机械制造工艺绪论

热能与动力机械制造工艺学

湖南大学鄢锉

cuoyan410082@163.com主要内容及学时安排

绪论（1学时）金属切削过程的基本知识（6学时，小班讨论2学时）机械加工工艺规程的制定（10学时）机床夹具设计原理（13学时）机械加工精度（6学时，课程实验4学时）机械加工表面质量（6学时，小班讨论2学时）机械装配工艺（6学时）回目录页本课程的性质、目的与基本要求主干专业技术基础课程《金属切削原理》《金属切削机床》《金属切削刀具》《机床夹具设计原理》《机械制造工艺学》目的了解和掌握机械制造技术的基本理论、基本知识、基本技能。适用专业能源与动力工程、机械制造及其自动化、车辆及机械类其它专业。学习方式

课堂讲授——讲授重点、难点自学——课程内容20％自学，通过作业、答疑保证效果实践环节——作业、练习、实验、生产实习、课程设计考核方法

期末考试——50％作业、讨论——30％，实验——20％课程特点与学习方法

综合性——注意联系和综合应用以往所学知识实践性——注意理论联系生产实际，重视实践性环节灵活性——掌握基本原理，活学活用教材与参考文献教材主要参考文献[1]陈日翟，金属切削原理，机械工业出版社，1985[2]乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，1985[3]贾亚洲，金属切削机床概论，机械工业出版社，1996[4]顾崇衔,机械制造工艺学,陕西科学技术出版社，1994[5]龚定安，机床夹具设计原理，陕西科学技术出版社，1981[6]MikellP.Groover.FundamentalsofModernManufacturing.JOHNWILEY&SONS,INC.2002[7]张宝根，先进制造技术，重庆大学出版社，1996[8]曾志新，先进制造技术概论，华南理工大学出版社，1999曾志新主编，机械制造技术基础，武汉理工大学出版社.2002教材封面热能与动力机械制造工艺学第01章

概述

Introduction01.1

制造与制造系统ManufacturingandManufacturingSystem输入输出+-生产过程效益生产定义从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统，见图1-1。

生产财富有形（产品）无形（服务）图1-1

生产的定义转变效率：生产率=输出/输入

生产要素生产对象（原材料）生产资料（直接、间接）能源劳动力信息（知识、技能、情报…）资金01.1.1生产与制造

狭义理解：生产过程从原材料→成品直接起作用的那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。

广义理解：制造=生产美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。一方面，直接创造物质财富；另一方面，为其它行业与部门提供技术装备。CIRP定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。01.1.1生产与制造

制造

制造业第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业第二产业航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输

表1-1第一、二、三产业的划分01.1.1生产与制造制造技术

在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。运用一定的知识、技能操纵可以利用的物质、工具采取有效的方法……

手段包括

与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。01.1.2制造技术

在商品经济高度发展的今天，科学与技术的界限开始变得模糊，纯粹的科学研究不断萎缩,原因是得不到足够的经费支持，许多科学研究从一开始就有明确的应用前景（例如:超导技术、克隆技术等）。科学与技术

科学

——

认识世界，基本方法是“分析”，基本形式为“发现、揭示”。

技术

——

改造世界，基本方法是“综合”，基本形式为“发明、创造、改进”。01.1.2制造技术制造系统结构图1-2制造系统功能结构经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流用户、市场与外部环境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造（加工、装配、检验、输送、存储…

）质量控制01.1.3制造系统压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配

车身安装最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理图1-5汽车生产物流示意图01.1.3制造系统制造系统的物质流与信息流误差流物流资金流规划控制需求信息流实施（车间或现场）原材料产品与服务能源能量流图1-7制造系统的五种流01.1.3制造系统机械制造技术基础第01章

概述

Introduction01.2制造业的发展及其在国民经济中的地位DevelopmentofManufacturingIndustryandit’sPositioninNationalEconomy01.2.1制造业的发展

工业革命前：生产加工是低效的手工劳作方式17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，在纺织工厂使用，机器代替手工劳动的序幕，机械化生产的基础，机器生产机器。标志第一次工业革命兴起，工业化大生产从此开始

18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始

20世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来（以大量生产为特征—MassProduction）二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式。进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清洁化的方向发展。1797发明第一台滑动刀架车床1873第一台凸轮控制的自动车床1910-1920福特汽车公司，泰勒按节拍生产的理论，首先建立了流水线生产方式，创造了平均每分钟生产一辆T型车的记录。1952美国首先研制成功数控（NumericalControlNC）机床及自动编程，CAM的开端1953同一台机床上通过自动换刀实现铣、钻、镗、锪，铰、磨及攻丝等多种工艺的数控加工中心（MachiningCenter）MIT美国麻省理工学院

01.2.1制造业的发展1962美国第一台工业机器人（IndustrialRobot）1967英、美FMS(FlexibleManufacturingsystem)柔性制造系统，解决大批量，离散形生产自动化60年代末——CAPP（Computer-AidedProcessPlann-ing）计算机进行加工工艺路线和工序内容的设计及机床切削用量、时间定额等的选择与制定1954美国通用电器公司（GE）首次用计算机计算职工工资1961：物料需求计划：MRPI(MaterialRequirementsPlanning)1979：制造资源计划：MRPII(ManufacturingResourcesplanning)管理信息系统MIS(ManagementInformationSystem)目前PDM生产数据管理系统

01.2.1制造业的发展我国金属切削方面的发展公元前2000多年青铜器时代青铜刀，锯锉，磨石春秋中晚期《考工记》金工知识唐代原始的车床1668畜力铣磨机脚踏刃磨机1915第一台国产车床194720000多台碳素工具钢刀具V=10m/min直径2丈（6.7米），加工天文仪器上的铜环，或磨石01.2.2制造业在国民经济中的地位

国民经济的支柱产业，国民经济总收入的60%以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。

日本由于重视制造业，二次大战后30年时间，发展成为世界经济大国。机械制造业是制造业的基础,是重中之重。与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。直至上世纪80年代初，美国才开始清醒，重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。01.2.2制造业在国民经济中的地位

纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造业图1-8

当今制造业的社会功能◆

图1-8显示了当今制造业的社会功能。1.2.2制造业在国民经济中的地位

1963年1983年美日两国汽车产量在世界市场所占份额图1-9

美日两国汽车产量变化01.2.2制造业在国民经济中的地位

图1-10

多轴数控机床改进核潜艇性能01.2.3我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业与世界发达国家的差距

困难：技术上落后，资金不足，资源短缺，管理体制、周边环境还存在诸多问题（地方保护，信用危机…）

机遇：中国已加入WTO；制造业的世界格局已经和正在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中

机遇与挑战

发展迅速，成绩瞩目存在阶段性的差距:产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科技投入严重不足。

机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。挑战与机遇并存。

1.3.3我国机械制造业面临的机遇和挑战神舟5号2003图1-11

神州5号宇宙飞船

神舟6号

2005302012-13神九载人交会对接机械制造技术基础第01章

概述

Introduction01.3先进制造哲理与先进生产模式AdvancedManufacturingPhilosophyandProductionModel

大批量生产方式的产生

“技艺”型生产时代——工业革命开始至20世纪初，机器代替人力成为生产主要方式，但仍以作坊式的单件生产为主，由于机器精度不高，产品质量主要靠从业人员的技艺来保证大批量生产方式（MassProduction）——20世纪初，福特汽车公司在底特律建立了世界上第一条自动生产线，标志大批量生产时代的开始技艺不再重要——由于机器精度的提高，加上互换性原理的推行，加工和装配工作变得简单大批量生产方式特点——生产周期短，生产效率高，生产成本低，产品质量好01.3.1批量生产方式专业化协作与扩散生产

根据批量法则，为了取得良好的经济效益，除合理地扩大产品的产量外，组织专业化协作生产是一种行之有效的方法。专业化协作生产形式

基础零部件专业化生产毛坯专业化生产中小零件专业化生产工艺专业化协作生活服务社会化01.3.1批量生产方式

01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

批量法则在大批量生产中，由于采用专用、高效和自动化的生产设备，可以获得高的生产率，低的生产成本，短的生产周期；而多品种、小批量生产则相反。机床利用率例：CA6140车床，最大加工直径φ400，实际加工90％以上工件直径不足100mm，机床利用率极低。制造周期在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间的约5％，其余95％均为周转等待时间；加工时间中真正进行切削的时间不足30%。多品种、中小批量生产中存在的问题01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

◆目前，单件小批量生产的产品占机械产品总数的70％以上，并有继续增大的趋势。解决多品种、中小批量生产的有效途径是采用GT。5％

95％调整、装夹、对刀、检测等切削30％

70％加工时间

运输与等待时间制造周期加工时间图1-13多品种、中小批量生产的时间分配GT的客观基础二次相似性结构（形状、尺寸、精度…）材料（材质、毛坯、热处理…）工艺（加工方法、加工设备…）一次相似性

机械零件之间存在相似性这种相似性主要表现在三个方面：01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

机械产品中各类零件出现有明显的规律性（图1-14）正是由于70%左右的零件属于相似件，构成实施成组技术的客观基础。01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

标准件复杂件相似件20～25%70%5～10%零件复杂程度零件出现频数图1-14机械产品中不同复杂程度零件分布规律01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

图1-15结构相似零件组图1-16工艺相似零件组GT定义

一般性定义：GT是一门生产技术科学，研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题分类成组，寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得最佳效果。

机械制造领域中定义：将多种零件（部件或产品）按其相似性分类成组，并以这些零件组（部件组或产品组）为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。GT

被认为是一种“制造哲理”—（ManufacturingPhilosophy），是现代制造技术的一个重要理论基础。01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

图1-17成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4

将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量

重复使用原则：◆资源重复使用，降低生产成本；

◆作业熟练程度增加，提高生产率。GT工作原理01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

GT发展简况★

20世纪50年代，前苏联院士Митрофанов

在其著作“成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。★

20世纪60年代西欧研究GT形成高潮，代表人物首推阿亨工业大学Opitz教授，他所领导的小组进行了大量的调查研究工作，为成组技术提供了重要的理论依据。★

20世纪70年代，美国、日本接受成组技术，并迅速与计算机技术联系在一起，使其得到更好的应用。★

20世纪80、90年代，GT与各种新的制造方式相结合，成为现代制造技术的基础。★

GT发展过程：成组加工→成组工艺→成组技术→成组生产系统01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

我国GT发展简况★20世纪50末、60初学习苏联，首先在纺织机械行业试点实行，有清华大学、西安交大等高校参与。★20世纪60年代中期以后，由于文化大革命，国民经济陷入混乱状态，GT无从谈起。★20世纪70末、80初，文革以后，自上而下推行，机械部推出4个试点单位，并组织制定了两个编码系统（JCBM-1，JLBM-1），对GT发展起到了推动作用。★20世纪80年代中期后，计划经济向市场经济转轨，采用GT成为企业自发的行为。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分类编码系统01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

图1-22压盖零件编码（001021103050736)φ240700.80.8其余成组技术（GroupTechnology—GT）

成组技术在设计中的应用

利用零件编码，检索相似零件，减小重复设计工作量（据统计，一项新产品中有70%以上的零件设计可以借鉴或直接引用原有的设计）。同样利用产品和部件的继承性，对产品及部件进行编码，通过检索、调出和利用已有相类似设计，可显著减少新设计的工作量（参数化设计技术的发展使这一效果更加显著）。◎

零件标准化内容零件名称标准化零件结构标准化零件标准化

提高设计标准化程度设计标准化是工艺标准化的前提。01.3.2成组技术（GroupTechnology—GT）

◆成组生产单元是一种先进的生产组织形式，在成组生产单元内，零件加工过程被封闭起来，责、权、利集中在一起，生产人员不仅负责加工，而且共同参与生产管理与生产决策活动，使其积极性能够得到充分发挥。

◆按成组工艺进行加工，可使零件加工流向相同，这不仅有利于减少工件运动距离，在安排作业计划时，也有规则可循。成组技术在管理中的应用◆要求按工艺相似零件组（而非按产品）安排生产计划，需要打破旧的生产计划方式，而代之以按零件组安排生产进度计划。除了要转变传统观念以外，采用计算机辅助生产管理方法也是必要的。

01.3.3计算机集成制造（CIM）

CIM提出CIM一词首先由Dr.J.Harrington于1973年提出，其两个基本观点：CIM概念提出后，未被立即接受，因条件不成熟。直至20世纪80年代初，各项单元技术（CAD、CNC、CAPP、MIS、FMC、FMS…）得到充分发展，并形成一个个自动化“孤岛”。在这种形势下，为取得更大的经济效果，需要将这些“孤岛”集成起来，CIM概念受到重视并被实施。2）整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终产品可视为数据的物化表现。1）企业生产活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个统一的不可分割的整体。01.3.3计算机集成制造（CIM）

20世纪80年代中、后期，CIM逐渐开始实施，并显示出明显的效益——提高企业的生产率和市场竞争能力。以往，竞争力主要取决于生产率，现今更重要的是对市场的响应能力。

信息时代的到来,使世界正在“变小”。世界大市场的发展，使竞争更加激烈，这一方面极大地促进了社会的发展，另一方面也给企业造成了严酷的“生存环境”。企业为求得生存和发展，必须在

TQCSE

五要素上下工夫。T（Time）——时间，加速新产品研制周期，缩短交货期Q（Quality）——质量C（Cost）

——成本S（Service）——服务E（Environment）——环保为实现这一目标，CIM是一种强有力的形式。01.3.3计算机集成制造（CIM）

CIM定义CIM是将人及其经营知识和能力与信息技术和制造技术综合应用，以提高制造型企业的生产率和响应能力。企业所有人员、功能、信息、组织管理等方面都是集成起来的整体的各个部分。

欧共体CIM-OSA（开放体系结构）课题委员会：◆

CIM是一种哲理、思想、方法；◆

CIMS是CIM哲理的具体体现；◆

CIMS是一个计算机控制的闭环反馈系统，其输入是产品的需求和概念，输出的是合格的产品。CIM与CIMS01.3.3计算机集成制造（CIM）

讨论◆

整体优化是CIM的目标（相对于自动化孤岛）。◆

CIM

的核心是集成，而集成的本质是信息集成。◆

3M（人、机器、管理）集成，其中人是核心。普渡大学T.J.Willian教授提出CIMS参考模型的两个概念：

★

Automability（可自动化性）——指生产活动中可用数学形式或计算机程序描述的部分，生产活动中的这一部分内容可用计算机来进行处理。

★

Innovation（创新）——生产活动中无法用数学形式或计算机程序描述的部分，这一部分内容仍需人来完成。

他认为工业革命使人变成了机器的奴隶，新技术革命则要“恢复人格”（Humanlization）。Real01.3.3计算机集成制造（CIM）

◆

SME的“制造企业轮图”（图1-26）也强调以人为本。

图1-26CASA/SME的“制造企业轮图”（第三版1993）资源人材料设备信息技术供应商责任规章道德环境社团雇员投资者顾客人小组组织共享知识系统制造用户服务材料管理装配检验作业计划资源计划用户知识产品/工艺生命周期变化全球组织分销促销产品定义系统设计零部件设计不断改进文档发布零部件制造资源01.3.3计算机集成制造（CIM）

◆

CIM往往和人们经常提到的“三无工厂”（无图纸、无库存、无人化),“3J”（Justintime，Justincase，Justinsupply）等概念相联系。◆

搞CIM是非常复杂的事情，是一项高投入、高风险项目，必须审慎行事（20世纪80年代只有少数公司获得成功）。图1-27无图纸生产实例—波音777客机◆CIMS的实现程度受企业经营环境的制约，与企业的技术水平、投资能力、经营战略等相联系，决定了CIMS是一个多层次、多模式、动态发展、逐渐向理想状态趋近的系统。◆

限定“制造型企业”。

01.3.3计算机集成制造（CIM）

注重研究→注重应用

大型企业→中小型企业“技术推动”→“需求牵动”

强调技术支撑→强调人、技术、经营集成

CIM应用模式越来越多

CIM实施过程中不断吸收新技术、新思想、新概念CIMS发展趋势

01.3.4并行工程（CE）

并行工程（

ConcurrentEngineering——CE）定义1988年，美国国防部防卫分析研究所（IDA）发表R338

报告：

并行工程（CE）是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期（从概念形成到产品报废）中所有的因素，包括质量、成本、进度与用户需求。注：支持过程——

包括对制造过程的支持（原材料的获取,中间产品的库存，工艺过程设计，生产计划制定…）和使用过程的支持（产品销售，使用维护，售后服务，产品报废后的处理…）01.3.4并行工程（CE）

CE与CIM的目标都是为了赢得市场竞争，着眼点均为“TQCSE”。随着市场竞争的日趋激烈，“TQCSE”五要素中“T”变得越来越重要，减小新产品开发周期成为“TQCSE”的“瓶颈”。CIM着眼于信息集成与信息共享，通过网络与数据库将自动化孤岛集成起来。但生产过程的组织结构与管理仍是传统的，独立、顺序进行。生产管理者在信息集成的基础上，对整个生产进程有清楚的了解，从而可以进行有效的控制，并最终在TQCSE

上取得成功。CE与CIM具有相同的背景01.3.4并行工程（CE）

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◆当新产品开发成为赢得竞争的主要手段后，单纯集成已不够。按顺序方法开发产品常需要多次反复，不仅延误了时间，而且在资金上也造成巨大浪费。01.3.4并行工程（CE）

图1-34串行与并行方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）01.3.4并行工程（CE）

◆

CE依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员相互合作，相互信任和共享信息，通过彼此间有效地通讯和交流，尽早考虑产品全生命周期中的各种因素，尽早发现和解决问题，以达到各项工作协调一致。◆

CE方法有别于传统的强调“分工”的管理方式，是一种在更深层次上的集成（人、技术、管理的集成；产品设计及其相关过程设计的集成）。◆

CE的核心是产品及其相关过程（加工工艺、装配、检测、质量控制、销售、售后服务…）设计的集成。CE基本方法与效益◆

CE效益——缩短新产品开发周期40～60%；提高设计质量（早期生产中工程变更次数减小一半以上，产品报废及反复工作减小75%）；制造成本下降30～40%01.3.4并行工程（CE）

◆据统计，新产品提案中只有约6.5％能够制造出产品，其中能够商品化的比例不到15％，商品化产品进入市场后又有将近半数未能获得成功。

◆原因：在产品设计时对影响产品的多种因素考虑不周全，或不充分和不深入，面向“X”设计应运而生。

◆产品设计在产品寿命循环中占有重要的地位，它决定了产品制造成本的70～80％。

面向X的设计◆面向“X”的设计最初是以DFM（面向加工的设计）和DFA（面向装配的设计）的形式出现，进一步发展，便形成了DFX（面向“X”的设计）。

◆

X可以指经营、销售、加工、装配、检验、使用、维护、质量、成本等。01.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

精良生产（LeanProduction——LP）MIT国际汽车项目组的JamesWomack

等三名经理在“TheMachineThatChangedtheWorld”一书中，对日本丰田汽车公司生产方式的描述。

MP（MassProduction）是旧时代工业化的象征——代表了高效率、低成本、高质量。

LP是新时代工业化的标志——只需一半人的努力，一半生产空间，一半投资，一半设计、工艺编制时间，一半开发新产品时间和少得多的库存。LP的精髓在于“Lean”——“没有冗余”“精打细算”，没有一个多余的人，没有一样多余的东西，没有一点多余的时间；岗位设置必须是增值的，不增值岗位一律撤除；工人要求是多面手，可以互相顶替。01.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

丰田公司精良生产要点

组织管理权力下放，以TeamWork形式分段负责，把大量工作责任转移到生产线工人身上，建立一个能够迅速追查出全部缺陷并找出其最终原因的检测系统。

产品设计强调负责人的权力与责任，由项目负责人组织多个TeamWork

并行工作。

市场用户

“需求驱动”与“主动销售”；贯彻全面质量管理（TQC），使顾客完全满意（TCS）。

与协作厂关系“利益共享，风险共担”。01.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

准时制生产（JustInTime——JIT）

准时制的核心及时和准确。在制造过程中，要求按正确的时间、正确的地点，提供正确数量的合格物品，以期达到接近零库存、无缺陷和低成本的目标。

基本做法1）每月公司根据市场情况和用户订货，按型号和规格拟定本月生产各种汽车的数量，经审查后下达生产任务。2）工厂的装配车间将月生产汽车任务除以本月有效工作日，得出日平均产量，据此按日安排生产。3）装配车间开始生产后，按后序向前序提取零部件的规定，把生产过程的各个部分有机地组织起来。4）宁肯中断生产，也不积压储备。

01.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

“看板”（Canban）管理

出发点——后序驱动示意图图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；各环节、各工序均处于良好运行状态；人员素质高，多面手，且处于高度紧张状态。01.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

敏捷制造（AgileManufacturing——AM）20世纪70～80年代，美国由于政策导向失误，使制造业众多产品在世界市场所占份额不断下降，美国在制造领域的霸主地位逐渐丧失。为了恢复美国制造业在世界上的领导地位，20世纪80年代末美国国会指示国防部拟定一个制造技术发展规划，要求同时体现美国国防工业与民品工业的共同利益，并要求加强政府、工业界和学术界的合作。在此背景下，美国国防部委托Lehigh大学与GM等大公司一起研究制定一个振兴美国制造业的长期发展战略，最终于1991年完成了“21世纪制造业发展战略”报告。在此报告中提出了“敏捷制造”的概念。01.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

敏捷制造的特征

敏捷制造蕴涵着许多不同于传统生产方式的哲理和思想，主要表现在：

◎

需求响应的快捷性

主要指快速响应市场需求（包括当前需求和可预知未来需求）的能力。

◎

制造资源的集成性

不仅指企业内部的资源共享与信息集成，还指友好企业之间的资源共享与信息集成。

◎

组织形式的动态性

为实现某一个市场机会，将拥有实现该机会所需资源的若干企业组成一个动态组织，它随任务的产生而产生，并随任务的结束而结束。

01.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

敏捷制造工作原理

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借助计算机网络和信息集成基础结构，构造由多个企业参加的“虚拟制造”环境；以竞争合作为原则，动态选择合作伙伴，组成面向任务的虚拟公司，进行快速和最佳化生产。企业3企业K企业K+201.3.5精良生产与敏捷制造（LP&AM）

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虚拟企业网络结构快速原型制造技术（RPM）

◆快速原型制造（RapidPhotographManufacturing—RPM），又称“快速成形技术”（RapidPhotograph—RP）或“分层制造”（LayerManufacturing—LM），是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。◆它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。◆按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体（见图2-1）。01.3.6零件成形方法图1-39快速成型过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末01.3.6零件成形方法a）b）图1-40传统加工与快速成型比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形01.3.6零件成形方法◆

通常指纳米级（0.1nm～100nm）的材料、设计、制造、测量和控制技术。纳米技术涉及机械、电子、材料、物理、化学、生物、医学等多个领域。[1nm=10-9m=4原子长度，头发直径约7万nm]◆

在达到纳米层次后，决非几何上的“相似缩小”，而出现一系列新现象和规律。量子效应、波动特性、微观涨落等不可忽略，甚至成为主导因素。◆

纳米技术研究的主要内容纳米级精度和表面形貌测量及表面层物理、化学性能检测；纳米级加工；纳米材料；纳米级传感与控制技术；微型与超微型机械。01.3.7纳米技术

扫描隧道显微测量（STM）

扫描隧道显微镜1981年由在IBM瑞士苏黎世实验室工作的G.Binning和H.Rohrer发明，可用于观察物体级的表面形貌。被列为20世纪80年度世界十大科技成果之一，1986年因此获诺贝尔物理学奖。STM工作原理基于量子力学的隧道效应。当两电极之间距离缩小到1nm时，由于粒子波动性，电流会在外加电场作用下，穿过绝缘势垒，从一个电极流向另一个电极。当一个电极为非常尖锐的探针时，由于尖端放电使隧道电流加大。01.3.7纳米技术G.BinningH.RohrerSTM图1-42STM工作过程演示图1-41STM实物照片

01.3.7纳米技术通过扫描隧道显微镜操纵氙原子用35个原子排出的“IBM”字样

石墨三维图像

01.3.7纳米技术图1-43用STM移动分子组成的IBM字样图1-44用STM观察石墨原子排列机械制造技术基础

制造技术的发展DevelopmentofManufacturingTechnology先进制造技术AdvancedManufacturingTechnology01.3.8AMT产生背景

AMT首先由美国于20世纪80年代末提出

长期以来，美国政府只对基础研究、卫生健康、国防技术等给予经费支持，而对产业技术不予支持，主张产业技术通过市场竞争，由企业自主发展

20世纪70年代，一批美国学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，认为制造业是“夕阳工业”，主张经济重心由制造业转向高科技产业和第三产业

结果：导致美国在经济上竞争力下降，贸易逆差巨增，日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。（20世纪60年代美国汽车产量占世界汽车总产量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）01.3.8AMT产生背景

20世纪80年代,美国政府开始认识到问题的严重性

白宫一份报告称“美国经济衰退已威胁到国家安全”

MIT的一份报告写到“经济竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争”，“一个国家要生活好，必须生产好”，表明美国知识界与政府之间取得了共识

1988年,美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究,并于其后不久提出了“先进制造技术”发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP）”和“制造技术中心计划（MTC）”

1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关键技术”报告，重新确立了制造业的地位01.3.8AMT产生背景

“制造业仍是美国的经济基础，美国曾多年是制造业的世界领袖，不受挑战。但近十年我们的实力每况愈下，美国公司仍擅于作出新的突破，如IBM的高温超导发现，但往往不能很好地贯彻到底，即把技术既迅速又便宜地转化为新产品和新工艺。…美国企业和政府对制造技术投资不足，与其它外国竞争者相比，美国公司在整个研究开发计划中忽视了与工艺有关的研究开发。…我们也忽视了现有技术和诀窍的传播，现在已有的新的制造技术和方法，只有少数美国公司开始采用，大部分公司仍是慢吞吞的。这个问题在雇有800万工人的35万家小型制造商中最为尖锐，他们往往缺乏取得这些技术的资源和能力…”

1993年，克林顿在硅谷发表题为“促进美国经济增长的技术——增强经济实力的新方向”的演说，对制造业给予了实质性强有力的支持。

先进制造技术计划（ATP）为美国人提供更多高技术、高工资就业机会，促进美国经济增长；提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境；使美国私人制造业在世界市场上更具有竞争力，保持美国的竞争地位；使教育系统对每个学生进行更富有挑战性的教育；鼓励科技界把确保国家安全和提高全民生活质量作为核心目标。01.3.8AMT产生背景

由美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）提出，1994年度预算为14亿美元ATP目标:

又称“合作伙伴计划”，由美国国家标准与技术研究院（NIST）牵头

目标：面向35万家中小企业(他们不像大企业有自己的开发能力，且资金不足)，在技术拥有者（通常为政府的研究机构、国家实验室、大学）与需要这些技术的中小企业之间建立合作的桥梁，使中小企业掌握先进制造技术，或使他们具有识别、选择适用于自己企业的先进制造技术的能力

方法：一个地区设立一个中心（至95年已建立了30个中心），为中小企业展示新的制造技术和设备，并进行培训，帮助他们选用

经费：国会拨款01.3.8AMT产生背景

制造技术中心计划（MTC）

汽车2mm工程，使轿车车身精度达到丰田水平1994年，美国汽车产量重新超过日本，重新占领欧、美市场美国Inter公司成为世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生产也不敌日本，包括海湾战争中大出风头的“爱国者”导弹上使用的芯片也是日本制造的）20世纪90年代，经济持续增长，失业率降低到历史最低水平提出了一系列先进制造技术的新理论、新思想，如：CE，LP，AM，…01.3.8AMT产生背景

ATP&MTC

效果显著01.3.8AMT内涵与体系结构

至今尚无明确的和一致公认的定义，通过对其特征的分析和多年的实践，可以认为：◆

AMT是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。◆要点：AMT定义

目标提高制造企业对市场的适应能力和竞争力强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用