大学精品课件：现代制造系统(v4.1)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-xyz,课程定位:,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方法的实际工业应用； 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。 课程目的：培养初步的科研素质，启发创新思维。,考核方式:,平时成绩30%，包括 课上提问（需要理解的概念题，选择或填空）。 考试成绩70%， 闭卷考试，本课件“课程要求”部分指定的范围， 概念题（选择、填空、简答）与计算题、分析题约各占一半。,第1章 绪论,本章作为课程的开始， 首先解释什么是“现代

2、”制造系统， 即“现代”制造系统与之前制造系统有何不同？ 本章首先介绍制造系统的发展历程； 然后从6个方面介绍“现代”制造的特点； 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。,第1章 绪论 1.1 制造业的发展历程 1.2 现代制造的特点 1.3 现代制造技术的主要内容,1.1 制造业的发展历程,“现代”技术通常指 距今50年以内（1960年以后）提出的新方法和新技术。 制造业的发展历程： 1920年前单件生产（定制生产）时代； 1960年前大批量生产（大规模生产）时代； 当前到近未来个性化生产（大规模定制生产）时代。,（1）单件生产（定制生产）时代。 先交代

3、需求，下定金，客户等候生产。 例如水浒传第四回鲁智深订购禅杖。,古希腊士兵装备,单件生产时代,（2）大批量生产（大规模生产）时代。 厂家先统一生产，再由经销商零售给客户。 重要标志： 零件标准化, 出现流水线。,大规模生产的重要标志零部件标准化： 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，称为标准化。 应用案例：1943年，苏联T-34坦克部件开始标准化，包括履带、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40年代，这种坦克一共生产了大约8万多辆，为苏联卫国战争的胜利做出了巨大贡献。,大规模生产的重要标志流水生产线 1913年，亨利福特发

4、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则是零件的标准化。 参考电影片段：“摩登时代”。,（3）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。 案例：三星手机每月推出10余种新机型。,同时，人们对产品的需求量仍然很大。 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， 称为大规模定制。,大规模定制的案例：,第1章 绪论 1.1 制造业的发展历程 1.2 现代制造的特点 1.3 现代制造技术的主要内容,1.2 现代制造的特点,（1）高效化 产品的需求量依然很大。 实现手段：自动化。 （2）柔性化 个性化需

5、求越来越明显。 实现手段：智能化。 （3）集成化 产品越来越复杂。 实现手段：信息化。,案例：战争物资消耗日益增大， 1941-1945年苏联卫国战争约消耗170亿发子弹 击伤击毙德军1300万； 2002-2005年美国对阿富汗战争消耗60亿发子弹 只消灭抵抗分子1500余人。 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。,（1）高效化与自动化 效率是制造业 一直追求的目标， 自动化是实现手段。,制造阶段的自动化， 参考视频：“汽车自动生产线”。,设计阶段的自动化， 参考视频：“Solidwork自由曲面”。,管理阶段的自动化， 举例：自动签到机。,（2）柔性化与智能化 我

6、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。 案例：社会经济结构的变化 上海市2000年在业人口比例：第一产业11.5%，第二产业45.9%，第三产业42.6%； 上海市2010年在业人口比例：第一产业2.9%，第二产业42.6%，第三产业54.5%； 越来越多的人不再直接从事物质生产。,计算机比人聪明吗？ 1997年，IBM超级电脑“深蓝”战胜世界国际象棋冠军加里卡斯帕罗夫，是人工智能发展的一大成功案例。 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，近期内人工智能仍然远逊色于人类。,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

7、算。 思考：如何加工这根轴？ 如何用车床加工端面？ 如何用车床加工外圆面？ 如何用车床加工中间那部分曲面？,复杂零件表面需要 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。 计算机能够帮助我们计算叠加后的运行轨迹。,计算机在现代制造中的用途举例： 电火花线切割加工，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在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形。,计算机在现代制造中的用途举例： 计算机控制下的柔性加工设备 能够取代传统技术工人的部分工作。 参考视频：“家具加工设备”。,（3）集成化与信息化。 我们能造的东西越来越大， 信息化是实现生产管理的手

8、段。 参考视频：“波音飞机的组装”， 需要450万零件， 来自10个国家的 1000家企业的 1.5万家工厂。 人工管理产品信息 以及产品制造信息 变得困难。,航天飞机运输车： 重2400吨， 40米长， 35米宽 。,巨型挖掘机高95米，长215米， 占地面积约为2.5个足球场。,海上钻井平台， 水面之上部分只是“冰山一角”。,计算机能够帮助实现制造的集成化与信息化， 举例1：产品数据管理（Product Data Management, PDM）； 举例2：计算机辅助工艺规划（Computer Aided Process Planning, CAPP）。,产品数据管理：,计算机辅助工艺规划

9、：,第1章 绪论 1.1 制造业的发展历程 1.2 现代制造的特点 1.3 现代制造技术的主要内容,1.3 现代制造技术的主要内容,（1）先进制造模式和相关理论（重点）； （2）先进制造技术与装备； （3）系统科学理论与系统工程技术（重点） ； （4）现代管理控制理论与技术； （5）计算机与信息技术。,现代制造技术的相关学科： 设计类专业，研究现代设计方法，包括 计算机辅助设计（CAD）， 计算机辅助工艺规划（CAPP）， 计算机辅助工程（CAE）等等。,三视图与三维视图,现代制造技术的相关学科： 制造类专业， 研究现代加工技术， 包括 超高速加工， 超精密加工， 特种加工， 快速原型制造，

10、等等。,线放电磨削法实现微米级切割,现代制造技术的相关学科： 控制类专业，研究现代控制技术， 包括 数控加工， 工业机器人， 柔性制造系统， 等等。,汽车自动装配线,现代制造技术的相关学科： 管理类专业，主要研究为先进制造模式， 包括精益生产（LP）、约束理论（TOC）、成组技术（GT）等等。,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。 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。 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。,现代制造系统授课思路：,第1章 绪论 第2章 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。 第3-6章 先进制造模式 精益生产、成组技术、柔性制造系统等。 第7-11章 制造系统的分析、设计和控制 排队网络、Petri网、企业模型等。 能力配置、高级生产计划和调度等。 第12-13章 先进制造技术 精密制造、特种制造、CAD、CAM等。,课程要求（1.1-3）,理解制造业的发展历程（3个阶段）； 知道大规模生产的标志：标准化与流水线； 理解现代制造的特点（6个）； 知道它们之间的对应关系。 简单了解现代制造技术的主要内容（5点）。,