大学课件：现代制造系统(v41)1-绪论.ppt

1、现代制造系统 第1章 绪论 东北大学秦皇岛分校 黄亮 n-课程定位课程定位:l高等数学、线性代数、概率论与数理高等数学、线性代数、概率论与数理统计、运筹学等先修基础理论课程中数学统计、运筹学等先修基础理论课程中数学方法的实际工业应用；方法的实际工业应用；l建模与仿真、实验设计、生产计划与建模与仿真、实验设计、生产计划与控制、质量控制与质量管理、成本控制控制、质量控制与质量管理、成本控制等先修专业课程中方法的升级内容，涉及到研究等先修专业课程中方法的升级内容，涉及到研究生阶段学习的初级内容。生阶段学习的初级内容。l课程目的：培养初步的科研素质，启发创新思维。课程目的：培养初步的科研素质，启发创新

2、思维。考核方式考核方式:l平时成绩平时成绩30%30%，包括，包括课上提问（需要理解的概念题，选择或填空）。课上提问（需要理解的概念题，选择或填空）。l考试成绩考试成绩70%70%，闭卷考试，本课件闭卷考试，本课件“课程要求课程要求”部分指定的范围，部分指定的范围，概念题（选择、填空、简答）与计算题、分析题概念题（选择、填空、简答）与计算题、分析题约各占一半。约各占一半。第第1 1章章 绪论绪论l本章作为课程的开始，本章作为课程的开始，首先解释什么是首先解释什么是“现代现代”制造系统，制造系统，即即“现代现代”制造系统与之前制造系统有何不同？制造系统与之前制造系统有何不同？本章本章首先介绍制造

3、系统的发展历程；首先介绍制造系统的发展历程；l然后从然后从6 6个方面介绍个方面介绍“现代现代”制造的特点；制造的特点；l最后针对这些特点介绍我们应该为此研究什么，最后针对这些特点介绍我们应该为此研究什么，这些研究内容即为本课程的主要内容。这些研究内容即为本课程的主要内容。第第1 1章章 绪论绪论l1.1 1.1 制造业的发展历程制造业的发展历程l1.2 1.2 现代制造的特点现代制造的特点l1.3 1.3 现代制造技术的主要内容现代制造技术的主要内容1.1 1.1 制造业的发展制造业的发展历程历程l“现代现代”技术通常指技术通常指距今距今5050年以内（年以内（19601960年以后）提出的

4、新方法和新年以后）提出的新方法和新技术。技术。l制造业的发展历程：制造业的发展历程：19201920年前年前单件生产（定制生产）时代；单件生产（定制生产）时代；19601960年前年前大批量生产（大规模生产）时代；大批量生产（大规模生产）时代；当前到近未来当前到近未来个性化生产（大规模定制生产个性化生产（大规模定制生产）时代时代。l（1 1）单件生产）单件生产（定制生产）时代。（定制生产）时代。先交代需求，下定金，客户等候生产。先交代需求，下定金，客户等候生产。例如水浒传例如水浒传第四回鲁智深订购禅杖。第四回鲁智深订购禅杖。古古希希腊腊士士兵兵装装备备单单件件生生产产时时代代l（2 2）大批量

5、生产）大批量生产（大规模生产）时代。（大规模生产）时代。厂家先统一生产，再由经销商零售给客户。厂家先统一生产，再由经销商零售给客户。l重要标志：重要标志：零件标准化零件标准化,出现流水线。出现流水线。l大规模生产的重要标志大规模生产的重要标志零部件标准化：零部件标准化：l为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，称为标准化。称为标准化。l应用应用案例：案例：19431943年，苏联年，苏联T-34T-34坦克部件开始标准化，包坦克部件开始标准化，包括履带、附加油箱、扶手

6、等，极大加快了该型坦克的生产括履带、附加油箱、扶手等，极大加快了该型坦克的生产与维修。上世纪与维修。上世纪4040年代，这种坦克一共生产了大约年代，这种坦克一共生产了大约8 8万多万多辆，为苏联卫国战争的胜利做出了巨大贡献。辆，为苏联卫国战争的胜利做出了巨大贡献。l大规模生产的重要标志大规模生产的重要标志流水生产线流水生产线l19131913年，亨利年，亨利福特发明了移动式汽车装配流水线，福特发明了移动式汽车装配流水线，极大提高了生产效率。而应用流水线的一个前提极大提高了生产效率。而应用流水线的一个前提则是零件的标准化则是零件的标准化。l参考电影片段：参考电影片段：“摩登时代摩登时代”。l（3

7、 3）个性化生产（大规模定制）时代。）个性化生产（大规模定制）时代。当前，人们的个性化需求又变得越来越明显。当前，人们的个性化需求又变得越来越明显。案例：三星手机每月推出案例：三星手机每月推出1010余种新机型。余种新机型。l同时，人们对产品的需求量仍然很大。同时，人们对产品的需求量仍然很大。l如何统一个性化需求和大批量需求之间的矛盾？如何统一个性化需求和大批量需求之间的矛盾？内在零件统一生产，外在装饰按客户要求定制，内在零件统一生产，外在装饰按客户要求定制，称为大规模定制。称为大规模定制。l大规模定制的案例：大规模定制的案例：第第1 1章章 绪论绪论l1.1 1.1 制造业的发展历程制造业的

8、发展历程l1.2 1.2 现代制造的特点现代制造的特点l1.3 1.3 现代制造技术的主要内容现代制造技术的主要内容1.2 1.2 现代制造的特点现代制造的特点l（1 1）高效化）高效化产品的需求量依然很大。产品的需求量依然很大。实现手段：自动化。实现手段：自动化。l（2 2）柔性化）柔性化个性化需求越来越明显。个性化需求越来越明显。实现手段：智能化。实现手段：智能化。l（3 3）集成化）集成化产品越来越复杂。产品越来越复杂。实现手段：信息化。实现手段：信息化。l案例：战争物资消耗日益增大，案例：战争物资消耗日益增大，1941-19451941-1945年苏联卫国战争约消耗年苏联卫国战争约消耗

9、170170亿发子弹亿发子弹l击伤击毙德军击伤击毙德军13001300万；万；2002-20052002-2005年美国对阿富汗战争消耗年美国对阿富汗战争消耗6060亿发子弹亿发子弹l只消灭抵抗分子只消灭抵抗分子15001500余人。余人。l随着人口的增加和生活水平的提高，人类其它物资随着人口的增加和生活水平的提高，人类其它物资的消耗也与日俱增。的消耗也与日俱增。（1 1）高效化与自动化）高效化与自动化l效率是制造业效率是制造业l一直追求的目标，一直追求的目标，l自动化是实现手段。自动化是实现手段。l制造阶段的自动化，制造阶段的自动化，参考视频：参考视频：“汽车自动生产线汽车自动生产线”。l设

10、计阶段的自动化，设计阶段的自动化，参考视频：参考视频：“SolidworkSolidwork自由曲面自由曲面”。l管理阶段的自动化，管理阶段的自动化，举例：自动签到机。举例：自动签到机。（2 2）柔性化与智能化）柔性化与智能化l我们期望机器能够帮助人进行更多的工作，我们期望机器能够帮助人进行更多的工作，但赋予机器智能是一项具有难度的挑战。但赋予机器智能是一项具有难度的挑战。l案例：社会经济结构的变化案例：社会经济结构的变化上海市上海市20002000年在业人口比例：第一产业年在业人口比例：第一产业11.5%11.5%，第二产业第二产业45.9%45.9%，第三产业，第三产业42.6%42.6%

11、；上海市上海市20102010年在业人口比例：第一产业年在业人口比例：第一产业2.9%2.9%，第二产业第二产业42.6%42.6%，第三产业，第三产业54.5%54.5%；l越来越多的人不再直接从事物质生产。越来越多的人不再直接从事物质生产。l计算机比人聪明吗？计算机比人聪明吗？l19971997年，年，IBMIBM超级电脑超级电脑“深蓝深蓝”战胜世界国际象棋战胜世界国际象棋冠军加里冠军加里卡斯帕罗夫，是人工智能发展的一大卡斯帕罗夫，是人工智能发展的一大成功案例。成功案例。l然而，计算机围棋目前能够战胜业余初段至三段然而，计算机围棋目前能够战胜业余初段至三段的对手。在模糊思维方面，近期内人工

12、智能仍然的对手。在模糊思维方面，近期内人工智能仍然远逊色于人类。远逊色于人类。l计算机在现代制造中的用途举例：计算机在现代制造中的用途举例：处理一些复杂设计中的大量计算。处理一些复杂设计中的大量计算。思考：如何加工这根轴？思考：如何加工这根轴？l如何用车床加工端面？如何用车床加工端面？l如何用车床加工外圆面？如何用车床加工外圆面？l如何用车床加工中间那部分曲面？如何用车床加工中间那部分曲面？l复杂零件表面需要复杂零件表面需要加工刀具进行多层次叠加的复合运动。加工刀具进行多层次叠加的复合运动。例如：螺旋锥齿轮、螺旋桨的加工。例如：螺旋锥齿轮、螺旋桨的加工。l计算机能够帮助我们计算叠加后的运行轨迹

13、。计算机能够帮助我们计算叠加后的运行轨迹。l计算机在现代制造中的用途计算机在现代制造中的用途举例：举例：l电火花线切割加工，电火花线切割加工，用连续移动的钼丝（或铜丝）用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形。在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形。电火花线切割原理图电火花线切割原理图X XY Y储丝筒储丝筒导轮导轮电极丝电极丝工件工件l计算机在现代制造中的用途计算机在现代制造中的用途举例：举例：计算机控制下的柔性加工设备计算机控制下的柔性加工设备l能够取代传统技术工人的部分工作

14、。能够取代传统技术工人的部分工作。参考视频：参考视频：“家具加工设备家具加工设备”。l（3 3）集成化与信息化。）集成化与信息化。l我们能造的东西越来越大，我们能造的东西越来越大，信息化是实现生产管理的手段。信息化是实现生产管理的手段。l参考视频：参考视频：“波音飞机的组装波音飞机的组装”，需要需要450450万零件，万零件，来自来自1010个国家的个国家的10001000家企业的家企业的1.51.5万家工厂。万家工厂。人工管理产品信息人工管理产品信息以及产品制造信息以及产品制造信息变得困难。变得困难。l航天飞机运输车：航天飞机运输车：重重24002400吨，吨，4040米长，米长，3535米

15、宽米宽 。l巨型挖掘机高巨型挖掘机高9595米，长米，长215215米，米，l占地面积约为占地面积约为2.52.5个足球场。个足球场。l海上钻井平台，海上钻井平台，l水面之上部分只是水面之上部分只是“冰山一角冰山一角”。l计算机能够帮助实现制造的集成化与信息化，计算机能够帮助实现制造的集成化与信息化，举例举例1 1：产品数据管理（：产品数据管理（Product Data Management,Product Data Management,PDMPDM）；）；举例举例2 2：计算机辅助工艺规划（：计算机辅助工艺规划（C Computer Aided omputer Aided Process

16、Planning,CAPPProcess Planning,CAPP）。）。l产品数据管理：产品数据管理：l计算机辅助工艺规划：计算机辅助工艺规划：第第1 1章章 绪论绪论l1.1 1.1 制造业的发展历程制造业的发展历程l1.2 1.2 现代制造的特点现代制造的特点l1.3 1.3 现代制造技术的主要内容现代制造技术的主要内容1.3 1.3 现代制造技术的主要内容现代制造技术的主要内容l（1 1）先进制造模式和相关理论（）先进制造模式和相关理论（重点重点）；）；l（2 2）先进制造技术与装备；）先进制造技术与装备；l（3 3）系统科学理论与系统工程技术（）系统科学理论与系统工程技术（重点重点

17、）；l（4 4）现代管理控制理论与技术；）现代管理控制理论与技术；l（5 5）计算机与信息技术。）计算机与信息技术。l现代制造技术的相关学科：现代制造技术的相关学科：l设计类专业，研究现代设计方法，包括设计类专业，研究现代设计方法，包括计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD），），计算机辅助工艺规划（计算机辅助工艺规划（CAPPCAPP），），计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAECAE）等等。）等等。三视图与三维视图三视图与三维视图l现代制造技术的相关学科：现代制造技术的相关学科：l制造类专业，制造类专业，l研究现代加工技术，研究现代加工技术，l包括包括超高速加工，超高速加工，超精密加

18、工，超精密加工，特种加工，特种加工，快速原型制造，快速原型制造，等等。等等。线放电磨削法实现微米级切割线放电磨削法实现微米级切割l现代制造技术的相关学科：现代制造技术的相关学科：l控制类专业，研究现代控制技术，控制类专业，研究现代控制技术，l包括包括数控加工，数控加工，工业机器人，工业机器人，柔性制造系统，柔性制造系统，等等。等等。汽车自动装配线汽车自动装配线l现代制造技术的相关学科：现代制造技术的相关学科：管理类专业，管理类专业，主要主要研究研究为先进制造模式，为先进制造模式，包括精益生产（包括精益生产（LPLP）、约束理论（）、约束理论（TOCTOC）、成组）、成组技术（技术（GTGT）等

19、等。）等等。l先进模式：主要是一些关于现代制造的新思想，先进模式：主要是一些关于现代制造的新思想，偏管理学范畴。偏管理学范畴。l分析综合：利用数学方法对制造系统建模并优化，分析综合：利用数学方法对制造系统建模并优化，工业工程专业的核心内容。工业工程专业的核心内容。l先进技术：简介与现代制造相关的机械制造、设先进技术：简介与现代制造相关的机械制造、设计和信息、电子学科中的新技术。计和信息、电子学科中的新技术。先进模式先进模式分析综合分析综合先进技术先进技术单元级制造系统单元级制造系统车间级制造系统车间级制造系统企业级制造系统企业级制造系统跨企业与全球制造系统跨企业与全球制造系统现代制造系统授课思

20、路：现代制造系统授课思路：l第第1 1章章 绪论绪论l第第2 2章章 制造系统的体系结构制造系统的体系结构单元级、车间级、企业级与跨企业制造系统。单元级、车间级、企业级与跨企业制造系统。l第第3-63-6章章 先进制造模式先进制造模式精益生产、成组技术、柔性制造系统等。精益生产、成组技术、柔性制造系统等。l第第7-117-11章章 制造系统的分析、设计和控制制造系统的分析、设计和控制排队网络、排队网络、PetriPetri网、企业模型等。网、企业模型等。能力配置、高级生产计划和调度等。能力配置、高级生产计划和调度等。l第第12-1312-13章章 先进制造技术先进制造技术精密制造、特种制造、精密制造、特种制造、CADCAD、CAMCAM等。等。课程要求（课程要求（1.1-31.1-3）l理解制造业的发展历程（理解制造业的发展历程（3 3个阶段）；个阶段）；知道大规模生产的标志：标准化与流水线；知道大规模生产的标志：标准化与流水线；l理解现代制造的特点（理解现代制造的特点（6 6个）；个）；知道它们之间的对应关系。知道它们之间的对应关系。l简单了解现代制造技术的主要内容（简单了解现代制造技术的主要内容（5 5点）。点）。