大学课件：现代制造系统(v41)1绪论.ppt

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1、现代制造系统,第1章 绪论东北大学秦皇岛分校 黄亮n-,现代制造系统第1章 绪论,课程定位:,高等数学、线性代数、概率论与数理统计、运筹学等先修基础理论课程中数学方法的实际工业应用；建模与仿真、实验设计、生产计划与控制、质量控制与质量管理、成本控制等先修专业课程中方法的升级内容，涉及到研究生阶段学习的初级内容。课程目的：培养初步的科研素质，启发创新思维。,课程定位:高等数学、线性代数、概率论与数理统计、,考核方式:,平时成绩30%，包括课上提问（需要理解的概念题，选择或填空）。考试成绩70%，闭卷考试，本课件“课程要求”部分指定的范围，概念题（选择、填空、简答）与计算题、分析题约各占一半。,考

2、核方式:平时成绩30%，包括,第1章 绪论,本章作为课程的开始，首先解释什么是“现代”制造系统，即“现代”制造系统与之前制造系统有何不同？本章首先介绍制造系统的发展历程；然后从6个方面介绍“现代”制造的特点；最后针对这些特点介绍我们应该为此研究什么，这些研究内容即为本课程的主要内容。,第1章 绪论本章作为课程的开始，,第1章 绪论1.1 制造业的发展历程1.2 现代制造的特点1.3 现代制造技术的主要内容,第1章 绪论,1.1 制造业的发展历程,“现代”技术通常指距今50年以内（1960年以后）提出的新方法和新技术。制造业的发展历程：1920年前单件生产（定制生产）时代；1960年前大批量生产

3、（大规模生产）时代；当前到近未来个性化生产（大规模定制生产）时代。,1.1 制造业的发展历程“现代”技术通常指,（1）单件生产（定制生产）时代。先交代需求，下定金，客户等候生产。例如水浒传第四回鲁智深订购禅杖。,（1）单件生产（定制生产）时代。,古希腊士兵装备,单件生产时代,古希腊士兵装备单件生产时代,（2）大批量生产（大规模生产）时代。厂家先统一生产，再由经销商零售给客户。重要标志：零件标准化,出现流水线。,（2）大批量生产（大规模生产）时代。,大规模生产的重要标志零部件标准化：为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，称为标准化。应用案例：1943

4、年，苏联T-34坦克部件开始标准化，包括履带、附加油箱、扶手等，极大加快了该型坦克的生产与维修。上世纪40年代，这种坦克一共生产了大约8万多辆，为苏联卫国战争的胜利做出了巨大贡献。,大规模生产的重要标志零部件标准化：,大规模生产的重要标志流水生产线1913年，亨利福特发明了移动式汽车装配流水线，极大提高了生产效率。而应用流水线的一个前提则是零件的标准化。参考电影片段：“摩登时代”。,大规模生产的重要标志流水生产线,（3）个性化生产（大规模定制）时代。当前，人们的个性化需求又变得越来越明显。案例：三星手机每月推出10余种新机型。,（3）个性化生产（大规模定制）时代。,同时，人们对产品的需求量仍然

5、很大。如何统一个性化需求和大批量需求之间的矛盾？内在零件统一生产，外在装饰按客户要求定制，称为大规模定制。,同时，人们对产品的需求量仍然很大。,大规模定制的案例：,大规模定制的案例：,第1章 绪论1.1 制造业的发展历程1.2 现代制造的特点1.3 现代制造技术的主要内容,第1章 绪论,1.2 现代制造的特点,（1）高效化产品的需求量依然很大。实现手段：自动化。（2）柔性化个性化需求越来越明显。实现手段：智能化。（3）集成化产品越来越复杂。实现手段：信息化。,1.2 现代制造的特点（1）高效化,案例：战争物资消耗日益增大，1941-1945年苏联卫国战争约消耗170亿发子弹击伤击毙德军1300

6、万；2002-2005年美国对阿富汗战争消耗60亿发子弹只消灭抵抗分子1500余人。随着人口的增加和生活水平的提高，人类其它物资的消耗也与日俱增。,（1）高效化与自动化效率是制造业一直追求的目标，自动化是实现手段。,案例：战争物资消耗日益增大，（1）高效化与自动化,制造阶段的自动化，参考视频：“汽车自动生产线”。,制造阶段的自动化，,设计阶段的自动化，参考视频：“Solidwork自由曲面”。,设计阶段的自动化，,管理阶段的自动化，举例：自动签到机。,管理阶段的自动化，,（2）柔性化与智能化我们期望机器能够帮助人进行更多的工作，但赋予机器智能是一项具有难度的挑战。案例：社会经济结构的变化上海市

7、2000年在业人口比例：第一产业11.5%，第二产业45.9%，第三产业42.6%；上海市2010年在业人口比例：第一产业2.9%，第二产业42.6%，第三产业54.5%；越来越多的人不再直接从事物质生产。,（2）柔性化与智能化,计算机比人聪明吗？1997年，IBM超级电脑“深蓝”战胜世界国际象棋冠军加里卡斯帕罗夫，是人工智能发展的一大成功案例。然而，计算机围棋目前能够战胜业余初段至三段的对手。在模糊思维方面，近期内人工智能仍然远逊色于人类。,计算机比人聪明吗？,计算机在现代制造中的用途举例：处理一些复杂设计中的大量计算。思考：如何加工这根轴？如何用车床加工端面？如何用车床加工外圆面？如何用车

8、床加工中间那部分曲面？,计算机在现代制造中的用途举例：,复杂零件表面需要加工刀具进行多层次叠加的复合运动。例如：螺旋锥齿轮、螺旋桨的加工。计算机能够帮助我们计算叠加后的运行轨迹。,复杂零件表面需要,计算机在现代制造中的用途举例：电火花线切割加工，用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形。,计算机在现代制造中的用途举例： 电火花线切割原理图XY储丝,计算机在现代制造中的用途举例：计算机控制下的柔性加工设备能够取代传统技术工人的部分工作。参考视频：“家具加工设备”。,计算机在现代制造中的用途举例：,（3）集成化与信息化。我们能造

9、的东西越来越大，信息化是实现生产管理的手段。参考视频：“波音飞机的组装”，需要450万零件，来自10个国家的1000家企业的1.5万家工厂。人工管理产品信息以及产品制造信息变得困难。,（3）集成化与信息化。,航天飞机运输车：重2400吨，40米长，35米宽 。,航天飞机运输车：,巨型挖掘机高95米，长215米，占地面积约为2.5个足球场。,巨型挖掘机高95米，长215米，,海上钻井平台，水面之上部分只是“冰山一角”。,海上钻井平台，,计算机能够帮助实现制造的集成化与信息化，举例1：产品数据管理（Product Data Management, PDM）；举例2：计算机辅助工艺规划（Comput

10、er Aided Process Planning, CAPP）。,计算机能够帮助实现制造的集成化与信息化，,产品数据管理：,产品数据管理：,计算机辅助工艺规划：,计算机辅助工艺规划：,第1章 绪论1.1 制造业的发展历程1.2 现代制造的特点1.3 现代制造技术的主要内容,第1章 绪论,1.3 现代制造技术的主要内容,（1）先进制造模式和相关理论（重点）；（2）先进制造技术与装备；（3）系统科学理论与系统工程技术（重点） ；（4）现代管理控制理论与技术；（5）计算机与信息技术。,1.3 现代制造技术的主要内容（1）先进制造模式和相关理论（,现代制造技术的相关学科：设计类专业，研究现代设计方法

11、，包括计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺规划（CAPP），计算机辅助工程（CAE）等等。,三视图与三维视图,现代制造技术的相关学科：三视图与三维视图,现代制造技术的相关学科：制造类专业，研究现代加工技术，包括超高速加工，超精密加工，特种加工，快速原型制造，等等。,线放电磨削法实现微米级切割,现代制造技术的相关学科：线放电磨削法实现微米级切割,现代制造技术的相关学科：控制类专业，研究现代控制技术，包括数控加工，工业机器人，柔性制造系统，等等。,汽车自动装配线,现代制造技术的相关学科：汽车自动装配线,现代制造技术的相关学科：管理类专业，主要研究为先进制造模式，包括精益生产（LP）、约束理论（

12、TOC）、成组技术（GT）等等。,现代制造技术的相关学科：,先进模式：主要是一些关于现代制造的新思想，偏管理学范畴。分析综合：利用数学方法对制造系统建模并优化，工业工程专业的核心内容。先进技术：简介与现代制造相关的机械制造、设计和信息、电子学科中的新技术。,现代制造系统授课思路：,先进模式：主要是一些关于现代制造的新思想，偏管理学范畴。,第1章 绪论第2章 制造系统的体系结构单元级、车间级、企业级与跨企业制造系统。第3-6章 先进制造模式精益生产、成组技术、柔性制造系统等。第7-11章 制造系统的分析、设计和控制排队网络、Petri网、企业模型等。能力配置、高级生产计划和调度等。第12-13章 先进制造技术精密制造、特种制造、CAD、CAM等。,大学精品课件：现代制造系统(v4,课程要求（1.1-3）,理解制造业的发展历程（3个阶段）；知道大规模生产的标志：标准化与流水线；理解现代制造的特点（6个）；知道它们之间的对应关系。简单了解现代制造技术的主要内容（5点）。,课程要求（1.1-3）理解制造业的发展历程（3个阶段）；,