石大机械制造基础课件03机械加工工艺基础-6机械制造技术的发展

第六章

机械制造技术的发展第一节现代制造技术的发展

“福特模式”：标准化产品的大量生产、互换性原理的应用、流水作业和精细分工、刚性生产设备、专业分化和顺序决策、集中领导与分级管理。福特模式是一种“机械的模式”，强调从制造系统外部来对之加以设计、组织和控制。这种模式适应了当时的技术水平和经济发展的需要，可是却泯灭个性，以牺牲个体的独立自主性来成全整体的协调一致性。

characters第一节现代制造技术的发展l、机械制造业的发展趋势物料流、能量流、信息流高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品行业追求的目标计算机技术+数控技术+控制论+系统工程、制造技术组成要素学科基础第一节现代制造技术的发展l、机械制造业的发展趋势精密化

精密加工超精密加工技术微型机械

纳米技术美国1997年首次制造出直径仅为60μm的静电微型电机，以及几十微米的微型齿轮、弹簧及微型机构。武汉大学研制成纳米级超微电极，将其插入活体细胞后首次测出细胞内部神经递质的动态信息。

第一节现代制造技术的发展2、自动化提高效率，保证产品质量，可代替人去完成危险场合的工作。批量较大的生产自动化，可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC，MC，CAM，FMS，CIM，IMS等来完成。人中小型企业经济实用多样化个性化第一节现代制造技术的发展3、信息化

制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可以把信息看作是一种产业，包括在制造之中。可利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产。使生产分散网络化，以适应高柔性生产的需要。

第一节现代制造技术的发展4柔性化

柔性，是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务，完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。柔性制造自动化的形式很多，如美国提出的敏捷制造(AM)其主线就是高柔性生产。上海同济大学张曙教授提出的独立制造岛(AMI)也是高柔性生产模式。随着科学技术的飞速发展和人民生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加快，这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。第一节现代制造技术的发展5集成化

集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统。目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调人的集成，由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关，因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。集成化生产将成为面向21世纪占主导的生产方式。第一节现代制造技术的发展6智能化

智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。智能化是柔性自动化和集成自动化的新发展和重要组成部分。二、先进的制造模式（一）精良生产Leanproduction

1．准时制生产

准时制的核心是及时，在一个物流系统中，原材料准确（适量）无误（及时）地提供给加工单元（或加工线），零部件准确无误地提供给装配线。从反方向来看物流，即从装配到组装再到零件。当后一道工序需要运行时，才到前一道工序去拿取正好所需要的那些坯件或零、部件。同时下达下一段时间的需求量，这就是适时、适量、适度（指质量而言）的生产。看板系统。

二、先进的制造模式（一）精良生产Leanproduction

丰田生产系统

丰田生产系统实际上由准时制生产和自动故障检报两大支柱组成，再辅之以全面质量管理发展而成。1）它是最大限度地将任务和责任分摊到生产线上产生附加价值的工人身上。

2）它具有及时发现每道工序或每件产品任何故障的机制，并能迅速发现问题的根源，使其不再重复。。

二、先进的制造模式（一）精良生产Leanproduction

丰田生产系统

1）一般认为，生产率越高，质量越难以保证，但大量的调查统计资料表明，两者的相关系数只有0.15。

2）统计分析表明，自动化程度与生产率之间的相关系数为0.67。由此估计，自动化程度高低最多只能对生产率产生1／3的影响。而管理因素起很大的影响，日本厂，自动化程度（34％），但其生产率最高。欧洲厂，自动化程度（48％），生产率却比日本厂低得多“五个为什么”二、先进的制造模式（一）精良生产Leanproduction3.精益（良）生产方式

精益生产方式实质上就是丰田生产方式，只是后者侧重于丰田汽车公司本身的生产方式，而前者则是美国人通过归纳各个日本公司中推广应用丰田汽车公司的经验，并与全世界各国汽车制造方式做了详细地比较研究，提出的一种区别于福特式大量生产方式的新的生产模式。

LeanProduction，

“精”表示精良、精确、精美，“益”包含利益、效益等等，精益的奉行者则将他们的目标确定为尽善尽美，不断减少的成本、零次废品率、零库存以及无终止的产品品种类型。二、先进的制造模式（一）精良生产Leanproduction3.精益（良）生产方式

1990年出版的《改变世界的机器》一书，对精益生产的定义如下：

1）精益生产的原则是：团队作业，交流，有效利用资源并消除一切浪费，不断改进及改善。

2）精益生产与大量生产相比只需要：1／2劳动力，1／2占地面积，1／2投资，1／2工程时间，1／2新产品开发时间。及时制造消灭故障消除一切浪费零次废品零库存二、先进的制造模式（二）以人和管理为核心的CIM

二、先进的制造模式（二）以人和管理为核心的CIM

二、先进的制造模式（三）智能制造系统（IntelligentManufacturingSystem---IMS）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统，它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时，收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。由于这种制造模式，突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。二、现代制造技术的内容和发展方向快速成型RPRapidPrototyping,即通常所说的电脑快速手板。它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件。快速成型能为看样定货、供货询价、市场宣传等方面及时提供精确的样品，大大提高企业的营销效率。成型精度：0.1mmRapidPrototypingTechnologiesRapidPrototyping(RP)isagenerictermforanumberoftechnologiesthatarecapableofproducingcomponentswithouttheneedforconventionaltooling,machiningorskilled'craftsmen'.Manymanufacturingprocessesaresubtractive;thegeometryofamassofmaterialismodifiedbyremovingpartsofthematerialuntilthefinalshapeisachieved.BycontrastRPisanadditiveprocess;componentpartsarebuiltgraduallyinlayersuntilthefinalshapeisobtained.RPtechnologiesavailableattheIMCinclude:

Stereolithography(SLA)Avatofphoto-curableplatformcanriseandfallwithinthevat.Withtheplatformpositionedjustbelowthesurfaceoftheliquidaspotofultra-violetlaserlighttracesoutacross-sectionofCADdata.Whereverthelaserfocusesontheliquiditsetsittobecomesolid.Theplatformdescendsinthevat,anewlayerofliquidformsoverthesolidpartandthelaserdrawsthenextsliceofdata,bondingittothepreviouslayer.Theprocessrepeatsuntilthepartiscomplete,theexcessliquidisthendrained,thepartcleanedandfinallycured.

立体光刻/光敏树脂激光固化(SLA)LaminatedObjectManufacture(LOM)Alayerofmaterial(typicallypaper)withanadhesivecoatingononesideisplacedonaplatform,adhesivesidedown.Aheatedrollerpassesoverthematerialandsticksthematerialtotheplatform.AspotofCO²laserlightthentracestheoutlineofonesliceofCADdata,cuttingthroughthelayerofmaterial,thelaserthencrosshatchesthematerialwhichdoesnotformpartoftheCADmodel.Theplatformisthenloweredonelayerthickness,anotherlayerofmaterialisstuckontothepreviouslayerandtheprocedurerepeatedwiththenextsliceofCADdata.Oncompletion,asolidblockofmaterialisremovedfromtheplatform,andthecrosshatchareasoftheblockarethenbrokenawaytorevealthefinalpart.

分层分体制造(LOM)

分层分体制造FusedDepositionModelling(FDM)

Afilamentofmaterialisextrudedfromafinenozzleanddepositedontoaplatform.ThenozzlemovesintheX-Yplaneenablingthefilamenttobelaiddowntoformathincross-sectionalsliceofthepartasdeterminedbytheCADdata.Theplatformisthenloweredrelativetothenozzleandthenextslicedepositedontopofthepreviouslayer,astheextrudedfilamentishotitbondstothepreviousslice.Asecondnozzleisusedtoextrudeadifferentmaterialinordertobuildsupportstructuresforthepartwhereneeded.Oncethebuildiscompletethesupportstructuresarebrokenawaytorevealthefinalpart.

PlateGlassHolder挤压成型(FDM)

3DimensionalPrinting(3DP)

AprintheadpassesintheX-Yplaneoveraplatform,afeedrollermovesinthesameplaneandaccuratelyspreadsalayerofstarchbasedpowderacrosstheplatform.Readingcross-sectionalCADdatatheprintheaddepositsabindersolutionontothepowder,theplatformthendescendsrelativetothehead,anewlayerofpowderisspreadbytherollerandtheprintheaddrawsthenextsliceofdata.Thebinderholdsthepowdertogetherandslicebyslicethe3dimensionalcomponentisbuilt.Oncompletionofthebuildtheuntreatedpowderisremovedtorevealthefinalpart.喷墨印刷(3DP)

（新大）激光快速成型机SPS-600

新大激光快速成型机SPS-600二、现代制造技术的内容和发展方向ScopeThePrecisionManufactureGroupisaffiliatedtoboththeAdvancedManufacturingTechnologyandtheOperationsManagementandHumanFactorsGroupsoftheSchoolofMechanical,Materials,ManufacturingEngineeringandManagement.Theresearchactivitiesinthegrouparefocusedinthreekeyareas:PrecsionManufacture,PrecisionAssemblyandKnwoledgeandDataManagementinPrecisionManufacture.

二、现代制造技术的内容和发展方向ScopeofthePrecisionMachiningResearchThePrecisionMachiningLaboratoryaimstoprovideaholisticviewofthekeyfactorsaffectingtheaccuracyandefficiencyofmachiningofcomplexlow-rigidityparts.Theresearchaddressesthescienceandtechnologyofmachiningcomplexhighaccuracypartsinhigh-valuehigh-costindustries.Theresultsoftheongoingprojectsareexpectedtohaveasignificantimpactoncostreduction,shortertimetomarket,improvedproductquality,andprocessreliability.

二、现代制造技术的内容和发展方向Scop

第二节机械制造系统自动化与计算机辅助制造二、柔性制造系统二、现代制造技术的内容和发展方向快速成型RPRapidPrototyping,即通常所说的电脑快速手板。它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件。快速成型能为看样定货、供货询价、市场宣传等方面及时提供精确的样品，大大提高企业的营销效率。成型精度：0.1mmRapidPrototypingTechnologiesRapidPrototyping(RP)isagenerictermforanumberoftechnologiesthatarecapableofproducingcomponentswithouttheneedforconventionaltooling,machiningorskilled'craftsmen'.Manymanufacturingprocessesaresubtractive;thegeometryofamassofmaterialismodifiedbyremovingpartsofthematerialuntilthefinalshapeisachieved.BycontrastRPisanadditiveprocess;componentpartsarebuiltgraduallyinlayersuntilthefinalshapeisobtained.RPtechnologiesavailableattheIMCinclude:

Stereolithography(SLA)Avatofphoto-curableplatformcanriseandfallwithinthevat.Withtheplatformpositionedjustbelowthesurfaceoftheliquidaspotofultra-violetlaserlighttracesoutacross-sectionofCADdata.Whereverthelaserfocusesontheliquiditsetsittobecomesolid.Theplatformdescendsinthevat,anewlayerofliquidformsoverthesolidpartandthelaserdrawsthenextsliceofdata,bondingittothepreviouslayer.Theprocessrepeatsuntilthepartiscomplete,theexcessliquidisthendrained,thepartcleanedandfinallycured.

立体光刻/光敏树脂激光固化(SLA)LaminatedObjectManufacture(LOM)Alayerofmaterial(typicallypaper)withanadhesivecoatingononesideisplacedonaplatform,adhesivesidedown.Aheatedrollerpassesoverthematerialandsticksthematerialtotheplatform.AspotofCO²laserlightthentracestheoutlineofonesliceofCADdata,cuttingthroughthelayerofmaterial,thelaserthencrosshatchesthematerialwhichdoesnotformpartoftheCADmodel.Theplatformisthenloweredonelayerthickness,anotherlayerofmaterialisstuckontothepreviouslayerandtheprocedurerepeatedwiththenextsliceofCADdata.Oncompletion,asolidblockofmaterialisremovedfromtheplatform,andthecrosshatchareasoftheblockarethenbrokenawaytorevealthefinalpart.

分层分体制造(LOM)

分层分体制造FusedDepositionModelling(FDM)

Afilamentofmaterialisextrudedfromafinenozzleanddepositedontoaplatform.ThenozzlemovesintheX-Yplaneenablingthefilamenttobelaiddowntoformathincross-sectionalsliceofthepartasdeterminedbytheCADdata.Theplatformisthenloweredrelativetothenozzleandthenextslicedepositedontopofthepreviouslayer,astheextrudedfilamentishotitbondstothepreviousslice.Asecondnozzleisusedtoextrudeadifferentmaterialinordertobuildsupportstructuresforthepartwhereneeded.Oncethebuildiscompletethesupportstructuresarebrokenawaytorevealthefinalpart.

PlateGlassHolder挤压成型(FDM)

3DimensionalPrinting(3DP)

AprintheadpassesintheX-Yplaneoveraplatform,afeedrollermovesinthesameplaneandaccuratelyspreadsalayerofstarchbasedpowderacrosstheplatform.Readingcross-sectionalCADdatatheprintheaddepositsabindersolutionontothepowder,theplatformthendescendsrelativetothehead,anewlayerofpowderisspreadbytherollerandtheprintheaddrawsthenextsliceofdata.Thebinderholdsthepowdertogetherandslicebyslicethe3dimensionalcomponentisbuilt.Oncompletionofthebuildtheuntreatedpowderisremovedtorevealthefinalpart.喷墨印刷(3DP)

（新大）激光快速成型机SPS-600

新大激光快速成型机SPS-600二、现代制造技术的内容和发展方向ScopeThePrecisionManufactureGroupisaffiliatedtoboththeAdvancedManufacturingTechnologyandtheOperationsManagementandHumanFactorsGroupsoftheSchoolofMechanical,Materials,ManufacturingEngineeringandManagement.Theresearchactivitiesinthegrouparefocusedinthreekeyareas:PrecsionManufacture,PrecisionAssemblyandKnwoledgeandDataManagementin