机械工程概论
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機械工程概論
謝淑華
製造組師資
• • • • • • • • • • • 吳錫侃 材料 陳永傳 材料 潘永寧 鑄造 廖運炫 切削尤其是放電加工 范光照 量測 楊宏智 切削 楊申語 塑膠成型 楊燿州 微機電系統 蔡曜陽 材料和微加工 謝淑華 製造系統 未來師資 蘇培珍 材料和微加工？
何謂製造？
原材料 設備
產能需求規劃 Capacity requirement planning
• 簡稱CRP • 規劃人力與機器設備以配合MPS • 限制超過產能的MPS規劃#
生產管制
隨時監控所安排的生產規劃被正確的執行， 若無，即時糾正。 • 現場監控Shop floor control • 品質管制Quality control # • 倉儲管制Inventory control#
製程規劃
• Process planning for parts加工零件製程規 劃 • Process planning for assemblies組裝製程 規劃 • Make or buy decision製造或外購的決定
製程規劃的考量
• 詳加解釋設計圖，包括材料、尺寸、加工裕度、 表面磨光處理 • 加工方法與程序 • 加工機台的選擇 • 工具、模具、夾具與量測塊規的選擇 • 工作方法分析，包括工作站的設置、使用的工具、 如何使用起重機將工件舉起、手與身體的動作研 究 • 制定標準工時 • 切削工具與切削條件
產品研發
• 產品開發Product development： 利用電腦繪出產品的3D外觀(CAD)、 利用電腦執行產品的工程性質分析(CAE) 利用電腦模擬產品零組件加工可能遭遇的問題 (CAM) 利用電腦模擬產品組裝可能遭遇的問題(CAM) 利用電腦與快速成型模設備(rapid prototyping)產 生產品之雛形 • 建立工程藍圖：索引電腦內所儲存之資料庫，快 速建立工程藍圖 • 建立材料清單Bill of materials：索引電腦內所儲 存之資料庫快速建立材料清單
行銷、訂單的製 作與管理、客戶 帳單的處理等
生產系統 的設施
生產規劃
製程規劃、 MPS、MRP、 CRP
生產管制
現場監控、品質管制、倉儲管制
生產系統
兩大部分： 1. 設施 Facilities :工廠factory,設備equipment, 工廠佈置 plant layout 2. 生產輔助系統Manufacturing support systems
加工途程單 Route Sheet
#
後勤支援的規劃
• 後勤支援的規劃的考量: 1. 決定什麼產品，什麼時候製造，什麼數量 的細節，即what, when, how many； 2.安排運送與生產零件與產品的排程，即 scheduling； 3.規劃人力與設備資源以完成生產整體規劃
後勤支援的規劃
電腦輔助設計 Computer-aided design
• CAD被定義為在工程設計的過程中，有效 的利用電腦去產生設計圖、修改設計圖、 分析設計或說明設計 • CAD最常被認為是使用交互式的電腦繪圖 系統，稱之為CAD系統 • 在CAD系統中，可建立個人或公司的產品、 組件或元件之資料庫
電腦輔助工程分析CAE
• Mass properties analysis 物理性質分析 • Interference checking 零組件之間干擾檢驗 • Tolerance analysis 公差分析1.確定對產品的功能 與執行力的影響2.決定對產品組裝困難度的影響3. 確定零件尺寸的變異對組件的大小的影響 • Finite element analysis (in stress strain壓力張力, heat transfer, fluid flow etc.)有限元素分析 • Kinematic and dynamic analysis 運動與動態分析 • Discrete-event simulation 離散事件分析
現場監控Shop floor control
• 簡稱SFC • 監控確保所下放的製造令單被不同的工作 站正確的執行，而且隨時獲得被下放的製 造令單的目前狀態。 • 包括 (1)下放工作令單order release; (2)決 定派工順序order scheduling#; and (3)工令 進度的掌控order progress#
• 主生產排程 Master production schedule (MPS) • 物料需求規劃 Material requirement planning (MRP) • 產能規劃 Capacity requirement planning (CRP) #
Master Production Schedule 主生產排程
• 簡稱MPS • 每一個產品系列的總量被轉換成該項產品 系列之生產排程 • 在MPS所排出的該項產品之生產排程是依 據該項產品: (1) 已被確定的客戶訂單, (2) 由預測所得的需求, 和 (3)備用零件(spare parts)
Material requirements planning 物料需求規劃
物料搬運與儲存
5%
On machine
95% Moving and waiting
30% Cutting
70% Positioning loading, gauging, etc
檢測
• 品質管制的活動 • 檢查Inspection ：加工後是否符合設計標 準和設計規格.(一般指尺寸) • 測量Testing ：加工後是否符合功能規格 (一般只耐壓、耐熱、強度等).
Biblioteka Baidu
Total Quality Management TQM全面品質管理
• 品質是為了滿足顧客的需求 • 品質目標是公司最高管理階層所督促的 • 品質是公司全體人員共同維護的，並非單一品管 人員的職責 • 品質必頇是被設計製造出來的，設計製造人員必 頇檢驗自己的作業，確定作業的完美，並非事後 由品管人員檢驗出來的 • 品質不但是公司內全體人員共同維護的，也是公 司外供應商的職責 • 高品質的產品是經過不斷的改革，不斷的追尋
品質管制
• 1900年以前，操作員的品質管制 (operator quality control) 品質是檢驗出來的。 • 1940年代，統計品質管制 (statistical quality control，SQC) 品質是製造出來的。 • 統計品管(SQC)：最早期的品管控制，大都已統 計分析的技術為主，且偏重於製造過程，通常受 限於製造及檢驗部門，只能對品質控制做事後的 補救。 • 1960年代，全面品質管制 (total quality control， TQC) 品質是管理出來的。 • 1980年代，全面品質管理 (total quality management，TQM) 品質是習慣出來的。 • 1990年代，品質是設計出來的。
Computer-Aided Manufacturing 電腦輔助製造
• CAM被定義為在製造規劃與控制的過程中， 有效的利用電腦技術 • 目前的應用以自動撰寫CNC工件程式為主 • 此外自動撰寫製程規劃CAPP、標準工時的 訂定等
#
生產規劃
• 從機械人角度可分為二部份： • 製程規劃Process planning：所謂製程規劃是關 於以工程與技術為出發點探討如何製造某產品或 其零件 • 後勤支援Logistics support # 主生產排程Master Production Schedule 物料需求規劃Material Requirement Planning 產能需求規劃Capacity Requirement Planning
配合與控制
(Coordination and Control)
• 包括管理各加工機的獨立運轉與整個工廠 的運轉協調
生產系統
• 製造一樣產品並不是有機器與原料就行了 • 需要各方面的支援 • 原料、生產設備、人力與智慧結合支援成 為生產系統
生產輔助系統
產品研發
開發新產品 工程設計圖 BOM
業務功能
• 簡稱MRP • 將主生產排程展開成原物料與零件組件的 生產採購倉儲的完整計劃 • 其實MRP已成為生產規劃的軟體名稱
MRP軟體
• MRP系統乃是一套具有相關性的邏輯程序,決策規 則和紀錄之組合 • 能將表現於產品製造量和完成時間的「總生產排 程」(Master Production Schedule,簡稱 MPS),利用 材料清單(Bill of Materials, BOM),轉換成各種零組 件或材料的需求 • 並根據每項零組件或材料的前置時間(Lead Time), 決定工作命令單(Working Order, W/O),及採購單 (Purchasing Order, P/O)的發放時間和數量 • 若總生產排程,存貨或生產狀況有任何變動時,此系 統隨即重新調整命令發放的時間和數量,同時調整 已發出之命令的到期時間和數量.
下放工作令單order release
• 內容包括： 1. 加工途程route sheet 2. 物料需求material requisitions 3. 工作卡(用來掌控工作進度與工時) job cards 4. 允許物料搬運人員搬運工件的卡片，例 搬運看板transport kanban 5. 組裝零組件表
刀具、工具與 夾具
動力、能源
人力
•加工 •組裝 •物料搬運與儲存 •檢測
產品
切削廢料或 過期不適用 的材料或零 件
配合與控制
製造系統的基本活動
• 加工(Processing)：車、銑、刨、磨、沖、 壓、射出等 • 組裝(Assembly)：鉚、鎖、焊接、電弧、 卡鎖等 • 物料搬運與儲存(Material handling and storage) • 檢測(Inspection & test) • 配合與控制(Coordination and Control)
生產輔助系統
• 業務功能: 1.市場Marketing 2.銷售預測Sales forecasting 3.接受訂單Orders entry 4.成本會 計Cost accounting5.客戶帳單Customer billing • 產品研發: 1.產品開發Product development 2. 工程藍圖Engineering drawings, 3.材料清單 BOM • 生產規劃: 1.製程規劃Process planning 2.主生 產排程MPS 3.物料需求規劃MRP 4.產能需求 規劃CRP # • 生產管制: 1.現場監控Shop floor control 2. 品質管制Quality control 3.倉儲管制Inventory control#
Rapid prototyping 快速成型
•RP技術是在現代 CAD/CAM 技術、雷射技術、 計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及 新材料技術的基礎上整合發展起來的。
Rapid prototyping 快速成型
•RP技術的基本原理是：將計算機內的三維實體模 型進行分層切片得到各層截面的輪廓，計算機據 此訊息控制雷射器（或噴嘴）有選擇性地切割一 層又一層的片狀材料（或固化一層層的液態光敏 樹脂，燒結一層層的粉末材料，或噴射一層層的 熱熔材料或粘合劑等方法）形成一系列具有一個 微小厚度的片狀實體，再採用粘接、聚合、熔結、 銲接或化學反應等手段使其逐層堆積成一體制造 出所設計的三維模型或樣件。
Rapid prototyping 快速成型
•RP 技術快速制造出的模型或樣件可直接用 於新產品設計驗證、功能驗證、外觀驗證、 工程分析、市場訂貨以及企業的決策等， 非常有利於早找錯早修改早優化，從而大 大提高了新產品開發的一次成功率，縮短 了開發周期，降低了研發成本。同時， RP 技術有力地支持了同步工程的實施，可為 制造業企業帶來不可估量的收益。
槽形钢
弯接头
#
派工法則
• • • • • 先到先做 最早到期者先做 最短加工時間者先做 最少剩餘時間者先做 剩餘時間與加工時間之比最小者先做#
Order progress
• 目前工令加工狀態報告 • 整廠工作進度月或季報表 • 狀況報告#
品質管制
何謂品質 (Quality)？ 日本工業標準 (JIS Z8101) ：品質是所有特性 的全部，包括決定商品或服務是否能滿足 使用者之目的的績效。 ISO 9000 ：品質是商品或服務之所有具有能 滿足明確的或隱含的需要之能力的特性、 特質的全部。
謝淑華
製造組師資
• • • • • • • • • • • 吳錫侃 材料 陳永傳 材料 潘永寧 鑄造 廖運炫 切削尤其是放電加工 范光照 量測 楊宏智 切削 楊申語 塑膠成型 楊燿州 微機電系統 蔡曜陽 材料和微加工 謝淑華 製造系統 未來師資 蘇培珍 材料和微加工？
何謂製造？
原材料 設備
產能需求規劃 Capacity requirement planning
• 簡稱CRP • 規劃人力與機器設備以配合MPS • 限制超過產能的MPS規劃#
生產管制
隨時監控所安排的生產規劃被正確的執行， 若無，即時糾正。 • 現場監控Shop floor control • 品質管制Quality control # • 倉儲管制Inventory control#
製程規劃
• Process planning for parts加工零件製程規 劃 • Process planning for assemblies組裝製程 規劃 • Make or buy decision製造或外購的決定
製程規劃的考量
• 詳加解釋設計圖，包括材料、尺寸、加工裕度、 表面磨光處理 • 加工方法與程序 • 加工機台的選擇 • 工具、模具、夾具與量測塊規的選擇 • 工作方法分析，包括工作站的設置、使用的工具、 如何使用起重機將工件舉起、手與身體的動作研 究 • 制定標準工時 • 切削工具與切削條件
產品研發
• 產品開發Product development： 利用電腦繪出產品的3D外觀(CAD)、 利用電腦執行產品的工程性質分析(CAE) 利用電腦模擬產品零組件加工可能遭遇的問題 (CAM) 利用電腦模擬產品組裝可能遭遇的問題(CAM) 利用電腦與快速成型模設備(rapid prototyping)產 生產品之雛形 • 建立工程藍圖：索引電腦內所儲存之資料庫，快 速建立工程藍圖 • 建立材料清單Bill of materials：索引電腦內所儲 存之資料庫快速建立材料清單
行銷、訂單的製 作與管理、客戶 帳單的處理等
生產系統 的設施
生產規劃
製程規劃、 MPS、MRP、 CRP
生產管制
現場監控、品質管制、倉儲管制
生產系統
兩大部分： 1. 設施 Facilities :工廠factory,設備equipment, 工廠佈置 plant layout 2. 生產輔助系統Manufacturing support systems
加工途程單 Route Sheet
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後勤支援的規劃
• 後勤支援的規劃的考量: 1. 決定什麼產品，什麼時候製造，什麼數量 的細節，即what, when, how many； 2.安排運送與生產零件與產品的排程，即 scheduling； 3.規劃人力與設備資源以完成生產整體規劃
後勤支援的規劃
電腦輔助設計 Computer-aided design
• CAD被定義為在工程設計的過程中，有效 的利用電腦去產生設計圖、修改設計圖、 分析設計或說明設計 • CAD最常被認為是使用交互式的電腦繪圖 系統，稱之為CAD系統 • 在CAD系統中，可建立個人或公司的產品、 組件或元件之資料庫
電腦輔助工程分析CAE
• Mass properties analysis 物理性質分析 • Interference checking 零組件之間干擾檢驗 • Tolerance analysis 公差分析1.確定對產品的功能 與執行力的影響2.決定對產品組裝困難度的影響3. 確定零件尺寸的變異對組件的大小的影響 • Finite element analysis (in stress strain壓力張力, heat transfer, fluid flow etc.)有限元素分析 • Kinematic and dynamic analysis 運動與動態分析 • Discrete-event simulation 離散事件分析
現場監控Shop floor control
• 簡稱SFC • 監控確保所下放的製造令單被不同的工作 站正確的執行，而且隨時獲得被下放的製 造令單的目前狀態。 • 包括 (1)下放工作令單order release; (2)決 定派工順序order scheduling#; and (3)工令 進度的掌控order progress#
• 主生產排程 Master production schedule (MPS) • 物料需求規劃 Material requirement planning (MRP) • 產能規劃 Capacity requirement planning (CRP) #
Master Production Schedule 主生產排程
• 簡稱MPS • 每一個產品系列的總量被轉換成該項產品 系列之生產排程 • 在MPS所排出的該項產品之生產排程是依 據該項產品: (1) 已被確定的客戶訂單, (2) 由預測所得的需求, 和 (3)備用零件(spare parts)
Material requirements planning 物料需求規劃
物料搬運與儲存
5%
On machine
95% Moving and waiting
30% Cutting
70% Positioning loading, gauging, etc
檢測
• 品質管制的活動 • 檢查Inspection ：加工後是否符合設計標 準和設計規格.(一般指尺寸) • 測量Testing ：加工後是否符合功能規格 (一般只耐壓、耐熱、強度等).
Biblioteka Baidu
Total Quality Management TQM全面品質管理
• 品質是為了滿足顧客的需求 • 品質目標是公司最高管理階層所督促的 • 品質是公司全體人員共同維護的，並非單一品管 人員的職責 • 品質必頇是被設計製造出來的，設計製造人員必 頇檢驗自己的作業，確定作業的完美，並非事後 由品管人員檢驗出來的 • 品質不但是公司內全體人員共同維護的，也是公 司外供應商的職責 • 高品質的產品是經過不斷的改革，不斷的追尋
品質管制
• 1900年以前，操作員的品質管制 (operator quality control) 品質是檢驗出來的。 • 1940年代，統計品質管制 (statistical quality control，SQC) 品質是製造出來的。 • 統計品管(SQC)：最早期的品管控制，大都已統 計分析的技術為主，且偏重於製造過程，通常受 限於製造及檢驗部門，只能對品質控制做事後的 補救。 • 1960年代，全面品質管制 (total quality control， TQC) 品質是管理出來的。 • 1980年代，全面品質管理 (total quality management，TQM) 品質是習慣出來的。 • 1990年代，品質是設計出來的。
Computer-Aided Manufacturing 電腦輔助製造
• CAM被定義為在製造規劃與控制的過程中， 有效的利用電腦技術 • 目前的應用以自動撰寫CNC工件程式為主 • 此外自動撰寫製程規劃CAPP、標準工時的 訂定等
#
生產規劃
• 從機械人角度可分為二部份： • 製程規劃Process planning：所謂製程規劃是關 於以工程與技術為出發點探討如何製造某產品或 其零件 • 後勤支援Logistics support # 主生產排程Master Production Schedule 物料需求規劃Material Requirement Planning 產能需求規劃Capacity Requirement Planning
配合與控制
(Coordination and Control)
• 包括管理各加工機的獨立運轉與整個工廠 的運轉協調
生產系統
• 製造一樣產品並不是有機器與原料就行了 • 需要各方面的支援 • 原料、生產設備、人力與智慧結合支援成 為生產系統
生產輔助系統
產品研發
開發新產品 工程設計圖 BOM
業務功能
• 簡稱MRP • 將主生產排程展開成原物料與零件組件的 生產採購倉儲的完整計劃 • 其實MRP已成為生產規劃的軟體名稱
MRP軟體
• MRP系統乃是一套具有相關性的邏輯程序,決策規 則和紀錄之組合 • 能將表現於產品製造量和完成時間的「總生產排 程」(Master Production Schedule,簡稱 MPS),利用 材料清單(Bill of Materials, BOM),轉換成各種零組 件或材料的需求 • 並根據每項零組件或材料的前置時間(Lead Time), 決定工作命令單(Working Order, W/O),及採購單 (Purchasing Order, P/O)的發放時間和數量 • 若總生產排程,存貨或生產狀況有任何變動時,此系 統隨即重新調整命令發放的時間和數量,同時調整 已發出之命令的到期時間和數量.
下放工作令單order release
• 內容包括： 1. 加工途程route sheet 2. 物料需求material requisitions 3. 工作卡(用來掌控工作進度與工時) job cards 4. 允許物料搬運人員搬運工件的卡片，例 搬運看板transport kanban 5. 組裝零組件表
刀具、工具與 夾具
動力、能源
人力
•加工 •組裝 •物料搬運與儲存 •檢測
產品
切削廢料或 過期不適用 的材料或零 件
配合與控制
製造系統的基本活動
• 加工(Processing)：車、銑、刨、磨、沖、 壓、射出等 • 組裝(Assembly)：鉚、鎖、焊接、電弧、 卡鎖等 • 物料搬運與儲存(Material handling and storage) • 檢測(Inspection & test) • 配合與控制(Coordination and Control)
生產輔助系統
• 業務功能: 1.市場Marketing 2.銷售預測Sales forecasting 3.接受訂單Orders entry 4.成本會 計Cost accounting5.客戶帳單Customer billing • 產品研發: 1.產品開發Product development 2. 工程藍圖Engineering drawings, 3.材料清單 BOM • 生產規劃: 1.製程規劃Process planning 2.主生 產排程MPS 3.物料需求規劃MRP 4.產能需求 規劃CRP # • 生產管制: 1.現場監控Shop floor control 2. 品質管制Quality control 3.倉儲管制Inventory control#
Rapid prototyping 快速成型
•RP技術是在現代 CAD/CAM 技術、雷射技術、 計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及 新材料技術的基礎上整合發展起來的。
Rapid prototyping 快速成型
•RP技術的基本原理是：將計算機內的三維實體模 型進行分層切片得到各層截面的輪廓，計算機據 此訊息控制雷射器（或噴嘴）有選擇性地切割一 層又一層的片狀材料（或固化一層層的液態光敏 樹脂，燒結一層層的粉末材料，或噴射一層層的 熱熔材料或粘合劑等方法）形成一系列具有一個 微小厚度的片狀實體，再採用粘接、聚合、熔結、 銲接或化學反應等手段使其逐層堆積成一體制造 出所設計的三維模型或樣件。
Rapid prototyping 快速成型
•RP 技術快速制造出的模型或樣件可直接用 於新產品設計驗證、功能驗證、外觀驗證、 工程分析、市場訂貨以及企業的決策等， 非常有利於早找錯早修改早優化，從而大 大提高了新產品開發的一次成功率，縮短 了開發周期，降低了研發成本。同時， RP 技術有力地支持了同步工程的實施，可為 制造業企業帶來不可估量的收益。
槽形钢
弯接头
#
派工法則
• • • • • 先到先做 最早到期者先做 最短加工時間者先做 最少剩餘時間者先做 剩餘時間與加工時間之比最小者先做#
Order progress
• 目前工令加工狀態報告 • 整廠工作進度月或季報表 • 狀況報告#
品質管制
何謂品質 (Quality)？ 日本工業標準 (JIS Z8101) ：品質是所有特性 的全部，包括決定商品或服務是否能滿足 使用者之目的的績效。 ISO 9000 ：品質是商品或服務之所有具有能 滿足明確的或隱含的需要之能力的特性、 特質的全部。