第十一章自动化制造系统及先进制造技术简介

第十一章自动化制造系统及先进制造技术简介第一节制造自动化技术发展过程及发展趋势

第二节计算机辅助工艺过程设计(CAPP)

第三节自动化制造系统

第四节先进制造技术、工艺和方法第一节制造自动化技术发展过程及发展趋势一、发展过程自从18世纪中叶瓦特发明蒸汽机以来，制造自动化技术就随机械化的发展而得到迅猛发展，从其发展过程来看，可以分为五个阶段：第一阶段：刚性自动化，包括自动单机和刚性自动线。该阶段在20世纪40～50年代已相当成熟。应用传统的机械设计与制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动化单机或自动化生产线进行大批量生产。如1870年美国发明了自动制造螺钉的机器，继而于1895年发明多轴自动车床，是典型的单机自动化系统。1924年第一条采用流水作业的机械加工自动线出现在英国的Morris汽车公司，1935年前苏联成功地研制出第一条汽车发动机气缸体加工自动线。这两条自动线的出现，使得自动化制造技术由单机自动化转向了自动化系统。在第二次世界大战前后，美国福特汽车公司采用自动化生产线，使汽车生产率成倍提高，生产成本大幅度降低，汽车的质量明显改善。随后，自动化制造技术和自动化制造系统得到迅速的普及。虽然当时的自动化制造系统仅应用于像汽车这样的大批大量生产的产品，但它对人类社会生产技术的发展却起到了巨大的推动作用。1946年，前苏联又提出了成组生产工艺的思想，其对自动化制造系统的发展具有十分重大的意义。至今，成组技术仍然是自动化制造系统赖以生存和发展的主要技术基础之一。二、发展趋势1.制造全球化1)市场的国际化，产品销售的全球网络正在形成。

2)产品设计和开发的国际合作。

3)产品制造的跨国化。

4)制造企业在世界范围内的重组与集成，如动态联盟公司。

5)制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用。

6)全球制造的体系结构将会形成。2.制造敏捷化1)柔性。

2)重构能力。

3)快速化的集成制造工艺。3.制造网络化1)制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。

2)制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中各子系统的集成。

3)企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用。

4)通过网络，实现异地制造。第二节计算机辅助工艺过程设计(CAPP)一、概述

CAM，它起到一个连接CAD与CAM的桥梁作用。来自CAD的几何和技术要求的数据在CAPP完成加工处理，成为指导生产加工的制造数据。因此，CAD的结果能否有效、充分地在生产中予以应用与实现，数控机床与加工中心能否充分发挥其最大作用，CAD与CAM能否真正实现集成，CAPP技术是关键，并且受到愈来愈广泛的重视。二、CAPP系统的功能

一个CAPP系统应具有以下功能：①检索标准工艺文件；②选择加工方法；③工序安排；④选择机床、刀具、量具、夹具、辅具等；⑤选择装夹方式、装夹表面和定位基准；⑥优化选择切削用量；⑦计算加工时间和加工费用；⑧确定工序尺寸和公差；⑨选择毛坯；⑩绘制工序图及编写工序卡。有的CAPP系统还具有计算刀具轨迹、自动进行NC编程和进行加工过程模拟的功能。三、CAPP系统的分类(1)派生法派生法是一种建立在成组技术基础上的CAPP系统。

(2)创成法与派生法CAPP系统不同之处，在于创成法CAPP系统中没有标准工艺规程，只有一个收集有大量工艺数据的数据库和一个机械加工工艺专家系统。

(3)半创成法从原理上看，半创成法CAPP系统是派生法和创成法CAPP系统二者的综合。

(4)智能CAPP系统。工作原理：利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。要求先对零件编码，根据编码确定所属零件族，调用该族零件标准工艺，经过编辑修改，最终获得零件工艺规程。派生式CAPP工作原理四、派生法CAPP系统零件族特征矩阵库派生式CAPP开发过程1)根据产品特特点与生产产情况，确确定编码系系统；2)进行零件编编码；3)对零件分类类，形成若若干零件族族，建立零零件族特征征矩阵库；；4)对各零件族构造造“典型零零件”；5)编制“典型型零件”标标准工艺和和相应的工工序内容；；6)建立工艺数数据库，存存储常用工工艺数据和和规范；7)编制系统程程序，实现现各功能模模块。派生式CAPP特点1)以成组技术术为基础，，理论上比比较成熟；；2)应用范围比比较广泛，，有较好的的实用性；；3)适用于结构构比较简单单的零件，，尤其回转转类零件；；4)继承企业较较成熟的传传统工艺，，但系统柔柔性度较差差；5)对于相似性性较差的复复杂零件，，难以编码码描述。派生式CAPP举例CAM－I派生式CAPP系统工作流流程（美国计算算机辅助制制造公司））工作原理：：根据零件模模型和工艺艺信息，应应用决策逻逻辑，模拟拟工艺人员员决策过程程，自动创创成加工工工艺规程，，完成机床床刀具选择择和工艺过过程优化。。创成式CAPP系统工作原原理五、创成法法CAPP系统零件信息描描述(1)型型面描述法法这种描述方方法将零件件看成由若若干种基本本型面按一一定方式组组合而成，，而每种型型面都可用用一组特征征参数来表表示，型面面类别及它它的特征参参数及型面面间的相互互关系可用用代码表示示。(2)元素素描述法元素描述法法把零件看看成是由若若干种基本本几何体，，如圆锥体体、圆柱体体、六面体体、圆环体体及球体等等，按一定定位置关系系组合而成成。(3)从CAD数据据库采集零零件信息这种方法是是利用中间间接口或其其他的传输输方式，将将零件的设设计信息直直接由CAD数据库库传给CAPP系统统，用以进进行工艺规规程设计。。创成式CAPP开发过程1)确定系统对对象范围，，是针对回回转体零件件还是非回回转体零件件；2)确定零件描描述方法，，是型面单单元描述还还是体素组组合语言描描述；3)确定和建立立工艺决策策模型，用用决策表还还是决策树树；4)建立加工资资源数据库库，包括机机床、夹具具、刀具、、切削用量量等；5)设计系统主主控模块、、人机接口口模块、工工艺文件生生成和输出出模块。创成式CAPP特点1)通过逻辑推推理，自动动决策生成成零件工艺艺规程，无无需人为干干预；2)具有较高的的柔性，适适应范围广广；3)便于与CAD和CAM系统的集成成；4)系统实现较较为困难，，目前只能能处理特定定环境下的的特定零件件。SIP系统结构组组成：由制造资源源模块、零零件特征定定义模块、、工艺决策策以及主控控模块组成成，其中工工艺决策模模块是系统核心，零件信息息是决策对象，制造资源源信息是决策约束。创成式CAPP举例（上海交大大SIP系统）制造资源的的构成车间层资源源包括粗加工工、精加工工、热处理理、装配等等生产车间间。设备层资源源包括不同的的机床和工工艺装备。。知识层资源源包括决策规规则、切削削参数、加加工余量和和工时定额额等工艺数数据。工艺决策知知识的表示示决策表决策树数控机床：：采用数字化信号号对机床的运运动及加工工过程进行行控控制制的的机机床床，，称称为为数数控控机机床床。。计算算机机数数控控（（CNC）：：采采用用存存储储程程序序的的专用用计计算算机机来实现现部部分分或或全全部部基基本本数数控控功功能能，，则则称称为为计计算算机机数数控控。。加工工中中心心（（MC）：：具具有有刀刀库库、、自自动动换换刀刀装装置置并并能能对对工工件进进行行多多工工序序加加工工的的数数控控机机床床。。1.数数控控加加工工概概念念(一一)数数控控加加工工(NC)一、、数数控控加加工工(NC)和和加加工工中中心心(MC)第三三节节自自动动化化制制造造系系统统图11-4数数控控机机床床工工作作过过程程框框图图2.数数控控机机床床的的组组成成(1)主主机机数控控机机床床的的主主体体，，包包括括床床身身、、立立柱柱、、主主轴轴、、进进给给机机构构等等机机械械部部分分。。(2)计计算算机机数数控控(CNC)装装置置它是是数数控控机机床床的的控控制制核核心心，，主主要要由由计计算算机机系系统统、、位位置置控控制制器器、、PLC接接口口板板、、通通信信接接口口板板、、纸纸带带阅阅读读机机、、扩扩展展功功能能模模块块以以及及响响应应的的控控制制软软件件等等模模块块组组成成。。(3)伺服单单元和驱动装装置包括主轴伺服服驱动装置和和主轴电动机机以及进给伺伺服驱动装置置和进给电动动机。(4)数控机机床的辅助装装置数控机床的一一些必要的配配套部件，用用以保证数控控机床的正常常运行。(5)编程程机及其他一一些附属设备备现代数数控机机床不不仅可可以利利用CNC装置置上的的键盘盘直接接输入入零件件的加加工程程序，，也可可以利利用自自动编编程机机进行行零件件加工工程序序编制制，将将程序序记录录在信信息载载体上上(如如磁盘盘、磁磁带等等)，，然后后送入入数控控装置置。3.数控控机床的工工作原理1)根据零零件图样，，确定工艺艺方案，用用规定的代代码和程序序格式编写写加工程序序，并把这这些代码存存储在信息息载体上。。2)把存储储在信息载载体上的代代码通过输输入装置输输入到数控控装置(即即CNC单单元)中去去。3)数控装装置的代码码，经过处处理和运算算转变成脉脉冲信号。。4)伺服系系统根据控控制系统(数控装置置)发出的的指令，驱驱动机床的的运动部件件，使刀具具和工件严严格按照程程序所规定定的轨迹移移动。5)机床机机械部分带带动刀具与与工件的相相对运动，，加工出满满足零件设设计图要求求的零件。。6)检测系系统对机床床的运动及及时检测，，并通过反反馈装置把把信息反馈馈给控制系系统并进行行修正，使使机床的工工作正常，，保证工件件的加工精精度。图11-5数控系系统基本组组成图一、按加工工工艺方法法分类1、普通数控控机床与普通机床床的区别：：加工复杂杂形状的零零件2、数控加工工中心数控加工中中心：带有有刀库和自自动换刀装装置的数控控机床。与一般数控控机床的区区别：减少机床台台数，便于于管理。减少定位误误差工序集中，，减少辅助助时间，提提高生产率率减少专用工工夹具数量量4.数控机机床的分类类3、多坐标数数控机床4、计算机群群控（DNC）

读带机通用计算机接口装置数控装置1机床1数控装置2数控装置m机床2机床m存储装置CRT显示及打印机特点：数控控装置控制制的轴数较较多，机床床结构也比比较复杂。五轴数控铣铣床二、按控制制运动方式式分类特点：数控装置置只能控制制点与点的的精确定位位两相关位位置之间的的移动是先先快后慢使用于钻钻床、冲床床、坐标镗镗床ZYX1、点位控制制数控机床床录像2、直线控制制数控机床床特点：控制两相相关点的位位置，还要要控制两相相关点之间间的移动速度度和路线路线由与与各个轴线线平行的直直线段组成成使用于简简易数控车车、数控镗镗铣床、数数控加工中中心3、轮廓控制制数控机床床特点：数控装置置能够同时时对两个或或两个以上上的坐标轴进行连连续控制制加工复复杂形状状零件使用于于数控车车床、数数控铣床床、数控控磨床录像三、按伺伺服系统统的不同同分类1、开环数数控机床床特点：没有位位置检测测反馈和和校正控控制装置置数控装装置发出出信号的的流程是是单向的的速度和和加工精精度低，，其精度度取决于于伺服系系统的性能成本低低，适用用于中、、小型数数控机床床

数控装置驱动电路步进电动机工作台指令脉冲齿轮箱=t360ºi2、闭环数数控机床床特点：e=0，工作台台停止检测工工作台直直线位移移（检测测元件：：感应同同步器、、光栅））驱动元元件：宽宽调速直直流或交交流伺服服电机加工精精度高，，但结构构复杂，，造价高高，调试试维修困困难适用于于精度要要求高的的大型和和精密机机床

数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路

测量装置检测元件测速元件3、半闭环数控控机床特点：：检测测丝杠杠或电电动机机轴旋旋转角角位移移角位位移检检测元元件：：旋转转变压压器、、脉冲冲编码码器、、圆光光栅等等精度度低于于闭环环系统统系统统调试试较容容易，，稳定定性也也较好好

数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路

测量装置检测元件测速元件四、按按所用用数控控装置置类型型分类类1、硬件件式数数控机机床（（NC机床））组成：：晶体体管和和集成成电路路特点：：通用用性、、灵活活性差差，制制造周周期长长、成成本高高2、软件件式数数控机机床（（CNC机床））组成：：采用用小型型或微微型计计算机机，加加上通通用或或专用用大规规模集成电电路特点：：很高高柔性性五、按按加工工方式式分类类1、金属属切削削类数数控机机床1）数控控车床床（NCLathe）。2）数控控铣床床（NCMillingMachine）。3）加工工中心心（MachineCenter）。4）数控控钻床床（NCDrillingMachine）。5）数控控镗床床（NCBoringMachine）。6）数控控齿轮轮加工工机床床（NCGearHollingMachine）。7）数控控平面面磨床床（NCSurfaceGrindingMachine）。六、按按功能能方式式分类类高、中中、低低档三三类经济型型数控控：在在我国国指由由单板板机、、单片片机和和步进进电动动机组成数数控系系统和和其它它功能能简单单、价价格低低的数控系系统4、其它它类型型数控控机床床2、金属属成型型类数数控机机床1）数控控电火火花加加工机机床（（NCDiesinkingElectricDischargeMachine）。2）数控控线切切割机机床（（NCWireElectricDischargeMachine）。3）数控控激光光加工工机床床（NCLaserBeamMachine）。3、数控控特种种加工工机床床5.数数控机机床的的加工工特点点1)能能实现现不同同零件件的自自动加加工。。2)生生产效效率及及加工工精度度高、、加工工质量量稳定定。3)功功能复复合程程度高高，可可以一一机多多用，，适合合加工工形状状复杂杂的轮轮廓表表面。。4)有有利于于实现现计算算机辅辅助制制造。。5)投投资资大大，，加加工工成成本本高高。。6)有有利利于于实实现现制制造造自自动动化化。。7)数数控控机机床床维维护护和和数数控控编编程程的的技技术术要要求求较较高高。。6.数数控控机机床床的的发发展展趋趋势势1)实现现长时间间地、连连续地自自动加工工。2)向高高速度、、高精度度与高质质量发展展。3)提高高数控机机床生产产效率，，提高数数控机床床的可靠靠性，具具有良好好的操作作性能。。4)能自自动编程程，具有有人机对对话的、、功能强强大的内内装式机机床可编编程序控控制器。。5)具有有更高的的通信功功能，能能实现网网络化加加工。(二)加加工中心心(MC)1.加工工中心的的概念加工中心心是带有有刀库和和自动换换刀装置置的一种种多功能能数控机机床。加工中心心具有工工序集中中，可以以减少调调整机床床、搬运运工件和和装夹工工件的时时间，加加工质量量高，生生产效率率及自动动化程度度高等特特点。加加工中心心常用于于零件结结构比较较复杂，，加工工工序多，，批量加加工的零零件生产产场合。。2.加工工中心分分类(1)镗镗削加工工中心镗削加工工中心是是在镗、、铣机床床的基础础上发展展起来的的加工中中心。(2)车车削加工工中心车削加工工中心一一般具有有如下运运动功能能：主轴轴的旋转转运动，，转塔刀刀架的纵纵向和横横向运动动，刀架架的上下下(或左左右)运运动。3.加加工中心心的加工工特点(1)加加工精度度高，且且精度稳稳定加工工序序高度集集中，一一次装夹夹可加工工出零件件上大部部分甚至至全部表表面，避避免了工工件多次次装夹所所带来的的装夹误误差，因因此加工工零件能能获得较较高的相相互位置置精度。。(2)生生产效率率高与普通机机床相比比,一次次装夹能能完成较较多表面面的加工工，减少少了多次次装夹工工件所需需的辅助助时间。。(3)加加工表面面质量好好加工中心心主轴转转速和各各轴进给给量均是是无级调调速，有有的甚至至具有自自适应控控制功能能，能随随刀具和和工件材材质及刀刀具参数数的变化化，把切切削参数数调整到到最佳数数值，从从而提高高了各加加工表面面的质量量。制造柔性性制造柔性性是指一一个制造造设备或或系统对对生产需需求变化化的适应应能力，通通常制造造柔性体体现在以以下几个个方面：：•制造设备备的柔性性制造设备备通过配配备相应应的刀具具、量具具、夹具具、NC程序等，使得得此设备备具有制制造给定定零件族族中任何何零件的的能力；；（这是是一种种固有有的柔柔性，，它与与制造造设备备所具具有的的相关关功能能有关，如如机附附刀库库的容容量、、控制制的运运动轴轴数等等。））二、柔柔性制制造单单元(FMC)和柔柔性制制造系系统(FMS)•加工柔柔性以不同同加工工工序序和工工艺加加工一一个零零件的的能力力或在在给定定的一个工工艺规规划下下以不不同的的加工工路线线实现现零件件的加加工（（制造造工作站间间和加加工功功能间间的互互换和和替代代）。。•产品柔柔性能够经经济、、快速速地转转变生生产产产品的的能力力。。•零件流流动路路线柔柔性当系统统出现现局部部故障障时，，能重重新选选择零零件加加工路路径，，并继续进进行加加工的的能力力。•产量柔柔性系统运运行可可适应应不同同的生生产批批量，，并具具有良良好的的生产产效益。•系统重重构柔柔性系统具具有重重构柔柔性，，可以以生产产需求求发生生变化化时，，系统统可以方便便地扩扩展、、收缩缩或重重构。。•故障控控制柔柔性当系统统中的的设备备出现现故障障时，，制造造系统统对故故障的的处理理能力力。。FMS定义柔性制制造系系统（（简称称FMS）是由由数控控加工工设备备、物料储储运装置和和计算机机控制制系统统等组组成的的自动动化制制造系系统。。它包包括多多个柔柔性制制造单元，，能根根据制制造任任务或或生产产的变变化迅迅速进进行调调整，，适用用于多多品种中、、小批批量生生产。。（依据据：中中华人人民共共和国国国家家军用用标准准－武武器装装备柔柔性制制造系统统术语语）FMS的组成成与功功能（1）FMS的组成成Ø硬件系系统（（第一部部分）•制造设设备：：加工工中心心、测测量机机、清清洗机机等；；•自动化化储运运设备备：传传送带带、有有轨小小车、、AGV、搬运运机器器人、、立体体库、中中央央托盘盘库、、物料料或刀刀具装装卸站站、中中央刀刀库等等；•计算机机控制制系统统及网网络通通信系系统。。Ø软件系系统（（第二部部分）•系统支支持软软件：：操作作系统统、网网络操操作系系统、、数据据库管管理系系统等等。•FMS运行控控制系系统：：动态态调度度系统统、实实时故故障诊诊断系系统、、生产产准备系统统，物物料（（工件件和刀刀具））管理理控制制系统统等。。（2）FMS的功能能Ø能自动动控制制和管管理零零件的的加工工过程程，包包括制制造质质量的的自动动控制、故故障的的自动动诊断断和处处理、、制造造信息息的自自动采采集和和处理理；Ø通过简简单的的软件件系统统变更更，便便能制制造出出某一一零件件族的的多种种零件；Ø自动控控制和和管理理物料料（包包括工工件与与刀具具）的的运输输和存存储过过程；；Ø能解决决多机机床下下零件件的混混流加加工，，且无无需增增加额额外费费用Ø具有优优化的的调度度管理理功能能，无无需过过多的的人工工介入入，能能做到到无人人加工。。FMS的特点点uuuuuuuuuuuu设备利用率率高减少设备投投资减少占地面面积减少直接工工时费用减少了在制制品的数量量，缩短了了生产准备备时间具有快速应应变能力维持生产能能力强产品质量高高而稳定系统运行灵灵活性大产量变化适适应性好便于实现工工厂自动化化投资高、风风险大，开开发周期长长、管理水水平要求高高三、计算机机集成制造造系统(CIMS)1.CIM与CIMS概念20世纪70年代中期，，随着市场场全球化的的发展，世世界工业市市场竞争日日益加剧，，给企业带带来了巨大大的压力，，迫使企业业纷纷寻求求有效途径径，以加速速推出高性性能、高可可靠性、成成本低的产产品，使其其竞争能力力增强。另另一方面，，由于计算算机技术有有了飞速的的发展，并并且在工业业领域中不不断应用，，这就为CIMS的产生奠定定了基础。。2.计算机机集成制造造系统的组组成(1)管理理信息分系系统(MIS)以制造资源源计划MRP-II(ManufacturingResourcePlanning)为核心心，包括实实现办公自自动化、物物料管理、、经营管理理、生产管管理、销售售管理、人人事管理、、成本管理理和财务管管理等管理理信息功能能，通过信信息集成，，达到缩短短产品生产产周期、降降低流动资资金占用、、提高企业业应变能力力的目的。。(2)技术术信息分系系统(TIS)技术信息分分系统的核核心是CAD／CAPP／CAM的3C一体化化。(3)制造造自动化分分系统(MAS)制造自动化化分系统是是CIMS中信息流流与物流的的结合点，，它接受能能源、原材材料、配套套件和技术术信息的输输入，完成成制造工作作，最后输输出合格产产品。(4)质量量信息分系系统(QIS)主要进行产产品的质量量计划、质质量检测、、质量评价价、质量控控制和质量量信息的综综合管理。。(5)计算算机网络分分系统(NES)主要实现各各个工作站站之间、各各个分系统统之间的相相互通信，，以实现信信息的共享享和集成。。(6)数据据库分系统统(DBS)存储和管理理企业生产产经营活动动中的各种种信息和数数据，保证证数据存储储的准确一一致性、及及时性、安安全性、完完整性、使使用和维护护的方便性性。图11-6CIMS组成图图3.我国CIMS应应用概况从1989年至今，我我国已有几几十家企业业开展了CIMS推广应用工工作，这些些企业覆盖盖了多种类类型的机械械制造(包括单个、、多品种、、小批量、、大批量等等类型)、飞机、汽汽车、电子子、家用电电器、服装装、通信、、石化、冶冶金、煤炭炭、化工等等行业。如如东风汽车车公司是一一个大型企企业，很难难在整个公公司实施CIMS时一步到位位。因此他他们首先在在产品开发发和生产的的关键部位位上开展CIMS技术应用，，然后逐渐渐在公司内内延伸和扩扩展CIMS应用。这样样既解决了了产品开发发和生产的的急需，又又能从取得得的经济效效益中及时时回收投资资，为进一一步在整个个企业逐步步实施CIMS奠定了一定定的经济基基础。四、智能制制造系统(IMS)1.智能制制造系统的的提出基于以下几几个方面的的原因而提提出的IMS：一方面是制制造信息的的爆炸性的的增长，以及处理理信息的工工作量的猛猛增，这要要求制造系系统有更高高的智能；；另一方面是是专业人材材的缺乏和和专门知识识的短缺，，严重制约约了制造工工业的发展展，这就需要要系统能储储存人类专专家的知识识和经验，，并能自主主进行思维维活动；第第三是动荡荡不定的市市场和激烈烈的竞争要要求制造企企业在生产产活动中表表现出更高高的机敏性性和智能；；第四CIMS的实施和制制造业的全全球化的发发展，遇到到目前已形形成的自动动化“孤岛岛”的联接接和全局优优化问题，，以及各国国、各地区区的标准、、数据和人人机接口的的统一的问问题，而这这些问题的的解决也有有赖于智能能制造的发发展。图11-7智能系系统的组成成图2.智能能制制造造的的特特征征1)自自组组织织能能力力。。2)自自律律能能力力。。3)灵灵境境(VirtualReality)技技术术，，也也称称为为幻幻真真技技术术、、虚虚拟拟现现实实或或虚虚拟拟制制造造技技术术，，是是IMS中中新新一一代代的的人人机机界界面面技技术术。。4)自自学学习习和和自自维维护护能能力力。。5)整整个个制制造造环环境境的的智智能能集集成成。。3.智能能制制造造的的研研究究热热点点1)无无污污染染工工业业制制造造技技术术。。2)全全球球制制造造业业的的并并行行工工程程。。3)21世世纪纪全全球球集集成成制制造造技技术术。。4)自自律律性性制制造造系系统统。。5)快快速速产产品品开开发发支支持持系系统统。。6)知知识识系系统统。。一般般性性定定义义：：GT是一一门门生生产产技技术术科科学学，，研研究究和和发发掘掘生生产产活活动动中中有有关关事事物物的的相相似似性性，，并并充充分分利利用用它它，，即即把把相相似似的的问问题题分分类类成成组组，，寻寻求求解解决决这这一一组组问问题题的的相相对对统统一一的的最最优优方方案案，，以以取取得得最最佳佳效效果果。。机械制制造领领域中中定义义：将将多种种零件件（部部件或或产品品）按按其相相似性性分类类成组组，并并以这这些零零件组组（部部件组组或产产品组组）为为基础础组织织生产产，实实现多多品种种、中中小批批量生生产的的产品品设计计、制制造工工艺和和生产产管理理的合合理化化。GT被认为为是一一种“制造造哲理理”—（ManufacturingPhilosophy），是现现代制制造技技术的的一个个重要要理论论基础础。一、成成组技技术(GT)第四节节先先进制制造技技术、、工艺艺和方方法图1-17成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4将多种种零件件按其其相似似性分分类成成组，，人为为扩大大生产产批量量重复使使用原原则：：◆资源重重复使使用，，降低低生产产成本本；◆作业熟熟练程程度增增加，，提高高生产产率。。GT工作原理GT发展简况★20世世纪50年代，，前苏苏联院院士Миттроофааноов在其著著作““成组组工艺艺科学学原理理”中中首次次提出出“成成组技技术””。★20世世纪60年代西欧研研究GT形成高潮，，代表人物物首推阿亨亨工业大学学Opitz教授，他所所领导的小小组进行了了大量的调调查研究工工作，为成成组技术提提供了重要要的理论依依据。★20世纪70年代，美国国、日本接接受成组技技术，并迅迅速与计算算机技术联联系在一起起，使其得得到更好的的应用。★20世纪80、90年代，GT与各种新的的制造方式式相结合，，成为现代制制造技术的的基础。★GT发展过程：：成组加工→→成组工艺艺→成组技技术→成组组生产系统统我国GT发展简况★20世纪50末、60初学习苏联联，首先在在纺织机械械行业试点点实行，有有清华大学学、西安交交大等高校校参与。★20世纪60年代中期以以后，由于于文化大革革命，国民民经济陷入入混乱状态态，GT无从谈起。。★20世纪70末、80初，文革以以后，自上上而下推行行，机械部部推出4个试点单位位，并组织织制定了两两个编码系系统（JCBM-1，JLBM-1），对GT发展起到了了推动作用用。★20世纪80年代中期后后，计划经经济向市场场经济转轨轨，采用GT成为企业自自发的行为为。零件分类编码系统基本概念——零件分类编编码系统是是用字符（（数字、字字母或符号号）对零件件有关特征征进行描述述和识别的的一套特定定的规则和和依据。★Opitz分类编码系系统（图1-18，1-19，1-20）★JLBM-1分类编码系系统（图1-21）分类编码系系统简介特点：1）结构简单，使用方便2）对零件形状（特别是回转类零件）描述较完善3）适用范围较广（设计、工艺、管理…）4）工艺信息反映不够充分5）对非回转类零件描述较粗糙图1-18Opitz分类编码系系统0123456789RotationalNonrotationalDigit1PartclassL/D≤0.5MainshapeExternalshapeelementMainshapeRotationalmachining

Accuracy0.5<L/D<3L/D≥3WithdeviationL/D≤2WithdeviationL/D>2SpecialL/W≤3L/H≥4L/W>3L/W≤3L/H<4SpecialMainshapeMainshapeMainshapeOriginalofrawmaterialsmaterialDimensions6789InternalshapeelementMachiningofplanesurfacesOtherholesandteethMachiningofplanesurfacesOtherholesandteethMachiningofplanesurfacesOtherholesteeth&formingRotationalmachiningMainboreRotationalmachiningPlanesurfacemachiningAdditionalholesteeth&formingDigit2Digit3Digit4Digit5FormcodeSupplementarycodeDigitDigit1Digit2Digit3Digit4Digit5NonrotationalPartclass0123456789RotationalL/D≤0.50.5<L/D<3L/D≥3Smooth,noshapeelements0123456789ThreadExternalshape,ExternalshapeelementsnoshapeelementsOrsmoothFunctionalgrooveSteppedtobothendnoshapeelementsThreadFunctionalgrooveFunctionalconeOperatingthreadAllothersSteppedoneendSteppedoneendSmooth,noshapeelements0123456789ThreadInternalshape,InternalshapeelementsnoshapeelementsOrsmoothFunctionalgrooveSteppedbothendnoshapeelementsThreadFunctionalgrooveFunctionalconeOperatingthreadAllothersPlanesurfacemachining0123456789Surfaceplaneand/orcurvedinonedirection,externalNosurfacemachiningExternalplanesurfacerelatedbygraduationaroundcircleExternalgrooveand/orslotExternalspline(polygon)Externalplanesurfaceand/orslot,externalsplineInternalplanesurfaceand/orslotInternalspline(polygon)Internal/externalpolygon,grooveand/orslotAllothersAuxiliaryholesandgearteethNoauxiliaryholeAxial,notonpitchcirclediameter0123567894Axial,onpitchcirclediameterNogearteethWithgearteethRadial,notonpitchcirclediameterAxial/radial,and/orotherdirectionAxial/radial,onPCDand/orotherdirectionAllothersSpurgearteethBevelgearteethOthergearteeth图1-19Opitz分类编码系系统回转体体零件形状状码图1-20Opitz分类编码系统辅助码（6～9位）Steel,Heattreatment0123456789012345678901234567890123456789Diameter(Length)MaterialAccuracyOriginalshapeofrawmaterial≤2020～5050～100100～160160～250250～400400～600600～10001000～2000＞2000NodularironAlloysteel(Heattreatment)NonferrousmetalLightalloyAllothersCastironPipeMachinedworkpieceCastingandforgingsL,U,Tetc.sectionsteelBar(heatrolling)Bar(coldrollingordrawing)△,□,etc.barSheetStickplateWeldmentUndefined23452+32+42+53+42+3+4+5Digit6Digit8Digit9Digit7AlloysteelSteelSteel名称类别粗分类0123456789回转类零件非回转类零件轮盘类环套类销杆轴齿轮类异形件专用件杆条类板块类座架类箱体类名称类别细分类0123456789盘盖防护盖法兰盘带轮手轮离合器分度盘滚轮活塞其它回转类零件的形状及加工码外部形状加工基本形状功能要素内部形状加工基本形状功能要素平面曲面加工外平面内平面辅助孔成形刻线辅助码材料毛坯原始形状热处理主要尺寸精度直径或宽度长度非回转类零件形状及加工码图1-219JLBM-1分类编码系系统图1-22压盖零件编编码（)φ240

700.80.8其余3.21）综合零件法法——★综合零件包包含了零件件组内所有有零件的结结构要素，，它可以是是一个实际际零件，但但更多情况况是一个假假想零件。。★按综合零件件编制工艺艺规程，则则该工艺规规程包含了了零件组内内所有零件件的工艺内内容。★综合零件法法多用于回回转体零件件的成组工工艺过程设设计。成组工艺过程设计

2）综合路线法法——★将零件组内内所有零件件的工艺内内容综合在在一起，形形成成组工工艺。★多用于非回回转体零件件的成组工工艺过程设设计。精良生产（LeanProduction———LP）MIT国际汽车项项目组的JamesWomack等三名经理理在“TheMachineThatChangedtheWorld”一书中，对对日本丰田田汽车公司司生产方式式的描述。。MP（MassProduction）是旧时代工工业化的象象征——代表了高效效率、低成成本、高质质量。LP是新时代工工业化的标标志——只只需一半人人的努力，，一半生产产空间，一一半投资，，一半设计计、工艺编编制时间，，一半开发发新产品时时间和少的的多的库存存。LP的精髓在于于“Lean”——“没有冗余””“精打细细算”，没没有一个多多余的人，，没有一样样多余的东东西，没有有一点多余余的时间；；岗位设置置必须是增增值的，不不增值岗位位一律撤除除；工人要要求是多面面手，可以以互相顶替替。二、精益生生产(LP)丰田公司精精良生产要要点组织管理权力下放，，以TeamWork形式分段负负责，把大大量工作责责任转移到到生产线工工人身上，，建立一个个能够迅速速追查出全全部缺陷并并找出其最最终原因的的检测系统统。产品设计强调负责人人的权力与与责任，由由项目负责责人组织多多个TeamWork并行工作。。市场用户“需求驱动动”与“主主动销售””；贯彻全全面质量管管理（TQC），使顾顾客完全全满意（（TCS）。与协作厂厂关系“利益共共享，风风险共担担”。准时制生生产（JustInTime———JIT）准时制的的核心及时和准准确。在在制造过过程中，，要求按按正确的的时间、、正确的的地点，，提供正正确数量量的合格格物品，以期达达到接近近零库存存、无缺缺陷和低低成本的的目标。基本做法法1）每月月公司根根据市场场情况和和用户订订货，按按型号和和规格拟拟定本月月生产各各种汽车车的数量量，经审审查后下下达生产产任务。。2）工厂厂的装配配车间将将月生产产汽车任任务除以以本月有有效工作作日，得得出日平平均产量量，据此此按日安安排生产产。3）装配配车间开开始生产产后，按按后序向向前序提提取零部部件的规规定，把把生产过过程的各各个部分分有机地地组织起起来。4）宁肯肯中断生产产，也不不积压储储备。“看板”（Canban）管理出发点——后序驱动动示意图图1-36“看板”管理n乙n工序n-1乙n-1工序n甲n-1甲n-1工序n工序1取货3a3b52467a7b传件看板生产看板◎JIT要求：严格管理理；各环环节、各各工序均均处于良良好运行行状态；；人员素素质高，，多面手手，且处处于高度度紧张状状态。表1-5LP与MP比较比较项目大量生产精良生产追求目标高效率、高质量、低成本完善生产，消除一切浪费工作方式专业分工，相互封闭责、权、利统一的工作小组，协同工作，团队精神组织管理宝塔式，组织机构庞大权利下放，扁平式组织结构产品特征标准化产品面向用户的多样化产品设计方式串行模式并行模式生产特征大批量、高效率生产变批量、柔性化生产供货方式大库存缓冲JIT方式，接近0库存质量保证靠机床设备，事后把关靠生产人员保证，追求零缺陷雇员关系雇佣关系，合同约束终身雇用，风雨同舟用户关系靠产品质量、成本取胜用户满意，需求驱动，主动销售供应商合同关系，短期行为长期合作，利益共享，风险共担敏捷制造（AgileManufacturing——AM）20世纪纪70～～80年年代，美国由由于政策策导向失失误，使使制造业业众多产产品在世世界市场场所占份份额不断断下降，，美国在在制造领领域的霸霸主地位位逐渐丧丧失。为了恢复复美国制制造业在在世界上上的领导导地位，，20世世纪80年代末末美国国国会指示示国防部部拟定一一个制造造技术发发展规划划，要求求同时体体现美国国国防工工业与民民品工业业的共同同利益，，并要求求加强政政府、工工业界和和学术界界的合作作。在此背景景下，美美国国防防部委托托Lehigh大学与GM等大公司司一起研研究制定定一个振振兴美国国制造业业的长期期发展战战略，最最终于1991年完成成了“21世纪纪制造业业发展战战略”报告。在此报报告中提提出了“敏捷制造造”的概念。三、敏捷捷制造(AM)敏捷制造造的特征敏捷制造造蕴涵着着许多不不同于传传统生产产方式的的哲理和和思想，，主要表表现在：：◎需求响应应的快捷捷性主要指快快速响应应市场需需求（包包括当前前需求和和可预知知未来需需求）的的能力。。◎制造资源源的集成成性不仅指企企业内部部的资源源共享与与信息集集成，还还指友好好企业之之间的资资源共享享与信息息集成。。◎组织形式式的动态态性为实现某某一个市市场机会会，将拥拥有实现现该机会会所需资资源的若若干企业业组成一一个动态态组织，，它随任任务的产产生而产产生，并并随任务务的结束束而结束束。敏捷制造造工作原理理动态企业联盟网络企业K+1企业K+2企业N协调信息服务企业1企业2企业K…企业3企业4…图1-37“虚拟制造”环境与虚拟企业企业1借助计算算机网络络和信息息集成基基础结构构，构造造由多个个企业参参加的“虚拟制造造”环境；以以竞争合作作为原则，，动态态选择合合作伙伴伴，组成成面向任任务的虚拟公司司，进行快快速和最最佳化生生产。企业3企业K企业K+2

客户供应商企业1设计计划销售单元1单元n单元2企业n企业2Internet（Intranet）图1-38虚拟企业网络结构表1-6AM与LP比较精良生产敏捷制造充分利用和增强大批量生产优势采用大量定制生产方式追求零缺陷，使用户完全满意整个产品寿命周期用户满意变批量、柔性生产模块化产品设计和模块化制造系统注重技术与操作，实行连续改进注重组织与人员，实现动态重组终身聘用、工龄工资基于信任的雇佣关系，“社会合同”多功能小组，协同工作基于任务的组织与管理，多学科项目组工厂级范围涵盖整个企业范围，并扩展到企业之间与供应商利益共享，风险共担竞争、合作策略，组建虚拟公司资源有效利用，消除冗余在连续和不可预测变化的环境下发展准时制生产准时信息系统，网络制造平稳进度计划,小批量,“零”库存承认并快速响应市场变化并行工程（

ConcurrentEngineering——CE）定义1988年，美国国国防部部防卫分分析研究究所（IDA）发表R338报告：并行工程程（CE）是对产产品及其其相关过过程（包包括制注：支持持过程——包括对制造过程程的支持（（原材料料的获取取,中间产品品的库存存，工艺艺过程设设计，生生产计划划制定…）和使用过程程的支持（（产品销销售，使使用维护护，售后后服务，，产品报报废后的的处理…）四、并行行工程(CE)CE与CIM的目标都都是为了了赢得市市场竞争争，着眼眼点均为为“TQCSE”。随着市市场竞争争的日趋趋激烈，，“TQCSE”五要素中““T”变的越来来越重要要，减小小新产品品开发周周期成为为“TQCSE”的“瓶颈颈”。CIM着眼于信信息集成成与信息息共享，，通过网网络与数数据库将将自动化化孤岛集集成起来来。但生生产过程程的组织织结构与与管理仍仍是传统统的，独独立、顺顺序进行行。生产产管理者者在信息息集成的的基础上上，对整整个生产产进程有有清楚的的了解，，从而可可以进行行有效的的控制，，并最终终在TQCSE上取得成成功。CE与CIM具有相同的背景图1-33顺序方法开发产品的弊端产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工装配困难◆当新产品品开发成成为赢得得竞争的的主要手手段后，，单纯集集成已不不够。按按顺序方方法开发发产品常常需要多多次反复复，不仅仅延误了了时间，，而且在在资金上上也造成成巨大浪浪费。图1-34串行与并并行方法法需求分析产品设计过程设计原型产品a）串行方法需求分析产品设计过程设计原型产品b）并行方法顺序方法与并行方法（图1-34）◆CE依赖于产品开开发中各学科科、各职能部部门人员相互互合作，相互互信任和共享享信息，通过过彼此间有效效地通讯和交交流，尽早考考虑产品全生生命周期中的的各种因素，，尽早发现和和解决问题，，以达到各项项工作协调一一致。◆CE方法有别于传传统的强调““分工”的管管理方式，是是一种在更深深层次上的集集成（人、技技术、管理的的集成；产品品设计及其相相关过程设计计的集成）。。◆CE的核心心是产产品CE基本方法与效益◆CE效益—