先进制造技总结

先进制造技术

总结二零一四年十一月1第一页，共五十一页。目录第1章绪论第2章现代产品开发设计技术第3章现代工艺规划技术第4章计算机辅助制造技术第5章生产规划制定第6章柔性制造和智能制造系统第7章高速加工技术第8章非传统加工技术第二页，共五十一页。第1章绪论1.1制造业发展现状1.1.1制造和制造业1.1.2制造业的发展历程及目标1.2先进制造技术的概念与特点1.2.1先进制造技术的定义1.2.2先进制造技术的特点1.3先进制造技术的体系与分类1.3.1先进制造技术的体系结构1.3.2先进制造技术的分类1.4先进制造技术的目标是获得竞争优势第三页，共五十一页。第1章绪论1.1制造和制造业制造：

把原材料变换成所希望的有用产品的过程，包括市场分析、规划设计、加工装配、营销服务和回收处理。制造系统三要素:硬件、软件、人员制造业：制造业是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），按照市场要求，通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业。第四页，共五十一页。第1章绪论1.2先进制造技术的概念与特点先进制造技术定义是不断吸收机械、电子、信息、能源和现代系统管理等方面的成果，并将其应用于产品的全生命周期中，以实现高效(Time)、优质(Quality)、低耗(Cost)、及时(Service)、清洁(Environment)，提高对市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。先进制造技术的特点系统性、集成性、动态发展性、前瞻性第五页，共五十一页。第1章绪论1.3先进制造技术的体系与分类先进制造技术的体系包括设计、制造技术的主技术群；支撑技术群；制造技术环境。先进制造技术的分类按技术等级分类基础技术、新型单元技术、集成技术按学科分类现代设计技术、先进制造技术、自动化技术、系统管理技术第六页，共五十一页。第2章现代产品开发设计技术2.1产品设计概述2.2数字化造型技术2.3仿真分析技术第七页，共五十一页。2.1.1典型设计理论和设计方法产品设计理论方法系统化设计理论公理化设计理论通用化设计理论TRIZ理论计算机辅助设计优化设计可靠性设计有限元设计工业艺术造型设计反求工程设计模块化设计相似设计健壮设计三次设计思维方式和基本规律设计具体指南和依据设计是指为了完成某项工作而制定的计划和意图。手段设计工具和技术第八页，共五十一页。2.2数字化造型技术数字化设计：用数学方法在计算机中表达物体的形状、属性及其相互关系和模拟特定状态。数字化设计的核心内容：产品造型——形体在计算机内部的表示——以一定结构的数据来描述和表示三维物体的几何信息和拓扑信息。几何形状：用数学方法在计算机中表达物体的形状和大小。拓扑信息：表达几何实体中顶点、边、面的连接关系。第九页，共五十一页。2.2数字化造型技术三维造型：线框造型：用一系列空间直线、圆弧和点描述模型的轮廓，在计算机中生成三维映像的方法。---数据存储量小,计算量少,但图形含意不确切,不能反映体积、面积、惯性矩等几何特征。曲面造型：用曲线和曲面来拟合和逼近物体表面的方法。实体造型：以几何造型为基础的实体造型方法。---构造实体几何法（CSG）、边界表示法（B-rep）。特征造型：包含精度、材料、热处理、装配、性能分析等制造信息的造型方法。工程特征定义：狭义工程特征：三维模型具有实体体素的拓扑关系的特征。广义工程特征：三维模型具有几何、拓扑、精度、材料、热处理装配、性能分析等信息的特征。参数造型：用尺寸约束、拓扑约束、工程（应力、性能）约束等定义和修改几何模型的方法。---基于特征、全尺寸约束、全数据相关。第十页，共五十一页。2.３

仿真分析技术仿真分析技术通称为计算机辅助工程CAE(ComputerAidedEngineering）。是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。第十一页，共五十一页。2.３

仿真分析技术CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。它利用简单而又相互作用的单元元素，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。第十二页，共五十一页。2.３

仿真分析技术有限元分析计算步骤物体离散化单元特性分析和计算单元组集求解方程有限元应用用于工程中的复杂问题求解，如设计中的静态分析、动态分析、热特性分析等。通用程序：NASTARN,ANSYS,ASKA,SAP。

第十三页，共五十一页。第3章现代工艺规划技术（CAPP）3.1计算机技术在工艺设计中的应用3.2修订式CAPP系统3.3生成式CAPP系统3.4专家系统CAPP3.5CAPP技术的发展趋势第十四页，共五十一页。3.1计算机技术在工艺设计中的应用工艺规划定义也叫生产工艺流程，是指在生产过程中，利用生产工具将各种原材料、半成品通过一定的设备、按照一定的顺序连续进行加工，最终使之成为成品的方法与过程。工艺规划的原则技术先进和经济上的合理。CAPPCAPP借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。第十五页，共五十一页。3.5CAPP技术的发展趋势各类CAPP的特点对比CAPP类型原理适用条件修订式按零件形状相似特征划分零件族,由工艺属性制定标准工艺规程零件族数较少，族内零件项数较多，零件种类和批量相对稳定。生成式将的推理和决策方法转换成决策模型、算法及程序代码，自动生成零件的工艺规程。系统自动化程度较高,智能化程度较高。专家系统模拟人类专家解决问题的推理方式和思维过程，对现实中的问题作出判断和决策。智能化程度高,解决复杂而专门的问题，没有确定的算法。第十六页，共五十一页。第4章计算机辅助制造技术4.1计算机辅助制造的基本概念4.2数控加工程序编制4.3计算机辅助质量控制4.4加工过程监控第十七页，共五十一页。4.1计算机辅助制造的基本概念计算机辅助制造（CAM，computer-aidedmanufacturing）是指在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程。国际计算机辅助制造组织关于计算机辅助制造有一个广义的定义：“通过直接的或间接的计算机与企业的物质资源或人力资源的联接界面，把计算机技术有效地应用于企业的管理、控制和加工操作。”计算机辅助制造的核心是计算机数值控制(简称数控)。数控的特征是由程序指令来控制机床。改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。第十八页，共五十一页。4.2数控加工程序编制4.2.2数控机床程序编制的内容和步骤三、数控机床程序编制的内容和步骤数控加工程序编制含盖“分析零件图样”到“程序检验”的全过程。第十九页，共五十一页。4.3计算机辅助质量控制质量控制(QualityControl)是为达到质量要求所采取的作业技术和活动。计算机辅助质量控制（ComputerAidedQuality,CAQ)是在传感技术、信号处理技术、计算机技术的基础上，通过计算机及其软件，实现在加工过程中的质量数据的获取、处理、分析，并对加工过程进行有效的控制，从而保证产品加工质量满足设计要求。计算机辅助质量控制应贯穿于产品形成的全过程，即包括营销和市场调查、过程策划与开发、产品设计与采购、生产或服务提供、验证、安装和贮存、销售和分发、安装和投入运行、技术支持和服务、用后处置等各个环节或阶段的质量控制。第二十页，共五十一页。4.4加工过程监控加工过程监控为确保生产过程处于受控状态，对直接或间接影响产品质量的生产、安装和服务过程所采取的作业技术和生产过程的分析，诊断和监控。第二十一页，共五十一页。第5章生产计划制定5.1概述5.2生产计划的制订5.3物料需求计划5.4企业资源计划5.5高级计划排程系统第二十二页，共五十一页。5.1生产计划制定概述生产计划定义：生产计划是关于企业生产运作系统总体方面的计划，是企业在计划期应达到的产品品种、质量、产量和产值等生产任务的计划和对产品生产进度的安排。生产计划是指导企业计划期生产活动的纲领性方案。生产计划按决策层面分为三大类：总生产计划——战略层计划：企业高层领导负责，确定总目标，提供所需资源。主生产计划——管理层计划：主管生产部门负责，提出生产指标和产品任务计划。生产作业计划——作业层计划：车间班组负责，配置设备和人力。第二十三页，共五十一页。5.2.2生产计划工作的内容编制生产计划的准备确定各项计划指标生产能力的核算与平衡确定产品的生产进度组织和检查生产计划的实施第二十四页，共五十一页。5.3物料需求计划物料需求MRP计划：是基于计算机技术,决策相关物料的数量和订货时间以满足主生产计划的计划。闭环MRP计划：在MRP基础上，结合采购计划、车间作业计划、生产能力计划而形成的计划。制造资源MRPⅡ计划把生产、库存、采购、销售、财务、成本等子系统都联系起来，逐渐成为一个覆盖企业全部生产资源的管理信息系统的计划。第二十五页，共五十一页。5.4企业资源计划企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning，ERP）将企业的财务、采购、生产、销售、库存和其它业务功能整合到一个信息管理平台上，从而实现信息数据标准化，系统运行集成化、业务流程合理化、绩效监控动态化、管理改善持续化，预测在今后信息时代企业管理信息系统的发展趋势和即将发生变革。第二十六页，共五十一页。5.5高级计划排程系统高级计划系统（APS，AdvancedPlanningandScheduling）被誉为供应链优化引擎，用于协调物流、开发瓶颈资源和保证交货日期。APS是企业信息中枢ERP系统的补充。APS内容：包括需求和供应计划、运输计划、生产计划和排程、分销计划等各种模块。APS的目标：追求生产计划优化和能力的平衡。探讨在满足约束条件的前提下，获得制造时间和成本最优化。能帮助制造企业高效地控制生产计划。第二十七页，共五十一页。第6章柔性制造和智能制造系统6.1柔性制造系统概述6.2柔性制造系统中的加工系统6.3柔性制造系统中的物流系统6.4柔性制造系统中的控制与管理系统6.5柔性制造系统实例6.6智能制造系统第二十八页，共五十一页。6.1柔性制造系统概述6.1.2FMS的定义和组成柔性制造系统flexiblemanufacturingsystem;FMS定义：在成组技术的基础上，以多台(种)数控机床或数组柔性制造单元为核心，通过自动化物流系统将其联接，统一由主控计算机和相关软件进行控制和管理，组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系统。第二十九页，共五十一页。6.1柔性制造系统概述6.1.2FMS的定义和组成FMS组成：第三十页，共五十一页。6.2柔性制造系统中的加工系统6.2.1FMS对机床的要求与配置FMS对机床的要求：（l）工序集中（2）高柔性和高生产率（3）控制功能强、可扩展性好（4）具有通讯接口第三十一页，共五十一页。6.2柔性制造系统中的加工系统6.2.2机床辅具与自动上下料装置机床夹具组合夹具：利用标准化夹具零部件快速拼装所需夹具；柔性夹具：一部夹具能为多个加工对象服务。托盘（Pallet）承载工件和夹具完成加工任务，是各加工单元间的硬件接口。自动上下料装置托盘交换器：联接加工系统和物料运储系统桥梁；工业机器人：具有较大的柔性度。第三十二页，共五十一页。6.3柔性制造系统中的物流系统6.3.1工件流支持系统系统的构成运输系统的基本回路自动导向小车AGV自动化仓库第三十三页，共五十一页。6.3柔性制造系统中的物流系统6.3.2刀具流支持系统刀具流系统组成及其管理刀具预调站设在FMS之外，按要求对刀具进行装配和调整；刀具装卸站是刀具进出FMS入口，多为排架式框架结构；刀具库系统存放当前加工所需的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享的中央刀库，容量大；刀具运载交换装置负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具；计算机控制管理系统

控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。第三十四页，共五十一页。6.4柔性制造系统中的控制与管理系统6.4.1FMS系统的控制方式——递阶控制递阶控制结构：将复杂系统分层分模块设置，各层相对独立，便于系统的开发和维护。递阶控制特点：愈往底层，实时性愈强；愈到上层，处理信息量愈大，实时性要求愈小。FMS三层递阶控制结构系统管理与控制层（单元控制层）-接受上级任务，制定系统作业计划，进行任务分配，监控系统执行；过程协调与监控层（工作站层）-加工程序分配、协调工件流动、运行状态采集监控、向上层反馈信息；设备控制层-控制设备工作循环，执行上层控制指令，反馈现场数据。第三十五页，共五十一页。6.4柔性制造系统中的控制与管理系统控制系统的特点：在上述三级递阶控制结构中，每层的信息流都是双向流动的：向下可下达控制指令，分配控制任务，监控下层的作业过程；向上可反馈控制状态，报告现场生产数据。在控制的实时性和处理信息量方面，各层控制计算机是有所区别的：愈往底层，其控制的实时性要求愈高，而处理的信息量则愈小；愈到上层，其处理信息量愈大，而对实时性要求则愈小。第三十六页，共五十一页。6.6.2智能制造系统的含义和特征智能制造系统的含义智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成不高的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存贮、共享、完善、集成和发展人类专家的智能。第三十七页，共五十一页。6.6.2智能制造系统的含义和特征智能制造系统的特征自律能力人机一体化虚拟现实技术自组织与超柔性学习能力与自我维护能力第三十八页，共五十一页。第7章高速加工技术7.1高速加工技术概述7.2高速切削刀具7.3高速切削加工机床7.4高速切削加工工艺第三十九页，共五十一页。7.1高速加工技术概述7.1.2高速切削加工的定义及特点高速切削加工的定义（HighSpeedMachining）几种高速加工的权威定义:CIRP（国际生产工程研究院）切削委员会1978年提出：切削速度为500-7000m/min的加工为高速切削；德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所（PTW）提出：切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍的加工为高速加工。根据Salomon高速切削理论：切削温度不再随切削速度的提高而上升，且以高切削速度、高进给速度为主要特征的切削加工为高速加工。第四十页，共五十一页。7.1高速加工技术概述7.1.2高速切削加工的定义及特点高速切削加工的特点生效率高高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高5～10倍，单位时间材料切除率可提高3～6倍。切削力低高速切削切削深度和切削宽度小，因此切削力较小，与常规切削相比，切削力至少可降低30%，适合加工刚性较差的零件加工。

加工质量得到提高。精度高由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，使得刀具、工件变形小，保证了尺寸的高精度和低粗糙度加工。第四十一页，共五十一页。7.1高速加工技术概述7.1.2高速切削加工的定义及特点高速切削加工的特点能耗低由于单位功率的金属切除率高，所以加工能耗低，符合可持续发展的要求。简化加工工艺流程。常规切削加工不能加工淬火后的材料，淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削则可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可完全省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除了人工光整加工。切削加工的发展方向是高速切削加工，在发达国家，它正成为切削加工的主流。第四十二页，共五十一页。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削对刀具的要求刀具材料高强度、高硬度、高韧性高切削速度会导致切削温度的急剧升高，因此，要求刀具材料具有很高的高温力学性能。高的耐热性、抗热冲击性能要求刀具材料的熔点高、氧化温度高。高热硬性、耐腐蚀和化学稳定性刀具材料应能适应难加工材料和新型材料加工的需要目前的刀具材料主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、TiCN基硬质合金刀具（金属陶瓷）、涂层刀具和超细硬质合金刀具等。第四十三页，共五十一页。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削对刀具的要求刀具结构和几何参数刀具应具有很好的断屑、卷屑和排屑性能。切削塑性材料时切屑易产生折断与卷曲，将缠绕在刀具或工件上，影响工件的表面加工质量，妨碍数控加工的正常进行。因此，刀具必须具有可靠的断屑槽型、断屑台和断屑器等，以便可靠的断屑或卷屑。第四十四页，共五十一页。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削对刀具的要求刀体连接可靠切削刀具按结构主要分为整体式和镶嵌式两类。普通机床采用整体式刀具，数控机床采用镶嵌式刀具。镶嵌式刀具采用机夹结构。高速回转刀具由于高速引起离心力作用，会造成刀体和刀片夹紧结构破坏以及刀片破裂或甩掉，所以应保证刀体和夹紧结构连接可靠。具体要求是：夹紧精度高；传递转矩大；结构对称性好；体积小。第四十五页，共五十一页。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削对刀具的要求4.优化切削参数确定最佳切削速度、最