【正文】 velopment of Manufacturing Industry and it’ s Position in National Economy 14 制造業(yè)的發(fā)展 ? 17世紀 60年代 ， 瓦特改進蒸汽機 ， 標志第一次工業(yè)革命興起 ， 工業(yè)化大生產(chǎn)從此開始 ? 18世紀中 ， 麥克斯韋爾建立電磁場理論 ， 電氣化時代開始 ? 20世紀初 ， 福特汽車生產(chǎn)線 ， 泰勒科學管理方法 ， 標志自動化時代到來 （ 以大量生產(chǎn)為特征 —Mass Production） ? 二戰(zhàn)后 ， 計算機 、 微電子技術(shù) ， 信息技術(shù)及軟科學的發(fā)展 ， 以及市場競爭的加劇和市場需求多樣性的趨勢 ， 使中小批量生產(chǎn)自動化成為可能 ， 并產(chǎn)生了綜合自動化和許多新的制造哲理與生產(chǎn)模式 。 制造系統(tǒng) 9 ? 轉(zhuǎn)變特性 主要從技術(shù)角度出發(fā)，如何使轉(zhuǎn)變過程更有效進行。 制造技術(shù) 7 制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 12 制造系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 經(jīng)營管理信息流 生產(chǎn)管理信息流 技術(shù)信息流 物質(zhì)流 用戶、市 場 與 外 部 環(huán) 境 經(jīng)營管理 市場與銷售 研究與開發(fā) 資源管理 財務(wù) 生產(chǎn)管理 工程設(shè)計 采購 車間制造 （加工、裝配、檢驗、輸送、 存儲 … ） 質(zhì)量控制 制造系統(tǒng) 8 制造系統(tǒng)特性 軟件 硬件 圖 13 制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性 ? 結(jié)構(gòu)特性 制造系統(tǒng)可視為若干硬件的集合體。 科學與技術(shù) ? 科學 —— 認識世界 ， 基本方法是 “ 分析 ” ， 基本形式為 “ 發(fā)現(xiàn) 、 揭示 ” 。廣義理解制造技術(shù)涉及生產(chǎn)活動的各個方面和生產(chǎn)的全過程，制造技術(shù)被認為是一個從產(chǎn)品概念到最終產(chǎn)品的集成活動，是一個功能體系和信息處理系統(tǒng)。 生產(chǎn)與制造 制造 制造業(yè) 4 第一產(chǎn)業(yè) 農(nóng)業(yè) 林業(yè) 漁業(yè) 畜牧業(yè) 礦業(yè) 采石業(yè) 石油業(yè) 第二產(chǎn)業(yè) 航天航空 紡織 、 服裝 汽車 、 裝備 、 重型機械 冶金 、 鋼鐵 、 金屬制品 食品 、 飲料 化工 、 石油精煉 計算機 、 半導體 、 電器 建筑 、 建材 日用消費品 玻璃 、 陶瓷 、 造紙 制藥 橡膠 、 塑料制品 能源 、 電力 出版 第三產(chǎn)業(yè) 銀行 、 金融服務(wù) 、 保險 通訊 、 資訊 教育 、 醫(yī)療 、 保健 娛樂 、 旅館 、 餐飲 、 旅游 政府 法律機構(gòu) 房地產(chǎn) 修理與維護 商業(yè) （ 零售 、 批發(fā) ） 交通 、 運輸 表 11 第一、二、三產(chǎn)業(yè)的劃分 生產(chǎn)與制造 5 制造技術(shù) ? 在產(chǎn)品生產(chǎn)中，使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品過程所施行的各種手段的總和，稱為制造技術(shù)。 ? 廣義理解： 制造 = 生產(chǎn) ? 美國將機械、電子、輕工、紡織、冶金、化工等行業(yè)列為制造業(yè)。第 1章 概述 本章要點 大、小制造概念 制造系統(tǒng) 先進制造哲理 1 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第 1章 概述 Introduction 制造與制造系統(tǒng) Manufacturing and Manufacturing System 2 輸入 輸出 + 生產(chǎn)過程 效益 生產(chǎn)定義 從系統(tǒng)的觀點 ， 生產(chǎn)可以定義為將生產(chǎn)要素轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)財富并創(chuàng)造效益的輸入輸出系統(tǒng) ， 見圖 11。 生產(chǎn)財富 有形 （產(chǎn)品） 無形 （服務(wù)） 圖 11 生產(chǎn)的定義 轉(zhuǎn)變效率：生產(chǎn)率 = 輸出 /輸入 生產(chǎn)要素 生產(chǎn)對象 （原材料） 生產(chǎn)資料 （直接、間接） 能源 勞動力 信息 （知識、技能、情報 … ） 資金 生產(chǎn)與制造 3 ? 狹義理解：生產(chǎn)過程從原材料 → 成品直接起作用的那部分工作內(nèi)容 ， 包括毛坯制造 、 零件加工 、 產(chǎn)品裝配 、 檢驗 、 包裝等具體操作 （ 物質(zhì)流 ） 。 ? CIRP定義 ：制造包括制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計 、 材料選擇 、 制造生產(chǎn) 、 質(zhì)量保證 、 管理和營銷一系列有內(nèi)在聯(lián)系的運作和活動 。 運用一定的知識、技能 操縱可以利用的物質(zhì)、工具 采取有效的方法 …… ? 手段包括 ? 與大、小制造概念相對應(yīng)，對于制造技術(shù)的理解也有廣義和狹義之分。 制造技術(shù) 6 ? 在商品經(jīng)濟高度發(fā)展的今天 ， 科學與技術(shù)的界限開始變得模糊 ， 純粹的科學研究不斷萎縮 ,原因是得不到足夠的經(jīng)費支持 ， 許多科學研究從一開始就有明確的應(yīng)用前景 （ 例如 :超導技術(shù) 、 克隆技術(shù)等 ） 。 ? 技術(shù) —— 改造世界 ， 基本方法是 “ 綜合 ” ， 基本形式為 “ 發(fā)明 、 創(chuàng)造 、 改進 ” 。為使硬件充分發(fā)揮效能，必須有軟件支持。 獲取階段 轉(zhuǎn)變階段 分配階段 圖 14 制造系統(tǒng)的物質(zhì)流 原材料供應(yīng)者 原材料庫存 零件加工 零件庫存 裝配 成品庫存 最終用戶 制造系統(tǒng) 10 壓力加工 油漆 車身裝配 內(nèi)部裝飾 驅(qū)動橋裝配 變速箱裝配 輪胎裝配 底盤裝配 車身安裝 最后試驗 發(fā)動機裝配 發(fā)動機試驗 機械加工 熱處理 鍛造 熔化 造型 澆鑄 壓鑄 油漆 機械加工 自動線 熱處理 圖 15 汽車生產(chǎn)物流示意圖 制造系統(tǒng) 11 需求訂貨信息 生產(chǎn)計劃信息 進度計劃信息 作業(yè)計劃信息 生產(chǎn)結(jié)果數(shù)據(jù) 生產(chǎn)控制信息 生產(chǎn)技術(shù)信息 產(chǎn)品設(shè)計信息 綜合生產(chǎn)計劃 生產(chǎn)進度計劃 作業(yè)計劃 生產(chǎn)實施 生產(chǎn)控制 產(chǎn)品設(shè)計 工藝過程計劃 工藝過程信息 計劃階段 實施階段 控制階段 圖 16 制造系統(tǒng)的程序特性 ? 程序特性 ? 程序 —— 一系列按時間和邏輯安排的步驟 ? 制造系統(tǒng)可視為生產(chǎn)離散型產(chǎn)品的工作程序 （圖 16） 研究制造系統(tǒng)程序特性，主要從管理角度出發(fā)如何使生產(chǎn)活動達到最佳化。 ? 進入 21世紀 ， 制造技術(shù)向 自動化 、 柔性化 、 集成化 、 智能化 、 精密化和清潔化 的方向發(fā)展 。 ? 美國：約 1/4人口直接從事制造業(yè) ， 其余人口中又有約半數(shù)人所做工作與制造業(yè)有關(guān) 。 ?機械制造業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ) , 是重中之重 。 直至上世紀 80年代初 ， 美國才開始清醒 ， 重新關(guān)注制造業(yè)的發(fā)展 ， 至 1994年 美國汽車產(chǎn)量重新超過日本 。 17 制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 1963年 1983年 美日兩國汽車產(chǎn)量在世界市場所占份額 圖 19 美日兩國汽車產(chǎn)量變化 18 制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 東芝事件 圖 110 多軸數(shù)控機床 改進核潛艇性能 19 我國機械制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn) 我國機械制造業(yè)與世界發(fā)達國家的差距 ? 困難：技術(shù)上落后 ， 資金不足 ， 資源短缺 ， 管理體制 、周邊環(huán)境還存在諸多問題 （ 地方保護 ， 信用危機 … ） ? 機遇：中國已加入 WTO； 制造業(yè)的世界格局已經(jīng)和正在發(fā)生重大變化 ， 歐 、 亞 、 美三分天下局面正在形成 ， 世界經(jīng)濟重心開始向亞洲轉(zhuǎn)移已出現(xiàn)征兆 ， 制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 、 生產(chǎn)模式也在迅速變革之中 機遇與挑戰(zhàn) ? 發(fā)展迅速 ， 成績矚目 ?存在階段性的差距 :產(chǎn)品質(zhì)量和水平不高 ， 技術(shù)開發(fā)能力不強 ， 基礎(chǔ)元器件和基礎(chǔ)工藝不過關(guān) ， 生產(chǎn)率低下 ， 科技投入嚴重不足 。 ?挑戰(zhàn)與機遇并存 。 與中小批量生產(chǎn)相比 ， 大批量生產(chǎn)可取得明顯的經(jīng)濟效果 ， 這就是所謂的“ 批量法則 ” （ Batch Rule） 。 產(chǎn)品在其全生命周期內(nèi)的總生產(chǎn)成本可近似表達為： 式中 CA —— 產(chǎn)品全生命周期總生產(chǎn)成本； CF —— 固定成本； CV —— 生產(chǎn)單位產(chǎn)品可變成本； Q —— 生產(chǎn)產(chǎn)品總數(shù)量； k —— 大于 1的指數(shù)。 這一現(xiàn)象首先在汽車工業(yè)生產(chǎn)中被發(fā)現(xiàn) 。 批量法則 （ Batch Rule） 25 批量法則 （ Batch Rule） 生產(chǎn)量 x 生產(chǎn)成本 x0 圖 112 生產(chǎn)成本與生產(chǎn)量的關(guān)系 CA CS CF 26 專業(yè)化協(xié)作與擴散生產(chǎn) ? 根據(jù)批量法則，為了取得良好的經(jīng)濟效益，除合理地擴大產(chǎn)品的產(chǎn)量外，組織專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)是一種行之有效的方法。 ? 機床利用率 例： CA6140 車床 ， 最大加工直徑 φ400 ， 實際加工 90％ 以上工件直徑不足 100mm， 機床利用率極低 。 多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問題 28 成組技術(shù) （ Group Technology—GT） ◆ 目前 ， 單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品占機械產(chǎn)品總數(shù)的 70％ 以上 ， 并有繼續(xù)增大的趨勢 。 5％ 95％ 調(diào)整 、 裝夾 、 對刀 、 檢測等 切削 30％ 70％ 加工時間 運輸與等待時間 制造周期 加工時間 圖 113 多品種、中小批量生產(chǎn)的時間分配 29 GT的客觀基礎(chǔ) 二次相似性 結(jié)構(gòu)（形狀、尺寸、精度 … ） 材料（材質(zhì)、毛坯、熱處理 … ） 工藝（加工方法、加工設(shè)備 … ） 一次相似性 ? 機械零件之間存在相似性 這種相似性主要表現(xiàn)在三個方面： 成組技術(shù) （ Group Technology—GT） ? 機械產(chǎn)品中各類零件出現(xiàn)有明顯的規(guī)律性（圖 114） 正是由于 70%左右的零件屬于相似件，構(gòu)成實施成組技術(shù)的客觀基礎(chǔ)。 ? 機械制造領(lǐng)域中定義：將多種零件 （ 部件或產(chǎn)品 ）按其相似性分類成組 ， 并以這些零件組 （ 部件組或產(chǎn)品組 ） 為基礎(chǔ)組織生產(chǎn) ， 實現(xiàn)多品種 、 中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計 、 制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化 。 成組技術(shù) （ Group Technology—GT） 33 成組技術(shù) （ Group Technology—GT） 圖 117 成組技術(shù)基本原理 產(chǎn)品 部件 零件 零件組 A B C A1 A2 A3 B1 B2 C1 C2 C3 C4 ? 將多種零件按其相似性分類成組，人為擴大生產(chǎn)批量 ? 重復使用原則： ◆ 資源重復使用，降低生產(chǎn)成本； ◆ 作業(yè)熟練程度增加，提高生產(chǎn)率。 ★ 20世紀 60年代西歐研究 GT 形成高潮 ， 代表人物首推阿亨工業(yè)大學 Opitz 教授 ， 他所領(lǐng)導的小組進行了大量的調(diào)查研究工作 ， 為成組技術(shù)提供了重要的理論依據(jù) 。 ★ 20世紀 80、 90年代 ， GT 與各種新的制造方式相結(jié)合 ，成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ) 。 ★ 20世紀 60年代中期以后 ， 由于文化大革命 ， 國民經(jīng)濟陷入混亂狀態(tài) ， GT 無從談起 。 ★ 20世紀 80年代中期后 ， 計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌 ， 采用 GT 成為企業(yè)自發(fā)的行為 。 ★ Opitz 分類編碼系統(tǒng)（圖 118， 119， 120） ★ JLBM1 分類編碼系統(tǒng)（圖 121） ? 分類編碼系統(tǒng)簡介 特點： 1）結(jié)構(gòu)簡單，使用