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互联网+智能制造 驱动制造业变革的新引擎 PDF下载

编辑推荐

“互联网 ”思维不断引领产业的变革,各类“互联网 ”概念不断涌现。对于“金属色”浓重的制造业,如何实现与互联网的融合?

物联网、云计算、大数据,这些新兴的“时髦”名词,能与制造业搭配出什么样的色彩?

《中国制造2025》在现今的生活中已经有了哪些成果,又将在未来的发展中创造怎样的奇迹?

在人工智能持续热度的情况下,如何让产品“学会思考”?

这些问题的答案,都可以在本书中找到。

从专业的角度,用易懂的语言,举身边的例子,你可以了解到一个不一样的制造产业,可以和作者一起展望未来的机器世界。

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内容简介

制造业作为国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。从18 世纪*次工业革命开始,世界强国的交替兴衰一再证明,制造业是国家强盛的根本所在。在中国,随着要素成本的持续上升和传统比较优势的不断弱化,过去依靠发达国家拉动作为增长引擎的局面正在发生变化,从低附加值、劳动密集型模式向追求高附加值、高技术含量模式的转变,是中国制造业面临的巨大挑战。

本书以科普为目的,概要地介绍了“互联网 ”与“智能制造”在时代背景下涌现的新思路、新技术和新方法。*章,结合美国、德国等发达工业国家的案例,介绍了“互联网 智能制造”的起源与发展,及其对产业链及产品生命周期的影响;第二章,结合英特尔公司、苹果公司与波音公司的案例,介绍了分布式协同设计等智能化的产品设计方法;第三章,从产品制造的角度出发,论述了制造物联、车间大数据等技术对“中国智造”所带来的影响;第四章,介绍了现代化的柔性供应链及准时制生产等内容;第五章,介绍了机器学习等技术开发出的智能化应用,赋予产品智慧;第六章,结合中小企业云制造平台的案例,介绍了云计算在制造行业中的应用与发展;第七章,从宏观的角度出发,阐述“智能制造”为产业革命增添的新动力。

制造业作为国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。从18 世纪*次工业革命开始,世界强国的交替兴衰一再证明,制造业是国家强盛的根本所在。在中国,随着要素成本的持续上升和传统比较优势的不断弱化,过去依靠发达国家拉动作为增长引擎的局面正在发生变化,从低附加值、劳动密集型模式向追求高附加值、高技术含量模式的转变,是中国制造业面临的巨大挑战。

本书以科普为目的,概要地介绍了“互联网 ”与“智能制造”在时代背景下涌现的新思路、新技术和新方法。*章,结合美国、德国等发达工业国家的案例,介绍了“互联网 智能制造”的起源与发展,及其对产业链及产品生命周期的影响;第二章,结合英特尔公司、苹果公司与波音公司的案例,介绍了分布式协同设计等智能化的产品设计方法;第三章,从产品制造的角度出发,论述了制造物联、车间大数据等技术对“中国智造”所带来的影响;第四章,介绍了现代化的柔性供应链及准时制生产等内容;第五章,介绍了机器学习等技术开发出的智能化应用,赋予产品智慧;第六章,结合中小企业云制造平台的案例,介绍了云计算在制造行业中的应用与发展;第七章,从宏观的角度出发,阐述“智能制造”为产业革命增添的新动力。

作者简介

郭宇

南京航空航天大学机电学院副院长,教授,博士生导师。研究方向包括制造物联技术、制造系统建模与仿真、研发知识管理等。被评为江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师,江苏省“333高层次人才培养工程”对象等。现担任中国机械工程学会高级会员、中国航天学会会员、国家工业和信息化部科技计划咨询专家、南京市数字化设计制造协会理事等职务。在国内外重要期刊发表学术论文70余篇,获软件著作权及国家专利各12余项,并获得*、省部级、校级等各类科研教学奖励10余项。

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目录


第一章  “互联网 智能制造”的昨天与今天

3  一、“互联网 ”对产业链和产品生命周期的彻底改变

27  二、智能制造,互联网产业的下一个“台风眼”

  第二章  智能化的产品设计:世界是平的

34  一、分布式协同设计

51  二、基于知识的复杂产品网络化制造

73  三、英特尔、苹果与波音案例

  第三章  从“中国制造”到“中国智造”

90  一、升级企业级应用系统,事半功倍

101  二、车间中的通信及智能化管控

119  三、制造车间里的大数据

129  四、当电脑直接与机器对话

  第四章  柔性供应链:将设备与市场连接

151  一、供应商管理的融合之道

165  二、准时制生产:Just In Time

179  三、永远不变的信条:顾客至上

  第五章  让产品更智慧

187  一、智能制造的“制胜法宝”:用户体验

203  二、机器学习:让产品思考

215  三、智能产品就在你身边

230  四、跨界营销精彩案例

  第六章  智能制造走进“云”时代——云制造

236  一、云制造的起源与特征

241  二、云制造平台

251  三、中小企业云制造平台案例

255  四、私有云、公有云与混合云的运行模式

  第七章  产业革命新常态的新动力

269  一、如何理解新常态

270  二、中国的工业化进程和增长动力变化

272  三、如何培育新动力

274  参考文献

媒体评论

“互联网 ”、大数据、云计算、物联网等所带来的不仅是新的信息技术平台,更是新思维、新模式。

——中国科学院院士 ; 吕建

本书内容全面,通俗易懂,结合一些案例分析,有参考价值和实用意义。相信本书的出版将会对推动我国“互联网 智能制造”的发展起到积极作用,引发更多企业对智能制造的关注,希望在智能制造的推进中有更多的创新和可复制推广的经验出现。

——中国工程院院士 邬贺铨

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二、准时制生产:Just In Time

(一)Just In Time概念

准时制生产JIT(Just InTime)是指一种生产理念,这种生产理念通常是建立在力求消除一切浪费和不断提高生产率的基础上的。从产品设计直到产成品发送,它覆盖了这一整套的生产活动。包括从原材料开始的各个在制品生产阶段,只要这些活动是出产一件最终产品所需要的,都必须向消除一切浪费、不断提高生产率的目标看齐。

它的核心思想是“在需要的时候,按需要的量生产所需的产品”,即通过生产的计划和控制及库存的管理,追求一种无库存或库存达到最小的生产系统。

日本丰田汽车公司在20世纪60年代第一次实行准时生产方式。这种生产方式在1973年以后丰田公司所经历的第一次能源危机中起到了突出的作用,随后引起其他国家生产企业的重视,并逐渐在欧洲和美国的日资企业及当地企业中推行开来,现在这一方式与源自日本的其他生产、流通方式一起被西方企业称为“日本化模式”。其中,日本生产、流通企业的物流模式对欧美的物流产生了重要影响。

(二)丰田公司迈向Just In Time管理的道路

长期以来,丰田的生产和管理系统一直都是丰田公司核心竞争力和高效率的源泉,同时也是国际上企业经营管理效仿的榜样。例如,作为丰田生产管理一大特点的看板管理已被世界各地的企业所采用。如今,包括通用电气公司、福特公司、克莱斯勒公司等在内的很多著名的大型企业都在学习丰田管理模式的基础上,建立了各自的管理系统,以试图实现标杆超越。尽管丰田管理模式已经被全球所认同和接受,但令人惊异的是,真正成功的企业却并不多,如今位于日本的丰田公司每天都要接受数以万计的企业高级管理者参观,这些参观者将他们看到的管理方式带到本国后,并没有得到意想的效果,因此,很多人认为丰田管理模式的成功根源于其独特的文化因素。但事实并非如此,例如同是日本公司的尼桑和本田却并没有达到丰田的标准,而丰田本身却将其独特的管理模式带到了全世界,这其中的代表就是位于美国肯塔基州的丰田乔治城汽车生产厂,该厂自1988年7月开始在1
300英亩

1英亩
=
4046.86平方米
)的厂址上进行批量生产,年生产能力为200 000辆Camry轿车,相当于以往美国从日本进口同类型轿车的总量,1991年秋天丰田美国公司引入了全新的Camry轿车,1992年该类型车的供应量为40 000辆,销售额增加20%。新的Camry轿车属于中等家庭车系列,占有美国所有轿车市场l/3的市场份额,价格平均为18 500美元,税前平均利润为17%,显然其经营绩效是十分瞩目的。

由此看来,并不是因为其独特的日本文化而导致丰田管理模式难以为其他国家的企业所学习,最主要的原因还在于参观者所看到的丰田管理模式只是诸如它的活动、连接和生产流等外在的东西,这些东西都是较为固定,甚至有些死板的。但实际上,在这些看似简单的活动和流程后面,却蕴含着丰田公司巨大的柔性和适应性,正是这些看似简单却颇具柔性的管理特点,造就了丰田公司举世瞩目的经营业绩,也使得它的柔性化生产管理方式——TPS(Toyota Production System)成为管理中的精髓,并使大规模定制模式下的敏捷产品开发和生产成为现实。

1. JIT生产方式

在丰田生产方式的发展史上,共有三位杰出的人物对其做出了杰出的贡献:丰田佐吉、其子丰田喜一郎和生产工程师大野耐一。

1927年,佐吉的儿子喜一郎完成了“即时到位”的生产思想和方法,这种思想是指在彻底完备各种专用工作机器和加工组装工具并统一它们规格的同时,对零部件进行提前喷漆和辅助安装,然后供给组装工厂的流水作业形式,这就是后来成为“丰田生产方式”另一大支柱的“准时化生产”体系。

喜一郎远赴美国学习了亨利福特的生产系统。归国时,他已经完全掌握了福特的传送带思想并下定决心在日本的小规模产量汽车生产中加以改造应用。喜一郎的办法是,在装配生产线的各工序,只在必要的时候,提供必要数量的必要零件。因此,每一道工序只是在下一道工序需要的时候,才生产所需种类和数量的零部件。生产和输送在整条生产线上,同时协调进行,在每一工序中和不同工序间都是如此。喜一郎就这样奠定了“Just In Time”(零部件应在正好的时间到达正好的位置的准时生产片)的基础。

除此之外,1954年,丰田在管理方面引进了一系列的全新生产方式,并在其后的发展过程中将其逐步演变成今天众所周知的“看板方式”。这一方式实际上就是丰田喜一郎率先倡导的“Just In Time”这一理念的具体体现。

“技术设备引进对国产化→建立规模生产体制→高度成长→工业巨大化→强化国际竞争力→出口增大对全球战略”,日本汽车工业从其起步到今天经历了这样一个过程。但是,日本汽车工业从一开始的技术设备引进阶段就没有全部照搬美国的汽车生产方式。这一方面是受限于当时的日本国内市场环境、劳动力以及二次世界大战之后资金短缺等原因。而另一方面一个不容忽视的原因是,以丰田汽车公司副总裁大野耐一等人为代表,他们从一开始就意识到了,美国汽车工业的生产方式虽然已很先进,但需采取一种更灵活、更能适应市场需求的能够提高产品竞争力的生产方式。

整个汽车市场在20世纪后半期进入了一个市场需求多样化的新阶段,与此同时,对质量的要求也越来越高,如何有效地组织多品种小批量生产成为了制造业随之面临的新课题,否则生产过剩所带来的设备、人员、库存费用等一系列的浪费,将会影响企业的竞争能力以至于生存。

在这种历史背景下,1953年,日本丰田公司的副总裁大野耐一综合了单件生产和批量生产的特点和优点,准时生产就在这种情况下应运而生,它是一种在多品种小批量混合生产条件下高质量、低消耗的生产方式。

准时生产方式的基本思想是“只在需要的时候,按需要的量,生产所需的产品”,即追求一种无库存或库存达到最小的生产系统。准时生产的基本思想是生产的计划和控制及库存的管理。

JIT生产方式以准时生产为出发点,在暴露出生产过量和其他方面的浪费以后,再对设备、人员等进行淘汰、调整,从而达到降低成本、简化计划和提高控制的目的。在生产现场控制技术方面,JIT的基本原则是准时生产,即在正确的时间内生产正确数量的零件或产品。它将传统生产过程中前道工序向后道工序送货,改为后道工序,根据“看板”向前道工序取货,JIT生产现扬控制技术的核心是看板系统,但JIT绝不仅仅是看板管理。

JIT的目标是彻底消除无效劳动和浪费,具体要达到以下目标:

(1)废品量最低(零废品)。JIT要求消除各种引起不合理的原因,在加工过程中每一工序都要求达到最好水平。

(2)库存量最低(零库存)。JIT认为,库存是生产系统设计不合理、生产过程不协调、生产操作不良的证明。

(3)准备时间最短(零准备时间)。准备时间长短与批量选择相联系,如果准备时间趋于零,准备成本也趋于零,就有可能采用极小批量。

(4)生产提前期最短。短的生产提前期与小批量相结合的系统,应变能力强,柔性好。

(5)减少零件搬运,搬运量低。零件送进搬运是非增值操作,如果能使零件和装配件运送量减小,搬运次数减少,可以节约装配时间,减少装配中可能出现的问题。

(6)机器损坏低。

(7)批量小。

为了达到上述目标,JIT对产品和生产系统设计考虑的主要原则有以下三个方面:

(1)在当今产品寿命周期已大大缩短的年代,产品设计应与市场需求相一致,在产品设计方面,应考虑产品设计完后要便于生产。

(2) 尽量采用成组技术与流程式生产。

(3)与原材料或外购件的供应者建立联系,以达到JIT供应原材料及采购零部件的目的。

在JIT方式中,试图通过产品的合理设计,使产品易生产、易装配,当产品范围扩大时,即使不能减少工艺过程,也要力求不增加工艺过程,具体方法有:①模块化设计;②设计的产品尽量使用通用件、标准件;③设计时应考虑易实现生产自动化。

均衡化生产是JIT的基础之一,即平均制造产品,使物流在各作业之间、生产线之间、工序之间、工厂之间平衡、均衡地流动。为达到均衡化,在JIT中采用月计划、日计划,并根据需求变化及时对计划进行调整。

为了减少排队时间、运输时间和准备时间,JIT提倡采用对象专业化布局。在工厂一级采用基于对象专业化布局,以使各批工件能在各操作间和工作间顺利流动,减少通过时间;在流水线和工作中心一级采用微观对象专业化布局和工作中心形布局,可以减少通过时间。

JIT可以使生产资源合理利用,包括劳动力柔性和设备柔性。当市场需求波动时,要求劳动力资源也作相应调整。如需求量增加不大时,可通过适当调整具有多种技能操作者的操作来完成;当需求量降低时,可采用减少生产班次、解雇临时工、分配多余的操作工去参加维护和维修设备。这就是劳动力柔性的含义;而设备柔性是指在产品设计时就考虑加工问题,发展多功能设备。

JIT强调全面质量管理,目标是消除不合格品,消除可能引起不合格品的根源,并设法解决问题。JIT中还包含许多有利于提高质量的因素,如批量小、零件很快移到下个工序、质量问题可以及早发现等。

JIT生产管理方式在20世纪70年代末期从日本引入我国,长春第一汽车制造厂最先开始应用看板系统控制生产现场作业。到了1982年,第一汽车制造厂采用看板取货的零件数,已达其生产零件总数的43%。20世纪80年代初,中国企业管理协会组织推广现代管理方法,看板管理被视为现代管理方法之一,在全国范围内宣传推广,并为许多企业采用。

近年来,在我国的汽车工业、电子工业、制造业等实行流水线生产的企业中应用JIT,获得了明显效果,例如第一汽车制造厂、第二汽车制造厂、上海大众汽车有限公司等企业,结合厂情创造性地应用JIT,取得了丰富的经验,创造了良好的经济效益。

JIT以订单驱动,通过看板,采用拉动方式把供、产、销紧密地衔接起来,使物资储备、成本库存和在制品大为减少,提高了生产效率。这一生产方式在推广应用过程中,经过不断发展完善,为日本汽车工业的腾飞插上了翅膀,提高了生产效率。这一生产方式亦为世界工业界所瞩目,被视为当今制造业中最理想且最具有生命力的新型生产系统之一。

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