先进制造系统

第一章先进制造系统总论制造（manufacturing）有广义与狭义之分。狭义的制造（小制造）指的是产品的制作过程。英文的制造解释为通过体力或机器制作产品，特别是适用于大批量（Makingofarticlesbyphysicallaborormachinery,especiallyonalargescale）。广义的制造（大制造或现代制造）指的是产品的全生命周期过程。广义制造包含四个过程：1概念过程（产品设计，工艺设计，生产计划）；2物理过程（加工，装配）；3物质（原材料，毛坯，产品）；4产品报废与再制造过程。广义制造的三个特点：1全过程2大范围3高技术。制造，加工与生产辨析。产品市场生命周期，产品是制造系统的输出。产品市场生命周期是指一个产品从进入市场到退出市场的全过程，分为四个阶段。分别为投入期，成长期，成熟期，衰退期。成长期分为试销期，初步稳定期，失望期，成长后期。产品全生命周期是指一个产品从构思到出生，从报废到再生的全过程。也成为产品自然生命周期，分为六个阶段：产品计划，产品设计，产品制造，产品销售，产品使用，产品报销（处理和再制造）。产品开发包括产品计划，产品设计，产品试制。产品市场包括产品销售，产品使用，产品报销。系统的定义：具有特定功能的，有若干仙湖联系的要素组成的一个整体。系统的特性有：1集合性2层次性3有界性4相关性5整体性6目的性7环境适应性8生物性。制造系统（ManufacturingSystem）：由制造过程所涉及的人员，硬件和软件等构成的，通过资源转换以最大生产率而增值的，经历产品全生命周期的一个有机整体。先进制造系统（AdvancedManufacturingSystem）：指在时间，质量，成本，服务和环境诸多方面，能够很好地满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好的社会效益，达到整体最优的制造系统。制造模式（ManufacturingModel）。先进制造模式（AdvancedManufacturingModel）。先进制造技术（AdvancedManufacturingTechnology）。第二章先进制造系统的基本原理制造系统的类型，按产品类型分为离散制造系统和流程制造系统：按生产批量分为大批量制造系统，中批量制造系统，小批量制造系统。按生产计划分为：自主式制造系统，订单式制造系统（按订货设计，按订货加工，按订货装配）。按层次结构分：单元级制造系统；车间级制造系统；企业级制造系统，全球制造系统。AMS的组成。AMS的基本要素是输入，输出，转换，机制，约束和反馈。输出包括产品，服务，创造客户，社会责任等四种类型。AMS的结构组成。资源结构：基础资源（有形资源），包括物料，设备，能源，其他；活性资源（无形资源）。功能结构。组织结构。市场部，销售部，采购部，工程开发部，制造部，工业工程部，财务部，人力资源部。AMS的过程组成。1单元及制造系统的三运动流及其子系统。三运动流为物料流（在整个制造过程中）物料的输入和输出的运动过程，信息流（信息在机械加工系统中的运动过程），能量流（机械加工过程中所有能量的运动过程）。单元级制造的子系统为物质系统，能量系统，信息系统。2企业级制造系统的四运动流及其子系统。四运动流为：物料流，信息流，资金流，劳务流（工作流）。子系统有物流系统，信息系统，财务系统，人事系统。AMS的信息系统有管理信息子系统（产品设计，设计管理，生产管理）；技术信息子系统（产皮设计，工艺设计）；质量信息子系统（质量规划，质量检测与监测，质量评价与控制，质量管理）；生产信息子系统。制造系统的基本特性：1转换性2分解性3集成性4动态性5进化性6开放性（企业之间的共生关系，社会资源的无线利用）7随机性8复杂性（企业的多样性，技术的快速发展，内部制造模式的适应性，外部经济环境的变化）。AMS的性能指标。AMS的描述分为定性表示，直接定量表示，经过分析或评价可定量表示。1与产品相关的性能指标：生产率（单位时间内制造系统生产的产品数量）；通过时间（零件从进入系统到加工完毕而离开系统所历经的时间）；等Resourceplanning制造资源计划），车间作业计划，车间工作计划（ShopFloorControl），最优分组（Lot-SizeAnalysis），准备调整时间（Set-upTime），交货期（Due-Date），最优负荷平衡（OpticalLoadBalance）。生产控制，1生产系统控制（静态调度，动态调度），2生产过程控制。AMS的控制方式，1AMS对控制性能的要求（可靠性，扩展性，适应性），制造系统的几种控制方法，三种控制方式（集中式控制，递阶式控制，分布式（非等级）控制）。非等级控制的常用策略（排队，任务投标，协商，协作）。混杂控制方式（改进型阶梯控制，半非等级控制，寡头控制）。信息化制造的任务1硬件方面2软件方面3应用系统方面。信息化制造的基本特点1产品设计数字化2生产过程数控化3企业管理网络化。第三章先进制造模式制造模式的类型1按制造过程可变性分为刚性制造模式（DMM,DedicatedManufacturingturingMode），柔性制造模式（FMM，FlexibleManufacturingMode）（单机柔性，系统柔性），可重构制造模式（ReconfigurableManufacturingMode，RMM）。2按信息流与物流运动方向来分为推动式生产（PushProduction）和拉动式生产（Pullproduction）。精益制造模式（LeanManufacturingMode,LMM），精益生产（LeanProduction），准时生产（JustInTime）。3按制造过程利用资源的范围分为集成制造模式（IntegratedManufacturingMode,IMD），敏捷制造模式（AngilManufacturingMode，AMM），智能制造模式（IntelligentManufacturingMode，IMM）。并行工程（ConcurrentEngineering，CE）是相对与串行而言的。并行工程是对产品及相关过程进行并行，一体化设计的一种系统工作模式。CE的特点，设计人员的团队化；设计过程的并行化；设计过程的并行化；设计过程的快速短反馈。敏捷制造（Agilemanufacturing,CE）,敏捷制造的特征（敏捷虚拟企业形式（virtualenterprise），虚拟制造技术）。动态联盟（DynamicAllianceenterprise）。可重构制造（RM）,可重构制造系统（ReconfigurableManufacturingSystem，RMS）。RM的原理：重构的概念（系统构型，系统重构）。RMS的组成与类型，单元级RMS，包含三个子系统分别为可重构加工系统，可重构物流系统，可重构物流系统；企业级RMS包含六大部分，制造战略，组织结构，业务过程，产品开发，加工系统，信息集成技术平台；RMS的支撑技术。大量定制（MassCustomization，MC），MC的原理；MC与大量生产的比较；定制方法分类，1按产品功能及其附加书行设计的不同影响分为合作定制，透明定制，装饰定制，适应定制；2按顾客需求对企业生产活动影响程度不同分为按订单销售，按订单装配，按订单制造，按订单设计；MC的相关技术，MC的设计技术，MC的制造技术，MC的管理技术，MC的信息技术。实现过程优化的一般方法是延迟制造（DefermentManufacturing，DM）。供应链通常有推动式供应链，预测生产（BuildtoForecast）；拉动式供应链。成组技术（GT，GroupTechnology）成组制造（GM，GroupManufacturing）。成组技术即将一组加工工艺过程相似的零件放在一起形成零件组，制定统一的加工工艺过程。零件的分类和编码。成组生产:1划分零件组（特征码域法，生产流程分析法）;2设计主样件和制定典型工艺；3成组生产的组织形式（单机加工单机，成组生产单元，成组流水线，成组柔性制造系统）；4设计成组工艺装备。精益生产（LeanProduction，LP），定义。基本特点：1准时生产（JustInTime，JIT）（拉动式生产，平准化（LevelingSystem））；2人员自主化；并行工程；成组流水线；全面质量管理（TQM）。准时生产的要点，1均衡生产，2连续工艺流程，3看板管理，4生产节拍。计算机集成制造（CIM，ComputerIntegratedManufacturing），集成制造的思想，集成制造系统的模型。CIM（ComputerIntegratedManufacturingSystem）计算机集成制造系统的组成及其功能为管理信息系统，工程分析与设计系统，制造自动化系统，质量信息系统，计算机网系统，数据库管理系统。CIMS的关键技术：信息集成（企业建模，系统设计方法，软件工具和规范；异构环境下的信息集成）；过程集成；企业集成。虚拟制造（VM，VirtualManufacturing）的定义与作用。VM的体系结构由三部分组成，VM的建模与仿真工具；虚拟企业（VirtualEnterprise）；系统集成。VM的分类。VM的关键技术：虚拟现实（VirtualReality，RM）；建模技术；仿真技术；可靠性评价。网络化制造（NM，NetworkedManufacturing）网络化制造系统（NMS）。智能制造（IM，IntelligentManufacturing），IMT，IMM，IMS。IM的原理；IM的特征，1自组织能力强，2自律能力，3自学习能力，4自适应能力，5整个制造环境的集成制造。IMS的结构体系：智能组成（学习维护级，决策组织级调度执行级）；系统结构。IMS的关键技术：人工智能技术，并行工程，虚拟技术，信息网络技术，自律能力构筑，人机一体化，自组织与超柔性。手工生产（HP），大量生产（MP），精益生产（LP）第四章先进制造技术先进设计技术的基本内容，1基础技术2主体技术3支撑技术4应用技术先进设计技术的特点，1数字化，2智能化，3动态化，4系统化，5优化性，6创新化，7社会化。计算机辅助X（CAX，ComputerAidedX）指的是计算机辅助设计工具集合，X表示生命周期中的各种因素。CAX的含义有计算机辅助设计（CAD，ComputerAidedDesign），计算机辅助工程（CAE，ComputerAidedEngineering），计算机辅助工艺设计（CAPP，ComputerAidedProcessPlanning），计算机辅助制造（CAM，ComputerAidedManufacturing）计算机辅助工装设计（CAFP，ComputerAidedFixtureDesign）。CAD的造型方法，1几何造型（GeometryModeling）：线框模型（WireFrameMOdel）；表面模型（SurfaceModel）；实体模型（SolidModel）（构造实体几何法（ConstructiveSolidGeometry），边界表示法（BoundaryRepresentation，B-rep），轮廓扫描法（ContourScanning），单元分解法（CellDecompositions））2特征造型（FeatureModeling）。计算机辅助工艺设计（CAPP），工艺设计的任务和主要内容：选择机床，选择刀具，确定定位装夹方案，确定工步序列，确定切削参数，生成工艺文件，数控编程准备。CAPP系统的开发与设计，CAPP的设计方法主要有检索式，派生式（Variant），创成式（Generative）；CAPP系统通用模型的构造思路主要有三种类型：多元化组合式CAPP系统；基于原型的渐进式工艺设计过程模型；CAPP工具系统和平台。CAPP的发展方向：集成化，智能化，并行化，标准化。计算机辅助制造CAM，CAM的基本内容有；数控技术的内涵（数控装置，伺服驱动单元）。面向X的设计（DesignForX，DFX）数值化工具集。成熟的DFX的技术有：面向制造的设计（DFM，DesignForManufacturing），面向装配的设计（DFA，DesignForAssembly），面向成本的设计（DFC，DesignForCost），面向质量的设计（DFQ，DesignForQuality），面向环境的设计（DFE，DesignForEnvironment）。模块化设计（MD，ModularDesign）的一般步骤：市场调查与分析；周密的总体规划；合理确定产品系列型谱；产品参数范围分析与主参数的确定。产品数据管理（PDM，ProductDatamanagement）分为四个阶段：初级PDM系统；项目组级的PDM系统；企业级PDM；企业间PDM。PDM系统的体系结构有四层：顾客界层面；功能模块及开发工具层；框架核心层；系统支撑层。PDM系统的基本功能：文档管理；工作流与过程管理；产品结构与配置管理；应用集成。PDM与企业信息集成：PDM与CAD系统的集成；PDM与CAD/CAM的集成；PAM与CAPP的集成；PAM与MIS的集成；PDM与MRP2/MRP的集成。第五章先进制造装备及技术数字控制（NC，NumericalControl）。计算机数字控制（CNC，ComputerNumericalControl）直接数控（DNC，DirectNumericalControl）。柔性制造系统（FMS，FlexibleManufacturingSystem）。数控机床（NCMT，NumericalControlMachineTools）的组成：控制介质；数控装置；伺服机构；测量反馈装置；机床本体。数控机床的分类：1按工艺用途分为金属切割类，金属成型类，金属特种加工机床；2按伺服控制系统分为开环控制数控机床，闭环控制数控机床，半闭环数控控制机床；按系统控制的功能水平分为高中低。数控机床的特点：高精度，高效率，高柔性，高自动化，高效益。数字加工原理1运动控制：1点位控制（PositionControl），2直线控制（StraightCutNC），轮廓控制（ContouringNC）。2坐标系，机床坐标系与工件坐标系，机床原点与工件原点。笛卡尔坐标系。3数控加工编程技术，编程指令有准备功能字（G代码），辅助功能字（M代码），进给功能字（F代码），刀具功能字（T代码），坐标功能字（X,Y,Z，主轴转速功能字（S代码）程序号功能字（N）。加工中心（MC，MachiningCenter）是具有刀库，有自动换刀功能，可以对工件进行多工序加工的数控机床。其组成部分有：基础部分，主轴部件，数控系统，自动换刀装置（ATC）。加工中心的分类：1按工艺用途分为镗削加工中心，车削加工中心，钻削加工中心；2按主轴特征分为立式镗削加工中心，卧式镗削加工中心。加工中心的特点：工序集中，有利于生产管理的的现代化，智能化程度高。虚拟轴机床（VirtualAxisMachineTool）实际上是一种新型数控机床，也称为并联机床（ParallelMachineTool），并联运动学机器（ParallelKinematicsMachine）,Stewart机床，六条腿（Hexapod）机床。特点有：刚度高，精度高，速度快，加工适应性强，机床重组性好。工业机器人（IndustrialRobot）。工业机器人的组成：执行机构（末段执行器，手腕，手臂），驱动系统，控制系统，检测装置，支承系统。工业机器人的性能和分类：1工业机器人的坐标系：直角坐标系，圆柱坐标系，球坐标系，关节坐标系；2工业机器人的性能指标有自由度，精度，工作范围；3工业机器人的分类根据坐标系来分为四种，按驱动方式分类，按控制方式分为两种（点位控制和连续控制），按用途分类。装配线。连接通常有两种（可拆卸连接与不可拆卸连接）。装配线的分类：手工装配线，自动化装配线，混合装配线。装配线的组成：1手工装配线的组成；2自动化装配线的组成（机械系统（给料部分，传送部分，装配部分），控制系统，检测传感系统，质量检测系统，动力系统）。柔性自动化装配线，装配机器人的结构及技术指标。自动导向车（AGV，AutomatedGuidedVehicle）是一种无人化驾驶的自动化运输设备，能够承载一定的重物在出发地和目的地之间自主行进。AGV是无轨导向车，有轨导向车（RGV，RailGuideVehicle）。AGV的结够有导向系统，车体，蓄电池和充电装置，驱动装置，转向装置，移载装置，控制与通信装置，安全装置。AGV的特点。AGV的导向原理：1电磁导向（单频制导向，多频制导向）2光学导向3激光导向4视觉导向。质量检测机装备，自动检测与监控装技术：1检测与监控的分类（产品质量，产品的制造过程-加工状态-设备的运行状态）；2检测量与检测传感器（状态量，几何量，机械量，热工量，光学量，电量）。坐标测量机（三坐标测量机）能够在空间三个坐标上测量长度，角度，倾斜度以及各种复杂的集合形状和空间曲面。柔性制造系统（FMS），FMS的基本概念：1柔性制造技术是对各种不同形状的加工对象实现程序化柔性制造加工的技术的总和。柔性制造单元（FMC），柔性制造系统（FMS）。FMS的组成：加工系统，物流系统，（工件的运输，工件的存储），信息系统。FMS的工作原理，FMS的控制：对FMS控制机构的要求；FMS单元控制系统（1单元控制系统的层次结构：设备级控制器，工作站控制器，单元控制器。2单元控制的基本任务。3单元控制系统硬件配置原则）第六章先进制造工艺技术物体的成型方法：1受迫成形（CompelledForming），利用材料的塑性，将半固化的流体材料在模具或压力的作用下，定形成为各种形状与尺寸的零件。2去除成形（DislodgeForming）指的是在原材料上通过不同的方法去除一部分多余的材料，从而达到设计所要求的形状和尺寸及公差。。3添加成型（AddingForming）先进制造工艺的特点：优质高效，低耗清洁，灵活。先进制造工艺的内容：精密超精密加工技术；精密成形技术；特种加工技术；表面加工技术。快速成形制造（RPM，RapidPrototypingManufacturing）又称为快速原型制造。RPM的特征：1实体自由成型制造（SFF，SolidFreefromFabrication）;2直接CAD制造（DCM，DirectCADManufacturing）；3离散堆积制造（DCM，dispersedCumulateManufacturing）；4及时制造（IM，InstantManufacturing）；5分层制造（LM，LayeredManufacturing）；6材料添加制造（MIM，MaterialIncreaseManufacturing）。几种常见的RPM工艺：1立体光刻法*（SLA，StereoLithographyApparatus）也称为立体印刷，光造型，光敏液相固化法，是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的；2分层实体制造（LOM，LaminatedObjectManufacturing）又称为叠层实体制造或层合实体制造；3选择性激光烧结（SLS，SelectiveLaserSintering）又称为选区激光烧结法，利用粉末状材料成型的；4熔融沉积成形（FDM，FusedDepositionModeling）又称为熔丝沉积成形法，所用材料一般为热塑性材料。RPM的应用：1快速模具制造（间接制模，直接制模）；2快速制造金属零件；3在医学中用于器官模型制作；4与反求工程结合形成快速设计制造闭环系统。高能束加工技术是利用被聚集到加工部位上的高能量密度射速，对工件材料进行去除加工的特种加工方法的总称。1激光加工技术，应用有激光表面改性，激光焊接，激光切割，激光打孔，激光打标，激光雕刻；2电子束加工技术应用有电子束焊接，电子束打孔，电子束表面改性，电子束固化；3离子束加工技术应用有离子束刻蚀，离子束溅射沉积镀膜，离子束辅助镀膜，离子注入；4水射流加工技术。超精密加工技术。超精密加工技术的原理和特点：1超精密切削加工（莫尔金刚石车床，普奈莫MSG-325型金刚石车床，超精密非球面金刚石车床）；2超紧密磨削和磨料加工1,磨削技术（沙带磨削技术，电解在线修整磨削技术，双端面精密磨削技术，电泳磨削技术），2超精密磨削和抛光技术（超精密研磨技术，软质磨粒机械抛光，磁流体抛光）。维纳制造（MNM，Micro-nanoManufacturing）技术是关于微系统和纳米技术的统称。微统的关键技术：微系统设计技术，微细加工技术，微系统组装和封装技术，微统的表征和测量技术。纳米加工技术有：光刻电铸（LIGA）；半导体加工技术；集成电路（IC）；超微机械加工和电火花线切割加工；键合技术；分子装配技术。生物制造（BM，BiologicalManufacturing）的内容有：1仿生制造（BionicManufacturing）（1生物组织和结构的仿生，生物遗传制造，生物控制的仿生）；2生物成形制造（生物刻蚀成形，生物约束成形，生物生长成形）。第七章绿色设计与制造国际环境管理标准ISO14000。生态化设计（ED，EcologicalDesign），面向拆卸的设计（DFD，DesignForDisassembly），面向回收的设计（DFR，DesignForRecoveringandRecycling）。再制造过程（RE，RemanufacturingEngineering）第八章典型产品的制造系统1汽车制造系统1.1汽车的分类与构造1.1.1汽车的分类可分为乘用车和商用车两类。1.1.2汽车的构造汽车的总体构造包括发动机，底盘，车身，电气设备四大部分组成。底盘由传动系，行驶系，转向系，和制动系四部分构成。传动系有离合器，变速器，万向传动装置和驱动桥组成。行驶系有车架，车桥（从动桥和驱动桥），车轮（驱动轮，转向轮），悬架（前悬架，后悬架）等组成。转向系有带转向盘的转向器和转向传动装置组成。制动系有制动器和制动传动装置组成。电气设备由电源，发动机启动系以及汽车照明系，信号系，仪表系，辅助电器组成；在强制点火的发动机中还包含发动机的点火系。1.2汽车的设计1制定产品开发规划：确定具体的车型，进行可行性分析，拟定汽车的初步方案，编写设计任务书。2初步设计：汽车总布局设计，设计效果图，制作缩小比例模型，进行方案论证。3技术设计：确定汽车造型，确定汽车结构。4汽车总装配图的绘制。5试制，试验，修改和定型。1.3汽车的生产准备1进行大量生产准备2大量生产试制1.4汽车零部件的生产1.4.1动力总成制造1动力总成零件的制造：铸造，锻造辊压，冷段；2发动机加工装配：机械加工，装配及调试，变速箱加工装配：箱体加工，齿轮加工，装配。1.4.2车身制造1冲压2焊装3涂装：涂装前工艺处理，底漆工艺，密封及车底防护工艺，中涂工艺，面漆工艺。1.5车身的总装配1.5.1总装配的组织形式：固定式装配和移动