第六章机械制造技术的发展

第六章机械制造技术的发展消费层次基本生存需求型温饱型消费满足个性消费产品需求品种少,量大品种/量中等品种多,量少生产方式大批量生产中小批量生产单件生产概述¾在市场中的体现：供求关系的变化求供求=供求供市场竞争¾竞争的核心：产品（Product）•从传统的“相对稳定”到“动态多变”；•竞争范围从局部地区扩展到全球范围。¾市场竞争的趋势是：¾市场竞争要素•C（Cost）成本（在70年代以前）•Q（Quality）质量（70年代开始）•T（Time）上市时间（80年代开始）•S（Service）服务（90年代开始）•E（Environment）环境清洁（21世纪）¾制造技术在社会发展进程中的作用•200万年前，南方古猿开始工具的制造•公元前532年，希腊人制造出简易的车床•19－20世纪，各种先进的制造技术和工具的出现，如NC，CNC，DNC，FMS，快速成型机，激光焊接、切割等；•微细制造、纳米制造、智能制造技术。制造技术随人类社会的发展而发展¾战后日本和美国制造技术发展战略比较日本从第二次世界大战后，树立了“技术立国”和“新技术立国”的战略思想；战后经济得到飞速的发展，成为世界经济大国。美国在80年代前，比较注重基础理论的研究，相比之下对制造技术的重视程度不高，尽管产生了许多新的理论、成果和专利等，但其产品在世界市场的占有率低于日本，在某些领域几乎全部拱手让给了日本，如彩电是美国人发明的，目前全美没有一家电视机厂，使用的几乎全是日本的产品。美国总统技术委员会在进行了大量的调查研究基础上，提出了美国对制造技术重视不够的问题，并提议总统在考虑制定国家发展战略时，加大制造技术研究的投入。从80年代后调整了制造技术发展战略。•1986年在美国国家标准技术研究院（NIST）投入1400万美元，建立“自动化制造研究基地（AMRF）”。•1991年向总统提交的“国家关键技术委员会双年度报告”中列入了22项关于美国长期安全和经济繁荣关键技术中，其中包括了四项制造技术。¾对我国制造业的启示•发展战略：以开发具有国际竞争力的新产品为目标，以新产品的开发带动先进的制造技术的发展。克服重设计、轻工艺；重理论研究、轻实际应用的问题。•存在问题：创新产品的设计与开发基础薄弱。制造技术的发展方向¾自动化；¾柔性化；¾智能化；¾集成化；¾全球化；¾微型化；¾高精度。机械制造柔性自动化的发展过程多品种、中小批量生产刚性自动化大批量生产数控加工柔性制造计算机集成制造信息化制造智能制造刚性自动化¾特点•自动化程度高；•投资巨大；•适应性差；•加工内容简单。¾形式：自动化单机、自动化流水线。¾采用的设备：专用机床、组合机床。¾采用的主要技术：机械化自动化技术（继电器控制、凸轮等）。•第一台三座标的NC机床于1952年在美国出现，是麻省理工学院和Cincinnati公司合作研制的；•54年Bendix-Cooperation制造出第一台工业NC机床；•在美国、日本到70年代NC技术趋于成熟。¾NC（NumericalControl）的产生•70－80年代，计算机技术、集成电路技术飞速发展，计算机变得可靠性高，成本低、体积小、功能强；•通用计算机替代专用计算机成为可能，PLC技术得到发展；•CNC机床无论在性能和功能上比NC机床有了很大的发展，最具代表性的产品是：CNC车削中心、加工中心（MachiningCenter）。通用计算机替代专用计算机成为可能，PLC技术得到发展；¾CNC（ComputerNumericalControl）的产生数控加工柔性制造技术¾DNC（Distributed/DirectNumericalControl）技术DNC系统是由一台中央控制器的控制多台NC机床运行，从而提高NC机床的利用率和生产效率，有两种方式。（1）群控方式（DirectNumericalControl）（2）分布式（DistributedNumericalControl）¾柔性制造技术（FlexibleManufacturingTechnology）•FMS概念1960年在美国首次提出；•FMS专利是英国人申请；•第一个FMS——英国的MOLINS24系统“MOLINS24系统”被公认为世界上第一个柔性制造系统。它由英国MOLINS公司研制，它可以24小时连续运行，编号24是表示这个意义。它由NC钻、镗床两台，NC铣床三台，六坐标数控加工中心一台，测量机一台；物料传送系统一套，物料有六名工人安装到随行托盘；中央控制器一台（IBM－1130）；但由于当时的条件限制，系统总体上说不是非常成功，但它是世界上第一个FMS范例。从第一个FMS的实施与运行看，对于应用FMS这样的高技术具有投资大、风险高、难度大三大问题。•FMS（FlexibleManufacturingSystem）•FTL（FlexibleTransferLine）•FMC（FlexibleManufacturingCell）DENFORDFMSBFEC-FMS¾柔性制造技术在我国的发展™引进、消化（1）1985年北京机床研究所从日本富士公司引进的JCS－FMS－1；（2）湖南江麓机械厂从德国WENER公司引进FFS－500－2；（3）郑州纺织机械厂中德联合设计德国WENER公司制造。（4）教学型FMS——DenfordFMS™研究开发（1）国防科工委在长春兵器工业总公司55所的BQ－FMS；（2）国防科工委在北京625所的BFEC－FMS；（3）天津减速机机座加工的JCS－FMS－2；（4）金城集团FMS－500。计算机集成制造（ComputerIntegratedManufacturing）1973年美国哈林顿博士（Dr.Harrington）提出CIM慨念，CIM是一种制造的哲理。借助于计算机硬、软件，运用信息技术和现代管理技术，将企业从市场分析、经营决策、产品设计、工程设计、制造过程各环节，直至销售和销售服务整个生产信息进行统一的控制和管理，以优化企业的生产经营活动。我国863/CIMS主题结合国际上先进制造技术的发展，特别是我国在该课题中上万名科技书工作者十余年的实践，提出了“现代集成制造（ContemporaryIntegratedManufacturing，CIM）的概念，在广度和深度上拓宽了传统CIM的内涵。863计划在十五期间叫做制造业信息化。¾CIM基本概念¾CIM在我国的发展状况（1）CIMS列为国家“八六三”计划自动化领域主题之一•国家CIMS工程研究中心（CIMS－ERC）清华大学•四个重点应用工厂：成都飞机工业公司CIMS工程北京第一机床厂CIMS工程沈阳鼓风机厂CIMS工程济南第一机床厂CIMS工程•推广应用工厂：中国二汽集团CIMS工程郑州经纬纺机CIMS工程南飞纺机公司CIMS工程等10几家•重点推广应用省：江苏省：金城集团CIMS工程扬州水箱厂CIMS工程无锡威孚CIMS工程江阴钢绳CCIMS工程徐州起重机厂CIMS工程江苏宝胜集团CIMS工程等广东省：华宝空调器厂CIMS工程等江西省：江西江铃集团赣州齿轮箱厂CIMS工程九江电厂CIMS工程浙江省、山东省、四川省、北京市、辽宁省、上海市等。智能制制造技术；现代制造模式研究（敏捷制造技术、精良生产、并行工程等）；平台技术研究与平台软件开发；其它单元技术研究；•CIMS相关技术研究成组技术ERP数据库ORACLEORACLE数据库数据库PDMCAPPCAECADPDM数据库CAPP数据库电子仓库自动编码系统工程设计分系统NGC-CIMS应用系统结构ERP经理信息分系统车间管理与控制分系统质量管理分系统经营生产管理分系统信息化制造¾Internet与信息全球化PuttingThePuttingTheInManufacturingInManufacturing将信息化引入制造业智能制造（IntelligentManufacturing）¾智能制造的慨念智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，如推理、分析、判断、构思和决策等。通过人与智能机器合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。机械制造柔性自动化的发展特征（1）从机械自动化到计算机自动化。（刚性自动化到柔性自动化）（2）单机发展到多设备集成自动化。（NC，CNC设备到FML，FMC，FMS）（3）由制造系统自动化到企业全面自动化、智能化。（CIMS、信息化制造、IM）柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）ＦＭＳ的定义柔性制造系统(简称FMS)是由数控加工设备，物料运储装置,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，小批生产。FMS组成对刀仪FMS控制器刀具I/O站装卸站加工中心A加工中心B刀具机器人物料小车中央刀库中央托盘区物料储运系统刀具储运系统对刀仪FMS递阶控制结构FMS单元控制器上层管理机局域网工控网物料站管理级制造工作站刀具站系统控制级MC1MCn...工作站级设备级刀具贮运设备物料贮运设备图15FMS单元控制器上层管理机局域网工控网物料站管理级系统控制级MC1MCn...设备级物料贮运设备刀具贮运设备接口接口图16传统工艺设计内容‰查阅资料和手册‰确定零件的加工方法‰安排加工路线‰选择设备、刀具、量具、工装（必要时还要设计工装）‰切削参数、计算工序尺寸‰绘制工序图、填写工艺卡片和表格文件等。计算机辅助工艺规程设计（ComputerAidedProcessPlanning)‰结构形状‰尺寸公差‰材料及热处理‰批量‰加工设备与生产条件‰加工质量、生产率、加工成本工艺设计－考虑的因素‰以个人经验和手工方式进行工艺设计；‰工作量大，重复工作多；‰工艺方案因人而异，工艺文件质量取决于工艺员的经验；‰工艺文件的一致性差、质量不稳定和编制时间长。工艺设计－存在的问题工艺管理－存在的问题‰工艺文件数量大，手工管理，效率低，查找不便；‰信息安全问题多；‰工艺信息在不同人员和部门之间共享困难；‰串行设计，周期长，过程控制困难。CAPP主要作用：¾利用工艺人员的经验知识和各种工艺数据进行科学的决策；¾自动生成工艺规程¾自动计算工序尺寸；¾绘制工序图；¾选择切削参数；¾对工艺设计进行优化；¾实现工艺文件的计算机管理；¾设计过程的管理与控制。CAPP－作用CAPP的意义与优点工艺员从繁琐和重复的劳动中解放出来，从事创造性工作；便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用，提高工艺编制质量与水平；提高设计效率，缩短工艺设计周期；一致性好、质量稳定，有利于工艺设计的最优化和标准化；减少所需的工装种类；便于工艺技术文件统一管理，提高管理效率和工艺文档的安全性；便于与CAD、CAM、ERP等系统集成，进行信息共享。CAPP－CAD/CAM集成中的作用几何信息、材料信息、精度信息等工艺信息CAD几何信息•世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1966年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS，1973年正式推出商品化AUTOPROS系统。•美国是60年代末70年代初开始研究CAPP的，并于1976年由CAM－I公司推出颇具影响力CAM－I’SAutomatedProcessPlanning系统。CAPP－发展历史•至今出现了许多的CAPP系统，但在设计方式上主要有派生式系统和创成式系统。•派生式（Variant）系统已从单纯的检索式发展成为今天具有不同程度的修改、编辑和自动筛选功能的系统，融合了部分创成式的原则和方法。CAPP－发展历史•创成式（Generative）系统的研究与开发始于70年代中期，而且很快得到普遍重视，被认为是有前途的方法。•从80年代开始探索将人工智能（AI）、专家系统技术等应用于CAPP系统的研究和开发，研制成功了所谓基于知识的（Knowledge一based）创成式CAPP系统或CAPP专家系统。CAPP－发展历史•近几年来，有人将人工神经元网