1、 制造业处于国家工业的中心地位，是工业化、现代制造业处于国家工业的中心地位，是工业化、现代化建设的发动机和动力源，是国际竞争中取胜的法宝、化建设的发动机和动力源，是国际竞争中取胜的法宝、技术进步的舞台、国防安全的保障、发展现代文明的技术进步的舞台、国防安全的保障、发展现代文明的物质基础。物质基础。&Prof.Dr.-Ing Bullinger 78 80 828486 88 90 92 94 962时间时间46810平均产品寿命 TL平均开发时间 TDTD TL年数年数产品上市 时间 产品市场寿命=10 年X构想&Siemens AG假设假设：5 年的产品寿命;20%的市场增长率;每年 2%的
2、价格降低。利润减少利润减少4%22%33%原因原因 开发成本 增加 50%制造成本 增加 10%产品上市 延迟6个月0200400600800100012001400单位：10亿美元LucentCiscoMicrosoftNokiaIntel人类社会6000年挖掘的黄金（1998年价）0255075100低高扰动程度80年代90年代54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674/质量意识价格意识服务水平对替代品的脆弱性产品生命周期经济循环依赖水平流行 时尚意识竞争强度消费者需求及欲望的变化程度购买者能力技
3、术变化率饱和水平愿望的一致程度需求水平稳定性需求及消费者欲望的确定性必需品 奢侈品价格竞争 产品的差异性以产品为中心以顾客为中心以市场为中心TQCSEK 物料需求计划 MRP42产品信息（物料清单）（工艺路线）库存信息3（物料可用量）主生产计划 MPS 1潜在客户预测合同采购计划生产计划物 料 号：10000 计量单位：件件 批量：10 现 有 量：8 物料名称：X 分 类 码：08 提前期：2 累计提前期：28物料清单物料清单(BOM)基本内容基本内容 1.2.3.2.3 1.2 1.层次物料号1100011100111101120011210120001210013000 A C O D
4、P B R E计量单位 件 件 m2 件 m3 件 m3 套数量1.01.01.04.00.24.00.21.0类型生效日期失效日期物料名称成品率 累计提前期ABC 码 M M B M B M B B199901011999010119990101199901011999010119990101199901011999010199999999999999999999999999999999199912319999999999999999999999991.001.000.901.000.901.001.001.0026.015.012.022.020.017.010.0 5.0AABCCBCC
5、 主生产计划MRP计算：一 生产哪些零部件、数量多少二 何时下达零部件的生产任务、何时发货计划下达的任务（订购/生产）零部件和材料的库存文件在制品文件产品结构文件即物料清单BOM订购余额文件 MRP执行结果反馈进行能力的负荷平衡NNYY经营计划生产计划大纲主生产计划粗能力计划物料需求计划能力需求计划采购生产活动控制派工 输入/输出控制财务及成本管理是否可行是否可行闭环MRP闭环闭环MRP与与MRP MRP MRP II ERP的扩展关系的扩展关系ERP需求市场需求市场/制造企业制造企业/供应市场供应市场 信息集成信息集成面向供需链面向供需链Enterprise Resource Plannin
6、g MRP II物料物料/资金信息集成资金信息集成面向企业面向企业Manufacturing Resource Planning MRP物料信息物料信息集成集成Material Requirements Planning MRP-MRP II-ERP 功能扩展法制条例控制流程工业管理运输管理仓库管理设备维修管理质量管理产品数据管理 MRP MRP II ERP 70年代 80年代 90年代 销售管理财务管理成本管理物流资金流 信息集成多行业、多地区、多业务 供需链信息集成（不断扩展)客户关系管理Internet/Intranet MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心 BOMMPS，M
7、RP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM销售管理财务管理成本管理 库存计划物料信息集成MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM 销售部门销售部门制造部门制造部门技术部门技术部门Teamwork 信息集成过程集成企业间集成 MFG制造Finance财务Distribution分销Purchasing 采购Sales销售Design设计从早期的以信息集成为特征的计算机集成制造系统计算机集成制造系统客户客户Customers供应商供应商Suppliers价值链以过程集成和企业优化为特征的现代集成制造系统现代集成制造系统大制造，大系统大制造，大系统 CIMS实现的关键技术：并行工程产品数
8、据管理 PDM项目管理快速原型技术拟实制造大规模定制生产 并行工程（并行工程（Concurrent Engineering，CE）是指：集成）是指：集成、并行地设计产品及其相关、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造过程和支持过程）的系的各种过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。进度计划和用户要求。顺序方法开发产品的弊端产品设计工艺规划加
9、工装配市场需求无法加工装配困难 需求分析产品设计过程设计原型产品a）串行方法需求分析产品设计过程设计原型产品b）并行方法CE依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员相互合作，相互信任和共享信息，通过彼此间有效地通讯和交流，尽早考虑产品全生命周期中的各种因素，尽早发现和解决问题，以达到各项工作协调一致。CE方法有别于传统的强调“分工”的管理方式，是一种在更深层次上的集成（人、技术、管理的集成；产品设计及其相关过程设计的集成）。CE的核心是产品及其相关过程（加工工艺、装配、检测、质量控制、销售、售后服务）设计的集成。CE 效益缩短新产品开发周期4060%；提高设计质量（早期生产中工程变更次数减小一半
10、以上，产品报废及反复工作减小75%）；制造成本下降3040%工厂组织机构分散工人的培养方式是师傅带徒弟、工人操作技能高、手工操作进行生产采用通用机械、实行单件生产产量低、质量差、成本高 （2）大量生产方式的兴起）大量生产方式的兴起 1908年，世界著名的T型汽车诞生。福特设想像生产别针和火柴那样生产T型车。因此为生产技术进行了一系列的改型,并将改进后的生产方式称为大量生产方式。其特点：产品、零部件标准化，装配的简单化 在劳动组织上，最大限度地采用分工的原则 采用流水生产线生产方式，总装每辆轿车的工时由750分下降到93分，减少88；每台发 动机所需要的工时由750分下降到226分，减少62。在
11、组织结构上，追求纵向一体化 1989年世界汽车装配厂比较（平均值）年世界汽车装配厂比较（平均值）三种生产方式的比较三种生产方式的比较 日本公司采用日本公司采用LP效果表效果表 加强沟通重视培养和发扬集体主义的团队精神 （4）将）将“推动式推动式”生产控制系统变为生产控制系统变为“拉动式拉动式”生产控制生产控制系统系统“推动式”“拉动式”或“牵引式”提高生产效率、提高生产效率、产品质量、降低产品质量、降低成本成本 图图4-3 奥匹兹奥匹兹(OPITZ)编码系统编码系统 过程过程控制控制生产生产调度调度过程过程监视监视 FMS的组成零件零件 PDM（Product Data Management）
12、是一个方法论和一整套帮助企业管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM系统帮助组织产品设计，完善产品结构，确保设计、制造所需的大量的数据和信息清楚明了，从而构筑一个信息平台对产品进行支持和维护，保证有竞争力产品的及时交付。PDM系统管理产品生命周期的整个过程，组织协调诸如开发过程中设计评审、批准、变更及产品发布等事件，并最终落实到工作流和流程管理。l需求需求功能图功能图计算资料计算资料产品目录产品目录标准标准图纸图纸零件表零件表准则准则规格说明书规格说明书材料表材料表工具单工具单DINISO 在开发和设计中，正确的文档应该在正确的时候送在开发和设计中，正确的文档应该在正确的时候送到正确的地方到正
13、确的地方图纸管理图纸管理文档管理文档管理零件分类零件分类产品结构管理产品结构管理BOM生成生成2D/3D-CADFEMDTP文档保存文档保存基于基于PDM的系统解决方案的系统解决方案零件管理零件管理利用利用PDM可以大大简化开发和设计工作可以大大简化开发和设计工作M-CADE-CADCAPPFEMDTPPDMClientPDMClientPDMClientMetadaten文件系统文件系统文档文档PDMServerDBServer数据库数据库PDMServerInternet/LAN/WANClientLocalFilesFilesDBFilesDBFilesDB 快速原型制造（快速原型制造（
14、Rapid Photograph Manufacturing RPM），又称），又称“快速成形技术快速成形技术”（Rapid Photograph RP）或或“分层制造分层制造”（Layer Manufacturing LM），是），是20世纪世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。它将计算机辅助设计（它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产
15、品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。RP 技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，技术在不需要任何刀具、模具及工装卡具的情况下，可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件，这就是样件，这就是 RP 技术所具有的潜在的革命意义。技术所具有的潜在的革命意义。原型含义？原型含义？用来建造未来模型或系统基础的一个初始模型或系统，它包括从概念设计到具有完整功能制品的有形和无形展示。原型可分为物理原型和分析原型。物理原型：近似或直接为产品的有形实体表示，物理原型是实际存在的，
16、可以进行检测和实验，在视觉和触觉上都类似于产品。分析原型：产品的非有形表示，以仿真、视觉图像、方程或分析结果表示。在大多数情况下，原型是指物理原型，即是物体在三维空间的实物表示。原型的功能原型的功能 用于实体观察、分析、试验、校核、展示、直接使用或间接制造模具，但不具备或不完全具备零部件的功能。原型产生方式原型产生方式 1利用自主技术按目的要求进行设计、加工，或利用CAD/CAM系统，建立原型的三维模型并加工成实物。2利用反求工程技术，原封不动或经过局部修改后得到这个样品的复制品或仿制品。快速原型快速原型(Rapid Prototyping-RP)(Rapid Prototyping-RP)技
17、术是一种基于离散技术是一种基于离散堆积成型思想的新型成型技术，它根据零件或物体的三维堆积成型思想的新型成型技术，它根据零件或物体的三维模型数据，快速、精确地制造出零件或物体的实体模型，模型数据，快速、精确地制造出零件或物体的实体模型，无需任何专用工具。无需任何专用工具。外观设计结构设计模拟装配快速成型装配验证样件后处理设计方案确认新产品开发过程新产品开发过程RP的基本原理 将计算机内的三维实体模型进行分层切片得到各层截面的轮廓，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地切割一层又一层的片状材料（或固化一层层的液态光敏树脂，烧结一层层的粉末材料，或喷射一层层的热熔材料或粘合剂等方法）形成一系列
18、具有一个微小厚度的片状实体，再采用粘接、聚合、熔结、焊接或化学反应等手段使其逐层堆积成一体制造出所设计的三维模型或样件。微小厚度的片状实体三维CAD模型分层切片各层截面的轮廓激光器（或喷嘴）按各层截面轮廓切割、固化或烧结逐层堆积三维模型或样件RP技术的基本原理图技术的基本原理图喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末模具模具模具模具设计设计铸造铸造焊接焊接锻压锻压毛坯毛坯半成品半成品半成品半成品工件工件去除加工去除加工设计设计模具样品快速原型快速原型光固化立体造型的原理是：该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光
19、按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕。SL法是第一个投入商业应用的RP技术。目前全球销售的SL设备约占RP设备总数的70左右。这种方法的特点是精度高、表面质量好。原材料利用率将近100，能制造形状特别复杂（如空心零件）、特别精细（如手饰、工艺品等）的零件。LOM工艺将单面涂有热溶胶的纸片通过加热辊加热粘接在一起，位于上方的激光器按照CAD分层模型所获数据，
20、用激光束将纸切割成所制零件的内外轮廓，然后新的一层纸再叠加在上面，通过热压装置和下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割，这样反复逐层切割一粘合一切割直至整个零件模型制作完成。实物 CT扫描计算机三维重建 LOM加工原型该法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。在工作台上均匀铺上一层很薄（100200）的粉未，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉未，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行粘接或烧结的工艺还正在实验研究阶段。FDM工艺的关键是保持半流动成
21、型材料刚好在熔点之上（通常控制在比熔点高1左右）。FDM喷头受CAD分层数据控制使半流动状态的熔丝材料（丝材直径一般在1.5mm以上）从喷头中挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层。每层厚度范围在00250762mm，一层叠一层最后形成整个零件模型。成形系统成形材料制件性能主要用途扫描路径SL液态光敏树脂相 当 于 工程 塑 料 或蜡模高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型截 面 轮 廓线 所 包 围的区域LOM涂敷有热敏胶的纤维纸相 当 于 高级木材快速制造新产品样件、模型或铸造用木模截 面 轮 廓线SLS工程塑料粉末相 当 于 工程 塑 料、蜡 模、砂型塑料件、铸造用蜡模、样件或模型截 面 轮 廓
22、线 所 包 围的区域FDM固体丝状工程塑料相 当 于 工程 塑 料 或蜡模塑料件、铸造用蜡模、样件或模型截 面 轮 廓线 所 包 围的区域技术类型精度表面质量材料价格材料利用率运行成本生产效率设备费用市场占有率(%)SL好好较贵接近100%较高高较贵78LOM一般较差较便宜较差较低高较便宜7.3SLS一般一般较贵接近100%较高一般较贵6.0FDM较差较差较贵接近100%一般较低较便宜6.1 映射的定义域是实际制造过程，值域是虚拟制造过程，直接映射的定义域是实际制造过程，值域是虚拟制造过程，直接结果是全数字化产品，映射介质是网络计算机环境。结果是全数字化产品，映射介质是网络计算机环境。该映射是
23、非线性迭代过程，需要多次复合直到满足要求。该映射是非线性迭代过程，需要多次复合直到满足要求。虚拟制造的结果千差万别，难以预测，可能是一个混沌的过程。虚拟制造的结果千差万别，难以预测，可能是一个混沌的过程。人是整个系统的主体，将人的智能以控制参数的形式复合进人是整个系统的主体，将人的智能以控制参数的形式复合进去，该映射在一定程度上也是可控的。去，该映射在一定程度上也是可控的。虚拟制造与实际制造的关系虚拟制造与实际制造的关系综上，虚拟制造是实际制造的抽象，实际制造是虚综上，虚拟制造是实际制造的抽象，实际制造是虚拟制造的实例。虚拟制造的最终目标是指导实际生拟制造的实例。虚拟制造的最终目标是指导实际生
24、产。产。虚虚拟拟油油泥泥造造型型应应用用快快速速原原型型法法生生成成的的物物理理模模型型市场机遇制造资源制造过程虚拟产品开发和制造数字数字样机样机仿真优化结果仿真优化结果完善制完善制造过程造过程反复完善 虚拟现实（虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术，融合了）技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟的制造生产线虚拟的制造生产线数控数控:数字控制（数字控制（NC Numerical Control）,以
25、数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种以数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。方法。NC已成为数控加工的专用术语。已成为数控加工的专用术语。数控技术：用数控机床（数控设备）进行自动化加数控技术：用数控机床（数控设备）进行自动化加工的一种技术，它综合应用了多种学科的知识。工的一种技术，它综合应用了多种学科的知识。数控机床：是实现柔性自动化的关键设备，是柔性数控机床：是实现柔性自动化的关键设备，是柔性自动生产系统的基本单元。自动生产系统的基本单元。数控技术是现代先进制造技术的基础，其技术水平数控技术是现代先进制造技术的基础，其技术水平和普及程度是衡量国家综合国和工业现代化程度的重
26、和普及程度是衡量国家综合国和工业现代化程度的重要标志要标志CNC广泛的应用于各种先进制造技术中。广泛的应用于各种先进制造技术中。初初步步设设计计分分析析模模拟拟详详细细设设计计制制图图生生产产准准备备工工艺艺设设计计NC编编程程机机器器人人编编程程制制 造造NC加加工工装装配配检检验验产产品品CAECADCAMCAD/CAMCAD/CAM/CAE广义广义CAD广义广义CAM广义广义CAD/CAMCAPP数控技术产生的原因数控技术产生的原因高精度、高效率；高精度、高效率；刚性自动化不能满足的要求（手工、小规模、大规刚性自动化不能满足的要求（手工、小规模、大规模生产）；模生产）；柔性自动化（多品种
27、、变批量）、复杂零件的加工柔性自动化（多品种、变批量）、复杂零件的加工（多坐标加工）；（多坐标加工）；计算机技术的发展。计算机技术的发展。数控技术的发展历史：数控技术的发展历史：1952年，第一代电子管数控系统；年，第一代电子管数控系统；1959年，第二代晶体管数控系统。随之出现刀库，年，第二代晶体管数控系统。随之出现刀库，机械手、加工中心；机械手、加工中心；1960年，第三代集成电路数控系统，硬逻辑数控系年，第三代集成电路数控系统，硬逻辑数控系统（称为统（称为NC）；）；1970年，第四代小型计算机数控（年，第四代小型计算机数控（CNC）；）；1974年，第五代微型计算机数控（年，第五代微型
28、计算机数控（MNC，统称，统称CNC）；1980年后，年后，FMS、FMC、CIMS、开放式数控、开放式数控（open NC）系统、智能制造系统（）系统、智能制造系统（IMS）大发展。）大发展。1990年后，高速加工，纳米制造。年后，高速加工，纳米制造。CNC构成：构成：机床数字控制的原理机床数字控制的原理 将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将程序输入数定的代码和格式编写成加工程序，然后将程序输入数控装置，按照程序的要求，经过信息处理，分配，使控装置，按照程序的要求，经过信息处理，分配，使各坐标以最小位移量为单
29、位移动，其合成运动实现了各坐标以最小位移量为单位移动，其合成运动实现了刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。最小位移量的合成运动是机床数字控制的基本原最小位移量的合成运动是机床数字控制的基本原理，即轨迹控制原理（插补原理）。理，即轨迹控制原理（插补原理）。点位控制：严格控制点到点的距离，不严格要求路径，点位控制：严格控制点到点的距离，不严格要求路径，运动中不加工。运动中不加工。轮廓控制：加工平面曲线、空间曲线、空间曲面时，需轮廓控制：加工平面曲线、空间曲线、空间曲面时，需要多坐标联动。以平面（两维）的任意曲线要多坐标联动。以平面（两维）的任意曲线L为例，要
30、求为例，要求刀具刀具沿（逼近）曲线轨迹运动，进行切削加工。轮廓控沿（逼近）曲线轨迹运动，进行切削加工。轮廓控制也称连续轨迹控制，它的特点是不仅对坐标的移动量进制也称连续轨迹控制，它的特点是不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间的比率都要进行行控制，而且对各坐标的速度及它们之间的比率都要进行严格控制，以便加工出给定的轨迹严格控制，以便加工出给定的轨迹。插补：是用被加工轨迹的有限信息（如起点和终点之插补：是用被加工轨迹的有限信息（如起点和终点之间），计算插进刀具运动的许多中间点，进行数据点的密间），计算插进刀具运动的许多中间点，进行数据点的密化工作，然后用已知线型（如直线、圆弧等
31、）逼近。化工作，然后用已知线型（如直线、圆弧等）逼近。数控机床的原理：数控机床的原理：数控装置数控装置程序读入装置、CNC数字控制系统程编机程编机辅辅 助助 装装 置置排屑、润滑、监控、检测驱驱 动动 装装 置置 电机、主轴和进给驱动单元机床主机机床主机床身、主轴、进给机构数控程序数控程序（纸带、磁带、磁盘）（纸带、磁带、磁盘）数控机床主机的特点数控机床主机的特点 主运动，及进给坐标轴都由单独的伺服电机驱动；主运动，及进给坐标轴都由单独的伺服电机驱动；传动链短、结构比较简单；运动关系由计算机来协调控传动链短、结构比较简单；运动关系由计算机来协调控制。制。采用高效传动件：精密滚珠丝杠、直线滚动导轨副、精采用高效传动件：精密滚珠丝杠、直线滚动导轨副、精密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。机械结构应具有较高的静态特性、动态刚度、阻尼精度、机械结构应具有较高的静态特性、动态刚度、阻尼精度、耐磨性以及抗热变形性能。耐磨性以及抗热变形性能。在加工中心上还具备有刀库和自动交换刀具的机械手。在加工中心上还具备有刀库和自动交换刀具的机械手。配套设施齐全，如：冷却、自动排屑、防护、可靠的润配套设施齐全，如：冷却、自动排屑、防护、可靠的润滑、对刀仪等滑、对刀仪等。数控机床的分类：数控机床的分类：NoImage
