毕业设计超声波清洗机设计及制造(完美整理版).doc

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1、目 录第引言 .节.3第一章 超声波清洗机原理与结构.4 第一节超声波清洗的原理和特点.4 第二节 超声波清洗机的结构和参数设定.5笙二童超声波发生器设计 . .6 第一节超声波发生器的选择.6 第二节韶声波振荡器设计.7 第三节韶声波放大器设计.8 第四节高频驱动和匹配电路.10笙二童 超声波换能器计.11换能器的选择.11第二节 换能器设计计算(此处删除 500 字) .12 笙盟主 清洗槽计.16 参考献 .17附录一: 工艺规程制订与并行工程附录二: Process Planninl! and Concurrent Enl!ineerinl!超声波清洗机摘要: 超声波清洗始于20世纪5

2、0年代初，随着技术的进步应用日益扩大。目前己广泛 地用于电子电器工业、清洗半导体器件、电子管零件、印刷电路、继电器、开关和滤 波器等:机械工业中用于清洗齿轮、轴承、油泵油嘴偶件、燃油过滤器、阀门及其他 机械零件，大如发动机及导弹部件，小如手表零件: 再如光学和医疗器械方面用于清 洗各种透镜、眼镜及框、医用玻璃器皿、针管和手术器具等:此次设计的超声波清洗 机主要应用于家庭中厨具和一些难洗的生活用具。该产品是一种机电产品，通过压电 陶资材料做成的超声波换能器将超声频电振荡转变成机械振动，在液体中产生超声波 振动进行清洗。利用超声波可以穿透固体物质而使整个清洗介质振动并产生空化气 泡，该清洗方式对任

3、何生活用具不存在清洗不到的死角，且靖、洗洁净度非常高。这种 新一代时尚家电，能够使人们从繁琐的家务劳动中解脱出来。关键词: 超声波:清洗机:换能器Ultrasonic washerAbstract : ultrasonic cleaning began in the early 1950s，with the development of technology application widening. Currently has been widely used in electronic industry，semiconductor device，cleaning tube p盯ts and

4、 printing circuit，relays， switches and fi1ter; etc. Mechanical industry for the cleaning ge盯s，bearings，diesel oil，fuel filter，valves and other mechanical parts，such as engine and missile components，such as watch of small p盯ts，Again，such as optical and medical equipment used for washing various aspec

5、ts lens，glasses and frame，glassw盯e， medical and surgical instruments，etc.; adjusted The design of ultrasonic cleaningmachine is mainly used in the family of kitchen utensils and appliances and some difficult life washing. This product is a kind of mechanical and electrical products， through the piez

6、oelectric materials made of ultrasonic transducer will exceed audio electrical oscillation into mechanical vibration，ultrasonic vibration in liquid incleaning. Using ultrasonic can penetrate solid material and make the cleaning medium vibration and produce cavitation bubbles，the cleaning method for

7、any life appliance does not exist in a corner，and not cleaned clean cleanliness is ve叩high. This newgeneration of fashionable home appliance，can make people from the housework.Keywords: ultrasonic，Cleaner，transducer引言超声波是一种超过人类昕力频率范围的声波，具有频率高、方向性准、穿透能 力强等特点，广泛应用于清洗、距离测量、医学等领域。超声清洗始于20世纪50年代初，开始主要用于电

8、子、光学和医药等领域，作为一项实用性很强的技术，其应用场所广泛，涉及到大的机械零部件，小半导体器件的清洗等，常常 称作 无刷清洗。超声波清洗的主要特点是速度快、效果好、容易实现工业 控制等针对复杂工件表面，如空穴、凹凸处，普通清洗方法很难实现，而采用 超声波就可以获得很好的效果。随着声化学的出现与应用，再配合使用适当的 溶液，调节清洗液酸碱度等，清洗效果更好所弟超声波清洗机原理与结构立早1.1 超声波清洗的原理租特点图1是超声波清洗的原理图，换能器将超声频电能转换成机械振动并通过清洗槽 壁向盛在槽中的清洗液辐射超声波。存在于液体中的微气泡(称为空化核)在声 波的作用下振动，当声压或声强达到一定

9、值肘，气泡迅速增长，然后突然闭 合。在气泡闭合时，产生冲击波，在气泡周围产生10 -10 Pa的压力及局部高温，这种物理现象称为超声空化。空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。蒸汽型空化对污垢层的直接反复冲击，一方面破坏污物 与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的疲劳破坏而脱离。气体型气 泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡还能 钻入裂缝作 振动，使污垢脱落。由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体 粒子被油污裹着而附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子自行脱落。超声在 清洗液中传播时会产生正负交变的声压，冲击清洗件，同时由于非线形效应会 产生声

10、流和微声流，而超声空化在固体和液体界面上会产生高速的微声流，所 有这些作用能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速 可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。超声，回电源图 l 超声波清洗机原理图 由此可见，凡是液体能浸到声场存在的地方都有清洗作用，而且清洗速度快、质量高，特别适合于清洗件表面形状复杂，如空穴、狭缝等的细致清洗，易于实现清洗自动化。对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也达到高标准。在某些场合下可以用水剂代替有机溶剂进行清洗，或降低酸碱的浓 度。对于一些有损人体健康的清洗，如清洗放射

11、性污物可以实现遥控和自动化 清洗。超声清洗也有其局限性，例如对声波反射强的材料如金属、陶瓷和玻璃 等清洗效果好，而对声波吸收大的材料如布料、橡胶以及粘度大的污物清洗效 果差。1.2 超声波洁洗机的结钩和参数设定(1) 超声波清洗机结构设计超声波清洗机主要由超声波发生器、超声换能器和清洗槽组成，其结构如图1。 超声波发生器将50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号后，通过电缆输送给超 声换能器。清洗槽是盛放清洗液和被清洗零部件的容器。(2) 参数设定 为了实现超声波清洗的高效率，应当选择最佳的声强、频率及清洗槽声场分布等参数。工作频率选在20- 50kHz之间。低频声波的空化气泡大、数量少，易于

12、清洗较粗糙物品。高频声波空化气泡小、数量多，易于清洗精细且形状复杂的 物品。本超声波清洗机用于清洗较粗糙的生活用具，所以采用低频20kHz。清洗 液采用碳氢清洗液，碳氢清洗液具有以下特点: 清洗性能好，蒸发损失小，无 毒，材料相容性好，不破坏环境，价格便宜。所弟超声波发生器设计立早2.1 超声波发生器的选择超声波发生器也称作超声电源，它是一种用以产生超声频电能并向超声换 能器提供的装置。按照所采用的工作原理，可以把超声波发生器分为模拟电路 和数字电路两大类。模拟电路超声波发生器又分为振荡一放大型和逆变型两 种。本设计采用振荡一放大型超声波发生器，其结构框图如图 2 所示。它是一 个带有振荡电路

13、的放大器，由振荡、放大、匹配电路和电源组成。振荡器产生 一定频率的信号，放大器将其放大到一定的功率输出。达到最佳负载值，通过 输出变压器进行阻抗匹配，并通过功放输出。一一一一一一一一一一一一- ，超声换能器L 一一一一一一一一一一一一 一 图 2 振荡-放大型超声波发生器结构框图 振荡条件:从结构上肴，正弦波振荡器就是一个没有输入信号的、带选频网络的正反馈 放大器。图 3表示接正反馈时放大器在输入信号 x.=O 时的方框图，简化下得图4。由图 4 可知，如果在放大器输入端 1 外接一定频率，一定幅度的正弦波信号Xa，经过基本放大器和反馈网络所构成的环路输出后，在反馈网络的输出端 2得到反馈信号

14、 Xf 与 Xa 在大小和相位上都一致，则可以除去外接信号 Xa，将1、2 两端连接在一起(如图中虚线所示)而形成闭环系统，其输出端可继续维持与开环时一样的输入信号，即 X f = Xa 。-A Xo F.-Xa+AAFAX-ti基本放大器C A )反馈网络C P)图 3 正弦波振荡器方框图八/一1Vxa2A勺l A _-F图 4 正弦波振荡器方框图振幅平衡条件和a+f =2n n=O，1，2，3相位平衡条件这两个式子是正弦波振荡器产生持续振荡的两个必要条件。振荡器的振荡频率fO 是由相位平衡条件决定的。一个正弦波振荡器只在某一个频率下满足相位平衡条件，这个频率就是 fO，这就是要求在AF 环

15、路中包含一个具有选频特性 的网络。它可以设置在放大器 A 中，也可以设置在反馈网络F 中，它可以用R、C 元件组成，也可以用 L 、C 元件组成。欲使振荡器能自行建立振荡，就必须满垃足|1 1阳这样在接通电源后，振荡器就可以自行起振，最后趋于稳态平衡。2.2 超声波振荡器设计由于 TL494 价格便宜而且性能优越，设计采用由开关稳压块 TL494 构成的振荡 器。振荡器电路见图 5图 5 振荡器电路图将 TL494 的 5 脚 (CT) 和 6 脚(RT) 接定时元件电阻 R 和电容 C，即可起振，振荡器工作频率由下式决定: f = -;.H月nn14 川叫 ( H z)由于频率选为 20k

16、H z 由上公式得 RC=O. 5958 X 10-6 S-I，振荡器输出方波的占空 比是换能器产生的超声波强度的决定因素。通过给TL494 的4 脚加以一定的直流电压就可实现占空比调整。定时元件由电容 C、电阻 Rl和电位器R2 构成，调节电位器 R2 即可实现频率的调整。本机供电电源为 12V，采用的是推挽工作方 式。电阻 R3(lOkQ) 和电位器 R4(10kQ) 构成分压电路，死区时间控制端的电位应 界于 2. 5，-.，5V 之间。调节电位器 R4 亦可实现超声波的强度调节。2.3 超声波放太器设计(1)超声波放大器的选择 超声波放大器的作用是将振荡信号放大至所需电平。放大部分可以

17、是单级的，也可以是多级的，主要看输出功率的需要。早期的超声波发生器使用电子 管做放大器件，现在则普遍采用晶体管三极管、场效应管和 IBGT 器件)。近 年来越来越多的厂家采用功率集成电路做超声波发生器的放大器件。目前工业 上广泛使用的超声波发生器基本上被晶体管电路垄断。与电子管发生器相比， 晶体管发生器的优点在于体积小、重量轻、效率高。但从另一方面讲由于受到 方向击穿电压、最大集电极电流、最大集电极耗散功率参数的限制，通常一对 晶体管的最大输出功率只能达到百瓦级。要提高晶体管发生器的输出能力，除了 有赖于高性能器件外，还必须采用高效率的电路。传统的甲类、乙类、丙类放大 器是把有源器件作为电流源

18、工作。在这些放大器中，晶体管工作在伏安特性曲 线的有源区。集电极电流受基极激励信号控制作相应变化。(2) 低压驱动电路 本机采用高压小电流功放电路，由两只三极管和精合变压器构成，见图 6。为了避免两只功放管同时导通，导致内部功耗增加，两管的导通时间必须错开， 使它们在交替工作时有一段同时截止的时间。为此，三极管 Pl 和P2 对振荡器的 输出作反相处理，三极管选用 PNP 型的 8550。低压驱动电路所用的电源是直流12V，而功放电路的电源是交流 220V，在三极管后加入一个藕合变压器，完成高低压隔离的任务。图 6 低压驱动电路图(3) 功放匹配电路功放电路如图 7 所示。电路由两个 VMOS

19、 功率场效应管 2SK791构成。具有线性度高、频率 响应好、开关速度快等优点，是理想的开关元件。但其关断特性在电流小时并 不理想，下降沿有拖尾。图 7 功放电路2.4 高额驱动和匹配电路 超声发生器与一般放大器的一个重要区别在于它的匹配电路部分。一般放大器与负载之间的匹配只牵涉到阻抗变换，而超声波发生器与负载之间的匹配则除了阻抗变换之外，还有一项很重要的内容一调谐，即选用一定值的阻抗元 件，使之在工作频率上与负载中的电抗成分谐振。只有在同时进行了阻抗变换 和调谐之后，整个系统才算是达到了匹配，换能器才能正常工作。高频驱动和匹配电路如图 8图 8 高频驱动和匹配电路超声波清洗机中的匹配电路是将

20、发生器输出的电能送往换能器的通道。匹 配电路虽然结构简单(通常只有一个匹配电感)，却具有重要作用。相同型号的 清洗机，匹配调得好的清洗效果好:匹配调得差的则清洗效果差。对同一台机 器而言，如果工作一段时间后清洗效果变差，或者换能器经过更换，都需要重 新调整匹配。与一般电子设备的匹配有所不同，超声清洗机的匹配除了要解决 变阻问题(即变换负载的阻值，使之与发生器的最佳负载值相等)外，还要解决 调谐问题，即用匹配电感的感抗抵消换能器的容抗，使换能器呈纯阻性。技术 人员通常是根据各自的经验进行匹配。例如，有人在改变清洗槽水位时观察电 流的变化，如果电流变化处于一定范围之内，同时管子不发热，空化声强，便

21、 认为匹配己调好。也有人让机器空载时稍，微呈电感性，而在加载后转变为纯 阻状态。这些经验都是适用的。但在已有经验的基础上，再掌握匹配的原理， 就可以在匹配时有的放矢，更加主动，从而收到事半功倍的效果。所弟超声波换能器设计 一一 立早3.1 换能器的选择用于超声清洗的换能器有两种类型.一是磁致伸缩换能器，另一种是压电换 能器，磁致伸缩换能器这种换能器的电声效率比较低.而且金属镇材料价格昂贵，制造工艺复杂，所以目前很少u 采用。还有一种用铁氧体材料做成的磁致伸缩换能=J.，llll器，虽然其电声效率比较高，但dBat-at、机f，a前我国也很少应用。械强度低，所能承受的电功率容量小，因而目+一旷嘈

22、EA目前我国主要采用压电换能器，因为这种换能器的电声转换效率高.原材料ttt-tttlto价格便宜，而且便于制造不同的结构，以适应不-m同的清洗要求。压电换能器又有r很多种如圆柱形、喇叭形等。经过对比最后确定选用喇叭形夹心压电换能器作凡为此次的换能器。CO换能器是用来进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转A Ym换为另一种形式JEElEEEE t-EEtBEFBES 的能量的装置。在声学研究领域中，换能器主要是指电声换能器，它能实现电能 和声能之间的此处蹦除 500 字= COSqJ- N-lSill -_ _- .伊C = Sill qJ一一-smd=coscp+ N-l . cp且 N=

23、( 叫/ S2Y尼， =kl阻抗的反变换为- -cW-a节丽在前后盖板长度满足:tan( =兰，wL .wL. Z.5) tan(i)c3 C2 L一一一一t aw即 =- NN-l由上式得乌 =20mm 12=10mml)=37.2mn d=17.5mm S2=60mm图 9 喇叭形换能器结构20 = POSOC o图 10 等截面细棒阻抗变换第四章 清洗槽设计清洗槽由内槽和外壳组成.内槽的外表面(一般在槽底外表)粘结超声换能器， 槽内盛清洗液.槽一般用耐腐蚀的不锈钢板制成，过于厚会影响声的辐射.槽的 内壁，尤其是粘有换能器的辐射板耍平整抛光，不能有伤痕，否则易产生空化腐 蚀，缩短使用寿命.

24、为避免被清洗工件直接与槽壁板接触而划伤，一般用矮空吊 篮(网篮)或艾架将清洗件悬吊在清洗液中.网篮的骨架应尽可能地小而轻，一般 用不锈钢丝编成或用其它反射声良好的材料做成.结构上要使超声波受阻小而清 洗液易于流动.内槽的尺寸要根据清洗件的大小和形状而定.清洗件的总表面积 不应大于内槽的体积.粘有换能器的辐射板(如槽底板)所承受的电功率强度一般 低于1. 5 W I cm2(用压电换能器时. 大多数应在O. 5，._，1 w I cm2之间). 过高的 强度会加速辐射板表面的空化腐蚀，同时由于过剧烈的空化所产生的气泡会影 响能量传递，使远离辐射面的液体空间声强变弱而达不到均匀清洗的目的.在 普通

25、的清洗槽中，由于液面的反射，在清洗槽中会产生的驻波，使得在液体空间 有些区域声压最小(波节处)，有些地方声压最大(波腹处)而造成清洗干净程度不 均匀.为减少驻波的形成，有时清洗槽的形状要特别设计，或采取其他措施，例 如扫频工作方式.清洗件在槽中的排列要有一定的问隔，而最窄小的面应朝向换 能器的辐射面，以免妨碍声辐射到整个清洗槽空间内槽尺寸为400x 360x 200删，超声波功率为500瓦: 外槽尺寸为420X490X380mm; 超声波发生器电路箱为224X100X135mm，由六个直径为4.5毫米的螺纹 固定。参考文献1 曹风国. 超声加工技术M. 化学工业出版社，2005 (1) 2 张

26、海燕.超声波清洗技术J. 近代物理知识，2002 (6)3 白基成郭永丰.特种加工技术M. 哈尔滨工业大学出版社，2006(1)4 胡传忻夏志东. 特种加工手册M. 北京工业大学出版社，2007 (9) 5 康华光. 电子技术基础M. 高等教育出版社，1987 (6)6 艾小洋. 中国工业清洗领域的现状与发展趋势M . 现代制造，2004 (2)7奕挂冬张金锋.王仁乾.压电换能器和换能器阵M. 修订版:北京大学出版 社，2005 (9)附录一: 工艺规程制订与并行工程工艺规程制订与并行工程T. Ramayah and Noraini Ismail摘要产品设计是用于产品，及它的部件装配的计划。为

27、了把产品设计转换成一个实际 物体，这需要一个制造计划。而制订一个这样的计划的行动就叫做工艺规程制订。它 是产品设计和制造之间的连接，工艺规程制订包括决定加工顺序和制造产品所必须完 成的装配步骤。在以下文章中，我们将解释工艺规程制订和他的一些相关主题文章开始，我们应该区别在下列文章中被反复提到的工艺规程制订和生产计划。 工艺规程制订与如何制造产品和它的零件等工程技术问题有关，制造零件和装配产品 需要什么样的设备和工具?工艺规程制订与产品制造物流管理有关系。它在工艺规程 制订后面与原料分类及获得满足制造充分数量产品要求的资源有关。工艺规程制订 工艺规程制订包括决定最适当的制造及装配步骤和顺序，在这

28、些顺序和步骤中他们必须根据所提出的详细的设计说明书规范完成给定零件或产品制造。 能够被计划的 工艺范围和多样性通常由于公司车间可用设备和技术能力而受到限制。在公司内部不 能够制造的零件必须到外部市场购买，工艺规程制订所提及的工艺选择同样也受到详 细设计资料的限制，我们稍后将会回到这一点。工艺规程制订通常是由制造工程师完成的，工艺制订者必须熟悉工厂中详细可用 的制造流程并且能够说明工程图。基于制订者的知识、技术和经验，用于制造每个零 件的工艺步骤以最合乎逻髓的顺序被发展制订。下列各项是在工艺规程制订范围里的 许多决定和详细资料.设计图的说明. 在工艺规程制订的开始，产品设计的这一部分(材料、尺

29、寸、公差、表面处理等等)必须进行分析。.工艺和顺序. 工艺制叮者必须选择哪一个工艺是必需的及必需工艺的序列。 此外还必须准备好一个简短的工艺步骤描述。.设备选择. 大体上，工艺制订者必须逐步展开利用工厂现有机器的计划。另 外，组件必须被购买或在新设备上的投资必须被制定。.工具、冲模、铸模、夹具、量具. 工艺必须决定每个工序需要什么工具，这 些工具的实际设计和制造通常通过委派工具设计部门和工具库或者联系专攻那种工具 制造的外面厂商来完成。.方法分析. 车间规划，小工具，提升重物的提升间。甚至在一些人工操作情 景中的股体动作也被指定。.操作步骤. 工作测量技术被用来为每个操作设定时间标准。.切削工

30、具和切削条件. 这些必须对加工操作通过推荐标准手册来进行详细说 明。零件工艺规程制订 对于单个零件，加工顺序通过一种被称为进路表的表格来进行文件证明备份。就如工程图被用于详细说明设计产品一样，进路表被用于详细说明工艺计划。他们是类 似的，一个用于产品设计，另一个用于制造。制造单个零件的典型加工顺序包括: (1) 一个基本工序 (2) 二级工序 (3) 提高 物质特性工序和 (4) 最后工序。一个基本工序决定了工件的起始造型。金属铸件、塑 料成型、金属精炼是基本工序中的实例。起始造型常常必须通过改变起始造型操作(或 者接近于最终造型)的二级工序来精制。二级工序习惯于和基本工序一起提供起始造 型，

31、当砂型铸造是基本工序，车加工通常是二级工序。当轧钢厂制造金属片是基本工 序，冲压操作像冲裁和弯曲通常是二级工序。当塑料注入成型是基本工序时，二级工序通常是不必要的，因为他的大多数几何特征制造通过别的方式如成型制造来完成。 塑料成型和其他操作的二级工序被称为净成型工序的并发二级工序，需要一些但并不 多的二级工序的操作就是所提到的近似成型工序。许多有印象的摸锻件就是这一类， 这类零件能够经常在锻造(初级工序)阶段被成型，因此减少了必要的加工(二级工 序)。一旦模型被建立，许多零件的下一步是改良它们的机械物理性能。提高特性工序 并不改变零件模型，然而，它却能改变零件的物理特性。金属零件的热处理操作就

32、是 最普通的实例。类似的如玻璃通过热处理来制造钢化玻璃，对于大多数零件的制造来 说，这些特性加强工序在加工工序中并不需要。最后工序通常对零件(或装配体)的表面提供一个涂层。例如电镀、薄膜沉积技 术、涂漆。表面处理的目的是改善外观，改变颜色或者表面保护防止腐蚀和磨损等 等。在很多零件中最后工序是并不需要的。例如: 塑料成型就很少需要最后程序。当 必须需要最后程序，他通常是加工顺序的最后一步。装配工艺规程制订一个既定产品的典型装配方法由以下因素决定的: (1) 预期产品数量 (2) 装配产品 的复杂性。例如: 不同组件的数量和 (3) 常用装配工艺。例如: 机械定位焊接、对于小 数量产品，通常在人

33、工装配线上进行装配。对于大量制造的一打或这样组件的简单零 件，要采用适当的自动化装配线。无论如何这里有一个工作必须被完成的优先顺序， 这个优先需求经常用一个优先表来进行图表描绘。装配工艺规程制订包括装配指令的发展，但是更详细地对于小批量生产。在一个 岗位完成整个装配，对于一个装配线上的大批量生产，工艺规程制订由一种分配工作 条件到装配线个别工位并被叫做人工投入线性平衡法的程序组成。这种装配线按照、装 配线平衡解决方案决定的顺序发送工作单元到个别工位，在个别组成，任意工具或夹 具的工艺规程制订时，一条装配线的决定、设计和制造必须被完成， 并且工作站的必 须被列出来。制造或购买决定在工艺制定过程中

34、出现的一个重大问题是一个特定零件应该在公司内部的工厂内 生产还是从外部销售商处购买，并且这个问题的答案被认为是制造或购买决定。如果 公司没有技术设备或制造零件所必须的详细制造工艺中的专门技术，那么答案就很明 显了。因为没有其他选择零件必须购买。然而，在很多例子中零件既可以在利用现有 设备在内部制造或者可以从外部拥有相似制造能力的生产销售商处购买。在我们的关于制造或购买的决定的讨论中，他应该认识到在开始几乎所有的制造 者从供应商那里购买原料。一个机械加工厂从一个金属经销商购买他的起动柄原料或 从一个铸造厂购买他的砂型铸件。一个塑料成型厂从一个化工厂购买他的模塑料。一 个冲压厂可以去经销商或直接从

35、轧钢厂购买金属片。很少的公司能够在操作中从原料， 一直进行垂直整合，这看来至少购买一些也许在他的工厂可以另外制造的零件是合理 的。也有可能为公司使用的每一个组成要求制造或购买决定。这里有许多影响制造或购买决定的因素，一个人可能认为成本是决定是购买还是 制造零件的最重要的因素。如果一个外部经销商比公司工厂更精通于制造零件的工 艺，因而公司内部生产成本可能比经销商赚取成本后的价格还要高。可是，如果购买 决定导致公司工厂设备和劳动的闲置，购买零件的表面优势就会丧失。考虑以下例子 制造或购买决定。为一个特定零件被引述的价格是 100 个单位的每单位$20.00。制造零件的成分如 下所示:单位原料成本=

36、每单位$8.00直接劳动成本=每单位$6.0。劳动加班 150%=每单位$9. 00设备修理成本=每单位$5.00这个组成应该被购买还是在内部制造?解决方案:尽管经销商的引证似乎支持购买决定，让我们来考虑如果引证被接受 可能在生产操作中的冲突。$5.00 设备维修成本是已经被制定的技资成本，如果设备设 计因为购买零件的决定而变的没有利用价值，那么这个固定成本仍然继续尽管设备闲 置着。同样，如果零件被购买由工厂空间，效用和劳动成本组成的$9.00 的劳动间接成 本仍然继续。通过这种推理，如果应该己用于生产零件的设备闲置的购买决定并不是 一个好决定因为他可能花费公司将近$20.00+$5.0+$9

37、.00=$34.0 每单元。另一方面，如 果正在讨论的设备可以被用于生产其他零件并且内部生产成本低于外部联系报价，那 么一个购买决定就是一个好决定。制造或购买决定并不像这个例子中的那样直接。这几年的一个趋势，尤其在汽车 工业，公司和零件供应者建立紧密关系。由此我们将引出并行工程。在计划操作方面制造公司有很大兴趣利用计算机辅助工艺 CCAPP) 系统来完成。那些熟 悉加工详细资料和其他工艺的工厂培训的工人逐渐退休，并且这些人在将来工艺制订 的过程中是非常有用的。一种可选择的用于完成这种功能的方式是必需的，CAPP 提供 了这种选择。CAPP 经常被看作是计算机辅助制造 (CAM) 的一部分。然而

38、这种趋向意味 着 CAM 是一系列系统。事实上，当 CAD 和计算机辅助设计协同作用创造了一个 CAD/CAM 系统。在这样一个系统中，CAPP 成为设计和制造之间的直接联结。来自计算机辅助工 艺的优点包括以下几点:.工艺合理化和标准化. 自动工艺规程制订比完全用手工编制工艺产生的更合 理化和一致化。标准设计趋向产生低成本和高生产质量。.增强工艺制订者的生产力. 在数据文件中的系统方法和标准加工设计的实用 性使工艺制订者可完成更多的工作。.减少工艺规程的制订时间. 与手工准备相比，利用 CAPP 系统的工艺制订者可 以在较短的时间内准备好进路衰。.改良异读性. 计算机准备的进路表比手工准备的进

39、路表更容易简洁。.结合其他应用软件. CAPP 系统可以在界面上与其它应用软件结合，象成本估 计和工作标准。计算机辅助工艺围绕着两个路径来设计，这两个路径被叫做: (1)CAPP 检索系统 和 (2) CAPP 生成系统。许多 CAPP 系统结合这两种路径而被称为生成检索 CAPP 系统。制造业的并行工程和设计 并行工程引用一种常用于产品发展的路径，通过它使工程设计功能、工程制造功能和其他功能综合起来以减少一种新产品投放市场所需要的共用时间，也被称为并发 工程，他可能被认为是CAD/CAM技术的类似组织版本，按照传统路径来使一件产品投放 市场。如图(1)a 所示，工程设计功能和工程制造功能这两

40、种功能是分开并且连续的， 产品设计部门开展一项新的设计有时很少考虑到公司的制造能力，也很少有机会能够 让制造工程师来提供如何使设计更容易制造的一些建议。他好像消除了在设计和制造 之间的一堵墙，当设计部门完成设计，他投掷工程图和说明书越过这面墙，并且那时 工艺规程制订也开始了。设计和制造之阔的墙工程制造和工艺规程制订 产品和装配 严晶投放市场时闹 传统设计/生严周期产品投放时自.-的差异一-.产品投放市场时闹并行 工程(b) 并行产晶的发展周期图(1)比较 : (a) 传统产品发展周期和 (b) 并行产品的发展周期 通过比较，实行并行工程的公司，工程制造部门在早期就参与到产品发展周期。为如何使产

41、品和他的组成能够被设计的更适于制造提供建议。他同样为产品提供制造 计划继续进行的早期准备，这种并行工程的路径在图(1)b 中被描绘出。除了工程制造 以外其他功能同样被包括在产品发展周期中，如质量工程、制造部门、后勤服务、市 场供应评定组成和一些情况下将使用这些产品的消费者。在产品发展阶段的所有这些 功能不仅能改善新产品的功能和性能，同时也能改善他的可造性、自检性、易测性、 服务能力和可维护性。通过早期功能改善，因为在最终产品设计之后的回顾太晚以至于不能对设计进行便利的修改的不利因素的消除，使产品发展周期的持续期大大减 少。并行设计包含以下因素: (1) 一些制造和装配设计 (2) 质量设计 (

42、3) 成本设计和 (4) 生命周期设计。另外，像快速成型、虚拟制造、和组织转变等辅助技术需要被用来促 进公司的并行工程。制造和装配设计据估计一件产品的 70%的生命周期成本是由在产品设计时所做的基本决定所决定 的，这些设计决定包括每个零件的材料，、零件模型、公差、表面处理、零件是如何被 组织装配的和常用装配方法。一旦这些决定被指定，减少产品制造成本的能力就会被 限制。例如，如果产品设计者决定用铝砂型铸造法制造一个分开零件，但是这个零件 的工艺特性只能通过加工来完成(如螺纹孔和配合公差)，制造工程师没有选择的余 地，只能按照先砂型铸造在加工的方法来达到既定要求。在这个例子中，用一个在单 独步骤所需要的塑料模制品也许是一个较好的决定。因此，当产品设计展开时给制造 工程师一个忠告设计者的机会对产品的顺利可造性是非常重要的。这种被用于尝试描述顺利改变一件新产品的可造性的条件是制造设计(DFM) 和装配 设计(DFA) 。当然，DFM 和 DFA 是紧密相连的，因此让我们用制造和装配设计 (DFM/A) 的 形式来表达。制造和装配设计包括在一件新产品中的可造性和可装配性的综合考虑， 这包括: (1) 组织变化和 (2)设计原理和指导方针。.在DFM/A 中的组织