Modeling and Planning of Manufacturing Processes pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Klocke, Fritz

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:2013-9

价格:$ 157.07

装帧:Pap

isbn号码:9783540234944

丛书系列:

图书标签:

制造过程
建模
规划
生产系统
工业工程
优化
仿真
流程设计
数字化制造
工业4
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具体描述

"Modeling and Planning of Manufacturing Processes" provides the reader with detailed information about the different kinds of numerical modeling methods for the manufacturing processes forming, cutting and grinding, integrated in technology planning and design of process chains. Basic approaches in modeling are presented. The orientation towards industrial applications for many kinds of modeling methods was evaluated. Empirical, analytical and numerical models are introduced. Finite Element Methods (FEM) are widely applied in the design of new manufacturing tools, their application is described and numerous application examples of FEM are presented. The method is a valuable device for the process planner for the design and the analysis of the metal forming process. Even complex forming processes can be analysed by means of the FEM. The interested reader receives profound information for the modeling approaches in forming, cutting, grinding, and the integration of these tools into complex technology planning systems.

现代制造系统设计与优化：从理论到实践本书聚焦于当代先进制造环境下的系统设计、规划与优化，为工程师、研究人员及管理者提供了一套全面、深入的理论框架和实用的技术工具。面对工业 4.0 和智能制造的浪潮，传统的制造流程已无法满足日益复杂的产品需求、严格的质量标准以及对柔性化和可持续性的迫切要求。本书旨在填补现有文献中理论深度与实际操作性之间的鸿沟，系统性地阐述如何构建、分析和改进高效率、低成本且响应迅速的制造生态系统。第一部分：制造系统基础与数字化转型本书开篇深入探讨了现代制造系统的基本构成要素、演化历程以及支撑其运行的核心理念。我们首先回顾了从批量生产到大规模定制的范式转变，并详细分析了精益制造（Lean Manufacturing）和敏捷制造（Agile Manufacturing）的内涵及其在当前全球供应链中的应用潜力。重点章节详细剖析了数字化转型对制造系统的颠覆性影响。我们探讨了数字孪生（Digital Twin）技术在实时监控、预测性维护和流程模拟中的关键作用。读者将学习如何构建高保真度的物理实体模型，并利用传感器数据实现闭环控制。此外，本书对工业物联网（IIoT）的架构、数据采集策略（包括边缘计算的应用）以及如何确保海量制造数据（如CNC机床数据、MES/ERP数据）的安全性和互操作性进行了详尽的阐述。数据治理和数据质量管理被视为优化决策的先决条件，相关实践方法论贯穿全书。第二部分：制造流程的建模与仿真技术本部分是全书的技术核心，致力于提供一套严谨的、可操作的流程建模与仿真方法论。流程建模：我们超越了简单的流程图，引入了基于事件的离散系统建模（Discrete Event Simulation, DES）作为分析制造系统动态行为的基石。详细介绍了如何使用专业仿真软件（如Arena, Simio, FlexSim）构建精确反映资源约束、排队论现象和时间不确定性的模型。重点分析了不同类型的制造单元（如柔性制造系统FMS、自动化装配线）的建模技巧，包括对机器故障、操作员瓶颈和物料搬运延迟的准确描述。性能评估指标体系：建立合理的评估体系至关重要。本书提供了一个多维度的指标框架，涵盖了效率（OEE、吞吐量）、响应能力（提前期、在制品WIP）、资源利用率（设备利用率、人力负荷）以及成本效益分析。我们教授读者如何通过仿真实验来量化不同设计方案对这些关键绩效指标（KPIs）的影响。高级仿真应用：深入探讨了基于智能体的建模（Agent-Based Modeling, ABM）在复杂、去中心化制造网络（如供应链协作）中的应用。同时，详细阐述了如何结合系统动力学（System Dynamics）方法来分析跨越时间尺度的反馈回路和宏观管理决策对系统稳定性的长期影响，尤其是在处理产能扩张或重大技术引入的决策时。第三部分：制造系统的优化与调度策略在系统模型建立并验证其准确性之后，本部分聚焦于如何利用优化算法来提升系统性能。设施布局优化：这是影响物流成本和流程效率的根本因素。本书结合运筹学（Operations Research）工具，讲解了从定性布局规划到定量布局优化的完整流程。内容包括设施选址问题（Location Problems）、物料流分析、以及使用启发式算法（如遗传算法、模拟退火）解决大规模的细胞化布局（Cellular Layout）和混合流水线布局问题。生产调度：调度是制造控制的核心。我们系统地介绍了从车间级（Job Shop, Flow Shop）到项目级（Project Scheduling）的调度理论。详细对比了静态调度（Static Scheduling）（如Johnson’s Rule, SPT, EDD等经典规则）和动态实时调度（Dynamic Real-Time Scheduling）的优劣。重点阐述了基于先进计划与排程（APS）系统的实现机制，特别是如何将约束编程（Constraint Programming）和混合整数线性规划（MILP）应用于解决具有多重限制（如资源能力、时间窗口、优先级）的复杂排程问题。资源分配与负荷均衡：本部分探讨了如何通过优化资源分配来避免瓶颈的产生。内容涵盖了工作负荷均衡（Workload Balancing）算法，尤其关注在多品种、小批量生产环境中，如何动态地将任务分配给能力不同的机器或操作员，以最小化最大负荷（Makespan）。第四部分：柔性、可靠性与可持续性集成现代制造不再仅仅追求速度，更需要适应变化和承担社会责任。柔性制造系统（FMS）设计：详细分析了构成柔性系统的关键技术——可重构性。讨论了如何设计可快速重构的硬件、软件和控制系统。量化柔性（Quantifying Flexibility）的方法，包括使用熵、熵增率或特定性能下降的容忍度来评估系统在面对突发需求变化时的弹性。制造系统的可靠性工程：从系统工程的角度审视可靠性。引入了可靠性、可维护性与可用性（RAM Analysis）的概念，并教授如何使用可靠性框图和故障树分析（FTA）来识别关键故障点。在此基础上，探讨了预测性维护（PdM）策略，特别是如何利用机器学习模型对设备健康状态进行分类和预测，从而将维护活动集成到生产计划中，减少非计划停机时间。可持续性与绿色制造：本部分关注环境影响。讨论了如何将生命周期评估（LCA）集成到设计和规划阶段。内容包括能源消耗最小化、废弃物生成最小化以及如何通过优化物流路径和资源利用率来实现碳足迹的降低。我们提供了一种将环境成本因子纳入传统优化模型的框架，以实现经济效益和环境效益的协同优化。结论：面向未来的制造决策全书最后总结了如何将以上各部分内容整合为一个连贯的决策框架。强调了持续改进（Continuous Improvement）的文化建设，并展望了自适应、自学习的制造系统的前沿研究方向，为读者在未来的制造技术浪潮中保持领先地位奠定坚实的理论和实践基础。本书的案例分析均来源于实际工业场景，确保了理论模型能够准确映射到复杂的真实世界挑战中。