现代制造系统(v4.1)4 成组技术

《现代制造系统》课程教学大纲课程代码：010342036课程英文名称：Contemporary Manufacturing System课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0适用专业：工业工程大纲编写（修订）时间：2017.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标《现代制造系统》课程是一门用以培养学生掌握制造中基本分析方法和设计方法的学科专业选修课，本课程主要研究制造系统基础、工程设计系统、制造生产系统和制造信息系统，通过《现代制造系统》的学习，能够对现代制造系统中所包括的各部分内容具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的掌握制造中的基本分析方法和设计方法。

本课程在培养工程师的工作能力和素质方面将起着重要作用。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1．掌握制造系统概念及所包括的内容；2．掌握物流系统相关概念；3．掌握制造系统的分析设计方法；4．熟悉典型先进制造设备及工业机器人相关概念；5．掌握技术信息系统、产品数据管理(PDM)、信息系统建模方法；6．了解制造自动化系统及其相关概念，先进制造系统典型模式等。

（三）实施说明1．教学方法(授课方式)：讲授、导读、研讨；2．先修课程及基本要求：需要了解信息技术、现代管理技术和制造技术等的相关知识。

（四）对先修课的要求工程制图、计算机程序设计，数据库系统概论，运筹学，生产计划与控制，管理信息系统，机械制造技术基础、现代质量工程等。

（五）对习题课、实践环节的要求从系统、整体的角度了解和掌握现代制造系统的基本概念、原理和技术方法，主要内容包括制造系统的基本概念、系统构成、制造系统的设计与分析、制造信息系统、制造自动化系统以及典型现代制造系统等。

（六）课程考核方式1.考核方式：考查。

2.考核目标：掌握大纲要求的各项内容与要求。

3.成绩构成：平时成绩30%（包括出勤、作业、小测验、提问等）、期末成绩70%的总和。

（七）参考书目《先进制造系统》，戴庆辉编，机械工业出版社，2014.7.《现代制造系统》，罗振璧、朱耀祥、张书桥编，机械工业出版社，2004.8.《先进制造系统(修订版)》，刘飞、罗振壁、张晓冬编，中国科学技术出版社，2005.1.《制造系统工程》，刘飞、张晓冬、扬丹编，国防工业出版社，2000.1.《制造系统信息集成技术》，严隽其编，上海交通大学出版社，2001.1.《制造系统》，郑力、邓恳、张伯鹏编，清华大学出版社，2001.1.二、中文摘要本课程主要研究制造系统基础、制造工艺系统、制造生产系统和制造信息系统，通过《现代制造系统》的学习，能够对现代制造系统中所包括的各部分内容具有明确的基本概念，必要的基础知识，比较熟练的掌握制造中的基本分析方法和设计方法。

《现代制造系统》课程教学大纲课程编号：08400111课程名称：现代制造系统英文名称：Modern Manufacturing System课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：48/3 （讲课学时：40实验学时：8上机学时：0）适用专业：工业工程一、课程性质与任务本课程是为工业工程专业本科生的必修课。

通过本课程各教学环节的学习，学生能够从系统的观点出发，把握制造系统的本质，掌握制造模式的原理，理解先进的制造技术群，了解制造业中实用的单元技术和系统技术，从而掌握先进制造业的行业技术基础知识。

培养学生的创新意识，使学生具有初步的科学研究和工程实践能力；培养学生以系统的视角，综合运用机械工程、工业工程理论与方法、物流技术基础知识等专业知识，分析并解决复杂工程问题的能力。

二、课程与其他课程的联系本课程要求学生在掌握机械设计基础、生产工程基础、基础工业工程、生产计划与控制、质量管理与可靠性、运筹学、管理信息系统、现代物流基础物流中心与运作等课程内容的基础上学习。

三、课程教学目标1. 学习制造系统的基本理论知识。

掌握先进制造系统的内涵，了解全球制造业的现状，理解我国目前制造业存在问题的本质，了解现代制造系统的最新发展。

让学生明确本专业工程师的职业性质与社会责任，激发学生学习专业知识的责任感与使命感。

（毕业要求指标点6.2）2. 学习现代制造系统基本原理的理论知识。

掌握现代制造系统的组成、性能原理与运行原理，理解现代制造系统的决策属性，掌握制造系统信息化的基本理论知识，理解制造系统信息的体系结构。

培养学生能够系统分析并解决制造系统的复杂问题的工程实践能力。

（毕业要求指标点1.1、2.2）3. 学习先进制造模式的基本理论知识。

掌握典型先进制造模式的原理，理解先进制造模式的运行方式，重点掌握精益生产的原理、方法与应用，了解其他先进制造模式的应用。

培养学生综合运用精益生产的原理与方法，分析并设计制造系统运行过程中的工程问题的解决方案。

《现代制造系统》课程教学大纲课程编号：200264英文名：Modern ManufacturingSystem课程类别：专业选修课前置课：工程图学、工程力学、机械设计基础、机械制造基础后置课：学分：2学分课时：34选定教材：庄品.现代制造系统.北京：科学出版社，2005年课程概述：《现代制造系统》是工业工程专业的一门专业选修课。

本课程主要介绍现代制造系统的基本知识、应用技术和研究方法，主要内容有：制造系统的基本原理、成组技术、先进制造工艺技术（超高速加工技术、超精密加工技术、微细加工技术和快速原型制造技术）、制造自动化系统（数控加工系统和柔性制造系统）、工业机器人及装配自动化、先进制造模式（并行工程、准时制生产、精益生产、敏捷制造、虚拟制造和智能制造）和绿色制造等。

教学目的：《现代制造系统》是一门工程性很强的课程。

开设这门课程的目的是使工业工程专业的学生全面了解现代制造系统的基本知识、应用技术和研究方法，把所学知识应用到本行业、本部门生产设计中去。

通过本课程的学习，使学生掌握制造系统的基本原理，了解成组技术、先进制造工艺技术（超高速加工技术、超精密加工技术、微细加工技术和快速原型制造技术），熟悉制造自动化系统（数控加工系统和柔性制造系统）、工业机器人及装配自动化，了解先进制造模式（并行工程、准时制生产、精益生产、敏捷制造、虚拟制造和智能制造）和绿色制造等内容。

教学方法：《现代制造系统》是工业工程专业的一门专业选修课。

为了提高教学质量，理论教学采用多媒体课件进行，用多媒体手段把相关的优秀教材中的文字内容，相关的声像和图片资料收录在内，使学生在课堂上能看到内容丰富、图表俱全的专业知识。

多媒体教室还配备网络设置，可以随时链接有关现代制造技术的网站，获取广泛的信息。

因为现代制造系统是工程性很强的技术内容，要能用它去解决实际问题，只是看书、听课收效不会太大，必须要经过大量的实践，可根据学校和企业的实际条件，安排学生进行现场教学。

现代制造系统参阅书籍1 制造的含义现代制造系统 11 制造的含义1制造制造制造制造原理的理解制造原理的理解制造原理的理解1 1 制造的特点制造制造、、制造制造、、制造制造、、制造制造、、制造制造、、（2）制造与生产的比较制造制造、、制造业的内涵及构成制造业的内涵及构成1.制造业的内涵制造业的内涵及构成制造业的内涵及构成制造业的内涵及构成制造业的内涵及构成制造业的内涵及构成表1-1我国制造业的我国制造业的282828个行业个行业制造业的内涵及构成续表续表11-1我国制造业的我国制造业的282828个行业个行业制造业的内涵及构成续表续表11-1我国制造业的我国制造业的282828个行业个行业制造业的内涵及构成制造业的发展与作用制造业的发展制造业的发展1.古代制造业的发展制造业的发展图1-3弓形钻是公元前弓形钻是公元前300030003000年以前年以前年以前（（史前期史前期））的重要工具的重要工具。

它由燧石钻头、钻杆钻杆、、窝座和弓弦等组成窝座和弓弦等组成。

可用来钻孔可用来钻孔、、扩孔和取火扩孔和取火。

弓形钻后来又发展成为弓弦钻床来又发展成为弓弦钻床（（图1-4）和弓弦车床和弓弦车床（（图1-5）。

图1-4 弓弦钻床图1-3 弓形钻图1-5 弓弦车床制造业的发展公元953年沧州铁狮子，，图1-6 沧州铁狮子沧州铁狮子（（公元953年）制造业的发展近代制造业的发展蒸汽机提供了动力蒸汽机提供了动力，，初步形成了传统大机器制造业初步形成了传统大机器制造业。

发明新型冶炼技术发明新型冶炼技术、、内燃机技术内燃机技术、、电气技术电气技术。

世纪前半叶兵器和汽车的大量生产方式兵器和汽车的大量生产方式，，以流水线为典显著提高了生产效率显著提高了生产效率，，创造了制造业的辉煌创造了制造业的辉煌。

制造系统是机群式生产线制造系统是机群式生产线，，按工序特征组织生产按工序特征组织生产。

制造系统以能量驱动型的刚性生产线为代表制造系统以能量驱动型的刚性生产线为代表，，其特点是高生产率特点是高生产率、、刚性结构刚性结构，，难适应品种变化难适应品种变化。

现代制造设计方法：1并行设计2反求工程3模块化设计4价值工程5质量功能配置6工业设计7计算机辅助设计技术8可信性设计并型设计：基本思想：CE作为一种崭新的设计哲理，以缩短产品开发周期，降低成本，提高产品质量和提高产品设计一次成功率为目标，把先进的管理思想和先进的自动化技术结合，采用集成化和并行化的思想设计产品以及相关过程。

它是对产品及其相关过程（包括制造和支持过程）进行集成并行设计的系统化工作模式。

技术特征产品开发过程的并行重组支持并行设计的群组工作方式统一的产品信息模型具有人工智能处理不完备，不确定信息的功能基于时间的决策分布式的软硬件环境开放式的系统界面反求工程：另一种是以已有产品为基础，进行消化、吸收并进行创新改进，使之成为新产品，这种开发模式即反求工程基本步骤：分析阶段、再设计阶段、反求产品的制造阶段四个阶段：第一步: 零件原形的数字化第二步: 从测量数据中提取零件原形的几何特征按测量数据的几何属性对其进行分割，采用几何特征匹配与识别的方法来获取零件原形所具有的设计与加工特征。

第三步: 零件原形CAD模型的重建第四步: 重建CAD模型的检验与修正模块化设计的优点：可以减少设计工作量，缩短产品设计周期将新技术融入所设计的模块，有利于加速产品的更新换代提高设计的标准化程度，有利于实现优化设计扩大生产批量，降低生产成本，有利于发展专业化生产，提高生产率对市场应变能力将，可以在短时间内生产所需产品，满足顾客需求可以使生产系统具有较大的柔性，适应市场需求变化使产品易于维护和更新模块化设计的步骤市场调查与分析产品功能分析确定参数范围和主参数确定模块化设计类型，划分模块模块结构及接口设计，形成模块库编写技术文件价值工程：是一门管理及设计技术，它以产品的功能分析为核心，以科学的分析方法为工具，寻求功能与成本的最佳组合以获得最佳的产品价值。

柔性制造系统：是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。

《现代制造系统》课程习题集一、名词解释题1.计算机集成制造系统（CIMS）2.制造3.计算机集成制造4.成组技术5.相似性6.复合零件7.零件材料的相似性8.零件分类编码系统9.复合路线10.族11.数字控制12.自适应控制13.开环系统14.闭环系统15.机床零点16.柔性制造系统17.控制分辨率18.重复定位精度19.终端效应器20.装配二、论述题21.试论述对新一代制造系统能够实现目标的期望。

22.试论述制造自动化的策略。

23.试论述自动线设计与制造的考虑因素包括哪些方面。

24.试论述用复合零件法编制回转体零件成组工艺的原理。

25.试论述用复合路线法编制非回转体零件成组工艺的原理。

26.试论述FMC的技术经济效益。

27.试论述FMC在现代制造系统中的作用。

28.试简述FMS中计算机的功能。

29.试论述机器人应用应考虑的因素。

30.简述装配过程的作业的分类。

三、填空题31.制造的狭义概念是使用一系列能量，把（）的几何、物理和化学性态进行预定变化以获取（）的过程。

32.从功能上，计算机集成制造（CIM）包含一个制造企业的全部（）和（）活动。

33.制造是把生产资源特别是（）转换成最终（）的变换/转换过程。

34.提高生产率的基本策略包括：减少生产要素的（），提高制造系统的（）等。

35.提高生产率的基本策略包括：缩短单件产品的（）时间；延长制造系统的（）时间等。

36.制造系统是人、机器与装备、（）和（）的组合。

37.成组技术的主要原理是（）原理；成组技术的基本方法是（）。

38. GT在产品设计中的应用，不仅是（）的重复使用，意义更为深远的是为产品设计（）明确了方向，提供了方法和手段。

39.成组技术的效益来源于（）的（）。

40.对零件进行分类编码时，首先要将零件划分为（）和（）两类。

41.编制成组工艺的重点是（）；编制成组工艺的重点是（）。

42.根据各码位之间的关系，编码系统的结构可分为：（）、（）、混合式。

第四讲成组技术成组技术，又称群组技术，是一种生产管理技术，旨在提高生产效率，降低生产成本。

成组技术将相似的生产任务组合在一起，形成生产单元，从而实现规模经济，提高生产效率。

成组技术的主要内容包括：生产任务分组、生产单元构建、生产流程优化、生产设备选择等。

生产任务分组是成组技术的核心。

生产任务分组就是将相似的生产任务组合在一起，形成生产单元。

相似的生产任务具有相同或相似的生产工艺、生产设备和生产条件，因此可以共享生产资源，提高生产效率。

生产任务分组的方法有很多，如工艺相似性分组、设备相似性分组、生产条件相似性分组等。

生产单元构建是成组技术的重要组成部分。

生产单元是指由相似的生产任务组成的生产单位，它可以是一个生产线、一个车间或一个工厂。

生产单元的构建需要考虑生产任务的相似性、生产设备的兼容性、生产流程的连续性等因素。

生产单元的构建可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。

生产流程优化是成组技术的关键环节。

生产流程优化就是通过对生产流程的分析和改进，提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。

生产流程优化的方法有很多，如生产线平衡、生产布局优化、生产流程再造等。

生产设备选择是成组技术的重要环节。

生产设备选择就是根据生产任务和生产单元的特点，选择合适的生产设备。

生产设备选择需要考虑生产设备的性能、生产设备的成本、生产设备的兼容性等因素。

合适的生产设备可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。

成组技术，作为一种提高生产效率和生产质量的管理方法，已经在制造业中得到了广泛应用。

它的核心思想是将相似的生产任务和工艺流程组合在一起，形成具有规模效应的生产单元，从而减少生产准备时间、降低生产成本、提高生产效率和产品质量。

成组技术需要对企业现有的生产任务进行细致的分析，识别出哪些任务是相似的，可以合并在一起进行生产。

这通常涉及到对生产工艺、产品特性和生产设备的深入理解。

通过对生产任务的分析，企业可以更有效地分配生产资源，减少不必要的浪费。

《现代制造系统工程》教学大纲课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。

一、课程地位与课程目标（一）课程地位现代制造系统工程是一门关于现代制造系统分析、建模、优化和控制的方法和理论的课程，其研究对象是由人员、技术、物质、设备等生产要素组成的系统，其任务是研究、设计、改善和建立有效的系统整体，方法是综合应用自然科学、人文和社会科学、工程技术和管理等广泛领域的知识，对系统各组成部分进行分析、研究和评价。

先进制造系统以提高企业综合经济效益为目的，对促进国民经济的发展有着重要的影响。

因此，本课程是面向工业工程专业开设的一门重要的选修课。

（二）课程目标1. 通过本课程的学习，掌握现代制造系统分析、优化和控制的理论和方法，掌握制造企业典型制造模式、先进制造工艺、制造自动化系统的运行原理及基本特征，熟悉了解工业机器人技术及绿色制造技术。

2. 思政教育目标：建立起整体论和系统化的世界观，培养大学生以新视角、新观点看待问题，引导学生树立正确的绿色制造价值观。

二、课程目标达成的途径与方法三、课程目标与相关毕业要求的对应关系注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。

四、课程主要内容与基本要求1．课程主要内容：本课程根据工业工程专业知识结构的需要，对现代制造系统的发展方向、理论基础和典型技术等内容作了全面的分析和介绍。

课程的主要内容包括制造系统的基本原理、先进制造模式（包括成组技术、并行工程、精益生产、敏捷制造）、先进制造工艺技术（包括超高速加工技术、超精密加工技术、微纳加工技术、增材制造技术）、制造自动化系统（包括数控加工系统、FMS）、工业机器人技术及绿色制造技术。

2．课程的基本要求：了解整个现代制造系统的发展方向，掌握现代制造系统分析、建模、优化和控制的理论和方法，掌握制造企业典型制造模式、先进制造工艺、制造自动化系统的运行原理及基本特征，熟悉了解工业机器人技术及绿色制造技术。

现代集成制造系统的技术构成先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。

它具有如下一些特点:从以技术为中心向以人为中心转变,使技术的发展更加符合人类社会的需要;从强调专业化分工向模糊分工、一专多能转变,使劳动者的聪明才智能够得到充分发挥;从金字塔的多层管理结构向扁平的网络化结构转变,减少层次和中间环节;从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变,缩短工作周期,提高工作质量;从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的自主管理的小组工作方式转变。

在先进制造技术中,现代集成制造系统在吸收计算机集成制造系统的优秀成果的基础上,继续推动并行工程、虚拟制造、敏捷制造和动态联盟的研究工作深入进行,并不断吸收先进制造技术中的成功经验和先进思想,将它们进行推广应用,由此使现代集成制造系统成为先进制造技术的核心,具体说明如下:1、并行工程(C E -C o n c u r r e n t Engineering并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程的系统方法。

它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。

为了达到并行的目的,必须建立高度集成的主模型,通过它来实现不同部门人员的协同工作;为了达到产品的一次设计成功,减少反复,它在许多部分应用了仿真技术;主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中,可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件,虚拟制造技术将是以并行工程为基础的,并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。

同时,并行工程是在C A D 、C A M 、C A P P 等技术支持下,将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重叠,充分利用了原有技术,并吸收了当前迅速发展的计算机技术、网络技术的优秀成果,使其成为先进制造技术中的基础。