新现代制造工程技术实践 第2版 教学课件 宋昭祥 主编第三篇 第三篇课后题

除了要熟知上述的知识外，还需具备一定的 数学、物理、化学基础。很显然，一个工业设计 师在科技方面掌握的知识越多，接受新知识的能 力越强，设计的路子就越宽广，创造能力越强， 成功率就越高。
(2) 审美功能是工业设计的第二要素
审美功能即精神功能，任何设计在满足了物 质功能即使用功能的基础上，必须满足人们的审 美情趣才具有生命力。单纯追求物质功能的产品， 只能是工作原理的物化而谈不上美，在市场经济 的变革中是没有竞争力的，因为人们总是以美的 形式法则来创造世界、审视世界的。形式反映内 容，反过来也作用于内容，两者是相辅相成的。 形式与内容永远是矛盾的统一体的关系、不是固 定的僵死的，否则设计出来的产品将会千人一面， 缺乏个性和人情味。
§2.3 产品创新设计
一、概述
创新设计旨在提供有重要社会价值的新 颖独特的设计成果。 创新是设计的本质，也是设计活动的 最高目标。
创新可分为：技术创新、管理创新、销售创新、 售后服务创新等。
在制造业中， 产品的技术创新分为两类：
（1）无重要新技术，但在形式上翻新
（2）开发了重要新技术
*奥斯本设问法： 转化：该产品能否稍作改动或不改动而有其他用途？ 引伸：能否从该产品中引出其他产品，或用其他产品模 仿该产品？ 变动：能否对该产品进行某些改变，如运动、结构、造 型、工艺等？ 放大：该产品放大（加厚、变长）后如何？ 缩小：该产品缩小（变薄、缩短）后如何？ 颠倒：能否反正（上下、前后）颠倒使用？ 替代：能否用其他产品替代该产品？或部分替代该产 品？如更换材料、工艺等。 重组：零件能否互换。 组合：现有的几个产品能否组合成一个新的产品？如何
§2.2 设计方法学
一、工程设计的内容 1.产品规划
进行待开发产品的需求分析、市场预测、可行性分析， 确定设计参数和制约条件，最后提出详细的设计任务书， 作为设计、评价和决策的依据。 2.方案设计

FMS的分类
按系统的规模分类
观点 内容
布局分类 1. 直线型 机器人型 环形
典型的柔性制造系统示意图
1-自动仓库；2-装卸站；3-托盘站；4-检验机器人；5-自动小车；6-卧式加工中心； 7-立式加工中心；8-磨床；9-组装交付站；10-计算机控制室
FMS产生
背景条件
FMS的组成示意图
自动仓库
工厂计算机
中央计算机
物流控制计算机
运输小车
加工单元1
加工单元2
加工单元n
信 息 传 输 网 络
工夹具站
机械制造业的柔性制造系统的基本组成部分
该系统由自动化加工设备、检验站、清洗站、装配站等组成，是FMS的基础部分。可以任意顺序自动加工各种工件、自动换工件和刀具。
系统中的机床可以互相代替，工件可被送到适合加工它的任一台加工中心上。计算机的存储器存有每台机床的工作情况，可以对机床分配加工零件、一台加工中心可以完成部分或全部加工工序。
2.加工系统常用配置形式
2）.配备可互相替换机床的FMS
从系统的输出和输入看，它们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，同时这种配置形式具有较大的柔性和较宽的工艺范围，可以达到较高的机床利用率。
1.FMS工件运储系统组成
2.FMS物料输送基本回路 直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在各个连接点停靠； 环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动； 网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环路移动到另一回路。
FMS的刀具运储系统
1.刀具运储系统的组成 刀具预调站: 设在FMS之外，按要求对刀具进行装配和调整； 刀具装卸站: 刀具进出FMS的门户，多为排架式框架结构； 刀库系统: 存放当前加工所需刀具的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享刀具的中央刀库，容量大； 刀具运载交换装置: 负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具； 计算机控制管理系统: 控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。

➢ 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）。
1.1.3 制造系统
制造系统结构
经营管理 财务
用
户
市场与销售
、
市
研究与开发
场
与
工程设计
外
部
质量控制
环
采购
境
资源管理
第1章 制造技术概述
Introduction of Manufacturing Technology
1.1 制造与制造系统 Manufacturing and Manufacturing System
1.1.1 生产与制造
制造
➢ 广义理解：制造 = 生产 ➢国 际 生 产 工 程 学 会 （ International Institution for Proudction Engineering Research 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。 ➢ 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）。
1.1.3 制造系统
制造系统的物质流与信息流
误差流 原材料 物流
能
能源
量
流
需求 规划
信息流
实施 （车间或现场）
控制
资金流
产品与服务
图1-7 制造系统的五种流
1.2 制造业的发展及其 在国民经济中的地位
Development of Manufacturing Industry and it’s Position in National Economy

基本思路：系统的规划设计相当于生物的孕育 阶段，一个旧系统的死亡往往伴随着另一个新 系统的诞生，形成周期性循环。
系统规划设计阶段划分：可行性论证、初步设 计、详细设计、实施与测试、运行与维护。
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2.6 原型系统法
由于用户对所要求开发系统的需求在初始阶段 往往不准确、不充分，而对呈现于眼前的一个 具体系统，往往比构想中的系统更容易、更准 确地进行分析与改进。
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1.4 设计的概念
从工程学角度讲，设计是将顾客的需求或革新 的要求转换成为满足顾客和企业期望的产品、 过程/流程或服务。
从数学设计学的观点看，设计就是一个把顾客 “需求域”的顾客需求CNS映射到“功能域” 上的系统功能要求FRS，又从FRS映射到“物理 域”上的设计参数DPS，再从“物理域”将 DPS映射到“过程域”上的过程变量PVS的连 续映射过程，以创造“使顾客完全满意”的最 佳综合解。
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1.2 问题存在的根源与面临挑战
造成这些不良设计的根本原因是：广泛利用的 经验或对比设计技术与方法，极大地限制了设 计水平的提高。
设计技术与方法面临的主要挑战： 如何跨越基于经验与对比和技艺的设计阶 段，实现设计科学和技艺的完美结合？ 在已建立的现代设计科学理论与方法基础 上，如何使设计技术与方法真正成为科学， 可以通过教育与培训为大多数学生和现行 设计工程师所掌握？
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详细设计
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1.8 公理设计的概念
公理：经过人类长期反复的实践检验是真实的， 不需要由其他判断加以证明的命题和原理。
公理设计的最终设计目标是：
证明设计学是可以成为大多数人能掌握的设计科学； 利用公理设计理论与方法可增强设计的创造性、设计方案

现代制造工程技术实践第2版一、引言随着科学技术的飞速发展，制造业作为国家经济的重要支柱，其发展水平直接关系到国家综合实力的提升。

为了适应新时代制造业的发展需求，现代制造工程技术实践第2版应运而生。

本教材旨在为广大工程技术人员、在校师生以及制造业从业者提供全面、系统的现代制造工程技术实践知识，帮助读者掌握现代制造技术的基本原理、工艺方法及实际应用，提高工程实践能力，培养创新精神和实践能力。

二、现代制造工程技术概述1. 现代制造工程技术的概念及特点现代制造工程技术是指在现代工业生产中，运用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助检测（C）等技术手段，对产品进行设计、制造、检测和维护的一门综合性工程技术。

其特点包括：高效、精确、自动化、智能化、绿色环保等。

2. 现代制造工程技术的分类（1）计算机辅助设计（CAD）：利用计算机软件进行产品三维建模、仿真分析、优化设计等。

（2）计算机辅助制造（CAM）：利用计算机软件进行数控编程、加工路径规划、设备操作控制等。

（3）计算机辅助工艺规划（CAPP）：利用计算机软件进行工艺流程设计、工艺参数优化、工艺文件等。

（4）计算机辅助检测（C）：利用计算机软件进行产品检测、质量评估、故障诊断等。

（5）智能制造：将现代信息技术、物联网技术、大数据技术等应用于制造业，实现生产过程的智能化、网络化、自动化。

三、现代制造工程技术实践案例1. 案例一：数控机床加工数控机床加工是现代制造工程技术的典型应用。

通过计算机辅助设计（CAD）软件进行产品三维建模，利用计算机辅助制造（CAM）软件进行数控编程，在数控机床上进行加工。

本案例详细介绍了数控机床加工的工艺流程、编程方法及实际操作技巧。

2. 案例二：智能制造生产线智能制造生产线是现代制造工程技术的创新应用。

通过计算机辅助设计（CAD）软件进行生产线布局设计，利用计算机辅助制造（CAM）软件进行设备操作控制，结合物联网技术实现生产过程的数据采集、传输、分析，最终实现生产线的智能化、自动化。

设计一个能集中反映 该组零件全部特征和 工艺特征的综合零件
在零件分组的基础上, 比较同组各零件的工 艺路线,从中选中一 个工序较多,合理安 排并具有代表性的工 艺路线
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五、成组生产组织形式
1、成组单机
单机完成一 组零件生产
2、成组生产单元
一组或多组零件由 相应的机床生产
3、成组生产流水线
零件按工艺由相应 的机床按一定的节 拍生产
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2
二、 零件的分类编码系统
➢零件编码就是用数字表示零件的形状特征，代表零件特征
的每一个数字码称为特征码。
➢迄今为止，世界上已有70多种分类编码系统。
➢应用最广的是奥匹兹（Opitz）分类编码系统。
➢我国机械工业行业于1984年制订了“机械零件编码系统
（简称JLBM-1系统）”。
➢该系统由名称类别、形状及加工码、辅助码三部分共15个
1、几何造型功能 2、有限元分析和优化设计功能
1、线框造型 2、曲面造型 3、实体造型 4ppt
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二、计算机辅助工艺规程设计（CAPP）
计算机辅助工艺规程设计方法
1、派生式 2、创成式 3、半创成式
派生式计算机辅助工艺规程设计原理
1、工艺信息数字化 2、CAPP数据库
简单地说，CIM是用计算机通过信息集成实现
•特征矩阵文件 •综合工艺路线 •工序、工步文
件 •工艺数据文件
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1、零件编码矩阵化 2、零件组特征的矩阵化 3、主样件设计 4、零件上各种形面的数字化 5、工序工步名称编码 6、综合加工工艺路线的数字化 7、工序工步内容矩阵
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三、计算机辅助制造（CAM）
从广义的角度讲，CAM指利用计算机辅助从毛坯 到产品制造过程中的直接和间接的活动，包括计算 机辅助生产计划、计算机辅助工艺设计、计算机数 控编程、计算机控制加工过程等内容。

2.1.4 超高速切削加工的关键技术
超高速电主轴结构
1、2 、 5－密封圈;3－定子;4－转子;6－旋转变压器转子; 7－旋转变压器定子;8－螺母
2.1.4 超高速切削加工的关键技术
2）快速进给系统 要求进给系统能瞬时达到高速、瞬时停止，还要具有很
高的定位精度。采用的主要技术措施是大幅度减轻移动部件 重量以及采用新开发的多头螺纹行星滚珠丝杠，或采用直线 电机，省去了中间传动件。
2）多砂轮磨削 多砂轮磨削是在一台磨床上安装了多片砂轮，可同时加工 零件的几个表面。多砂轮磨削的砂轮片数可多达8片以上，砂
轮组合宽度达900～1000mm。在生产线上，采用多砂轮磨
床可减少磨床数量和占地面积。多砂轮磨削主要用在外圆和 平面磨床上，内圆磨床也可采用同轴多片砂轮磨同心孔。
2.2 高效磨削技术
几种常见（超）高速加工中心的技术数据：
VCP/UCP 600 /800
主 轴 转 速 ： 12000/20000/42000 转/分 工作行程：X轴：600/530mm
Y轴: 450 mm Z轴: 450mm 快移速度：22 米/分 工作进给：15 米/分 刀库容量：30把
VCP/UCP 710
VCP/UCP 1000/1350
图2-3 BIG-PLUS刀柄系统
2.1.4 超高速切削加工的关键技术
图2-4 HSK刀柄系统
2.2 高效磨削技术
1. 高速重负荷荒磨
其砂轮线速度普遍达到了80m/s，有的高达120m/s；磨削 法向力通常达到了10000～12000N，有的高达30000N； 磨削功率一般为100～150kW，有的高达300kW；材料去 除率可达150kg/h。
第二章 现代制造工艺技术

9.2.1 精益生产
精益生产的组织特点有两个：
❖一是能把最大量的工作任务和责任转移到生产线上真正为
产品增值的那些工人身上；
❖另一个是具有一个处于在适当位置的一旦发现问题就能快
速追查并找出最终原因的检测缺陷系统。
9.2.1 精益生产
▪从推动方式变成拉取方式
在传统的生产方式下，人们为了使后工序不致停工停料， 总是在前工序多生产一些产品（零件），即由前向后的推动方 式，由于多生产了某种零件，或遗漏了生产下一工序所需的另 一种零件，形成浪费。
9.2.6 绿色制造
1. 绿色制造的概念
绿色制造( green manufacturing, GM)，manufacturing, ECM)、 面向环境的制造MFE、 响和资源效益的现代化制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使 用到报废处理的整个产品全寿命周期中，对环境的影响(副作用)最小并使企业经济 效益和社会效益协调优化。绿色制造模式如图9.7所示。绿色制造模式是一个闭环系 统，也是一种低嫡的生产制造模式， 即原料一工业生产-产品使用一报废二次原料 资源，从设计、制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境影响最小，资 源效率最高，也就是说要在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品环境 属性，改变了原来末端处理的环境保护办法，对环境保护从源头抓起，并考虑产品 的基本属性，使产品在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本性能、使用 寿命、质量等。
第九章
现代制造模式
9.1 概述 9.2现代制造模式及其新发展 思考题与习题
9.1 概述
9.1.1 现代制造企业 9.1.2 先进制造模式 9.1.3 现代制造技术与先进制造模式的关系
9.1.1 现代制造企业

5 计算机网络与数据库分系统（Network & DB）
CIMS发展简况（国外）
➢ 美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是 夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转 地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代 初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实 验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统（见图3-3）
图3-2 CIMS功能模型
质量 信息
1 管理信息分系统（MIS）
以MRP和 ERP为核心主要包括:
经营管理(BM) 生产管理(PM) 物料管理(MM) 人事管理(LM) 财务管理(FM)
2 工程技术信息分系统(EIS/TIS)
计算机辅助设计（CAD) 50年代后期 计算机辅助工程分析(CAE) 60年代初期 计算机辅助工艺过程设计(CAPP) 60年代中期 计算机辅助工装设计(CATD) 数控程序编制（NCP）
◆ 搞CIM是非常复杂的事情，是一项高投入、高风险项目， 必须审慎行事（20世纪80，90年代只有少数公司获得成功）。
3.2 CIMS的体系结构 Architecture of CIMS
CIMS的组成
CIMS的体系结构指以现代信息技术的观点建立的企业模型框
架（或功能模型）。CIMS 功能模型通常由 5 个分系统组成
2）整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处 理的过程，最终产品可视为数据的物化表现。
➢ CIM概念提出后，未被立即接受，因条件不成熟。直至 20世纪80年代初，各项单元技术（CAD、CAPP、CNC、 MIS、FMC、FMS …）得到充分发展，并形成一个个自动 化 “孤岛”。在这种形势下，为取得更大的经济效果，需 要将这些“孤岛”集成起来，CIM概念受到重视并被实施 。

《现代制造技术》第一章绪论教学目的与要求：1、掌握现代制造技术内涵及技术构成2、熟悉现代制造技术体系的结构3、熟练对现代制造技术进行分类4、了解现代制造技术的发展趋势教学重难点：1、现代制造技术的内涵2、现代制造技术包含的几个技术方面3、传统制造业的技术及缺陷，以及现代制造技术的特点教学内容：一、生产过程系统在生产中将原料通过许多专业化工厂，利用科学知识及技术（技能），利用客观物质工具将之加工成人们所需要的、要求的产品过程——生产过程。

在生产过程中：物料、能源、资源、设备、工具、设计、加工、装配、储运等与技术情报分析与市场环境动态分析、经营管理、劳动力的调配。

资源、能源的开发与利用、国家政策及国际影响，使得现代制造加工构成一个原料、设备、工件的一个闭环系统——生产过程系统。

一般来说：生产过程系统主要由决策层、经营管理层、生产技术层以及发展谋划（development plans）等层次构成。

二、生产制造技术（Manchining Technology）1、传统机制发展A、19世纪末20世纪初的英国工业革命—→机器工业。

B、20世纪中叶，Henley Ford 1903年建立世界上第一个汽车巨头Ford公司；1913年以互换性技术（inter change ability technology）来装备汽车，到20世纪50年代—→大工业体系的形成。

C、柔性化、集成化、智能化及网络化的现代制造技术（Modren Machining Technology）20世纪80年代随着技术更新、产品精密加工要求以传统加工缺陷。

计算机发展而逐步地不断的发展至今。

2、传统机制特点A、个人技巧+ a mount of刚性生产线.AND细密专业分工+ 一体化B、技术界限明显AND 专业独立C、仅为生产系统中的某一环节D、不能有效地进行信息流控制E、生产的管理与技术分离—→人力资源浪费及分配离散和不公正3、现代制造技术社会发展，科技进步及市场经济的刺激，为响应市场刺激，使产品质量更高，企业更具生命力及创造力。

计划到货量Sj(t) 已在制或已订购，预期在计划期内即将到货入库的物料量。
现有库存量Hj(t) 在满足总需求后，可供使用的库存量，以每计划周期期末库存量表示。
Hj(t)= Hj(t-1)+ Sj(t)- Gj(t) 其中：Hj(t)为本周期的期末库存量（现有库存量）；
Hj(t-1)为上一计划周期的期末库存量； Sj(t)为本周期的计划到货量； Gj(t)为本周期的总需求量。 净需求量Nj(t) 现有库存量不能满足总需求量时的短缺部分。
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项目：零件C 15
总需求量
计划到货量
现有库存量 25 10
净需求量
计划交付量
计划投放量
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90 100 80
40
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90 100 80
85
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80
190
80
6）闭环MRP 一是将企业生产能力、车间作业计划和采购计划纳入MRP； 二是车间生产和供应商反馈信息构成闭环。
产品X主要参数
提前期/周 1 2 1 1
批量法则 直接批量 直接批量 直接批量 固定周期2周
…
第周的库存量/个 80 0 0 25
MRP计算过程
计划期/周
1
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项目：产品X 总需求量
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