第9章 现代机械制造技术

1、第第9章章 现代现代机械制造技术机械制造技术9.1 概述概述9.2 数字化设计与制造技术数字化设计与制造技术9.3 先进生产模式先进生产模式9.4 自动化制造系统自动化制造系统机械工程学院 机械制造基础29.1 概述概述先进制造技术：先进制造技术：是将制造技术、信息技术、现代管理技术综合应用是将制造技术、信息技术、现代管理技术综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争灵活生产，提高对动态多变的市场

2、的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。能力的制造技术的总称。机械工程学院 机械制造基础3现代制造企业面临的全球竞争现代制造企业面临的全球竞争消费需求多样化消费需求多样化 资源问题资源问题 环境问题环境问题机械工程学院 机械制造基础4现代制造企业经营战略的变化现代制造企业经营战略的变化7070年代以前：成本年代以前：成本(C)(C)7070年代年代 8080年代年代 ：质量：质量(Q)(Q)8080年代年代 9090年代初年代初 ：交货期：交货期(T)(T)9090年代年代 9090年代末年代末 ：服务：服务(S)(S)2121世纪：环境世纪：环境(E)(E)，知识创新，知识创新(K)(K)机械

3、工程学院 机械制造基础5生产方式的演变生产方式的演变大批量生产大批量生产刚性制造线刚性制造线多品种小批量多品种小批量柔性制造柔性制造大批量定制大批量定制敏捷制造敏捷制造信息化程度信息化程度网络化网络化设计制造设计制造1960s1980s2000s机械工程学院 机械制造基础6全面提升企业竞争力的五大要素全面提升企业竞争力的五大要素企业动态联盟协同设计制造高质量高质量(客户满意度高客户满意度高)低成本低成本服务好服务好对环境危害小对环境危害小新产品上市快新产品上市快Q QC CT TE ES S机械工程学院 机械制造基础7现代制造技术的发展现代制造技术的发展新材料新技术：新材料新技术：高强度高性能

4、合金、陶瓷、复合材料高强度高性能合金、陶瓷、复合材料加工精密化：加工精密化：常规常规0.01mm1m0.1 m 0.01 m 1nm高效自动化：高效自动化：自动化加工技术、高速加工、快速制造自动化加工技术、高速加工、快速制造管理科学化与信息化：管理科学化与信息化：人才管理、质量管理、资源管人才管理、质量管理、资源管理、知识管理理、知识管理机械工程学院 机械制造基础89.2 数字化设计与制造数字化设计与制造数字化设计与制造数字化设计与制造是指利用数字化技术完成产品设是指利用数字化技术完成产品设计和制造的全过程，包括了产品计和制造的全过程，包括了产品3D设计、虚拟装配、设计、虚拟装配、仿真、虚拟制

5、造、虚拟检测和通过数字化机床加工出仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出实际的产品。实际的产品。实施先进制造技术的首要目标是实施先进制造技术的首要目标是经济效益经济效益，现有条，现有条件则是实施的基础，因此，先进一定要适用才能产生件则是实施的基础，因此，先进一定要适用才能产生效益。效益。综观国内外先进制造技术的现状和发展可以看出，综观国内外先进制造技术的现状和发展可以看出，数字化设计与制造是先进制造技术的核心技术数字化设计与制造是先进制造技术的核心技术，是实，是实施其它先进制造技术的平台。施其它先进制造技术的平台。机械工程学院 机械制造基础9数字化设计制造技术主要内涵数字化设计制造技术

6、主要内涵数字化技术和制造技术不断融合数字化技术和制造技术不断融合形成数字化制造技术：形成数字化制造技术： 以以CAD CAE CAPPDFxVMRE RPCAM 以及成型和加工工艺仿真等为主体的以及成型和加工工艺仿真等为主体的上游骨上游骨干技术群干技术群。 由由NCNGCMCCNCDNCFMCFMSWebbased制造、无图纸制造和机器人、物流制造、无图纸制造和机器人、物流系统等组成的系统等组成的下游数字控制制造技术群下游数字控制制造技术群。 以以IGES、STEP、MRPII、ERP、MIS、PDM、工程数据库和因特网等为主体的工程数据库和因特网等为主体的制造信息支持技术制造信息支持技术群群

7、机械工程学院 机械制造基础109.3 先进生产模式先进生产模式生产模式生产模式是指企业的劳务、资源（包括能源、物料、是指企业的劳务、资源（包括能源、物料、装备、技术、信息与知识）、资本金、企业营销、企装备、技术、信息与知识）、资本金、企业营销、企业组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方业组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方式。制造企业的生产模式也称为式。制造企业的生产模式也称为制造模式制造模式。先进生产模式的特点先进生产模式的特点 (1) 注重管理体制的革新；注重管理体制的革新； (2) 注重充分发挥人的作用；注重充分发挥人的作用； (3) 特别强调计算机的应用等。特别强调计算机

8、的应用等。机械工程学院 机械制造基础11先进生产模式的形式先进生产模式的形式 标准化与互换性标准化与互换性 成组技术成组技术 柔性制造柔性制造 准时制生产准时制生产 精益生产精益生产 计算机集成制造计算机集成制造 敏捷制造敏捷制造 并行工程并行工程 网络制造网络制造 全球制造全球制造 智能制造智能制造机械工程学院 机械制造基础12 计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMSCIMS是根据是根据CIM理念研发的计算机化、信息化、理念研发的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统，称为计算机集成制造智能化、集成优化的制造系统，称为计算机集成制造系统，或现代集成制造系统。系统，或现代集成制造系

9、统。CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在网络适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在网络和数据库支持下，将制造企业的全部要素和数据库支持下，将制造企业的全部要素(人、技术、人、技术、管理管理)和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、制以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、制造、质量、成本、相关服务、交货期和环境保护等方造、质量、成本、相关服务、交货期和环境保护等方面均取得整体最佳的效果。面均取得整体最佳的效果。机械

10、工程学院 机械制造基础13精益生产精益生产LP精益生产定义精益生产定义贯彻以人为中心的思想，通过贯彻以人为中心的思想，通过系统结构调整，精简生产过程中一切无用、多余的系统结构调整，精简生产过程中一切无用、多余的东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。好的结果。机械工程学院 机械制造基础14精益生产的体系结构精益生产的体系结构把精益生产比做一座大厦，其基础是在计算机网络把精益生产比做一座大厦，其基础是在计算机网络支持下的、以小组化工作的并行工作方式

11、。其支柱是：支持下的、以小组化工作的并行工作方式。其支柱是： (1) 全面质量管理；全面质量管理； (2) 准时生产和零库存；准时生产和零库存； (3) 柔性成组技术；柔性成组技术； (4) 企业重组，精简化；企业重组，精简化； (5) 以人为中心，充分发挥人的主观能动性。以人为中心，充分发挥人的主观能动性。 这座大厦的屋顶就是精益生产体系。这座大厦的屋顶就是精益生产体系。机械工程学院 机械制造基础15 并行工程并行工程并行工程并行工程是一种综合经营、工程和管理的哲理、指是一种综合经营、工程和管理的哲理、指导思想、方法论和工作模式。导思想、方法论和工作模式。美国国防分析研究所美国国防分析研究所

12、(IDA) (IDA) 的定义：的定义： “并行工程并行工程是对产品及其相关过程是对产品及其相关过程( (包括制造过程包括制造过程和支持过程和支持过程) )进行并行、一体化设计的一种系统化的进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑工作模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期到产品生命周期( (从概念形成到产品报废从概念形成到产品报废) )中的所有中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求等。因素，包括质量、成本、进度与用户需求等。”机械工程学院 机械制造基础16串行过程和并行工程的比较串行过程和并行工程的比较（a）串行开发流程串行开发流程概

13、念设计概念设计详细设计详细设计过程设计过程设计原型制造原型制造及测试及测试生产制造生产制造修改反馈频繁修改反馈频繁产品生命周期产品生命周期（b）并行开发流程并行开发流程概念设计概念设计详细设计详细设计过程设计过程设计原型制造原型制造及测试及测试生产制造生产制造对结构和功能的对结构和功能的改进意见改进意见可加工性评价、可加工性评价、质量评估质量评估定位装夹可行定位装夹可行性评估性评估几何、特征几何、特征、精度、精度工艺过程、工艺过程、NC程序程序、装夹方案、装夹方案减少反馈次数减少反馈次数缩短的产品开发时间缩短的产品开发时间机械工程学院 机械制造基础179.4 自动化制造系统自动化制造系统9.4

14、.1 大批量生产机械制造系统自动化大批量生产机械制造系统自动化单机自动化单机自动化 通用自动机机床床和半自动机床通用自动机机床床和半自动机床 组合机床单机组合机床单机 专用机床单机专用机床单机 普通机床自动化改造如：简易数控机床普通机床自动化改造如：简易数控机床机械工程学院 机械制造基础18机械加工自动线机械加工自动线组成：自动机床、专用机床、组合机床、工件输送和转组成：自动机床、专用机床、组合机床、工件输送和转位装置、切屑输送装置、专用夹具及控制系统等。位装置、切屑输送装置、专用夹具及控制系统等。综合自动化系统综合自动化系统 在单机自动化和自动线基础上，增加工件检验、热处在单机自动化和自动线

15、基础上，增加工件检验、热处理、清洗、装配、喷涂、包装等整个生产过程自动化。理、清洗、装配、喷涂、包装等整个生产过程自动化。机械工程学院 机械制造基础199.4.2 多品种、中小批量生产制造自动化多品种、中小批量生产制造自动化数控机床（数控机床（NC） l 组成：组成：主机、伺服系统、数控装置和输入装置主机、伺服系统、数控装置和输入装置 l 控制方式：控制方式：（1）运动控制：点动控制、直线控制、轮廓控制）运动控制：点动控制、直线控制、轮廓控制（2）伺服系统：开环控制、闭环控制、半闭环控制）伺服系统：开环控制、闭环控制、半闭环控制（3）数控装置）数控装置 l 特点：特点： （1）加工精度高、稳定

16、）加工精度高、稳定 （2）自动化程度高）自动化程度高 （3）适应性强）适应性强 （4）便于自动化管理）便于自动化管理 l CNC：计算机数控机床：计算机数控机床 l MC（加工中心）：带刀库和自动换刀装置的多工序加工（加工中心）：带刀库和自动换刀装置的多工序加工数控机床数控机床 其发展趋势：其发展趋势：功能强、速度快、精度高功能强、速度快、精度高机械工程学院 机械制造基础20由有台或多台计算机控制多台数控机床实施综合控制由有台或多台计算机控制多台数控机床实施综合控制DNC系统系统柔性制造单元（柔性制造单元（FMC）n加工中心配托盘交换系统加工中心配托盘交换系统n数控机床配工业机器人数控机床配工

17、业机器人机械工程学院 机械制造基础21 自动化物流系统自动化物流系统柔性制造系统（柔性制造系统（FMS）自动化制造系统自动化制造系统刀具系统刀具系统夹具系统夹具系统NC/MC机床NC/MC机床零件、夹具、刀具输送零件、夹具、刀具输送无人运输小车无人运输小车自动化仓库自动化仓库 自动化控制系统：各部分的协调管理和控制自动化控制系统：各部分的协调管理和控制机械工程学院 机械制造基础229.4.3 快速制造快速制造 快速成型制造快速成型制造RP快速成型（快速成型（Rapid prototypingRapid prototyping）技术）技术是由是由CADCAD三维模三维模型数据直接驱动，集成现代型数据直接驱动，集成现代CADCAD技术、数控技术、激光技术、数控技术、激光技术、材料技术等，快速制造任意复杂形状三维物理实技术、材料技术等，快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术。体的技术。快速成型特点快速成型特点首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CADCAD模型），然后根据工艺要求，按