1、机 电 一 体 化 技 术 概 览万 遇 良 编 著北 京 工 业 大 学 出 版 社内 容 简 介本 书 综 合 机 电 一 体 化 技 术 进 入 90 年 代 以 来 的 最 新 进 展 , 从 八 个 方 面 介 绍机 电 一 体 化 技 术 。 包括 机 电 一 体 化 的 定 义 、 内 涵 、 发 展 历 程 , 设 计 方 法 论 , 控 制 技 术 , 电 磁 兼 容 问 题 , 系 统 集 成 , 人 机 环 境 与 接 口 , 机 电 一 体 化 系 统 的 智 能 化 与 微 机 电 一 体 化 系 统 等 。该 书 系 作 者 结 合 多 年 工 作 经 验 , 从
2、全 新 角 度 对 机 电 一 体 化 技 术 的 发 展 所 作 的 概 括 , 既 可 供 广 大 读 者 作 为 科 普 读 物 , 又 可 供 有 兴 趣 的 读 者 作 为 入 门 书 , 也 可 供 专 业 工 作 者 作 为 参 考 书 。电 机 一 体 化 技 术 概 览万 遇 良 编 著 北 京 工 业 大 学 出 版 社 出 版 发 行 各 地 新 华 书 店 经 销 徐 水 宏 远 印 刷 厂 印 刷1 99 9 年 3 月 第 1 版 1 99 9 年 3 月 第 1 次 印 刷7 87 m m 1 0 92 m m 3 2 开 本 7 . 5 印 张 1 8 0 千
3、字印 数 : 1 30 0 0 册ISBN 7 -5 6 39 -0 7 4 8-3/ T 1 0 5定 价 : 1 0 .0 0 元目 录序 ( 1)前 言 ( 1)第 一 章 机 电 一 体 化 技 术 概 述 ( 1) 1. 世 界 制 造 业 的 发 展 趋 势 ( 1)1.1 一 系 列 先 进 技 术 的 兴 起 ( 1)1.2 对 市 场 响 应 速 度 成 为 首 要 因 素 ( 2)1.3 各 种 计 算 机 辅 助 技 术 已 深 入 制 造 领 域 ( 3)1.4 出 现 了 一 系 列 新 型 的 先 进 生 产 方 式 ( 3)1.5 统 一 的 全 球 市 场 正
4、在 形 成 ( 8)2. 机 电 一 体 化 的 定 义 与 内 涵 ( 9)2.1 机 电 一 体 化 的 定 义 ( 9)2.2 机 电 一 体 化 的 内 涵 ( 11)3. 机 电 一 体 化 技 术 的 产 生 和 发 展 ( 16)3.1 准 备 阶 段 ( 50 年 代 到 60 年 代 末 ) ( 16)3.2 初 创 阶 段 ( 70 年 代 ) ( 16)3.3 发 展 时 期 ( 80 年 代 ) ( 17)3.4 深 入 发 展 阶 段 ( 90 年 代 以 来 ) ( 18)4. 机 电 一 体 化 与 其 他 技 术 的 区 别 ( 19)4.1 机 电 一 体 化
5、 不 是 机 械 技 术 与 电 子 技 术 的 简 单 相 加 ( 19)2 目 录4.2 与 机 电 学 的 区 别 ( 20)4.3 与 并 行 工 程 的 区 别 ( 21)4.4 与 自 动 控 制 技 术 的 区 别 ( 23)4.5 与 计 算 机 应 用 的 区 别 ( 23)5. 机 电 一 体 化 的 优 点 和 效 益 ( 23)5.1 从 生 产 部 门 考 虑 ( 24)5.2 从 用 户 考 虑 ( 25)第 二 章 机 电 一 体 化 产 品 的 设 计 ( 27)1. 设 计 步 骤 ( 27)1.1 用 户 需 求 分 析 和 市 场 调 查 ( 27)1.2
6、 有 关 最 新 技 术 的 进 展 与 评 价 ( 27)1.3 关 键 技 术 和 技 术 路 线 的 描 述 ( 28)1.4 主 要 性 能 指 标 和 规 格 的 说 明 ( 28)1.5 可 选 方 案 和 评 价 意 见 ( 29)1.6 推 荐 首 选 的 设 计 思 想 及 方 案 ( 29)1.7 进 行 具 体 设 计 ( 29)2. 反 向 工 程 ( 30)2.1 定 义 ( 30)2.2 目 的 ( 30)2.3 意 义 ( 30)2.4 要 点 ( 31)3. 机 电 一 体 化 产 品 的 设 计 和 计 算 机 辅 助 设 计 技 术的 应 用 ( 32)3.
7、1 合 理 安 排 产 品 的 上 市 时 间 ( 32)3.2 设 计 产 品 时 要 注 意 质 量 保 证 ( 32)3.3 大 力 应 用 CA D 技 术 ( 33)4. 设 计 工 作 的 组 织 ( 42)机 电 一 体 化 技 术 概 览 34.1 项 目 主 管 的 作 用 和 职 责 ( 42)4.2 对 设 计 工 程 师 的 要 求 ( 42)4.3 企 业 领 导 的 职 责 ( 43)5. 简 明 的 实 例 ( 44)5.1 传 统 计 算 机 数 控 系 统 的 设 计 思 想及 其 构 成 ( 44)5.2 基 于 工 业 P C 机 的 计 算 机 数 控
8、系 统 ( 45)5.3 基 于 工 业 P C 机 数 控 系 统 的 开 发 ( 46)第 三 章 机 电 一 体 化 系 统 的 控 制 技 术 ( 49)1. 计 算 机 控 制 的 优 点 ( 49)2. 计 算 机 控 制 的 类 型 ( 50)2.1 数 据 采 集 系 统 ( 50)2.2 计 算 机 用 作 操 作 指 导 ( 51)2.3 计 算 机 监 控 系 统 ( 52)2.4 直 接 数 字 控 制 ( 52)2.5 分 级 控 制 系 统 ( 53)2.6 集 散 控 制 系 统 ( DCS) ( 54)2.7 现 场 总 线 控 制 系 统 ( F CS) (
9、57)2.8 计 算 机 集 成 制 造 系 统 ( CIM S) ( 61)3. 用 于 控 制 的 计 算 机 和 控 制 器 ( 64)3.1 可 编 程 控 制 器 ( PC) ( 64)3.2 单 片 机 ( 65)3.3 数 字 信 号 处 理 器 ( DSP ) ( 71)3.4 模 糊 控 制 器 ( 76)3.5 ST D 总 线 工 业 控 制 机 ( 76)3.6 工 业 P C 机 ( IPC) ( 77)第 四 章 电 磁 兼 容 技 术 ( 81)4 目 录1. 一 般 概 念 ( 81)1.1 引 言 ( 81)1.2 定 义 ( 82)2. 常 见 的 电 磁
10、干 扰 ( 84)2.1 静 电 干 扰 ( 85)2.2 电 磁 感 应 ( 85)2.3 电 磁 波 干 扰 ( 86)2.4 公 共 阻 抗 噪 声 ( 86)2.5 瞬 变 干 扰 ( 86)2.6 长 线 反 射 ( 88)2.7 串 扰 ( 88)2.8 常 模 与 共 模 干 扰 ( 89)2.9 浪 涌 ( 90)3. 抗 电 磁 干 扰 设 计 的 有 关 问 题 ( 91)3.1 元 器 件 的 抗 电 磁 干 扰 ( 91)3.2 电 磁 兼 容 性 设 计 ( 92)3.3 设 计 实 例 ( 93)4. 电 源 系 统 的 抗 干 扰 ( 95)4.1 对 交 流 供
11、 电 电 源 的 要 求 ( 96)4.2 模 拟 电 磁 环 境 的 测 试 设 备 ( 96)5. 常 用 的 干 扰 抑 制 技 术 ( 98)5.1 物 理 隔 离 ( 98)5.2 屏 蔽 ( 99)5.3 接 地 ( 101)5.4 滤 波 ( 104)5.5 浪 涌 吸 收 器 ( 105)6. 认 证 与 测 试 ( 106)机 电 一 体 化 技 术 概 览 5第 五 章 与 人 友 好 的 机 电 一 体 化 系 统 ( 109)1. 问 题 的 提 出 与 解 决 途 径 ( 109)1.1 人 和 机 器 谁 为 中 心 ( 109)1.2 技 术 可 能 性 ( 10
12、9)2. 建 立 和 谐 的 人 机 环 境 ( 110)2.1 人 机 关 系 ( 110)2.2 和 谐 的 含 义 ( 111)2.3 用 户 分 类 ( 112)2.4 如 何 建 立 和 谐 的 人 机 环 境 ( 112)3. 人 机 接 口 技 术 ( 114)3.1 接 口 的 作 用 ( 114)3.2 接 口 的 分 类 ( 114)3.3 计 算 机 系 统 的 人 机 接 口 ( 115)3.4 建 立 机 电 一 体 化 系 统 人 机 接 口 的 原 则 ( 118)4. 与 人 友 好 的 机 电 一 体 化 系 统 实 例 ( 118)4.1 数 控 加 工 中
13、 心 ( 118)4.2 手 持 型 骨 钻 ( 126)第 六 章 机 电 一 体 化 系 统 的 集 成 技 术 ( 137)1. 什 么 是 集 成 技 术 ( 137)1.1 几 种 成 功 的 集 成 技 术 ( 137)1.2 系 统 集 成 技 术 的 含 义 和 特 点 ( 140)2. 机 电 一 体 化 系 统 的 集 成 技 术 ( 141)2.1 目 的 ( 141)2.2 支 撑 技 术 ( 142)2.3 集 成 方 法 ( 143)2.4 接 口 ( 147)2.5 系 统 仿 真 ( 148)6 目 录2.1 为 什 么 要 发 展 专 家 系 统 ( 164)
14、2.2 专 家 系 统 的 结 构 和 内 容 ( 166)2.3 知 识 表 示 方 式 ( 168)2.4 推 理 机 制 ( 171)2.5 专 家 系 统 的 开 发 ( 173)2.6 专 家 系 统 的 应 用 ( 174)模 糊 逻 辑 与 控 制 ( 177)3.1 基 本 概 念 ( 177)3.2 模 糊 控 制 的 发 展 ( 178)3.3 模 糊 控 制 的 实 现 ( 179)3.4 模 糊 控 制 的 优 缺 点 ( 188)3.5 发 展 趋 势 ( 189)人 工 神 经 网 络 ( 190)4.1 引 言 ( 190)4.2 神 经 元 和 神 经 网 络
15、( 191)4.3 神 经 网 络 的 学 习 算 法 ( 194)2.6 系 统 测 试 和 评 估 ( 148)3. 机 电 一 体 化 系 统 集 成 举 例 ( 149)3.1 概 述 ( 149)3.2 系 统 分 解 ( 149)3.3 系 统 集 成 ( 150)3.4 接 口 ( 160)3.5 工 艺 试 验 ( 160)3.6 简 短 的 总 结 ( 162)第 七 章 机 电 一 体 化 系 统 的 智 能 化 ( 163)1. 概 述 ( 163)2. 专 家 系 统 ( 164)3.4.机 电 一 体 化 技 术 概 览 74.4 人 工 神 经 网 络 的 应 用
16、( 196)第 八 章 微 机 电 一 体 化 系 统 ( 199)1. 概 述 ( 199)1.1 什 么 是 微 机 电 一 体 化 系 统 ( 199)1.2 微 细 加 工 技 术 和 微 型 制 造 ( 200)2. 物 质 和 技 术 基 础 ( 201)2.1 制 作 微 机 电 一 体 化 系 统 的 材 料 ( 201)2.2 加 工 技 术 ( 202)3. 微 机 电 一 体 化 系 统 的 应 用 ( 211)3.1 微 型 加 速 度 计 的 应 用 ( 211)3.2 数 字 微 镜 装 置 的 应 用 ( 213)3.3 单 片 流 量 计 在 家 用 电 器 中
17、 的 应 用 ( 215)3.4 硅 微 型 压 力 传 感 器 的 应 用 ( 217)3.5 用 作 微 位 置 控 制 的 微 执 行 器 ( 218)3.6 用 于 磁 信 号 输 出 的 微 机 电 系 统 ( 219)3.7 用 于 化 学 和 生 化 系 统 分 析 的 微 机电 系 统 ( 219)4. 发 展 前 景 ( 219)4.1 世 界 各 国 和 我 国 的 研 制 情 况 ( 219)4.2 市 场 预 测 ( 220)4.3 一 些 诱 人 的 应 用 前 景 ( 221)4.4 微 机 电 系 统 的 发 展 前 景 ( 224)附 录 参 考 资 料 及 国
18、 际 会 议 简 介 ( 225)序万 遇 良 同 志 是 我 国 知 名 的 电 工 技 术 专 家 。 50 年 代 从 苏 联 学 成 归 国 后 , 在 中 国 科 学 院 电 工 研 究 所 领 导 了电 力 系 统 自 动 化 的 工 作 ; 70 年 代 在 同 一 单 位 创 建 了 计 算 机 应 用 研 究 室 , 在 小 型 计 算 机 研 制 、 平 面 绘 图 机 与 可 变 矩 形 束 电 子 束 曝 光 机 的 计 算 机 控 制 方 面 做 出 了 重 要 贡 献 ; 80 年 代 又 为 电 工 研 究 机 电 控 制 工 程 中 心 的 建 立 做 出 了
19、重 大 贡 献 , 成 为 我 国 机 电 一 体 化 事 业的 开 拓 者 之 一 。机 电 一 体 化 技 术 是 近 年 来 迅 速 发 展 的 一 种 新 技 术 , 取 得 了 巨 大 进 展 , 已 成 为 先 进 制 造 技 术 的 重 要 技 术 基 础 之 一 , 我 国 的 科 技 工 作 者 对 此 正 在 关 注 和 跟 踪 。 万 遇 良 同 志 在 多 年 丰 富 经 验 和 广 博 知 识 的 基 础 上 , 精 心 撰 写 了 这 本 科 普 读 物 。 它 全 面 地 叙 述 了 机 电一 体 化 各 方 面 有 关 的 重 大 问 题 , 可 以 帮 助 大
20、 家 入 门 , 想 必 能 受 到 广 大 读 者 的 欢 迎 , 并 促 使 我 国 的 科 技 工 作 者 了 解 、 献 身 于 这 项 技 术 的 发 展 , 有 力 地 促 进 我 国 机2 序电 一 体 化 事 业 的 长 足 前 进 。中 国 科 学 院 电 工 研 究 所 所 长中 国 科 学 院 院 士 严 陆 光1998 年 8 月前 言机 电 一 体 化 ( m echat r on ics ) 一 词 的 出 现 已 经 近 30 年 了 。 30 年 来 机 电 一 体 化 技 术 取 得 了 巨 大 进 展 , 成 为 先 进 制 造 技 术 的 重 要 技 术
21、基 础 之 一 。 本 书 综 合 机 电 一 体 化 技 术 进 入 90 年 代 以 来 的 进 展 , 从 八 个 方 面 介 绍机 电 一 体 化 技 术 。第 一 章 是 对 机 电 一 体 化 技 术 进 行 概 述 , 从 世 界 制造 技 术 发 展 趋 势 说 起 , 相 继 讨 论 机 电 一 体 化 的 定 义 与内 涵 , 它 的 发 展 历 程 , 它 和 一 些 技 术 的 区 别 以 及 它 的 优 点 与 效 益 。第 二 章 详 细 探 讨 了 机 电 一 体 化 产 品 的 设 计 , 阐 明 了 设 计 方 法 与 步 骤 , 反 向 工 程 与 正 向
22、设 计 , 并 举 例 进 行 说 明 。第 三 章 专 门 讨 论 机 电 一 体 化 系 统 的 控 制 技 术 , 特 别 是 各 种 计 算 机 控 制 技 术 , 简 要 介 绍 了 用 于 控 制 的 计算 机 和 控 制 器 。第 四 章 介 绍 人 们 还 不 很 熟 悉 的 电 磁 兼 容 技 术 , 除 介 绍 一 般 概 念 外 , 讨 论 了 9 种 常 见 的 电 磁 干 扰 , 阐 述2 前 言了 抗 电 磁 干 扰 设 计 和 干 扰 抑 制 技 术 。 第 五 章 介 绍 与 人 友 好 的 机 电 一 体 化 系 统 , 着 重 提出 机 电 一 体 化 系
23、统 应 以 人 为 中 心 , 阐 述 了 人 机 环 境 与人 机 接 口 技 术 。第 六 章 是 机 电 一 体 化 系 统 的 集 成 技 术 , 从 几 个 成功 集 成 技 术 ( 包 括 集 成 电 路 、 个 人 计 算 机 和 信 息 系 统 集 成 ) 的 分 析 , 论 述 了 集 成 的 概 念 和 内 涵 , 并 以 相 当 篇幅 讨 论 机 电 一 体 化 系 统 的 集 成 。第 七 章 讨 论 机 电 一 体 化 系 统 的 智 能 化 , 给 出 了 “智 能 ”的 含 义 和 实 现 的 方 法 。 着 重 对 专 家 系 统 、 模 糊 逻 辑 与 控 制
24、 、 人 工 神 经 网 络 进 行 了 深 入 浅 出 的 介 绍 。 第 八 章 系 统 介 绍 微 机 电 一 体 化 系 统 , 对 其 发 展 现状 、 市 场 前 景 、 主 要 加 工 技 术 等 做 了 比 较 概 括 的 介 绍 , 书 中 还 列 举 了 一 些 应 用 实 例 , 探 讨 了 它 的 发 展 前 景 。 本 书 是 本 人 多 年 工 作 的 体 会 , 也 是 从 方 法 论 角 度对 国 内 外 机 电 一 体 化 技 术 发 展 进 行 总 结 的 一 种 尝 试 。 希 望 本 书 既 可 供 一 般 读 者 作 为 科 普 读 物 , 又 可 供
25、 有 兴趣 的 读 者 作 为 入 门 书 , 也 可 供 机 电 一 体 化 技 术 工 作 者作 为 参 考 书 。本 书 体 例 、 内 容 以 及 观 点 , 可 能 会 有 不 当 甚 至 错误 之 处 , 热 诚 欢 迎 广 大 读 者 批 评 指 正 。本 书 的 编 写 一 直 得 到 张 瑚 、 朱 尚 廉 等 同 事 的 鼓 励机 电 一 体 化 技 术 概 览 3与 帮 助 , 并 承 蒙 中 国 科 学 院 院 士 严 陆 光 撰 写 序 言 , 特 此 表 示 衷 心 感 谢 。作 者1998 年 8 月第 一 章 机 电 一 体 化 技 术 概 述1. 世 界 制
26、造 业 的 发 展 趋 势20 世 纪 70 年 代 以 来 , 随 着 科 技 进 步 和 社 会 条 件 的 变 化 , 世 界 制 造 业 正 经 历 着 一 个 巨 大 变 革 的 时 期 , 其 特 点 主 要 表 现 在 以 下 一 些 方 面 。1.1 一 系 列 先 进 技 术 的 兴 起近 20 年 来 , 一 系 列 先 进 技 术 陆 续 兴 起 并 获 得 迅 速 发 展 , 主 要 包 括 电 子 技 术 ( 包 括 微 电 子 技 术 和 电 力 电 子 技 术 ) 、 计 算 机 技 术 、 现 代 通 信 技 术 、 现 代 控 制 技 术 、 激 光 技 术
27、、 新 能 源 技 术 、 新 材 料 技 术 、 航 天 技 术 、 海 洋 工 程 技 术 和 生 物 工 程 技 术 等 。 这 些 新 技 术 在 自 身 发 展 的 同 时 , 它 们 彼 此 之 间 , 它 们 与 传 统 技 术 之 间 , 又 互 相 渗 透 , 互 相 结 合 , 形 成 多 种 复 合 技 术 , 进 一 步 推 动 科 技 发 展 出 现 新 的 高 潮 。 在 众 多 的 新 兴 技 术 中 , 微 电 子 技 术 的 发 展 起 了 主 导 作 用 。 有 人 归 纳 微 电 子 产 业 的 发 展 有 7 个 显 著 趋 势 : 设 计 复 杂 度
28、每 6 年 增 长 10 倍 ; 设 计 的 技 术 性 能 每 8 年 增 长 10 倍 ; 每 一 块 芯 片 上 的 门 数 每 6 年 增 长 10 倍 , 功 耗 问 题 将 日 益 严 重 ; 测 试 矢 量 随 着 设 计 复 杂 度 的 提 升 将 呈 指 数 增 长 ; 半 导 体 供 应 商 的 成 本 将 以 每 12 年 10 倍 的 速 度 增 长 ,2 第 一 章 机 电 一 体 化 技 术 概 述因 此 , 半 导 体 厂 商 的 重 点 将 转 向 利 用 知 识 产 权 来 生 产 高 附 加 值 的 产 品 方 面 ; 随 着 单 个 芯 片 集 成 度 的
29、 提 高 , 将 有 越 来 越 多 的 产 品 把 微 处 理 器 、 存 储 器 、 控 制 逻 辑 等 集 成 在 一 个 芯 片 上 ; 微 处 理 器 、 计 算 机 及 外 设 、 计 算 机 网 络 等 将 保 持 较 高 的 年 增 长 速 度 。微 电 子 技 术 这 种 发 展 趋 势 , 必 将 促 进 大 量 新 产 品 的 开 发 ,形 成 一 系 列 新 兴 产 业 , 并 改 变 传 统 产 业 的 结 构 以 至 生 产 方 式 。 1.2 对 市 场 响 应 速 度 成 为 首 要 因 素 传 统 的 相 对 稳 定 的 市 场 向 着 动 态 多 变 的 市
30、 场 转 化 , 为 应付 瞬 息 万 变 的 市 场 需 求 , 制 造 业 必 须 不 断 加 速 产 品 的 更 新 换 代 。 由 于 顾 客 的 需 求 不 断 向 多 样 化 发 展 , 他 们 要 求 产 品 既 要 有 高 质 量 和 高 性 能 , 又 要 使 价 格 和 交 货 期 在 合 理 的 范 围 之 内 。 在 这 种 形 势 下 , 制 造 业 必 须 具 备 以 下 几 种 能 力 : 时 间 响 应 能 力 强 , 即 生 产 周 期 尽 可 能 短 , 交 货 及 时 , 产 品 上 市 快 ; 质 量 竞 争 能 力 高 , 即 产 品 质 量 好 而
31、且 可 靠 , 能 使 用 户 在 使 用 过 程 中 满 意 ; 产 品 价 格 适 中 , 即 尽 量 降 低 产 品 制 造 成 本 , 使 产 品 销 售 价 格 能 为 广 大 用 户 接 受 ; 具 有 良 好 的 服 务 , 即 产 品 销 售 过 程 中 和 售 后 服 务 必 须 是 一 流 的 ; 很 强 的 创 新 能 力 , 即 创 新 能 力 要 表 现 在 各 方 面 , 首 先 产 品 要 有 特 色 , 其 次 生 产 要 有 柔 性 , 以 适 应 小 批 量 多 品 种 的 需 求 , 最 后 要 有 出 奇 制 胜 的 竞 争 策 略 。企 业 具 有 上
32、 述 5 种 能 力 , 就 可 以 赢 得 时 间 , 占 领 市 场 。1.3 各 种 计 算 机 辅 助 技 术 已 深 入 制 造 领 域机 电 一 体 化 技 术 概 览 3主 要 是 采 用 CAD 技 术 , 甩 掉 绘 图 板 , 采 用 计 算 机 辅 助 工 艺 规 划 和 计 算 机 辅 助 工 程 , 对 产 品 受 热 、 受 力 、 受 振 等 进 行 分 析 , 找 出 产 品 设 计 上 的 不 足 以 便 改 进 。 将 产 品 零 件 的 几 何 数 据 , 工 艺 要 求 等 经 过 零 件 编 程 , 送 入 数 控 机 床 进 行 加 工 , 既 可
33、提 高 产 品 质 量 , 又 可 提 高 加 工 效 率 。 计 算 机 仿 真 , 可 以 大 大 缩 短 产 品 制 造 周 期 , 节 约 制 造 成 本 。 而 将 这 一 系 列 技 术 包 括 管 理 在 内 集 成 到 一 起 , 形 成 计 算 机 集 成 制 造 系 统 , 更 是 推 动 生 产 力 发 展 的 有 效 途 径 , 是 企 业 实 现 技 术 进 步 , 提 高 市 场 竞 争 能 力 的 有 力 手 段 。 波 音 777 的 设 计 和 制 造 过 程 就 是 一 个 十 分 典 型 的 例 子 。 它 取 得 的 进 展 包 括 下 列 各 方 面
34、: 从 设 计 到 生 产 全 过 程 完 全 是 数 字 量 传 递 , 实 现 了 无 纸 化 生 产 ; 通 过 数 字 化 预 装 配 等 拟 实 制 造 技 术 , 无 需 制 造 样 机 ,一 次 成 功 ; 一 架 波 音 777 飞 机 , 总 共 组 成 238 个 不 同 专 业 人 员 的 协 同 工 作 小 组 , 使 企 业 管 理 产 生 重 大 变 革 ; 在 一 个 连 接 美 国 、 加 拿 大 、 日 本 和 英 国 的 广 域 网 上 实 现 异 地 设 计 和 制 造 。 每 天 传 递 5 000 个 文 件 , 每 周 ( 5 天 工 作日 ) 传
35、递 相 当 于 6 000 本 100 万 汉 字 书 的 信 息 量 。 而 且 数 据 交换 是 按 国 际 标 准 进 行 的 。1.4 出 现 了 一 系 列 新 型 的 先 进 生 产 方 式激 烈 的 市 场 竞 争 , 促 使 制 造 业 的 生 产 方 式 和 管 理 方 式 不 断 出 现 新 的 进 展 , 一 系 列 先 进 制 造 技 术 出 现 了 , 下 面 列 举 一 些 比 较 流 行 的 模 式 。( 1) 物 料 、 制 造 和 企 业 资 源 规 划西 方 制 造 业 将 先 进 的 管 理 思 想 和 计 算 机 手 段 结 合 起 来 ,实 行 物 料
36、 资 源 规 划 ( MR P ) 、 制 造 资 源 规 划 ( M R P- ) 和 企 业4 第 一 章 机 电 一 体 化 技 术 概 述资 源 规 划 ( E R P) 。 它 们 借 助 产 品 和 部 件 的 物 料 单 、 工 艺 数 据 和 设 备 状 况 , 将 市 场 对 产 品 的 需 求 转 化 为 对 加 工 过 程 和 外 购 原 材 料 、 零 部 件 的 需 求 , 从 而 使 企 业 的 生 产 过 程 可 在 一 定 程 度 上 实 现 优 化 管 理 。 各 种 生 产 计 划 、 物 料 需 求 计 划 、 能 力 平 衡 计 划 、 采 购 库 存
37、和 控 制 、 成 本 核 算 等 原 来 需 要 大 量 人 力 和 时 间 的 工 作 , 均 由 计 算 机 进 行 , 使 计 划 调 整 和 优 化 做 到 尽 可 能 完 善 , 并 从 一 定 程 度 上 保 证 企 业 对 市 场 的 应 变 能 力 。( 2) 精 益 生 产 ( lean pr oduction)精 益 生 产 是 日 本 丰 田 汽 车 公 司 首 创 , 由 美 国 麻 省 理 工 学 院 研 究 总 结 之 后 提 出 的 名 称 。 精 益 生 产 的 基 本 目 的 是 , 在 企 业 里 获 得 极 高 的 生 产 率 , 极 佳 的 产 量 质
38、 量 和 很 大 的 生 产 柔 性 。 它 强 调 以 人 为 中 心 , 充 分 发 挥 人 的 潜 力 ; 推 行 小 组 工 作 方 式 , 由 企 业 各 部 门 专 业 人 员 组 成 面 向 项 目 的 工 作 组 , 由 工 作 组 对 产 品 的 开 发 和 生 产 全 面 负 责 。 精 益 生 产 面 向 用 户 , 根 据 用 户 需 求 , 以 最 快 速 度 和 适 宜 的 价 格 , 用 高 质 量 的 产 品 去 占 领 市 场 。 精 益 生 产 认 为 在 制 造 过 程 中 , 凡 是 不 能 产 生 附 加 值 的 因 素 都 是 浪 费 。 因 此 它
39、 采 用 看 板 生 产 , 即 由 下 游 的 需 要 决 定 上 游 工 序 是 否 应 该 生 产 , 由 适 时 生 产 来 达 到 零 库 存 , 以 缩 短 生 产 周 期 , 加 快 资 金 周 转 和 降 低 生 产 成 本 。 它 实 行 全 面 质 量 管 理 , 以 保 证 产 品 质 量 达 到 零 缺 陷 。 它 实 行 适 度 自 动 化 , 不 允 许 生 产 线 中 出 现 瓶 颈 , 用 增 加 生 产 能 力 的 办 法 消 除 生 产 线 中 的 不 平 衡 , 因 此 生 产 能 力 总 是 过 剩 , 使 初 始 投 资 增 加 。 与M R P- 相
40、 比 较 , 对 设 备 故 障 、 生 产 波 动 的 承 受 能 力 要 弱 。 精 益 生 产 方 式 使 日 本 汽 车 工 业 达 到 前 所 未 有 的 高 峰 , 年 产 量 达 到 1 300 万 辆 , 占 世 界 汽 车 生 产 总 量 的 30% 以 上 。 日 本 汽 车 工 业 的 高 速 发 展 , 带 动 了 日 本 的 其 他 工 业 , 创 造 了 日 本 经 济 繁 荣 的 奇 迹 。机 电 一 体 化 技 术 概 览 5( 3) 敏 捷 制 造 ( agile manufact ur ing)这 是 美 国 里 海 大 学 通 过 对 美 国 工 业 界
41、的 经 验 总 结 , 提 出 的 一 种 新 的 制 造 模 式 。 敏 捷 制 造 的 主 要 思 路 是 : 生 产 系 统 是 可 重 构 的 , 可 以 根 据 需 要 不 断 加 以 改 变 ,以 增 强 市 场 响 应 能 力 ; 是 信 息 密 集 型 的 制 造 系 统 , 能 根 据 产 品 变 化 组 织 生产 , 使 生 产 成 本 与 批 量 无 关 , 生 产 上 万 件 同 一 型 号 产 品 和 生 产 上 万 件 型 号 各 异 的 产 品 , 生 产 成 本 基 本 相 同 ; 充 分 发 挥 人 的 积 极 性 和 创 造 性 ; 将 传 统 递 层 多
42、阶 结 构 转 变 成 扁 平 多 元 化 灵 活 结 构 ; 利 用 信 息 高 速 公 路 , 建 立 遍 布 全 国 的 工 厂 网 络 ; 制 造 单 元 是 分 布 式 、 模 块 化 、 能 独 立 自 主 生 产 的 。 敏 捷 制 造 是 将 先 进 的 制 造 技 术 、 灵 活 的 管 理 机 制 、 熟 练而 有 知 识 的 劳 动 力 和 有 创 新 精 神 的 技 术 人 员 集 成 在 一 起 的 新 型 制 造 模 式 , 它 能 最 大 限 度 地 响 应 市 场 变 化 。美 国 汽 车 公 司 ( U nit ed Stat es M ot or Co.)
43、是 敏 捷 制 造 的 例 子 。 该 公 司 可 以 做 到 以 用 户 为 中 心 , 并 允 许 用 户 根 据 自 己 需 求 设 计 汽 车 。 而 且 保 证 : 每 辆 汽 车 都 按 用 户 要 求 制 造 ; 每 辆 汽 车 从 订 货 起 3 天 内 交 货 ; 在 汽 车 的 寿 命 周 期 内 , 有 责 任 使 用 户 满 意 。( 4) 拟 实 制 造 ( vir t ual manufactur ing)拟 实 制 造 是 最 近 提 出 的 概 念 。 对 于 这 个 概 念 目 前 有 多 种 理 解 和 定 义 , 这 里 只 介 绍 一 种 较 为 流 行
44、 的 提 法 。 拟 实 制 造 是 在 计 算 机 中 , 像 在 真 实 世 界 中 一 样 , 用 拟 实 模 型 描 述 拟 执 行 的 全 部 制 造 过 程 , 以 期 在 实 际 进 行 制 造 之 前 , 预 测 产 品 的 功 能 及 可 制 造 性 等 可 能 存 在 的 问 题 。6 第 一 章 机 电 一 体 化 技 术 概 述拟 实 制 造 有 一 系 列 优 点 , 主 要 是 : 可 以 节 省 成 本 和 缩 短 产 品 上 市 时 间 , 据 估 算 缩 短 上 市 时 间 一 年 可 降 低 开 发 成 本 25% , 投 资 成 本 20% , 产 品 直
45、 接 成 本 2% ; 可 以 在 设 计 过 程 中 实 现 直 接 反 馈 ; 产 品 的 设 计 和 测 试 以 软 件 实 现 ; 实 现 无 纸 加 工 和 对 全 部 过 程 跟 踪 , 以 及 自 动 建 档 ; 修 改 和 复 制 均 在 计 算 机 屏 幕 上 进 行 ; 可 以 模 拟 在 车 间 加 工 的 全 过 程 ; 增 加 人 们 对 制 造 过 程 及 系 统 的 了 解 。 拟 实 制 造 也 存 在 不 少 风 险 , 主 要 是 软 件 工 程 师 对 系 统 的物 理 性 质 和 存 在 的 限 制 不 了 解 , 对 真 实 过 程 存 在 的 困 难
46、 和 操 作 特 定 装 置 的 方 法 不 了 解 , 而 程 序 员 、 用 户 和 装 置 工 程 师 又 不 了 解 软 件 的 限 制 和 术 语 、 假 设 及 逻 辑 。 如 何 验 证 软 件 的 正 确 性 和 鲁 棒 性 也 是 个 难 题 。目 前 只 有 极 少 的 企 业 实 现 了 拟 实 制 造 , 如 前 面 提 到 的 波 音 公 司 设 计 波 音 777 飞 机 时 就 全 部 采 用 了 这 种 方 式 。 波 音 公 司 把 系 统 开 发 和 测 试 设 施 与 飞 机 测 试 集 成 起 来 。 部 件 测 试 是 实 时 地 、 远 距 离 地
47、进 行 。 用 飞 行 仿 真 器 和 虚 拟 现 实 技 术 , 在 各 种 模 拟 条 件 下 对 飞 机 进 行 飞 行 试 验 , 工 程 师 在 工 作 站 上 解 决 各 种 问 题 。 结 果 波 音 777 飞 机 未 进 行 实 地 试 飞 , 一 次 上 天 就 获 得 成 功 。( 5) 虚 拟 企 业 ( vir t ual enter pr ise)虚 拟 企 业 是 以 信 息 化 为 基 础 地 将 分 布 在 各 地 的 各 种 资 源 联 结 起 来 , 进 行 产 品 开 发 制 造 的 动 态 组 合 。 这 里 所 指 的 “各 地 ”可 以 是 一 个
48、 地 区 , 一 个 国 家 , 甚 至 是 全 世 界 。 虚 拟 企 业 可 以 最 快 最 省 地 开 发 产 品 , 在 最 短 时 间 将 产 品 推 向 市 场 , 而机 电 一 体 化 技 术 概 览 7且 可 以 最 大 限 度 地 分 散 风 险 。 虚 拟 企 业 不 是 虚 构 的 而 是 实 实 在 在 存 在 的 。 特 点 是 其 功能 是 协 同 的 , 其 组 织 是 动 态 的 , 其 所 处 地 域 是 分 散 的 。 功 能 协 同 化 是 指 虚 拟 企 业 虽 具 有 制 造 企 业 一 切 必 须 的 功能 , 如 产 品 设 计 、 制 造 、 装
49、 配 、 调 试 、 营 销 、 服 务 等 , 但 不 设 立 机 构 , 而 是 依 靠 分 散 在 各 地 联 合 在 一 起 的 各 企 业 的 优 势 资 源 组 合 和 集 成 起 来 , 共 同 协 作 来 实 现 市 场 目 标 。我 们 所 说 的 “两 头 在 内 , 中 间 在 外 ”, 就 具 有 虚 拟 企 业 的 性 质 。 将 一 些 零 部 件 组 织 专 业 厂 加 工 生 产 , 而 将 企 业 的 主 要 人 力 资 源 用 于 专 攻 附 加 值 高 的 产 品 开 发 、 装 配 、 调 试 等 。 这 样 协 同 生 产 可 以 将 不 同 产 品 的 生 产 费 用 降 低 , 使 企 业 可 以 用 较 少 的 投 入 迅 速 反 映 市 场 的 变 化 , 增 加 竞 争 优 势 。组 织 的 动 态 化 是 指 企
