第十一章自动化制造系统及先进制造技术简介

第十一章自动化制造系统及先进制造技术简介第一节制造自动化技术发展过程及发展趋势

第二节计算机辅助工艺过程设计(CAPP)

第三节自动化制造系统

第四节先进制造技术、工艺和方法第一页，编辑于星期五：十八点五十九分。第一节制造自动化技术发展过程及发展趋势一、发展过程自从18世纪中叶瓦特发明蒸汽机以来，制造自动化技术就随机械化的发展而得到迅猛发展，从其发展过程来看，可以分为五个阶段：第一阶段：刚性自动化，包括自动单机和刚性自动线。该阶段在20世纪40～50年代已相当成熟。应用传统的机械设计与制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动化单机或自动化生产线进行大批量生产。如1870年美国发明了自动制造螺钉的机器，继而于1895年发明多轴自动车床，是典型的单机自动化系统。1924年第一条采用流水作业的机械加工自动线出现在英国的Morris汽车公司，1935年前苏联成功地研制出第一条汽车发动机气缸体加工自动线。这两条自动线的出现，使得自动化制造技术由单机自动化转向了自动化系统。在第二次世界大战前后，美国福特汽车公司采用自动化生产线，使汽车生产率成倍提高，生产成本大幅度降低，汽车的质量明显改善。随后，自动化制造技术和自动化制造系统得到迅速的普及。虽然当时的自动化制造系统仅应用于像汽车这样的大批大量生产的产品，但它对人类社会生产技术的发展却起到了巨大的推动作用。1946年，前苏联又提出了成组生产工艺的思想，其对自动化制造系统的发展具有十分重大的意义。至今，成组技术仍然是自动化制造系统赖以生存和发展的主要技术基础之一。第二页，编辑于星期五：十八点五十九分。二、发展趋势1.制造全球化1)市场的国际化，产品销售的全球网络正在形成。

2)产品设计和开发的国际合作。

3)产品制造的跨国化。

4)制造企业在世界范围内的重组与集成，如动态联盟公司。

5)制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用。

6)全球制造的体系结构将会形成。第三页，编辑于星期五：十八点五十九分。2.制造敏捷化1)柔性。

2)重构能力。

3)快速化的集成制造工艺。第四页，编辑于星期五：十八点五十九分。3.制造网络化1)制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。

2)制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中各子系统的集成。

3)企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用。

4)通过网络，实现异地制造。第五页，编辑于星期五：十八点五十九分。第二节计算机辅助工艺过程设计(CAPP)一、概述

CAM，它起到一个连接CAD与CAM的桥梁作用。来自CAD的几何和技术要求的数据在CAPP完成加工处理，成为指导生产加工的制造数据。因此，CAD的结果能否有效、充分地在生产中予以应用与实现，数控机床与加工中心能否充分发挥其最大作用，CAD与CAM能否真正实现集成，CAPP技术是关键，并且受到愈来愈广泛的重视。第六页，编辑于星期五：十八点五十九分。二、CAPP系统的功能

一个CAPP系统应具有以下功能：①检索标准工艺文件；②选择加工方法；③工序安排；④选择机床、刀具、量具、夹具、辅具等；⑤选择装夹方式、装夹表面和定位基准；⑥优化选择切削用量；⑦计算加工时间和加工费用；⑧确定工序尺寸和公差；⑨选择毛坯；⑩绘制工序图及编写工序卡。有的CAPP系统还具有计算刀具轨迹、自动进行NC编程和进行加工过程模拟的功能。第七页，编辑于星期五：十八点五十九分。三、CAPP系统的分类(1)派生法派生法是一种建立在成组技术基础上的CAPP系统。

(2)创成法与派生法CAPP系统不同之处，在于创成法CAPP系统中没有标准工艺规程，只有一个收集有大量工艺数据的数据库和一个机械加工工艺专家系统。

(3)半创成法从原理上看，半创成法CAPP系统是派生法和创成法CAPP系统二者的综合。

(4)智能CAPP系统。第八页，编辑于星期五：十八点五十九分。工作原理：利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。要求先对零件编码，根据编码确定所属零件族，调用该族零件标准工艺，经过编辑修改，最终获得零件工艺规程。派生式CAPP工作原理四、派生法CAPP系统第九页，编辑于星期五：十八点五十九分。零件族特征矩阵库第十页，编辑于星期五：十八点五十九分。派生式CAPP开发过程

1)根据产品特点与生产情况，确定编码系统；

2)进行零件编码；

3)对零件分类，形成若干零件族，建立零件族特征矩阵库；

4)对各零件族构造“典型零件”；

5)编制“典型零件”标准工艺和相应的工序内容；

6)建立工艺数据库，存储常用工艺数据和规范；

7)编制系统程序，实现各功能模块。第十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。派生式CAPP特点

1)以成组技术为基础，理论上比较成熟；

2)应用范围比较广泛，有较好的实用性；

3)适用于结构比较简单的零件，尤其回转类零件；

4)继承企业较成熟的传统工艺，但系统柔性度较差；

5)对于相似性较差的复杂零件，难以编码描述。第十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。派生式CAPP举例CAM－I派生式CAPP系统工作流程（美国计算机辅助制造公司）第十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。工作原理：根据零件模型和工艺信息，应用决策逻辑，模拟工艺人员决策过程，自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和工艺过程优化。创成式CAPP系统工作原理五、创成法CAPP系统第十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。零件信息描述(1)型面描述法这种描述方法将零件看成由若干种基本型面按一定方式组合而成，而每种型面都可用一组特征参数来表示，型面类别及它的特征参数及型面间的相互关系可用代码表示。

(2)元素描述法元素描述法把零件看成是由若干种基本几何体，如圆锥体、圆柱体、六面体、圆环体及球体等，按一定位置关系组合而成。

(3)从CAD数据库采集零件信息这种方法是利用中间接口或其他的传输方式，将零件的设计信息直接由CAD数据库传给CAPP系统，用以进行工艺规程设计。第十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。创成式CAPP开发过程

1)确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件；

2)确定零件描述方法，是型面单元描述还是体素组合语言描述；

3)确定和建立工艺决策模型，用决策表还是决策树；

4)建立加工资源数据库，包括机床、夹具、刀具、切削用量等；

5)设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件生成和输出模块。创成式CAPP特点

1)通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程，无需人为干预；

2)具有较高的柔性，适应范围广；

3)便于与CAD和CAM系统的集成；

4)系统实现较为困难，目前只能处理特定环境下的特定零件。第十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。SIP系统结构组成：由制造资源模块、零件特征定义模块、工艺决策以及主控模块组成，其中工艺决策模块是系统核心，零件信息是决策对象，制造资源信息是决策约束。创成式CAPP举例（上海交大SIP系统）第十七页，编辑于星期五：十八点五十九分。制造资源的构成车间层资源

包括粗加工、精加工、热处理、装配等生产车间。设备层资源

包括不同的机床和工艺装备。

知识层资源

包括决策规则、切削参数、加工余量和工时定额等工艺数据。第十八页，编辑于星期五：十八点五十九分。工艺决策知识的表示决策表决策树第十九页，编辑于星期五：十八点五十九分。第二十页，编辑于星期五：十八点五十九分。数控机床：采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床，称为数控机床。计算机数控（CNC）：采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算机数控。加工中心（MC）：具有刀库、自动换刀装置并能对工件进行多工序加工的数控机床。1.数控加工概念

(一)数控加工(NC)一、数控加工(NC)和加工中心(MC)第三节自动化制造系统第二十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。图11-4数控机床工作过程框图第二十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。2.数控机床的组成(1)主机数控机床的主体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部分。

(2)计算机数控(CNC)装置它是数控机床的控制核心，主要由计算机系统、位置控制器、PLC接口板、通信接口板、纸带阅读机、扩展功能模块以及响应的控制软件等模块组成。

(3)伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置和主轴电动机以及进给伺服驱动装置和进给电动机。

(4)数控机床的辅助装置数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的正常运行。(5)编程机及其他一些附属设备现代数控机床不仅可以利用CNC装置上的键盘直接输入零件的加工程序，也可以利用自动编程机进行零件加工程序编制，将程序记录在信息载体上(如磁盘、磁带等)，然后送入数控装置。第二十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。3.数控机床的工作原理1)根据零件图样，确定工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序，并把这些代码存储在信息载体上。

2)把存储在信息载体上的代码通过输入装置输入到数控装置(即CNC单元)中去。

3)数控装置的代码，经过处理和运算转变成脉冲信号。

4)伺服系统根据控制系统(数控装置)发出的指令，驱动机床的运动部件，使刀具和工件严格按照程序所规定的轨迹移动。

5)机床机械部分带动刀具与工件的相对运动，加工出满足零件设计图要求的零件。6)检测系统对机床的运动及时检测，并通过反馈装置把信息反馈给控制系统并进行修正，使机床的工作正常，保证工件的加工精度。第二十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。图11-5数控系统基本组成图第二十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。一、按加工工艺方法分类1、普通数控机床与普通机床的区别：加工复杂形状的零件2、数控加工中心数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。与一般数控机床的区别：减少机床台数，便于管理。减少定位误差工序集中，减少辅助时间，提高生产率减少专用工夹具数量4.数控机床的分类第二十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。第二十七页，编辑于星期五：十八点五十九分。3、多坐标数控机床4、计算机群控（DNC）

读带机通用计算机接口装置数控装置1机床1数控装置2数控装置m机床2机床m存储装置CRT显示及打印机特点：数控装置控制的轴数较多，机床结构也比较复杂。第二十八页，编辑于星期五：十八点五十九分。五轴数控铣床第二十九页，编辑于星期五：十八点五十九分。二、按控制运动方式分类特点：数控装置只能控制点与点的精确定位两相关位置之间的移动是先快后慢使用于钻床、冲床、坐标镗床ZYX1、点位控制数控机床录像第三十页，编辑于星期五：十八点五十九分。第三十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。2、直线控制数控机床特点：控制两相关点的位置，还要控制两相关点之间的移动速度和路线路线由与各个轴线平行的直线段组成使用于简易数控车、数控镗铣床、数控加工中心第三十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。第三十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。3、轮廓控制数控机床特点：数控装置能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制加工复杂形状零件使用于数控车床、数控铣床、数控磨床录像第三十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。第三十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。三、按伺服系统的不同分类1、开环数控机床特点：没有位置检测反馈和校正控制装置数控装置发出信号的流程是单向的速度和加工精度低，其精度取决于伺服系统的性能成本低，适用于中、小型数控机床

数控装置驱动电路步进电动机工作台指令脉冲齿轮箱

=

t360ºi第三十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。2、闭环数控机床特点：

e=0，工作台停止检测工作台直线位移（检测元件：感应同步器、光栅）驱动元件：宽调速直流或交流伺服电机加工精度高，但结构复杂，造价高，调试维修困难适用于精度要求高的大型和精密机床

数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路

测量装置检测元件测速元件第三十七页，编辑于星期五：十八点五十九分。3、半闭环数控机床特点：检测丝杠或电动机轴旋转角位移角位移检测元件：旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等精度低于闭环系统系统调试较容易，稳定性也较好

数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路

测量装置检测元件测速元件第三十八页，编辑于星期五：十八点五十九分。四、按所用数控装置类型分类1、硬件式数控机床（NC机床）组成：晶体管和集成电路特点：通用性、灵活性差，制造周期长、成本高2、软件式数控机床（CNC机床）组成：采用小型或微型计算机，加上通用或专用大规模集成电路特点：很高柔性第三十九页，编辑于星期五：十八点五十九分。五、按加工方式分类1、金属切削类数控机床

1）数控车床（NCLathe）。

2）数控铣床（NCMillingMachine）。

3）加工中心（MachineCenter）。

4）数控钻床（NCDrillingMachine）。

5）数控镗床（NCBoringMachine）。

6）数控齿轮加工机床（NCGearHollingMachine）。

7）数控平面磨床（NCSurfaceGrindingMachine）。第四十页，编辑于星期五：十八点五十九分。六、按功能方式分类高、中、低档三类经济型数控：在我国指由单板机、单片机和步进电动机组成数控系统和其它功能简单、价格低的数控系统4、其它类型数控机床2、金属成型类数控机床1）数控电火花加工机床（NCDiesinkingElectricDischargeMachine）。2）数控线切割机床（NCWireElectricDischargeMachine）。3）数控激光加工机床（NCLaserBeamMachine）。3、数控特种加工机床第四十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。5.数控机床的加工特点1)能实现不同零件的自动加工。

2)生产效率及加工精度高、加工质量稳定。

3)功能复合程度高，可以一机多用，适合加工形状复杂的轮廓表面。

4)有利于实现计算机辅助制造。

5)投资大，加工成本高。

6)有利于实现制造自动化。

7)数控机床维护和数控编程的技术要求较高。第四十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。6.数控机床的发展趋势1)实现长时间地、连续地自动加工。

2)向高速度、高精度与高质量发展。

3)提高数控机床生产效率，提高数控机床的可靠性，具有良好的操作性能。

4)能自动编程，具有人机对话的、功能强大的内装式机床可编程序控制器。

5)具有更高的通信功能，能实现网络化加工。第四十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。(二)加工中心(MC)1.加工中心的概念加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种多功能数控机床。加工中心具有工序集中，可以减少调整机床、搬运工件和装夹工件的时间，加工质量高，生产效率及自动化程度高等特点。加工中心常用于零件结构比较复杂，加工工序多，批量加工的零件生产场合。第四十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。2.加工中心分类(1)镗削加工中心镗削加工中心是在镗、铣机床的基础上发展起来的加工中心。

(2)车削加工中心车削加工中心一般具有如下运动功能：主轴的旋转运动，转塔刀架的纵向和横向运动，刀架的上下(或左右)运动。第四十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。3.加工中心的加工特点(1)加工精度高，且精度稳定加工工序高度集中，一次装夹可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次装夹所带来的装夹误差，因此加工零件能获得较高的相互位置精度。

(2)生产效率高与普通机床相比,一次装夹能完成较多表面的加工，减少了多次装夹工件所需的辅助时间。

(3)加工表面质量好加工中心主轴转速和各轴进给量均是无级调速，有的甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整到最佳数值，从而提高了各加工表面的质量。第四十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。制造柔性 制造柔性是指一个制造设备或系统对生产需求变化的适应能力，通常制造柔性体现在以下几个方面：

•制造设备的柔性

制造设备通过配备相应的刀具、量具、夹具、NC程序 等，使得此设备具有制造给定零件族中任何零件的能力； （这是一种固有的柔性，它与制造设备所具有的相关功能有 关，如机附刀库的容量、控制的运动轴数等。）二、柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统(FMS)第四十七页，编辑于星期五：十八点五十九分。•加工柔性

以不同加工工序和工艺加工一个零件的能力或在给定的一个工艺规划下以不同的加工路线实现零件的加工（制造工作站间和加工功能间的互换和替代）。•产品柔性

能够经济、快速地转变生产产品的能力。•零件流动路线柔性

当系统出现局部故障时，能重新选择零件加工路径，并继续进行加工的能力。

•产量柔性

系统运行可适应不同的生产批量，并具有良好的生产效 益。第四十八页，编辑于星期五：十八点五十九分。•系统重构柔性

系统具有重构柔性，可以生产需求发生变化时，系统可以方便地扩展、收缩或重构。•故障控制柔性

当系统中的设备出现故障时，制造系统对故障的处理能力。FMS定义柔性制造系统（简称FMS）是由数控加工设备、物料储运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的变化迅速进行调整，适用于多品种中、小批量生产。（依据：中华人民共和国国家军用标准－武器装备柔性制 造系统术语）第四十九页，编辑于星期五：十八点五十九分。FMS的组成与功能

（1）FMS的组成

Ø硬件系统（第一部分）

•制造设备：加工中心、测量机、清洗机等；

•自动化储运设备：传送带、有轨小车、AGV、搬运机器人、立体 库、中央托盘库、物料或刀具装卸站、中央刀库等；

•计算机控制系统及网络通信系统。

Ø软件系统（第二部分）•系统支持软件：操作系统、网络操作系统、数据库管理系统等。•FMS运行控制系统：动态调度系统、实时故障诊断系统、生产准备系统，物料（工件和刀具）管理控制系统等。第五十页，编辑于星期五：十八点五十九分。（2）FMS的功能

Ø能自动控制和管理零件的加工过程，包括制造质量的自动控 制、故障的自动诊断和处理、制造信息的自动采集和处理；

Ø通过简单的软件系统变更，便能制造出某一零件族的多种零 件；

Ø自动控制和管理物料（包括工件与刀具）的运输和存储过程；

Ø能解决多机床下零件的混流加工，且无需增加额外费用

Ø具有优化的调度管理功能，无需过多的人工介入，能做到无人 加工。第五十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。FMS的特点uuuuuuuuuuuu设备利用率高减少设备投资减少占地面积减少直接工时费用减少了在制品的数量，缩短了生产准备时间具有快速应变能力维持生产能力强产品质量高而稳定系统运行灵活性大产量变化适应性好便于实现工厂自动化投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高第五十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。三、计算机集成制造系统(CIMS)1.CIM与CIMS概念20世纪70年代中期，随着市场全球化的发展，世界工业市场竞争日益加剧，给企业带来了巨大的压力，迫使企业纷纷寻求有效途径，以加速推出高性能、高可靠性、成本低的产品，使其竞争能力增强。另一方面，由于计算机技术有了飞速的发展，并且在工业领域中不断应用，这就为CIMS的产生奠定了基础。第五十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。2.计算机集成制造系统的组成(1)管理信息分系统(MIS)以制造资源计划MRP-II(ManufacturingResourcePlanning)为核心，包括实现办公自动化、物料管理、经营管理、生产管理、销售管理、人事管理、成本管理和财务管理等管理信息功能，通过信息集成，达到缩短产品生产周期、降低流动资金占用、提高企业应变能力的目的。

(2)技术信息分系统(TIS)技术信息分系统的核心是CAD／CAPP／CAM的3C一体化。

(3)制造自动化分系统(MAS)制造自动化分系统是CIMS中信息流与物流的结合点，它接受能源、原材料、配套件和技术信息的输入，完成制造工作，最后输出合格产品。

(4)质量信息分系统(QIS)主要进行产品的质量计划、质量检测、质量评价、质量控制和质量信息的综合管理。

(5)计算机网络分系统(NES)主要实现各个工作站之间、各个分系统之间的相互通信，以实现信息的共享和集成。(6)数据库分系统(DBS)存储和管理企业生产经营活动中的各种信息和数据，保证数据存储的准确一致性、及时性、安全性、完整性、使用和维护的方便性。第五十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。图11-6CIMS组成图第五十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。3.我国CIMS应用概况从1989年至今，我国已有几十家企业开展了CIMS推广应用工作，这些企业覆盖了多种类型的机械制造(包括单个、多品种、小批量、大批量等类型)、飞机、汽车、电子、家用电器、服装、通信、石化、冶金、煤炭、化工等行业。如东风汽车公司是一个大型企业，很难在整个公司实施CIMS时一步到位。因此他们首先在产品开发和生产的关键部位上开展CIMS技术应用，然后逐渐在公司内延伸和扩展CIMS应用。这样既解决了产品开发和生产的急需，又能从取得的经济效益中及时回收投资，为进一步在整个企业逐步实施CIMS奠定了一定的经济基础。第五十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。四、智能制造系统(IMS)1.智能制造系统的提出基于以下几个方面的原因而提出的IMS：一方面是制造信息的爆炸性的增长，以及处理信息的工作量的猛增，这要求制造系统有更高的智能；另一方面是专业人材的缺乏和专门知识的短缺，严重制约了制造工业的发展，这就需要系统能储存人类专家的知识和经验，并能自主进行思维活动；第三是动荡不定的市场和激烈的竞争要求制造企业在生产活动中表现出更高的机敏性和智能；第四CIMS的实施和制造业的全球化的发展，遇到目前已形成的自动化“孤岛”的联接和全局优化问题，以及各国、各地区的标准、数据和人机接口的统一的问题，而这些问题的解决也有赖于智能制造的发展。第五十七页，编辑于星期五：十八点五十九分。图11-7智能系统的组成图第五十八页，编辑于星期五：十八点五十九分。2.智能制造的特征1)自组织能力。

2)自律能力。

3)灵境(VirtualReality)技术，也称为幻真技术、虚拟现实或虚拟制造技术，是IMS中新一代的人机界面技术。

4)自学习和自维护能力。

5)整个制造环境的智能集成。第五十九页，编辑于星期五：十八点五十九分。3.智能制造的研究热点1)无污染工业制造技术。

2)全球制造业的并行工程。

3)21世纪全球集成制造技术。

4)自律性制造系统。

5)快速产品开发支持系统。

6)知识系统。第六十页，编辑于星期五：十八点五十九分。一般性定义：GT是一门生产技术科学，研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题分类成组，寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案，以取得最佳效果。机械制造领域中定义：将多种零件（部件或产品）按其相似性分类成组，并以这些零件组（部件组或产品组）为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。

GT

被认为是一种“制造哲理”—（ManufacturingPhilosophy），是现代制造技术的一个重要理论基础。一、成组技术(GT)第四节先进制造技术、工艺和方法第六十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。图1-17成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量重复使用原则：◆资源重复使用，降低生产成本；

◆作业熟练程度增加，提高生产率。GT工作原理第六十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。GT发展简况★

20世纪50年代，前苏联院士Митрофанов

在其著作“成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。★

20世纪60年代西欧研究GT形成高潮，代表人物首推阿亨工业大学

Opitz教授，他所领导的小组进行了大量的调查研究工作，为成组技术提供了重要的理论依据。★

20世纪70年代，美国、日本接受成组技术，并迅速与计算机技术联系在一起，使其得到更好的应用。★

20世纪80、90年代，GT与各种新的制造方式相结合，成为现代制造技术的基础。★

GT发展过程：成组加工→成组工艺→成组技术→成组生产系统第六十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。我国GT发展简况★20世纪50末、60初学习苏联，首先在纺织机械行业试点实行，有清华大学、西安交大等高校参与。★20世纪60年代中期以后，由于文化大革命，国民经济陷入混乱状态，GT无从谈起。★20世纪70末、80初，文革以后，自上而下推行，机械部推出4个试点单位，并组织制定了两个编码系统（JCBM-1，JLBM-1），对GT发展起到了推动作用。★20世纪80年代中期后，计划经济向市场经济转轨，采用GT成为企业自发的行为。第六十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。零件分类编码系统基本概念——零件分类编码系统是用字符（数字、字母或符号）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。★

Opitz分类编码系统（图1-18，1-19，1-20）★

JLBM-1分类编码系统（图1-21）分类编码系统简介特点：1）结构简单，使用方便2）对零件形状（特别是回转类零件）描述较完善3）适用范围较广（设计、工艺、管理…）4）工艺信息反映不够充分5）对非回转类零件描述较粗糙第六十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。图1-18Opitz分类编码系统0123456789RotationalNonrotationalDigit1PartclassL/D≤0.5MainshapeExternalshapeelementMainshapeRotationalmachining

Accuracy0.5<L/D<3L/D≥3WithdeviationL/D≤2WithdeviationL/D>2SpecialL/W≤3L/H≥4L/W>3L/W≤3L/H<4SpecialMainshapeMainshapeMainshapeOriginalofrawmaterialsmaterialDimensions6789InternalshapeelementMachiningofplanesurfacesOtherholesandteethMachiningofplanesurfacesOtherholesandteethMachiningofplanesurfacesOtherholesteeth&formingRotationalmachiningMainboreRotationalmachiningPlanesurfacemachiningAdditionalholesteeth&formingDigit2Digit3Digit4Digit5FormcodeSupplementarycodeDigit第六十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。Digit1Digit2Digit3Digit4Digit5NonrotationalPartclass0123456789RotationalL/D≤0.50.5<L/D<3L/D≥3Smooth,noshapeelements0123456789ThreadExternalshape,ExternalshapeelementsnoshapeelementsOrsmoothFunctionalgrooveSteppedtobothendnoshapeelementsThreadFunctionalgrooveFunctionalconeOperatingthreadAllothersSteppedoneendSteppedoneendSmooth,noshapeelements0123456789ThreadInternalshape,InternalshapeelementsnoshapeelementsOrsmoothFunctionalgrooveSteppedbothendnoshapeelementsThreadFunctionalgrooveFunctionalconeOperatingthreadAllothersPlanesurfacemachining0123456789Surfaceplaneand/orcurvedinonedirection,externalNosurfacemachiningExternalplanesurfacerelatedbygraduationaroundcircleExternalgrooveand/orslotExternalspline(polygon)Externalplanesurfaceand/orslot,externalsplineInternalplanesurfaceand/orslotInternalspline(polygon)Internal/externalpolygon,grooveand/orslotAllothersAuxiliaryholesandgearteethNoauxiliaryholeAxial,notonpitchcirclediameter0123567894Axial,onpitchcirclediameterNogearteethWithgearteethRadial,notonpitchcirclediameterAxial/radial,and/orotherdirectionAxial/radial,onPCDand/orotherdirectionAllothersSpurgearteethBevelgearteethOthergearteeth图1-19Opitz分类编码系统回转体零件形状码第六十七页，编辑于星期五：十八点五十九分。图1-20Opitz分类编码系统辅助码（6～9位）Steel,Heattreatment0123456789012345678901234567890123456789Diameter(Length)MaterialAccuracyOriginalshapeofrawmaterial≤2020～5050～100100～160160～250250～400400～600600～10001000～2000＞2000NodularironAlloysteel(Heattreatment)NonferrousmetalLightalloyAllothersCastironPipeMachinedworkpieceCastingandforgingsL,U,Tetc.sectionsteelBar(heatrolling)Bar(coldrollingordrawing)△,□,etc.barSheetStickplateWeldmentUndefined23452+32+42+53+42+3+4+5Digit6Digit8Digit9Digit7AlloysteelSteelSteel第六十八页，编辑于星期五：十八点五十九分。名称类别粗分类0123456789回转类零件非回转类零件轮盘类环套类销杆轴齿轮类异形件专用件杆条类板块类座架类箱体类名称类别细分类0123456789盘盖防护盖法兰盘带轮手轮离合器分度盘滚轮活塞其它回转类零件的形状及加工码外部形状加工基本形状功能要素内部形状加工基本形状功能要素平面曲面加工外平面内平面辅助孔成形刻线辅助码材料毛坯原始形状热处理主要尺寸精度直径或宽度长度非回转类零件形状及加工码图1-219JLBM-1分类编码系统第六十九页，编辑于星期五：十八点五十九分。图1-22压盖零件编码（001021103050736)φ240

700.80.8其余3.2第七十页，编辑于星期五：十八点五十九分。1）综合零件法

——

★

综合零件包含了零件组内所有零件的结构要素，它可以是一个实际零件，但更多情况是一个假想零件。

★

按综合零件编制工艺规程，则该工艺规程包含了零件组内所有零件的工艺内容。★

综合零件法多用于回转体零件的成组工艺过程设计。成组工艺过程设计

2）综合路线法——

★

将零件组内所有零件的工艺内容综合在一起，形成成组工艺。

★多用于非回转体零件的成组工艺过程设计。第七十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。精良生产（LeanProduction——LP）

MIT国际汽车项目组的JamesWomack

等三名经理在“TheMachineThatChangedtheWorld”一书中，对日本丰田汽车公司生产方式的描述。

MP（MassProduction）是旧时代工业化的象征——代表了高效率、低成本、高质量。

LP是新时代工业化的标志——只需一半人的努力，一半生产空间，一半投资，一半设计、工艺编制时间，一半开发新产品时间和少的多的库存。LP的精髓在于“Lean”——“没有冗余”“精打细算”，没有一个多余的人，没有一样多余的东西，没有一点多余的时间；岗位设置必须是增值的，不增值岗位一律撤除；工人要求是多面手，可以互相顶替。二、精益生产(LP)第七十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。丰田公司精良生产要点

组织管理权力下放，以TeamWork形式分段负责，把大量工作责任转移到生产线工人身上，建立一个能够迅速追查出全部缺陷并找出其最终原因的检测系统。

产品设计强调负责人的权力与责任，由项目负责人组织多个TeamWork

并行工作。

市场用户

“需求驱动”与“主动销售”；贯彻全面质量管理（TQC），使顾客完全满意（TCS）。

与协作厂关系“利益共享，风险共担”。第七十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。

准时制生产（JustInTime——JIT）准时制的核心及时和准确。在制造过程中，要求按正确的时间、正确的地点，提供正确数量的合格物品，以期达到接近零库存、无缺陷和低成本的目标。

基本做法1）每月公司根据市场情况和用户订货，按型号和规格拟定本月生产各种汽车的数量，经审查后下达生产任务。2）工厂的装配车间将月生产汽车任务除以本月有效工作日，得出日平均产量，据此按日安排生产。3）装配车间开始生产后，按后序向前序提取零部件的规定，把生产过程的各个部分有机地组织起来。4）宁肯中断生产，也不积压储备。

第七十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。

“看板”（Canban）管理出发点——后序驱动示意图图1-36“看板”管理n乙n工序n-1乙n-1工序n甲n-1甲n-1工序n工序1取货3a3b52467a7b传件看板生产看板◎

JIT

要求：严格管理；各环节、各工序均处于良好运行状态；人员素质高，多面手，且处于高度紧张状态。第七十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。表1-5LP与MP比较比较项目大量生产精良生产追求目标高效率、高质量、低成本完善生产，消除一切浪费工作方式专业分工，相互封闭责、权、利统一的工作小组，协同工作，团队精神组织管理宝塔式，组织机构庞大权利下放，扁平式组织结构产品特征标准化产品面向用户的多样化产品设计方式串行模式并行模式生产特征大批量、高效率生产变批量、柔性化生产供货方式大库存缓冲JIT方式，接近0库存质量保证靠机床设备，事后把关靠生产人员保证，追求零缺陷雇员关系雇佣关系，合同约束终身雇用，风雨同舟用户关系靠产品质量、成本取胜用户满意，需求驱动，主动销售供应商合同关系，短期行为长期合作，利益共享，风险共担第七十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。敏捷制造（AgileManufacturing——AM）20世纪70～80年代，美国由于政策导向失误，使制造业众多产品在世界市场所占份额不断下降，美国在制造领域的霸主地位逐渐丧失。为了恢复美国制造业在世界上的领导地位，20世纪80年代末美国国会指示国防部拟定一个制造技术发展规划，要求同时体现美国国防工业与民品工业的共同利益，并要求加强政府、工业界和学术界的合作。在此背景下，美国国防部委托Lehigh大学与GM等大公司一起研究制定一个振兴美国制造业的长期发展战略，最终于1991年完成了“21世纪制造业发展战略”报告。在此报告中提出了“敏捷制造”的概念。

三、敏捷制造(AM)第七十七页，编辑于星期五：十八点五十九分。

敏捷制造的特征

敏捷制造蕴涵着许多不同于传统生产方式的哲理和思想，主要表现在：

◎

需求响应的快捷性

主要指快速响应市场需求（包括当前需求和可预知未来需求）的能力。

◎

制造资源的集成性

不仅指企业内部的资源共享与信息集成，还指友好企业之间的资源共享与信息集成。

◎

组织形式的动态性

为实现某一个市场机会，将拥有实现该机会所需资源的若干企业组成一个动态组织，它随任务的产生而产生，并随任务的结束而结束。

第七十八页，编辑于星期五：十八点五十九分。敏捷制造工作原理

动态企业联盟网络企业K+1企业K+2企业N协调信息服务企业1企业2企业K…企业3企业4…图1-37“虚拟制造”环境与虚拟企业

企业1借助计算机网络和信息集成基础结构，构造由多个企业参加的“虚拟制造”环境；以竞争合作为原则，动态选择合作伙伴，组成面向任务的虚拟公司，进行快速和最佳化生产。企业3企业K企业K+2第七十九页，编辑于星期五：十八点五十九分。

客户供应商企业1设计计划销售单元1单元n单元2企业n企业2Internet（Intranet）图1-38虚拟企业网络结构第八十页，编辑于星期五：十八点五十九分。表1-6AM与LP比较精良生产敏捷制造充分利用和增强大批量生产优势采用大量定制生产方式追求零缺陷，使用户完全满意整个产品寿命周期用户满意变批量、柔性生产模块化产品设计和模块化制造系统注重技术与操作，实行连续改进注重组织与人员，实现动态重组终身聘用、工龄工资基于信任的雇佣关系，“社会合同”多功能小组，协同工作基于任务的组织与管理，多学科项目组工厂级范围涵盖整个企业范围，并扩展到企业之间与供应商利益共享，风险共担竞争、合作策略，组建虚拟公司资源有效利用，消除冗余在连续和不可预测变化的环境下发展准时制生产准时信息系统，网络制造平稳进度计划,小批量,“零”库存承认并快速响应市场变化第八十一页，编辑于星期五：十八点五十九分。并行工程（

ConcurrentEngineering——CE）定义1988年，美国国防部防卫分析研究所（IDA）发表R338

报告：

并行工程（CE）是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期（从概念形成到产品报废）中所有的因素，包括质量、成本、进度与用户需求。注：支持过程——

包括对制造过程的支持（原材料的获取,中间产品的库存，工艺过程设计，生产计划制定…）和使用过程的支持（产品销售，使用维护，售后服务，产品报废后的处理…）四、并行工程(CE)第八十二页，编辑于星期五：十八点五十九分。

CE与CIM的目标都是为了赢得市场竞争，着眼点均为“TQCSE”。随着市场竞争的日趋激烈，“TQCSE”五要素中“T”变的越来越重要，减小新产品开发周期成为“TQCSE”的“瓶颈”。

CIM着眼于信息集成与信息共享，通过网络与数据库将自动化孤岛集成起来。但生产过程的组织结构与管理仍是传统的，独立、顺序进行。生产管理者在信息集成的基础上，对整个生产进程有清楚的了解，从而可以进行有效的控制，并最终在

TQCSE

上取得成功。CE与CIM具有相同的背景第八十三页，编辑于星期五：十八点五十九分。图1-33顺序方法开发产品的弊端产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工装配困难◆当新产品开发成为赢得竞争的主要手段后，单纯集成已不够。按顺序方法开发产品常需要多次反复，不仅延误了时间，而且在资金上也造成巨大浪费。第八十四页，编辑于星期五：十八点五十九分。图1-34串行与并行方法需求分析产品设计过程设计原型产品a）串行方法需求分析产品设计过程设计原型产品b）并行方法顺序方法与并行方法（图1-34）第八十五页，编辑于星期五：十八点五十九分。◆

CE依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员相互合作，相互信任和共享信息，通过彼此间有效地通讯和交流，尽早考虑产品全生命周期中的各种因素，尽早发现和解决问题，以达到各项工作协调一致。◆

CE方法有别于传统的强调“分工”的管理方式，是一种在更深层次上的集成（人、技术、管理的集成；产品设计及其相关过程设计的集成）。◆

CE的核心是产品及其相关过程（加工工艺、装配、检测、质量控制、销售、售后服务…）设计的集成。CE基本方法与效益◆

CE效益——缩短新产品开发周期40～60%；提高设计质量（早期生产中工程变更次数减小一半以上，产品报废及反复工作减小75%）；制造成本下降30～40%第八十六页，编辑于星期五：十八点五十九分。◆据统计，新产品提案中只有约6.5％能够制造出产品，其中能够商品化的比例不到15％，商品化产品进入市场后又有将近半数未能获得成功。

◆原因：在产品设计时对影响产品的多种因素考虑不周全，或不充分和不深入，面向“X”设计应运而生。

◆产品设计在产品寿命循环中占有重要的地位，它决定了产品制造成本的70～80％。

面向X的设计◆面向“X”的设计最初是以DFM（面向加工的设计）和DFA（面向装配的设计）的形式出现，进一步发展，便形成了