02633现代制造系统自考笔记

1制造系统工程基础
1.1简述制造的概念：
广义：包括制造企业的产品设计、材料选择、规划、制造生产、质量保证、管理和营销的一系列有内在联系的活动与运作。

狭义：指利用工具、装备或装置把原材料转换成产品/货物的生产。

1.2简述制造的基本特性及其重要性
为人的生存与发展提供基本的物质资料；制造业为国家创造了财富；是不断造福人类和保障世界和平的保证。

1.320世纪的制造模式有哪些？各种模式的主要特征是什么？
机械模式：是机械自动化的生产模式，是以机械论为主导，不承认个体的创造性和主动性。

生物模式：主张摒弃机械模式的泰勒制，实行目标管理，子提出目标和要求，注重实施者的自主性，对项目提供必要的资源，明确达到的目标和验收结果。

社会模式：就是主张从系统工程的观点研究人与人和部门与部门之间的交互作用，对他们执行集成系统管理，使企业形成“系统整体大于部分之和”的“相乘效果”。

自然科学—社会科学一体化模式：充分利用知识、信息与自然科学—社会科学最新成果，尊重人，充分发挥人的作用，实施小组与群体/工段/集团自组织、动态快速响应和不断改进与创新的人鱼自然和谐的模式。

1.4如何获取高的附加价值？
知识、软件和各种服务同物质产品的有机结合
1.5自动化的本质是什么？
是指把机械、电子和计算机系统用于操作和控制生产的技术。

1.6现代制造面对的困难和出路何在？
世界制造业面临的困难
现有的产品饱和，制造生产能力大量闲置，不少产品供过于求；
‘工业空洞’推动发达国家将中低技术产品和基础产业向发展中国家和地区转移；
资源的滥用以引发人类继续生存下去的资源、能源和环境污染危机；
职业吸引力迅速下降。

基于‘三高’的制造阻碍可持续发展（高物耗、高能耗、高污染）
企业管理的不足
制造技术的不足
可持续发展
从创新战略、技术、方法和系统多角度革新制造，走可持续发展的工业化和现代化道路
1.7简述灵捷制造战略的核心
革新管理和组织机构、柔性技术、掌握熟练技艺，有知识和创新能力的员工。

1.8一个灵捷制造企业有哪些特征？
组织机构的特征、人员特征、柔性技术特征
1.9何谓TCS？实施TCS的关键是什么？
“使顾客完全满意”
自上而下地转变传统的观念，确立TCS观念，建立基于TCS的企业文化；
把TCS作为企业业务工作目标落实到每个员工和每项活动中，量化到人；
把TCS作为员工业绩评定的最终标准。

1.10制造过程的主要特征有哪些？
是一个按规定顺序和方向转换的过程；
是具有非线性、远离平衡态、有耗散特性的动态开放式系统。

1.11简述制造的生产类型及主要特征
单件生产、批量生产、大量生产
产量增大、生产率增高、劳动者技艺水平增高、工具专用性增大
1.12何谓规模经济？其本质如何？
定义：大规模生产导致的经济效益
规模经济是由于一定的定量的范围内，固定成本可以认为变化不大，那么新增的产品就可以分担更多的固定成本，从而使总成本下降。

1.13何谓学习（熟练）效应？
多品种小批量生产中，单位产品的加工工时随批量的增加而趋于降低。

学会计算
1.14简述制造过程中的五种流
物料流：即制造系统同环境间有物质交换，系统从外部获取原材料、坯件和配套件，输出成品货物和废弃物。

信息流：指的是生产组织与管理、生产计划与控制、物料转换技术/方法/程序、过程与产品评价等所需的各种信息或知识的传递与转换过程。

能量流：制造系统运行是一个低熵的有序过程，必须有能量才能维持其有序度。

制造系统同外界的能量输入与输出交换及系统内能量的转换和传递过程。

成本流:制造过程的经济学本质是资金的不断消耗和创造附加价值（社会财富）的过程。

资本的物化和劳动的物化劳动同知识、软件和服务的结合是产品货物增值。

这种附加价值的过程称为成本流。

误差流又称为制造或加工误差流，指的是从原材料到最终产品各种误差的传递与变换过程。

1.15企业的目标是什么？
利润目标：通过管理使之最大化；社会目标：为社会造福做贡献。

1.16何谓生产率、平均生产率与边际生产率？
生产率:从生产资源转化成产品/货物过程最重要的指标。

平均生产率：是产出对生产（输入）要素之比，常用的劳动生产率为平均劳动生产率。

边际生产率:是单位输入的变化与总输出变化关系的表征。

1.17如何提高制造的效率？
主观因素、客观因素
1.18何谓系统的协同效应？
由于“相乘效应”组织起来构成有机整体的现象。

1.19何谓系统的集成？
全系统经常采取系统集成的模式，并有如下3个特征：
协调不同的自治维护领域/方面的集成。

协作可以获得共生增益。

协同协同地获得放大效益。

1.20系统思考有哪些要点？
一切事物是相互关联、相互依赖的，系统是一个整体，有一定的运行环境和一定的寿命期。

事物可能有确定性、随机性、模糊性或不确定性等特征。

事物的相关性中存在一类关系——因果关系
因果关系中最重要的特性是可测度性和可预测性
协同作用——系统组元间存在非线性放大机制是系统自组织和实现‘整体大于部分之和’的协同效应和本质。

界面的交互作用是协同作用的重要关键因素之一。

1.21系统有哪些基本属性？
集合性、相关性、层次性、目的性、适应性、可学习型
1.22简述系统的抽象定义、结构定义、功能定义和程序定义
抽象定义：“系统是两个或两个以上相互关联，并可以识别的要素集合体”。

根据这一定义，从理论、逻辑、数学和辩证法不同角度研究“一般系统”。

这里主要强调系统的相关性。

结构定义：“系统是在一定的外部环境下，实现规定的目标的若干互相关联、可以识别的要素集合体。

”它主要强调系统的静态结构。

功能定义：“系统是一个接受某些输入，经作用后转换为某种输出的过程。

”它强调环境与系统间的相互作用，这是系统的转换特性。

动态（程序）定义：“系统是事物按逻辑、整体、时间进行处理的流程。

”
1.23简述系统方法的重要性
全球化趋势的推动
计算机和信息网络技术的飞速发展，极大地强化了复杂问题求解方法和所需要的信息搜集、处理、存储和变换能力。

多种先进技术的发展为企业提供了正确决策与获取大系统问题优化解的支持，使它们的实现成为可能。

1.24一个系统的5个基本问题是什么？
系统分析、系统运作/运行、系统反演（逆变）、系统综合、系统优化
1.25系统全寿命设计涉及哪些因素？
订货、可靠性、可维护性、合用性、可改进性、可处理性
1.26简述系统优化的方法
极值法、数学规划法、多目标优化、网络理论、最大原理、函数分析法、隐式枚举法
1.27常用的决策判据有哪些？
最优准则、满意准则、一致性准则
1.28何谓大系统？“系统的大小与复杂性成正比”的说法对吗？
在整个时间上，系统的功能要求数大于10个或者更多
说法不对系统的复杂性同系统的大小区别开来，复杂性指的是实现的难易程度。

1.29工程决策有哪些基本假定？试述决策过程的阶段与活动。

事实假定、价值假定
1）明确问题，确定判据/准则
2）拟制问题解的多个可行方案，估计各方案的效果——效用、价值、收益或者受损情况。

3）选择决策方案
4）对多个可行方案进行量化计算、优化和对比分析，确定选取的方案
决策的活动：选择一位决策经理，成立授权的多功能的交叉决策小组；开展上述四项决策过程活动；经过充分了解和酝酿后有最高决策人或决策层集体核准，形成文件，下达实施。

1.30试述6类工程决策的基本判据
1）确定状态下的决策：选取效益矩阵中最大报酬的战略
2）风险状态下的决策：选取最大的期望报酬的战略
3）在不确定状态下的决策：
4）在遗憾准则下的决策：使最大遗憾最小化
5）在Laplace判据下的决策：利用战略的期望最大化判据决策
6）竞争型决策：选取最大损失最小化的决策
1.31试述制造系统的含义、结构、生产过程和程序。

含义：CIRP定义制造业中形成制造生产的有机整体。

结构方面定义：制造系统是硬件（包括生产设施—机床，夹具等）物料传送装置，工人和其他所属装置组成的统一集合体，由生产信息，知识。

技术，方法和软件支持它。

生产过程定义：根据系统的转换定义，制造系统可定义为生产资源，特别是原材料转换成最终产品的转换或者变换过程。

程序定义：把制造系统看成生产的运作程序，即制造的管理系统。

1.32制造系统工程的核心观点是什么？
为要高效而经济地完成生产活动，最重要的是物料流、信息流、成本流的完全统一。

物料流主要指生产过程系统，信息流主要指生产管理系统，成本流主要是生产的经济系统。

制造研究的统一集成范例被称为制造系统工程。

1.33信息是什么？它与物质、能量有何关系？其主要特征有什么？
概念：经过处理后能为人接受和理解、有确定含义的情报的原材料。

关系：信息既不是物质，但又源于物质运动与状态；既与能量有关，并可相互转换，但又不是能量本身。

特征：信息的量与质、信息的可更新性、信息的精度与可靠性、信息的响应与适应能力、信息的价值与成本。

1.34MIS与SIS有何不同？
MIS管理信息系统是能提供企业（公司）管理活动各部门和各层次的规划，实施和控制问题求解活动管理和决策精确而及时信息集成的信息系统。

SIS战略信息系统供最高管理层用的有战略规划功能的信息系统；主要涉及服务业，而不是制造业。

1.35如何提高制造生产率？
采用柔性制造原理，压缩产品品种变换的准备时间，适应批量变化；
采用高效加工方法与设备
压缩辅助时间
提高切削用量或者过程变量
实现少人的‘无人化’加工
利用“零时间哲学”
1.36何谓制造自动化？制造自动化的目的有哪些？制造自动化有哪些类型与特性？
定义：利用机械，电子和计算机技术实现操作与生产控制自动化和经营管理自动化。

目的：大大地提高生产率、提高产品质量，保证制造过程质量的稳定性、降低生产资源的消耗、极大地降低生产制造成本、缩短生产时间和交货期、改善劳动条件，替代重复呆重的体力与脑力劳动。

刚性自动化：是指按工艺流程不变顺序地布置设施与设备的自动化。

可编程自动化：是指其装备能适应不同品种制造，加工顺序决定于控制的程序，是可变顺序的自动化。

柔性自动化：制造系统对外部因素变化的顺应性和对内部因素变化的适应性。

1.37制造系统自动化的基本策略有哪些？
工序专门化、工序集中、工序并行化、工序集成、提高柔性、改进物流系统，缩短制造时间，降低在制件数、提高过程质量及其稳定性、控制和优化制造过程、集成、计算机集成制造。

1.38简述自动化制造系统的组成与类型。

组成：由自动化设备、自动化运输设施、物料、刀夹量辅具、计算机系统、操作/管理/控制/编程人员等硬件要素组成。

要组成运作，必须要生产技术、方法和软件等要素支持。

直线型布置、回转型布置
1.39自动化制造系统中有哪些工件传输方法？
连续传输装置、间断或同步传输装置、异步传输装置
2成组技术基础
2.1成组技术的原理和实质是什么？通过何种手段取得实际效益？GT的柔性是何含义？
相似性原理：结构形状、工艺和材料
GT的效益来源于制造资源的重复使用
制造系统适应产品对象修改或更改后的适应能力，即适应加工多品种产品的能力。

2.2零件分类和编码系统的概念是什么？
用字符（数字、字母或符号）对零件各种特性或属性进行描述、识别的一套特定规则。

2.3传统GT与新GT
GT和FMS、CIMS的结合，就是区别于传统GT的新GT
2.4什么是零件分类编码系统的结构原理？
结构可分为链式、树式、混合式三种C k=MN+ΣM k
2.5试述Opitz系统的总体结构及其功能和特点。

由9位十进制数字代码组成，前5位（1~5码位）为主码，表示零件几何形状的特征，称形状码。

后4位（6~9码位）位辅助码，每一码位包含10项特征码，用数字0~9分别表示零件的特征。

2.6JLBM-1系统的功能、特点是什么？与Opitz系统有何区别？
功能：适用于机械制造厂在设计、工艺、制造和生产管理部门应用成组技术的多用途分类编码系统。

采用15个码位，每个码位包含10项特征码，第1、2位码构成一个功能名称矩阵，反应零件的功能和主要形
状，第3~9位码表示零件的主要几何形状和加工特征。

第10~15位码为辅助码，表示零件的材料、毛坯、尺寸和精度等。

2.7解释德国斯图加特工艺分类编码系统的特点，系统结构及其与Opitz零件分类编码系统的区别。

以工艺分类为目标；由十进制的8位码组成
2.8在实施GT中，“零件组”的含义是否唯一？并进行解释。

不是唯一，讲零件集合从相似性原理出发，按一定目的分类成组。

2.9解释用码域法和特征码位法分组的原理。

码域法：是对零件代码各码位的特征规定几种允许的数据，用它作为分组的依据，将相应码位的特征放宽了范围。

特征码位法：实际生产中，根据分组的应用目标，通常只要求零件全部编码中只有若干特征码属性相似即可。

这种仅用部分代码作分组依据，只考虑主要问题而忽略次要问题的分组方法称为特征码。

2.10说明生产流程分析（PFA）和用分类编码系统分组在原理上的主要差别是什么？
以零件的加工工艺过程为依据，通过分析进行分类这种分组称为生产流程分析。

PFA使用制造数据，而非设计数据或图样来识别零件组
2.11什么是聚类分析的基本概念？
是在生产流程资料的基础上，按数理统计学中样本按特征分类的一种多元分析方法，也是一种可以按统计量对分组进行定量分析的方法。

2.12GT在产品设计中主要起到什么作用？有何意义？
将设计信息重复使用，不仅能显著缩短设计周期及减少设计工作量；为产品设计明确了标准化的方向，提供了方法和手段，并可获得巨大的经济效益。

2.13GT在产品设计中应用时对零件标准化按相似程度分几个等级？各有何作用？
简单标准化：只对相似零件上的功能要素实行标准化。

基本标准化：将相似零件上的基本形状和功能要素二者实行标准化。

主要标准化：将相似零件上的基本形状、功能要素和功能要素配置三者实行标准化。

完全标准化：将相似零件上的基本形状、功能要素、功能要素配置和主要尺寸四个要素都实行标准化。

2.14说明零件标准化工作的步骤和能取得的结果。

从零件族中挑选出能达到主要标准化的零件开始，在这些零件中有些通过尺寸的修改作为完全标准化的标准件；如果由于某种原因不能成标准件，将这种标准结构形式的零件绘制成哑图，以便设计人员填写尺寸应用，达到主要标准化的目的；
在挑选有条件实现基本标准化的零件，通过基本形状和功能要素在不影响功能要求下的修改和统一；
最后对剩下的零件进行功能要素的标准化，即简单标准化。

提高设计效率、显著减少了设计工作量和图纸数量；为CAD系统建立图样数据库作了准备。

2.15制订成组工艺是一次性的工艺准备工作还是经常性的工作？为什么？与计算机辅助工艺设计有何关系？一次性的工艺准备工作，实现工艺标准化，为实施CAPP而必须做的前期工作。

2.16回转体零件和非回转体零件在成组工艺原理上有何相同处和不同处？
回转体零件：“机床、工艺装备、调整”，按复合零件编制的成组工艺，拥有同组零件的全部待加工表面要素，能加工复合零件，肯定能加工同组的其他零件。

全面做减法
非回转体零件：“机床、夹具、工艺”，以同组零件中最复杂的工艺路线为基础，没有的工序分别添上，能满足全组零件的加工要求。

复杂还要做加法
2.17将GT用于车间设备布置与传统的设备布置方法有何不同？能取得什么效益？
传统以工段来布置，GT以物料流动方式来布置；物料流动消除了迂回与倒流，物料搬运工作大为简化，便于生产管理，大大缩短生产周期。

2.18何谓“成组夹具”？在夹具结构上与专用夹具有何相同和不同之处？与通用夹具、通用课调整夹具有何
区别？
在成组技术原理指导下，为完成成组工序而设计、制造的专用夹具称为成组夹具。

3机床数字控制与编程
3.1何谓数字控制（NC）？数字加工的原理是什么？
数字控制：是借助于数字、字符和其他符号控制加工、处理与装配等设备的一种可编程的自动化方法。

数字加工原理：是把生成工件的刀具工件合成运动分解为机床运动坐标的运动分量，由程序控制自动实现刀具/工件的相对运动，按规定的加工顺序完成工件加工。

3.2NC系统由那些子系统组成？分类原则有哪些？
硬件系统、软件系统组成
运动控制、控制回路、同时控制的坐标轴数、按伺服驱动装置、定位坐标、数控装置、加工类型
3.3解释下列名词术语：反馈、开环与闭环系统、点位控制与轮廓控制、精度、定位精度、重复定位精度、
分辨率。

反馈：控制系统中某一级的信息向其前级的传递成为反馈。

开环系统：不把控制对象的输出同输入比较，即没有反馈功能的控制系统。

闭环系统：有功率放大与反馈功能，把控制对象输出与数字装置输出的指令信号比较，修正输出的控制系统。

点位控制（位置控制）：只要求被控对象达到工件上给定目标位置的控制方式。

其进给速度不由控制输入决定。

轮廓控制：同时控制两个或两个以上独立坐标轴运动，即联动轴数≥2的控制方式。

误差：实测值与真值之差。

精度：实测值相对于真值的分散程度，常用实测值与其均值差的均方根表述。

定位精度：实际位置与指令规定位置的偏离程度。

重复定位精度：在同一条件下，操作方法不变，进行规定次操作所得的各结果之间的一致程度。

分辨率：两个相邻分散细节间可以分辨的最小间隔，如可测量的最小增量，可控制的最小位移增量。

3.4何谓数控编程？其目的是什么？主要的编程步骤有哪些？
NC加工程序可利用计算机和处理程序，从零件程序得到加工程序，或由人利用规定的代码和格式制定零件的加工程序，称这一过程为数控零件加工过程。

目的：获取加工出符合图样要求的零件，而又充分发挥NC机床的功能及其加工效能的零件加工程序。

步骤：编程准备、分析零件图样，进行工艺处理、数学处理、编写零件加工程序单、制作控制介质、检验程序3.5手工编程、自动编程同CAD/CAM用零件数控程序编制有何异同？
手工编程：编制零件加工程序各步骤所涉及的工作站均由人工完成
自动编程：指用计算机进行NC机床程序编制，由计算机自动完成数值计算和零件加工程序单编写，并自动输出打印加工程序单。

CAD/CAM：用编程机编制程序，部分代替计算机编制程序。

编程机完成计算机辅助编程中的两项任务——定义零件的几何形状、确定刀具运动轨迹。

3.6传统数控在应用中存在那些问题？
零件编程错误、穿孔带的寿命、读带机的寿命、控制器的刚性、管理信息提供、不能优化切削速度与进给量。

3.7何谓CNC？其工作原理为何？有什么功能和优点？
计算机数字控制系统
CNC系统引入数字计算机替代专用硬件的MCU产生了一系列特点。

功能：一个以上零件程序存储、采用软盘、在机编辑程序、固定循环与编辑子程序、插补、定位调整特性、刀具长度与半径补偿、对话、通信接口。

优点：提高系统可靠性、更高的柔性、结构有通用性、有丰富的数控功能、与总的制造系统兼容、方便使用与维护。

3.8简述CNC的硬软件结构。

硬件结构分为单微处理器和多微处理器结构
单微处理器结构：微处理器和总线、存储器、纸带阅读机接口、纸带穿孔机和电传机接口、I/O接口、手动数据输入/显示器接口、位置控制器、PLC
多微处理器结构：共享总线结构、共享存储器结构
3.9简述CNC插补的原理。

逐点比较法：逐点计算和判别加工偏差
数字积分插补器：数字积分原理，用数的累加与等时间间隔的积近似积分。

比较积分法，不引入时间变量，直接用积分关系的数字积分原理进行插补。

数字脉冲乘法器：脉冲源经分频器，在其触发器上输出脉冲系列，被一个给定的二进位数通过逻辑乘门电路所控制，实现把坐标增量数字转换成相应的一串脉冲驱动坐标轴的运动。

3.10何谓刀具半径补偿？简述直线与圆弧补偿计算原理。

在轮廓加工中，由于刀具具有一定的半径，刀具中心的运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轮廓，在外轮廓加工或内轮廓加工时，刀具中心均要偏移零件外（内）表面一个刀具半径值，这种偏移称为刀具半径补偿。

直线：刀具补偿后的刀具中心轨迹是与程序轨迹平行的直线。

圆弧：刀具中心轨迹仍是一个与程序轨迹同心的一段圆弧。

3.11何谓适应控制？其使用效果如何？其发展中的主要问题是什么？
为得到要求的控制性能，能自动补偿环境与过程中不可预测的变化，随机地改变控制参数以适应环境与过程的各种操作控制。

提高切削安全性、提高生产率、保持最优的切削/磨削条件、降低加工成本、实现恒功率或最佳表面粗糙度加工。

主要问题：要求较多的投资、较完善的系统、较高级的元器件、控制的不可靠性。

4柔性制造及系统的基本原理
4.1柔性制造系统提高制造生产率的依据是什么？它的组成和类型有哪些？在其规划时应考虑的因素是哪
些？
依据：自动化传输装卸与存储系统、一组加工、处理、检测或装配同计算机控制系统。

组成：加工/处理工作站、物料传送装卸与存储系统、计算机控制系统
类型：按制造柔性分：专用指令FMS、随机指令FMS
按数控技术水平分：柔性制造单元、直接数控、FMS
规划时考虑因素：产量、加工流程/过程顺序的变动性、加工件的几何与物理特性、对人力资源的需求
4.2简述FMS的应用效益
高的机器设备利用率、减少辅助时间、降低制作时间、使制造系统有更大的柔性、达到更高的劳动生产率、提高产品的质量。

4.3在FMS中有哪些工作站，其特征是什么？
加工中心、可换主轴箱机床、分度主轴头机床、组合铣、组合车、装配工作站、检验站、金属薄板加工机、锻压工作站、激光加工处理工作站。

工作站的软硬件与FMS兼容，并与FMS的主控系统组成统一的系统，保证FMS的柔性。

4.4简述FMC的特点及构成。

特点：有自动化加工功能、有物料传输存储功能、有完成自动加工与检测的控制功能、有自动检验监视等功能。

构成：加工中心与托盘交换系统组合式、数控机床与工业机器人组合式
4.5FMS中的物流系统有哪些功能？其组成有哪些部分？
使工件在工作站随机而独立地运动、能装卸不同形状的工件、暂存储功能、便于工件装卸、与计算机控制兼容由输送、搬运、存储设备及控制系统组成
4.6简述FMS中物流设备的布置方案及其主要特征。

行排列、环形布置、梯形布置、开放式布置、以机器人为中心的单元
主要特征：
4.7计算机在FMS中可完成的功能有哪些？
各制造工作站的控制、把控制指令分散给各工作站、生产控制、传输控制、往返控制、工件传输与装卸系统的监视、刀具控制、对FMS系统性能的监视控制及报告。

4.8FMS有哪些数据文件？。