《工业生产过程与管理》机械工业

机械工业6.1概述

机械工业亦称机械制造业，是制造机械产品的工业部门，它在国民经济的发展中起着极为重要作用，同时也是国民经济部门的支柱产业，是实现现代化的基石，是现代社会和现代文明发展的动力。随着先进制造业基地建设的不断推进，重点产业引领增长，机械工业的内涵发生了很大变化，专用机械设备的生产制造越来越细化，例如建筑机械、矿山机械、食品机械、汽车制造机械等产业的生产机械制造对产业发展越来越重要。

1．机械制造业

制造是指人们按自己的需求，充分运用知识和技能，借助于手工或工具，采用有效方法将原材料加工成为最终物质产品。2．机械工业机械工业一般是制造业中从事机械设备或机械装置生产的行业，包括各种机械、工具、仪器仪表等行业3．机械工程机械工程是是为国民经济建设和社会发展提供各类机械装备和生产制造技术，以创造物质财富和提高文明水准为目标的重要学科。6.1概述6.1.2机械制造业与机械工业1、机械制造业

机械制造业是将制造资源通过机械制造过程转化为可供人们使用的工业产品的行业。机械制造业一般分：消费品制造业和装备制造业，轻型制造业和重型制造业，民用制造业和军用制造业，传统制造业与现代制造业四大类。在制造范围方面涉及机械制造、汽车制造、电子、化工、仪器仪表、航空航天设备、交通运输设备、旅游设备、轻工食品设备等国民经济的大量行业。

6.1概述2、机械工业

机械工业是制造业中从事机械设备或机械装置生产的行业。它包括各种机械、工具、仪器仪表等行业。常把机械工业称为国民经济的装备部门，它的综合经济技术水平表现在两个方面：一是机械工业在国民经济发展中的权重，特别表现在其生产规模以及为国民经济提供机械产品的数量和质量；二是机械工业本身的技术、经济和组织管理水平，特别表现在生产中的拉动消耗和扩大再生产的能力。6.1.2机械制造业与机械工业6.1概述6.1.3机械工程及其服务领域

机械工程是与人类社会活动关系十分密切，应用非常广泛的一门学科，是为国民经济建设和社会发展提供各类机械装备和生产制造技术，以创造物质财富和提高文明水准为目标的重要学科。机械工程科学是由机械学与机械制造科学组成。机械学是对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术学科。机械制造科学是接受设计输出的指令和信息，并加工出合乎设计要求的产品的过程。

6.1概述6.1.3机械工程及其服务领域

现代机械工程有五大服务领域：

第一，研制和提供能量转换机械：包括将热能、化学能、原子能、电能、流体压力能和天然机械能转换适合于应用的机械能的各种动力机械，以及将机械能转换为所需的其他能量（电能、热能、流体压力能、势能等）的能量变换机械。

第二，研制和提供从事各种服务的机械：包括农业、林牧渔业机械和矿山机械，以及第二产业的各种重工机械和轻工机械。

第三：研制和提供从事各种服务的机械：包括交通运输机械、物料搬运机械、办公机械、医疗机械、通风采暖和空调设备、除尘净化消声等环境保护设备等。

第四，研制和提供家庭和个人生活的应用机械：如洗衣机、冰箱、钟表、照相机、运动器械等。

第五，研制和提供各种机械武器：如军用火炮、火箭、飞机、航空航天设备。6.1概述6.1.4机械制造业的作用与发展趋势1．作用：

机械工程科学是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。机械制造业是制造业的重要组成部分，是国家工业体系的重要基础和国民经济各部门的装备部。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展，以及科技、国防实力的提高有着直接的重要的影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。6.1概述2．趋势

机械制造业的发展趋势有以下几个方面：

①柔性化、灵捷化、智能化和信息化

②二十一世纪初机械制造业的重要特征表现在它的全球化、网络化、虚拟化以及环保协调的绿色制造等。

③人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。6.1.4机械制造业的作用与发展趋势6.1概述6.2机器与机械系统

机器一般可视为主要由原动机、工作机、传动装置、控制系统及一些辅助装置等部分构成。1、原动机：是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。一般来说，它是把其它形式的能量转换为机械能。2、工作机：是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。3、传动装置：用来连接原动机部分和执行部分，它将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。

6.2.1机器6.2.2机器的用途与性能各种机器的功能要求大致可归结为：（1）运动要求。速度、加速度、调速范围、行程、运动轨迹、运动的精确性。（2）动力要求。传递功率、转矩、力、压力等。（3）可靠性和寿命要求。机器和零部件执行功能的可靠性，零部件的耐磨性和使用寿命等。（4）安全性要求。包括强度、刚度、稳定性，热力学、摩擦学、振动及操作人员安全性等。6.2机器与机械系统（5）体积和质量要求。如尺寸、质量、功率质量比等。（6）产品造型要求。外观、色彩、装饰、形体及比例、人一机一环境协调性与宜人性。（7）环境保护要求。噪声、振动、防尘、防毒、“三废”排放等。（8）经济性要求。含设计制造的经济性、使用与维修的经济性。一般来说，一台机器设备功能要求愈多，则产品设计越复杂，产品成本也就越高，安全性也就要求越高。因此在确定产品功能时，应保证产品的基本功能，满足使用功能，剔除多余功能，各种功能的最终取舍应按技术可行性分析、安全性分析、经济性分析三方面决定。6.2.2机器的用途与性能6.2机器与机械系统1、机器结构

机器的功能与性能的实现是靠机器的结构来保证的。任何一种机器，从它所完成的功能角度来看，主要是由动力系统、传动系统、执行系统、操作系统和控制系统、支撑系统、润滑、冷却与密封系统组成。其中传动系统、执行系统构成了机械运动系统，各组成系统体现出机器的不同功能。任何机器产品都离不开机械系统，即各组成系统都是由若干个零部件及装置组成一个特定系统。2、机器组成（1）驱动装置。常称为原动机，它是机器的动力来源。（2）执行装置。处于整个传动路线的终端，按照工艺要求完成确定的运动。（3）传动装置。介于驱动装置和执行装置之间，将原动机的运动和动力传递给执行装置，并实现运动速度和运动形式的转换。6.2.3机器的结构与组成6.2机器与机械系统1、生产过程和工艺过程生产过程是指把材料转变为成品的全过程。机械工厂的生产过程一般包括原材料的验收、保管、运输、生产技术准备、毛坯制造、零件加工（含热处理）、产品装配、检验及涂装等。把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配等不同的工艺过程。生产过程和工艺过程的共同特点是：它们都是通过各种劳动形式使原材料或生产对象向着预期的成品（或半成品）转变的动态过程。这个动态过程不仅表现为物质的变化和流动的过程，同时也反映了信息和能量的变化和流动的过程。6.2.4机械加工工艺的基本知识6.2机器与机械系统2、工艺系统和生产系统把工艺过程看作物质流动、信息流动、能量流动的综合动态过程，是在时间上的一种描述。对于物质流来说，这种物质的流动还必须存在于一定的空间，也就是工艺系统。一般把机械加工中由机床、刀具、夹具和工件组成的相互作用、相互依赖，并具有特定功能的整体，称为机械加工工艺系统，简称为工艺系统。对信息流和能量流来说，也同样以工艺系统为其存在的空间。6.2.4机械加工工艺的基本知识6.2机器与机械系统1．加工工艺过程机械制造工艺是将各种原材料、半成品加工成机械产品的方法和过程，是机械工业的基础技术之一。机械制造工艺的内涵可以用机械制造工艺流程图来表示（图6-3）。6.2.5机械加工过程及其组成6.2机器与机械系统

图6-3机械制造工艺流程图6.2.5机械加工过程及其组成6.2机器与机械系统2．加工工艺组成机械加工工艺过程是由工序、工步、进给等不同层次的单元所组成：

（1）工序。一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程叫工序。

（2）工步与复合工步。在加工表面、切削刀具和切削用量都不变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工艺。几个待加工表面用几把刀具同时进行加工时称之为复合工步。

（3）进给。在一个工步内，有些表面由于余量太大，或由于其他原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样，刀具对工件的每一次切削就称为一次进给6.2.5机械加工过程及其组成6.2机器与机械系统图6-4以棒料制造阶梯轴

6.2.5机械加工过程及其组成6.2机器与机械系统（4）安装。为完成一道或多道工序的加工，在加工前对工件进行的定位、夹紧和高速作业称为安装。采取一定的方法确定工件在机床上或夹具中占有确定位置的过程称之为定位。在一道工序内，可能只需要一次安装，也可能进行数次安装。（5）工位。采用转位（或移位）夹具、回转工作台或在多轴机床上加工时，工件在机床上一次装夹后，要经过若干个位置依次进行加工，其相对于刀具或设备的固定部分所占据的一个位置，称为工位，如图6-5所示。6.2.5机械加工过程及其组成6.2机器与机械系统

图6-5多工位加工6.2.5机械加工过程及其组成6.2机器与机械系统1．含义

机电一体化是建立在机械技术、微电子技术、计算机技术和信息处理技术、自动控制技术、传感器与测试技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等现代高科技群体基础上的一种高新技术，是机械和电子的统一。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。2．特征机电一体化技术的主要特征如下：（1）机械结构简单。（2）加工精度高。（3）工艺过程实现了柔性化。（4）操作自动化。（5）调整维护更加方便。6.2.6机电一体化6.2机器与机械系统

随着机电一体化相关技术的快速发展，机电产品的外观更加人性化、功能更加强大、体积和重量更加轻巧、可靠性更高等。与传统的机电产品相比机电一体化产品具有的优势：（1）功能增强并且应用广泛。（2）精度大大提高。（3）安全性和可靠性提高。（4）改善操作。（5）提高柔性。6.2.6机电一体化6.2机器与机械系统

数控机床是数字控制机床(Computernumericalcontrolmachinetools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床与传统机床相比，具有以下一些优点：（1）具有高度柔性。

（2）加工精度高。（3）加工质量稳定、可靠。（4）生产率高。（5）改善劳动条件。

（6）利用生产管理现代化。6.2.6机电一体化6.2机器与机械系统6.3机械产品的生产过程机械产品的制造，与冶金、炼油、化工等过程型生产不同，是属于一种加工装配类型的生产，离散性较强。完成加工的最基本要素：1．材料：材料是基础，它提供了加工对象，其质量优劣决定着产品的先天基础和加工的难易。材料一般由供应部门根据生产的情况采购供给。2．设备：设备一般包括加工设备、夹模具和检测设备。加工设备一般分为热加工设备、冷加工设备和装配设备。3．工人：工人是生产中的主体。机械制造企业中工人的劳动是通过操作机器设备来完成对零部件和产品的加工，工人是根据设备的要求来组织的。在机械制造行业，技术工人仍然是企业的宝贵财富。6.3.1完成加工的基本要素6.3.2机械产品的生产过程图

6-4

机械产品生产过程示意图6.3机械产品的生产过程6.4机械制造的加工安全

第三次工业革命后，机械化、自动化及信息化已成为工业领域主要生产方式，对于减轻劳动强度、提高劳动生产率、改善劳动环境、降低生产成本等具有非常重要的意义。然而，伴随着机械的大量使用，由于人的不安全行为、机械的不安全状态或恶劣的工作环境，人们在与机械打交道的过程中时常会发生各种事故，直接影响着人体健康，或造成人身伤亡和财产损失，机械安全问题日趋凸显，近年来，装备自动化水平不断提升，工业机器人在生产中得到了广泛应用，如何正确并恰当地处理人机协作的安全性，成为未来一段时间内的难题。我国一直致力于机械设备本质安全设计、安全防护技术以及安全控制系统的研究，机械安全风险评估的广泛应用对提升机械设备的安全水平起到了重要的作用。6.4.1机械设计的基本危险因素

在所有安全生产事故中，机械制造业事故数量占相当高的比例，要做到预防事故的发生，首先要考虑到机械设备的危险因素，才能做到机械设计的基本安全，以实现本质安全的目的。1．一般机械设备危险

机械设备危险主要针对设备的相对运动部分，比如静止的机座和传动机构，高速运动的工件和刀具等。如果设备有缺陷、防护装置失效或操作不当，则随时可能造成人身伤亡事故。2．传动装置的危险

机械传动分为齿轮传动、链传动和带传动。由于部件不符合要求，如机械设计不合理，传动部分和突出的转动部分外露、无防护等，可能把手、衣服绞入其中造成伤害。6.4机械制造的加工安全3．冲剪压机械的危险

冲剪压机械都具有一定啮合部位，其啮合部位是最危险的。由于这类设备多为人工参与操作，操作人员容易产生疲劳和厌烦情绪，发生人为失误，如进料不准造成原料飞出、模具移位、手进入危险区等，极易发生人身伤害事故。4．切削机床的危险（1）其旋转部分。（2）操作者与机床意外碰撞。（3）操作者站的位置不适当，就可能会受到机械运动部件的撞击。（4）刀具伤人。（5）飞溅的赤热钢屑、刀屑划伤和烫伤人体。（6）工作现场环境不好，（7）冷却液对皮肤的侵蚀，噪声对人体危害等。6.4.1机械设计的基本危险因素6.4机械制造的加工安全6.4.2机械设备危险的防护措施1、机械传动机构危险的主要防护措施：（1）机器的传动皮带、齿轮及联轴器等旋转部位安装防护罩或防护壳，与操作人员绝对的安全隔离；（2）凡离地面高度不足2米的链传动，必须安装防护罩；在通道上方时，下方必须有防护档板，以防链条断裂时落下伤人。（3）传动皮带的危险部位采用防护罩，尽可能立式安装。传动皮带松紧要适当。当被卷入机械设备而造成撕裂伤应采取以下急救措施：①必须及时对伤者进行抢救，采取止痛及其他对症措施；②用生理盐水冲洗有伤部位，涂红汞后用消毒大纱布块、消毒棉花紧紧包扎，压迫止血；③使用抗菌素，注射抗破伤风血清，预防感染；④送医院进一步治疗。6.4机械制造的加工安全6.4机械制造的加工安全2、冲剪压机械危险的防护冲剪压设备最重要是要有良好的离合器和制动器，使其在启动、停止和传动制动上十分可靠。其次要求机器有可靠的安全防护装置，安全防护装置的作用是保护操作者的肢体进入危险区时，离合器不能合上或者压力滑块不能下滑.

主要预防措施：（1）设备运转时禁止不规范操作；（2）更换零件、检修设备、保养清洁等应停机操作；（3）采用机械防护装置来防止设备对人的肢体伤害，如机械式防护装置控制式防护装置和接触式防护装置等；（4）对机械进行清理积料、捅卡料、上皮带腊等作业，严格遵循停机断电挂警示牌制度。6.4.2机械设备危险的防护措施6.4机械制造的加工安全3、金属切削机床危险的防护对机床危险的防护，除要求设备有设计合理、安装可靠和不影响操作的防护装置。如防护罩，防护档板和防护栏；还要求安装保险装置，如超负荷保险装置、行程保险装置、制动装置、防误操作的顺序动作装置等，还要有电源切断开关。除此之外，生产现场应有足够的照明，每台机床应有适宜的局部照明，并保持一定安全距离。对可能产生大量噪声机床，还应采取降低噪声的措施。6.4.2机械设备危险的防护措施6.4机械制造的加工安全3、金属切削机床危险的防护

（1）碰撞和冲击风险。主要预防措施：①作业时放置醒目的作业标识牌，告知非作业人员远离作业区；②运输过程中应将物件安置好，规整的摆放到运输装置上，并且事先给出具体的运输路线方案；③规范作业人员的操作，避免由于失误带来的不必要伤害。（2）物件甩出风险。主要预防措施：①确保设备不超过其规定运动量程，在规定的条件下使用；②严格执行定期检测检查，更换失效不稳定的零部件，加装安全保护装置和停车联锁装置，避免造成更严重的后果；③保持作业环境整齐清洁，严禁作业面脏乱差，手持工具和零星物料应随手放在工具袋内。（3）切割和擦伤风险。主要预防措施：①规范操作规程，加强从业人员的安全教育培训，提高安全意识；②选择相应的操作作业手部防护用品，并检查防护用品的保护效果；③对物件粗糙表面进行磨平处理，防止割手；6.4.2机械设备危险的防护措施6.4机械制造的加工安全4．作为操作机床的工人操作要求（1）按要求着装：敞开的衣服必须扣好、袖口扎紧、长发要塞在帽子内，切记在有转动部分的机床上工作时绝不能戴手套。（2）测量工作尺寸时应停车测量，并把刀架移到安全位置。（3）工件和刀具装卡要牢固，刀头探出部分要满足安全要求。（4）切削下来的带状切屑、螺旋切屑应使用钩子及时清除，切勿用手拉。（5）禁止把工具、量具、卡具和工件放在床身或变速箱上，防止落下伤人。（6）当切削铸铁和黄铜一类材料时，要防止灼热切屑飞出伤人，应戴好防护镜和使用透明档板防护装置。（7）操作磨床时，还应注意砂轮的选用和砂轮的安装要求，防止砂轮碎裂，飞出伤人。6.4.2机械设备危险的防护措施6.4机械制造的加工安全6.4.3机械本质安全技术

概念与特征

概念：所谓机械设备本质安全，指机械设备在设计阶段采取措施，消除机械危险，达到安全使用标准。也称为直接安全技术措施，设计者在设计阶段采取措施来消除机械危险.

特征：机械本质安全具有以下特征：机械设备在预定使用条件下，除了具有稳定、可靠、正常安全防护功能外，其设备本身还兼具自动保障人身安全的功能与设施，一旦发生操作者的误操作或者判断错误时，人身不会受到伤害，生产系统和设备仍能保证安全。6.4机械制造的加工安全6.4.3机械本质安全技术

起源

本质安全最早起源于20世纪50年代世界宇航技术的发展，希望通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或者发生故障的情况下，也不会造成事故的功能。“本质安全”和“安全”的区别在于“本质”二字，“本质”辞海解释是指事物本身所固有的根本属性。常规的安全管理，是通过外界约束，来降低风险，一旦外部约束失去，就会转变为“危险”，可能导致事故发生；本质安全，不依赖外部约束，而是依赖自身特性来实现降低风险，即使外部约束失去，自身也不会失效，不会转化为“危险”，不会导致事故发生。6.4机械制造的加工安全6.5机械伤害事故案例警示

1、违章作业引发装置失效事故2000年10月，某纺织厂职工朱某与同事一起操作滚筒烘干机进行烘干作业，朱某在向烘干机放料时，被旋转的联轴节挂住裤脚口摔倒在地，待旁边的同事听到呼救声后，马上关闭电源，使设备停转，才使朱某脱险。但朱某腿部已严重擦伤。引起该事故的主要原因就是烘干机马达和传动装置的防护罩在上一班检修作业后没有及时罩上而引起的。另一起发生在2001年的四川某木器厂，木工李某用平板刨床加工木板，李某进行推送，另有一人接拉木板，在快刨到木板端头时，遇到节疤，木板抖动，李某疏忽，因这台刨床的刨刀没有安全防护装置，右手脱离木板而直接按到了刨刀上，瞬间李某的四个手指被刨掉。6.4机械制造的加工安全以上两个事故都是由人的不安全行为违章作业，机械的不安全状态失去了应有的安全防护装置和安全管理不到位等因素共同作用造成的，同时也暴露出从业人员安全意识低是造成伤害事故的思想根源。事故原因6.5机械伤害事故案例警示

6.4机械制造的加工安全

2、检修操作不规范事故

2008年2月，某化工厂电仪车间维修仪表工张某和李某，接受检查维修成品车间2#高炉炉顶超压放散阀任务后，2人立即带上工具，赶到检修现场。当班操作工杨某与赵某将控制系统由自动改为手动，并进行了自动阀开关阀门、手动阀开关阀门试验。试验完成后，确定了故障检修点，张某与杨某口头约定不再启动自动阀门。这时，张某开始检修，李某负责监护。23时15时，高炉原料罐已装好原料向炉内放料开车，于是，操作工杨某就按照常规将系统由手动改为自动，将自动放散阀自动关闭，致使液压缸推杆下移，将正在检修该阀门的张某的左手手指截断4根，仅剩大拇指独苗一个，张某顿时疼昏过去，虽被及时送医院救治，但落下了终身残疾。6.5机械伤害事故案例警示

6.4机械制造的加工安全

电仪车间仪表工张某严重违反设备安全检修规程。检修作业不办证，也不挂“禁止启动”警示牌，只是与操作人员口头协议交待一下了事。操作人员在接到开车指令一时疏忽操作失误，致使张某断指受到伤害，是此次事故发生的主要原因，同时检修作业监护人没有尽职尽责，违章作业、违章操作没有及时制止，没有起到一个监护人的作用，是发生此次事故的重要原因。事故原因6.5机械伤害事故案例警示

6.4机械制造的加工安全

3、大庆炼化腈