机械制造技术基础张世昌机械制造技术概论

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1.2.2 制造业在国民经济中的地位
◆ 图1-7显示了当今制造业的社会功能。
冶金机械
动力机械
纺织机械
建筑机械
家用电器
交通工具 环保设备
制造业
通讯设备 出版印刷
军事装备
网络媒体
医疗设备
文化娱乐
机器制造
农业机械
化工设备
图1-7 当今制造业的社会功能
Fra Baidu bibliotek
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美日1两.2.国2 汽制车造产业在量国在民世经界济市中场的所地占位份额
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1.3.1 批量法则（Batch Rule）
CA
CF
CS
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x0 生产量 x 图1-8 生产成本与生产量的关系
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1.3.1 批量法则（Batch Rule）
专业化协作与扩散生产
➢ 根据批量法则，为了取得良好的经济效益，除合理地 扩大产品的产量外，组织专业化协作生产是一种行之有 效的方法。
1.1.1 生产与制造
表1-1 第一、二、三产业的划分
第二产业
第三产业
航天航空 纺织、服装 汽车、装备、重型机械 冶金、钢铁、金属制品 食品、饮料 化工、石油精炼 计算机、半导体、电器 建筑、建材 日用消费品 玻璃、陶瓷、造纸 制药 橡胶、塑料制品 能源、电力 出版
银行、金融服务、保险 通讯、资讯 教育、医疗、保健 娱乐、旅馆、餐饮、旅游 政府 法律机构 房地产 修理与维护 商业（零售、批发） 交通、运输
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教材与参考文献
教材
张世昌主编，机械制造技术基础，高等教育出版社. 2007
主要参考文献
[1] 张冠伟等，机械制造技术基础习题集，2004； [2] Mikell P. Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing. JOHN WILEY & SONS, INC. 2002.
1.1 制造与制造技术 Manufacturing and Manufacturing Technology
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1.1.1 生产与制造
生产定义
从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财 富并创造效益的输入输出系统，见图1-1。
转变效率：生产率 = 输出/输入
输入 生产要素
生产过程
➢ 机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。
机遇与挑战
➢ 困难：技术上落后，资金不足，资源短缺，管理体制、 周边环境还存在诸多问题（地方保护，信用危机…）
➢ 机遇：中国已加入WTO；制造业的世界格局已经和正 在发生重大变化，欧、亚、美三分天下局面正在形成，世 界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结 构、生产模式也在迅速变革之中
➢ 技艺不再重要——由于机器精度的提高，加上互换性 原理的推行，加工和装配工作变得简单
➢大批量生产方式特点——生产周期短，生产效率高， 生产成本低，产品质量好
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1.3.1 批量法则（Batch Rule）
批量法则
➢当市场竞争以产品质量和生产成本为决定因素时，大 批量生产方式显示了巨大的优越性。与中小批量生产相 比，大批量生产可取得明显的经济效果，这就是所谓的 “批量法则”（Batch Rule）。
生产 实施
生产 结果 数据
生产 控制
生产 控制 信息
计划阶段
实施阶段
控制阶段
图1-6 制造系统的程序特性
研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使 生产活动达到最佳化。
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1.1.2 制造系统
制造系统的物质流与信息流
误差流 原材料 物流
能
能源
量
流
需求 规划
信息流
实施 （车间或现场）
➢ 进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智 能化、精密化和清洁化的方向发展。
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1.2.2 制造业在国民经济中的地位
➢ 国民经济的支柱产业，国民经济总收入的60%以上来自 制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。
➢ 美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中又有约半 数人所做工作与制造业有关。 ➢机械制造业是制造业的基础, 是重中之重。
➢批量法则以成本分析为基础。产品在其全生命周期内 的总生产成本可近似表达为：
式中
C A CF CV Qk
CA ——产品全生命周期总生产成本； CF ——固定成本； CV ——生产单位产品可变成本； Q ——生产产品总数量；
k ——大于1的指数。
（1-1）
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1.3.1 批量法则（Batch Rule）
➢ 日本由于重视制造业，二次大战后30年时间，发展成为 世界经济大国。
➢与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的 发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽 车等行业不敌日本的局面。直至上世纪80年代初，美国才 开始清醒，重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产 量重新超过日本。
库存 用户
获取阶段
转变阶段
分配阶段
图1-4 制造系统的物质流
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1.1.2 制造系统
压力加工
车身装配
油漆
内部装饰
锻造
热处理
机械加工
变速箱装配
熔化 造型
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自动线
发动机装配 发动机试验
浇铸 油漆 机械加工 热处理 压铸
底盘装配
驱动桥装配
轮胎装配
车身安装 最后试验
图1-5 汽车生产物流示意图
➢ 狭义理解：生产过程从原材料→成品直接起作用的 那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装 配、检验、包装等具体操作（物质流）。[小制造]
制造业
➢ 美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业
列为制造业。属于三种生产企业中的第二产业
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第一产业
农业 林业 渔业 畜牧业 矿业 采石业 石油业
1963年
1983年
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图1-X 美日两国汽车产量变化
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1.2.2 制造业在国民经济中的地位
东芝事件
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图1-X 多轴数控机床改进核潜艇性能
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1.2.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战
我国机械制造业与世界发达国家的差距
➢ 发展迅速，成绩瞩目
➢存在阶段性的差距:产品质量和水平不高，技术开发能 力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科 技投入严重不足。
输出 生产财富
效益 + -
生产对象 （原材料） 生产资料 （直接、间接） 能源 资金 劳动力 信息（知识、技能、情报…）
有形 （产品） 无形 （服务）
图1-1 生产的定义
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1.1.1 生产与制造
制造
➢ 广义理解：制造 = 生产 ➢ CIRP定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选 择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在 联系的运作和活动。[大制造、广义理解]
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1.1.2 制造系统
➢ 程序特性 程序 —— 一系列按时间和逻辑安排的步骤 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序（图1-6）
生产 技术 信息
产品 设计
产品 设计 信息
工艺
过程 计划
工艺 过程 信息
需求 订货 信息
综合
生产 计划
生产 计划 信息
生产
进度 计划
进度 计划 信息
作业 计划
作业 计划 信息
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课程简介
学习方式
➢ 课堂讲授——讲授重点、难点； ➢ 自学——课前预习、课后复习、作业、答疑； ➢ 实践环节——作业练习、实验、生产实习、课程设计。
考核方法
➢ 期末考试——70％； ➢ 作业、平时——20％，实验——10％。
课程特点与学习方法
➢ 综合性——注意联系和综合应用以往所学知识； ➢ 实践性——注意理论联系生产实际，重视实践性环节； ➢ 灵活性——掌握基本原理，活学活用。
➢ 单件产品平均生产成本CS为：
CS
CF Q
CV
Q k1
（1-2）
➢ 对式（1-2）求导，并令其导数为0，可得到最低单件成
本对应的产量Q0：
1
Q0
CV
CF (k
1)
k
（1-3）
➢ Q0称为最优生产规模。这一现象首先在汽车工业生产 中被发现。
➢ 图1-8表示了总生产成本和单件生产成本与生产规模之 间的关系。
➢挑战与机遇并存。
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1.3.3 我国机械制造业面临的机遇和挑战
神州9号
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图图1-1X-X神神州州9号9号宇宇宙宙飞飞船船
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机械制造技术基础
第1章 机械制造技术概论
1.3 先进制造哲理与 先进生产模式
Advanced Manufacturing Philosophy and Production Model
控制
资金流
产品与服务
图1-x 制造系统的五种流
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1.1.3 制造技术
制造技术
➢ 在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的 各种手段的总和，称为制造技术。
➢ 手段包括
运用一定的知识、技能 操纵可以利用的物质、工具 采取有效的方法
……
➢ 与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也 有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的 各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产 品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息 处理系统。
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1.3.1 批量法则（Batch Rule）
大批量生产方式的产生
➢“技艺”型生产时代——工业革命开始至20世纪初， 机器代替人力成为生产主要方式，但仍以作坊式的单件 生产为主，由于机器精度不高，产品质量主要靠从业人 员的技艺来保证
➢ 大批量生产方式（Mass Production）——20世纪初， 福特汽车公司在底特律建立了世界上第一条自动生产线， 标志大批量生产时代的开始
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1.1.2 制造系统
制造系统结构
经营管理 财务
用
户
市场与销售
、
市
研究与开发
场
与
工程设计
外
部
质量控制
环
采购
境
资源管理
经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流
生产管理
车间制造 （加工、装配、 检验、输送、
存储 … ）
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图1-2 制造系统功能结构
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1.1.2 制造系统
制造系统特性
➢ 结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分
发挥效能，必须有软件支持。
硬件
软件
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图1-3 制造系统结构特性
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1.1.2 制造系统
➢ 转变特性 主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。
原材料 原材料 零件 零件 装配 成品 最终
供应者 库存 加工 库存
课程简介
课程宗旨
➢ 掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法。
➢ 通过课程学习及实验、生产实习及课程设计等实践环节 训练，培养分析和解决机械制造工程问题基本能力。
➢ 了解机械制造领域的最新成就和发展趋势。
主要内容
➢ 机械制造技术概论（6学时） ➢ 机械制造过程基础知识（6学时） ➢ 切削与磨削原理（8学时） ➢ 机械加工质量（8学时） ➢ 机械加工工艺过程设计（8学时） ➢ 机器的装配工艺（6学时） ➢ 机械制造技术发展（6学时）
➢ 17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命 兴起，工业化大生产从此开始
➢ 18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开 始
➢ 20世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志 自动化时代到来（以大量生产为特征—Mass Production）
➢ 二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发 展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中 小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多 新的制造哲理与生产模式。
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1.1.3 制造技术
科学与技术
➢ 科学 —— 认识世界，基本方法是“分析”，基本形 式为“发现、揭示”。 ➢ 技术 —— 改造世界，基本方法是“综合”，基本形 式为“发明、创造、改进”。
➢ 在商品经济高度发展的今天，科学与技术的界限开 始变得模糊，纯粹的科学研究不断萎缩,原因是得不到 足够的经费支持，许多科学研究从一开始就有明确的 应用前景（例如:超导技术、克隆技术等）。
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机械制造技术基础
第1章 机械制造技术概论
1.2 制造业的发展及其 在国民经济中的地位
Development of Manufacturing Industry and it’s Position in National Economy
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1.2.1 制造业的发展
➢ 专业化协作生产形式 基础零部件专业化生产 毛坯专业化生产 中小零件专业化生产 工艺专业化协作 生活服务社会化
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课程导航
机械制造技术概论 机械制造过程基础知识 切削与磨削原理 机械加工质量 机械加工工艺过程设计 机器的装配工艺 机械制造技术新发展
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第1章 机械制造技术概论
本章要点
大、小制造概念 制造系统 先进制造哲理
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机械制造技术基础
第1章 机械制造技术概论