机械产品的开发与构成

第1章机械制造概论机械产品的生产过程市场需求调查分析新产品设计开发产品制造售后服务产品回收产品销售机械制造现代制造正在将系统论、信息论和控制论所形成的科学和方法论与机械制造科学结合起来，形成包括产品设计、制造、管理和技术等一体化的制造系统概念。机械制造已经由一门技艺成长为一门工程科学。制造系统是指覆盖产品全生命周期的制造活动所形成的系统，即设计、制造、装配及市场乃至回收的全过程。机械制造的根本宗旨是以最小的资源消耗、最低的环境污染度，产生最大的社会和经济效益。是将社会资源（物料、能源、设备、信息、人力等）转化为产品的过程。1.1机械产品的开发与构成1.产品开发的意义消费者对产品功能、质量、外观、价格等不断提出新的需求及消费个性化，要求企业不断开发新产品。国际国内市场竞争激烈，企业为了赢得竞争，需要不断开发新产品。随着先进技术的应用，使产品的更新换代加快，市场寿命越来越短，产品开发越来越重要。产品的寿命周期介绍期衰退期成长期产品寿命周期产品销量时间成熟期理想的产品寿命周期线产品C产品B时间产品销量产品A2.新产品开发的决策新产品按改进程度分为四大类：全新产品、换代产品、改进产品和仿制产品技术开发经济投入：10影响度：10%中间试验经济投入：100影响度：10%生产上市经济投入：1000影响度：10%开发决策经济投入：1影响度：70%新产品新产品开发各个阶段、资金投入及对企业发展前景和经济效益的影响度：开发意向开发调研科技调研市场调研竞争环境调研企业内部调研调研分析立项评估开发决策新产品的开发决策至关重要，开发决策的依据是开发调研。立项评估的内容是经济分析和风险分析。经济分析主要考虑产品开发的资金投入、投资回收期和盈亏平衡时产品的最小销售量等。风险分析主要考虑技术成功率、商业成功率和产品寿命周期等。独立研制依靠本企业自身力量独立进行新产品开发。技术经济实力雄厚的企业往往采用这种方式。一般的企业开发不太复杂的产品或开发仿制、改进产品也比较适于这种方式。合作开发由企业和高校或科研机构合作进行技术开发。由于新产品开发可能涉及到较广阔的学术领域，需要各种检测设备、实验设备，需要各类人才进行创新工作，而高校和科研机构在这方面有比较强的优势。技术引进通过购买专利，引进国外先进技术等方式，使企业的产品迅速赶上先进水平，进入国际市场。对项目的引进应充分掌握国内外技术发展的状况，进行充分的市场分析，以减少风险和避免损失。3.新产品开发的方式4.新产品开发的步骤1）产品概念设计包括基本特征、技术原理、主要结构形式、主要功能、市场定位、技术规格、主要参数、目标成本及国内外类似产品比较。维修运输安装售后服务保证包装品质品牌外观使用价值2）产品方案设计主要确定实现概念设计的总体方案，含机械结构方案、电器控制方案、外形方案等。还要绘制产品总装图的工作原理草图，给出其主要尺寸，列出产品的特殊配套零部件和外购件明细表等。3）技术设计根据设计任务书，将方案设计中确定的基本结构和技术参数具体化进一步确定产品的结构和技术经济指标。内容包括：（1）通过计算、分析和试验确定重要零部件的结构、尺寸和配合，画出机器总图，重要零部件图、液压系统图、电器系统图等。（2）编写部件、附件、通用件、标准件、外购件等明细表及特殊材料表。（3）编写设计说明书，说明产品结构特点。（4）制定加工装配以及产品验收和交货的技术标准和技术文件。4）生产设计将经过审核和修正的前一段的设计具体化为生产用的工作图，因此又叫工作图设计。本阶段要求绘制全套施工图样、准备制造和使用所需的技术文件，为企业提供可靠的生产依据；必须根据企业的具体条件设计确定生产的组织和生产设备的安排；还要求设计制造专门的刀具、模具、夹具、检测量具的工艺设备，然后进入小批试制、销售，最后投产。技术设计之后要要组织设计部门、工艺部门、生产管理部门、销售部门的人员进行设计评审，评审后进行修改，然后完成样机制造。样机经测试后，连同设计资料和工艺设计一起进行新产品鉴定。产品概念设计产品方案设计产品技术设计产品生产设计产品小批试制产品开发决策样机设计试制产品试销批量投产新产品开发的步骤：计算机辅助计算分析、辅助设计、辅助制造等手段广泛应用。常用的软件有AutoCAD、华正、开目及Solidworks、ProE、UG、MasterCAM、Cimatron、I-deas等。基于CAD/CAE/CAM以及多媒体技术发展起来的虚拟制造技术，有效加快了产品开发的速度。快速成形制造RP技术使开发时间和费用降低，是现代产品快速开发的重要技术。5.产品开发的技术手段机械产品的构成管理控制系统基础结构部件调速部件动力部件执行部件操作控制部件通讯导航系统装饰覆盖部件安全系统汽车的构成钢板、钢材（型材）、铸铁、有色金属、工程塑料、复合材料、橡胶、玻璃、石棉、陶瓷、纤维、海绵、皮革、油漆以及铬、钨和木材等。机械产品使用的材料机械产品的制造过程（小制造）1.2制造过程与生产组织制造过程是指从原材料到产品的全过程，包括零件制造、部件装配和整机组装等。制造过程包括生产设计、技术准备、生产计划、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、质量检验以及储运等工艺过程。制造过程中，原材料、毛坯，加工中的半成品、零部件及产品整机形成了物料流；产品装配图、零部件图、各种工艺文件、CAD软件、CAM软件、产品的定单、生产调度计划等形成了信息流；电能、机械能、热能等形成了能量流。制造过程的物料流、信息流、能量流及设备与人构成了机械制造系统。物料流是制造系统的本质，在物料流动过程中，原材料变成了产品。能量流为物料流提供了动力，电力驱动电动机，再驱动各种机械运动，实现加工和运输；热能用来加热金属进行铸造、锻造、热处理等。信息则控制物料如何运动，控制能量如何作功。在整个制造过程中，人和设备是制造活动的支撑条件，所有的制造活动都受各种条件和环境的约束。机械产品的制造过程机械制造系统图原料或毛坯存储运输制造检验成品信息系统能源能量系统物流信息流能量流零件的制造过程1.零件制造工艺方法（1）材料去除工艺（Δm＜0）按照一定的方式从毛坯上去除多余材料形成符合技术要求的零件的工艺方法。主要包括切削加工和特种加工。（2）材料成形工艺（Δm=0）利用模型使原材料形成毛坯或零件的工艺方法。常用成形工艺方法有铸造、锻造、冲压、注塑等。（3）材料累加工艺（Δm＞0）将零件以微元叠加的方式逐渐累加形成的工艺方法。常用的工艺方法有:光固化法（SLA）叠层制造法（LOM）激光选区烧结法（SLS）熔积法（FDM）三维打印法等2.零件制造过程零件制造是机器制造过程的基本单元。零件的制造主要利用材料去除工艺方法（包括切削加工及特种加工）和材料成形工艺方法形成零件所需形状，并且适时的将热处理工艺穿插在其中完成。绝大部分零件是通过机械加工完成的。物流信息流能量流原料或毛坯存储机床刀具夹具机械加工工艺过程检验成品机械制造系统信息系统能源能量系统工艺规程、数控程序、适用控制模型等上工序下工序机械加工工艺系统如图所示阶梯轴的工艺路线可以为：1）下料；2)车外圆，留磨量0.3～0.5mm;3)铣键槽；4）热处理，45～48HRc；5）磨外圆至图纸尺寸。工艺规程：选用毛坯大小，选择加工方法，加工顺序，确定加工过程，使用机床，刀具切削参数和其他工艺信息等系列问题，完成这些工作就是制定工艺规程。工艺路线：仅列出加工顺序和主要加工单元的工艺过程只能称之为工艺路线。1．机械加工工艺与生产类型生产纲领的计算：N=Qn(1+a)(1+b)＞50000＞5000＞1000大量生产＞5000~50000＞500~5000＞300~1000大批生产＞500~5000＞200~500＞100~300中批生产＞100~500＞20~200＞5~100小批生产≤100≤20≤5单件生产轻型机械中型机械重型机械零件生产纲领（件/年）生产类型生产类型与生产纲领的关系1.3生产类型与生产方式各种生产类型工艺过程的重要特点类型特点单件生产成批生产大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变毛坯木模造型、自由锻金属模造型、模锻金属模机器造型、模锻机床设备通用设备、数控设备通用、专门及部分专用设备专用、自动设备及自动线机床布局按机群式布置按零件类别、按工段排列按流水线或自动线排列夹具通用或组合夹具专用夹具高效率的专用夹具刀具量具通用刀具和量具专用或通用刀具量具专用刀具量具、自动测量装配方法零件不互换，钳工修配多数互换，部分试配或修配全部呼唤或分组互换生产周期不一定周期重复长时间连续生产生产率低，用数控机床可提高中等高成本高中等低工人技术高中等一般工艺文件简单比较详细详细编制产品的用途不同，市场需求不同，决定了它有不同的生产批量。批量不同，形成了不同的生产规模（亦即生产类型），不同生产规模的生产组织方式及相应的工艺过程也不相同。2.生产类型与生产方式过去，批量生产往往是由自动生产线及专用生产线来完成的，单件小批生产往往采用通用设备靠人的技术或技艺来完成的；现在，数控技术和设备的智能化改变了这种状况，单件小批生产也可以获得接近大批量生产的效率和成本。单件小批生产往往采用工序集中原则，大批量生产往往采用工序分散原则。大批量生产，产品开发过程和大批量制造过程中间往往有单件小批试制，单件小批生产的开发过程和生产过程往往合为一体。市场竞争的激烈化和特殊需求使快速响应制造成为现实需求。企业组织生产模式1）生产全部零部件，自主装配整机。大而全，过去一些大型国企，一拖、一汽、二汽2）生产部分关键零部件，其余由其它企业供应。目前大多数制造企业属于这一种生产模式3）完全不生产零部件，自己只负责设计和销售。两头在内，中间在外；或两头大中间小，哑铃式大批量生产中生产准备时间和终结时间较短，机动时间较长，靠提高切削速度来提高生产率效果比较明显。单件小批生产中生产准备时间和终结时间较长，机动时间较短，靠提高切削速度来提高生产率效果不明显。目前，市场广泛需求的是多品种和小批量生产，而新的科学技术也不断涌现，因此推动了制造哲理的革新和生产方式的转变。3.制造哲理与生产方式新的制造理念柔性制造（FlexibleManufacturing）以硬件为基础软件作支持，改变程序实现所需控制，易于变动。JIT（JustInTime）准时制造在需要的时间生产需要数量的产品，即订单生产或零库存生产。敏捷制造（AgileManufacturing）能快速响应市场，最大限度地缩短新产品开发和交货期。虚拟制造（VirtualManufacturing）虚拟现实技术与制造技术集成的产物，制造过程在计算机上实现。网络制造根据市场需求的产品，利用网络在全球范围内组织资源和生产，产品寿命结束公司即解散。虚拟公司/动态联盟