先进制造技术(英文版第三版)唐一平,第七章翻译

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7计算机集成制造

计算机集成制造（CIM ）这个术语用来描述

制造的现代方法。虽然C1M 包括了很多

其他先进制造技术如计算机数值

控制（CNC ），计算机辅助设计/计算机辅助制造

（CAD ／CAM ），机器人，和及时交货（JIT ），它不仅仅是一个新的

技术或一个新的概念。计算机集成制造是一个完全

制造新的方法，新的经营方式。

理解CIM ，它必须从现代的比较

与传统制造业。现代制造业包括所有的

活动和流程所需的材料转换成

产品，提供给市场，并在现场支持他们。这些

活动包括以下：

（一）确定一种产品的需要。

（2）设计的产品来满足的需要。

（3）获得所需生产产品的原材料。

（4）采用合适的方法把原材料转换成

成品。

（5）运输产品到市场。

（6）维护产品以确保适当的性能的领域。

这种广泛的，制造现代观点可以与比较

有限的传统观点，几乎完全集中在转换过程。

旧的方法排除临界预转换元件市场

分析研究，开发，设计，以及这种转换后

元素的产品交付和产品维护。I1”换句话说，在

制造业的老方法，只有那些过程发生在

车间是制造。这种传统的方法

分离的整体概念为众多独立的专业要素

没有自动化的出现从根本上改变了。

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CIM ，不仅是各种元素的自动化，但群岛

都是联系在一起的综合自动化。一体化意味着

系统能提供完整的即时共享信息。在

现代制造业，整合是由计算机来完成的。CIM ，然后，

是参与原材料的转化所有组件完全融合

成品和产品市场，如

图7.1。

CIM 7.1历史发展

术语计算机集成制造了1974

哈林顿为他写的一本书关于搭售的岛屿的称号

通过使用计算机自动化。它已经采取了许多年

CIM 的发展作为一个概念，但集成制造是不是新的。在

事实上，整合是制造真正开始。制造业

经历了四个不同的阶段：

（1）手工制造。

（2）机械化、专业化。

（3）自动化。

（4）整合。

使用简单的手工工具手工制造是集成

制造。所有的信息都需要设计，生产，并提供一个

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产品很容易获得，因为它存在于人的头脑的人

执行所有必要的任务。在最早的集成工具

年制造的工匠谁设计了人类的头脑，

制作，并交付产品。综合手册实例

制造业是村里的铁匠为当地的一种特殊的工具制造

农民。铁匠会在他的头脑中所有需要的信息

设计，生产，将农民的工具。在这个例子中，所有的元素

制造集成。

7.1.2机械化、专业化

随着工业革命的到来，生产过程

成为专业化、机械化。而不是一个人的设计，

生产，并交付产品，工人和/或机器进行

专门的任务在每个大区。之间的沟通

这些独立的实体是通过使用图纸，规格，工作订单，

过程的计划，和其他各种传播艾滋病。为确保

成品能符合计划的产品，质量的概念

介绍了控制。

机械化/专业化阶段积极的一面是，它

允许零件批量生产互换性，不同层次的

精度，和均匀性。缺点是集成LED 的缺乏

大量的废物。

7.1.3自动化

自动化的改进的性能和增强的功能

人和机器的专业化制造的部件内。对于

例如，CAD 设计和起草者的能力增强。数控

增强的机械师和计算机辅助规划的能力。但

孤立的个体内进行自动化带来的改善

组件或岛屿。因此，自动化并不总是辜负

它的潜力。

了解自动化的局限性方面的整体

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生产力的提高，考虑下面的类比。假设

汽车的各个子系统（即，发动机，转向，刹车）是

自动以方便司机。自动加速，减速，

转向，制动肯定会比人工更高效

版本。然而，如果考虑这些不同的自动化会发生什么

子系统不绑在一起的方式，让他们交流

和大家分享最新的信息准确，立即和持续。一个

系统可能试图使汽车加速而另一个系统

试图刹车。同样的限制适用于自动化

制造环境。这些限制是LED 在现阶段

制造业的发展，整合。

7.1.4集成

随着计算机时代的到来，制造了全

CI 礼乐。它开始作为一个整合的概念，CIM ，再次

成为一个。然而，有在制造业的主要差异

一体化的今天，过去的手工时代。第一，仪器

手工时代的融合是人的心灵。该仪器

在现代制造业的融合是计算机。第二，过程中

现代制造环境仍然是专业化和自动化。

另一种方式来查看CIM 的历史发展研究

如何在一些CIM 的单个组件的开发

多年来。这样的组件设计，规划，生产有

进化过程和实现的工具和设备

过程。

设计使用这样的工具，计算尺手动过程演变，

三角形，铅笔和橡皮，尺度，到自动化的过程称为

计算机辅助设计（CAD ）。工艺规划已经从人工进化

过程中使用的计划表，图表，并成为一个自动化流程图表

被称为计算机辅助工艺规划（CAPP ）。生产发展

从一个手工的过程，涉及到手动控制机

自动化的过程称为计算机辅助制造（CAM ）。

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这些独立的部件的制造多年的改进

自动化孤岛。然而，在这些岛屿的通信

仍然是人工处理。这有限的改善程度

生产力可以在整个生产过程实现。

当这些岛屿和其他的自动化制造部分

通过计算机网络联系在一起，这些限制是可以克服的。

7.2 CIM轮

计算机和自动化系统协会（CASA ）的社会

制造工程师（中小企业）开发的CIM 轮（同样）的一种方式

全面而简要说明CIM 的概念。的

卡萨/中小企业开发的CIM 轮包括几个不同的组件：

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（1）生产管理/人力资源管理。

（2）营销。

（3）战略规划。

（4）金融。

（5）产品/过程设计和规划。

（6）生产计划与控制。

（7）工厂自动化。

CIM 的7.3大好处

完全集成的制造企业实现一些好处

CIM ：

（1）产品质量的提高。

（2）减少交货时间。

（3）降低了直接劳动成本。

（4）减少产品开发时间。

（5）减少库存。

（6）全面提高生产力。

（7）设计质量的提高。

7.4 CIM相关标准

不相容性是CIM 的充分发展抑制剂。标准

已经发展到有助于克服自交不亲和性的问题。四

特别是有一个积极的影响：

（1）制造自动化协议（MAP ）。

（2）技术和协议（上）。

（3）初始图形交换规范（IGES ）。

（4）对产品数据交换标准（STEP ）。

7.4.1制造自动化协议

制造自动化协议（MAP ）是一种通信标准

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发展以促进自动化制造系统之间的兼容性

由不同的厂商生产的。它允许不同机器交谈

其他。它最初是由美国通用汽车公司开发的帮助

他们提高生产力，使他们能够与国外竞争

汽车制造企业。现在国际地图的用户群体

已输入的不断发展与进步map.121

地图的第一个版本是由先进的产品在1982发表

制造和工程人员（apmes ）。自那时以来，它已经

不断更新，改进，并修订。地图是现在正在使用的

公司集成制造系统由不同

供应商。地图是基于开放系统互连（OSI ）七层

模型（表7.1）。该模型采用了美国通用汽车公司

因为它已经达到了一个较高的接受度，全球。

对一个成功的关键有一个广泛的支持和接受基地

提出的标准。

地图的总体目标是在自动化岛屿的总集成

制造，无论所使用的硬件和软件的生产商

系统。与地图完全开发到位，用户将有机会获得

任何计算机制造工厂内任何其他计算机内

该设施，无论品牌，模型，或供应商的计算机。

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地图在CIM 环境制造商提供了几个好处。

这些措施包括：

（1）更好的车间通信。

（2）风险降低在安装过程中。

（3）低成本。

（4）减少安装时间。

（5）更容易维护和扩展。

更好的车间通信：地图是一个有利的工具。它允许

来自不同厂商的设备和系统不需要沟通

定制软件。没有地图，车间的机器和系统

不能完全集成的没有困难和昂贵的定制工作，

如果再与地图，整合是可能的，反过来，导致最佳

机器的使用，和/或生产设计的变化响应速度更快，并

连续监测产品和工艺参数。

风险降低在安装过程中：总是有风险

一个新的安装技术。没有地图，最大的风险是

基本上定制和修改的软件可能无法正常工作，安装后。

停机时间必须工作的错误是昂贵的，非生产时间。

地图不存在这样的风险由于标准的硬件和软件

已测试和验证的应用。事实上，它允许标准

现成的硬件和软件，可以用在CIM 设置明显

降低安装风险。

低成本：在几个不同的原因，降低成本的效果图。它

减少了需要促进车间的硬件和软件的成本

通信，运营成本和支持成本。操作和支持

成本较低，主要是因为硬件和软件定制

没有必要。

地图也降低了开发成本，为供应商，反过来，减少

用户成本。它通过允许供应商在发展

资源产品的功能而不是所有的修改，

没有地图，才能实现兼容。

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减少安装时间：除了减少相关的风险

与CIM 的安装，地图减少所需的时间量

完成安装。时间短是由于使用

现成的硬件和软件，而不是大量修改，定制

硬件和软件。

更容易维护和扩展：它是维护和扩大不难

现成的硬件和软件，而不是硬件维护定制

和软件。这是由于模块化和简单的故障排除和

修复。

除了这些好处，地图还允许之间的沟通

系统内各级工厂。这是地图的另一个优点。

制造企业安排他们的功能在六个不同的层次。这些

水平可以看作是一个层次的倒三角形代表。7.3。

从最低到最高的六级（广义的）是：

（一）机水平。

（2）站的水平。

（3）细胞水平。

（4）车间级。

（5）设施水平。

（6）企业级。

在机器级的通信是通过这样的设备

传感器，电机速度控制器，和限位开关。发现这些设备

在单台机器。从这些设备的信息必须传达

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在层次结构中的上一层，车站级。

在车站级通信是通过这样的设备

可编程逻辑控制器（PLC ），微电脑控制器，和视觉

系统，如那些用于连接机器人。信息从这些

设备必须传达到机器的水平到细胞

水平。

7.4.2技术办公室协议

技术协议（上）是一个标准的开发

促进在办公环境整合。而地图是用来

促进制造组件的集成，顶了

促进商业和办公组件间的集成。波音公司已经打了

在上发展的引领作用。最高的目的是让

自动化孤岛的CIM 轮业务组件内

沟通，不只是在自己，但也与

这些岛屿包含在车轮的制造组件之间，

技术和办公协议也是基于一七层模型，类似于

该模型说明表7.1。

技术和办公协议正在开发的三个阶段。第一

阶段包括文件传输标准，在有限的基础上，文件

管理。第二阶段包括标准覆盖文件访问，消息

处理，提高档案管理工作。最后阶段包括标准

覆盖文件修改，文件交换，目录服务，图形，

和数据库管理

7.4.3初始图形交换规范

初始图形交换规范（IGES ）是非常有限的

比地图上。它的开发是为了促进CAD 之间的通信

系统由不同的厂商生产的产品是有限的

CIM 的轮过程定义组件。一个中央技术

IGES 是翻译，安排两CAD 系统之间

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沟通。

系统的转移，是转移到系统B 到这个数据

翻译，，它转换成中性IGES 格式。然后是

转换格式的CAD 系统B 理解的格式

IGES 的关键弱点是它不能处理三维

实体模型，电子设计，与非图形数据管理。的

美国国家标准与技术研究所目前正在开发一个新的

标准为产品数据交换标准（偏微分方程），可以

处理固体建模数据，非图形数据管理，电子

设计。

为产品数据交换标准（STEP ）7.4.4

一步是一个计算机可以理解为国际标准

产品数据表达与交换。其目的是提供一个中立的

机构独立于具体系统的产品数据描述

全生命周期。一个产品的生命周期包括设计，制造，

使用，维护及处理等，这样的描述不仅适用于

转换的中性文件也是发展和分享的基础上

产品数据库。在其生命周期的产品信息

纷繁复杂的、分布在不同部门和领域，因此它

所需要的产品信息应该以一种形式表达

计算机可以理解的。当之间的信息交换

不同的计算机，其均匀性和完整性，应保持。的

产品信息交换包括存储，传输，采集

归档形成的标准步骤。步骤分离的表达

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产品信息和数据交换的实现，它由

（1）标准的描述（2）资源整合（3）应用协议

（4）实现形式和（5）一致性测试和抽象测试。

7.5组技术和CIM

成组技术是计算机集成制造的核心概念。CIM 的是

给厂家生产定制产品没有灵活性

牺牲生产力。成组技术是在更大的一个关键因素

计算机集成制造可能的公式。它实际上是使一批

制造业经济。

成组技术是将零件按设计

特征的过程，用于制造它们，或它们的组合。

Fig.7.5是相似的零件组合在一起，在两个基础上的一个例子

设计特征（形状、材质）。这些类似的部分落入

家庭的部分。家庭的部分可以使用相同的过程产生的

通常在一个柔性制造单元（FMC ）。

成组技术7.5.1历史背景

自从工业革命以来，制造和工程

人员搜索优化制造流程的方法。那里

有了巨大的发展多年来由于工业

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革命的机械化生产。大规模生产和互换性

在上世纪初，部分主要的步骤在优化制造。

然而，即使大规模生产和装配线，最

制造小批量工件从一到两个或两个做

三千。即使在今天，超过70%的制造涉及的批次

少于三千件。从历史上看，少了

优化小批量生产比已装配线工作。

一直试图规范各种设计任务和一些

在排队和测序在制造业工作，但直到最近，设计

在小批量生产已经有点随机设置。

潜在的问题，防止重大历史

小批量生产的改进是，任何解决方案都必须申请

广泛的一般生产工艺和原理，而不是具体的

产品。这是一个困难的问题，因为在一个小的各种工件

批处理可以是随机的不同。

当制造业进入自动化和信息化时代，

这样的情况，调度软件，排序软件，和材料

需求计划（MRP ）系统成为提高生产

对小型、大批量。即使这些发展不优化

小批量生产大量生产。问题已成为

更为关键的是，11次世界大战结束以来，这种趋势已经

对更多的小批量和大批量生产。

近年来，小批量生产的问题终于开始

接受必要的带来改善的关注。一个主要的步骤是

成组技术的持续发展。

7.5.2部分家庭

部分可能是类似的设计和/或生产过程中的应用

生产。一组这样的部分称为部分家庭。这是可能的

在同一个家庭的部分是非常相似的设计却大相径庭

生产要求的地区。相反的也可能是真实的。

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fig.7.6包含两部分的例子来自同一个家庭。这些零件

被放置在同一个家庭的基础上设计的特点。他们有

完全相同的形状和大小。然而，他们在生产领域不同

过程。1部分，经过钻孔，将去画站了两层

底漆。它的尺寸必须保持一种宽容的10.125英寸。2部分，后

这是钻了，会去整理台打磨抛光。它的

尺寸0.003英寸更严格的公差要求。不同的部分

材料：第一部分和2部分是铝冷轧钢板

图7.7包含来自另一个家庭的两部分实例。虽然

这两部分的设计特点是截然不同的，（即，不同

大小和形状），仔细检查发现，他们是在该地区类似

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生产过程。第一部分为不锈钢。它的尺寸必须

举行一个宽容的0.003英寸，三孔必须钻透。

2部分，在尺寸和形状上的差异，具有完全相同的

制造业的特点。

在fig.7.6零件，由于其类似的设计特点，

被分在同一个家庭。这样的家庭被称为设计的一部分

家庭。那些图7.7组合在一起，因为类似的制造

特点。这样的家庭被称为制造零件族。的

用于分类零件的特性称为属性。

分组部分进入家庭，生产人员可以减少

明显的量的材料处理和动作浪费

他们生产的。这是因为制造机可以

相应地分为专业工作单元代替传统的

根据功能的机器（i.e.mills 安排在一起，车床

在一起，一起练习，等）。这非常重要，当配置

柔性制造单元。

每个工作单元可以专门配置产生一个给定的家庭

部分。当这样做时，设置的数量，物料处理量，

交货时间的长度，和在制品库存量均减少。

分组部件的家庭：部分分组并不是一个简单的过程。你

已经知道的标准设计和制造的相似之处：

相似之处。三种方法可用于组部件的家庭：

（一）视力检查。

（2）检查路由表。

（3）零件分类编码。

这三种方法需要经验丰富的制造经验

人员。视力检查是最简单的，最复杂的方法。它

涉及寻找零件，零件的图纸或照片，零件。通过这样的

一次考试，有经验的人员能够识别相似

特点和组部件。这是最简单的方法，

特别是通过设计属性分组部分，但它也是最

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三种方法的准确

第二方法包括路由表，用于路由的部分

通过各种操作被执行。这是一种有效的方法

集团部件制造的部分家庭，提供的路由表

正确的。如果是，这种方法比视力检查更准确

方法。这种方法有时被称为生产流程分析

（PFA ）的方法。

最广泛使用的方法是将零件的方法：第三部分

分类和编码。这也是最复杂，最难，

最耗时的方法。

7.5.3零件分类编码

零件分类编码是一种方法，不同的设计

和/或生产为特征的一部分是确定的，上市，和

分配一个码数。回想一下，这些特征被称为

属性。这是一个用于分类和编码部分的一般方法。

许多不同的系统已经发展到实际实施过程，

不，已经成为标准的。

许多不同的分类和编码，是系统

的发展分为三组：

（1）设计属性组。

（2）制造属性组。

（3）组合属性组。

设计属性组。分类编码系统使用的设计

属性的资格标准属于这一组。常用的设计

属性包括：

（1）尺寸。

（2）公差。

（3）形状

（4）完成。

（5）材料。

制造属性组的分类编码系统。

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使用的资格标准制造属性属于这一组。常用的制造属性包括以下：

（1）生产过程。

（2）操作顺序。

（3）生产时间。

（4）所需的工具。

（5）夹具。

（6）批量大小。

组合属性组。有在使用在使用制造的属性设计属性和优势。如果目标是设计检索系统陷入设计属性组是特别有利的。那些在制造集团更好，如果目标是生产相关的功能。然而，有一个系统，结合两者的最佳特性的需要。这种系统使用的设计和制造的属性。

成组技术是一个有利的技术。它允许设计，制造，和其他描述性数据收集和共同语言相通。其应用包括CIM 环境设计检索，工艺规划，数控机床，制造资源计划，选择，和车间布局。

7.6工艺规划和CIM

一种提高生产率的最有效的方法是减少制程时间参与制造离散部分的金额。在制造业的专业人士的共识是，在CIM ，典型的部分会在90%的加工时间等操作间。工艺规划是减少需要处理的部分时间的系统方法。

通过CIM 的灵活的批量制造的到来增加了工艺人员的工作好几倍的复杂性。工艺规划包括调度工作，需要做的工作的机器。以

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了解复杂的任务，这样就可以了，考虑以下。一个工艺师六工作运行在五台机器几乎三兆（（5J ）6 = 1206 = 2.985984 x 1012）的调度能力，不

处理。然而，CIM ，计算机已经降低到一个可管理的任务。利用规划过程中的计算机被称为计算机辅助工艺设计CAPP ，或。

7.7计算机辅助工艺规划

一部分是设计的过程，用于生产必须计划。在传统的制造业之间存在着较大差距，设计和制造的组件。生产率和质量可以改进设计时组件的作品通过对部分生产完成从设计之初的制造成分。计算机辅助工艺规划（CAPP ）是一个重大的一步缩小差距的设计和制造的组件。 正如你所看到的，一个产品的设计，有许多的序列，可以在生产所需的部分所使用的各种方法。事实上，组合序列的数目通常是如此之大，现有计算机，工艺规划是真的只是一个猜谜游戏。然而，随着CAPP 的到来，生产人员可以很容易地确定为生产部分最佳的操作顺序。CAPP 专家系统收集和存储所有已知信息对特定的制造环境，以及众多的一般制造和工程原理。然后使用此信息来确定生产一部分给出的最佳方案。这一计划将指定要用于生产的机器，操作顺序，工具被使用，此工具的最佳速度和进给设置，并且需要在CAPP 产生part.131两个关键概念的任何其他数据的CAD 技术和成组技术。

如何工作：与CAPP CAPP，部分是在CAD ／CAM 系统的设计。

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描述部分的数学模型从CAD ／CAM 系统的电子转移到CAPP 系统。使用存储在CAPP 系统信息，电脑匹配的部分特征的机器和过程可在车间。CAPP 系统打印出工艺流程表和路由表的构成过程的计划。

两种类型可供选择：不同系统和生殖系统。不同系统的更广泛应用的两。变异的系统是基于成组技术的概念。它的发展过程计划基于分类的新零件和其它类似零件已经生产编码。变规划涉及的部分产生于过去，是最相似的部分是新产生的数据库识别。对于以前生产的部分工艺方案进行了适当的修改，以产生一个新的计划的一部分。

生成工艺规划系统的从零开始的每一次。这样的系统有一个数据库，包含了各种各样的制造规格，标准，逻辑，和现有的机器和设备的能力。这部分描述和规格进入CAPP 系统。然后系统发展的最佳方案生产的部分。

7.8制造资源计划和CIM

物料需求计划（MRP ）是一个重要的概念，直接关系到CIM 。这是一个过程，可以用来计算原材料必须获得为了指定很多某种产品生产量。物料需求计划包括使用材料的比尔，生产计划，库存记录产生一个全面的，对一项工作所需要的原材料和零部件明细表。

制造技术从自动化一体化发展，MRP 也演变。的缩写，指制造资源计划（MRP 现在避免与以前使用的MRP ，混乱中我们称它为MRP II。）这一更广泛的概念超越了确定材料 P114

要求，也包括财务跟踪和会计。MRP II的现代版本是特别适合的集成方法

由CIM 。在这种方法中，MRP II是一种有效的库存

计划和控制的工具。

MRP II相关的关键概念包括：（1）独立性和依赖性

需求；（2）交货时间；和（3）共同使用的物品。独立需求的资源是不依赖于任何其他资源。 相关需求的资源，其他资源直接挂钩。接收相关的资源没有其他资源，它需要没有好处。在制造业，资源更容易依赖比独立。原材料，进行零件，部件，组件都是整体制造业库存的一部分。

交货时间上有两种类型：（1）订货提前期和生产周期（2）。订货时间之间发起一个采购订单和收货的总时间。制造提前时间要求完成必要产生一个给定的part.141所有制备步骤的总时间

时间是很重要的因为他们是用于开发计划订购的材料和生产的产品。他们也在MRP II 是最有可能打破。资源规划取决于交货时间提供他们的其他人员。如果这些时间被填充或不准确，MRP Ⅱ的结果将同样不准确。常用的物品

项目用于生产多个产品。例如，铝片同类型可用于生产不同的部件。MRP II的集成方法使规

划者确定一些不同的产品共同使用的物品和使用这些信息来订购数量省钱。 制造资源计划提供各种有价值的信息，除了主计划生产经理：

（1）发布公告，通知采购部订购。

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（2）修改进度表显示更新的日期。

（3）取消通知，通知适当的人员，取消从改变主计划的结果。

（4）库存状况报告。

制造资源计划是一个CIM 设置最合适的规划方法。当完全实现它可以带来很多好处：

（1）减少库存。

（2）快速响应需求的变化。

（3）在安装成本降低。

（4）机械利用率更高。