第11章 现代制造技术简介

11.本章提要•本章主要介绍现代制造技术的基本概念和主要特点.介绍现代制造系统物流技术和现代制造生产管理技术的基本概念,组成和特点。11.1概述•计算机技术,数控技术,控制论及系统制造技术的结合,形成了现代制造技术.物质,能量和信息是人类赖以生存和发展不可缺少的三项基本资源是当代文明的三大支柱.•信息制造观----将制造过程看成一个对制造系统注入生产信息,从而使产品信息获得增值的过程.如果传统制造技术的重点放在提高和改进对原材料和能源的处理能力,那么现代制造技术发展的重点则在于提高信息处理能力:•(1)数控机床与加工中心数控机床的诞生是人类开始利用信息改造机械制造业的起点.•(2)计算机辅助设计与制造计算机技术的发展为制造信息的存储.处理和传递提供了崭新的手段,产生了CAD/CAM.•(3)柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)利用计算机一体化地控制生产系统,使生产从概念设计到制造营销联成一体,做到直接面向市场进行生产,可以从事大小规模并存的多样化生产;扩大信息系统能力,不受距离限制,廉价处理大量数据,使企业迅速掌握外界信息,及时对市场做出反应,更灵活地组织生产,创造出更多,更适应市场需要的产品.•(4)智能制造(IM)与全球制造(GM)交通运输技术和通讯技术的发展,尤其是信息高速公路与互联网的普及和应用,使地球变成全球经济村,制造业全球化已成为主要的发展趋势.智能制造系统所涉及的范围由最初的为实现一个企业内部的市场分析,产品设计,生产计划,制造加工,过程控制,材料处理,信息管理,设备维护等技术的自动化,发展到今天的面向世界范围的制造环境的集成化与动态重组,也即所谓全球制造.现代制造技术的特点:(1)现代制造技术是多科学,多种技术交叉融合的产物,并且形成了科学体系.(2)现代制造技术并不摒除传统制造技术,而是不断吸收现代高新技术,去改造,充实和完善传统的制造技术,因而是一个动态技术,具有鲜明的时代特征,在不同的历史时期,表现为不同的技术内涵和技术构成.(3)现代制造技术发展的重点在于提高信息处理能力.(4)现代制造技术的研究范围更为广泛:传统的制造技术一般指加工制造工艺,而现代制造技术则覆盖了市场分析,产品设计,生产计划,制造加工,过程控制,材料处理,信息管理到产品销售,维修服务和回收再生产等环节.(5)现代制造技术是制造技术与管理的统一.技术和管理是现代制造技术的两个轮子,由生产模式结合在一起,推动制造系统向前发展.(6)现代制造技术向超精微细领域发展.(7)现代制造技术的目标是在制造全过程中实现优质,高效,低耗,灵活及清洁生产.(8)现代制造技术的最终目的是在当今不断变化的市场中,取得理想的经济效果,提高企业竞争力.(9)现代制造技术特别强调人的主体作用,强调人,技术和管理三者的有机结合.11.2现代制造系统物流技术制造系统的所有活动都围绕这物流过程进行.一般由三个子系统构成:(1)向物料供应商采购原料和部分成品,半成品的物料供应子系统;(2)制造企业内部的物料搬运子系统;(3)将成品送往消费者手中的成品运送流通系统.物料搬运系统中,一般企业有三种库存过程:(1)加工前的库存;(2)加工过程的库存;(3)加工后的库存.现代制造系统物流技术具有如下特点:(1)强调柔性化生产过程为了适应多品种,小批量生产的需要,各种物流设备都应具有相应的柔性,能方便地适应零件形状和精度的改变.(2)生产过程的自动化和准自动化为了减轻工人的劳动强度,提高机床的利用率,保证零件加工精度,应采用自动化技术.(3)生产过程清洁化要求加工制造过程消耗尽可能少的自然资源,并尽量少产生或者不产生对环境有害的污染,实在无法避免污染时,应采取措施对污染进行处理.(4)零件加工的高速化合精密化现代加工技术要求实现零件高速加工和精度加工,以适应零件生产周期日益缩短,产品精度不断提高的要求.(5)毛坯制备的精密化采用精铸,精锻,精冲等技术实现毛坯制备的精密化,不需要或只需极少的切削加工即可加工成产品,这也是清洁化生产的一条措施.(6)在线检测及质量反馈控制为了保证和提高加工质量,要采用在线检测及质量反馈控制技术,实现检测过程自动化.(7)装配过程的自动化大力采用自动化装配技术可以提高劳动生产率(8)库存管理计算机化为了减少各种库存,提高资金有效利用率,可在库存管理的过程中采用计算机技术,并可采用各种计算机控制的立体仓库和抓去物料机械手.11.2.1.1数控机床数控机床是与物流系统和装配单元相连接的.数控技术在各种金属加工方法中以成功得到应用.数控机床的全部作业由程序精确的控制,它的最主要的功能有如下几点:(1)数控代码信息处理;(2)逻辑功能处理;(3)几何功能处理;(4)实际刀位和机床状态的采集;(5)道具误差的修正和换刀.11.2.1.2计算机数控计算机数控系统完成的控制功能与数控机床相同.数控系统的主要特点:(1)由于微型计算机的应用,减少了硬件,增加系统可靠性;(2)不依赖于硬件而独立使用,可用于不同种类的机床;(3)要改变控制功能比较容易;(4)后置处理以软件方式实现;(5)编码转换器允许采用不同编码的的数控程序;(6)插补程序使零件编程变得简易;(7)可以检测和修正刀具磨损;(8)CNC系统与用户界面友好.11.2.1.3直接数控直接数控系统的基本功能主要有:(1)零件程序管理;(2)零件程序分配;直接数控系统通信结构有三种:(1)点对点型;(2)现场总线型;(3)局域网型.11.2.1.4柔性制造系统FMS根据中华人民共和国国家军用标准的定义,柔性制造系统是由数控加工设备,物料运输装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统,它包括多个制造单元,能根据制造任务和生产环境的变化迅速进行调整,适用于多品种,中小批量生产.美国制造工程师协会给FMS下的定义为:使用计算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一工序或某一系列工序的一种集成制造系统.FMS由三部分组成:(1)两台以上的数控机床或加工中心以及其它的加工设备.(2)一台能自动装卸的运储系统.(3)一套计算机控制系统.从FMS的软件内容看,它主要包括:(1)FMS的运行控制;(2)FMS的质量保证;(3)FMS的数据管理和通讯网络.从FMS的功能看,它必须是:(1)能自动进行零件的批量生产;(2)简单的改变控制指令,便能制造出某一零件的族的任何零件;(3)物料的运输和储存必须是自动的;(4)能解决多机条件下的零件混合加工,且无须额外增加费用.11.2.2.1概述精密,超精密及纳米加工是现代制造业的主要发展方向之一.由于精密加工还涉及到测量技术,环境保障,材料等科学,人们把这类技术统称为精密加工.11.2.2.2精密工程技术的应用精密工程技术可应用于各个领域,例如:(1)仪器仪表工业仪器仪表工业是精密工程技术应用的主要领域,由于担负着计量和检测的任务,就要求仪器仪表的精度高于一般设备的精度.(2)航空工业航空工业对精密工程技术的要求也很迫切,采用精密工程技术可以有效提高飞机的可靠性和安全性.(3)电子工业在大规模集成电路的制造过程中,其单位面积的集成度将增加很多.(4)国防工业导弹的命中率主要取决于惯性导航元件的制造精度.(5)计算机制造计算机中的磁盘,磁鼓,磁头均属于精密元件,要求很高的加工制造精度.(6)微型机械由于结构原因,微型机械要求的加工精度往往都很高.11.2.2.3精密技术的实现(1)工艺方法A:超精密切削加工通常采用金刚石刀具来实现.B:超精密磨削和研磨可用于高精密硬磁盘涂层表面的加工和大规模集成电路基片的加工.C:特种精密加工采用电子束或离子束刻蚀的方法进行加工,是一种精度极高的加工方法.(2)机床设备A:精密轴承被加工零件的精度主要取决于主轴的回转精度,目前普遍利用空气轴承技术来提高主轴的回转精度.B:微量进给装置微量进给是实现超精密加工的必须条件.C:提高直线运动精度通常采用空气静压或液体静压导轨,通过误差均化作用提高运动部的移动精度.D:采用反馈控制技术采用在线检测,反馈控制技术来提高主轴的旋转精度和工作台的移动或转动精度是一种有效而经济的技术.E:性能优越得支承件支承件应具有良好的抗振性能和热稳定性,可采用花岗岩石作为机床的支承件.F:测量方法测量技术不仅用于来检验零件的加工误差,也用于在线检测中实时测量零件的加工精度,给反馈控制提供数据.G:环境保障超精密加工对环境的要求极高.11.2.3.1概述制造过程的集成往往离不开物流系统的自动化,物流系统及自动化是计算机集成制造系统(CIMS)的主要组成部分,它是实现待加工零件的自动运输,需使用刀具的自动配置和调度的关键设备和硬环境.11.2.3.2物流系统的组成物流系统主要包括以下三个方面:(1)原材料,半成品,成品所构成的共件流;(2)刀具,夹具所构成的工具流;(3)托盘,辅助材料,备件等所构成的共件流.11.2.3.3搬运机构及自动物料搬运(1)传输带传输带主要是由古典的机械式自动线发展而来的.(2)运输小车运输小车的结构变化发展很快,形式也是多种多样的,大体上分为无轨和有轨两类.自动物流系统的发展初期,多采用有轨小车,随着控制技术的成熟,采用自动导向的无轨小车越来越多.(3)搬运机器人由于搬运机器人工作灵活性强,具有视觉和触觉能力,以及工作精度高等一系列优点,近年来在自动物流系统中的应用越来越广泛.11.3现代制造生产管理技术11.3.1现代制造系统管理技术的研究内容和技术特点现代制造系统管理技术研究制造企业的组织模式与管理模式.它是以缩短产品的开发周期,提高制造企业对市场的快速反应能力为目标,使企业能尽快适应市场的变化,制造出质优价廉的能满足用户需要的产品,取得产品的市场独占性,从而获得高额的利润.现代化管理技术可以为我国企业提供如下生产模式,管理技术,设计技术和制造技术:物料需求计划,制造资源规划和企业资源规划,看板生产和精良生产,支持产品开发的各种计算机辅助技术如CAD,CAPP,CAE,CAM等,并进行工程和虚拟制造,系统集成,优化以及企业经营过程重组,敏捷制造,计算机集成制造系统等.现代制造系统管理技术的特点:以集成为核心目前国内许多企业处于微利甚至亏本经营的状态.现代管理技术是以现代制造技术为支柱,以集成为核心,为企业在激烈的市场竞争中寻求新的出路,开拓新的经济增长点.强调人的作用首先是充分发挥人的主观能动性,其次是发挥人的战略管理作用.使战略研究向知识化,专业化,民主化,科学化方向发展,解决当前决策信息冗余,信息处理随性大,资源共享度低,咨询性差的问题.充分重视信息技术对未来的影响现代制造系统管理技术主要是已信息技术为手段,集成各种先进的现代化管理方法和技术,把企业的技术,经营,人员集成起来,把机制的改革,机构的改组,技术的改造和科学管理集成起来,因此它是一个结合点,可能是解决当前企业困难的切入点.结合国情采用现代制造系统管理技术要走一条与国情紧密结合的道路.强调市场和应用需求分析对于国内许多大型企业,以具相当规模的设备自动化能力,其市场目标是向着全球化的市场目标,是传统的生产技术和制造能力无法实现的.11.3.2CIMS的管理技术11.3.2.1CIMS的基本概念和构成CIMS强调,企业生产经营的各个环节,从市场、产品开法、加工制造、管理、销售及服务都是一个整体,要统一起来考虑,这便是系统观点。其次,企业生产经营过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程,这一观点为企业大量采用信息技术奠定了认识上的基础。11.3.2.2CIMS的基本哲理制造业中的各类企业千差万别,即使是生产同类产品的企业也有不同的管理体制和生产流程。对于实现CIM对象的每一个具体的制造系统而言,它们在空间上千变万化,各不相同,因此可以说不存在两个完全相同的CIMS。另一方面,从时间上看,CIMS思想总是处于不断的发展中,并且由此而实施CIMS是一个不断持续的过程,随着企业变化和需求的改变要不断修正的过程。CIMS基本哲理的四个方面:集成性、整体性、信息观和最优性。集成性集成的目的是有效的