机械工艺工装 4

第十章特种加工方法及先进制造技术01【概述】一二特种加工的基本概念及其分类特种加工的特点概述一、特种加工的基本概念及其分类1.特种加工的概念传统的切削加工方法都是采用比工件材料硬的刀具或砂轮，依靠机械能进行加工的。20世纪40年代发明的电火花加工，开始出现了用硬度低于工件的工具，不依靠机械力来加工硬工件的方法。50年代后又先后出现了电子束加工、等离子弧加工、激光加工等等，逐步形成了特种加工的新领域。特种加工是指除车、铣、刨、磨、钻等传统的切削加工方法之外的新加工方法，它是直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能等能源及其复合加工技术对工件进行加工的方法。特种加工技术在加工高强度、高硬度、高韧性等机械、物理、化学性能特殊的难加工材料和形状复杂、精密、微细的特殊零件中，愈来愈显示出它的神威。近年来，计算机技术和控制技术等新技术对特种加工的渗透，使特种加工技术有了长足的发展。同样，特种加工技术又积极地推动着制造业向前发展。2.特种加工方法的分类特种加工方法的分类尚没有明确的规定，一般是根据使用的能量和作用原理可分为表9-1所示的几种类型。不同的特种加工方法都有其特定的应用范围和规律，选择不当就不能发挥出特种加工的特长。因此，必须根据加工对象的材料、结构特点和经济性来合理选择。概述一、特种加工的基本概念及其分类加工方法主要能量形式表示符号适用范围电火花加工电、热能EDM任何导电材料电火花线切割WEDM电子束加工EBM任何材料等离子弧加工PAM（C）电解加工电、化学能ECM任何导电材料电解磨削电、化学、机械能ECG电解珩磨ECH离子束加工电、机械能IBM任何材料激光加工光、热能LBM超声加工声、机械能USM任何硬脆材料化学加工（铣削）化学能CHM与化学溶济作用的材料光化学光、化学能PCM水射流切割（水刀）液流、机械能WJC任何材料磨料喷射加工AJM表9-1常用特种加工方法分类概述二、特种加工的特点由于新材料的不断涌现，工件加工表面越来越复杂，经常出现用传统的切削加工难以进行甚至无法加工的情况，而采用特种加工则可以顺利地进行加工，并收到良好的经济效果。特种加工与传统的切削加工相比具有以下特点：概述二、特种加工的特点1.切除材料的能量不单纯是靠机械能，还可以用其它形式的能量。2.特种加工可以有工具，但工具材料的硬度一般低于被加工材料，也可以无工具。3.在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力，工件很少产生机械变形和热变形，有助于提高工件的加工精度和表面质量。因此，特种加工特别适合于难加工材料（如硬、脆、软、韧的材料）的加工、复杂的零件表面（如异形型腔、小孔、深孔、窄缝等）的加工以及一些特殊的精密微细加工。它广泛地应用于模具、刀具、量具、微电子元器件、生物医疗、仪器仪表、纺织、汽车、航空航天等生产领域。随着社会需求的增长，新材料的不断涌现，目前国内外已采用的特种加工技术有数十种。下面仅介绍在机械制造中应用较广泛的一些特种加工的工作原理、主要特点及其应用。01【电火花加工】一二三电火花加工的工作原理电火花加工的特点电火花加工的基本规律四电火花加工的类型电火花加工一、电火花加工的工作原理电火花加工的工作原理就是指利用在工具电极和工件之间产生脉冲性火花放电，产生局部高温将金属材料逐步蚀除下来，以达到零件尺寸、形状及表面质量等加工要求的方法称为电火花加工，又称电蚀加工。其工作原理如图9-1所示。当工具电极与工件在绝缘介质（工作液）中靠近时，极间某处（相对最靠近点）的电场强度，将会超过极间介电液的介电强度，极间电压使介电液在两极间“相对靠近点”处发生雪崩式的电离击穿。此时，在两极间的绝缘状态将在极短的时间内（一般为10-7～10-5s）发展成为低阻值的放电通道，放电电流随即急剧上升达104～107A/mm2，能量密度高度集中达106～107w/mm，使放电区的温度将达到1000～10000℃，工件上的一小部分金属材料被迅速熔化和汽化。由于熔化和汽化的速度很快，故带有爆炸性质，在爆炸力的作用下，将熔化了的金属材料微粒迅速抛出，被液体介质冷却凝固并被带走。每次放电后，工件表面上形成一个小圆坑，如b)图所示，放电过程多次重复进行，大量的小圆坑重叠在工件的加工表面上。随着工具电极的不断进给，工具电极的轮廓尺寸就被精确地复制到工件上，实现零件轮廓的加工，如c)图所示。电火花加工1—脉冲电源；2—送进机构及间隙自动调整器；3—立柱；4—工具电极；5—工作液；6—工件电火花加工二、电火花加工的基本规律1.极性效应在电火花加工过程中，不仅工件材料被蚀除，工具电极也同样遭到蚀除；但阳极和阴极的蚀除速度不相同，这种现象叫“极性效应”。其根本原因是：在加工过程中，阳极和阴极表面分别受到电子和离子的撞击和瞬时热源作用，在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、汽化和抛出的金属量也就不一样，即两极的蚀除率不同。一般而言，短脉冲（如脉宽小于30μs）加工时，负极的蚀除量小于正极；较长脉冲（如脉宽大于300μs）加工时，负极的蚀除量大于正极。为了减少工具电极的损耗和提高生产效率，总是希望极性效应越显著越好，即工件材料蚀除快，而工具电极的蚀除又慢。因此，电火花加工电源则采用直流脉冲电源。同时还要注意正确选择极性。一般当采用高频电源时，工件应接正极；当采用低频电源时，工件应接负极；当使用钢制工具电极时，不论脉冲电源频率的高低，工件一律接负极。2.脉冲放电在电火花加工过程中，火花放电必须是瞬间的脉冲放电，放电延续时间很短，一般为10-7～10-5s，这样才能使火花放电时所产生的热量来不及传导扩散，从而把每一次放电点分别限制在很小的范围内。电火花加工3.放电间隙在电火花加工过程中，还必须使工具电极与工件被加工表面之间保持一定的放电间隙，通常为几微米至几十微米。如果放电间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，则不会产生火花放电；如果放电间隙过小，很容易形成短路。因此，电火花加工机床必须具有工具电极的自动进给和间隙调节装置，以保证极间正常的火花放电。4.工作液在电火花加工过程中，工作液的作用是：①形成电火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复到极间的绝缘状态；②对放电通道产生压缩作用；③冷却工具电极和工件；④帮助电蚀产物的冷却和排除。因此，工作液的选择对电蚀量的影响较大。介电性能好、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应，但粘度太大不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。目前，电火花成型加工主要采用油类工作介质。粗加工时脉冲能量大、加工间隙也较大，爆炸排屑抛出能力强；通常选用粘度较大、燃点较高的机油。而在中、精加工时放电间隙较小，排屑困难，故一般都选用粘度小、流动性好、渗透性好的煤油作工作液。电火花加工三、电火花加工的特点电火花加工去除材料的速度可以与一般机械加工方法相比。其主要特点是：⑴电火花加工是一种非接触式加工，所以工件不受机械切削力的作用，无机械变形，不受工具和工件刚度限制，有利于实现工件的微细加工。如薄壁、深孔、盲孔和窄缝等的加工。⑵电火花加工是利用极间火花放电时产生的电腐蚀现象，靠高温熔化和汽化金属进行蚀除加工的。因此，可以用较软的紫铜等工具电极，对任何导电的难加工材料（如硬质合金、耐热合金、不锈钢、淬火钢等）进行加工，达到“以柔克刚”的效果。⑶电火花加工不需要复杂的切削运动，而工具电极较软，便于制造。因此，有利于异形曲面的加工。⑷尽管放电温度较高，但因放电时间极短，工件的大部分材料不受热。因此，电火花加工适于加工热敏感性很强的材料。⑸易电火花加工于实现自动化。⑹电火花加工时，工具电极的损耗会影响工件的加工精度。因此，电火花加工广泛应用于碳化钨、钨钴类硬质合金或硬钢材料等制造的模具、工具等的加工。

四、电火花加工的类型

电火花加工的类型很多，如图9-2所示。其中电火花成型加工、电火花线切割加工应用较普遍。电火花加工

1.电火花成型加工

⑴电火花成型加工原理电火花成型加工的实质是一种反拷仿形加工，一般在电火花成型机上进行，主要用于加工模具的型孔与型腔。其工作原理如图9-3所示。工具电极与工件分别与脉冲电源的两输出端相连接；工件装夹在由泵、过滤器等组成的工作液循环系统提供的工作液里；工具电极与自动进给调节装置中的主轴相连接，并在主轴的带动下作上下伺服直线运动。当工具电极与工作之间的间隙达到一定值时，施加在工具电极与工件上的脉冲电压将击穿极间间隙处的工作液，产生火花放电，并在工件上蚀除出凹坑。经过多次、反复地脉冲放电，在工件上逐步蚀除出一个与工具电极形状相似、凹凸相反的型腔。电火花成型机主要由主机、电源控制柜、工作液系统以及附件等部分所组成，如图9-4所示。主轴上包括能使工具电极作严格直线伺服运动的自动进给调节装置（主轴头）、能调水平坐标位置的工作台、浸放工件的工作液槽、机床床身和立柱等。实现自动进给调节装置的伺服运动方式有电液伺服和电机伺服两种。电火花加工电火花加工⑵电火花成型加工的特点及其应用电火花成型加工除具有一般电火花加工的特点（详见电火花加工的特点）外，还具有可以加工特殊及复杂形状的零件；如复杂型腔模具、各种型孔、刻花、刻字等的加工。采用数控技术，则可以用简单的电极加工复杂形状的零件。目前，电火花成型加工已广泛应用于机械制造（特别是模具制造）、宇航、航空、电子、电器、精密细微机械、仪器仪表、汽车、轻工等行业。以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围已达到小至几十微米的轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。2.电火花线切割⑴电火花切割的基本原理电火花线切割加工的基本原理是利用轴向移动的细金属丝（铜丝或钼丝）作为工具电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成型的加工方法。其基本原理与电火花加工原理基本相同，不同之处在于电火花线切割的工具电极是一根移动的电极丝（其直径通常为φ0.02～0.05mm），工件靠x、y坐标移动来加工出平面图形。如图9-5所示，电极丝穿过工件上预先钻好的小孔，经导轮由滚丝筒带动作往复交替地走丝。通过绝缘板放置工件的工作台在x、y两个坐标方向上分别安装有步进电动机，按加工要求的轨迹通过数控装置进行控制，将工件切割成所需要的形状。电火花加工⑵电火花线切割的加工特点①不需要成型工具电极，缩短了生产准备时间，大大地降低了生产成本。②由于电极丝比较细，可以加工微细的异形孔、窄缝和复杂形状的工件。③由于切缝很窄，只对工件进行图形的轮廓切割，且切割下的部分余料还可以利用。④由于采用移动的长金属丝进行加工，单位长度电极损耗较小，从而对加工精度的影响小。特别是在慢走丝线切割加工时，电极丝采用铜丝一次性使用，电极损耗很小，可以加工出精度很高的零件。⑤自动化程度高，操作方便，工人劳动强度低，易于实现计算机控制。⑥不能加工盲孔类零件，对阶梯面（立体成形面）等的加工较为困难。电火花加工⑶电火花线切割的应用火花线切割为新产品试制、精密零件及模具制造开辟了一条新的工艺途径，其主要应用如以下：①加工模具

适用于各种形状的冲模的加工；只需要一次编程，调整不同的间隙补偿量就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。还可以加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、拉丝模、塑料模等带有锥度的模具。②加工电火花成型加工用的电极

适用于一般穿孔用电极以及带锥度型腔加工用电极的加工。对于铜合金、银合金等贵重金属材料的加工，用电火花线切割加工特别经济。同时，也适用于加工复杂形状的微细电极。③零件加工

加工电火花成型加工可以直接在板料上切割出零件；如切割特殊微电机硅钢片定转子、特殊蝶形弹簧片、凸轮、样板、成型刀具、异形槽和标准缺陷的加工等。由于不需另行制造模具，所以大大地缩短了制造周期，降低了生产成本。3.电火花加工的其它应用随着生产的发展，电火花加工领域的不断扩大，除了电火花成型加工、电火花线切割加工外，还出现了许多其它形式的电火花加工方法。主要有以下几个方面：⑴对工具电极相对工件的运动采用不同组合方式的电火花加工方法。如电火花磨削、电火花共轭回转加工，电火花展成加工等。随着计算机技术和控制技术的发展，出现了计算机控制的五坐标数控电火花加工机床；它可将上述各种运动方式和成型、穿孔加工组合在一起。⑵将工具电极和工件置于气体介质中进行放电的电火花加工方法。如金属电火花表面强化，电火花刻字等。⑶加工非金属材料的加工方法。如半导体与高阻抗材料聚晶金刚石、立方氮化硼等的加工。谢谢！第十章特种加工方法及先进制造技术02【激光加工】一二激光加工的基本原理激光加工特点及应用激光加工激光加工激光加工技术是利用高功率密度的激光照射工件，使工件材料熔化、汽化而进行穿孔、切割、焊接、表面处理、打孔及微细加工等的加工技术。激光加工系统与计算机技术、控制技术等相结合，可构成高效自动化加工设备，已成为企业适时生产的关键技术，为优质、高效、低成本的生产开辟了广阔的前景。一、激光加工的基本原理由于激光具有亮度极高、方向性极好和单色性好（即波长的变化范围小）等到特点，可以通过光学系统把激光聚焦成一个极小的光束，其能量密度可达108～1010W/cm2（一般金属达到沸点所需的能量密度为105～106W/cm2）。激光加工设备主要由电源、激光器、光学系统和机械系统所组成，如图9-6所示。其中，激光器将电能转变成光能，产生激光束，经光学系统聚焦后照射在工件表面上进行加工；工件固定在可移动的工作台上，工作台由控制系统控制和驱动。激光加工的机理是：激光照射在工件表面上，光能被加工表面吸收，并转换成热能，使工件表面照射处（其直径仅为几微米或几十微米）达到10000℃以上的高温，使工件材料在千分之几秒甚至更短的时间内熔化、汽化去除。激光加工二、激光加工特点及应用1.激光加工的特点⑴适用范围广。因为激光束聚焦后的高能量密度和照射工件表面处的高温；因此，激光加工可以加工任何坚硬高熔点材料，几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行加工。如高硬合金、耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等脆硬材料都可以采用激光进行加工。激光加工技术是利用高功率密度的激光照射工件，使工件材料熔化、汽化而进行穿孔、切割、焊接、表面处理、打孔及微细加工等的加工技术。激光加工系统与计算机技术、控制技术等相结合，可构成高效自动化加工设备，已成为企业适时生产的关键技术，为优质、高效、低成本的生产开辟了广阔的前景。2.激光加工的应用目前已经成熟的激光加工技术有：激光快速成形技术（详见第十一章）、激光焊接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光储存技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理技术和激光表面处理技术等。主要用于穿孔、切割、划片、焊接、微调和动平衡等方面，其中激光穿孔和激光切割应用最广。谢谢！第十章特种加工方法及先进制造技术03【电解加工与电解磨削】一二电解加工电解磨削电解加工与电解磨削电解加工与电解磨削一、电解加工1.电解加工的工作原理利用金属工件在电解液中所产生的“阳极溶解”作用而进行加工的方法，称为电解加工，又名电化学加工。其工作原理如图9-7所示，加工时，工件接直流电源（通常电压为6～25V，电流为4×104A）的阳极（称为工件阳极），工具接阴极（称为工具阴极）。机床带动工具阴极缓缓向下进给，并使电解液从两极间间隙（其间隙大小为0.1～0.8mm）中高速（其速度为5～60m/s）流过。当工具阴极向工件进给并保持一定间隙（即初始间隙为0.2～0.3mm）时，阳极工件材料不断地被溶解到电解液中，并被高速流动的电解液带走。电解加工时，由于工件形状与工具形状不同，两电极间的间隙不相等，因此工件的溶解速度也不相同。较小间隙处的电场强度高，电流密度大，电解液流速高，工件在此处的溶解速度快；相反，间隙较大处的溶解速度慢，如图b)所示。随着工具阴极的不断向下进给，直到工具的形状复制到工件上，达到工件加工要求的尺寸和形状为止，如图c)所示。图9-7电解加工工作原理示意图2.电解加工的特点⑴加工范围广。电解加工不受金属材料本身硬度、强度和韧性的限制，可以加工任何导电材料。如硬质合金、不锈钢、耐热钢等难加工材料。⑵电解加工的表面粗糙度值比电火花加工小，Ra值可达1.25～0.32μm。但电解加工不易达到较高的加工精度和加工稳定性。因为工具阴极的设计、制造和修正比较困难，影响电解加工间隙的稳定性；而且影响电解加工质量的参数很多，且难以控制。⑶生产率高。约为电火花加工的5～10倍。⑷由于加工过程中不存在机械切削力和电火花加工时的热效应，所以在加工表面上不会产生残余应力、变形和飞边毛刺。⑸加工过程中工具阴极在理论上不会损耗，可长期使用。铜或钢制工具阴极一般可以加工成千上万个零件。⑹电解加工中释放出氯气对环境污染较大，对设备和人员都有伤害。⑺电解加工的附属设备较多，机床造价较高。3.电解加工的应用电解加工是继电火花加工之后发展较快，应用较广的一项新工艺，目前主要用于：复杂三维曲面的端面和外圆加工；靠模加工和特殊形状仿形加工；刻模，特别是深窄的槽；也可用于加工多孔、拉孔、去毛刺、磨削和珩磨等方面。电解加工与电解磨削电解加工与电解磨削二、电解磨削1.电解磨削的工作原理电解磨削就是指利用阳极溶解和机械加工相结合的一种复合加工方法。其机械结构如图9-8所示。导电磨轮接阴极，工件接阳极，工件与导电磨轮基体材料之间保持一定的电解间隙，并冲注电解液。其工作原理如图9-9所示，接通电源后，工件与磨轮的导电基体材料之间发生电解加工；而难电解的物质和工件表面上生成的阳极膜则由机械磨削作用刮除，并被电解液带走，新的工件表面继续进行电解。由于电解和磨削作用交替进行，使工件连续加工，直至达到加工要求的尺寸精度和表面粗糙度。图9-8电解磨削的机械结构图9-9电解磨削的工作原理电解加工与电解磨削在电解磨削加工过程中，电解加工量约占90%以上，机械磨削仅起去除难电解物质和工件表面的阳极膜的作用。此外，磨料颗粒突出基体材料0.05mm以下，这不仅防止了短路的发生，而且还有保持一定的电解间隙和电解液的通道作用。正因为磨粒的存在，才使得加工更加容易控制其加工精度。2.电解磨削的加工特点⑴电解磨削的效率比机械磨削高。特别是对磨削硬质合金时效果更加显著，其生产率可提高3～5倍。⑵电解磨削的质量较高。其原因是：一方面在加工结束时，可以切断电源，只进行机械磨削以提高加工精度；另一方面是磨削力和磨削热都很小。一般磨削外圆的尺寸精度可以达到0.01mm，表面粗糙度Ra值可达0.2～0.025μm，零件表面不会产生烧伤、裂纹和毛刺等现象。⑶磨轮损耗很少，生产成本低。一般磨轮损耗的体积与用普通金刚砂轮磨削相比，只占1/5～1/10。3.电解磨削的应用由于电解磨削具有电解加工和机械磨削的优点；因此，广泛用于加工一些高硬度的零件。如各种金刚石刀具、量具、拉丝模具、轧辊等。也可以加工普通磨削难以加工的小孔、深孔、薄壁套、细长杆件等。对于复杂型面的零件，也可以采用电解研磨和电解珩磨。谢谢！第十章特种加工方法及先进制造技术04【超声波加工】一二超声波加工的基本原理超声波加工的特点及应用电解加工与电解磨削装配工艺规程的制订一、超声波加工的基本原理超声波加工是利用产生超声振动的工具，带动工件和工具间悬浮液中的磨料，冲击、抛磨工件的被加工部位，使其局部材料破坏而成粉末，以达到穿孔、切割和研磨等目的的加工方法。其工作原理如图9-10所示，加工时，在工具和工件之间加入含有磨料的悬浮液，并使工具以很小的力作用在工件上。超声波换能器产生16kHz以上的超声波纵向振动，通过变幅杆把振幅放大到0.05～0.1mm左右，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的磨粒以很大的速度和加速度不断地锤击、抛磨被加工表面，使工件表面材料粉碎成很细的粉末，并被循环的悬浮液带走。同时，悬浮液受工具端面的超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和“空化”作用，加剧了机械破坏作用。工具进给并逐渐进入到工件中，加工出与工具端面相应的尺寸和形状。

二、超声波加工的特点及应用1.超声波加工的特点⑴可加工任何材料。被加工材料受到的是磨粒和液体分子的连续冲击、抛磨和空化作用。所以此法适合加工硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，如宝石、石英、陶瓷、玻璃以及各种半导体材料。⑵加工精度高，表面质量好。由于超声波加工是靠极小粒度的磨粒和水分子的瞬时局部撞击作用去除工件材料。因此，工件表面的宏观切削力、切削应力和切削热都很小，不会引起变形和烧伤现象，表面质量好，Ra值可达1～0.1μm，加工精度可达0.01～0.02mm。装配工艺规程的制订⑶加工设备简单，操作、维修方便。由于工具可用较软的材料制成较复杂的形状，因此不需要使工具和工件之间作较复杂的相对运动。⑷超声波加工的效率不高。对于软质及弹性较大的材料的加工较困难。2.超声波加工的应用超声波加工广泛地应用于电子工业的半导体晶体管中的锗结晶薄片的加工，最理想的加工对象是用于航空、导弹工业中的高温材料。主要用于加工各种硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石、玉器、硬度>HRC45的钢材等的打孔（包括圆孔、异形孔、弯曲孔等）、切割、开槽、套料、雕刻以及成批小零件的去毛刺，模具表面的抛光等。超声波加工还可用于陶瓷喷油嘴、挤压模、拉丝模、玻璃制品的外形装饰加工等。

图9-10超声波加工原理示意图特种加工有其独到的适用领域，零件在加工时，与传统机械冷加工的区别点是什么？优势体现在哪些方面，这个问题要融入课程教学中。教学反思谢谢！第十章特种加工方法及先进制造技术01【概述】一二三机械制造技术的发展历程先进制造技术群的分类先进制造技术的形成及其特征四先进制造技术的发展趋势概述概述一、机械制造技术的发展历程制造业的发展经历了单件手工制作、批量生产、刚性自动化生产、柔性自动化生产和集成化制造等阶段的漫长发展历程，目前正向着精密化、智能化、柔性化、集成化、最优化和信息化等方向发展，其发展历程如11-1所示。

二、先进制造技术的形成及其特征20世纪中期以后，制造业迎来的是一个更为激烈的竞争和生存环境。新知识、新概念的不断涌现和新产品、新工艺的迅速更新加速了市场的变化，企业面临着更加严峻的挑战。特别是在市场不断高速变化的21世纪，企业不仅需要有对市场变化的快速响应能力，而且还要有通过技术创新和产品更新来不断开拓市场、引导市场的能力。阶

段特

征出

现

时

期第一阶段手工制造20世纪初期第二阶段批量生产20世纪10年代第三阶段刚性自动化生产20世纪20年代第四阶段柔性自动化生产、面向制造的设计、满足用户要求的设计与制造、准时生产20世纪50～80年代第五阶段集成化制造、并行工程、精益生产、敏捷制造、绿色制造20世纪80～90年代第六阶段虚拟制造、智能制造20世纪90年代表11-1制造业的发展阶段概述先进制造技术就是当今工业企业在激烈的市场竞争中离不开的集设计－生产－管理－市场－信息－创新于一体的综合技术。我国与工业化先进国家的技术存在着较大差距，其中制造技术的差距是主要问题。在市场经济体制下，制造业是参与市场竞争主体的重要部分，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能力的制造技术的总称。根据AMT（AdvancedManufacturingTechnology）产生的背景，分析AMT的内涵和体系结构，考察AMT的实施过程和结果，可以总结出AMT的主要特征如下：1AMT是一项综合性技术AMT不是一项具体的制造技术，而是利用系统工程思想和方法，将各种与制造相关的技术集合成一个整体，并贯穿到生产管理、市场分析、市场营销、产品设计、加工制造、维修服务直至产品报废处理、回收再生的生产全过程。2AMT是一项动态发展技术AMT没有一个固定的模式，其实现方法、规模、程度以及侧重点都要与企业的具体情况相结合，并与企业的周边环境相适应。它要不断地吸收和利用各种高新技术成果，并将其渗透到制造总系统的各个部分和制造活动的整个过程，使其不断趋于完整。3AMT是面向工业应用的技术AMT有明显的需求导向特征，重在全面提高企业的竞争力，促进国家经济持续增长，加强国家综合实力。AMT坚持以顾客为核心，强调系统集成和整体优化，提倡合理竞争与相互信任，这些都是制造企业生存和发展的重要条件。4AMT是面向全球竞争的技术为了赢得国际市场竞争，必须提高企业综合效益（包括经济效益、社会效益和环境生态效益）及对市场的快速反应能力，而采用先进制造技术是达到这一目的的重要途径。5AMT是面向21世纪的技术AMT是制造技术发展的新阶段，它保留了传统制造技术中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技术，使其产生了质的飞跃。AMT强调环保技术，突出能源效益，重视产品的回收和再利用，符合可持续发展的战略。概述三、先进制造技术群的分类

1.先进制造技术群根据美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组于1994提出的AMT的分类目录，指出AMT是制造技术和现代高技术结合而产生的一个完整的技术群。先进制造技术包括了三大技术群：主体技术群、支撑技术群和制造基础设施三个部分。如表11-2所示。序号技术群名称研

究

内

容1

主体技术群是制造技术的核心，又包括有关产品设计技术和工艺技术两部分。⑴面向制造的设计技术群又称产品和工艺设计技术群。内容包括：①

产品工艺过程和工厂设计，包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAE）、面向加工和装配的设计（DFM,DFA）、模块化设计、工艺过程建模和仿真、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）、工作环境设计、符合环保的设计等；②快速样件成形技术（快速原型制造，RPM）;③

并行工程（CE）；④其他技术⑵制造工艺技术群又称加工和装配技术群，内容包括：①材料生产工艺，包括冶炼、轧制、压铸、烧结等；②加工工艺，包括切削与磨削加工、特种加工、铸造、压力加工、磨塑成形（注塑、模压等）、材料热处理、表面涂层与改性、精密与超精密加工、电子工业工艺（光刻/沉积、离子注入等微细加工）、复合材料工艺等；③连接与装配，包括连接（焊接、铆结、粘结等）、装配、电子封装等；④测试与检验；⑤节能与清洁化生产技术；⑥维修技术；⑦其他技术2支撑技术群支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性核心技术，是保证和改善主体技术协调运行所需的技术、工具、手段和系统集成的基础技术。包括：信息技术，包括接口和通信、网络和数据库、集成框架、软件工程、人工智能、专家系统、神经网络、决策支持系统、多媒体技术、虚拟现实技术等；标准和框架，包括数据标准、产品定义标准、工艺标准、检验标准、接口框架等；机床和工具技术；传感和控制技术；其他技术。3制造技术基础设施指使先进制造技术适用于具体企业应用环境，充分发挥其功能，取得最佳效益的一系列基础措施，是使先进制造技术与企业组织管理体制和使用技术的人员协调工作的系统过程，是先进制造技术生长和壮大的机制和土壤。表11-2先进制造技术群概述2.先进制造技术分类迄今为止，AMT已出现很多，归纳起来主要有以下几类：⑴面向制造系统的新型制造模式和先进管理方法，如：计算机集成制造系统（CIMS），精益生产（LP）,敏捷制造（AM）,绿色制造（GM），分散网络化制造（DNM）,并行工程（CE）,全面质量管理（TOM），制造资源计划（MRPII），管理信息系统（MIS），企业资源管理系统（ERP）,智能制造系统（IMS）,成组技术（GT）等。⑵面向工程设计领域的先进制造技术，如：计算机辅助设计（CAD）,计算机辅助工程（CAE）,计算机辅助工艺设计（CAPP）,计算机辅助制造（CAM）,计算机辅助检测（CAT）,虚拟制造（VM）,面向“X”的设计（DFX）,反求工程（ReverseEngineering-RE）等。⑶面向物流处理的先进制造技术，如数加工技术（NC/CNC/DNC），柔性制造技术（FM）,快速原型/零件制造技术（RapidPrototype,PartManufacturing--RPM）,工业机器人技术（Robot）,超精密、超高速加工技术等。四、先进制造技术的发展趋势随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求的个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向着精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化、集成化、和全球化的方向发展。当前现代制造技术的发展趋势大致有以下几个方面：1.制造自动化技术向纵深方向发展。2.传统制造技术不断改进，新型制造技术迅速发展。3.精密制造技术将在制造技术中占有突出的位置。4.绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征。5.信息技术、管理技术和工艺技术紧密结合，先进生产模式不断完善和发展。

05【先进制造技术的软环境】一二三成组技术并行工程计算机集成制造系统（CIMS）四制造资源计划（MRPⅡ）先进制造技术的软环境五精良生产模式六敏捷制造模式七企业资源计划一、成组技术1.成组技术的基本概念随着科学技术的进步和人们需求的多样化，生产的产品品种越来越多,市场竞争促使新产品开发和产品的更新换代周期缩短。据统计，在机械制造业中，多品种小批量生产在各类机器生产中占70％～80%,其比重在今后将有继续增长的趋势。而单件小批量生产的生产率低，生产成本高,制造周期长，工艺手段落后，管理复杂。成组技术正是为了改变单件小批量生产的这种落后状况而发展起来的。成组技术GT(GroupTechnology)是根据零件结构形状、技术要求和加工工艺的相似性,将其归并成组(如图11-1所示的11个零件可以归并成一个零件组);然后设计或选出一个包括组内所有零件加工要素的代表零件(如图中的A零件），并根据代表零件制订出一套适合于全组零件的综合加工工艺规程，最后设计或选定一组机床及工艺装备，并组织成一定形式的成组加工，以达到扩大生产批量的目的，从而使多品种小批量生产也能获得大批大量生产的良好效果。成组技术经历了“成组加工→成组工艺→成组技术→成组生产系统”这样一个发展历程。随着计算机技术和数控技术的发展，成组技术已成为计算机辅助工艺规程设计CAPP）、计算机辅助制造(CAM)、柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)的基础技术。可以这样认为：“成组技术+计算机技术+数控技术=制造工艺自动化的发展方向”。先进制造技术的软环境一、成组技术1.成组技术的基本概念先进制造技术的软环境2.零件的分类编码系统利用零件的相似性将其分类成组，是成组技术的基本方法。零件的分类编码系统是成组技术的重要组成部分，也是将零件进行分类编码的基本工具。因此，在成组技术的实施中,必须首先建立相应的零件分类编码系统,然后应用该编码系统将零件的有关信息代码化,据此对零件进行分类成组，以便用于成组方式组织生产。零件分类编码系统就是用字符(数字、符号或字母)对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。目前较著名的分类编码系统有德国的Opitz系统、瑞士的Sulzer系统、荷兰的Miclass系统、日本的KK系统、中国的JLBM-1系统等。其中Opitz编码系统提出较早,影响较大。Opitz系统是由前联邦德国工业大学H.Opitz教授提出的，是成组技术领域中较为著名的一种分类编码系统。它是以零件的形状和结构特征为基础，主要用于零件设计和制造工艺。整个系统由9位十进制数字代码所组成。前5位构成形状代码(也称主码），表示零件的结构形状;后4位构成辅助代码(也称辅码)，表示与制造有关的特征(即尺寸、材料、毛坯形状和加工精度)。每个码内均有0～9个特征码，可分别表示10种零件特征。主码中第1、2码位之间为树状结构，后面的码位为链式结构。Opitz系统是一种以链式结构为主的混合式分类编码系统。Opitz系统的特点是功能多，码位少，结构简单灵活，使用方便，应用较广。但该系统对零件的描述较粗糙，尤其是对零件的工艺特征的描述不够全面。先进制造技术的软环境3.成组加工准备工作实施成组技术时，首先按零件相似特征分类成组，然后以成组方式进行成组工艺过程设计和组织生产。(1）成组技术中零件分类成组(族)法。①视检法

即由有生产实践经验的工艺人员根据零件图样或实际零件及其制造过程，凭经验判断零件的相似性，把具有某些特征属性的零件划分成组。往往难以取得最优结果，目前已较少使用。②工艺过程分析法即以零件的生产过程为依据，直接按生产流程和所使用设备的相似程度对零件进行分类的方法。采用该法的优点是可保证同一零件组内零件的工艺相似性,并可在划分零件组的同时形成机床组，而机床组是建立成组生产单元的基础。③编码分类法首先根据具体情况选择合适的编码系统,然后对零件进行编码,并依据零件的编码按一定原则将零件分类成组。此法是一种较为科学、有效的分类成组方法，它的应用有助于计算机辅助成组技术的实施;但零件编码分类很细，仅把编码完全相同的零件分成一组，则每组的零件数很少，达不到扩大工艺批量的目的。实际上编码不完全相同的零件，往往也具有相似的工艺特征。因此，可根据统计资料和实践经验，制订出各科零件组（族)的相似性标准。具体方法有特征码法和矩阵码域法两种。特征码法是选择几位与加工特征直接有关的码位作为零件分组依据的分类成组方法。矩阵码域法是对零件代码各码位的特征规定几种允许的数值，并用它作为分组的依据，从而将相应码位的相似特征放宽了范围，即适当扩大了成组的零件数。先进制造技术的软环境（2）成组工艺过程设计。零件分类成组后，便可制订适合于组内所有零件的成组加工工艺规程。其编制方法有：①复合零件法按照具有零件组全部结构特征的复合零件进行工艺规程设计的方法称为复合零件法。复合零件可以是零件组中的某个具体零件，也可以是一个假想的零件。此法常用于形状较简单的回转体零件组的加工。②复合线路法零件分类成组后，以零件组内的零件安排较合理的工艺路线和具有代表性的工艺路线(常为最长的工艺路线)为基础,逐个比较同组内其他零件的工艺路线,并将其特有的工序按合理的顺序添加到代表性的工艺路线上，使其成为一个工序齐全、安排合理、适用于组内所有零件加工的成组工艺过程。此法适用于结构较复杂的回转体和非回转体零件组的加工。先进制造技术的软环境4.成组技术的生产组织形式及其优越性(1）成组技术的生产组织形式成组技术的生产组织形式一般可分为：成组单机、成组生产单元、成组生产流水线和柔性制造系统。①成组单机将同一零件组内的所有零件的全部加工都集中在一台机床上进行的加工,称为成组单机生产。例如在自动车床上加工中小型回转体零件。它的特点是在一台机床上完成零件组的全部零件从毛坯到成品的所有加工。②成组生产单元将工艺上相似的一组或几组零件所需的设备，按其工艺流程合理布置成封闭的生产系统,称为成组生产单元。如图11-2所示为4台机床所组成的可完成6个零件组全部工序的成组生产单元，其工艺流程可以调整和改变,可以按零件需要在工序间输送。成组生产单元与流水生产线相似，但成组单元不要求各工序之间保持一定的节拍，具有一定的灵活性。这种生产形式与传统的“机群式”相比，减少了在制品量,缩短了工序间的运输工作量和生产周期，提高了设备利用率。因此，此生产组织形式已被实施成组工艺的企业广泛采用。③成组生产流水线当一系列零件组需要在几台机床上进行加工，而这一系列零件组的工艺相似程度又很高时，可以按照某一固定的加工顺序来布置机床，组织成成组生产流水线。成组生产流水线能经常保证零件作单向流动，但并不要求严格的生产节拍,每种零件不一定都经过每一台机床加工,工艺适应性较强，一般能加工30～200种以上的零件，可获得近似于大批大量生产的经济效果。④柔性制造系统柔性制造系统是在成组生产单元和成组生产流水线的基础上，采用自动加工设备、工业机器人、自动输送装置、自动更换和贮存工件、刀具和夹具的装置.以及自动变换程序的控制系统，构成能适应多种产品的柔性自动化生产系统。先进制造技术的软环境4.成组技术的生产组织形式及其优越性先进制造技术的软环境

(2）成组技术的优越性

实践证明,在中小批生产中将设计、制造和管理看做一个整体系统,实施成组技术可以获得最佳的经济效果。成组技术是计算机辅助工程的基础技术之一,它为CAD/CAM的发展和应用奠定了技术基础。采用成组技术可获得以下优越性：①有利于保证加工质量，提高生产率。②促进产品零件的系列化、标准化和通用化。③减少在制品数量，缩短生产周期，降低生产成本。④便于采用先进生产工艺和高效的加工设备，提高生产技术水平。⑤简化信息的储存和流动，便于计算机进行信息收集、检素、分析和处理。⑥加快企业管理工作现代化，提高管理水平。先进制造技术的软环境二、计算机集成制造系统（CIMS）1.CIMS的基本概念随着计算机在企业产品设计、制造、经营管理中深入、广泛的应用及相互联系，产生了一种新型的高柔性、高效率、多功能的综合自动化生产系统，即计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem,简称CIMS系统）。CIMS的基本概念可以概括为：在现代高新技术(自动控制技术、信息技术和制造技术）的基础上，通过计算机系统及软件,将制造企业的全部生产经营活动所需的计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)、柔性制造系统(FMS)、管理信息系统(MIS)以及决策支持系统(DSS)等各种分散、孤立的自动化系统有机地集成起来，适合于中小批生产的高效益、高柔性的智能化制造系统。它能实现从用户订货合同开始直到产品出厂的全过程自动化，也能实现企业各部分和各种作业的自动化，即实现全局自动化。因此，它是工厂白动化的发展方向,也是末来工厂的一种理想模式。2.CIMS的基本结构从系统的功能出发，CIMS一般由4个功能分系统和两个支撑分系统组成，如图11-3所示。先进制造技术的软环境

(1）经营管理信息系统

它是CIMS的神经中枢，控制和指挥着其他各系统有条不紊地工作。它是以制造资源计划(MRPⅡ）为核心,包括：市场预测、经营决策、技术准备、物料供应、各级生产计划与控制、工具、库存、市场销售、财务管理和成本核算等各项管理信息功能。它把企业内部的各个管理环节有机地结合起来，以实现管理信息的集成，从而达到缩短生产周期、减少库存隆低生产成本、提高企业应变能力的目的。

(2）工程设计自动化系统

该系统是在产品开发过程中引入计算机技术。包括:产品概念设计、工程结构分析、详细设计、工艺设计与数控编程和制造准备阶段的一系列设计工作。它为经营管理信息系统和制造自动化系统提供生成物料单、工艺规程、刀具路径规划、NC代码等,主要由CAD、CAPP、CAM三大部分集成而成。其目的是使产品开发能更优质、高效、自动化地进行，它意味着产品数据格式的标准化，可实现各子系统间的数据交换和共享。

（3）制造自动化系统

该系统在计算机控制与调度下,按照NC代码将毛坯加工成合格零件，装配成产品;并将制造信息实时地反馈到相应部门，生成作业计划，进行优化调度控制，生成工件、刀具、夹具需求计划,进行系统状态监控和故障诊断处理，以及完成数据采集及评估等各项工作。它是CIMS的信息流和物料流的结合点，是CIMS最终产生经济效益的聚集地，通常由数控机床CNC、加工中心MC、柔性制造单元FMC'和柔性制造系统FS、测量机和物料储运系统等组成。先进制造技术的软环境

(4）质量保证系统

该系统主要是采集、存储、评价与处理存在于设计和制造过程中与质量有关的数据，从而获得一系列的控制环，并用这些控制环有效地促进质量的提高，以实现产品的优质、低成本，提高企业的竞争力。它覆盖了产品生命周期的各个阶段，通常由质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、质量信息综合管理与反馈控制等4个子系统所组成。为了支持上述功能子系统，还要设置两个支撑子系统：

1）数据库系统它是CIMS信息集成的关键之一。CIMS环境下的管理信息、工程设计自动化、制造自动化和质量保证的4个功能子系统的信息数据都要在一个结构合理的数据库系统里存储和调用，以满足各子系统间信息的交换和共享。该系统通常采用集中与分布相结合的体系结构,以保证数据的安全性一致性和维护性。此外，还需要建立一个专用的工程数据库系统来处理大量的工程数据。

2）计算机网络系统它是各个分系统的开放型网络系统，是CIMS重要的信息集成工具。通常采用国际标准和工业标准协议,实现异机互联、异构局部网络以及多种网络的互联。它是以分布为手段,满足各应用于系统对网络服务的不同需求,支持资源共享、分布处理分布数据库、分层递阶和实时控制。先进制造技术的软环境3.CIMS的特点CIMS是一个复杂的系统，它包括人员、经营和技术三要素。CIMS不同于企业的一般自动化系统,其主要特点有以下几方面：(1)CIMS是一个具有高度柔性的系统。它能根据市场和环境的变化，快速组织生产，以提高企业的应变能力和市场竞争能力。(2）CIMS是人、经营和技术三要素统一协调的系统。它是以经营过程为对象，人为主导,技术为手段,三者相互协调一致的系统，而不是单纯的技术系统，其涉及范围要比一般自动化系统广泛得多。(3)CIMS是以集成为基础，追求全局优化的系统。它是以计算机为工具，以物流集成和信息集成为主要特征，以整个企业的主要生产经营活动为对象的自动化系统。它追求的是整个企业经营、管理和运行的全局、全过程优化，从而缩短产品交货期，降低生产成本，提高产品质量,获得全局的经济效益。（4）CIMS是一个具有现代化生产模式的制造系统。它是以信息为基础，通过信息自动采集、加工、转换、处理、资源分配和调度等手段来组织生产和进行有关经营活动，使企业在现代化、科学化的生产模式下进行各种生产经营活动。先进制造技术的软环境4.CIMS的发展趋势(1）集成化CIMS已从当前企业内部的信息集成和功能集成，发展到过程集成(以并行工程为代表），并正步入实现企业间集成的阶段(以敏捷制造为代表）。(2）网络化从基于局域网发展到基于Intranet/Internet/Extranet的分布网络制造，从企业内发展到企业间的动态联盟技术、敏捷设计生产技术、柔性可重组机器技术等，以实现敏捷制造和技术全球制造策略的实现。（3）全球化随着网络技术、市场竞争和经营活动的全球化，CIMS正向着“全球制造，和“网络制造”的方向发展。(4）智能化它是制造系统在柔性化和集成化基础上进一步的发展与延伸，研究的重点是具有自律、分布、智能、仿生、敏捷和分形等特点的下一代制造系统。（5）数字化/虚拟化从产品的数字化设计开始，发展到产品全生命周期中各类活动、设备及实体的数宇化。在数字的基础上，虚拟化技术研究正在迅速地发展，如虚拟产品开发、虚拟制造和虚拟企业等。（6）标准化标准化技术是信息集成、功能集成、智能集成、过程集成和企业间集成的基础。因此,标准化技术在制造业向全球化、网络化、集成化、智能化的发展过程中显得越来越重要。(7）绿色化绿色制造环境意识的设计与制造、生态工厂、清洁化生产等概念是全球可持续发展战略在制造业中的体现，是摆在现代制造业面前的一个崭新而又十分紧迫的课题。先进制造技术的软环境三、并行工程1.并行工程的基本概念传统生产方式的产品开发模式是:市场调研一-产品计划一产品设计一样机试制一样机测试一修改设计一，工艺准备一，正式投产。此模式的主要缺点在于产品的设计与制造脱节，使得产品开发过程成为“设计一，试制一二测试一，修改设计”的大循环：因此，产品设计的改动量大，开发周期长，产品成本增加。为了提高企业的市场竞争能力，以最快的速度设计、生产出高质量的产品,20世纪80年代末在美国等一些工业国家出现了一种称为并行工程(ConcurrentEngineering,简称CE)的现代生产方式。1988年美国国家防御分析研究所(DA)较为完整地提出了并行工程这一概念，即“并行工程是一种对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行的一体化设计的工作模式。这种工作模式可使产品开发人员一开始就能考虑到从产品概念设计到消亡的整个产品生命周期的所有因素,包括质量、成本、进度和用户要求”。简单地说，并行工程是将时间上先后的知识处理和作业实施过程转变为同时考虑和尽可能同时处理的一种作业方式。2.并行工程的技术内涵及其组成

并行工程要求在产品设计阶段，集中有关产品研制各部门的工程技术人员,共同设计产品,并对产品的制造过程和各种性能进行计算机动态仿真，然后进行分析与评估，再进一步改进设计，以获得最优结果。其技术内涵及组成如图11-4所示。3.并行工程的特性

由上图可知：在信息流方面,新产品的设计工作并行向前推进或并行交叉向前推进。在物料流方面也是并行作业。因此,并行工程具有以下特性：先进制造技术的软环境(1）并行性并行工程最大的特点是把时间上有先后的作业过程转变为同时考虑。即力图使产品开发者从一开始就考志产品的生命周期，并在产品设计的同时考虑其相关过程包括加工工艺、装配、检测、质量保证、销售、维护等过程。从而使产品的开发周期明显缩短，设计出的产品不仅具有良好的适用性，而且易于制造、检验和维修。先进制造技术的软环境(2）协同性在并行工程中，首先需要组织一个包括与产品开发有关的各部门的工程技术人员的多功能小组，小组成员在设计阶段协同工作，设计产品的同时设计与之有关的全部过程。为了保证小组成员之间具有良好的信息通信和工作环境，集成的并行工程环境是必不可少的，它是实现并行工程的关键。并行工程环境是指集设计、分析、仿真等工具于一体的计算机集成平台，采用分布式网络结构，如图11-5所示。（3）集成性

并行工程是一种系统的集成方法，具有人员、信息、功能、技术等方面的集成性。即人员集成：将管理者、设计者、制造者、支持者以至于用户集成为一个协谓的整体;信息集成：将产品整个生命周期中各类信息的获取、表示、实现和操作工具集成和统管理。(4）整体性并行工程注重全局性考虑问题,产品研制人员从一开始就充分考虑到产品整个生命周期中的所有因素，即追求的是整体最优。4.并行工程在现代制造技术的作用及成用并行工程在现代制造技术中具有承上启下的作用，主要体现在以下三个方面：(1）并行工程在CAD/CAPP/CAM等技术的支持下,将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重叠、充分利用原有技术，并吸收计算机技术、信息技术的优秀成果，使其成为现代制造技术的重要基础之一。先进制造技术的软环境(2）并行工程实施中为了达到“并行”的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作。(3）并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件。并行工程在美国、日本、德国等一些发达国家中已得到广泛的应用,其应用领域包括：汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业。在国内,并行工程作为CIMS发展的一个新阶段,得到有关企业的广泛关注，其研究课题于1992年被列为国家863计划自动化领域的重点研究项目。预计不久将得到广泛的应用。四、制造资源计划(MRPⅡ）18世纪英国爆发工业革命开始至今，制造业的生产模式经历了“手工作坊一-少品种大批大量生产--多品种小批景与大批大量生产并存的现代制造模式”漫长的发展历程。进入21世纪以后，世界市场格局已经越来越明朗。目前以产品及生产能力为主的企业竞争将发展到以满足顾客需求为基础的生产体系间的竞争，这就要求企业进一步发展制造技术与管理技术，能够快速开发出新产品并响应市场的变化，在更大范国内组织生产,从而赢得竞争。制造技术与管理技术的结合及发展演变出了许多生产模式，下面仪就一些制造模式做一简单的介绍。20世纪60年代初期在美国开始首次出现了物料需求计划MRP（MaterialRequirementsPlanning)，它是应用计算机来计算物料需求和制订生产作业计划的一种方法。它经历了由开环MRP到闭环MRP(其工作原理如图11-6所示)的发展历程，发展成为一个将企业的经营、财务、生产管理、生产计划与控制系统相结合的制造资源计划MRPII(MRPⅡ-ManufacturingResourcePlanningⅡ)。目前MRPⅡ已融合了其他的现代管理思想及技术,正在面向更为广泛的市场.进入了企业资源计划—ERP阶段。先进制造技术的软环境四、制造资源计划(MRPⅡ）先进制造技术的软环境四、制造资源计划(MRPⅡ）制造资源计划MRPⅡ是在闭环制造资源计划MRPⅡ完成对生产的计划与控制的基础上,进一步扩展，使之与经营、财务以及生产管理相结合而形成的。其工作过程如图11-7所示,它将企业经营、管理的职能连成一体，不仅能对生产过程进行有效的管理和控制,还能对整个企业计划的经济效果进行模拟。这对企业高层决策具有重要的意义。1.制造资源计划(MRPⅡ)的结构及功能MRPⅡ系统是一个整体资源共享、优化的系统，一般包括以下8个子系统：（1）基础数据库子系统基础数据是指MRPⅡ系统中所涉及的有关产品结构、零件明细、材料消耗、工艺路线、工时定额等生产技术数据的管理。主要包括：物料清单管理、工艺路线管理和资源数据管理等功能。（2）经营计划管理子系统主要是指销售和生产计划管理的制定，一般分为若干子系统。（3）主生产计划子系统该子系统的主要功能是编制主生产计划，即确定生产的产品，零件以及何时生产等有关的计划。（4）车间作业计划与控制子系统该系统有两个功能：一是根据MRPⅡ系统的输出制定车间内部作业计划，工票的生成与派工;另一个是根据生产现场信息编制完工报告。（5）物料计划子系统该子系统将主计划以零件计划的形式下达到车间及所屈的加工设备。它是MRPⅡ系统的核心部分，主要包括：物料需求计划、能力平衡和车间任务下达三个子系统。（6）物资采购供应子系统该系统是根据市场合同订单和与传统订货方式结合而设计的。主要解决两个问题：一是产品合同确定后,马上能汇总出对标准件和材料的需求量;二是当产品投产时，及时掌握其标准件与材料的需求量及库存情况。（7）库存管理子系统指对生产过程中涉及的材料库、标准件库、电动机库、毛坯库、半成品库等的管理。MRPⅡ系统在减少库存占用中具有明显的经济效益。（8）成本核算与财务管理子系统该系统进行企业生产全过程的成本核算和财务管理。它在以上各子系统实施后有了数据基础，才能实施此模块。先进制造技术的软环境2.制造资源计划(MRPⅡ)的特点MRPⅡ系统是一个完整的生产经营管理计划体系，是实现制造企业整体经济效益的有效管理模式，是一个整体资源共享、优化的系统。具有以下5个特点：（1）资源共享MRPⅡ系统使企业各部门都依据同一数据信息进行管理，任何一种数据的变动都能及时地反映给所有部门，做到资源共享。（2）管理的系统性MRPⅡ系统把制造企业的所有生产经营的相关部门的工作连接成一个整体，使各部门的每位员工都知道自己的工作质量与其他部门间的关系，从而督促员工从系统整体出发做好本职工作。因此,MRPⅡ系统是一项系统工程。（3）动态应变性MRPⅡ系统是一个闭环系统，它要求跟踪、控制和反馈瞬息万变的实际情况,管理人员可随时根据企业内外环境的变化迅速做出响应，及时决策调整，保证生产的正常进行。（4）模拟预见性MRPⅡ系统是生产经营管理规律的反映，按照规律建立的信息逻辑必然具有模拟功能。即可以预见在较长的计划期内可能发生的问题，可以事先采取措施消除隐患,而不是等到问题发生后再去处理。（5）物流与资金流的统一在MRPⅡ系统的成本核算与财务管理子系统中可以由生产活动直接产生财务数据，把实物形态的物料流直接转换成价值形态的资金流，保证生产和财务数据的一致性。财务部门能及时得到资金信息,通过资金流动状況反映物料流和生产经营情况,随时分析企业的经济效益，参与决策，指导和控制生产经营活动。MRPⅡ系统的实施必然给企业模式带来冲击，不可避免地将影响到企业的每一个生产、经营和管理环节。MRPⅡ系统成功运行的先决条件是要有与之相适应的企业管理模式.因此将迫使企业从传统的管理模式向现代化管理模式转变。先进制造技术的软环境五、精良生产模式1.精良生产的含义精良生产(LeanProduction,简称LP),又称为精益生产或精简生产,它是人们在生产实践活动中经过不桥总结、改进和完善而形成的一种先进的生产方式。精良生产产生于20世纪50年代的日本丰田汽车公司。这种生产方式既不同于欧洲的单件生产方式,也不同于美国的大批量生产方式,而是综合了两者的优点，使企业的工人、设备投资、厂房以及新产品的开发等一系列投入都大为减少，而产品的品种和质量却更多、更好。这种生产方式到60年代已较为成熟，从而使丰田汽车公司、整个日本的汽车工业乃至日木经济达到今天的世界领先水平。精良生产被认为是世界级制造技术的核心。它与工业工程(IE）的目标是一致的。即“最小的投资，最短的时间，最少的人员、场地、设备、生产出优质多品种产品;实现零库存、零浪费、零缺陷、零故障和零误期为目标的最优生产过程;各种物流保持均匀畅通”。它的全面实施将以最快的速度、最低的成本进行设计和生产,并以合理的价格在市场上销售,因而在竞争中具有明显的优势。先进制造技术的软环境2.精良生产的组成德国阿亨大学的W.EVERSHEIM教授将精良生产形象地描绘成如图11-8所示的-幅图。它是以并行工程(CE)为基础，以准时生产(JIT)、成组技术(GT)和全面质量管理(TQC)为支柱，以精良生产为顶层的建筑物。全面质量管理\成组技术和并行工程前面已有介绍，下面仅简单介绍准时生产。准时生产(JustInTime)是20世纪70年代末由日本丰田汽车制造公司创立并实施的一种企业生产管理模式，其宗旨是使用最少量的设备、装置、物料和人力资源，在规定的时间、地点，提供必要数量的零部件，达到以最低的成本、最高的效益、最好的质量、零库存进行生产和完成交货的目的。为此开发了包括“看板管理”在内的一系列具体方法，并逐渐形成了一套独具特色的生产体系。准时生产的构造体系如图11-9所示。先进制造技术的软环境3.精良生产的特征精良生产的特征主要表现在以下几方面：（1)以“人”为中心，强调人的作用在精良生产中，职工是企业的主人，职工是多面手，雇员是比机器更重要的固定资产。生产工人在生产过程中享有充分的自主权，在生产线上的每一个工人在生产出现故障时都有权拉铃让一个工区的生产停下来,并立即与小组成员一起寻找原因，解决问题，排除放障。因此，职工的创造性和积极性得到了充分的发挥。（2）以需求为前提，简化手续，追求实效在精良生产中，“需求”始终贯穿在产品的开发、生产和服务的全过程。做到“根据用户需求，确定生产任务和计划;根据并行工程的需求,简化组织机构和产品开发过程;根据生产协作需求，优化合作伙伴关系;根据加工工序需求,简化生产过程,减少非生产费用;根据加工设备的需求，以柔性化作为发展方向;强调一体化质量保证的需求，简化产品检验环节”。（3）以“零缺陷”为工作目标,不断改进，追求“尽善尽美”在精良生产中,持续不断地改进生产，不断地降低成本，提高质量,力年实现零废品、零库存和产品品种多样化，把“尽善尽美”作为企业不懈追求的目标。当然,这样的理想境界实际上是永无止境的追求,由此使企业发生惊人的变化。从以上三点不难看出，精良生产不仅是一种生产方式,更主要的是一种适用于现代制造企业的组织管理方法。实践证明，虽然企业生产自动化是十分重要的，但更重要的是人的“集成”，以及积极性和创造性的充分发挥和协作关系的融洽，并遵循按需求驱动原则,进行组织和管理产品的开发过程和生产。例如日本企业的自动化程度比欧洲企业低34%～48%.然而却是世界上效率最高的工厂。这充分表明精良生产具有极强的生命力,必将日益受到各制造企业的青睐。先进制造技术的软环境六、敏捷制造模式1.敏捷制造的含义20世纪80年代，美国里海大学在《21世纪制造业战略》报告中提出了敏捷制造(AgileManufacturing,简称AM)技术这一新概念，描绘了已经开始出现的敏捷制造企业的未来前景,并重点提出采用敏捷制造夺回美国在制造业中的优势的主张。敏捷制造是指企业通过提高其自身的“敏捷性“来增强其驾驭未来市场和竞争环境持续变化的能力。即采用现代通讯手段(如网络等），通过快速配置各种资源(包括技术、管理和人员），以有效、协商的方式响应用户的需求，实现制造的敏捷性。它意味着企业应具有开拓、创新能力，以最充分、最有效地利用各种信息和现代技术和方法(如敏捷虚拟企业AVE)来引导市场，以更快的速度、更好的质量、更低的成本和更加优质的服务来赢得市场。它是新一代的生产模式，是已有生产模式的丰富和发展，它标志着经历了较少的或无适应能力的刚性生产、反应式自适应的柔性生产后进入了更高级的预反应式自适应生产。它使用了柔性加工单元，并通过敏捷配置增加其价值，通过吸收精良生产的哲理,注重不断改进。因此，敏捷制造可以定义为：“敏捷制造不仅包括产品制造的机械系统的柔性，还包括了员工授权、制造商和供应商间的紧密关系、总体质量管理以及企业重构”。敏捷制造的基本原理是：以标准化和专业化的计算机网络技术和信息集成为基础结构，联络各企业,构成虚拟制造环境,并根据面向任务，以竞争合作为原则在虚拟制造环境中选择“动态”成员，组成虚拟公司进行快速生产。虚拟公司的目标是：以最快速度、最优质量、最大限度地满足用户的需求。先进制造技术的软环境2.敏捷制造的组成敏捷制造是在全球范围内的企业和市场的集成，其目标是通过网络技术将企业、商业、金融、学校、行政等各行业各部门连接起来,形成一个集设计、制造、销售、服务等各行业各部门于一体的网络，实现面向网络的设计、制造、销售和服务。即形成一切可以上网的系统都将上网的格局。因此,敏捷制造通常由敏捷制造的基础结构和敏捷制造的虚拟公司两个方面所组成。敏捷制造的基础结构为形成虛拟公司提供了环境和条件，而通过虛拟公司则可以实现对市场的持续变化做出快速反应。(1）敏捷制造的基础结构一般由以下4部分所组成：①物理基础结构它是虚拟公司运行所必须具备的厂房、设备、运输、资源等物理条件,可以指一个国家乃至全球范围内的物理设施。因此，虚拟公司只需要添置少量的必要设备,集中优势开发关键性的部分。②信息基础结构它是指敏捷制造的信息支持环境，包括能提供的各种服务网点,中介机构等一切为虛拟公司服务的信息手段。③法律基础结构它是指国家关于虚拟公司的法律和政策条文。如虚拟公司的法律地位，如何交易，利益分享，如何纳税等。④社会基础结构虚拟公司的生存和发展必须要有社会环境的支持和培育。(2）虚拟公司虛拟公司为通过信息高速公路，将产品涉及不同地点的企业、工厂和车间重新协调、重新组织，建成一个没有围墙、超越空间约束、依靠计算机网络联系、统一指挥的“临时”合作的经济实体。先进制造技术的软环境3.敏捷制造的特征敏捷制造是利用先进制造技术和网络信息技术,通过可重组、可重用的制造手段和动态的组织结构以及高素质工作人员,获得长期的经济效益的一种新颖的生产方式。它具有以下特征：（1）敏捷制造企业具有迅速决策能力。只有在充分掌握信息的前提下，才能做出迅速、正确的决策，以适应市场持续变化的挑战。（2）计算机网络化的信息支撑系统是实现敏捷制造的关键。即软件系统和集成技术是金业组成的核心部分。（3）最大限度地调动和发挥人的积极作用作为强有力的竞争武器。因为影响企业竞争的最重要因素是工作人员的技能和创造性，而不是设备。先进制造技术的软环境（4）特别重视员工的素质。它被认为是衡量企业竞争能力的重要标志，企业对员工的职业培训和教育，从原来是一种职工福利，提高到是保持和增强企业竞争能力的重要环节。（5）十分重视人、组织和技术的有机结合。因为任何现在的先进技术都可能随着时间的推移而失去先进性。任何单一的技术优势并不能保证企业一定在竞争中赢得胜利，而只有通过人、组织和技术三者的有机结合，才能充分发挥企业最佳的整体效率。（6）敏捷制造企业能在整个产品的生命周期内满足用户的需求。这是因为敏捷制造企业能够做到：快速响应用户需求，不断改进老产品,延长产品的寿命,开发性能优良的新产品以满足用户不断提高的要求。努力降低产品成本，使用户的购买、使用、维护及报废处理的总费用最低,并通过信息技术,迅速、不断地为用户提供有关产品的各种信息和服务。（7）敏捷制造企业的组织和结构具有最大的可塑性，但应保证核心雇员的稳定。（8）敏捷制造企业的生产成本与生产批量无关，其战略着眼于长期获取经济效益。总之,一个敏捷制造企业就是由敏捷的员工应用敏捷制造的手段通过敏捷的生产过程制造出敏捷产品，自始至终贯彻着“敏捷”精神。先进制造技术的软环境七、企业资源计划1.企业资源计划的产生企业资源计划ERP是EnterpriseResourcePl