现代机械制造技术

1、第第6章章 机械制造自动化及先机械制造自动化及先 进进生产模式生产模式6.1 概述概述6.2 数字化设计与制造技术数字化设计与制造技术6.3 先进生产模式先进生产模式6.4 自动化制造系统自动化制造系统26.1 概述概述先进制造技术：先进制造技术：是将制造技术、信息技术、现代管是将制造技术、信息技术、现代管理技术综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销理技术综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争

2、能力的制造技术的总称。的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。美国美国2121世纪制造企业发展战略世纪制造企业发展战略“当前正在发生的制造业的转变，对美国社会的影当前正在发生的制造业的转变，对美国社会的影响是深远的响是深远的” 。 “全世界主要企业都要建立一个从大规模生产向敏全世界主要企业都要建立一个从大规模生产向敏捷制造转变的模式，捷制造转变的模式， 这种情况为美国恢复其在这种情况为美国恢复其在 70年代年代和和 80年代失去的领导地位提供了一次难得的机会年代失去的领导地位提供了一次难得的机会”。美国美国“必须立即采取行动，夺回美国在制造业中的必须立即采取行动，夺回美国在制造业中的世界领导地位

3、世界领导地位”。3现代制造企业面临的全球竞争现代制造企业面临的全球竞争消费需求多样化消费需求多样化 资源问题资源问题 环境问题环境问题4现代制造企业经营战略的变化现代制造企业经营战略的变化7070年代以前：成本年代以前：成本(C)(C)7070年代年代 8080年代年代 ：质量：质量(Q)(Q)8080年代年代 9090年代初年代初 ：交货期：交货期(T)(T)9090年代年代 9090年代末年代末 ：服务：服务(S)(S)2121世纪：环境世纪：环境(E)(E)，知识创新，知识创新(K)(K)5生产方式的演变生产方式的演变大批量生产大批量生产刚性制造线刚性制造线多品种小批量多品种小批量柔性制

4、造柔性制造大批量定制大批量定制敏捷制造敏捷制造信息化程度信息化程度网络化网络化设计制造设计制造1960s1980s2000s6一流企业定标准一流企业定标准 二流企业做品牌二流企业做品牌三流企业卖技术三流企业卖技术 四流企业做产品四流企业做产品 一流企业抓文化二流企业抓服务一流企业抓文化二流企业抓服务三流企业抓质量四流企业杀价格三流企业抓质量四流企业杀价格 7一流企业作势，二流企业作市，三流企业做事。大道无术，中道有形，小道若巧。一流企业则创造需求，二流企业跟踪需求,三流企业满足需求一流企业家做人不做事,二流企业家做人又做事,三流企业家不做人只做事。 8一流销售的是观念;二流销售的是产品;三流销

5、售的是赚钱一流的企业靠文化、二流的企业靠机制、三流的企业靠人才一流的团队只合作不竞争,二流的团队合作又竞争,三流的团队只竞争没有合作9全面提升企业竞争力的五大要素全面提升企业竞争力的五大要素企业动态联盟协同设计制造高质量高质量(客户满意度高客户满意度高)低成本低成本服务好服务好对环境危害小对环境危害小新产品上市快新产品上市快Q QC CT TE ES S10赵本山上场说：“ 车到山前必有路，可惜丰田刹不住！ 丰田就是刹不住，吓得车主尿一裤！ 开上丰田雅力士，重症病房把伤治！ 买了丰田凯美瑞、太平间里安心睡！ 三轮丰田好，缺腿也能跑！ 高速断车轴，刹车常漏油！ 开三轮丰田，奔极乐黄泉！ 凯美瑞，

6、凯美瑞，投胎要排队！ 雅力士，雅力士，包你英年早逝！” 产品质量对企业的影响80年代：车到山前必有路，有路必有丰田车！2010年：丰田车各种问题接连不断，车主不满意11赵本山问小沈阳：“这车钢板有没有公分厚？” 小沈阳答：“没有。” 赵本山：“有刹车吗？” 小沈阳：“有？还是没有？大叔你说呢？” 赵本山：“你卖车还是我卖车你问我？” 12小沈阳：“没有”。 赵本山说：“这个可以有。” 小沈阳：“这个真.没有。” 小沈阳:毕老师,你知道开车最痛苦的是什么吗? 老毕：“呵呵！是什么”? 小沈阳 : 是开着开着发现刹车没了”. 赵本山:“你快拉倒吧,知道开车最最痛苦的是什么吗?是开着开着急刹车，刹是

7、刹住了，后面跟着一辆凯美瑞”。 小沈阳：“我总结了一下，人选车不能太随便。凯美瑞这车啊就是这样，一脚踩下去，车站住了，这一回就过去了，一脚踩下去，车没站住，这一辈子就过去 13现代制造技术的发展现代制造技术的发展新材料新技术：新材料新技术：高强度高性能合金、陶瓷、复合材料高强度高性能合金、陶瓷、复合材料加工精密化：加工精密化：常规常规0.01mm1m0.1 m 0.01 m 1nm高效自动化：高效自动化：自动化加工技术、高速加工、快速制造自动化加工技术、高速加工、快速制造管理科学化与信息化：管理科学化与信息化：人才管理、质量管理、资源管人才管理、质量管理、资源管理、知识管理理、知识管理146.

8、2 数字化设计与制造数字化设计与制造数字化设计与制造数字化设计与制造是指利用数字化技术完成产品设是指利用数字化技术完成产品设计和制造的全过程，包括了产品计和制造的全过程，包括了产品3D设计、虚拟装配、设计、虚拟装配、仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出实际的产品。实际的产品。实施先进制造技术的首要目标是实施先进制造技术的首要目标是经济效益经济效益，现有条，现有条件则是实施的基础，因此，先进一定要适用才能产生件则是实施的基础，因此，先进一定要适用才能产生效益。效益。综观国内外先进制造技术的现状和发展可以看出，综观国内外先进制造技术的现状和发

9、展可以看出，数字化设计与制造是先进制造技术的核心技术数字化设计与制造是先进制造技术的核心技术，是实，是实施其它先进制造技术的平台。施其它先进制造技术的平台。156.2 数字化设计与制造数字化设计与制造数字化技术数字化技术是指以计算机硬件、软件、信息存储、是指以计算机硬件、软件、信息存储、通信协议、周边设备和互联网络等为技术手段，以信息通信协议、周边设备和互联网络等为技术手段，以信息科学为理论基础，包括信息离散化表述、扫描、处理、科学为理论基础，包括信息离散化表述、扫描、处理、存储、传递、传感、执行、物化、支持、集成和联网等存储、传递、传感、执行、物化、支持、集成和联网等领域的科学技术集合。领域

10、的科学技术集合。数字化技术和各种专业技术相融合就形成了各种数数字化技术和各种专业技术相融合就形成了各种数字化专业技术，如数字化制造技术、数字化设计技术、字化专业技术，如数字化制造技术、数字化设计技术、数字化视听技术等。相对传统制造技术，数字化视听技术等。相对传统制造技术，数字化制造技数字化制造技术术是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新，是先进制造技术学为理论基础的重大的制造技术革新，是先进制造技术的核心，有广阔的应用前景。的核心，有广阔的应用前景。16国家国家“制造业信息化工程制造业信息化工程” ：制造业占

11、传统产业产值总量的制造业占传统产业产值总量的80；投资百亿元打；投资百亿元打造造“制造业信息化工程制造业信息化工程” 抓好抓好5个数字化，建个数字化，建2000个个数字化企业。数字化企业。 制造业信息化的内涵制造业信息化的内涵是将信息技术、自动化技术、是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，建造现代化的新兴现代管理技术与制造技术相结合，建造现代化的新兴制造业，全面提升我国制造业的国际竞争力。制造业，全面提升我国制造业的国际竞争力。 我国我国“制造业信息化工程制造业信息化工程”将突出抓好将突出抓好5个数字化：个数字化：数字化设计、数字化生产、数字化装备、数字化管理、数字化设计、数

12、字化生产、数字化装备、数字化管理、数字化企业。数字化企业。6.2 数字化设计与制造数字化设计与制造17数字化设计制造技术主要内涵数字化设计制造技术主要内涵数字化技术和制造技术不断融合数字化技术和制造技术不断融合形成数字化制造技术：形成数字化制造技术： 以以CAD CAE CAPPDFxVMRE RPCAM 以及成型和加工工艺仿真等为主体的以及成型和加工工艺仿真等为主体的上游骨上游骨干技术群干技术群。 由由NCNGCMCCNCDNCFMCFMSWebbased制造、无图纸制造和机器人、物流制造、无图纸制造和机器人、物流系统等组成的系统等组成的下游数字控制制造技术群下游数字控制制造技术群。 以以I

13、GES、STEP、MRPII、ERP、MIS、PDM、TDM、工程数据库和因特网等为主体的、工程数据库和因特网等为主体的制造信息支制造信息支持技术群持技术群186.3 先进生产模式先进生产模式生产模式生产模式是指企业的劳务、资源（包括能源、物料、是指企业的劳务、资源（包括能源、物料、装备、技术、信息与知识）、资本金、企业营销、企装备、技术、信息与知识）、资本金、企业营销、企业组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方业组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方式。制造企业的生产模式也称为式。制造企业的生产模式也称为制造模式制造模式。先进生产模式的特点先进生产模式的特点 (1) 注重管理体制

14、的革新；注重管理体制的革新； (2) 注重充分发挥人的作用；注重充分发挥人的作用； (3) 特别强调计算机的应用等。特别强调计算机的应用等。196.3 先进生产模式先进生产模式先进生产模式发展的动因先进生产模式发展的动因产品更新换代加快、交货期已成为主要的竞争因素产品更新换代加快、交货期已成为主要的竞争因素用户需求的多样化和个性化逐渐成为世界的潮流用户需求的多样化和个性化逐渐成为世界的潮流多品种小批量生产比例增大多品种小批量生产比例增大大市场和大竞争大市场和大竞争20先进生产模式的形式先进生产模式的形式 标准化与互换性标准化与互换性 成组技术成组技术 柔性制造柔性制造 准时制生产准时制生产 精

15、益生产精益生产 计算机集成制造计算机集成制造 敏捷制造敏捷制造 并行工程并行工程 网络制造网络制造 全球制造全球制造 智能制造智能制造21 计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMSCIMS是根据是根据CIM理念研发的计算机化、信息化、理念研发的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统，称为计算机集成制造智能化、集成优化的制造系统，称为计算机集成制造系统，或现代集成制造系统。系统，或现代集成制造系统。CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在网络适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在网络和数据库支持下

16、，将制造企业的全部要素和数据库支持下，将制造企业的全部要素(人、技术、人、技术、管理管理)和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、制以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、制造、质量、成本、相关服务、交货期和环境保护等方造、质量、成本、相关服务、交货期和环境保护等方面均取得整体最佳的效果。面均取得整体最佳的效果。22精益生产精益生产LP精益生产定义精益生产定义贯彻以人为中心的思想，通过贯彻以人为中心的思想，通过系统结构调整，精简生产过程中一切无用、多余的系统结构调整，精简生产过程中一切无用、多余的东西，使生

17、产系统能很快适应用户需求的不断变化，东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。好的结果。23精益生产的体系结构精益生产的体系结构把精益生产比做一座大厦，其基础是在计算机网络把精益生产比做一座大厦，其基础是在计算机网络支持下的、以小组化工作的并行工作方式。其支柱是：支持下的、以小组化工作的并行工作方式。其支柱是： (1) 全面质量管理；全面质量管理； (2) 准时生产和零库存；准时生产和零库存； (3) 柔性成组技术；柔性成组技术； (4) 企业重组，精简化；企业重组，精简化； (5) 以人为中

18、心，充分发挥人的主观能动性。以人为中心，充分发挥人的主观能动性。 这座大厦的屋顶就是精益生产体系。这座大厦的屋顶就是精益生产体系。24 并行工程并行工程并行工程并行工程是一种综合经营、工程和管理的哲理、指是一种综合经营、工程和管理的哲理、指导思想、方法论和工作模式。导思想、方法论和工作模式。美国国防分析研究所美国国防分析研究所(IDA) (IDA) 的定义：的定义： “并行工程并行工程是对产品及其相关过程是对产品及其相关过程( (包括制造过程包括制造过程和支持过程和支持过程) )进行并行、一体化设计的一种系统化的进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑工作

19、模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期到产品生命周期( (从概念形成到产品报废从概念形成到产品报废) )中的所有中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求等。因素，包括质量、成本、进度与用户需求等。”25串行过程和并行工程的比较串行过程和并行工程的比较（a）串行开发流程串行开发流程概念设计概念设计详细设计详细设计过程设计过程设计原型制造原型制造及测试及测试生产制造生产制造修改反馈频繁修改反馈频繁产品生命周期产品生命周期（b）并行开发流程并行开发流程概念设计概念设计详细设计详细设计过程设计过程设计原型制造原型制造及测试及测试生产制造生产制造对结构和功能的对结构和功能的改进意见改

20、进意见可加工性评价、可加工性评价、质量评估质量评估定位装夹可行定位装夹可行性评估性评估几何、特征几何、特征、精度、精度工艺过程、工艺过程、NC程序程序、装夹方案、装夹方案减少反馈次数减少反馈次数缩短的产品开发时间缩短的产品开发时间266.4.1 大批量生产机械制造系统自动化大批量生产机械制造系统自动化单机自动化单机自动化 通用自动机机床床和半自动机床通用自动机机床床和半自动机床 组合机床单机组合机床单机 专用机床单机专用机床单机 普通机床自动化改造如：简易数控机床普通机床自动化改造如：简易数控机床6.4 自动化制造系统自动化制造系统27机械加工自动线机械加工自动线组成：自动机床、专用机床、组合

21、机床、工件输送和转组成：自动机床、专用机床、组合机床、工件输送和转位装置、切屑输送装置、专用夹具及控制系统等。位装置、切屑输送装置、专用夹具及控制系统等。综合自动化系统综合自动化系统 在单机自动化和自动线基础上，增加工件检验、热处在单机自动化和自动线基础上，增加工件检验、热处理、清洗、装配、喷涂、包装等整个生产过程自动化。理、清洗、装配、喷涂、包装等整个生产过程自动化。286.4.2 多品种、中小批量生产制造自动化多品种、中小批量生产制造自动化数控机床（数控机床（NC） l 组成：组成：主机、伺服系统、数控装置和输入装置主机、伺服系统、数控装置和输入装置 l 控制方式：控制方式：（1）运动控制

22、：点动控制、直线控制、轮廓控制）运动控制：点动控制、直线控制、轮廓控制（2）伺服系统：开环控制、闭环控制、半闭环控制）伺服系统：开环控制、闭环控制、半闭环控制（3）数控装置）数控装置 l 特点：特点： （1）加工精度高、稳定）加工精度高、稳定 （2）自动化程度高）自动化程度高 （3）适应性强）适应性强 （4）便于自动化管理）便于自动化管理 l CNC：计算机数控机床：计算机数控机床 l MC（加工中心）：带刀库和自动换刀装置的多工序加工（加工中心）：带刀库和自动换刀装置的多工序加工数控机床数控机床 其发展趋势：其发展趋势：功能强、速度快、精度高功能强、速度快、精度高29由有台或多台计算机控制多

23、台数控机床实施综合控制由有台或多台计算机控制多台数控机床实施综合控制DNC系统系统柔性制造单元（柔性制造单元（FMC）n加工中心配托盘交换系统加工中心配托盘交换系统n数控机床配工业机器人数控机床配工业机器人30 自动化物流系统自动化物流系统柔性制造系统（柔性制造系统（FMS）自动化制造系统自动化制造系统刀刀具具系系统统夹夹具具系系统统N NC C/ /M MC C机机床床零零件件、夹夹具具、刀刀具具输输送送无无人人运运输输小小车车自自动动化化仓仓库库 自动化控制系统：各部分的协调管理和控制自动化控制系统：各部分的协调管理和控制316.4.3 快速制造快速制造 快速成型制造快速成型制造RP快速成

24、型（快速成型（Rapid prototypingRapid prototyping）技术）技术是由是由CADCAD三维模三维模型数据直接驱动，集成现代型数据直接驱动，集成现代CADCAD技术、数控技术、激光技术、数控技术、激光技术、材料技术等，快速制造任意复杂形状三维物理实技术、材料技术等，快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术。体的技术。快速成型特点快速成型特点快速成型工艺具有高柔性、快速性、高自动化，无需快速成型工艺具有高柔性、快速性、高自动化，无需任何工装、模具投入，成型条件几乎与工件复杂程度无任何工装、模具投入，成型条件几乎与工件复杂程度无关等特点。关等特点。快速成型应用快速成型应用快

25、速成型技术极大的缩短了产品开发周期，降低了设快速成型技术极大的缩短了产品开发周期，降低了设计风险，成倍降低了产品开发费用，已广泛应用于新产计风险，成倍降低了产品开发费用，已广泛应用于新产品开发过程中的外观造型验证与结构、装配验证，精密品开发过程中的外观造型验证与结构、装配验证，精密铸造、模具制造、产品市场开拓、宣传等领域。铸造、模具制造、产品市场开拓、宣传等领域。32快速成型工艺快速成型工艺1）立体印刷）立体印刷SLA：液态光敏树脂选择性固化。：液态光敏树脂选择性固化。2）分层实体制造）分层实体制造LOM：薄形材料选择性切割并粘接。：薄形材料选择性切割并粘接。3）选域激光烧结）选域激光烧结SL

26、S：粉末材料：粉末材料(如蜡粉、如蜡粉、PS粉、粉、ABS粉、尼龙粉、覆膜陶瓷和金属粉等粉、尼龙粉、覆膜陶瓷和金属粉等)选择性激光烧结。选择性激光烧结。变长线扫描变长线扫描SLS RPT：将：将SLS中中CO2激光束光斑变为激光束光斑变为相同能量密度的可控细长线束进行激光烧结。相同能量密度的可控细长线束进行激光烧结。高功率激光二极管线阵烧结高功率激光二极管线阵烧结SLS RPT：用若干个二：用若干个二极瞥通过光纤藕合后，将光纤输出端精密地排列成线极瞥通过光纤藕合后，将光纤输出端精密地排列成线阵代替阵代替CO2激光束。激光束。33快速成型工艺快速成型工艺4）熔融沉积造型）熔融沉积造型FDM：丝状材料选择性熔覆。：丝状材料选择性熔覆。5）三维打印）三维打印3D-P：粉末材料选择性粘