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机械制造实习专题2


东南大学机械制造实习

第一讲 机械制造实习概论
一、现代制造在社会生产和发展中的重
要地位
1. 社会财富的主要创造方式
2. 社会活动的基本手段

3. 科学进步和发展的推动力量

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二、机械制造是国民经济(工业)的 基础

1. 商品生产的一种主要形式。 2. 各工业领域所需设备的主要来源。

如发电设备与能源 冶金设施与金属

发动机与飞行器 化工设施与化工

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三、机械制造的生产方式
机械制造业发展至今, 按其生产方式的 变化可划分为: 1.劳动密集型生产方式。手工制作及早期 的工业生产均属于这种方式。

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2.设备密集型生产方式。这是一种随着 运输机械、施工机械和机床等大规模工 业化生产的出现而产生的生产方式。汽 车等大批量生产属于这种生产方式。

东南大学机械制造实习 3.信息密集型生产方式。数控机床、加工 中心等新型机电一体化加工设备实现了人与机 器设备之间的信息交流, 机器设备可通过获得 的信息, 快速、准确地实现加工。

东南大学机械制造实习 4.知识密集型生产方式。是制造理念的飞跃, 把单向的产品制造链组成为有机的制造系统, 柔性制造系统(FMS) 、计算机集成制造系统 (CIMS) 是这种生产方式的典型代表。

东南大学机械制造实习 5.智能密集型生产方式。全新的生产方式。它试 图使用制造系统本身具有的人工智能, 并引入 了新的制造哲理和组织形式。使人们梦寐以求 的“无图纸加工”、“无人化加工”、“无害 化加工” 成为可能。
未来工厂中的 操作工人将会 由堆垛机器人 来代替,实现 工厂无人化

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四、机械制造的一般过程
精 加 工

设 计 选 材

成 形 加 工

切削加工
预备 热处理 最终 热处理

零 件

装 配

机 器 维修 市场

东南大学机械制造实习 传统设计:概念设计、详细设计、手工绘图等 现代设计:计算机辅助设计CAD等

CAD系统的硬件基本组成

东南大学机械制造实习 开放式、标准化、集成化和智能化

智能CAD系统

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CAD系统 的三层结构

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成形加工------获得零件初步外形的毛坯。 基本工艺有: (1)铸造成形,如曲轴、箱体、床身等 (2)压力加工成形(锻造、冲压等) , 锻造如齿轮、轴等,冲压如车身、仪器 壳体等

(3)焊接成形,船体、桥梁等

东南大学机械制造实习 预备热处理:赋予 毛坯良好的加工 性能,如锻件、 铸件的退火 最终热处理:赋予 半成品良好的使 用性能,如经粗 加工后半成品要 进行淬火和回火

热处理

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切削加工----获得设计所要求的精度,基本 工艺:车削、铣削、刨削、磨削、钳工等

东南大学机械制造实习 装配----把各零件和部件组装成最终产品。 随着对产品功能和可靠性 的要求越来越高,装 配已成为生产中最重要的一环。

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五、机械制造技术新进展
1.在制造业自动化 发展方面 (1)机械制造技术 已经达到相当水平, 实现了机械制造系 统自动化。产品生 产普遍采用 CAD/CAE/CAM/CAPP/ PDM/ERP。
自动化灌制线

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(2)在加工技术方面也已实现了底层的自 动化。 包括广泛地采用加工中心(或数

控技术) 、自动引导小车(AGV) 等。

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(3)计算机集成制造系统
它是在自动化技术、信息技术和制造技 术的基础上, 通过计算机及软件, 将制造厂全 部生产活动有关的各种分散的自动化系统有机 地集成起来, 并适合于多品种、中小批量生产 的总体高效率、高柔性的制造系统。
北京第一机床厂通过实 施C1MS工程,主导产品 变形设计周期缩短1/2, 库存占用资金减少10%, 生产计划编制效率提高 40一60倍。

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(4)智能制造系统
是指将专家系统、模糊推理、人工神经 网络等人工智能技术应用到制造系统中, 以解 决复杂的决策问题, 提高制造系统的水平和实 用性。
高精度和快 速3D机器人 视觉系统显 示天窗的组 装并进行完 整的质量检 查

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(5)并行工程
对产品设计和相关过程进行集成,开展并 行设计的一种系统化方法。并行工程是在产品 设计阶段侧重于同时考虑产品全生命周期中的 各种主要性能指标,避免在产品研制后期出现 不必要的返工与重复性工作。

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(6)敏捷制造
敏捷制造是采用标准化和专业化的 计算机网络和信息集成基础结构 , 以分 布式结构连接各类企业 , 构成虚拟制造 环境 , 以竞争合作为原则 , 在虚拟制造 环境内动态选择合作伙伴 , 并通过组成 虚拟企业来适应持续多变、无法预料的 市场变化,使各合作伙伴既保证各自的 利益 , 又能获得共同利益的一种全新的 生产组织模式和制造模式 , 目前敏捷制 造仍在发展研究中。

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2.机械制造技术的发展趋势
现代机械制造技术的发展主要表现在两 个方向上: (1)精密工程技术 以超精密加工的前沿部分、微细加工、 纳米技术为代表, 将进入微型机械电子技 术和微型机器人的时代。

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超精密加工的加工精度:在2000 年已 达到1-10 nm ;

ATP酶(分 子马达)

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在21 世纪初开发的分子束生长技术、 离子注入技术和材料合成、扫描隧道工 程(STE) 可使加工精度达到1nm;

美国康纳尔大 学研制成的 "纳米直升机" 示意图

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现在精密工程正向其终极目标--原 子级精度的加工逼近, 也就是说, 可以 做到移动原子级别的加工。
用扫描隧道显微 镜的针尖在铜表 面上搬运和操纵 48个原子,使它 们排成圆形。

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(2)机械制造的高度自动化
以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代 表。加工设备正向着高精、高速、多能、复 合、控制智能化、安全环保等方向发展。 在结构布局上也已突破了传统机床原有 的格式。日本Mazak 公司在产品综合样本中 展示出一种未来机床, 该机床在外形上犹如 太空飞行器, 加工过程中噪音、油污、粉尘 等将不再给环境带来危害。

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3.二十一世纪机械制 造业的三个发展方向
(1)制造的全球化 可以说是21 世纪机械 制造业自动化最重要的 发展趋势。竞争激烈, 技术快速发展, 企业既 竞争又合作,已成为全 球化制造业发展的动力。 技术基础是网络化、 集成化和标准化

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(2)虚拟化
虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造 过程中的虚拟技术。 产品设计中的拟实技术指面向产品的结构 和性能分析技术, 以优化产品本身性能和成本 为目标。 制造过程中的虚拟技术指面向产品生产过 程的模拟和检验, 检验产品的可加工性、加工 方法和工艺的合理性, 以优化产品的制造工艺、 保证产品质量、生产周期和最低成本为目标。

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虚拟化的核心是计算机仿真。虚拟化软件有 可能形成21 世纪最大的软件产业。

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(3)绿色化
绿色制造则通 过绿色生产过程(绿 色设计、绿色材料、 绿色设备、绿色工 艺、绿色包装、绿 色管理) 生产出绿 色产品, 产品使用 完以后再通过绿色 处理后加以回收利 用。
蓝宝石显卡环保产品生产线

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绿色制造技术有以下几个方面 :
(1)精密成形技术

精密成形技术包括: 精密铸造 (湿
膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、

高精度造芯) 、精密锻压(冷湿精密成形、
精密冲裁) 、精密热塑性成形、精密焊

接与切割等。

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(2)无切削液加工
无切削液加工的主要应用领域是机械加工 行业, 无切削液加工简化了工艺、减少了成本 并消除了冷却液带来的一系列问题, 如废液排 放和回收等等。 (3)快速成形技术 快速原型零件制造技术 (RPM) , 其设计 突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则, 而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分 层实体制造(LOM) , 熔化沉积制造 (FDM) 等 等。

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机械制造实习
(1)教学目的 获得有关机械制造及其技术的基础知识和 一定的工程实践能力,并在工程意识、创新精 神、社会意识以及劳动观念方面得到培养和锻 炼。 (2)学习方法 多练精练,熟练基本技能 注意多学科综合,提高综合能力 自主研学,积极参加各项创新活动

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第二讲

工程材料性能

一、力学性能:强度、塑性、韧性、硬度 等 二、物理性能:导电性、磁性、光学性能 等 三、化学性能:抗氧化性、耐腐蚀等 四、工艺性能:铸造、锻造(冲压)、焊 接、热处理、切削加工等

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一、力学性能
1. 强度
强度是指在外力作用下材料抵抗变形和断裂 的能力。 屈服点是表示材料抵抗微量塑性变形的能力。 用σs表示,单位为 MPa 。零(构)件在工程中 一般不允许发生塑性变形,所以σs 是设计时的 主要参数。 强度极限是表示材料抵抗最大均匀变形的应 力,用σb 表示,单位为 MPa 。σb 是设计选材 的主要参数之一。

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2. 塑性
材料在外力的作用下,产生塑性变形而不断裂的性 能称为塑性。其大小用伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。

L1 ? L0 ?? ?100 % L0

A0 ? A1 ?? ?100 % A0

δ、ψ愈大,表示材料的塑性愈好。塑性是压力加工 成形的重要参数,另一方面,材料具有一定塑性可 以提高零件使用的可靠性。

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3. 硬度
硬度是在外力作用下材料抵抗局部塑性变形 的能力。常用的硬度有布氏硬度、洛氏硬度和维 氏硬度。

布氏硬度原理

洛氏硬度原理

维氏硬度原理

东南大学机械制造实习 硬度指标
符号

压头类型

单位
MPa

应用特点

HB

淬火钢球、 粉末冶金球
淬火钢球、
金刚石圆锥
金刚石圆锥

测量结果准确、但压痕大,不适合 成品检验
测量操作简便,压痕小,适合成品 或零件的硬度测量,还可检测薄工 件或表面较薄硬化层的硬度 载荷小,压痕浅,适用于测定零件 表面的薄硬化层、镀层及薄片材料 的硬度。

HR

无量纲

HV

MPa

由于硬度测试设备简单,操作方便、迅速,又不必破坏 工件,而且硬度与切削加工性能紧密相关,又与抗拉强度 之间存在一定的对应关系,所以零件图上的技术要求往往 只标硬度值。

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4. 冲击韧度
冲击韧度用在冲击力作用 下材料破坏时单位面积所吸收 的能量来表示。 Ak J/cm2 Ak=G(H-h) J; k A0

a ?

多数材料的冲击功随温度下降而 减小。抵抗次数很少的大能量冲击 载荷作用,其冲击抗力主要决定于 αk 值。而冲击能量不大时,材料 承受多次冲击的能力,主要取决于 强度。

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二、物理性能
1. 电性能 (1)导电性能 (2)介电性能(材料在电场中的极化;介电常 数和介电强度;压电现象和电致伸缩现象;电铁 效应) 2. 磁性能(磁导率、磁化强度;抗磁性、顺磁 性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性;磁畴结构) 3. 光学性能(连续光谱和特征谱线、材料与光 子的交互作用) 4. 热性能(热容、热膨胀系数、热导率)

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三、化学性能
1. 抗氧化性:金属的抗氧化性,指在高温下迅速氧 化后形成一层致密的氧化膜,覆盖在金属表面,使 钢不再继续氧化。 2. 抗腐蚀性:抗腐蚀性是指材料抵抗因环境而造 成的化学或电化学反应所引起的损坏的能力。大部 分金属的腐蚀都属于电化学腐蚀。 3.防腐的措施:
1)提高电极电位。 2)尽量使钢在室 温下呈单相组织。 3)形成氧化膜 (又称钝化膜)。

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第三讲

常用工程材料

金属材料:黑色金属(钢和铸铁等)、有 色金属(铝、铜、钛等及合金)等 有机高分子材料:塑料、橡胶等 陶瓷材料:传统和现代陶瓷材料 复合材料:塑料基、 金属基、陶瓷基等

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一、钢和铸铁(铁碳合金)
1.钢和铸铁的相结构与性能
2.Fe-Fe3C相图

3.含碳量对钢和铸铁组织和性能
的影响 4.钢和铸铁

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1.钢和铸铁的相结构与性能
钢和铸铁的结构由铁素体、奥氏体、渗碳体等 组成。 铁素体: 碳在α-Fe中的间隙固溶体,常用 符号F或α表示。铁素体的强度差,硬度低,塑 性好。 奥氏体: 碳在γ-Fe中的间隙固溶体,常用 符号A或γ 表示。奥氏体也是一种硬度较低而塑 性较高的固溶体。常作为各类钢的加工状态。 渗碳体: 碳与铁的化合物(Fe3G),含碳为 6.69%。渗碳体的硬度高,约为800HB,极脆,塑 性几乎等于零。

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2.钢和铸铁的Fe-Fe3C亚稳相图
(1)在铸造 工艺制订上 的应用 (2)在塑性 加工工艺制 订上的应用 (3)在热处 理工艺制订 上的应用
L L+A A A+Fe3C A+F F F+Fe3C L+Fe3C

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3.含碳量对钢组织和性能的影响
随着含碳量 的增加,钢的 硬度、强度呈 直线上升,而 塑性则相应降 低。 当含碳量超过 1.0% 时 , 钢 变 得硬而脆,且 强度下降。

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4.钢和铸铁
(1)钢中常存杂质
常存杂质 Mn Si S P 对钢的影响 是有利元素。产生固溶强化;与硫化合成 MnS,减轻热脆现象。 是有利元素。能产生固溶强化。 有害元素。产生热脆. 有害元素。产生冷脆现象。

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(2)钢的分类与编号
钢的分类 碳 素 按 钢 化 学 成 分 合 分 金 钢

低碳钢(WC≤0.25%) 中碳钢 (WC=0.3%~0.6%) 高碳钢(WC>0.6%)
按合金元素种类分

按合金元素含量分

锰钢 铬钢 硼钢 铬镍钢 硅锰钢 低合金钢(<5%) 中合金钢(5%~10%) 高合金钢(>10%)

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按冶金质量分
普通钢(WS <0.05%、WP ≤0.045%
优质钢(WS ≤0.030%、 WP ≤0.035%)

高级优质钢(WS ≤0.020%、WP≤ 0.030%)
特级优质钢(WS ≤0.015%、WP ≤0.025%)

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按用途分
工程用钢
结构钢 机器用钢 建筑工程用钢 桥梁工程用钢 船舶工程用钢 车辆工程用钢 调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢

工具钢

特殊钢

刃具钢 模具钢 量具钢 不锈钢 奶热钢 耐磨钢

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(3)钢的编号方法
碳钢的编号方法
编号方法 分类 说明 举

碳素结构钢
优质碳素结构钢

碳素工具钢

Q×××--字母。字母 数字×××表示σS ××,或××Mn 数字××表示含碳量的万分 之几,Mn表示含Mn量较高 T×,或T×A 数字表示含碳量的千分之几 A表示高级优质

例 Q235—A· F
45,40Mn

T8,T10A

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合金钢的编号方法
分类 低合金高强 度结构钢 编号方法 Q--×××字母 ×××表示σS,字母表示质量等级 举例

Q345--A

合金结构钢

××+化学符号+××… 前面的××表示含碳 60Si2Mn 量的万分之几,后面的×表示合金元素的百分 之几。滚动轴承钢以G开头,含铬量用千分数 表示。 GCr15 前面×表示含碳量的千分之几, >≡1· 0%不标,(高速钢例外) 5CrMnMo CrWMn W18Cr4V

合金工具钢

特殊性能钢

2Cr13 前面×表示碳含量的千分之几,当含碳量 ≤0· 03%或≤0· 08%时,钢号前冠以00或0表 0Cr18Ni9Ti 示。

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(4)钢应用
钢种 低碳钢 含碳量/% <0.25 性能、特点、应用 塑性好、强度低、适用于以塑性为 主的各种冷冲压件、焊接件、渗碳 件 综合力学性能好,适合于轴类,齿 轮类、连杆等零件
硬度高、塑性差,适用与高硬度、 高耐磨性的各种工具

中碳钢

0.25-0.6

高碳钢

>0.6

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合金钢的应用
分类 低合金高强 度结构钢
金结构钢

用途 船舶、管道、重要、大型工程构件 综合力学性能好,适合于重要、大型的轴类、齿 轮类、连杆等零件 重要、大型工模具

合金工具钢

特殊性能钢 化工、食品、能源、医疗等工业的各种零件 (不锈钢等)

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(5)常用铸铁
铸铁的成分及性能特点
化学成分/ % 分类 灰铸铁 C 2.4~4.5 Si 1.0~3.0 2.2~2.8 0.4~1.4 Mn 0.25~1. 0 0.4~0.8 0.5~0.7 S 0.02~0. 20 <0.1 ≤0.2 P 0.05~0. 5 <0.1 ≤0.1

蠕墨铸铁 3.5~3.9 可锻铸铁 2.4~2.8

球墨铸铁 3.6~3.9

2.0~2.8

0.6~0.8

< 0.07

<0.1

力学性能低、耐磨性及消振性好、

工艺性能好

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灰口铸铁的分类和应用
分 类 灰铸铁 石墨 形态 片状 应用 铸铁牌号

机座、齿轮箱、床身等 HT×××

蠕墨铸铁 蠕虫状 重型机床、齿轮、凸轮 RuT××× 等
可锻铸铁 团絮状 前后轮壳、凸轮轴、制 KTH(Z)××× 动器等 -×× 球墨铸铁 球状 曲轴、齿轮、活塞环等 QT×××-××

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二、铝及其合金
(1)纯铝
密度小;塑性好, 强度低;导电、导热性 好。

(2)铝合金的分 类
形变铝合金 铸造铝合金

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常见形变铝合金的牌号及用途
类别 牌号 σb δ 20 同上 用途

防锈 铝合金
硬铝 合金 超硬 铝合金 锻铝 合金 铸铝 合金

3A05
3A21 2A01

280
130 300

20 焊接油箱、油管、铆钉等
24 工作温度≤100℃的铆钉

2A12
7A04 7A06 2A05 2A10 ZA1Si12 ZA1Si9Mg

470
600 680 420 480
150

17 工作温度≤150℃的航空模锻件
12 飞机大梁、珩架等 7 飞机大梁、珩架、起落架等 13 形状复杂、中等强度的锻件等 19 重载荷的锻件 3 2 各类复杂壳体

220

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三、铜及其合金

1.纯铜 密度小;塑性好,强度低;导电、 导热性好。
2.黄铜 Cu+Zn合金 3.青铜 锡青铜 Cu+Sn 其他青铜

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含锌量与力学性能的关系

含锡量对青铜性能的影响

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铜合金的牌号、性能及用途
类 别 黄 铜 牌号 H70

力学性能 σb δ HBS
660 3

用途

150 制造弹壳、冷凝器管等

HPb59-1
ZCuZn38 HPb59-1

650 16 140 销子、螺钉等冲压件
295 30 590 机械、热压轧制零件 650 16 140

青 铜

泵壳· 齿轮· 蜗轮等 ZCuSn10Zn 240 12 685 阀· 5 QBe2 500 35 100 重要弹簧等

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四、轴承合金
性能要求: ①一定的强度和疲劳抗力,以承受较高的交变载 荷; ②足够的塑性和韧性,以抵抗冲击与振动并保证 与轴的良好配合; ③较小的摩擦系数和良好的磨合能力,并能储油; ④良好的导热性、抗蚀性和低的膨胀系数,以防 升温导致与轴的咬合。

东南大学机械制造实习 组织要求: 软的基体+均匀分布 的硬质点; 硬的基体+均匀分布 的软质点。 1.锡基轴承合金 合金组成、组织、性能 2.铅基轴承合金 轴承合金的牌号、性能及用途

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轴承合金的牌号性能及用途
类 别 力学性能
牌号

σb
96 80 78

δ
6

HBS
30

用途 汽轮机· 内燃机轴承 大型机械轴承、轴套 轻载荷的轴承 车辆、拖拉机轴承

锡 ZCnSnSb11-6 基 ZChSnSb8-4 铅 ZCnPbSb16基 16-2 ZCnPbSb15-53

10· 24 6 0· 2 30 32

铜 ZCuPb30 基 ZCuSn10P1

60 25

4 5

25 90

航空发动机轴承 高速高载柴油机轴承

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第四讲

毛坯成形与选择

一、铸造与铸件选择 二、塑性加工与锻件选择 三、焊接与焊接件选择

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一、铸造与铸件选择
1.铸造工艺 (1)砂型铸造 工艺过程:包括混砂、造型和造芯、烘 干、合箱、熔化与浇注、铸件的清理和 检验等工序。 造型方法:手工造型、机器造型 机器造型方法:压实造型、震实造型、 震压实造型、微震压实造型、高压造型、 射砂造型(看现场录象) 抛砂造型等。

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2. 特种铸造(看现场录象)
? ? ? ? ? ? ? ? 熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造 陶瓷型铸造 连续铸造 实型铸造

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3.铸件选择的基本条件
a. 受力简单,载荷较小,如床身等。
b. 形状复杂,特别是内腔形状复杂,如箱

体、缸体等。 c. 大批量生产。 d. 铸件用的材料有:以铸铁为主,其他有 铸钢、有色金属及合金。

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二、塑性加工与锻件选择
1.锻造 a.自由锻 自由锻基本工序:镦粗、拔长、弯曲、冲 孔、切割、扭转、错移、压钳口、压钢锭棱边、 切肩等。 b.模锻(看现场录象) 生产率高、尺寸精度高、加工余量小、节 约材料,减少切削、形状比自由锻的复杂、生 产批量大。 常用方法:锤上模锻、 压力机上模锻。

东南大学机械制造实习 2.板料冲压(看现场录象)

板料冲压是利用冲摸使板料产生分离或成 形的加工方法。也叫冷冲压。当t>8-10mm时, 应采用热冲压。 板料冲压的特点:可获得重量轻、强度高、 刚度好、材料消耗少、精度高、表面质量高的 零件以及操作过程简单,便于实现机械化和自 动化。 基本工序: 冲裁(冲孔和落料)、拉深 、 弯曲 、胀形 、翻边 冲压设备:剪床、冲床、模具等

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3.其他塑性加工方法(看现场录象)
a. b. c. d. e. f. g. h.

挤压 轧制 拉拔 超塑性成形 旋压成形 摆动辗压成形 粉末锻造、液态模锻 高能率成形

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4.塑性加工件选择的基本条件
A、锻件 a. 受力复杂,载荷较大,如轴、齿轮等。 b. 形状简单,特别是内腔形状简单,如连 杆等。 c. 大批量生产 d. 锻件用的材料有:钢、有色金属及合金

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B、冲压件 a. 受力简单,载荷较小。 b. 重量轻、形状较复杂。 c. 表面质量高。 d. 大批量生产。 e. 冲压件用的材料有:低碳钢、 有色金属及合金。

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三、焊接与焊接件选择
1.焊接工艺 a.电弧焊 a) 焊条电弧焊 b) 埋弧焊 c) 气体保护焊 d) 等离子弧焊接与切割

东南大学机械制造实习 b.电阻焊(看现场录象) 点焊 点焊是利用柱状电极加压通电,在搭接工 件接触面之间焊成一 个个焊点的焊接方法。 缝焊 缝焊的电极是一对旋转的圆盘. 对焊 对焊是利用电阻热使两个工件在整个接触 面上焊接起来的一种方法。有电阻对焊和闪 光对焊两种。

东南大学机械制造实习 c.摩擦焊(看现场录象) 摩擦焊是利用工件间相互摩擦产生的热量, 同时加压而进行的焊接方法。 d.钎焊(看现场录象) 钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作填充金 属,加热时钎料熔化而将焊件连结起来的焊接 方法 . 钎焊的种类: 硬钎焊(钎料熔点>450℃, 接头强度>200MPa); 软钎焊(钎料熔点< 450℃,接头强度<70MPa)

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e、其它焊接方法(看现场录象) a) 电渣焊 b) 真空电子束焊接 c) 激光焊接 d) 爆炸焊 e) 超声波焊接 f) 扩散焊

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2.焊接件选择的基本条件
a. 受力简单,载荷较小,如汽车车身

等。 b. 重量轻、形状较复杂,仪器柜、仪 表箱。 c. 结构及规模大,如桥梁、化工设施 等。 d. 小、大批量生产。

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3.焊接件选用的材料
a. 低碳钢或低碳合金钢,如车身、仪表柜、

各种钢结构件等; b. 中碳钢或中碳合金钢,如承受大载荷的 船体、桥梁、钢结构件、化工设备等; c. 有色金属及合金,如散热传热装置、电 气电子元器件、装饰件等; d. 塑料,如硬质聚氯乙烯等;

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第五讲 金属材料热处理及表面改性处理 金属材料整体热处理(整体改性)

金属材料表面改性处理

东南大学机械制造实习 一、热处理在机械制造的地位与作用 热处理是在固态下,通过加热、保温和冷却, 改变材料内部组织结构,从而改善材料性能的一 种工艺方法,也称为改性处理。
精 加 工

设 计 选 材

成 形 加 工

切削加工

零 件

装 配

机 器 维修 市场

预备 热处理

最终 热处理

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二、金属材料热处理(整体改性)

1、热处理工艺曲线
保温 临界温度 加热 冷却

时间

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2、热处理工艺分类
普通热处理: 预备热处理:退火和正火 最终热处理:淬火和回火 其他热处理:形变热处理 超细化热处理 真空热处理

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3.退火
退火是将钢加热到预定温度,保温一 定时间后缓慢冷却(通常随炉冷却)的热 处理工艺。 退火的目的是: (1)降低硬度,改善切削加工件。 (2)消除残余应力,稳定尺寸,减少变形 与开裂倾向。 (3)细化晶粒,调整组织,消除组织缺陷。

东南大学机械制造实习 1)完全退火 完全退火是将钢加热到Ac3以上30-50℃,保温一 定时间后缓慢冷却(通常随炉冷却)的热处理工艺。 主要应用于中、低碳钢及合金钢。
等温退火
温 度 Ac3

普通退火

时间

东南大学机械制造实习 2)球化退火 球化退火是将钢加热到 Ac1 以上 30-50℃, 保温 一定时间后缓慢冷却(通常随炉冷却)的热处理 工艺。主要应用于高碳钢及合金钢。
Acm 800

温 度

750-770

等温退火

Ac1 730
680-700

炉冷
500-600

空冷

时间

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4.正火
将钢加热到Ac3(中、 低碳钢)或Accm(高碳 钢)以上30~50℃,保温 适当的时间后空冷的热 处理工艺。正火目的: (1)细化晶粒,调整 组织,消除组织缺陷。 (2)要求不高的结构 件,可作为最终热处理。 (3)改善低碳钢的切 削加工性(以防粘刀)。

温 度

保温 空冷 加热

时间

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各种退火 及正火的 加热温度 范围

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碳钢的 硬度与 热处理 的关系

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5. 淬火
淬火是将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上 30-50℃, 经保温后迅速冷却的热处理工艺。

1)淬火目的
使钢件获得马 氏体和贝氏体组织, 以达到最高的强度 和硬度。

温 度

保温 水冷或油冷 加热

时间

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2)淬火加热温度
合金钢 的淬火加热 温度比相应 的碳钢稍微 高一些,保 温时间稍微 长一些。
碳钢的淬火加热温度范围

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3)淬火冷却介质
冷却是决定钢的淬 火质量的关键。 水是冷却能力很强 的冷却介质,主要 应用于碳素钢。 油类淬火冷却介质 冷却能力低,主要 应用于合金钢淬火 冷却。

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4) 淬火冷却方法

1—单介质淬火法 2—双介质淬火法 3—分级淬火法 4—等温淬火法 5—冷处理

各种淬火方法示意图

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6.回火
回火就是把经过淬火的零件重新加热到 低于 Ac1 的某一温度,适当保温后冷却到室 温的热处理工艺。

1)回火目的
a) 消除或降低内应力,降低脆性防止变 形和开裂。 b) 稳定组织,稳定尺寸和形状,保证零件 使用精度和性能 c) 调整零件的强度、硬度,获得所需要的 塑性和韧性。

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2)回火工艺及应用
a)低温回火 回火温度范围为150-250℃,硬度为55-64HRC。 降低钢的淬火应力和减少脆性,并保持其高硬度和 高耐磨性,适用于刃具、量具、模具滚动轴承及渗 碳、表面淬火的零件。

东南大学机械制造实习 b)中温回火 温度范围为350-500℃,硬度为35-45HRC。 获得高的弹性极限和屈服强度,并具有一定的 韧性和抗疲劳能力。适用于各种弹簧和锻模等。

东南大学机械制造实习 c)高温回火 回火温度范围为500-650℃,硬度为2535HRC。获得较高强度的同时,还有较好的塑 性和韧性。广泛适应于处理各种重要的零件, 特别是受交变载荷和冲击作用力的连杆、曲轴、 齿轮和机床主轴等。

东南大学机械制造实习 3) 40钢回火后的力学性能与回火温度的关系

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7. 热处理技术新进展
1)形变热处理 2)超细化热处理 3)真空热处理 4)离子轰击热处理 5)激光热处理 6)电子束热处理 7)计算机辅助热处理生产

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三、金属材料表面改性处理
1. 表面淬火 2. 表面化学热处理 3. 转化膜处理 4. 电镀 5. 离子沉积 6. 热喷涂 7. 涂装 8. 表面着色和染色

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1. 表面淬火
1)感应加热表面淬火
特点:加热速度快、 时间短、氧化脱碳少、 变形小、晶粒细小、 硬度高,表面层具有 较大的残余压应力, 可提高疲劳强度。但 设备昂贵。淬火前调 质或正火,淬后需低 温回火。

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2)火焰加热表面淬火

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2. 表面化学热处理
钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一 定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗 入表层,以改变其化学成分组织和性能的热处理 工艺。化学热处理的基本过程: (1)活性原子的产生 2CO 2[C]+O2

2NH3 (2)活性原子的吸收 (3)活性原子的扩散

2[N]+3H2

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1)钢的渗碳
渗碳处理广泛应用于 表层要求高硬度、高的 耐磨性及疲劳强度,而 心部要求一定强度和高 韧性的零件。 渗 碳温 度 一般 在 900 ~ -950℃ 。 而 渗 碳 后零件表面含碳量最好 在 0.85%-1.05% 范 围 内 。 渗碳后必须进行淬火 和低温回火。
气体渗碳示意图
风扇电动机 废气火焰 炉盖 砂封 电阻丝 耐热罐 工件 炉体

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2)钢的渗氮
氮是在一定温度下(一般在500-560℃ 温度)使活性氮原子渗入工件表面的化学 热处理工艺,在生产中也称为氮化处理。 渗氮不仅能提高零件表面的硬度,耐 磨性和疲劳强度,还可以增加表面的抗蚀 性。但生产率低,成本高,只能使用于要 求高硬度、高耐磨性和高精度零件,如高 精度机床主轴、镗床镗杆、高精度齿轮、 精密量具和汽轮机阀门等

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3.转化处理
转化膜处理是将工件浸入某些溶液中,在一定 条件下使其表面形成一层致密的保护膜,提高工 件防腐蚀的能力,增加装饰作用。常用的转化膜 处理有氧化处理和磷化处理. 1)磷化处理 把钢件浸入磷酸盐为主的溶液中,使其表面 沉积,形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过 程。磷化处理后的磷化膜厚度为5-15微米,有较 好的防腐能力和润滑作用。 磷化处理所需设备简单,操作方便,成本低, 生产效率高。常用作为钢铁材料零件的防护层。

东南大学机械制造实习 磷化处理工艺
磷化工艺 溶液成分的质量浓度 分类 /g。L-1 低温磷化 磷酸锰铁盐 30~40 硝酸盐 140~160 氟化钠 2~5 中温磷化 磷酸二氢锌 25~40 硝酸锌 80~100
高温磷化 磷酸锰铁盐 硝酸锌 30~35 55~65

溶液温度 /? C 室温
50~70 90~98

处理时间 /min 30~45
15~20 10~15

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2)氧化处理
A.钢的氧化处理 将钢件在空气-水蒸气或化学药物中加热到 适当温度,使其表面产生一层兰色或黑色氧化膜, 以改善钢的耐磨性和外观,这种工艺又称发蓝处 理。氧化膜是一层致密而牢固的Fe3O4, 只有0.51.5微米厚。 氧化处理工艺常用于仪表、工具和武器等的 表面。

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发蓝处理工艺过程
溶液组成及质量浓度 1 2 3 4 5 6 7 化学除油并水洗 酸洗后水洗 氧化并水洗 补充处理 水洗 吹干 检验 温度/℃ >60 50~60 135~145 85~90 时间/min 10~15 5~10 15~20 10~15

苛性钠30~50、碳酸钠 30~50、磷酸三钠 30~40、水玻璃5~10
硫酸150~200、缓蚀剂 0.5~1 苛性钠550~650、硝酸 钠130~180 重铬酸钾或肥皂30~50

东南大学机械制造实习 B.铝的氧化处理 a)化学氧化法 把铝和铝合金零件放入化学溶液 中进行氧化处理而获得牢固的氧化膜,其厚度 为0.3-4微米。该法主要用于提高铝和铝合金 的耐磨性和耐蚀性。 b)电化学氧化法 在电解液中使铝和铝合金表面 产生一层氧化膜,这种工艺又称阳极氧化,这 层氧化膜具有强吸附能力,较高的硬度,良好 的耐磨性和耐蚀性,膜层无色透明,极易染成 各种美丽的颜色。

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4. 电镀
电镀是在电解液中使零件表面镀上一层金属 薄层,起到保护和装饰作用,有时也可用于零件 的部分修复. 电镀的应用: ①修复磨损零件、增大零件尺寸。 ②提高零件的耐腐蚀性,如镀锌。 ③覆盖耐磨性镀层,提高耐磨性,如镀铬。 ④提高零件表面美观装饰性,如镀装饰锌。 ⑤其他特殊用途,如镀银。

东南大学机械制造实习 镀铬的刷镀液的组成和工艺条件
组成和工艺条件 硝酸铬Cr(NO3) 氨水NH4OH 水合肼 草酸 丁二酸 F-53 PH值 阳极材料 质量浓度/g.L-1 380~420 110 30~40 180~220 160~180 0.05 6.8~7.5 石墨

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5. 离子沉积
(1) 化学气相沉积法 化学气相沉积是在高温下将炉内抽成真 空或通入氢气,然后通入反应气体并在炉内 产生化学反应,使工件表面形成覆层的方法, 简称CVD法. 应用:刀具、模具、工具、零件等,目的 是提高其耐磨性. 特点:反应温度高,需通入大量氢气,工件 易产生氢脆,且不安全,废气HCl有毒。

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(2) 物理气相沉积法
物理气相沉积法是把金属蒸气离子化后在 高压静电场使离子加速并沉积于金属表面形成 覆层的方法,简称PVD法。 特点:沉积温度低,速度快,渗层成分和结构 可控制,无公害. PVD法主要有真空溅射、离子镀等。 如以沉积TiC为例,经真空溅射碳化钛的厚 度达4~8 μm、其硬度达2500-4000HV。

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高频离子镀装置示意图 1—工件 2--高频激励线圈 3—钛 4—气体入口 5—针阀 6—测温热电偶

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6. 热喷涂
在高温热源作用下,将金属、合金、金属陶瓷、 陶瓷等材料熔化或部分熔化,并通过高速气流使 其成为雾化微粒,喷向工件表面后构成喷涂层的 方法称为热喷涂. 热喷涂方法:电弧喷涂、火焰喷涂、等离子 弧粉末喷涂等。 热喷涂应用范围很广,可以使被喷涂材料得 到各种性能要求的涂层。

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电弧热喷涂原理

1—送丝枪 2--喷头 3—防光罩 4—空气帽 5—工件 6—空气喷嘴 7—前导管 8—金属丝

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7. 涂装
利用喷射、涂饰等方法,将有机涂料涂覆 于工件表面并形成与基体牢固结合的涂覆层 过程称为涂装。 目的:提高耐磨性、美化工件表面(掩饰 表面缺陷丰富色彩)、保护表面免受外界 (空气、水分、阳光及其他腐蚀介质)侵蚀。 还可色彩伪装、防红外伪装、电气绝缘等。 方法:浸涂法、喷涂法、淋涂法、静电喷 涂法、电泳涂装法、粉末涂装法、辊涂法

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第六讲 常见表面加工
一、平面加工
二、外圆面加工 三、孔及孔系加工 四、成型面加工

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一、平面加工
1.常见平面种类 2.平面加工方案框图 3.具体加工方案及比较 4.平面加工方法及其特点

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1.常见平面种类
平面是盘、板形和箱体类零件的主要表面。 根据所起作用的不同,大致可以将平面分为如 下几种: (1)非结合面 属低精度平面,只是在外观或 防腐蚀需要时,才进行加工; (2)结合面和重要结合面 属中等精度平面, 如零部件的固定连接平面等; (3)导向平面 属精密平面,如机床的导轨面 等; (4)精密测量工具的工作面等,属精密平面。

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2 、平面加工方案框图
粗刨
精刨

粗铣
精铣

刮研

细刨

磨 研磨或抛光

高速铣



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3.具体加工方案及比较 根据技术要求以及零件的结构、 形态、尺寸、材料和毛坯的种类, 并结合具体的加工条件,平面可分 别采用车、铣、刨、磨、拉等方法 加工。

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平面加工的具体方案列举如下(1):
(1)粗刨或粗铣 用于加工低精度的平面 ( 2 )粗铣(或粗刨) — 精铣(或精刨) — 刮研 用于加工精度要求较高且不淬硬的平面。大批 量生产可采用宽刀精刨代替刮研,以便提高生 产效率和减轻劳动强度。尤其是要加工大型工 件上狭长的精密平面(如导轨面等),而车间 又缺少导轨磨床时,多采用宽刀精刨方案。 (3)粗铣(刨)—精铣(刨)—磨 多用于加工 精度要求较高且淬硬的平面。对于不淬硬的钢 件或铸件上较大平面的精加工,往往也采用此 方案。但不宜加工塑性好的有色金属工件。

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平面加工的具体方案列举如下(2):
(4)粗铣—半精铣—高速精铣 适用于加工高精 度有色金属。若采用高精度高速铣床和金刚石 刀具,铣削表面粗糙度Ra可达0.2-0.8 μ m ( 5 ) 粗车 — 精车 主要用于加工轴、套、盘等 类工件的端面。而大型盘类工件的端面一般在 立式车床上加工。 (6)粗车—精车—磨 多用于加工精度要求高且 淬硬的钢件端面。

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4. 平面加工方法及其特点
1) 2) 3) 4) 5) 刨削平面 铣削平面 平面磨削 拉削平面 刮研平面

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1) 刨削平面
刨削方法 刨削在牛头刨床或龙门刨床上进行 采用不同的刨刀和切削用量,可分别进行粗 刨和粗刨。 刨削的特点及应用 A. 适应性较好 , 机床和刀具结构简单,可 以加工多种结构的零件. B.生产率较低, 刨削的冲击严重. C.加工精度较低.

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2) 铣削平面
铣削可分为粗铣和精铣。有色金属还可 用高速铣削,以进一步提高加工质量。 铣削和刨削的比较 A.适应性 B.生产率 C.加工质量 D.设备和刀具费用

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3) 平面磨削
平面磨削一般是在车削、铣削、刨削的 基础上进行的精加工。 平面磨削的方法有周磨和端磨两种 平面磨削的特点: 与外圆和内圆磨削相比,平面磨削加 工质量和生产率比外圆磨削和内圆磨削 都高。中小型零件还可进行多件磨削, 既保证零件等高性,又可进一步提高生 产率。

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4) 拉削平面
拉削可以认为是刨削的进一步发展。 拉刀是一种多刃刀具,其特点可以归纳为如下 三点: A.切削刃与被加工面的横截面形状相同,它 实质上是成形刀具。 B.切削刃的高度逐齿递增,即有每齿进给量。 C.拉刀的最后几个齿是修光刃,其形状尺寸 同被加工面的最后形状、尺寸完全一致。 基于拉刀的上述特点,所以当拉刀从被加工 面上通过一次后,其全部余量都被切除,达到 所要求的质量指标,生产率非常高。

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拉刀及其加工示意图

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5) 刮研平面
?刮研是利用刮刀在工件上刮去很薄一

层金属的光整加工方法。 ?刮研不需要复杂的设备和工具。 ?刮研常用于单件小批量生产和修理车 间,如工件未淬火的、要求高的配合 面、导向面及大型精密平板和直尺等。 ?在大批量生产中,刮研多为磨削或宽 刀精刨所代替。

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二、外圆面加工
外圆面是轴、套、盘类等零件的主要 表面,往往具有不同的技术要求,这就 需要结合具体的生产条件,拟定较合理 的加工方案。对于一般钢铁零件,外圆 面加工的主要方法是车削和磨削。 1.外圆面加工方案框图 2.外圆面具体加工方案及比较 3.外圆面加工方法及其特点

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1.外圆面加工方案框图
粗车

半精车

粗磨

精车

超精磨

精磨

精密车

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2.具体加工方案及比较(1)
?粗车 除淬硬钢以外,各种零件的粗加工都

适用。当零件的外圆面精度要求低,表面粗 糙度较高时,粗车即可。
?粗车—半精车 应用于中等精度和表面粗糙

度要求低的未淬硬工件的外圆面。
?粗车—增精车 —磨(粗磨或半精磨) 适用

于加工精度稍高、表面粗糙度较低且淬硬的 钢件外圆表面;也广泛地用于加工未淬硬的 钢件或铸铁件。

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2.具体加工方案及比较(2)
?粗车—半精车—粗磨—精磨 适用范围基本

上与(3)相同,只是外圆面要求的精度更 高、表面粗糙度更低,需交磨削分为粗磨和 精磨,才能达到要求。
?粗画—半精车—粗磨—精磨—精密磨(或

超级光磨、镜面磨削) 可达到很高的精度 和很低的表面粗糙度,但不宜用于加工塑性 好的有色金属零件。
?粗车—精车外圆面加工—精密车 适用于精

度要求高的有色金属零件的加工。

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3.外圆面加工方法 1)车削外圆
?车削是外圆加工的主要工序。 ?单件小批生产时,一般在普通车床上车外

圆,若是大型圆盘类零件则在立式车床上加 工。成批或大批生产时。使用转塔车床、多 刀半自动车床及自动车床。 ?精密车削是小型有色金属零件的主要光整 加工方法,也可用于加工大型精密外圆表面 以代替磨削。

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2)车削特点
?与铣削和刨削相比,车削过程平稳,允许采

用较大的切削用量,生产率高。 ?车刀结构简单,其制造、刃磨和装夹较方便, 故费用低。 ?车削除了加工外圆表面外,还可以在一次装 夹下加工同一工件上的其它表面,如内圆面、 端面和切槽等,因此可保证外圆面和其它表 面的位置精度,外圆面之间的同轴度、外圆 轴线与端面的垂直度等。 ?车削适于加工各种材料,如钢、铸铁、有色 金属和非金属材料,但难以切削硬度较高 (30HRC以上)的淬火钢件。

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3) 磨削外圆
?外圆磨削是外圆精加工的主要方法,

一般在外圆车削后进行。对精度较 高的毛坯(如精密模锻件)也可不 经车削直接进行磨削加工。
?外圆磨削常在外圆磨床、万能外圆

磨床、无心磨床上进行。

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4)外圆磨削特点
?可以较容易地达到高尺寸精度和较低表面粗

糙度值,同时形位精度还可以达到较高的要求, 如圆柱度和同轴度等。 ?磨削既可以加工未经淬火的钢件和铸铁件, 也可以加工金属刀具难以切削的淬火钢和硬质 合金等材料。但对于塑性较好、硬度较低的材 料(如铜、铝等有色金属),由于其切屑容易 嵌塞砂轮,一般不适于磨削,常用精车和精密 车代替。 ?磨削温度高 磨削时,需采用大量切削液。

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三、孔及孔系加工
1.常见孔种类
2.孔加工方案框图

3.孔加工具体加工方案及比较
4.孔加工方法及其特点

5.箱体类零件的孔系加工

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1.常见孔种类
孔是组成零件的基本表面之一。零件上有多 种多样的孔,常见的有以下几种: ?紧固孔(如螺钉孔等)和其它非配合的油 孔等; ?回转体零件上的孔,如套筒、法兰盘及齿 轮上的孔; ?箱体类零件的孔系,如床头箱箱体上的主 轴和传动轴的轴承孔等。即所谓的“孔系”; ?深孔,即L/D>5-10孔,如车床主轴上的轴 向通孔等; ?圆锥孔,如车床主轴前端的锥孔以及装配 用的定位销孔等。

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2.孔加工方案框图
钻 粗镗 扩 粗磨

精镗
粗铰 半精镗 精铰 精密镗 超精磨 精磨 半精磨

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3.孔加工具体加工方案及比较(1)
由于对各种孔的要求不同,需根据具体 的生产条件,拟定较合理的加工方案。 1)在实心材料上加工孔 ?IT10以下低精度的孔 一般用钻孔方法 ?IT9精度的孔 如果孔径小于30mm,可采用钻 模钻孔,或者钻孔后扩孔,孔径大于 30mm的 孔,一般采用钻孔后膛孔。 ?TI8精度的孔 当孔径小于20mm时,应采用钻 孔后铰孔,若孔径大于20mm,可根据具体条 件,采用钻—扩(或镗)—铰(精镗)。

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?IT7精度的孔 如果孔径小于12mm时,一般采

用钻孔后进行两次铰孔的方案;孔径大于 12mm时,可分别应用下列几个方案: 钻—扩(或镗)—粗铰—精铰; 钻—拉—精拉; 钻—扩(或镗)—粗磨—精磨。 ?IT6精度的孔,与加工IT7精度孔的顺序大体 相同,但其最后工序要根据具体情况,分别 采用精细镗、手铰、精拉、精磨、研磨或珩 磨等方法进行精细加工。

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2)铸(或锻)件上已铸(或锻出)的孔
? 可直接进行扩孔或镗孔,直径在100mm

以上的孔,以镗孔比较方便。 ? 至于半精度加工、精加工和光整加工, 可参照上述方案进行,例如:扩—粗 磨—精磨—研磨(或珩磨);粗镗—半 精镗—精镗—精密镗。

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4. 孔加工方法
1)钻孔
?精度低,表面粗糙度高,容易产生孔径扩

大、轴线歪斜和明显的圆度误差等缺陷。 ?生产率低。为了提高钻孔质量和生产率, 可以采取如下措施: ?改善钻头的刃磨质量和结构形态,合理选定 钻头的几何参数,并注意仔细刃磨以尽量保 证两条切削刃对称。 ?合理选定工艺方案。

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2)扩孔
?扩孔钻的刀齿数较多,有3-4个刀齿,

导向性好,切削平稳。
?扩孔的余量较小,容屑槽可作得较窄

较浅,故钻心较粗,刀体的刚度较好, 能采用较大的切削用量。
?扩孔钻切削条件比麻花钻好。常用于

孔的半精加工。

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3)铰孔
?铰削可以达到较高的精度和较低的表面粗

糙度。
?铰孔纠正位置误差的能力很差。 ?铰刀是定径刀具,只要注意满足上述的工

艺要求,就容易保证铰孔的质量。
?铰削的适应性差。 ?铰削可加工钢、铸铁和有色金属,但不宜

加工淬火钢和其它硬度过高的材料。

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4)镗孔
?用镗刀对已有的孔进行再加工,称为镗孔。

对于直径较大的孔(一般D>80-100mm)、内 成形面或孔内环槽等,镗削是唯一合适的加工 方法。一般镗孔精度达IT8-IT7,表面粗糙度 Ra0.8-1.6;精镗时,精度可达IT7-IT6,表面 粗糙度Ra 0.2-0.8。 ?镗孔可在多种机床上进行。回转件上的孔, 多在车床上加工;而箱体零件上的孔或孔系 (即要求相互平行或垂直的若干个孔),则常 用镗床加工

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5) 磨孔
?磨孔是孔精加工的一种常用方法。磨孔的精

度可达IT7,表面粗糙度Ra可达1.6-0.4um. ?磨孔可在内圆磨床或万能外圆磨床上进行。 在内圆磨床上,除了能磨孔外,还可以在一次 装夹中间同时磨出孔内端面,以保证孔轴线与 端面的垂直度和端面圆跳动的要求。在万能外 圆磨床上除磨削孔及端面外,还可以一次装夹 中磨出外圆。

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磨孔的特点
?与铰孔相比,磨削的适应性较广。可

用同一砂轮磨削一定范围直径的孔;可 磨削非淬硬的钢件和铸铁件,甚至淬硬 的钢件;可以纠正轴线歪斜或偏移的孔。 但磨孔的生产率比铰孔低,且不适于磨 削有色金属。小孔和深孔也难以磨削。 ?与外圆磨削相比较,内圆磨削的表面 粗糙较高,生产率较低。

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5、箱体类零件的孔系加工
在箱体上一系列有相互位置精 度要求的孔称为孔系。孔系可分为 平行孔系、同轴孔系和交叉孔系。 其加工方法与生产规模和加工精度 有关。

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1)平行孔系加工
平行孔系的主要技术要求是各孔中心线之间 的距离尺寸精度和相互位置精度。当孔距公差大 于0.03mm时,可用普通镗床加工;当孔距公差小 于0.01mm时,则要用高精度机床加工。

2)同轴孔系加工
在成批生产中为保证同轴孔系的同轴度常用 镗模加工。单件小批生产时,在通用机床上加工。

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3)交叉孔系加工
?交叉(或相交)孔系主要应保证各

孔的垂直要求。 ?加工时应先将精度要求高或表面粗 糙度低的孔全部加工好,然后加工与 之相交叉(或相交)的孔。 ?常用的加工方法是在普通镗床上用 工作台上的直角对准装置进行加工控 制。

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四、成型面加工
1.螺纹加工

2.齿轮齿形加工
3.特型面加工

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1.螺纹加工 1)螺纹分类及要求
按用途的不同,主要可分为如下两类: ?紧固螺纹 它用于零件间的固定连接,常用 的有普通螺纹和管螺纹等,螺纹牙型多为三 角形。 对普通螺纹的主要要求是可旋入性和 连接的可靠性;对管螺纹的主要要求是密封 性和连接的可靠性。 ?传动螺纹 它用于传递动力、运动或位移, 如丝杠和测微螺杆的螺纹等,其牙型多为梯 形或锯齿形。对于传动螺纹的主要要求是传 动准确、可靠、螺牙接触良好及耐磨等。

东南大学机械制造实习 2)螺纹的常用加工方法
加工对象 单件小批 各 种 批 量 内、外螺纹 外螺纹 内螺纹 螺纹精度 等级 4~8 8 6~8 6~8 大 批 量 表面粗糙度 3.2~0.8 3.2~1.6 6.3~1.6 1.6~0.8 加工方法 车削 套丝 攻丝 搓丝板滚压

紧 固 螺 纹

外螺纹

4~6
6~8

1.6~0.2
6.3~3.2 1.6~0.4 0.4~0.1 6.3~3.2

滚丝轮滚压
铣削 车削 磨削 铣削

单件小批 传 动 螺 纹 各 种 批 量 大批量

内、外螺纹 高精度外螺纹 直径大于 30mm 的内螺 纹、淬硬螺纹 低精度螺纹

4~8 4~6 6~8

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3)螺纹的加工方法及特点
?车削加工特点是设备和刀具的通用性大,并

能获得高精度的螺纹。但其生产率低。 ?在成批及大量生产中广泛采用。一般都在专 用的螺纹铣床上加工的。 ?滚压加工是使工件材料在室温条件下产生塑 性变形的一种无屑加工方法。滚压螺纹通常有 以下两种方法: 搓丝板滚压 滚丝轮滚压

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4)滚压螺纹同切削螺纹相比有如下优点
?生产率高 ?螺纹强度高 ?节省材料 ?加工费用低 ?滚压螺纹的缺点是:只能加工小直径

的外螺纹;对杆状坯料的尺寸精度要 求高;只能加工塑性较好的材料。

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5)磨削螺纹
?螺纹磨削是一种高精度的螺纹加工

方法,需要专门的螺纹磨床上进行, 主要用于制造淬火后具有高硬度和高 精度的螺纹,如精密丝杆、螺纹量规、 滚丝轮和丝锥等。
?螺纹在磨削之前可用车、铣等方法

粗加工。

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2、齿轮齿形加工-齿轮简介
齿轮是用来传递运动和动力的重要零件, 在各种机器和仪器中应用非常普遍。常用的 齿轮有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗轮等,其中 圆柱齿轮应用最广。 齿轮的精度要求 ?运动的准确性 ?传动的平稳性 ?载荷分布的均匀性 ?齿轮副的侧隙规定

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1)齿轮加工方法简介
按齿形形成的原理不同,齿轮加工方法 可分为两种:
?一种是成形法,即用与被切齿轮的齿槽形

状相符的成型刀具切出齿形,如铣齿、拉齿 和成型磨齿等;
?另一种是展成法(包络法),即齿轮刀具

与工件按齿轮副的啮合关系作对滚运动,工 件的齿形由刀具切削刃包络而成,如滚齿、 插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。一般说来,展 成法加工精度较高。

东南大学机械制造实习 齿轮的常用加工方法及其应用
方法 铣齿 拉齿 插齿 滚齿 剃齿 珩齿 研齿 磨齿 加工原理 成形法 成形法 展成法 展成法 展成法 展成法 展成法 成形法 精度等级 9 7 8~7 8~7 7~6 改善不大 5~4 6~4 齿面粗糙度 6.3~3.2 1.6~0.4 3.2~1.6 3.2~1.6 0.8~0.4 0.8~0.4 0.4~0.025 0.8~0.2 生产率 较低 高 较高 较高 高 较高 低 高 设备 铣床 拉床 插齿机 滚齿机 剃齿机 珩齿机 研齿机 磨齿机 应用范围 低精度齿轮、蜗轮

7级精度的齿轮 中等精度的齿轮 中等精度的齿轮 精加工未淬的齿轮 光整加工齿轮 精密加工齿轮 精加工齿轮

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3.成型面加工-成型面加工简介
?在机器中,有些零件的表面不是简单

的平面、圆柱面、圆锥面或它们的组 合,而是复杂的型面。除螺纹与齿轮 齿形外,复杂表面称为特型面。
?特型面的切削加工方法,按成形原理

可分为用成形刀具加工和用简单刀具 加工。
?数控技术的发展及计算机技术的应用,

为成形面加工开辟了新的途径

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1)用成形刀具加工成形面
刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造。 加工时,刀具相对于工件作简单的直线进给 运动。 成形刀具加工的特点: ?加工质量稳定 ?生产效率高 ?刀具寿命长 ?刀具费用高 这种方法适宜在成形面精度要求较低、尺 寸较小、零件批量较大的场合使用。

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2)用简单刀具加工成形面
?用手动控制进给加工成形面

加工时由人工操纵,使刀具相对于工件 作合成运动成形,从而加工出成形面。 ?有靠模装置加工成形面 机械靠模装置 其加工的特点: ?加工精度主要取决于靠模精度。 ?生产率比手动进给加工高,比成形刀具加 工低。 ?设备简单,可在通用机床上进行。 ?靠模形状复杂,制造困难,费用高。

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3)用数控技术加工
? 数控技术的发展及计算机技术的应用, 为成形面加工开辟了新的途径。 ?数控机床自动化程度高,加工精度高, 不需要复杂的控制元件(凸轮、靠模 等),当加工的成形表面改变时,仅需 要变换程序,可节省调整机床的时间和 费用,因此大大提高了生产率,降低了 成本。 ?在单件小批生产中,其效果尤其显著。

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第七讲

计算机集成制造系统

一、制造业在信息时代中面临的机遇与挑战 分析 二、现代集成制造的概念 三、现代企业生产经营管理模式 及管理技术 四、工程技术分系统 五、车间自动化分系统 六、企业网络与数据管理技术 七、我国CIMS应用工程实例

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一、制造业在信息时代中面临的机遇与挑 战分析 1.信息、信息技术及其发展 2.制造业面临的挑战 3.中国制造业的问题与出路

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1.信息、信息技术及其发展
工业社会和信息社会比较
工业社会 生产经营活 动 管理思想 集中于生产制造过程 物本管理思想 信息社会 注重信息活动(培训.研 究.开发.市场场营销) 以人为本的思想

资产与活动

实物资产(材料.产 品.设备等),较固定 的生产成本与分配活动

信息技术资产(人力资 源.研究开发信息系统.顾 客需求信息.知识产权等) 灵活多的信息技术活动
计算机为主 “网络化“结构,非专业化分 工倾向

信息处理与 传递 企业组织机 构

人工为主 “金字塔“递阶结构,功 能分离

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2.制造业面临的或挑战(1)
? 物质或许产品的制造永远是发展社会经

济和提高人民生活水平的基础。 ? 制造业是现代化的支柱,国家现代化实 现要依赖于制造业的科学技术水平。 ? 发展信息产业,应高度重视信息技术在 制造业中的应用。

第八讲东南大学机械制造实习 先进制造技术

2.制造业面临的挑战(2)
? 国民经济信息化和全球经济一体化是当

今时代的特征,制造业面临着新世纪的 挑战和机遇。 ? 科学技术的日新月异在急剧地改变着现 代制造业的产品结构和生产过程,生产 能力(包括信息和资本)在世界范围内 迅速提高和扩散,形成全球性的激烈竞 争。

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2.制造业面临的挑战(3)
? 制造业竞争的焦点发生着历史性的转移。 ? 在70年代,竞争的焦点在于提高企业的

整体效率; ? 到了80年代,竞争焦点在于全面满足顾 客在交货期、质量、价格和服务诸方面 的要求; ? 进入90年代以来,新产品的开发将成为 企业的命脉。

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2.制造业面临的挑战(4)
? 新产品的价值和价格主要取决于其技术(知识

含量以及该技术)的独占性。 ? 企业面临着如何实现“绿色制造“的新课题。 ? 信息已经成为有效地利用能源和材料,组织制 造各种各样产品的重要依据和手段。并对世界 统一市场的形成和发展起到了无可比拟的作用。 ? 尽可能地把制造转移到最终市场附近,依靠当 地制造装备及供应链,以降底成本。 ? 世界经济进入新的发展期,适应这种形势的敏 捷制造企业,将是21世纪企业的主要模式。

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3.中国制造业的问题与出路(1)
? 中国制造业仍落后于世界先进水平,高端产品

缺乏参与世界市场竞争的能力。 ? 中国制造业的问题有微观层次的,亦即企业内 部问题;也有宏观层次的,如制造业生产能力 的结构性过剩大量存在,许多企业没有自己的 适应市场需求的新产品。 ? 产品开发能力与市场开拓能力是中国企业最迫 切需要建立和增强的。中国企业目前的竞争优 势还在很大程度上依赖于劳动力的低廉。 ? 中国企业的管理现代化是一个比纯技术和装备 的革新更为迫切的问题。

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3.中国制造业的问题与出路(2)
? 中国制造业的问题是系统性的,因此,

解决问题的方法也应当是从整体出发的 综合治理。 ? 必须从系统技术入手,把技术进步和建 立现代化管理结合起来。找到一条适合 国情的制造技术创新之路。

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3.中国制造业的问题与出路(3)
? 中国制造业应当充分重视信息技术对未

来的影响。以信息技术为手段,应用各 种先进的现代化管理方法和技术,把企 业的技术、经营、人员集成起来,把机 制的改革、机构的改组、技术的改造和 科学管理集成起来。 ? 敏捷制造为冗余生产能力的重组提供了 一条出路,也为新产品的快速开发提供 了一种方法。

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3 中国制造业的问题与出路(4)
? 制造业的全球化使发展中国家面对严峻的挑战,

我们应有的战略选择是,应用计算机集成制造 技术改进管理、提高质量、降低成本。 ? 重组设计开发队伍,利用并行工程方法提高产 品设计能力。 ? 按敏捷制造的原则建立新兴产业和对国有大中 型企业进行结构调整,积极争取参与到全球化 敏捷制造生产体系中去。

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二、现代集成制造的概念
1.CIMS概念 2.CIMS构成 3.现代集成制造——中国 的CIMS

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1. CIMS概念(1)
? CIMS 是 英 文 Computer

Integrated Manufacturing System 的缩写,可译为 计算机集成制造系统。计算机集成制造 ( CIM )的概念最早是由美国约瑟夫 - 哈 林顿博士在 1973 年提出的,其基本出发 点是: ? (1) 系统的观点:企业的各种生产经营 活动是不可分割的,要统一考虑。 ? (2) 信息的观点:整个生产过程实质上 是信息的采集、传递和加工处理的过程。

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1

CIMS概念(2)

? CIM可理解为一种哲理,它运用当代的各种最新技

术实现企业的信息流和物流的集成和优化运行, 是企业赢得竞争的经营战略思想。 ? CIMS是按CIM哲理建成的系统。它从企业的经营战 略目标出发,综合考虑企业中人、技术和管理的 作用,用各种先进技术手段,实现企业生产经营 全过程中的信息流和物流的集成,并在产品质量、 生产成本、生产周期等方面达到总体优化。 ? CIM作为一种新的哲理,适用于各种制造企业,甚 至也可以推广到其他企业。

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2.CIMS构成(1)
CIMS 系统可分为四 个分系统; (1)生产经营管 理分系统 (2)工程设计分 系统 (3)制造自动化 分系统 (4)计算机支撑 环境分系统。

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2.CIMS构成(2)
? 生产经营管理分系统包括经营计划、销售管理、

财务成本管理、生产管理、物料管理、设备管理、 人事管理、质量管理等子系统。 ? 工程设计分系统包括产品设计、工程分析、工艺 设计、数控编程等子系统。系统不仅能支持变型 产品的各项设计活动,也应支持新产品的研究、 设计等。 ? 制造自动化分系统支持制造现场车间的各种活动, 包括车间管理、单元调度、工作站及设备的控制, 人、财、物的管理等子系统。 ? 计算机支撑环境分系统主要包括计算机网络通信 及数据库管理两个子系统,也可包括支持系统运 行的集成平台,如使能器、集成框架。

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3.现代集成制造—中国 的CIMS(1)
? 80年代中开始实施我国高技术计划的“计算机

集成制造”,简称863/CIMS的研究,到90年代 后期提出“现代集成制造” 的概念,可以说 反映了我国CIMS研究、开发和应用的进程。 ? 现代集成制造扩展为基于设计过程重建和优化 的过程集成(如并行工程)以及面向全球制造 的企业集成(如敏捷制造)。强调了系统优化 的观点。 ? CIMS包含当代在系统论、信息化、集成化、网 络化、虚拟化、智能化等方面促进制造系统更 快发展的新技术、新方法。

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3.现代集成制造—中国 的CIMS(2)
我国发展 CIMS 没有照搬照抄国外的 发展模式,而是结合国情,发挥优势并 有所创新。从技术的角度看,中国 CIMS 的特点分析如下: 1)强调建模和系统分析 2)强调集成和优化 3)强调“系统发展模式” 4)强调协同

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三、现代企业生产经营管理模式及 管理技术
1 MRPⅡ管理模式的特点及功用 2 JIT(Just-In-Time)准时生产方式 3 项目管理

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1.MRPⅡ管理模式
1)制造资源计划(Manufacturing Resources Planning,MRP Ⅱ) ? 是指以物料需求计划(Material Requirement Planning,MRP)为核心,以生产计划和控制 为主线的一种现代化企业生产经营管理模式。 ? 必须合理组织和有效利用企业的设备、人员、 物料等制造资源,以最低的成本、最短的制造 周期、最高的质量生产出满足顾客需求的产品。 ? 必须采取先进且十分有效的生产管理技术来组 织、协调、计划与控制企业的生产经营活动。

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2)MRPⅡ的目标与实质
? MRPⅡ 的核心是物料需求计划 MRP ,这里物

料是一个广义的概念,它不仅仅指原材料, 而是包含原材料、毛坯、自制件(零部 件)、成品、外购件或服务件(备品备件) 等这个更大范围的物料。 ? 对物料在需要的时候,以需要的数量供给 使用者而没有多余的库存,这就是MRP的基 本目标与实质。即MRP提供了物料需求的准 确时间和数量。

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3)MRPⅡ管理模式特点 MRP Ⅱ正是为此而发展起来的一种科学 的管理思想和管理模式,其特点如下: ?实用有效性。 ?计划一贯性与可行性。 ?管理系统性。 ?数据共享性。 ?动态应变性 ?模拟预见性 ?物流、资金流的统一。

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4)MRPⅡ管理模式功用(1) ? 降低库存,包括原材料、在制品 和产品的库存。 ? 合理利用资源,缩短生产周期, 提高劳动生产率。 ? 按期交货提高客户服务质量。 ? 降低成本。 ? 提高管理工作效率,管理人员减 少10%。 ? 信息反馈及时、速度提高50%。

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4)MRPⅡ管理模式功用(2)
? 改善经营决策,提高企业的应变能力和竞争地

位,企业领导可随时了解销售、生产和财务等 方面的运行状况。 ? 团队精神得到发扬,人员素质明显变化,涌现 出一大批既懂管理和生产又善于应用计算机的 各类专业人才。 ? 管理人员从繁琐的事务中解脱出来,致力于实 质性的管理工作,实现规范化管理。 ? MRPⅡ 形成的规范化管理,对产品质量起到一 定的保护作用。 ? 提高了企业可信度和声誉及在国际市场上的地 位,一个MRPⅡ评审为A的企业表明该企业的管 理水平达到了一个较高的层次。

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2.JIT(Just-In-Time)准时生产方式
? 准时生产方式是起源于日本丰田汽车公司的一

种管理方式。 基本思想 :“ 只在需要的时候, 按所需的量,生产所需的产品”。 ? 这种生产方式的核心是追求一种无库存生产系 统,或使库存达到最少的生产系统。 ? 这个体系包括企业的经营目的、经营理念以及 管理的基本原则,对企业基本活动的各个不同 方面,JIT都有其独特的思想和实施方法。

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3.项目管理
主要的应用有下列几个方面 1) 新产品开发 2) 软件系统开发 3) 设备大修工程 4) 单件生产

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四、工程技术分系统
1.产品开发过程 2.产品开发过程中的计算机辅助 技术 3.并行工程(CE)

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1.产品开发设计过程
新产品的设计是一种饱含创造性的工 作。通常是由用户提出设计要求和条件, 设计者在理解这些要求并经过思考之后, 提出设计结果——图纸文档,这就是设 计过程 。

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1)产品开发设计过程的阶段划分
根据设计方法学的观点,设计过程 可以划分成干个设计阶段,各设计阶段 又可划分为若干个设计步骤。设计过程 的阶段划分: (1)功能分析 (2)产品定义 (3)总体设计 (4)详细绘图

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2)产品开发过程
当我们把“设计”换成了“开发”, 产品开发过程的含义有所拓展,包含了 产品投入生产以前应完成的所有工程设 计及文档活动,既包括了产品自身的工 程设计,也包括了后续生产过程的工程 设计(工艺过程设计、检验过程设计、 装配过程设计等)。

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1)合理化工程
? 近年有人提出的“合理化工程”概念,企业的

产品设计开发分成两个部分,即全新产品设计 和合同产品设计。 ? 全新产品设计负责新产品的设计和标准模块的 设计,这部分工作具有一定的创新性; ? 合同产品设计的主要工作是根据合同中顾客的 具体要求选择适当的系列产品或组合产品,并 按合同的要求选择模块的尺寸,即进行常规的 变型设计。

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2)产品开发过程的重组
? “ 合同产品形成过程”是一个“快循环”,工

作比较按部就班地进行,较少创新,能快速、 可靠地向用户提供质量稳定的产品。 ? 产品开发过程的重组,将可以充分进行优化的 “快循环”(变型设计)与富于创新的“慢循 环”(创新设计)区分开来,从而为解决合同 生产型企业生产周期过长的问题提供了组织方 面的保证。而对产品的结构进行合理化的改造, 通过成组技术应用和标准化工作,减少企业零 部件数量,促使“慢循环”向“快循环”转化, 降低新产品开发成本。

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产品开发过程重组图
生产技术准备

全新设计

市场预测
市场

生产管理

制造、检验

交货、用户服务

用户

外协 外购 厂家 产品设计开发过程重组 采购 变型设计 合同管理 签定合同

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2.产品开发过程中的计算机辅助技术
利用计算机来实现对产品从构思 到投放生产的全过程进行分析和控制, 亦即对设计和制造过程中产品信息的 产生、转换、存储、流通、管理进行 分析和控制的信息处理系统,通常称 为 CAD/CAE/CAM 或 CAD/CAPP/CAM , 甚 至简称为 CAD/CAM 或 CAX 系统,即产品 开发过程中的计算机辅助技术。

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1)计算机辅助设计(CAD) 计算机辅助设计(CAD)的主要技术内容
?工程绘图 ?曲面造型

?实体造型
?物性计算 ?三维几何模型的显示处理 ?特征造型 ?二维和三维模型的相关

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2)计算机辅助工程(CAE) 计算机辅助工程(CAE)的主要技术内容 ? 有限元分析 ? 优化设计 ? 动力学分析

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3)计算机辅助制造(CAM) 计算机辅助制造(CAM)的主要技术内容 ? CAM是计算机在产品制造方面有关应用的 统称,可有广义 CAM 和狭义 CAM 之分。广 义CAM指利用计算机完成从毛坯到产品制 造过程中的直接和间接的活动。 ? 狭义CAM常指工艺准备或它的某些活动中 应用计算机来进行。

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4)计算机辅助工艺设计(CAPP)
计算机辅助工艺设计(CAPP)的主要技术内容 ? 工艺设计( Process Planning )是指将对产 品(包括零件)的设计转换为要把原材料制 造成这样的产品所需的一系列操作及资源需 求的描述、设计、加工方法选择、工序设计、 工艺路线制定和工时定额、材料计算等。 ? 产品开发过程中的信息集成

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5)计算机辅助技术目前发展状况
? 自80年代起,CAD、CAPP与CAM之间数据和信息

的自动传递和转换问题,即CAD/CAPP/CAM集成 技术引起了极大的重视。因为很长时间以来, 由于各自发展的着眼点不同,虽然它们彼此间 具有数据的输入或输出的内在关系,但都无法 直接传输数据或共享信息。 ? CAD、CAPP、CAM的集成方式有很多种。一种是 采用专门格式的数据文件实现数据传递。 ? 随着产品数据交换标准的发展,在中性文件的 基础上进行数据交换。 ? 以工程数据库为核心实现系统集成是更高水平 的数据共享和集成方式。

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3.并行工程(CE) 1)概念
? 并行工程对产品设计和相关过程进行集

成,开展并行设计的一种系统化方法。 ? 并行工程是在产品设计阶段侧重于同时 考虑产品全生命周期(从概念形成到产 品回收或报废处理)中的各种主要性能 指标,避免在产品研制后期出现不必要 的返工与重复性工作。

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? 其基本含义都是把

产品设计师和制造 工程师结合起来以 改进制造过程和产 品。 ? 它要求将不同的专 业人员(包括设计、 工艺、制造、销售、 市场、维修等)组 成开发小组,亦叫 并行开发小组。

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2)并行工程的特点
一般说来,并行工程可包括四方面的特性 ? 并行性:产品和过程设计,在同一个时间框 架内进行。 ? 约束性:过程约束性被认为是产品设计的一 部分,从而保证设计出的零件易于制作、搬 运和装配,并便于采用简单且成本合算的工 艺、工装和物料储运方法。 ? 协调性:产品和过程密切协调以获得有效成 本、质量和交货期的最佳匹配。 ? 一致性:产品和过程的重大决策要征求全组 人员的意见并取得一致。

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3)并行工程的方法学
? 并行工程是 CIMS基本哲理的新发展,既以

信息集成为基础,逐步向产品开发过程集 成发展。它继承了以往制造技术中的很多 精髓,同时又具有独特的理论和方法学。 ? 并行工程要解决产品开发过程的描述(建 模)、优化(重组)、控制(自动化)等 方面的问题,而这几个方面都必须满足集 成的需要。

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并行工程(CE)-加速设计过程图示
工程师A 工程师B 工程师C 1个月 确认 2天 确认 2天 确认 2天 工程师D 1个月 确认 2天 128天

(a)串行工程
工程师A

新的工作

冲突协调

工程师B
工程师C 工程师D
1个月

冲突协调 集成确认
2天

32天

(b)并行工程

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4)并行工程实例(1)
汽车电气电缆互联设计 ? 汽车内的电气电缆互联和装配是跨越了电气系 统设计和机械设计两个截然不同的领域。而在 汽车的设计过程中,这两者又是互相结合、密 不可分的。 ? 传统的设计过程是一个串行过程,当汽车车身 和零部件的设计和组装到位以后,才能开始电 气互联的设计和装配。由此带来两个方面的问 题:一是设计中存在的问题往往发现得太晚, 整个汽车产品的开发周期被大幅度延长;二是 电气设计师和机械设计师互不关联 ,各自的 产品在装配过程中必然会发生问题,经常需要 更改设计,使整个产品的开发成本大幅度上升。

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4)并行工程实例(2)
? 美国的 CAD 供应商提供了一种自动化设计工具,

这是基于 CAD 软件的混合建模与并行装配的设 计技术,使得机械设计师和电气设计师可同时 设计一个汽车产品的装配模型,互相参照地完 成各自的设计任务,并在三维数字化模型上完 成电缆线与零部件之间的干涉检查、设计规则 检查、电缆线物性计算。 ? 由于设计不合理而带来的扭曲以及装配不合理 带来的磨损都将被避免。这种并行工程方式使 机械设计和电气设计融合为一体,使厂家在产 品开发周期和可靠性方面赢得竞争优势。

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4)并行工程实例图示(3)
汽车车身设计 零部件设计 组装设计 串行设计过程 汽车车身和零部件的设计

电气电缆互联设计
装配设计

汽车装配 模型

电气互联的设计

并行设计过程

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五、车间自动化分系统
1.车间自动化系统概述 2.车间自动化系统的组成 1)加工设备及控制 2)物料运输与存储系统 3.柔性制造系统

第八讲东南大学机械制造实习 先进制造技术

1.车间自动化系统概述
车间自动化系统作为 CIMS 的一个有 机组成部分,通过对车间内各生产设备 资源进行计划、调度和控制,实现零件 和产品的加工制造。自动化系统内部及 其与CIM系统中分系统集成水平,直接影 响CIMS的实施效果。

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典型的递阶控制结构模型
典型的递阶控制结构模型有“NIST/AMRF”。 美国国家标准与技术研究院( the National Institute of Standards and Technology 简 称NIST)从1981年起建立了自动化制造研究实 验基地( Automated Manufacturing Research Facility, 简称 AMRF )。 NIST/AMRF 采用五层 递阶控制模型如图所示。由图可知,AMRF模型 将CIMS分成五层结构:工厂层、车间层、单元 层、工作站层和设备层。

第八讲东南大学机械制造实习 先进制造技术

AMRF/CIMS 五层结构 示意图

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2.车间自动化系统的组成
车间自动化系统由以下几个子系统组成。 1)制造设备系统 这部分是车间自动系统的硬件主体,主要包 括机械加工设备、测量设备、辅助设备等。具 体有:专用自动化机床、组合机床自动线、数 控( NC )机床、 CNC 机床、加工中心( MC )、 计算机直接数控系统( DNC )及柔性制造系统 ( FMS )等中的加工设备;各种测量设备;刀 具系统和夹具系统等辅助设备。

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2)物料运输与存储系统 包括物料仓库(立体仓库)、缓冲工 作站、装卸工作站、搬运机器人、传送 带、有轨小车、无轨小车等。 3)车间的运行控制系统 运行控制系统是车间自动化系统的大 脑,负责控制整个系统协调、优化和高 效地运行。车间自动化系统是一个复杂 的制造系统,通常采用递阶控制结构方 式。

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3.柔性制造系统(FMS)
1)产生
? 对产品质量、性能、品种等方面的不断提高,

产品更新换代周期日趋缩短,迫使人们在制造 业领域开始探索新的概念和方法来指导和组成 生产。 ? 1967 年,由英国最早提出了柔性制造系统 FMS 概念,接着美国投产了第一套 FMS 装置,以后 欧洲国家、日本等相继进行了 FMS 的研究和应 用。 ? FMS 的出现和应用,成功地解决了占机械制造 业 70% 以上多品种、中小批量生产的效率低、 本成高、质量差等弊病。

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2)柔性制造系统的概念
? 柔性制造系统(FMS)实际上是用计算机

控制的自动化制造系统,其中包括计算 机数控(CNC)的单台加工设备和各种规 模的自动化制造系统。 ? 高度的柔性,能方便和经济地加工不同 的对象,从而实现多品种、中小批量生 产的自动化。

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六、企业网络与数据管理技术
1.计算机网络基础 2.企业实用网络技术

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1.计算机网络基础
1)计算机网络组成部件
计算机网络包括以下基本组成部件: ? 主机:如大型机、小型面、工作站、微机等; ? 通信处理机:亦叫前端机,在局域网中为网卡 中的通信控制器; ? 联网部件:除通信处理机或网卡外,还包括调 制调器( Modem )、 FAX 卡、交换机( Swith )、 BNC 连接器、、中继器( Repeater )、路由器 (Router)、网关(Gateway)等; ? 通信介质:如同轴电缆、双绞线、光纤、微波、 无线电、激光、红外、卫星信道等。

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2)网络分类及功能

计算机网络按其覆盖地理区域的远近 可分为三类:广域网络( WAN )、 城 域 网 络 ( MAN ) 和 局 域 网 络 (LAN)。 网络功能: ? 资源共享 ? 通信功能 ? 多媒体及可视化功能

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3)协议和体系结构的概念
? 网络协议是指在计算机系统中不同的

实体(用户应用程序、文件传送包、 数据库管理系统、电子邮件设备以及 终端等)之间控制数据交换的规则集 合。 ? 网络协议一般都采用层次结构来实现, 一个通信任务的完成往往需要通过多 个层次的协议。

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2.企业实用网络技术
? MAP(manufacturing automation protocol ,

生产自动化协议 ) 是美国通用汽车公司( GM ) 制定的适用于工厂自动化的局域网协议集。 TOP ( technical and office protocol ,技术 和办公协议)是美国波音公司制定的适合办公 自动化的局域网协议集。 ? MAP/TOP是基于ISO的OSI-RM形成的,协议标准 基于已有的或正在制定中的国际标准和工业标 准。 MAP/TOP 给为通用汽车公司和波音公司提 供设备的各个厂家提供了统一的接口要求。两 家大公司的规模和影响, MAP/TOP 已经成为工 业界流行的网络协议集。

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七、我国CIMS应用工程实例
1.863/CIMS应用工程概述 2.案例——上海三菱电梯有限公司

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1.863/CIMS应用工程概述
? “863”计划自动化领域 CIMS主题的战略目

标之一是形成一批各具示范特色、有显 著经济效益和社会效益的 CIMS 应用企业。 ? 企业 CIMS 应用工程是 863/CIMS 主题的重 要层次,是主题“八五”、“九五”工 作的重点。 ? 企业 CIMS 应用工程构成了 863/CIMS 主题 的工程环境。

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1) 推进CIMS应用工程的重要性
? 既然 CIMS 是一种基于 CIM 理念构成的计算机化、

信息化、智能化以及集成优化的制造系统,就 必须以企业为主体,通过典型企业的实践掌握 CIMS技术。根据中国国情形成中国CIMS道路。 ? 典型企业实践工作可以指导CIMS在中国企业中 的运行,进而推动中国企业的现代化进程。 ? 应用企业的实践能检验和促进 863/CIMS技术的 研究和开发,进而促进我国CIM产业的形成。 ? 大力推广CIMS应用工程,旨在提升我国企业的 竞争力,并在制造业信息化的国际科技舞台上 占据一席之地。

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2)我国CIMS应用工程实施方针
863/CIMS 主题专家组总结了我国 CIMS 典型应用工厂实施 CIMS 工程的成 功经验,提出了企业实施 CIMS 的十六 字方针,即“效益驱动,总体规划, 分步实施,重点突破”。形成了一套 符合中国国情和企业特点,行之有效 的实施方法。

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2.案例——上海三菱电梯有限公司(1)
? 上 海 三 菱 电 梯 有 限 公 司 ( shanghai

Mitsubishi Elev ator Co.,Ltd)是由上海机 电实业公司、中国机械进出口总公司、日本国 三菱电机株式会社和香港菱电(集团)有限公 司四方面全资组建的先进技术企业,总投资 2.0 亿美元,于 1987 年 1 月 1 日开业。合资年限 为20年,主要生产经营各类电梯、自动扶梯。 ? 公司拥有各种先进加工、实验和检测设备三百 余台套,并拥有中国第一高度的电梯试验塔, 可供各类电梯作全性能实验。企业规模为大一 型,是国家512家重点企业之一。

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2.案例——上海三菱电梯有限公司(2)
? 为了适应市场竞争和生产发展的需要,必须进

一步提高新产品开发能力、提高生产经营管理 水平,改进和充实单项技术,在统一的数据库 和网络系统的支持下,建立全公司的企业资源 计划信息系统、工程信息系统和车间制造自动 化系统,实现企业信息的全面集成。 ? 上海三菱电梯公司建设成为一个经营管理科学 化、工程技术现代化、功能集成、总体优化、 效益显著的现代化企业,达到国际同类企业的 先进水平。

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2.案例——上海三菱电梯有限公司 SMEC-CIMS系统总体结构 上海三菱电梯有限公司 CIMS 工程的总 体结构如图 8-24 所示。近期目标由工程 信息系统 (EIS) 和管理分系统 ERP 两个功 能分系统以及网络和数据库两个支撑分 系统组成。整个系统以关系型数据库为 核心。

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SMEC-CIMS工程
工 程 信 息 分 系 统 E I S 上海基础数据库管理 子系统 销售与分销子系统 管 理 信 息 分 系 统 E R P 生产控制子系统 自 动 化 分 系 统

产品、工装、营业设 计子系统

物料管理子系统
财务管理子系统 成本控制 质量管理子系统 工厂维护子系统 人力资源子系统 用户管理

上海三菱电 梯有限公司 CIMS工程的 总体结构示 意图

管理子系统

工艺设计子系统

工程计算子系统

技术任务管理子系统

用户管理

电子邮件管理

数据库管理分系统

计算机网络分系统

CIMS工程的总体结构

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管理信息分系统(ERP)
上海三菱公司的 ERP 引进德国 SAP R/3 系 统。包括生产控制(PP)、车间管理、销售与 分销(SD)、物料管理(MM)、财务管理(FI)、 成本控制(CO)、工厂维护(PM)、RFJGTPGJ (QM)、人力资源(HR)、工作流等模块,具 有功能强大、配置灵活、技术先进等特点。通 过 FDDI 、光纤网络、 DDN 专线等,将包括全国 各地分公司在内的全公司联网,为推行现代化 奠定了基础。

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第八讲 数字化与网络化制造
一、数字化与网络化制造发展趋势 二、虚拟制造(VM) 三、敏捷制造(AM)

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一、数字化与网络化制造发展趋势
1.数字化制造
? 从世界范围来看,制造业遵循着“劳动密集

→设备密集→信息密集→知识密集”的轨迹, 并正在经历着从信息集成走向知识集成的新的 发展阶段。 ? 对市场的响应时间和良好的个性化服务将成为 21世纪企业赢得竞争优势的最主要因素。 ? 以制造过程的知识融合为基础、以数字化建模 仿真与优化为特征的“数字化制造”正成为制 造技术发展的重要领域。

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2. 两个层次的虚拟过程
? 以数字化描述为基础的虚拟设计和虚拟制造的

重要性日益增强。 ? 数字化制造在产品设计、制造活动中,进行两 个层次的虚拟过程,一是设计阶段用户能够参 与建立数字化产品模型,实现“高交互”和沉 浸式并行开发的虚拟环境,从而达到预先体验 产品性能的目的;二是在制造系统层次上强调 对生产制造性能进行有效而近乎实时的评价。

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3. 网络化制造
? 以因特网为代表的网络技术,使设计制

造各个环节的信息与知识在数字化描述 的基础上得到流通与集成,从而使异地 的、不同企业的资源可以共享,使以满 足全球化市场用户需求为牵引的快速响 应制造活动——网络化制造成为可能。 ? 数字化与网络化必将对未来制造业发挥 实际的推动作用。

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二、虚拟制造(VM)
1. VM的基本概念 2. 虚拟现实技术及特征 3. 虚拟现实技术在制造业中的 应用技术

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1.VM的基本概念
? 虚拟制造(Virtual Manufacturing简称VM)

这个词由两部分组成—“虚拟”与“制造”。 “虚拟”是指物质世界的数字化,亦即对真实 世界的动态模拟又称为虚拟现实;“制造”指 的是虚拟现实技术在制造中的应用或实现。 ? 虚拟制造是一种新的制造技术,它以计算机仿 真为支持,在产品设计或制造系统的物理实现 之前,就能使人们体会或感受到未来产品性能 或者制造系统的状态,从而可以作出前瞻性的 决策与优化实施方案。 ? 虚拟制造是一个集成的、综合的可运行的制造 环境,用来改善各个层次的决策和控制。

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2. 虚拟现实技术及特征
? 虚拟现实(Virtual Reality简称VR)技术是

在人类为改善人与计算机的交互方式,提高计 算机可操作性所进行的努力中产生的。它是指 综合利用计算机图形系统和各种显示和控制等 接口设备,在计算机上生成的、可交互的三维 环境中提供沉浸感觉的技术。 ? “沉浸”是指用户感觉 及其视点或身体的某 一部分处于计算机生 成的空间之中。

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? 虚拟现实系统包含操作者、机器和人机

接口三个基本要素。 ? 虚拟现实横跨计算机图形学、显示、人 机交互与传感仿真等多种技术,它的发 展反应了人们追求人机界面自然性以及 仿真环境逼真性的一个历程。

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3. 虚拟现实技术在制造业中的应用
产品开发阶段的虚 拟原型设计; ? 工程分析可视化; ? 生产加工过程可 视化及检测; ? 工厂设计和规划; ? 设备操作及维修培训; ? 实现并行工程的 汽车侧围焊接虚拟生产线 支撑技术。
?

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三、敏捷制造(AM)
1. 敏捷制造的概念

2. 敏捷化竞争的特点、形式及规律 3. 敏捷制造的社会环境 4. 敏捷制造的技术基础 5. 敏捷化企业的管理与运行 6. 中国企业如何实施敏捷制造 7. 动态联盟和敏捷供应链

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1. 敏捷制造的概念
1)背景和新世纪竞争
? 20世纪20年代,Henry Ford开创了机械自动化

的流水线生产,提出了标准化的概念。 ? Taylor引入科学管理思想,出现了“少品种、大 批量”的生产方式。大批量的生产方式带来了空 前的成功。 ? 20世纪60年代以后,市场逐步转向买方市场。精 明的企业家开始努力提供更多、更好的产品以供 购买者选择。这一努力带来了一个少批量、多品 种、个性化的市场,也给那些过去习惯于大批生 产而没有及时完成转型的企业带来了空前的挑战。

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? 进入 20 世纪 90 年代以来,随着各种技术、特

别是自动化技术、计算机技术和互联网技术的 迅猛发展,这种趋势越来越明显。 ? 所有企业都感受到了空前的压力。为了响应21 世纪的挑战,各个国家和地区组织了大量的研 究来帮助企业迎接这一挑战。其中最著名的是 一份“21世纪制造业战略发展报告”(以下简 称“报告”)。 ? 报 告 中 首 次 提 出 了 敏 捷 制 造 ( Agile Manufacturing )的概念,对敏捷制造的概 念、方法及相关技术作了全面的描述,是美国 先进制造技术研究的重要里程碑。

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? 敏捷性概念是 1991 年提出来的。当时美国工

2) 敏捷性概念

业界的代表认识到当前商务环境变化的速度超 过了企业自身调整的步伐。当新的客户要求在 其他地方得到满足之后,美国企业就失去了它 们原有的市场份额。 ? 尽管有许多企业是由于这种挑战的认识太迟而 破产,但还有许多企业是即使认识了这种挑战 也无法完成需要的内部调整来适应这一挑战。 ? 敏捷性这个高度描述的就是企业所缺乏的这种 能力。他们无法以相应的速度来调整自己、无 法适应商务环境的迅速变化——更不必说如何 利用这一变化来获取竞争优势了。

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3)敏捷性的矛盾和解决
? 敏捷要求企业有足够的柔性,能快速进行自我

调整以适应市场的变化。这就要求企业的规模 要小,管理层次要少,决策、转向要快。 ? 而基于知识和新产品的竞争则要求企业具有一 定的规模,拥有尽可能多的知识和人才,尽可 能全面的各种加工手段以适应各种无法预测的 变化和挑战。这是一个根本的矛盾。 ? 近10来年的实践证明,小型化(Cownsizing) 和追求敏捷是当今国际上企业改组的基本趋势。

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? IBM,AT&T,FORD(福特)等许多跨国大公司

都在过去几年里通过有计划的自我分解和承包, 划小了决算单位。通过给子公司更多的自主权, 提高了他们自身和这些子公司的敏捷性。 ? 总厂可以把管理和资金更多地集中在新产品的开 发和市场的开拓上,但为了实现最终的利润目标, 它还必须保证它的新产品能以最快的速度、最好 的质量和最完美的售后服务提交给市场和用户。 为实现这个目标.它需要世界各地的零配件供应 商,销售商和服务机构的通力合作。 ? 一个敏捷化的企业自身未必能满足客户和市场越 来越高的要求。于是就提出了“全球化敏捷生产” 的概念。

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? 全球化敏捷生产强调联合竞争。它针对具体的

市场机遇,动态地组织一个跨企业的联盟来响 应这一机遇和挑战。强调通过企业间的利益共 享和风险共担,实现企业间的精诚合作并创造 一种共同盈利的合作机制(Win-Win Case)。 当这一市场机遇失去之后,联盟也就自动瓦解 了。 ? 由于它的动态特性和联盟特点,全球化敏捷生 产也被称为“动态联盟” ( 在本文中,这两个 同可以互换互用 ) ;动态联盟和今天的某些大 企业集团不同,它的组织更灵活,更机动,有 着更好的敏捷性。

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4)敏捷制造概念
? 敏捷制造是企业在无法预测的持续、快速变化

的竞争环境中生存、发展并扩大竞争优势的一 种新的经营管理和生产组织的模式。 ? 它强调通过联合来赢得竞争;强调通过产品制 造、信息处理和现代通信技术的集成,来实现 人、知识、资金和设备(包括企业内部的和分 布在全求各地合作企业的)的集中管理和优化 利用。

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2. 敏捷化竞争特点、形式及规律
1)特点 ? 敏捷化竞争中的速度是个综合的概念,它包括 了市场反应速度、新产品开发速度、生产速度、 信息传播速度、组织结构调整速度等。提升这 种速度必须提高企业的综合素质。 ? “满意度”是敏捷化竞争的直接目标 , 为了获 得客户的满意,企业给客户提供的不能只是单 一的产品了,而必须是一种全面的解决方案。 服务和产品必须紧密集成在一起。

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? “合作双赢”是敏捷化竞争的组织形式

敏捷化竞争更强调企业之间的合作关系。动 态联盟是敏捷化生产的主要方式。 ? “知识创新”是敏捷化竞争的决定性因素 知识被作为经济发展的硬因素对待,其功能 是要提高渗透在科技成果中的诀窍类和独占类知 识的含量,从而提高专有技术的数量和质量,提 高竞争能力并产生规模经济效益。 ? “系统论和进化论”是敏捷化竞争的指导思想 敏捷化竞争是一种综合性的竞争,它要实现 的是全局优化。因此要站在系统的角度和进化的 角度来认识和开展敏捷化工程。

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2)敏捷化竞争的形式
? 围绕产品的竞争 从客户对产品在时间、

成本、质量和服务等方面的综合要求出 发,将敏捷化竞争归纳为新产品竞争、 价格竞争、质量竞争和服务竞争。 ? 不同主体间的竞争 按照竞争的主体不 同,敏捷化竞争又可分在同行企业之间 的竞争、不同行企业之间的竞争和企业 与客户之间的竞争三种形式。

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3)敏捷化竞争的规律
竞争是价值规律、供求规律等共同起 作用的客观规律。竞争的实质就是消费 力对生产力的关系。竞争规律是市场主 体争夺经济利益的必然性。竞争规律与 其他规律一样具有强制性,这是事物内 在的必然规律。 敏捷化竞争的规律就是供力图适应求 的变化速度。市场永远只欢迎满足客户 需求的产品,这是竞争的一般原则。

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4)敏捷化竞争能力的影响因素
实施敏捷制造的直接目标就在于提高其 敏捷化竞争能力。其影响因素: ?客户要求变化的响应能力。 ?新产品开发能力。 ?柔性生产能力。 ?知识管理能力。 ?人力资源对变化的响应能力。 ?创新能力。 ?企业内外的合作能力。 ?全球化市场变化的响应能力。 ?信息系统对环境变化的适应能力。

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5)柔性生产能力企业实例
? 一个实际的例子来自美国的福特公司,作为一个

汽车制造商,在过去几十年里,不同市场的不同 需要它开发生产了许多不同的车型。 ? 由于不同的车型之间有着很大的差异,它们采用 不同的技术、不同的部件、不同的加工方法和不 同的生产过程,因此过去每开发一个新的车型, 它就要建立一个新厂来制造它。 ? 由此带来的问题是各方面的,除了显而易见的准 备周期长,投资规模大之外,最大的问题是它的 市场响应能力极差。当市场好,需求量急速增加 时,它无法迅速扩大生产能力;当市场疲软,需 求量锐减时,它只好关门破产。

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? 为改变这种状态,福特目前的目标是要设计一

种生产线,在它上面可以生产福特所有各种型 号的不同车型。如果福特能做到这一点,它的 敏捷性就大大加强了。 ? 当某种型号的车需求量增加时,它可以方便地 在其他线上安排这一车型的生产从而迅速增加 它的生产能力,而当它的需求量减少时,它可 以在这条线上生产其他型号的车型。 ? 在这样的生产线上,具有自纠正、自诊断和在 线质量监控功能的设备将会逐步占有相当的比 重。

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3. 敏捷制造的社会环境
企业是存在于一定的社会环境中的,它 的发展必然受到社会环境的制约和影响。要提 高企业的敏捷性,除了要在内部加强改革,锐 意进取,还必须有一个有利于培育企业敏捷性 的社会环境。社会环境对企业的影响主要有以 下四个方面: 政府、政策、法律 市场环境 社会基础设施 社会文化

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敏捷制造的社会环境-图示

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4. 敏捷制造的技术基础
1)技术基础 ? 敏捷制造所需要的主要技术用一个立体图形来 表达,敏捷化信息系统处于整个立体结构的底 部,反映了信息系统在企业中的基础地位。 ? 在图形的中间层次为一组敏捷化使能工具集, 在上层分成了两块,一块为集成化产品设计与 过程开发,它集中反映了企业对新老市场的变 化响应能力,是企业参与竞争,生存发展的最 直接体现,这个功能又是通过若干个子系统的 协作和集成来实现的;另外一块为敏捷化制造 过程,它是将产品设计物化成具体的产品的环 节。

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? 从总体上看,敏捷化信息系统是敏捷

企业运行的平台,在集成化产品设计 与过程开发和敏捷化制造过程的不同 阶段需要使用不同的使能工具。几部 分之间相互配合构成了企业的技术基 础。

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2)制造过程及实例
A. 可重构、可重组、可扩充加工过程和加工设备 ? 通用汽车公司的匹兹堡冲压厂是专业生产各种小 批量、多品种的备品、备件的企业。其中有大量 不同的车身覆盖件的测试和检验。 ? 传统的作法是一种车型就要做一副温度夹具。由 于车身品种多(共有 700 多种),这种方法显然 是行不通的。于是该企业便设计了一套本身测量 的万能夹具。整套夹具由一个通用的底座和一组 网格分配在底座上的可调触头组成。不同的车身 形状是由一组不同的可调整头构成的网格来表达 的。因此更换调整好的触头组合就可以形成不同 车型的车身测试需要。

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? 采用这样的柔性、可组合的夹具后,测

试设备的测试范围得到了扩大,有可能 构筑一引起临时性的夹具,可进行高频 率的反复检查以及为加工过程中的阶段 检测。适应范围的扩大提高了企业对未 知变化的潜在的适应能力。

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B.先进的加工设备和过程
制造技术处于不断的进步当中,这些技术 能够从生产效率、可加工的零件种类等方面大 大扩大企业的制造能力范围。如果企业不能够 对这些技术进行及时地跟踪和应用,必然影响 其对付未来持续的不可完全预测的市场需求的 能力。高速加工设备,微小加工技术,加速成 型技术是几项处在飞速发展中的技术。

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5. 敏捷化企业的管理与运行
? 只有敏捷制造的技术并不能使企业成为一个敏捷

化企业。企业是一个系统,其运行需要对可控制 的资源(人、财、物、时间)进行计划、分配、 控制、协调。因而与敏捷化技术相适应需要先进 的管理技术和运行方式。 ? 敏捷化企业的组织形式——动态联盟 ? 敏捷化企业的管理方式——以团队为核心的扁平 化网络结构方式 ? 敏捷化企业的工作方式——并行工程和协同工作

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1)敏捷化企业的管理方式
? 传统的企业组织结构特别强调组织内部分

工,在纵向上分成了若干层次形成一个等 级分明的金字塔结构。从横向上看,组织 被分成若干个并列的部门,每个部门负责 一项专门工作,各司其职、各自独立。这 种等级明确、分工精细的组织结构在过去 相当长的时间内的确收到了降低成本、提 高产量的效果。

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? 敏捷化竞争的出现,传统的企业组织结构暴露

出许多弊端,如信息传递慢,应变能力差等。 为了适应这种变化,企业需要摈弃垂直式功能 化的组织结构,转向以“团队”为核心的扁平 化网络结构模式。 ? 所谓“团队”就是让职工打破原有的部门界限, 绕过原来的中间管理层次,直接面对顾客和公 司总体目标,以群体和协作的优势赢得组织的 高效率。团队一般有两种组合类型:一种为 “专案团队”,为解决某一特定问题而组织在 一起。另一类是“具体工作团队”,主要从事 日常业务工作,一般是长期存在的。

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? “团队”的运作一般具有如下特征:

目标明确。 界限不明。 角色分工。 规模适中。

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2)敏捷化企业的工作方式—并行工 程和协同工作
? 人类社会进入到信息时代后,社会分工愈来

愈细,绝大多数的工作需要群体的积极努力 才能完成。企业过程也是一个群体工作的过 程,依靠企业内所有人员之间的相互合作才 能完成整个业务。 ? 敏捷化竞争中,由于市场竞争日益国际化, 许多企业分散经营。面对激烈竞争,企业必 须付出巨大努力提高工作效率和质量,特别 是协同工作的效率。

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6. 中国企业如何实施敏捷制造
1) 概述
? 敏捷制造的概念是由 863 计划的 CIMS 专家组最

先于1992年引入中国的,中国的企业也大致可以 分为两大类。一类是产品型的。它们的产品是直 接面对消费者的。这类企业赢得竞争的关键在于 能否不断地开发新技术,推出新产品,能否持续 降低生产成本和提高服务质量来维持和扩大其市 场占有。因此敏捷制造的所以原则对它们都是适 用的。

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? 另一类企业是加工型企业。它们是产品型企业

的供应商或配套厂。它们的专业化程度比较高。 依靠可靠的质量和信誉来承接其他企业的定单。 加工型企业的生存、发展取决于两方面的因素: 一是如何提高自己的专业特长从而在时间、质 量和价格上保持高的竞争能力。其次是它的上 游企业的发展要好。如果它的上游企业(它的 客户)的市场不好,没有足够的定单,它也就 无法好起来。对这类企业来说,动态联盟的组 织方式为它们开辟了一条新的道路。按照动态 联盟的要求来改造自己企业的管理模式和经营 过程可以给这些企业带来广泛的结盟对象。

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2)对于产品型企业(1)
? 一个产品型企业如不能不断地通过技术创新

来发展新产品和开拓新市场,它就没有持续 竞争能力。一旦市场需求发生变化,或产品 技术发生变化,它就将失去市场而一筹莫展。 ? 引进技术甚至生产线曾经是一条快速占领市 场的捷径。随着竞争的加剧和产品周期的缩 短,单靠引进也不能维持企业持续发展的需 要。 ? 在新的竞争环境下,产品型企业要生存、要 发展,必须把提高技术创新列为企业发展的 首要目标。

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2)对于产品型企业(2)
? 最重要的是先要了解未来市场的竞争焦点是基

于知识的竞争。作为一个产品型企业必须首先 设法加强两头,加强产品开发能力和市场开拓 能力。这两头强了,企业就有了生命力。 ? 在鱼与熊掌不可兼得的情况下,宁可适当缩小 加工能力也要保证在产品开发和市场开拓方面 的投入。这是因为产品型企业完全可以通过委 托加工来弥补自己在制造能力方面的不足。

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实例
? 在深圳的华为和中兴公司,产品设计人员和市

场开拓人均占企业职工总数的 40% 左右,它 们的许多零部件生产都是由协作厂来完成的。 它们不仅每年投入大量的资金自己开发新产品 和研究新技术,而且通过和全国各大高校和主 要研究机构之间建立的长期技术合作关系,可 以充分利用社会的力量来加强自身的开拓创新 能力。这也是它们能在激烈竞争的交换机市场 中不断发展、壮大的重要原因。“两头在内, 中间在外”的“哑铃型”企业组织模式是目前 国际上企业改组的总趋势。对我国大量的机电 和机械类的产品型企业来讲是最合适的。

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3) 对于加工型企业
? 对加工型企业而言,虽然它也需要有一

定的技术开发能力来不断提高自己的工 艺水平和加工能力。但它更重要的是对 产品型企业提出的不同要求作出快速响 应,按质按量地完成上游厂商的订单。 随着产品型企业技术进步的加快和产品 的不断更新,对加工型企业也会提出越 业越高的要求。要求它们也有越来越高 的敏捷性。

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? 中国有着大量的加工型企业,如何把中国大量

的富余加工能力对外开放,使它们成为跨国公 司成立动态联盟的加工基地是帮助这些企业昂 道进入21世纪的关键。动态联盟的企业组织方 式为企业降低市场变化的风险提供了一条道路。 越来越多的跨国企业为了避免高额的投资风险, 大量采用转包生产的方式来扩大产量和降低成 本。这为我们的加工型企业提供了极好的机遇。 现代信息技术的发展,特别是近两年来 Internet 和 Intranet 技术的发展可以说为解 决这个问题扫清了技术上的障碍。目前缺乏的 是一些有目的的组织和规划。

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4) 解决方法
? 一方面,企业要练好内功,抓好内部管理,提高

生产效率和加工质量; ? 另一方面,有些条件的满足(如供应链问题)需 要全社会的协助。我们还要从社会的角度来制定 一些必要的商务规范,有了这么一套标准的商务 规范,跨国公司来华寻找结盟对象便有了统一的 商务程度和标准的技术规范,可以大大降低它们 在这方面的费用和时间。 ? 使中国大量富余的制造能力成为全球委托加工的 加工中心和资源中心。

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7. 动态联盟和敏捷供应链
1) 动态联盟基本概念 ? 动态联盟是实现全球化敏捷生产的主要方式。
它强调通过企业间的利益共享和风险共担来实 现企业间的精诚合作,强调联合竞争、共同盈 利的合作机制。 ? 这个联盟是动态的,它有一定的生命周期。它 针对某个市场机遇或每项新技术、新发明的应 用要求而产生,当这一前提失去之后,联盟也 就自动瓦解了。

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动态联盟生命周期示意图

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2)动态联盟和传统工作方式比较
以前传统的工作方式相比较,动态 联盟强调“动态”和“联盟”。“动态” 反应了市场和竞争环境的特点,而“联 盟”代表了一种通过紧密合作去响应变 化的新型企业组织模式 .动态联盟概念要 求生产厂家和它的供应商和销售商结成 一个直接面向市场和用户的联盟企业, 它们应能像一个企业内部的不同部门一 样主动、默契地协调工作。

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3)动态联盟的优点
动态联盟有下面这些明显的优点: ? 中小企业可以通过分享其他合作者的资源,完成 过去只有大企业才能完成的工作,而大企业也能 通过转包生产的方式在不需要大量投资的情况下 迅速扩大它的生产能力和市场占有率。 ? 由于合作者不同的专长,动态联盟可以在经济和 技术实力上很方便地超过它的所有竞争对手从而 赢得竞争。 ? 跨地区,跨国界的国际合作使每一个合作者都有 机会进入更广泛的市场。它们各自的资源也可以 得到更充分的利用。

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4)供应链概念
供应链(supply chain)是跨越企业中多 个职能部门活动的集合,它包括从订单的发送 和获取、原材料的获得、产品的制造到产品分 配发放给用户整个过程。由于当前用户对服务 以及社会对环保的重视,产品的售后服务也应 成为供应链中重要的一部分。在这些活动中涉 及到从原材料的提供者、零部件加工者及标准 件供应者、最终产品制造者、产品批发分销商、 产品零售商到最终用户,他们都可以看成是企 业经营的合作伙伴,

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供应链
动态联盟必须努力提高整个供应链中物流 及相关信息流通的通畅性及快速适应性以使所 有与企业经营相关的过程、人、信息有效地集 成。这是达到敏捷性的重要标志。

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5)敏捷供应链概念
敏捷制造概念的提出对供应链问题赋予了 新的含义和要求,提出了敏捷供应链的概念。 敏捷供应链区别于一般供应链系统的特点在于, 敏捷供应链可以根据动态联盟的形成和解体 (企业重组)进行快速的重构和调整。敏捷供 应链要求能通过供应链管理来促进企业间的联 合,进而提高企业的敏捷性。提出了供应链本 身的敏捷性和可重构要求以适应动态联盟的需 要。

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概念车

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即将投入运营的最 大的宽体客机

空客-380

猛禽-22

即将服役的最先 进的隐形战机

F-16

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用光导纤 维做手术, 不用开刀

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神六飞船升空

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飞船顺利进入预定返回轨道,并进行首次调姿。

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飞船轨道舱与返回舱分离。

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飞船二次调姿

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飞船返回舱与推进舱解锁,两舱成功分离

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先后打开 引导散减 速散主伞, 共三把伞, 如果有必 要,还要 打开第四 把瑟—备 份伞

脱减速伞, 主伞打开。

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人 造 金 刚 石 锯 片

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神奇的纳米 碳管

它的密度是钢的1/6,而强度却是钢的100倍

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钻井平台

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大容量制氢设备

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我国最新定型涡喷发动机-----太行

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啤 酒 厂 设 备

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电镀生产线

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炼钢设备

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大口径无逢钢管

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曲轴

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箱体

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齿轮

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低压电缆分接箱

开关柜

干式变压器

电力监控仪表

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钛金 产品 及设 备

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模具

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啤酒生产线

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Si3N4基陶瓷球轴承

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型材

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弹簧

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形变铝合金

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轴承

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变速齿轮

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容 器

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冲压件

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床 身

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