第18章先进生产方式

零件的装卸
刀具磨损
加工监控
工件检测
第18章先进生产方式
3、CAM 的作用
• （1）实现加工、组装、搬运、工装转换、检 测自动化、
•
使整个系统有机结合。
• （2）实现整个系统的高效率生产。
• （3）利用成组技术GT，提高多品种少量生产 效率。
• （4）具有较高的生产柔性。
• （5）能可靠处理设备故障、刀具寿命、切削 等。
●
标标 联联
x
始
动动
x 第18章先进生产方式
② CNC（计算机数控） MNC（微型机数控）
NC 机床 数控装置（专用处理机） CNC、MNC，直接用计算机控制，使用方便。
③ DNC（群控）（分布式数控）
用一台主计算机和数台乃至数十台NC机或CNC 机 联起来，把计算机内作成文件形式的加工指令信息 以再线实时方式，分式地分别传给各机床。
器人
第18章先进生产方式
2、CAM的构成
自动加工设备：NC、CNC、DNC、MC
（1）硬件系统 组装设备 ：机器人（手）
搬运设备 ：机器人（手）、无人小车
工件存储 ：自动仓库
（2）软件系统
随行夹具
生产过程控制与管理：安排原材料
NC机床 入库
部件组装
无人小车
出库
产品组装
工艺过程控制与管理： 刀具、夹具选择、NC编程
WWWW J
WWWW J
WWWW J
DDDD
QQQQQ
QQQQQ
QQQQQ
QQQQQ
(b)
D：产品出库 J： 检 验 Q： 办公室 R： 产品入库 S： 维修部 W： 仓 库 工场用的为： 长 ：宽=9 ：5
的矩形
接近度
A
B
X
O
第18章先进生产方式
计算机辅助制造 CAM
1、CAM发展中典型事件
• 1944 年 计算机在美国陆军首次使用 • 1952 年 美麻省理工学院首创 NC 铣床、APT语 • 1957 年 日本东北工业大学推出 NC 车床 • 1958 年 美推出加工中心 MC • 1959 年 美推出工业机器人（极坐标式） • 1967 年 英、日推出 DNC 群控机床（分布式数控） • 1970 年 在组装、焊接、喷柒、冲压中大量使用 机
DBR是TOC（约束理论）中的一种管理方法，DrumBuffer-Rope，简称 DBR，中文直译为“鼓·缓冲·绳子方 法” ，台湾地区翻译为“限制趋导式管理方法” 。
• 识别瓶颈 • 基于瓶颈的产品出产计划 • “缓冲器”的管理与控制 • 控制进入非瓶颈的物料，平衡物流 • 瓶颈上加工批量大，上游则是小批量多批次 • 考虑在制品、成品库存、加工和人工费用 • 绳索的作用是使库存最小，控制生产节奏
• OPT的目标 – 净利润(Net profit, NP) – 投资风险率(Return on investment, ROI) – 现金流量(Cash Flow, CF) – 产销率(Throughput, T) – 库存(Inventory, I) – 运行费(Operating Expenses, OE)
NC机床
监控 装置
NC机床A
机
械
工作机械A
手
B式
FMC
检
验
台
机械手
工作机械C
C
NC机床
托
盘
式
FMC
检验台
托盘交换装置 第18章先进生产方式
按物流状况FMS有两大分类
●流水型FMS（FTL）：品种少、产量大、物流方向较单 一，加工设备和搬运装置按物流方向布置。
●随机型FMS：品种多、批量少、物流方向复杂、加工、 搬运设备多与FMC单元布置相结合。
④ MC（加工中心）
MC 是进一步综合数台普通NC机床的多功能自动加 工设备。（具有自动刀库、按指令自动交换刀具， 可进行铣、镗、钻、铰、攻丝等多种作业）。
第18章先进生产方式
5、FMC（柔性加工单元）— CAM的基本单元
概念：是一种能独立运转并具有机械加工、材料搬运、
监控功能，以单元作为一个独立整体的加工设备。
第18章先进生产方式
• 背景
•
敏捷制造(Agile Manufacturing,AM) 20世
纪90年代，信息技术突飞猛进，信息化的浪潮汹涌而
来，许多国家制订了旨在提高自己国家在未来世界中
的竞争地位、培养竞争优势的先进的制造计划。为重
新夺回美国制造业的世界领先地位，美国政府把制造
业发展战略目标瞄向21世纪。美国通用汽车公司
第18章先进生产方式
– 知识面广的雇员 – 开放的体系结构 – 产品设计一次成功 – 产品终身质量保证 – 缩短交付期 – 技术的领先作用 – 技术的敏感 – 整个企业集成 – 基于愿景的管理与领导
第18章先进生产方式
敏捷制造与大量生产在思想观念的区别
• 使顾客富裕(enriching the customer)
输出
创成式 CAPP （理论式）
机床夹具 切削用量 数据库
第18章先进生产方式
3、机械加工自动化CAD
CAD
CAPP
刀具 NC 路径
用量
4、设备布置计划
APT、EXAPT 语言
（1）计算机关系布置规划（CORELAP）
原理：以活动关系图REL为基础，按照权值大小 和关系密切程 度，通过逐次选择和布置各项活动的位置，直至形 一个 满意的布置方案。
（2）计算机设备布置规划（CRAFT）
原理：在已有初步布置方案基础上，以运费最低为原则，成对调 换两设备位置，计算其运费并与原方案比较其差额，最后 按成本降低额大小确定位置。
第18章先进生产方式
5、产品设计的分析与优化
产品性能、特性分析 分析 结构分析
成本分析
大小 优化 重量
费用
U
U UI
IA U2 U 1 O
（GM）和里海（Leigh）大学的雅柯卡（Iacocca）
研究所在国防部的资助下，组织了百余家公司，由通
用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、
AT&T、摩托罗拉等15家著名大公司和国防部代表共
20人组成了核心研究队伍。此项研究历时三年，于
1994年底提出了《21世纪制造企业战略》。在这份报
告中，提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利
AO E A4 3U U
符号 值
A6 E5 I4 O3 U2 X1
接近度
绝对必要 特别重要
重要 一般 不重要 不可接近
代号
1 2 3 4 5
原因
物质流 信息流 文件接触 人员接触 监督
第18章先进生产方式
R 产品入库
A
G
W 仓库
J 检验
A
D 产品出库
O
Q 办公室
S 维修部
O
(a)
RR
JJ
WWWW J
● 始点
● 终点
第18章先进生产方式
●点位直线控制（直线切削控制）
除控制两相关点位置外，还要控制一个坐标方向、刀具移动速度 和轨迹。
y
终
始
终
始
点
点
x
● 轮廓控制（连续轨迹控制）
同时对两个（或两个以上）坐标进行连续控制，除控制始点和终 点外，还需控制整个加工过程中走刀路线和速度。
y
y
●终 两 多
坐坐
类型：主要有两种：
机械手式加工单元 —— 适于轴类加工 托盘式加工单元 —— 适于箱体类
FMC— 是FMS的基础
6、FMS（柔性制造系统）—CAM 的主体
概念：将CAM中所需的各种富有柔性的自动化
设备与计算机连接起来，形成能加工多 种零件的自动生产设备。
第18章先进生产方式
检 验 台
刀具 交换
机械手
益，又能获取他们共同利益的一种新的生产方式，即
敏捷制造。
第18章先进生产方式
• 敏捷制造是在具有创新精神的组织和管理结构、先进制造技术（以信息 技术和柔性智能技术为主导）、有技术有知识的管理人员三大类资源支 柱支撑下得以实施的，也就是将柔性生产技术、有技术有知识的劳动力 与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理集中在一起，通过所建 立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场进度作出快速响应。 敏捷制造比起其它制造方式具有更灵敏、更快捷的反应能力。
第18章先进生产方式
• OPT软件系统
产品网络
资源描述
BUILDNET
工程网络
报告
SERVE初步分析
SPLIT
主网络 BRAIN 关键资源排序 报告
服务网络
SERVE 非关键资源排序
报告
第18章先进生产方式
第2节 敏捷制造
• 敏捷制造是美国国防部为了指定21世纪制造业发展而 支持的一项研究计划。该计划始于1991年，有100多 家公司参加，由通用汽车公司、波音公司、IBM、德 州仪器公司、AT＆T、摩托罗拉等15家著名大公司和 国防部代表共20人组成了核心研究队伍。此项研究历 时三年，于1994年底提出了《21世纪制造企业战略》。 在这份报告中，提出了既能体现国防部与工业界各自 的特殊利益，又能获取他们共同利益的一种新的生产 方式，即敏捷制造。
• 4、建立新型的标准体系，实现技术、管理和人的集成。
• 5、最大限度地调动、发挥人的作用。
第18章先进生产方式
• 敏捷制造企业的基本特征
– 并行工作 – 继续教育 – 根据用户响应建立组织机构 – 多方动态合作 – 珍惜雇员 – 向工作小组及成员放权 – 对环境仁慈 – 柔性的重新配置组合 – 信息的沟通
– 为客户创造价值 – 为客户提供解决方案(solution), 比较IBM
• 合作竞争
– 在竞争中合作，在合作的基础上竞争 – 战略联盟，虚拟企业
• 急救室式的工作 • 发挥人和信息的作用
– 人：高素质的人 – 信息：及时有用的信息
第18章先进生产方式
实现敏捷制造的措施
• 将继续教育放在首位 • 虚拟企业的组成和工作 • 计算机技术和人工智能技术的应用 • 方法论的指导 • 环保 • 绩效测量与评价 • 标准和法规的应用 • 组织实践
7 abcd
除次品
1
2
8
工件流
成品流
第18章先进生产方式
(2) 自动加工设备
① NC机床（数控机床）
指具有一个或几个刀具的单一功能的切削设备（如NC车、NC铣）按 机床运动轨迹分为三种：
●点位控制（点到点控制）
只控制刀具从一个位置精确地移动到另一位置。对移动速度、轨迹 不影响加工质量、只与生产率有关。
柔性制造系统现状、发展趋势
●1967年 英国国家工程实验室建造 Moling —24系统开始 ●70 年代起 在美、日、西欧、苏联、东欧大力发展 ●目前：日、美居领先，主要发展大型FMS
西欧、苏联、东欧 主要发展CAD/CAM、FMC ●趋势：进一步提高系统柔性（如：输送系统）
第18章先进生产方式
• 核心思想
•
敏捷制造的核心思想是：要提高企业对市场变化的快
速反应能力，满足顾客的要求。除了充分利用企业内部资
源外，还可以充分利用其他企业乃至社会的资源来组织生
产。
• 特点
• 1、从产品开发开始的整个产品生命周期都是为满足用 户需求的。
• 2、采用多变的动态的组织结构。
• 3、着眼于长期获取经济效益。
第18章先进生产方式
OPT的基本思想: 解除瓶颈
OPT的原则
• 平衡物流 • 系统决定瓶颈 • “利用” “活力”
• 瓶颈上一小时的损失 是整个系统的损失
• 非瓶颈获得一小时无 意义
• 瓶颈控制库存和产销 量
• 转运批量 加工批量 • 加工批量可变 • 作业兼顾约束
第18章先进生产方式
DBR (Drum-Buffer-Rope)系统
运算组合复杂立体形状
体素构成法 境界构成法
第18章先进生产方式
2、计算机辅助工艺设计（CAPP）
检索式（经验式）
数据库
人 机 对 话
加工 原则
原始数据
形成零件族
确定 加工参数
修改 打印
零件族
样 件 生 成
典型 工艺
第18章先进生产方式
加工关系 决策 规则
零件描述 工序选择 工艺路线 选机床夹具 确定切削用量 工艺方案优化
第18章先进生产方式
4、CAM中的自动加工
（1）自动加工的概念
主轴自动回转
(a) 毛坯自动仓库 1
拖扳、刀架自动移动 (b) 自动搬运
2
7 自动切削
(c) 托盘自动交换
自动启动、停车Biblioteka Baidu
(d) 自动刀库
刀库
4
自动换刀装置 5
图
自动切削清除 6
自动检测
9
10
第18章先进生产方式
4
清切削
5
刀具流
NC机床
第18章先进生产方式
2020/11/25
第18章先进生产方式
第18章 其它先进生产方式
• 第一节 最优生产技术 • 第二节 敏捷制造 • 第三节 计算机集成制造系统
第18章先进生产方式
第1节 最优生产技术
OPT(Optimized Production Technology,最佳生产技术) 是一种改善生产管理的技术，以色列物理学家Eli Goldratt博士于70年代提出，用于安排企业生产人力和 物料调度的计划方法。
第18章先进生产方式
第2节 计算机辅助产品设计CAD)
1、人机对话自动绘图CAD（CAG）
形状设计
形状模型化
• 二维模型：三面投影图、断面图 • 三维模型：
• 线架模型—— 用细线表示立体上棱线 交线、轮廓线 • 表面模型—— 用连接各边构成一个面构造，立体形状 • 实体模型—— 以方体、圆柱、三棱锥等体素，按照集合