先進制造技總結

先進制造技術

總結二零一四年十一月1第一頁，共五十一頁。目錄第1章緒論第2章現(xiàn)代產品開發(fā)設計技術第3章現(xiàn)代工藝規(guī)劃技術第4章計算機輔助制造技術第5章生產規(guī)劃制定第6章柔性制造和智能制造系統(tǒng)第7章高速加工技術第8章非傳統(tǒng)加工技術第二頁，共五十一頁。第1章緒論1.1制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1制造和制造業(yè)1.1.2制造業(yè)的發(fā)展歷程及目標1.2先進制造技術的概念與特點1.2.1先進制造技術的定義1.2.2先進制造技術的特點1.3先進制造技術的體系與分類1.3.1先進制造技術的體系結構1.3.2先進制造技術的分類1.4先進制造技術的目標是獲得競爭優(yōu)勢第三頁，共五十一頁。第1章緒論1.1制造和制造業(yè)制造：

把原材料變換成所希望的有用產品的過程，包括市場分析、規(guī)劃設計、加工裝配、營銷服務和回收處理。制造系統(tǒng)三要素:硬件、軟件、人員制造業(yè)：制造業(yè)是指對制造資源（物料、能源、設備、工具、資金、技術、信息和人力等），按照市場要求，通過制造過程，轉化為可供人們使用和利用的工業(yè)品與生活消費品的行業(yè)。第四頁，共五十一頁。第1章緒論1.2先進制造技術的概念與特點先進制造技術定義是不斷吸收機械、電子、信息、能源和現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其應用于產品的全生命周期中，以實現(xiàn)高效(Time)、優(yōu)質(Quality)、低耗(Cost)、及時(Service)、清潔(Environment)，提高對市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。先進制造技術的特點系統(tǒng)性、集成性、動態(tài)發(fā)展性、前瞻性第五頁，共五十一頁。第1章緒論1.3先進制造技術的體系與分類先進制造技術的體系包括設計、制造技術的主技術群；支撐技術群；制造技術環(huán)境。先進制造技術的分類按技術等級分類基礎技術、新型單元技術、集成技術按學科分類現(xiàn)代設計技術、先進制造技術、自動化技術、系統(tǒng)管理技術第六頁，共五十一頁。第2章現(xiàn)代產品開發(fā)設計技術2.1產品設計概述2.2數(shù)字化造型技術2.3仿真分析技術第七頁，共五十一頁。2.1.1典型設計理論和設計方法產品設計理論方法系統(tǒng)化設計理論公理化設計理論通用化設計理論TRIZ理論計算機輔助設計優(yōu)化設計可靠性設計有限元設計工業(yè)藝術造型設計反求工程設計模塊化設計相似設計健壯設計三次設計思維方式和基本規(guī)律設計具體指南和依據設計是指為了完成某項工作而制定的計劃和意圖。手段設計工具和技術第八頁，共五十一頁。2.2數(shù)字化造型技術數(shù)字化設計：用數(shù)學方法在計算機中表達物體的形狀、屬性及其相互關系和模擬特定狀態(tài)。數(shù)字化設計的核心內容：產品造型——形體在計算機內部的表示——以一定結構的數(shù)據來描述和表示三維物體的幾何信息和拓撲信息。幾何形狀：用數(shù)學方法在計算機中表達物體的形狀和大小。拓撲信息：表達幾何實體中頂點、邊、面的連接關系。第九頁，共五十一頁。2.2數(shù)字化造型技術三維造型：線框造型：用一系列空間直線、圓弧和點描述模型的輪廓，在計算機中生成三維映像的方法。---數(shù)據存儲量小,計算量少,但圖形含意不確切,不能反映體積、面積、慣性矩等幾何特征。曲面造型：用曲線和曲面來擬合和逼近物體表面的方法。實體造型：以幾何造型為基礎的實體造型方法。---構造實體幾何法（CSG）、邊界表示法（B-rep）。特征造型：包含精度、材料、熱處理、裝配、性能分析等制造信息的造型方法。工程特征定義：狹義工程特征：三維模型具有實體體素的拓撲關系的特征。廣義工程特征：三維模型具有幾何、拓撲、精度、材料、熱處理裝配、性能分析等信息的特征。參數(shù)造型：用尺寸約束、拓撲約束、工程（應力、性能）約束等定義和修改幾何模型的方法。---基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據相關。第十頁，共五十一頁。2.３

仿真分析技術仿真分析技術通稱為計算機輔助工程CAE(ComputerAidedEngineering）。是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。第十一頁，共五十一頁。2.３

仿真分析技術CAE系統(tǒng)的核心思想是結構的離散化，即將實際結構離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果來替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。有限元分析是利用數(shù)學近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。它利用簡單而又相互作用的單元元素，用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。第十二頁，共五十一頁。2.３

仿真分析技術有限元分析計算步驟物體離散化單元特性分析和計算單元組集求解方程有限元應用用于工程中的復雜問題求解，如設計中的靜態(tài)分析、動態(tài)分析、熱特性分析等。通用程序：NASTARN,ANSYS,ASKA,SAP。

第十三頁，共五十一頁。第3章現(xiàn)代工藝規(guī)劃技術（CAPP）3.1計算機技術在工藝設計中的應用3.2修訂式CAPP系統(tǒng)3.3生成式CAPP系統(tǒng)3.4專家系統(tǒng)CAPP3.5CAPP技術的發(fā)展趨勢第十四頁，共五十一頁。3.1計算機技術在工藝設計中的應用工藝規(guī)劃定義也叫生產工藝流程，是指在生產過程中，利用生產工具將各種原材料、半成品通過一定的設備、按照一定的順序連續(xù)進行加工，最終使之成為成品的方法與過程。工藝規(guī)劃的原則技術先進和經濟上的合理。CAPPCAPP借助于計算機軟硬件技術和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。第十五頁，共五十一頁。3.5CAPP技術的發(fā)展趨勢各類CAPP的特點對比CAPP類型原理適用條件修訂式按零件形狀相似特征劃分零件族,由工藝屬性制定標準工藝規(guī)程零件族數(shù)較少，族內零件項數(shù)較多，零件種類和批量相對穩(wěn)定。生成式將的推理和決策方法轉換成決策模型、算法及程序代碼，自動生成零件的工藝規(guī)程。系統(tǒng)自動化程度較高,智能化程度較高。專家系統(tǒng)模擬人類專家解決問題的推理方式和思維過程，對現(xiàn)實中的問題作出判斷和決策。智能化程度高,解決復雜而專門的問題，沒有確定的算法。第十六頁，共五十一頁。第4章計算機輔助制造技術4.1計算機輔助制造的基本概念4.2數(shù)控加工程序編制4.3計算機輔助質量控制4.4加工過程監(jiān)控第十七頁，共五十一頁。4.1計算機輔助制造的基本概念計算機輔助制造（CAM，computer-aidedmanufacturing）是指在機械制造業(yè)中，利用電子數(shù)字計算機通過各種數(shù)值控制機床和設備，自動完成離散產品的加工、裝配、檢測和包裝等制造過程。國際計算機輔助制造組織關于計算機輔助制造有一個廣義的定義：“通過直接的或間接的計算機與企業(yè)的物質資源或人力資源的聯(lián)接界面，把計算機技術有效地應用于企業(yè)的管理、控制和加工操作。”計算機輔助制造的核心是計算機數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)。數(shù)控的特征是由程序指令來控制機床。改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。第十八頁，共五十一頁。4.2數(shù)控加工程序編制4.2.2數(shù)控機床程序編制的內容和步驟三、數(shù)控機床程序編制的內容和步驟數(shù)控加工程序編制含蓋“分析零件圖樣”到“程序檢驗”的全過程。第十九頁，共五十一頁。4.3計算機輔助質量控制質量控制(QualityControl)是為達到質量要求所采取的作業(yè)技術和活動。計算機輔助質量控制（ComputerAidedQuality,CAQ)是在傳感技術、信號處理技術、計算機技術的基礎上，通過計算機及其軟件，實現(xiàn)在加工過程中的質量數(shù)據的獲取、處理、分析，并對加工過程進行有效的控制，從而保證產品加工質量滿足設計要求。計算機輔助質量控制應貫穿于產品形成的全過程，即包括營銷和市場調查、過程策劃與開發(fā)、產品設計與采購、生產或服務提供、驗證、安裝和貯存、銷售和分發(fā)、安裝和投入運行、技術支持和服務、用后處置等各個環(huán)節(jié)或階段的質量控制。第二十頁，共五十一頁。4.4加工過程監(jiān)控加工過程監(jiān)控為確保生產過程處于受控狀態(tài)，對直接或間接影響產品質量的生產、安裝和服務過程所采取的作業(yè)技術和生產過程的分析，診斷和監(jiān)控。第二十一頁，共五十一頁。第5章生產計劃制定5.1概述5.2生產計劃的制訂5.3物料需求計劃5.4企業(yè)資源計劃5.5高級計劃排程系統(tǒng)第二十二頁，共五十一頁。5.1生產計劃制定概述生產計劃定義：生產計劃是關于企業(yè)生產運作系統(tǒng)總體方面的計劃，是企業(yè)在計劃期應達到的產品品種、質量、產量和產值等生產任務的計劃和對產品生產進度的安排。生產計劃是指導企業(yè)計劃期生產活動的綱領性方案。生產計劃按決策層面分為三大類：總生產計劃——戰(zhàn)略層計劃：企業(yè)高層領導負責，確定總目標，提供所需資源。主生產計劃——管理層計劃：主管生產部門負責，提出生產指標和產品任務計劃。生產作業(yè)計劃——作業(yè)層計劃：車間班組負責，配置設備和人力。第二十三頁，共五十一頁。5.2.2生產計劃工作的內容編制生產計劃的準備確定各項計劃指標生產能力的核算與平衡確定產品的生產進度組織和檢查生產計劃的實施第二十四頁，共五十一頁。5.3物料需求計劃物料需求MRP計劃：是基于計算機技術,決策相關物料的數(shù)量和訂貨時間以滿足主生產計劃的計劃。閉環(huán)MRP計劃：在MRP基礎上，結合采購計劃、車間作業(yè)計劃、生產能力計劃而形成的計劃。制造資源MRPⅡ計劃把生產、庫存、采購、銷售、財務、成本等子系統(tǒng)都聯(lián)系起來，逐漸成為一個覆蓋企業(yè)全部生產資源的管理信息系統(tǒng)的計劃。第二十五頁，共五十一頁。5.4企業(yè)資源計劃企業(yè)資源計劃（EnterpriseResourcePlanning，ERP）將企業(yè)的財務、采購、生產、銷售、庫存和其它業(yè)務功能整合到一個信息管理平臺上，從而實現(xiàn)信息數(shù)據標準化，系統(tǒng)運行集成化、業(yè)務流程合理化、績效監(jiān)控動態(tài)化、管理改善持續(xù)化，預測在今后信息時代企業(yè)管理信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和即將發(fā)生變革。第二十六頁，共五十一頁。5.5高級計劃排程系統(tǒng)高級計劃系統(tǒng)（APS，AdvancedPlanningandScheduling）被譽為供應鏈優(yōu)化引擎，用于協(xié)調物流、開發(fā)瓶頸資源和保證交貨日期。APS是企業(yè)信息中樞ERP系統(tǒng)的補充。APS內容：包括需求和供應計劃、運輸計劃、生產計劃和排程、分銷計劃等各種模塊。APS的目標：追求生產計劃優(yōu)化和能力的平衡。探討在滿足約束條件的前提下，獲得制造時間和成本最優(yōu)化。能幫助制造企業(yè)高效地控制生產計劃。第二十七頁，共五十一頁。第6章柔性制造和智能制造系統(tǒng)6.1柔性制造系統(tǒng)概述6.2柔性制造系統(tǒng)中的加工系統(tǒng)6.3柔性制造系統(tǒng)中的物流系統(tǒng)6.4柔性制造系統(tǒng)中的控制與管理系統(tǒng)6.5柔性制造系統(tǒng)實例6.6智能制造系統(tǒng)第二十八頁，共五十一頁。6.1柔性制造系統(tǒng)概述6.1.2FMS的定義和組成柔性制造系統(tǒng)flexiblemanufacturingsystem;FMS定義：在成組技術的基礎上，以多臺(種)數(shù)控機床或數(shù)組柔性制造單元為核心，通過自動化物流系統(tǒng)將其聯(lián)接，統(tǒng)一由主控計算機和相關軟件進行控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產的自動化制造系統(tǒng)。第二十九頁，共五十一頁。6.1柔性制造系統(tǒng)概述6.1.2FMS的定義和組成FMS組成：第三十頁，共五十一頁。6.2柔性制造系統(tǒng)中的加工系統(tǒng)6.2.1FMS對機床的要求與配置FMS對機床的要求：（l）工序集中（2）高柔性和高生產率（3）控制功能強、可擴展性好（4）具有通訊接口第三十一頁，共五十一頁。6.2柔性制造系統(tǒng)中的加工系統(tǒng)6.2.2機床輔具與自動上下料裝置機床夾具組合夾具：利用標準化夾具零部件快速拼裝所需夾具；柔性夾具：一部夾具能為多個加工對象服務。托盤（Pallet）承載工件和夾具完成加工任務，是各加工單元間的硬件接口。自動上下料裝置托盤交換器：聯(lián)接加工系統(tǒng)和物料運儲系統(tǒng)橋梁；工業(yè)機器人：具有較大的柔性度。第三十二頁，共五十一頁。6.3柔性制造系統(tǒng)中的物流系統(tǒng)6.3.1工件流支持系統(tǒng)系統(tǒng)的構成運輸系統(tǒng)的基本回路自動導向小車AGV自動化倉庫第三十三頁，共五十一頁。6.3柔性制造系統(tǒng)中的物流系統(tǒng)6.3.2刀具流支持系統(tǒng)刀具流系統(tǒng)組成及其管理刀具預調站設在FMS之外，按要求對刀具進行裝配和調整；刀具裝卸站是刀具進出FMS入口，多為排架式框架結構；刀具庫系統(tǒng)存放當前加工所需的機床刀庫，容量??；存放各加工單元共享的中央刀庫，容量大；刀具運載交換裝置負責刀具運輸和交換，適時向加工單元提供所需刀具；計算機控制管理系統(tǒng)

控制刀具運輸、存儲和管理，監(jiān)控管理刀具的使用，及時取走已報廢或壽命已耗盡的刀具。第三十四頁，共五十一頁。6.4柔性制造系統(tǒng)中的控制與管理系統(tǒng)6.4.1FMS系統(tǒng)的控制方式——遞階控制遞階控制結構：將復雜系統(tǒng)分層分模塊設置，各層相對獨立，便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護。遞階控制特點：愈往底層，實時性愈強；愈到上層，處理信息量愈大，實時性要求愈小。FMS三層遞階控制結構系統(tǒng)管理與控制層（單元控制層）-接受上級任務，制定系統(tǒng)作業(yè)計劃，進行任務分配，監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行；過程協(xié)調與監(jiān)控層（工作站層）-加工程序分配、協(xié)調工件流動、運行狀態(tài)采集監(jiān)控、向上層反饋信息；設備控制層-控制設備工作循環(huán)，執(zhí)行上層控制指令，反饋現(xiàn)場數(shù)據。第三十五頁，共五十一頁。6.4柔性制造系統(tǒng)中的控制與管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)的特點：在上述三級遞階控制結構中，每層的信息流都是雙向流動的：向下可下達控制指令，分配控制任務，監(jiān)控下層的作業(yè)過程；向上可反饋控制狀態(tài)，報告現(xiàn)場生產數(shù)據。在控制的實時性和處理信息量方面，各層控制計算機是有所區(qū)別的：愈往底層，其控制的實時性要求愈高，而處理的信息量則愈?。挥缴蠈?，其處理信息量愈大，而對實時性要求則愈小。第三十六頁，共五十一頁。6.6.2智能制造系統(tǒng)的含義和特征智能制造系統(tǒng)的含義智能制造系統(tǒng)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能以一種高度柔性與集成不高的方式，借助計算機模擬人類專家的智能活動進行分析、推理、判斷、構思和決策等，從而取代或者延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。同時，收集、存貯、共享、完善、集成和發(fā)展人類專家的智能。第三十七頁，共五十一頁。6.6.2智能制造系統(tǒng)的含義和特征智能制造系統(tǒng)的特征自律能力人機一體化虛擬現(xiàn)實技術自組織與超柔性學習能力與自我維護能力第三十八頁，共五十一頁。第7章高速加工技術7.1高速加工技術概述7.2高速切削刀具7.3高速切削加工機床7.4高速切削加工工藝第三十九頁，共五十一頁。7.1高速加工技術概述7.1.2高速切削加工的定義及特點高速切削加工的定義（HighSpeedMachining）幾種高速加工的權威定義:CIRP（國際生產工程研究院）切削委員會1978年提出：切削速度為500-7000m/min的加工為高速切削；德國Darmstadt工業(yè)大學生產工程與機床研究所（PTW）提出：切削速度和進給速度為普通切削的5～10倍的加工為高速加工。根據Salomon高速切削理論：切削溫度不再隨切削速度的提高而上升，且以高切削速度、高進給速度為主要特征的切削加工為高速加工。第四十頁，共五十一頁。7.1高速加工技術概述7.1.2高速切削加工的定義及特點高速切削加工的特點生效率高高速切削加工允許使用較大的進給率，比常規(guī)切削加工提高5～10倍，單位時間材料切除率可提高3～6倍。切削力低高速切削切削深度和切削寬度小，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低30%，適合加工剛性較差的零件加工。

加工質量得到提高。精度高由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保證了尺寸的高精度和低粗糙度加工。第四十一頁，共五十一頁。7.1高速加工技術概述7.1.2高速切削加工的定義及特點高速切削加工的特點能耗低由于單位功率的金屬切除率高，所以加工能耗低，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。簡化加工工藝流程。常規(guī)切削加工不能加工淬火后的材料，淬火變形必須進行人工修整或通過放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工。切削加工的發(fā)展方向是高速切削加工，在發(fā)達國家，它正成為切削加工的主流。第四十二頁，共五十一頁。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削對刀具的要求刀具材料高強度、高硬度、高韌性高切削速度會導致切削溫度的急劇升高，因此，要求刀具材料具有很高的高溫力學性能。高的耐熱性、抗熱沖擊性能要求刀具材料的熔點高、氧化溫度高。高熱硬性、耐腐蝕和化學穩(wěn)定性刀具材料應能適應難加工材料和新型材料加工的需要目前的刀具材料主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、TiCN基硬質合金刀具（金屬陶瓷）、涂層刀具和超細硬質合金刀具等。第四十三頁，共五十一頁。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削對刀具的要求刀具結構和幾何參數(shù)刀具應具有很好的斷屑、卷屑和排屑性能。切削塑性材料時切屑易產生折斷與卷曲，將纏繞在刀具或工件上，影響工件的表面加工質量，妨礙數(shù)控加工的正常進行。因此，刀具必須具有可靠的斷屑槽型、斷屑臺和斷屑器等，以便可靠的斷屑或卷屑。第四十四頁，共五十一頁。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削對刀具的要求刀體連接可靠切削刀具按結構主要分為整體式和鑲嵌式兩類。普通機床采用整體式刀具，數(shù)控機床采用鑲嵌式刀具。鑲嵌式刀具采用機夾結構。高速回轉刀具由于高速引起離心力作用，會造成刀體和刀片夾緊結構破壞以及刀片破裂或甩掉，所以應保證刀體和夾緊結構連接可靠。具體要求是：夾緊精度高；傳遞轉矩大；結構對稱性好；體積小。第四十五頁，共五十一頁。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削對刀具的要求4.優(yōu)化切削參數(shù)確定最佳切削速度、最