摘要：本文主要簡述先進製造系統的發展歷史，並從五個方面對其發展趨勢進行簡單地分析與歸納，最後具體對多品種小批量下的精益生產系統進行簡要介紹和分析。
關鍵字：先進製造系統精益生產工業工程
前言 自20世紀50年代末以來，以計算機為代表的資訊服務業呈現出幾何型的增長方式發展，力圖將經濟發展的重心由製造業專業到資訊服務業等第三產業，製造業正面臨著前所未有的挑戰。為此，傳統的製造業必須與其它新興產業相結合，將其發展成為一門技術含量高、附加值大的產業。近十幾年來，先進製造技術（advanced manufacturing technology，簡稱amt）[1]以資訊為主導，結合最新的理論與理念，向全球化、網路化、虛擬化以及環保全面協調的綠色化發展，期間計算機整合製造系統(cims)、敏捷製造(am)、併行工程(ce)、虛擬生產(vm)、精益生產(lp)、智慧型製造(im)、綠色製造(gm)等先進的製造模式都應運而生。
隨著發展的不斷深入，先進製造技術（amt）不僅利用大量應用計算機資訊技術，而且吸取其它學科的理論和方法，amt變得越來越整合化和複雜化。[2]比如由於生產系統中，生產排程的固有複雜性，促使排程吸取了其它學科中大量研究成果，如運籌學、 人工智慧、 系統**、 大型系統和最近，控制理論，和其他部門的工程和電腦科學。[3][4][5]裝置布局中，大量的啟發式演算法的運用。
[6]以及數學規劃，bellman的動態程式設計[7]和基於人工智慧方法[8]的實現。
本文主要簡述先進製造系統的發展歷史，並從五個方面對其發展趨勢進行簡單地分析與歸納，最後具體對多品種小批量下的精益生產系統進行簡要介紹和分析。 正文
一、先進製造系統發展
製造活動是社會最基本的活動，也是人類創造物質財富的基本手段。從全世界整體來看，國民生產總值（gdp）的1/3是製造業創造的，工業生產總值4/5是製造業創造的，國家財政收入的1/3是製造業提供的，出口的90%是製造業提供的。製造是全面建設小康社會的第一支柱產業，經濟活動部門中64%以上屬於製造業，工業就業人數中90%屬於製造業，整個社會50%的就業由製造業提供，工業稅收80%由製造業提供。
[9]而製造系統是人類為了以最有效的方式實現從原料到產品轉換的必然產物。縱觀先進製造系統的發展歷史，大體可將其的發展歷程分為五個階段：
第乙個階段：剛性製造系統。該階段大致在20世紀50年代之前，主要以專業工具機和自動單機等組成的剛性流水生產線生產為代表。
其特點是可實現固定產品的高生產率生產，適應大批量生產，但是很難實現產品生產的改變。該階段的生產模式主要是以手工勞動密集型或機械化裝置密集型少品種大批量生產。
第二階段：數控加工系統。該階段在20世紀50年代至70年代初期間，由計算機、微電子、資訊和自動化技術快速發展，數控加工技術（nc & cnc）同時產生並迅速成熟。
數控加工系統的特點是柔性高、速度快、適應多品種、中小批量的生產。期間也誕生了許多先進製造模式，其中包括以準時化生產（jit）與自働化（jidoka）為支柱，結合成組技術（gt）與品質管理（qc）的精益生產（lp）；依靠計算機數控工具機和模組化技術支援其高柔性和高自動化的柔性製造也在2023年以「系統24」 (molinssystem-24)[10]提出。
第三階段：柔性加工系統。該階段在20世紀70年代期間，由數控工具機、加工中心、柔性製造單元（fmc）、柔性製造系統（fms）、柔性製造線（fml）、計算機整合製造系統（cims）等組成。
柔性加工系統的特點是增強製造企業的靈活性和應變能力，縮短產品生產週期，提高裝置使用效率和員工勞動生產率以及改善產品質量等。
第四階段：計算機整合製造系統。該階段在20世紀70年代末20世紀末，主要由計算機輔助設計系統（cad）、計算機輔助工藝設計系統（capp）、計算機輔助製造系統（cam）等所有的企業技術和管理功能組成。
其主要特徵是強調製造全過程的系統性和整合性，以解決企業生存與競爭的六大指標——tqcsfe。[11]
第五階段：智慧型製造系統。該階段是20世紀80年代末至今，智慧型製造是指利用計算機模擬製造業人類專家的分析、判斷、推理、構思和決策等智慧型活動,並將這些智慧型活動與智慧型機器有機地融合起來,將其貫穿應用於整個製造企業的各個子系統,以實現整個製造企業經營運作的高度柔性化和高度整合化,從而取代或延伸製造環境中人類專家的部分腦力勞動,並對製造業人類專家的智慧型資訊進行蒐集、儲存、完善、共享、繼承與發展。
其主要特徵是加工過程的智慧型監視、診斷和控制；資訊網路技術、生產過程中的只能排程、規劃、**與優化等。
綜上所述可知，在科學技術高速發展與市場需求的多樣化與多層化條件下，先進製造系統的發展趨勢可從生產方式、生產過程、生產規模、生產技術及資源配備五個方面進行歸納。（如圖1）
圖1 先進製造系統發展趨勢
二、多品種小批量環境下精益生產方式研究
精益生產(lp)是由美國麻省理工學院(mit)的國際汽車組織(imvp)所提出,現在全世界汽車行業中已得到這樣的共識,「在****中,精益生產最終必然取代原來的大量生產方式。」[13]。但是在多品種小批量環境下的精益生產方式有存在這它的侷限性。
如何對精益生產方式進行改進，使其能夠適應多品種小批量生產是眾多企業近幾年一直面臨的問題。時至今日這個問題也沒有得到有效的解決。
目前，國內外對多品種小批量生產在作業計畫與提前期或拖期有一定的研究。karmarkar 等人[14]和 zipkin[15]研究表明生產提前期與生產批量大小，生產品種的不同和訂單投放時間這些因素密切相關，嚴重依賴於加工中心的生產組織。karmarkar 等人[14]，zipkin[15]，shanthikumar 和 buzacott[16]採用排隊模型來分析生產系統的提前期問題，這種模型也能夠根據排隊時間來計算在製品和提前期最小化時的生產批量。
但是它的侷限性是它們假定生產過程必須處於穩定平衡以及重複性製造環境中，模型方法的效果在持續變化的動態環境中是很差的。
本質上講，job shop 加工問題屬於多品種小批量生產問題。baker[17]通過作業排序方法來研究提前期問題。palekar[18]對乙個包含阻塞情況的週期性 conwip流水車間的作業排序和在製品水平進行了研究。
何楨等人[19]對應用啟發式演算法對 job shop 排序縮短生產提前期進行了大量的研究。
王瑋等人[22]建立帶有隸屬度函式的單件和批量製造業模糊交貨期下的準時化生產計畫模型，將以往確定性準時化生產計畫問題擴充套件到模糊不確定性準時化生產計畫，並為實際生產計畫的編制提供了一種有效方法
毛建忠和吳智銘[23]以成組技術為基礎，提出了一種使提前期和拖期懲罰最小的 job shop 排程模型，並把啟發式演算法與拉格朗日鬆弛技術結合起來給出了求解這一排程模型的方法。
趙偉等人[24]建立多級混流裝配線的排程模型研究了使不同生產級上各零部件的消耗量盡可能保持均勻的排程問題，並用遺傳演算法和模擬退火方法進行求解。
牛海軍和孫樹棟[25]針對單機分批作業準時生產方式，研究了總加工成本最小化目標下不允許出現拖期的批排程問題，並給出了乙個使得目標函式最小的確定最優分批與各批次的開始時間的啟發式演算法
陳偉達和達慶利[26]提出了一種求解job shop準時排程問題的兩層遺傳演算法來解決工藝路線可變的job shop準時排程問題。
國外學者askin等人以及國內西南交通大學的康傑研究發現，拉動控制方式（諸如看板、dbr和conwip控制策略）比推動控制方式更容易控制，會導致更高的系統效能。在拉動系統中有很少的阻塞，因為在製品的變異在減少。通過第二章的對物流與庫存控制策略的分析可以發現，看板控制策略由於多適用於重複性很強的穩定的生產環境，精益生產的柔性不足很大程度上就是由於看板的設定使得調整產量和變換品種變得很困難（看板總是根據過去需求的物料種類和數量來生產，如果需求變化，就會出現嚴重問題）。
同樣，如果企業的生產品種和產量頻繁變化，企業也就很難做到均衡生產，看板拉動生產就無從談起；conwip控制策略能較好的適用多品種小批量生產環境，但是當系統存在嚴重的瓶頸時，就會導致大量庫存和生產停頓；dbr控制策略需要及時地識別系統的瓶頸所在，並且要求瓶頸不能頻繁、動態變動，然而在多品種小批量生產環境下，系統瓶頸卻經常隨品種不同而轉移。因此在多品種小批量生產環境下，單獨採用任何一種控制策略都可能出現問題。本文提出混合準時制(jit)、約束理論(toc)與工作負荷控制(wlc)的精益製造資源計畫與控制模式能夠充分利用負荷控制的核心思想控制系統的輸入輸出(input-output)，消除訂單需求的波動，避免車間關鍵資源的「飢餓」(starvation)或「擁堵」(congestion)，為潛在的能力約束資源(ccrs, capacity constraint resources)提供少量穩定的緩衝，平衡車間工作流；利用toc的方法識別系統的制約因素，並通過重新設計以提公升組織響應市場需求與機會的有效性，特別運用dbr (drum-buffer-rope) 的方法進行車間層次的基於瓶頸識別的生產排序；將jit作為現場工作流的計畫與控制方式，實現適時、適品、適量生產。
由此，實現對製造系統的有效控制和生產管理，從而大幅度提高生產運作效率，提高資源利用率，解決企業面臨的拖期嚴重、製造成本高、不能及時響應客戶需求等問題。
總結 本文第一部分，按先進製造系統的出現順序分五個階段簡述其發展歷史，再從五個方面對其發展趨勢進行簡單地分析與歸納，第二部分對先進製造系統中的精益生產在多品種小批量環境的運用進行簡要的分析，最後結合國內外研究，提出綜合混合準時制(jit)、約束理論(toc)與工作負荷控制(wlc)的精益製造資源計畫與控制模式來解決多品種小批量環境下精益生產方式的侷限性。
參考文獻
[1]. 馮琴. 先進製造技術與發展趨勢[j]. 科技資訊(學術研究),2007,19:325-326.
[2]. 楊東濤,黃忠東. 基於先進製造技術的學習和技能獲取過程:乙個整合的概念性框架[j]. 科技進步與對策,2008,11:19-22.
[3]. gupta, evans, gupta, a review of multi-criterion approaches to fms scheduling problems, international journal of production economics 22( 1991) 13–31.
[4]. rodammer, k. preston white jr.
, a recent survey of production scheduling, ieee transactions on systems, man and cybernetics 18 (6)(1988) 841–851.
先進製造技術
先進製造技術院系 專業 姓名 學號 輔導教師 一 前言 二 目錄 一 先進製造技術及其主要特點 1 先進製造技術的定義。2 先進製造技術產生的背景。3 先進製造技術的特點。二 先進製造技術的構成及分類 1 先進製造技術的構成。2 先進製造技術的分類。三 先進製造技術的現狀及發展趨勢 1 世界製造業現...
先進製造技術心得
上課期間講了重點講了兩個關於 先進製造技術 這門課程裡的重點，第乙個是精密和超精密切削加工。精密和超精密切削加工是在傳統切屑加工技術基礎上，綜合應用近代科技和工藝成果而形成的一門高新技術，是現代軍事電子裝備製造中不可缺少的重要基礎技術。其中精密切削加工是指切屑加工誤差為100.1um,表面粗糙度值為...
《先進製造技術》學習報告
2010年9月22日 這學期我接觸了 先進製造技術 這門課，由於這門課是一門考察科目，我學得不太認真，所以我只有從書本上和網上來學習這門科的知識。以下內容我對 先進製造技術的 先進製造技術amt advanced manufacturing te ology 是在傳統製造的基礎上，不斷吸收機械 電子...