机械制造技术概论.ppt
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1、1,第1章 概述,本章要点,大、小制造概念,制造系统,先进制造哲理,2,机械制造技术基础,第1章 概述Introduction,3,图1-1 生产的定义,1.1.1 生产与制造,4,狭义理解:生产过程从原材料成品直接起作用的那部分工作内容,包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作(物质流)。,广义理解:制造=生产,美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。,CIRP定义:制造包括制造企业的产品设计、材料选择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。,1.1.1 生产与制造,5,表1-1 第一、二、三产业的划分,1.1.1 生产与制造,6,制造系
2、统结构,1.1.2 制造系统,7,制造系统特性,结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能,必须有软件支持。,1.1.2 制造系统,8,转变特性,主要从技术角度出发,如何使转变过程更有效进行。,1.1.2 制造系统,9,图1-5 汽车生产物流示意图,1.1.2 制造系统,10,程序特性,程序 一系列按时间和逻辑安排的步骤 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序(图1-6),研究制造系统程序特性,主要从管理角度出发如何使生产活动达到最佳化。,1.1.2 制造系统,11,制造系统的物质流与信息流,1.1.2 制造系统,12,制造技术,在产品生产中,使原材料转化为产品过程所施行的
3、各种手段的总和,称为制造技术。,与大、小制造概念相对应,对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程,制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动,是一个功能体系和信息处理系统。,1.1.3 制造技术,13,在商品经济高度发展的今天,科学与技术的界限开始变得模糊,纯粹的科学研究不断萎缩,原因是得不到足够的经费支持,许多科学研究从一开始就有明确的应用前景(例如:超导技术、克隆技术等)。,科学 认识世界,基本方法是“分析”,基本形式为“发现、揭示”。技术 改造世界,基本方法是“综合”,基本形式为“发明、创造、改进”。,1.1.3 制造技术,14,
4、机械制造技术基础,第1章 概述Introduction,15,1.2.1 制造业的发展,17世纪60年代,瓦特改进蒸汽机,标志第一次工业革命兴起,工业化大生产从此开始 18世纪中,麦克斯韦尔建立电磁场理论,电气化时代开始 20世纪初,福特汽车生产线,泰勒科学管理方法,标志自动化时代到来(以大量生产为特征Mass Production)二战后,计算机、微电子技术,信息技术及软科学的发展,以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势,使中小批量生产自动化成为可能,并产生了综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式。进入21世纪,制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清洁化的方向发展。,16,1
5、.2.2 制造业在国民经济中的地位,国民经济的支柱产业,国民经济总收入的60%以上来自制造业,世界发达国家无不具有强大的制造业。美国:约1/4人口直接从事制造业,其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。,日本由于重视制造业,二次大战后30年时间,发展成为世界经济大国。,17,1.2.2 制造业在国民经济中的地位,图1-8显示了当今制造业的社会功能。,18,1.2.2 制造业在国民经济中的地位,1963年,1983年,美日两国汽车产量在世界市场所占份额,图1-9 美日两国汽车产量变化,19,1.2.2 制造业在国民经济中的地位,东芝事件,图1-10 多轴数控机床改进核潜艇性能,20,1.2.
6、3 我国机械制造业面临的机遇和挑战,中国现在的生产总值和制造业规模,仅次于美国、日本。在钢铁、多种家电产品、摩托车等产品产量都是世界第一。2005年中国生产的手机占世界总额的60-70%,电脑占50%,照相机占60%。中国制造业大而不强,是制造大国而不是制造强国。汽车工业发展迅速,但产品和核心技术都是从国外引进,我们没有自主知识产权.,表 我国机床进出口情况,21,1.2.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战,机械工业产品落后,生产的不少是老产品,产品更新慢,不掌握产品核心技术,引进的产品不仅要交专利费,并且不能修改引进 制造技术落后;设备落后,加工精度低,生产效率低,新产品试制周期长,原产料和
7、能耗高 管理落后,非生产人员比例大,流动资金占用多,工作效率低,对质量要求高研究费用及人力投入近年虽有较大增长,但仍落后于国外。再加上原来基础差,故技术创新比国外少很多,22,1.3.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战,神州5号,图1-11 神州5号宇宙飞船,23,机械制造技术基础,第1章 概述Introduction,24,“技艺”型生产时代工业革命开始至20世纪初,机器代替人力成为生产主要方式,但仍以作坊式的单件生产为主,由于机器精度不高,产品质量主要靠从业人员的技艺来保证 大批量生产方式(Mass Production)20世纪初,福特汽车公司在底特律建立了世界上第一条自动生产线,标志大
8、批量生产时代的开始 技艺不再重要由于机器精度的提高,加上互换性原理的推行,加工和装配工作变得简单大批量生产方式特点生产周期短,生产效率高,生产成本低,产品质量好,1.3.1 批量法则(Batch Rule),25,1.3.1 批量法则(Batch Rule),当市场竞争以产品质量和生产成本为决定因素时,大批量生产方式显示了巨大的优越性。与中小批量生产相比,大批量生产可取得明显的经济效果,这就是所谓的“批量法则”(Batch Rule)。批量法则以成本分析为基础。产品在其全生命周期内的总生产成本可近似表达为:,式中 CA 产品全生命周期总生产成本;CF 固定成本;CV 生产单位产品可变成本;Q
9、生产产品总数量;k 大于1的指数。,(1-1),26,单件产品平均生产成本CS为:,(1-2),对式(1-2)求导,并令其导数为0,可得到最低单件成本对应的产量Q0:,(1-3),Q0称为最优生产规模。这一现象首先在汽车工业生产中被发现。图1-12表示了总生产成本和单件生产成本与生产规模之间的关系。,1.3.1 批量法则(Batch Rule),27,1.3.1 批量法则(Batch Rule),28,根据批量法则,为了取得良好的经济效益,除合理地扩大产品的产量外,组织专业化协作生产是一种行之有效的方法。专业化协作生产形式,基础零部件专业化生产 毛坯专业化生产 中小零件专业化生产 工艺专业化协
10、作 生活服务社会化,1.3.1 批量法则(Batch Rule),29,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),批量法则 在大批量生产中,由于采用专用、高效和自动化的生产设备,可以获得高的生产率,低的生产成本,短的生产周期;而多品种、小批量生产则相反。机床利用率 例:CA6140 车床,最大加工直径400,实际加工 90 以上工件直径不足 100mm,机床利用率极低。制造周期 在多品种、中小批量生产中,加工时间仅占生产时间的约5,其余 95均为周转等待时间;加工时间中真正进行切削的时间不足30%。,30,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),目前,
11、单件小批量生产的产品占机械产品总数的 70 以上,并有继续增大的趋势。解决多品种、中小批量生产的有效途径是采用 GT。,31,结构(形状、尺寸、精度)材料(材质、毛坯、热处理)工艺(加工方法、加工设备),一次相似性,机械零件之间存在相似性,这种相似性主要表现在三个方面:,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),32,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),标准件,复杂件,相似件,2025%,70%,510%,图1-14 机械产品中不同复杂程度零件分布规律,33,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),图1-15 结构相似零件组,
12、图1-16 工艺相似零件组,34,一般性定义:GT是一门生产技术科学,研究和发掘生产活动中有关事物的相似性,并充分利用它,即把相似的问题分类成组,寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案,以取得最佳效果。,机械制造领域中定义:将多种零件(部件或产品)按其相似性分类成组,并以这些零件组(部件组或产品组)为基础组织生产,实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。,GT 被认为是一种“制造哲理”(Manufacturing Philosophy),是现代制造技术的一个重要理论基础。,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),35,1.3.2 成组技术(Grou
13、p TechnologyGT),将多种零件按其相似性分类成组,人为扩大生产批量,重复使用原则:资源重复使用,降低生产成本;作业熟练程度增加,提高生产率。,36,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),20世纪 50年代,前苏联院士 在其著作“成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。20世纪 60年代西欧研究 GT 形成高潮,代表人物首推阿亨工业大学 Opitz 教授,他所领导的小组进行了大量的调查研究工作,为成组技术提供了重要的理论依据。20世纪 70年代,美国、日本接受成组技术,并迅速与计算机技术联系在一起,使其得到更好的应用。20世纪 80、90年代,GT 与各种新
14、的制造方式相结合,成为现代制造技术的基础。GT发展过程:成组加工成组工艺成组技术成组生产系统,37,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),20世纪50末、60初学习苏联,首先在纺织机械行业试点实行,有清华大学、西安交大等高校参与。20世纪60年代中期以后,由于文化大革命,国民经济陷入混乱状态,GT 无从谈起。20世纪70末、80初,文革以后,自上而下推行,机械部推出 4 个试点单位,并组织制定了两个编码系统(JCBM-1,JLBM-1),对 GT 发展起到了推动作用。20世纪80年代中期后,计划经济向市场经济转轨,采用 GT 成为企业自发的行为。,38,1.3.2 成组
15、技术(Group TechnologyGT),基本概念零件分类编码系统是用字符(数字、字母或符号)对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。,Opitz 分类编码系统(图1-18,1-19,1-20),JLBM-1 分类编码系统(图1-21),分类编码系统简介,39,图1-18 Opitz 分类编码系统,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),40,图1-19 Opitz 分类编码系统回转体零件形状码,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),41,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),42,图1-219 JLBM-1
16、 分类编码系统,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),43,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),图1-22 压盖零件编码(),44,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),1)综合零件法 综合零件包含了零件组内所有零件的结构要素,它可以是一个实际零件,但更多情况是一个假想零件。,按综合零件编制工艺规程,则该工艺规程包含了零件组内所有零件的工艺内容。,综合零件法多用于回转体零件的成组工艺过程设计。,2)综合路线法 将零件组内所有零件的工艺内容综合在一起,形成成组工艺。多用于非回转体零件的成组工艺过程设计。,45,1.3.2
17、成组技术(Group TechnologyGT),综合零件,图1-23 综合零件,实际零件,【例】,46,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),47,1)加工单元组织形式 成组单机 成组单元 成组流水线 成组柔性制造系统,图1-24 成组单元布置形式,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),49,2)确定机床数量,式中 Qj计算的机床台数 Ni 第 i 种零件年需求量 tij 第 i 种零件在第 j 种机床上的单件工时 F 机床年台时基数,(4-4),式中 M 班次 K 开机系数,常取0
18、.90.95,计算机床台数:,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),50,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),一般要求:0.85,负荷调整与平衡:负荷过低,可几个单元共用一台机床 也可扩大单元内零件组数或组内零件数,机床负荷率:,(4-6),实际机床台数:,51,1.3.2 成组技术(Group TechnologyGT),利用零件编码,检索相似零件,减小重复设计工作量(据统计,一项新产品中有70%以上的零件设计可以借鉴或直接引用原有的设计)。同样利用产品和部件的继承性,对产品及部件进行编码,通过检索、调出和利用已有相类似设计,可显著减少新设计
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