保持一致、最新和安全，从而缩短产品研发周期、
降低成本、提高质量、改善性能，使企业赢得主动权和
竞争优势。
与产品相关的信息包括项目计划、设计数据、产品
模型、工程图纸、技术规范、工艺资料等；与产品相关
的过程包括工作流程、机构关系等过程处理程序。
在开发和设计的工作中，正确的文档应该在
正确的时候送到正确的地方
需求
功能图
计算资料 产品目录 标准 图纸 零件表 准则 规格说明书
材料表
工具单
DIN
ISO
人工环境下的产品数据管理人工环境下的产品数据管理
档案
室
文件
发放
放发件文
工艺文件
(纸介质)
产品图纸
(纸介质)
物料文件
(纸介质)
其他文件
(纸介质)
网络
产品设计
CAD/CA
E
生产管理
MRP/ERP 其他部门信
息
孤
岛
信
息
孤
岛
信
息
孤
岛电子文档
工艺设计
CAPP/C
AM 信
息
孤
岛电子文档 电子文档 电子文档
重要工作重要工作
––查找查找
––通知通知
––检查检查
––归档归档
––分类分类
––设计设计
––计算计算
––绘图绘图
––建立零件表建立零件表
––修改修改
利用PDM可以大大简化开发和设计工作
基于PDM的系统解决方案
图纸管理
文档管理
零件分类
产品结构管理
BOM生成
2D / 3D - CAD
FEM
DTP
文档保存
零件管理
进一步分析，PDM可以定义为以软件技术为基础，
以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一
体化集成管理的技术。PDM以产品为管理的核心，以数
据、过程和资源为管理信息的三大要素。
PDM进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和
动态的产品设计流程，所有的信息组织和资源管理都是
围绕产品设计展开的。
核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资
源的共享。
产品数据管理(PDM)的原理
M-CAD
E-CAD
CAPP
FEM
DTP
PDM
Client
PDM
Client
PDM
Client
Metadaten
文件系统
文档
PDM
Server
DB
Server
数据库
利用 PDM实现异地设计
PDM
Server
Internet / LAN / WAN
Client Local
Files
Files
DB
Files
DB Files
DB
PDM系统中工作流管理
PDM系统的基本功能与应用
基本功能
--产品定义数据和文件的存储、管理与共享
--产品数据和文件的生成和变更过程的工作流
控制
--产品结构的配置与历史管理
全局应用
--支持成组技术与模块化设计
--支持并行工程(CE/DFX)
--知识管理(KM)的框架
--支持与生产系统(ERP)的集成
--产品全生命周期管理(PLM)的核心
PDM系统解决的问题
充分利用成熟设计
支持并行工程的组织原则、设计方法与工作流程
建立标准/外购件库直至企业标准/知识库
按规则配置变型产品，支持模块化设计
支持设计阶段的成本控制
确定更改影响、保存/追溯更改历史(版本)
支持质量保证体系和程序的执行
保证生产系统获得及时、准确的数据和信息
产品设计
CAD/CAE
生产管理
MRP/ERP 其他部门
电子文档
工艺设计
CAPP/CA
M
电子文档 电子文档 电子文档
产品结构树(BOM)
产品图纸
三维模型
产品工艺文件
质量控制文件
标准/手册
其他...
统一
产品
数据
模型
统一的产品数据库
统一的产品数据管理系统(PDM)
数据管理, 数据查询, 数据共享, 权限控制, 版本, 更改, 发放, 工作流程,电子邮件...
网络
PDMPDM环境下的产品数据管理环境下的产品数据管理
PDMPDM管理下的信息环境管理下的信息环境
产品数据产品数据
产品结构管理产品结构管理 更改管理更改管理
工作流程工作流程
CAD/CACAD/CA
MM
文档管理文档管理
SS
电子数据电子数据
仓库管理仓库管理
图纸图纸//
文档文档
加工数据加工数据
更改单更改单
说明书说明书
主模型主模型
生产系生产系
统统
1) 制造的敏捷性
敏捷制造(Agile Manufacturing)，是20世纪90年代
兴起的先进制造技术和管理思想。这种方法面向现代
企业集团化、虚拟化的需求，能够极大地提高企业对
市场反应的敏捷性和适应能力。敏捷制造作为一种制
造哲理，目的是提高企业生产和经营上的敏捷性，及
时满足市场多样化的需求；作为一种管理思想，其核
心在于通过虚拟企业的形式，最大限度地提高资源利
用率，充分利用转瞬即逝的市场机遇。
定义：以柔性生产技术和动态组织结构为特点，以
高素质、协同良好的工作人员为核心，实施企业间网
络集成，形成快速响应市场的社会化制造体系。
3. 敏捷制造(AM)
2)敏捷制造的特征
(1) 与其他先进制造模式相比较， 敏捷制造的主要特
征
• 以满足用户要求， 获得利润为目标。
• 以竞争能力和信誉为依据， 选择组成动态公司的合
作伙伴。
• 基于合作间的相互信任、分工协作、共同目标来有
力地增强整体实力。
• 把知识、技艺、信息投入最底层生产线。
(2) 与传统的大量生产方式相比，敏捷制造主要特征
• 全新的企业合作关系—虚拟企业(virtual enterprise)
或动态联盟。
• 大范围的通讯基础结构。在信息交换和通讯联系方
面，必须有一个能将正确的信息在正确的时间送给正确
的人的“准时信息系统”(justintimeinformation
system)，作为灵活的管理系统的基础，通过信息高速
公路与国际互联网络将全球范围的企业相联。
• 为订单而设计、为订单而制造的生产方式。
• 高度柔性的、模块化的、可伸缩的生产制造系统。
这种柔性生产系统往往规模有限，但成本与批量无关，
在同一系统内可生产出的产品品种是无限的。
• 柔性化、模块化的产品设计方法。
• “高质量”的产品。敏捷制造的质量观念已变成使整
个产品生命周期内的用户满意，企业将质量跟踪持续到
产品报废为止。
• 有知识、有技术的人是企业成功的关键因素。在敏
捷企业中，认为解决问题靠的是人，不是单纯的技术，
敏捷制造系统的能力将不受限于设备，而只受限于劳动
者的想像力、创造力和技能。
• 基于信任的雇佣关系。雇员与雇主之间将建立一种
新型的“社会合同”的关系，大家能意识到为了长远利益
而和睦相处。
• 基于任务的组织与管理。敏捷制造企业的基层单位
是“多学科群体”(multidiscipline team)的项目组，是以
任务为中心的一种动态组合，敏捷企业强调权力分散，
把职权下放到项目 ，提倡“基于统观全局的管理”模式，
要求各个项目组都能了解全局的远景，胸怀企业全局，
明确工作的目标和任务的时间要求，而完成任务的中间
过程则完全可以自主。
• 对社会的正效应。大量生产方式通常只关心企业本
身效益，不关心对社会的影响，所以通常会带来不同程
度的环境污染，能源浪费及失业等社会问题。而敏捷制
造则要全面消除企业生产给社会造成的不利影响，企业
必须完全服务于社会。
一个跨国虚拟企业的结构
3) 动态联盟的组成及其特点
组成：(1) 盟主；(2) 盟员。
虚拟企业的特点：(1)功能的虚拟化；(2)组织的虚拟
化；(3)地域的虚拟化；(4) 时限性；(5) 虚实性；(6) 协
同性。
创新能力较强的企业可以通过敏捷制造，作为动态联
盟的盟主，专攻附加值较高的部分，其他企业也可通过
参加动态联盟，发挥自身优势，形成规模效益。由于敏
捷企业的目的在于提高资源利用率，进行敏捷化生产，
因而也不可能有千篇一律的模式，不同的企业有不同的
做法，但都具有以下特点：(1) 设备柔性；(2) 组织上的
敏捷性；(3) 高素质综合型人才；(4) 企业的虚拟化。
4) 敏捷化工程的结构和支撑技术
组成结构框架的关键因素有以下特征：
(1)对企业竞争能力有重大影响；
(2)虽有成功的实例，但其实现机制还没有被充分
认识；
(3)工业界已看到其重要性，准备付诸实施；
(4)不包括那些虽然重要，但已被广大企业理解并
采用的因素。
信息技术是实施敏捷化工程的基础，支撑技术如下：
(1)计算机网络通讯技术。
(2)信息集成技术。
(3)电子数据交换(EDI)标准化。
(4)并行工程技术。
(5)建模与仿真技术。
4. 准时生产模式
1) 准时生产的概念
准时JIT(Just In Time)生产是20世纪70年代末日本丰
田汽车制造公司首先应用。
宗旨：使用最少量的设备、装置、物料和人力资源，
在规定的时间、地点，提供必要数量的零部件，达到
以最低的成本、最高的效益、最好的质量、零库存进
行生产和完成交货的目的。
2) JIT生产方式的基本思想
(1) 准时生产的目标
传统的生产管理方式一般是上一道工序向下一道工序
供应零部件，采取增加在制品的储备量以应付生产中的
失调或事故导致的需求变化，久而久之，会导致在制品
的过剩和积压，占用过多的资金，成本增加，不利于市
场竞争。
准时生产JIT的目标就是尽量减少库存或实现零库存
的生产。
JIT强调：“只在必要的时候，按必要的数量，生产必
要的产品(零件、部件、成品)”，做到“准时领取、准时
运送、准时生产”
(2) JIT生产方式的基本思想
由后工序向前工序领取零部件
按件传送在制品
均衡生产
质量保证
弹性配置作业人数
用最后的装配工序调整和平衡全部生产过程
3) 看板管理
看板(Kanban)管理是准时生产JIT的核心内容之一。
即按准时生产的概念把后工序看成用户，只有后工序提
出要求时，前工序才允许生产，看板充当传递生产指令
的角色。
(1) 看板的形式
看板实际上就是一种记载着生产信息的卡片。
“传递看板”(即取货看板)和“生产看板”(即订货看
板)
(2) 看板使用方式
4) JIT与MRPII的异同点
JIT与MRPII是两种现代化生产的管理方法，它们服务
于共同的管理目标，即提高生产效率，减少库存费用和
改善用户服务。
JIT与MRPII的差异也是明显的如后表所示。
JIT与MRPII的主要差别
比较项目 JIT MRPII
起源 起源于日本 在美国发展起来
适用的生
产环境
适用于生产高度重复性产品
的系统
适用于批量生产、按用户订单生产、
产品多变
所需设备
物料计划、能力计划、车间
控制都可以由人工完成，不
一定需要有计算机系统
以计算机为工具，需要一定的软、
硬件，投资费用高
管理范围 管理范围较窄
管理范围广，既能作为一个经营战
略计划系统，也可作为一个生产控
制系统使用
对待库存
的管理思
想
认为库存是一种浪费，想方
设法降低库存，努力采用小
批量生产
认为必要的一定的库存量是一种保
护措施，是维持生产稳定的一个因
素
管理模式
利用看板的“拉”式生产管理模
式，不断促进生产者降低在
制品库存、缩短生产提前期
“推”式生产管理模式，强调系统中各
部门、各加工中心的计划与协调，
要按作业计划完成作业，不鼓励提
前完工
5. 精益生产(LP)
精益生产(Lean Production)又译为精良生产、精简生
产，即精益求精。
LP是由美国麻省理工学院提出的一种企业经营战略体
系，它汇集了后勤保证体系和供给链的核心思想及JIT的
哲理，综合了单件小批量生产与大批大量生产的优点，
以实现用较少的投入生产出能满足客户多方面需求的高
质量的产品。LP把客户、销售代理商、供应商、协作单
位纳入生产体系，按客户不断变化的需求同步组织生产，
时刻保持产品的高质量、多样化和灵活性。LP要求杜绝
浪费，合理利用资源，最大限度地消除一切不对产品增
值作用的无效劳动。LP高度重视人的作用和团队精神，
要求人们进取不懈，永无止境地追求尽善尽美。
1) 福特生产模式与丰田生产模式
丰田模式采取了如下对策：
(1)按订单组织生产。
(2)按新产品开发组织工作组。
(3)成立生产班组井强化其职能。
(4)组建准时供货的协作体系。
(5)激发职工的主动性。
2) 精益生产及其特征
(1) 以用户为“上帝”。
(2) 以职工为中心。
(3) 以“精简”为手段。
(4) 综合工作组和并行设计。
(5) 准时(JIT)供货方式。
(6) “零缺陷”工作目标。
1) 物料需求计划 (Material Requirements Planning,
MRP)，是在产品结构的基础之上，运用网络计划原理，
根据产品结构各层次物料的从属和数量关系，以每一个
物料为计划对象，以完工日期为时间基准倒排计划，按
提前期长短区别各个物料下达计划时间的先后顺序而制
订的计划。
2) 制造资源计划 (Manufacturing Resources
Planning, MRP-II)是在闭环MRP基础之上，把物流和资
金流结合在一起形成的完整的人机交互式的生产管理系
统。它主要完成企业的计划管理、采购管理、库存管理、
生产管理、成本管理等功能，MRPII可以在周密的计划
下有效地利用企业的各种资源，控制资金占用、缩短生
产周期、降低生产成本。
6. 制造资源计划(Manufacturing Resources
Planning, MRPII)
3) MRP-II可以使企业产生如下(5点)效益：
(1)可以改善企业经营决策，提高企业应变能力及所
处的竞争地位。企业领导可以随时了解企业生产、销
售、库存等运作情况和财务状况。
(2)实行规范管理，促进企业工作与生产效率的提高。
(3)降低库存。据国外有关资料统计，在实施MRP-
II的企业中，库存资金的占用一般可降低15%~40%，
资金的周转次数可提高50%~200%。
(4)合理利用资源。缩短生产周期，提高劳动生产率，
进一步降低成本，增加利润。
(5)由于与财务系统的集成，可以大大减少对财务收
支上的差错与延误，减少经济损失。同时还可以及时
了解生产成本，辅助财务管理业务的运行。
4) MRP-II的形成与发展
制造资源计划是制造企业以生产计划与控制为核心
的综合管理信息系统。从1960年前后由美国生产与库
存控制协会(APICS)第一次提出物料需求计划的原理，
开发了一套以库存控制为核心的物料需求计划计算机软
件系统开始，到20世纪70年代发展成为制造资源计划，
大致经历了30年时间。从制造资源计划出现至今，其原
理、方法和软件都已日趋成熟和完善。
目前，国内的科研机构和开发单位，在学习国外制
造资源计划原理的基础上，结合中国国情，已开发出了
国产制造资源计划商品化软件。
5) MRP-II的工作原理与结构
MRP-II的基本思想是：基于企业经营目标制定生产计划，
围绕物料转化组织制造资源，实现按需要按时进行生产。它
将企业产品中的各种物料分为独立需求物料和相关需求物料，
并按时间段确定不同时期的物料需求，从而解决库存物料订
货与组织生产问题；按照基于产品结构的物料需求组织生产，
根据产品完工日期和产品结构规定生产计划；根据产品结构
的层次从属关系，以产品零件为计划对象，以完工日期为计
划基准倒排计划，按各种零件与部件的生产周期反推出它们
的生产与投入时间和数量，按提前期长短区别各种物料下达
定单的优先级，从而保证在生产需要时所有物料都能配套齐
备，不需要时不要过早积压，达到减少库存量和占用资金的
目的。从一定意义上讲，MRP-II系统实现了物流、信息流与
资金流在企业管理方面的集成，并能够有效地对企业各种有
限制造资源进行周密计划，合理利用，提高企业的竞争力。
MRP-II系统分为五个计划层次：
经营规划(Business Planning, BP)
生产计划大纲
主生产计划(MPS)
物料需求计划
车间作业计划(PAC)(生产作业控制)
MRP-II计划层次体现了由宏观到微观，由战略到战
术，由粗到细的深化过程。下面的图给出了MRP-II的
计划与控制层次结构(a)及组成结构和处理逻辑流程图
(b)。
MRP-II要求企业管理达到标准规范化、算法定量化、
反馈及时化和信息一致化，由此企业需要运用先进的计
算机技术和现代化的通讯技术。MRP-II系统是MRP-II
软件和硬件平台的总和，可以说是MRP-II管理思想的计
算机化，所以MRP-II系统是企业实施MRP-II管理的工
具。制造企业要推广应用MRP-II管理,总是和企业的计
算机化管理结合在一起。主要原因就在于：对于绝大部
分的制造企业而言，没有计算机化，就无法真正达到
MRP-II所要求的规范化、定量化、及时化和一致化。
目前已有相当部分的中国制造企业(包括在中国的外
资企业)成功地实施或正在实施MRP-II管理，也有一些
企业在实施MRP-II管理的道路上停滞不前，甚至于失
败，从经验和教训上，总结出企业实施MRP-II成功的
三个关键之处，即：
(1)企业领导的高度重视,积极参与和强力推进；
(2)企业的产品适合用MRP-II管理；
(3)企业获得功能合适的MRP-II系统和有效的支持服
务。
7. 企业资源计划
企业资源计划(Enterprise Resources Planning，即
ERP)，是基于计算机技术和管理科学的最新发展，从理
论和实践两个方面，提供的企业(以制造业为代表)整体
经营管理解决方案。ERP超越了传统MRP-II的概念，吸
收了准时生产(JIT)，全面质量管理(TQC)等管理思想，
扩展了管理信息系统的范围，除财务、分销、生产管理、
人力资源外，还集成了质量管理、决策支持等多种功能，
并支持国际互联网(Internet)、企业内部网(Intranet) 和外
部网(Extranet)、电子商务(E- Business)等。
1) ERP系统概念的提出
在MRP-II出现后的10余年间，其原理、方法和软件
都成熟和完善起来。但与此同时，又出现了许多新的管
理思想、管理方法。计算机和信息技术更是飞速发展。
MRP-II系统软件也随着在变。
其主要变化有以下五个方面：
(1) MRP -II需要完善。
(2) 新的管理模式的出现并加入到MRP-II软件之中来。
(3) 扩大 MRP-II软件在企业内部的功能和管理的范围。
(4) 将软件管理功能延伸到企业之外
(5) 新技术发展的要求
2) ERP系统的(功能)结构
ERP管理系统主要由以下六大功能目标组成：
(1)支持企业整体发展战略的战略经营系统
(2)实现全球大市场营销战略与集成化市场营销
(3)完善企业成本管理机制，建立全面成本管理
(Total Cost Management)系统
(4)应用新的技术开发和工程设计管理模式
(5)建立敏捷后勤管理系统
(6)实施精益生产方式
3) ERP系统的管理思想
ERP的核心管理思想就是实现对整个供应链的有效管
理，主要体现在以下三个方面：
(1) 体现对整个供应链资源进行管理的思想
(2) 体现精益生产、同步工程和敏捷制造的思想
(3) 体现事先计划与事中控制的思想
4) 应用ERP与企业的关系
(1) 实施ERP是企业管理全方位的变革
(2) 企业管理班子要取得共识
(3) ERP的投入是一个系统工程
(4) ERP的实施需要复合型人才
8. 智能制造
1) 智能制造研究的背景
市场的因素
技术进步因素
2) 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
高度柔性与高度集成的方式，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。
智能制造系统
基于IMT的制造系统(IMS)则是一种借助计算机，综
合应用人工智能技术、智能制造设备、agent技术、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个子系统分别智能化，成为网络
集成的高度自动化制造系统。
智能制造系统的特点
制造系统的自组织能力
制造系统的自律能力
自学习和自维护能力
整个制造环境的智能集成
3) 智能制造研究的支撑技术
(1) 人工智能技术
(2) 并行工程
(3) 虚拟制造技术
4) 智能制造研究的内容
(1) 智能制造理论和系统设计技术
(2) 智能制造单元技术的集成
• 智能设计。应用并行工程和虚拟制造技术，实现产
品的并行智能设计。
• 生产过程的智能规划。在现有的检索式、半创成式
CAPP系统的基础上，研究和开发创成式CAPP系统，
使之面向IMS。
• 生产过程的智能调度。
• 智能监测、诊断和补偿。
• 生产过程的智能控制。
• 智能质量控制。
• 生产与经营的智能决策。
(3) 智能机器的设计
智能机器是IMS中模拟人类专家智能活动的工具之一，
因此，对智能机器的研究在IMS研究中占有重要的地位。
IMS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(AGV)等。
9. 虚拟制造系统
(1)基本概念
虚拟制造技术(Virtual Manufacturing Technology，
VMT)可以通俗而形象地理解为：在计算机上模拟产品
的制造和装配全过程。换句话说，借助建模和仿真技术，
在产品设计时，就可以把产品的制造过程、工艺设计、
作业计划、生产调度、 库存管理以及成本核算和零部件
采购等生产活动在计算机屏幕上显示出来，以便全面确
定产品设计和生产过程的合理性。
虚拟制造系统(Virtual Manufacturing System, VMS)
是基于VMT实现的制造系统，是现实制造系统(Real
Manufacturing System，RMS)在虚拟环境下的映射，
而现实制造系统是物质流、信息流、能量流在控制机的
协调与控制下在各个层次上进行相应的决策，实现从投
入到输出的有效的转变，而其中物质流及信息流协调工
作是其主体。
VMS的要求：功能一致性、结构相似性、组织的柔性、
集成化、智能化
2) VMS研究内容及其关键技术
VMS研究内容
虚拟制造系统的理论体系
基于分布式并行处理环境下的虚拟制造系统的开放式体系
结构(VMS-OSA)的研究
虚拟环境下的产品主模型技术
虚拟环境下并行处理的分布式智能协同求解技术与系统
虚拟环境下系统全局最优决策理论与技术
RMS和VMS之间的映射，虚拟设备、虚拟传感器、虚拟
单元、虚拟生产线、虚拟车间及虚拟工厂(公司)的建立，以
及各种虚拟设备的重用性和重组性技术
基于真实动画感的虚拟产品的装配仿真、生产制造过程及
生产调度仿真、数控加工过程仿真等技术与系统
应用虚拟现实技术实现虚拟环境及虚拟制造过程中的人机
协同求解
VMS集成开发平台的体系结构、构件库及用户开发界面
管理系统
虚拟公司的组织、调度及控制策略与技术
VMS的关键技术
软件方面的关键技术
硬件方面的有关技术
虚拟制造视频 Airbus380虚拟试飞
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