汽车制造技术简介.ppt

汽车制造技术 第一章绪论 第一节汽车制造基本体系汽车工业史国民经济中的支柱性产业 汽车生产制造水平直接体现国家汽车工业发展程度 是显示一个国家工业发达水平的重要标志 同时能够带动和促进其它产业和社会经济的发展 一 汽车制造基本特点 原材料一毛坯一加工一装配成总成专业化 标准化 和高度自动化 汽车成车生产集团化 机械化和电子化生产制造过程涉及铸造 锻造 机械加工 冲压 焊接 热处理 化工油漆 轻工纺织 电子电器 多学科 跨专业综合性的生产制造过程 汽车制造技术汽车生产过程方框图 热处理 铸造 锻造 粉末冶金烧结 部件装配 试验调整 协作件电气系统 轮胎及其他部件 总装配 钢材 铸铁废钢铝锭辅助材料 机械加工 铁粉碳粉 汽车 钢板 冲压 装配 铆 焊接 油漆 退火正火 淬火回火 发动机变速器驱动桥转向器 缸体曲轴齿轮轴 汽车制造技术进展 传统制造技术与现代制造技术1 传统制造技术 一般是指加工制造工艺 机械制造观铸 锻 冲焊 切割 轧制及热处理 零件的切削加工 部件 产品的装配校验等 几何形状或物理化学性能发生变化 物料流 能量流 信息流2 现代制造技术 计算机技术 数控技术 控制论及系统制造技术的结合 形成了现代制造技术 已发展成为一个集机械 电子 信息 材料和管理技术于一体的新型交叉学科 信息制造观市场分析 产品设计 生产计划 制造加工 过程控制 材料处理 信息管理 产品销售 维修服务 回收再生产等环节 二 汽车制造基本体系 1 专业化部门件生产厂2 汽车附件及零配件加工厂3 汽车总厂1 汽车板件冲压生产线2 汽车车身装焊自动生产线3 现代汽车的汽车车身涂装生产线4 整车装配生产线 汽车总装线 5 汽车检测线 汽车制造技术进展 第一节概述一 传统制造技术与现代制造技术信息制造观 将产品定义为 在原始资源上赋予信息与知识的产物 而将制造过程视为 赋予信息与知识的过程 传统制造技术重点在于提高和改进对原料和能源的处理能力 现代制造技术重点则在于提高信息处理能力市场分析 产品设计 生产计划 制造加工 过程控制 材料处理 信息管理 产品销售 维修服务 回收再生产等环节 现代制造技术 FMS CIMS IMS GM柔性制造系统计算机集成制造系统智能制造全球制造 现代制造技术发展过程 1914年福特的流水线使产量大幅度上升1911 1912 7 8440辆流水线后 1914 30万辆 年 售价 440 成本 360 1916 降至 360 成本 345 1926 200万辆 年 每辆售价由首批的 850 下降到1923的 265 到1927年 最后一辆T型车在美国本土驶出流水线时 累计生产1500万辆 美国于1952年研制成功的第一台数控铣床 使机械制造业发生一次技术革命 现代制造技术发展过程 FMS CIMS IMS GM 单机自动化数控机床与加工中心 NC MC 计算机辅助设计与制造 CAD CAM 柔性制造系统 FMS 汽车品种的多样小批生产 计算机集成制造系统 CIMS 智能制造与全球制造 IM GM 现代制造技术发展过程 智能制造与全球制造 IM GM 信息高速公路与互联网的普及和应用 使地球变成全球经济村 制造业全球化使竞争的含义正在发生变化 通过竞争者之间的合作来创造满足用户各自需要的产品和服务 已成为当代先进的制造和服务的明显特征 智能制造系统所涉及的范围由最初的为实现一个企业内部的市场分析 产品设计 生产计划 制造加工 过程控制 材料处理 信息管理 设备维护等技术环节的自动化 发展到今天的面向世界范围的整个制造环境的集成化与动态重组 也即所谓全球制造 汽车制造技术进展 第一节概述二 现代制造技术是制造技术与管理的统一技术和管理是现代制造系统的两个轮子 由生产模式结合在一起 推动制造系统向前发展 在FMS CIMS IMS中 管理是其中的重要组成部分 在敏捷制造 虚拟制造 全球制造和精良生产中 管理的策略和方法是这些生产模式的灵魂 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术制造系统是将原材料 半成品加工出成品 并和部分外构成品一起装配成为最终产品的一个系统 制造系统的所有活动都围绕着物流过程而进行 一般由三个子系统组成 向物料供应商采购原材料和部分产品 半产品的物料供应子系统 制造企业内部的物料搬运流通系统 将成品送往消费者手中的成品运送流通系统 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术在物料搬运系统中 一般企业有三种库存过程 加工前的库存 加工过程的库存 加工后的库存 伴随着这三种库存有如下物流过程 原材料及半成品的入库检验 毛坯的制造 铸 锻 冲焊 切割 轧制及热处理 零件的加工 零件加工的在线检测和成品检验 产品装配校验等 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术现代制造系统物流技术具有如下特点 1 强调柔性化生产过程能方便地适应零件形状和精度的改变 2 生产过程的自动化和准自动化采用适度自动化 准自动化 设备是必要的 3 生产过程清洁化节能防污 4 零件加工的高速化和精密化以适应生产周期日益缩短 产品精度不断提高的要求 5 毛坯制备的精密化采用精铸 精锻 精冲 少切削 清洁化生产 6 在线检测及质量反馈控制自动确定产品是否合格 如果不合格 则自动查找原因并指出误差源所在 7 装配过程的自动化大力采用自动装配技术可提高劳动生产率 8 库存管理的计算机化为减少各种库存 提高资金有效利用率 可在库存管理过程采用计算机技术 并可采用各种计算机控制的立体仓库和抓取物料机械手 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术一 加工自动化及设备柔性制造系统 FMS 是一个电子计算机控制的制造系统 在这种系统中可同时加工形状相近的一组或一类产品 在IM 智能制造 概念下 FMS被定义为在广义上可编程的控制系统 它具有处理高层次分布数据的能力 具有自动的物流 它使IM的概念得以在车间实施 从而实现小批量 高效率的制造 以适应不同产品生命周期的动态变化 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术一 加工自动化及设备1 数控机床 NC 它的最重要的功能主要有如下几点 数控代码信息处理 逻辑功能处理 几何 运动学的 功能处理 实际刀位和机车状态的采集 刀具误差的修正和换刀 在NC机床中 核心是程序控制器 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术一 加工自动化及设备2 计算机数控机床 CNC CNC 系统完成的控制功能与 NC 机床相同 现代CNC控制系统往往包含一台微型计算机或多处理机体系结构 它们都具有高度柔性 CNC系统主要的特点有 由于微型计算机应用 减少了硬件 增加设备的可靠性 不依赖硬件而独立使用 可用于不同种类的机床 要改变扩展功能比较容易 后置处理以软件方式实施 编码转换器允许采用不同编码的数控程序 EIA或ISO 可以监测和修正刀具磨损 CNC系统与用户界面友好 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术一 加工自动化及设备3 直接数控 DNC DirectNumericalControlDNC系统的基本功能主要有 零件程序管理 零件程序分配 DNC系统通信结构有3种 点对点型 现场总线型 局域网型 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术一 加工自动化及设备3 直接数控 DNC DirectNumericalControlDNC可称之为直接数控 也可称之为分布式数控 它是实现CAD CAM和计算机辅助生产管理系统 简称CAPMS 集成的纽带 是机械加工车间自动化的又一种方式 相对FMS来说 DNC是投资小 见效快 可大量介入人机交互 并具有较好柔性的多数控加工的集成控制系统 Fanuc和Siemens 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术一 加工自动化及设备4 柔性制造系统 FMS 是由数控加工设备 物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统 它包括多个柔性制造单元 能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整 适用于多品种 中小批量生产 各种定义的描述方法虽然不同 但它们都反映了FMS应具备下面一些特点 两台以上的数控机床或加工中心以及其它的加工设备 包括测量机 清洗机 动平衡机 各种特种加工设备等 一套能自动装卸的运储系统 包括刀具的运储和工件原材料的运储 具体结构可采用传送带 有轨小车 无轨小车 搬运机器人 上下料托盘交换工作站等 一套计算机控制系统 包括主控计算机系统 监控系统 通信系统等 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术一 加工自动化及设备4 柔性制造系统 FMS 从FMS的软件内容看 它主要包括 FMS的运行控制 FMS的质量保证 FMS的数据管理和通讯网络 从FMS的功能看 它必须是 能自动进行零件的批量生产 简单地改变控制指令 便能制造出某一零件族的任何零件 物料的运输和储存必须是自动的 包括刀具 工装和工件 能解决多机条件下的零件混合加工 且无须额外增加费用 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术二 精密 超精密及纳米加工技术精密加工技术实现微米级 形状尺寸误差0 1 1 m 表面粗糙度Ra0 03 0 3 m 超精密加工技术实现亚微米级 精度0 01 0 1 m 表面粗糙度Ra0 005 0 03 m 纳米加工技术实现纳米级 精度小于0 001 m 表面粗糙度小于Ra0 005 m 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术三 物流系统及辅助过程自动化1 制造过程的集成往往离不开物流系统的自动化 是计算机集成制造系统的重要组成部分物流系统及其自动化 是实现待加工零件的自动运输 需使用的刀具自动配置和调度的关键设备和硬环境 自动物流系统中的运输设备一般有工业机器人 自动导向小车 有轨小车 悬挂式机械手 自动传输链等 存储设备一般有中央立体仓库 中央刀具库 托盘交换站 公用托盘架 也称平面仓库 和刀具暂存架 或箱 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术三 物流系统及辅助过程自动化2 物流系统的组成 原材料 半成品 成品所构成的工件流 刀具 夹具所构成的工具流 托盘 辅助材料 备件等所构成的配套流 汽车制造技术进展 第二节现代制造系统物流技术三 物流系统及辅助过程自动化3 搬运机构及自动物料搬运 目前比较实用的有3种 传送带 运输小车 有轨和无轨 和搬运机器人 汽车制造技术进展 第三节现代制造生产管理技术一 现代制造系统管理技术的研究内容和技术特点现代化管理技术可以为我国企业提供如下的生产模式 管理技术 设计技术和制造技术 物料需求计划 MRP 制造资源 MRP 企业资源规划的管理模式 ERP 看板生产 适时生产JIT 精良生产 支持产品开发的各种计算机辅助技术CAD CAPP CAE CAM等 并行工程和虚拟制造 系统集成 优化以及企业经营过程重组 BPR 敏捷制造 计算机集成制造系统 CIMS 等 汽车制造技术进展 第三节现代制造生产管理技术二 CIMS的管理技术1 CIMS的基本概念和构成基本概念 通过生产 经营各个环节的信息集成 支持了技术集成 进而由技术的集成进入技术 经营管理和人 组织的集成 使物流 信息流 资金流集成并优化运行 以此提高企业的市场竞争能力与应变能力 构成 通常应有管理信息系统 产品设计与工程自动化系统 制造自动化 柔性自动化 系统 质量保证系统 计算机网络和数据库系统 汽车制造技术进展 第三节现代制造生产管理技术二 CIMS的管理技术1 CIMS的基本概念和构成构成 通常应有管理信息系统 产品设计与工程自动化系统 制造自动化 柔性自动化 系统 质量保证系统 计算机网络 数据库系统 汽车制造技术进展 第三节现代制造生产管理技术二 CIMS的管理技术2 CIMS的基本哲理构成四个方面 集成性 整体性 信息观 最优性 汽车制造技术进展 集成平台和管理软件的开发 通信服务提供分布环境透明的通信服务 使用户和应用无需关心具体的操作系统和应用程序所处的网络线 而以透明的函数调用或对象服务方式完成它们所需的通信要求 汽车制造技术进展 集成平台和管理软件的开发 信息服务为应用提供透明的信息访问服务 使应用以一种一致的语义和接口实现对数据 数据库 数据文件 应用信息 的访问与控制 汽车制造技术进展 集成平台和管理软件的开发 应用编程 集成 接口一组高层接口 以函数或对象服务的方式为用户提供更为专业的服务 使用户可以方便集成现有应用和开发新的应用 应用编程接口按照它们的通用程序又分为独立于应用的编程接口和依赖于应用的编程接口 汽车制造技术进展 集成平台和管理软件的开发 应用开发工具一组帮用户开发特定应用程序的支持工具 以简化用户应用程序的开发工作 汽车制造技术进展 集成平台和管理软件的开发 管理应用程序它是CIMS应用集成平台的运行管理和控制模块 负责CIMS应用集成平台的系统静态和动态配置 集成平台应用运行管理和维护 事件管理和出错处理等 汽车制造技术进展 1 CIMS应用集成平台的功能 通信服务 信息服务 应用编程 集成 接口 应用开发工具 管理应用程序 汽车制造技术进展 2 CIMS应用集成平台的功基本特征 为企业的经营 管理 生产和设计领域提供良好的应用编程接口和应用集成接口 提供支持CIMS应用开发 应用集成的应用开发工具 应用编程接口 应用原型系统 支持不同的企业规模和多种多样的企业信息环境 支持异构分布环境 提供一致透明的数据访问 根据企业对I服务的需求 提供相应的I服务功能 汽车制造技术进展 第三节现代制造生产管理技术三 精良生产 LP 的管理技术日本丰田 汽车制造业的福特生产模式与丰田生产模式 准时化生产方式 JIT 由日本丰田公司提出的 生产线的各道工序只在必要的时候 按必要的数量 生产必要的产品 从而达到尽量减少在制品库存 提高效率和降低成本的目的 是一种 拉动式 的生产方式 它将传统生产过程中前道工序向后道工序送货 改为后道工序根据 看板 向前道工序取货 汽车制造技术进展 准时化生产方式 JIT 看板系统是JIT生产现场控制技术的核心 但是JIT不仅仅是看板管理 它是JIT生产思想 JIT生产系统设计与计划技术 以及看板生产现场控制的有机结合体 丰田汽车公司1976年 年流动资金周转率高达63次 为日本平均水平的8 85倍 拉动式 管理 对企业的管理基础 人员素质 工厂技术设备和外部环境都有很高的要求 一般企业较难实施 我国有一汽 二汽 上海大众汽车有限公司 四川仪表四厂等企业实施 汽车制造技术进展 三 汽车制造业的福特生产模式与丰田生产模时代背景福特生产模式大库存缓冲敏捷制造第二次世界大战后 美国福特汽车公司创造出了大批 大量生产方式 为了保证整机的设计质量 福特方式将整机分解成一些组件 某个设计人员只需将其精力集中在某组件的设计上 借助标准化和互换性等技术措施 他可以将自己的设计做得尽善尽美而不必关注别人的工作 福特方式方式注重工序分散 高节奏 等节拍的工艺原则 推崇高效专用机床 并以刚性自动线或生产流水线作为自己的特征 汽车制造技术进展 福特生产模式在劳动组织上 该方式采用了专门化分工原则 工人们分散在生产线的各个环节成为生产线的附庸 不停地做着某一简单的工作 高级管理人员负责生产线管理 制造质量由检验部门和专职人员把关 设备维修 清洁等都由专门人员承担 组装汽车需要不少外购零部件 为了保证组装作业哺受外购件的影响 福特生产模式采取了大库存缓冲的办法 汽车制造技术进展 日本丰田汽车公司生产模式准时化生产方式精良生产在考察福特公司的过程中 丰田公司并没有盲目崇拜其辉煌成就 面对福特模式中存在的大量人力和物力浪费 如 产品积压 外购件库存大 制造过程中废品得不到及时处理 分工过细使人的作用不能充分发挥等等 他们结合本国的社会和文化背景以及已形成的企业精神 提出了一套新的生产管理体制 经过 多年的完善 该体制已成为行之有效的丰田生产模式 准时化生产方式 汽车制造技术进展 丰田模式采取了如下对策 精良生产 按订单组织生产 按新产品开发组织工作组该工作组大破部门界限 变串行方式为并行方式开展工作 在产品设计到投产的全过程中都承担着领导责任 工作组长被授予了很大权力 一系列举措激励着每个成员协调 努力地工作 成立生产班组并强化其职能成组技术 柔性加工设备 班长工人不仅是生产者 还是质检员 设备维修员 清洁员 每个工人都负有控制产品质量的责任 发现重大质量问题有权让生产停顿下来 召集全组商讨解决办法 组建准时供货的协作关系丰田模式以参股 人员相互渗透等方式 组建成了唇齿相依的协作体系 该体系支撑着以日为单位的外购计划 使外购件库存几乎降到零 工人不仅是生产者 还是质检员 设备维修员 清洁员 每个工人都负有控制产品质量的责任 发现重大质量 激发职工的主动性丰田公司采用了终身雇用制 通信工资与工种脱钩而与工龄同步增长的措施 并不断对职工进行培训提高其业务水平 汽车制造技术进展 精良生产及其特征 准时化生产方式 以用户为 上帝 其表现为 主动与用户保持密切联系 面向用户 通过分析用户的消费需求来开发新产品 产品适销 价格合理 质量优良 供货及时 售后服务到位等等 是面向用户的基本措施 以职工为中心大力推行以班组为单位的生产组织形式 班组具有独立自主的工作能力 能发挥出职工在企业一切活动中的主体作用 以 精简 为手段用准时和看板等方法管理物料 减少物料的库存及其管理人员和场地 汽车制造技术进展 精良生产及其特征 准时化生产方式 综合工作组和并行设计综合工作组是由不同部门的专业人员组成 以并行设计方式开展工作的小组 该小组全面负责同一型号的开发和生产 其中包括产品设计 工艺设计 编写预算 材料购置 生产准备及投产等 还负有根据实际情况调整原有设计和计划的责任 准时 供货方式准时供货使外购件的库存量和在制品数达到最小 零缺陷 工作目标最低成本 最好质量 无废品 零库存 产品多样化 显然 精良生产的工作目标指引着人们永无止境地向生产深度和广度前进 汽车制造技术进展 四 敏捷制造 AM 福特汽车公司 多年前 福特汽车公司为了确保汽车各零件之间的互换性和严格的交货周期 建立了纵向一体化的大而全的企业 利用严格管理 实现大批量 低成本 高效率的生产目标 随着社会的进步 福特等公司也随之变成了只掌握设计及总装的企业 汽车的大多数配件都是协作厂生产的 经验证明 大而全的企业王国 纵向一层一层的结构 容易产生官僚主义 对市场的响亮也慢 企业集成的发展道路就是充分针对某种产品开发的企业动态联盟 并以最快最省的方式开发产品 推向市场 美国把敏捷制造看成21世纪的制造战略 是重振美国制造业雄风的关键 我国一直提倡的 专业化协作生产 就是朴素的敏捷制造的思想 但技术手段则是十分原始的 汽车制造技术进展 敏捷制造基本思想 通过将高素质的员工 动态灵活的组织结构 企业内及企业间的灵活管理以及柔性的先进生产技术进行全面集成 使企业能对连续变化 不可预测的市场需求作出快速反应 由此而获得长期的经济效应 敏捷制造的出发点是多样化 个性化的市场需求和瞬息万变的经营机遇 是一种 定单式 的制造方式 敏捷性反映的是制造业驾御变化 把握机遇和发动创新的能力 敏捷制造是推行面向产品过程的小组工作式 企业间由机遇驱动而形成动态联盟 虚拟制造是敏捷制造的一种实现手段 汽车制造技术进展 虚拟制造 产品的设计和生产过程能够更多的采用计算机技术 并用三维和可视化的交互设计环境支持产品的开发 这就是当前国际研究和应用的一个热点 虚拟制造 汽车制造技术进展 五 MRP 的管理模式MRP物料需求计划 是一种基本的生产作业计划系统 MRP 是对一个现代化企业的所有资源进行计划 监视和控制的一种管理方法 MRP 的管理模式就是在周密的销售计划和生产计划下 有效地利用各种资源 通过控制原材料合理库存 减少材料资金占用 缩短生产周期 降低成本 实现企业管理整体优化的一种管理模式 汽车制造技术进展 六 并行工程 CE 概述市场竞争日趋激烈 而唯有提高产品质量 缩短产品开发周期 降低成本才能使企业在竞争中取胜 因此 并行工程 CE 应运而生 并行工程自提出以来 引起各国的政府部门 学术界和工业界的高度重视 并迅速由研究走向应用开发 我国对此也非常重视 国家科委从战略的高度出发 将并行工程设立为 CIMS 关键技术攻关项目 作为CIMS进一步发展的方向 汽车制造技术进展 六 并行工程 CE 并行工程中的主要问题包括 并行工程 系统化 集成化产品开发方法与技术 产品开发过程 并行工程实施的引擎 产品数据管理系统功能与应用分析和PDM的功能 产品数据集成 并行工程的核心思想是在CIMS信息集成的基础上实现产品开发过程的集成 其基本支持条件之一是各种计算机辅助工具之间必须实现产品信息的数字化定义及信息集成 并行工程集成框架 并行工程重要的支撑系统之一是集成框架 汽车制造技术进展 六 并行工程 CE 制造业第一要旨 使满足用户需求的新产品尽快上市而赢得市场竞争 传统的开发模式不能在设计的早期就对产品生命周期中的各种因素考虑周全 致使设计频繁更改 因而延长了开发周期 增加了产品成本 并且用户需求还得不到满足 并行工程 CE 的出现解决了这一难题 是一种集成 并行地设计产品及相关过程的系统化方法 通过组织多学科产品开发队伍 改进产品开发流程 利用各种计算机辅助工具等手段 使产品开发在初期阶段就能及早考虑下游的各种因素 以达到缩短产品开发周期 提高产品质量 降低产品成本 从而增强企业竞争能力的目标 汽车制造技术进展 六 并行工程 CE 运用领域 航空 航天 电子 汽车等领域 对我国的制造业既是挑战 也是机遇 组织结构形式 矩阵制 攻关小组 开发小组 开发小组 将不同的专业人员 包括设计 工艺 制造 销售 市场 维修等 组成的开发小组 在同一计算机辅的环境支持下协同工作 甚至可以做到异地设计 将原来的串行过程尽可能