《现代工艺管理技术》PPT课件.ppt

1 现代工艺管理技术 现代工艺管理技术与工艺标准化培训班 用 2 第一章工艺管理总论 1 1系统的概念1 1 1系统的定义系统是由若干个具有相互联系 又可识别的诸单元的集合 在一定的外部环境下得到输入 再把输入转变为输出 转变过程是由许多彼此有关的阶段组成的 每个阶段均完成一定的工作 通过接连地完成与各个阶段有优先关系的工作 将输出交付周围环境 能达到规定的一个或多个目标 并力图使转变目标达到TQCSE最佳值 3 1 1 2系统的概念模型 机制 4 1 1 3制造系统的概念模型 5 系统的组成要素 输出 输出是制造系统的基本要素 也是制造系统存在的前提条件 输出至少应包括以下四种类型 1 产品包括硬件产品和软件产品 这是常规认识 实际上 现代产品已扩大到无形产品如决策咨询 战略规划等等 2 服务是指一般的售前售后服务到高级的技术输出 人员培训 咨询服务等 3 创造客户企业的生存在于是否拥有客户 如何留住老客户 创造新客户 是企业的一项基本任务 也是企业系统的重要业绩 4 企业系统的发展受所在社会环境的支撑 必须对整个社会承担责任 如环境保护 公共建设 人文环境等 6 系统的组成要素 输入 资源输入是实现转换功能的必备和前提条件 传统的输入资源主要是指物质和能量资源 也有信息资源和技术资源 但不占主导地位 而今 对于信息时代和知识经济时代 信息 技术 知识等无形资源将逐渐占主导地位 成为企业系统可持续发展的主要资源 总的看 资源输入有两大类 1 有形资源如土地 厂房 机器 设备 能源 动力 各种自然资源和人力资源等 2 无形资源主要有管理 市场 技术 信息 知识 智力资源以及企业形象 产品品牌 客户关系 公众认可等 7 系统的组成要素 资源转换 这是企业系统最本质的功能 目前 资源转换主要依据物理的和化学的原理 衡量转换的优劣主要有五大指标 即时间 T 短 质量 Q 优 成本 C 低 服务 S 好 环境 E 清洁 为使这五大指标最优 企业必须在管理体制 运行机制 产品结构 技术结构 组织结构等方面进行不断的革新和创造 8 系统的组成要素 机制 主要是支撑企业实现资源转换的各种平台 如 1 硬件平台主要指生产设施 设备和系统等 如生产线 工艺系统 试验系统 信息网络等基础设施 是企业系统的最基本的物质平台 2 软件平台除计算机软件外 还泛指管理思想 管理模式 管理规范 政策法规 规章制度等 3 战略平台指采用的竞争的战略 制造战略 如敏捷竞争战略及其相应的敏捷制造模式 4 知识平台在知识经济时代 企业更加重视人的作用 更加重视知识的生产 分配和使用 建立一套全新的知识供应链和知识管理系统 5 文化平台知识时代 企业间的较量更多地表现为企业的整体科技素质和更深刻的文化内涵上 企业文化建设的重要作用越来越突显出来 9 系统的组成要素 控制或约束 主要是指企业系统的外部约束 如国家的方针政策 法规法律 规范标准以及其它的有关要求和约束 如环境保护 社区要求等 10 1 1 4制造系统的本质特征 1 转换特征这是系统最主要的特征 从企业系统的基本模型可以看出 资源转换是贯穿系统的一条主线 由此可见 资源问题是制造系统的核心问题 其主要任务就是 科学 合理 充分 有效地开发利用各种资源 高效 优质 低耗 廉价 灵活 清洁地进行资源转换即生产制造 提供客户需要的产品 服务和相关的社会责任 转换特性的优劣与制造理念和模式 管理思想和水平 先进制造技术和系统等制造系统的综合素质有着密切的关系 同时也与周围的大环境有着密切的关系 即主要取决于五大要素的综合作用 11 制造系统的本质特征 2过程特性系统的资源转换本质上是一个过程 是一个面向客户需求 不断适应环境变化 不断改善和进化的动态过程 这一大过程又由若干子过程和子子过程组成 如经营决策子过程 生产制造子过程 产品分销子过程 售后服务子过程等 在系统资源转换大过程中 有五种要素在流动 极大地影响着系统运行的质量和发展的活力 这就是物质流 资金流 价值流 信息流和工作流 12 制造系统的本质特征 3系统特性企业制造系统是一个复杂的非线性大系统 它的各个环节是不可分割的 需要统一考虑 通过各种流把各个环节有机地联结起来 协同运行 发挥系统效应 对内而言 要实现各分系统 子系统的集成 任何局部的 条块的利益要服从整体的利益 追求系统效益 对外而言 企业制造系统又是全球生产系统的一个子系统 通过与全球制造系统的联结与协调 冲破企业之间的壁垒 充分利用外界的技术 知识 人力 资金等各种资源 获得更大的系统效益 13 制造系统的本质特征 4开放特性企业系统是环境的产物 从环境输入资源 向环境输出经加工增值的资源 根据耗散结构理论 现代制造系统是一个典型的开放系统 其开放性表现为 1 企业间的共生关系 企业要生存 发展必须开放 要处理好企业间的关系 既竞争又合作 取得双赢 面对动态变化的市场机遇 实施企业间的动态联盟 敏捷地响应市场机遇 将是企业制造系统开放性的重要特征 2 对社会资源的 无限 利用 企业系统的发展要依靠资源 但企业系统自身的资源是有限的 如何变 有限 为 无限 根本一条就是充分发挥企业系统的开放性 即内部的充分挖潜 外部的大力拓展 只有这样 企业才能实现可持续发展 14 制造系统的本质特征 5进化特性企业系统既有自身发展的全生命周期的规律 又有随外界环境变化而进化的能力 制造模式的变迁 管理理念的发展 人员素质的提高 经营生产技术的进步 都表明企业系统具有进化特性 进化特性是通过企业系统的学习功能实现的 信息时代 企业系统将向敏捷企业 学习的组织和智能系统等方向发展 15 1 1 5系统研究的基本问题 1 系统分析 弄清转换 输入和输出的内容 2 系统运行 给定转换和输入 求输出 3 系统转向 给定转换和输出 求输入 4 系统综合或识别 给定输入和输出 确定一个适当的转换 5 系统的优化 取输入 输出或转换 确定一个最优的评价标准 16 1 1 6系统的设计 1 系统设计的目的是 在规定的评价标准下 应用有关系统的科学原理和经验法则 组成一个新的有用的系统 静态结构和操作程序 2 系统设计的基础是 操作性 在考虑系统设计的问题时 系统的组成部分可分为两类 一类是能按设计者意愿控制的可控变量 称可控系统 另一类是设计者不能控制的不可控参数 通过适当地选定可控变量值 就可达到系统的优化目标 运用系统模型 包括 实物 图式 数学和模拟模型 和相应的优化方法来实现 17 1 1 4系统的设计 3 系统设计的基本方法有两种 归纳设计法和演义设计法 4 模型分析最优设计法 该设计方法是系统设计的一般方法 它包括下面三个阶段和十个步骤 如表1所示 此方法对解决一般问题和进行最优决策都是有效的 这时便可从几个计划方案中选出一个最好的方案 18 表1 1利用模型分析进行最优设计 19 第一阶段问题分析过程 步骤1 问题认识 系统设计者运用创造思维能力 直觉认识和判断能力来鉴别设计问题范围 从而明确设计的技术要求 步骤2 要素分析 识别并列出设计问题中的要素 在这一步骤中 区分可控要素与不可控要素 定性要素和定量要素 可控要素和定量要素在最优系统设计中起着重要作用 步骤3 信息收集 这是为下一阶段解决问题所需要的数据和信息进行收集工作 收集 客观的 可计量的 数据和信息是很重要的 这些数据和信息应和尽可能多的与系统相关的事件有关 20 第二阶段问题解决过程 步骤4 模型制作 制作一个适当的模型 用于表示上阶段已明确了的问题 从而在 模型世界 里有助于最优设计和最优决策的进行 参见下页图 模型仅包括 现实世界 中实际事物的主要事项 要素及它们之间的关系 好的模型能使最优设计和最优决策顺利完成 这样 当系统一旦建立和运行时 就能达到预期的目标 也能对系统的未来状态加以预测 步骤5 模型验证 用归纳法或演绎法 对上一步骤中所制作的模型进行效能的测试和验证 步骤6 决定分析 通过分析系统模型来得出满足系统设计目标的解 系统结构和运行程序 根据优化判据得出最优解 如果得不到最优解 可根据满意判据 探求其近似最优解 21 最优系统设计和最优决策过程的模型图 22 第三阶段评价过程 步骤7 预测分析 预测系统的状态和效能 如结果不令人满意时 就得返回到第4或第6步骤 重新考虑问题 见上图 步骤8 运用 根据第6步骤所得的最优方案 建立新系统 并按程序运行 步骤9 效果评价 评价第8步骤中的实际运用结果 其评价标准为 可靠性 响应性 稳定性 适应性 系统保持最优性的能力 经济性 步骤10 修改与再设计 当实际效能与计划阶段中建立的标准两者相差超过一定限度时 就得进行修改 若简单地修改仍不能满足 则重新返回到前面的步骤 进行再设计 23 制造系统的功能图 24 1 2工艺管理 1 2 1工艺管理的基本任务工艺管理的基本任务是在一定的生产条件下 应用现代管理科学理论 对各项工艺工作进行计划 组织和控制 使之按一定的原则 程序和方法协调有效地进行 它贯穿于产品制造的全过程 产品全生命周期 是制造企业最重要 最基础的一项工作 25 1 2 2工艺管理的主要内容 编制工艺发展规划工艺试验研究与开发产品生产的工艺准备生产现场工艺管理工艺纪律管理工艺知识管理制定各种工艺管理制度售后工艺服务等 26 1 2 3工艺管理系统 工艺管理系统作为一种信息流 它的功能是对全面工艺工作进行技术管理和控制 以保证工艺活动按照事先设计的路线 流程 规程等技术要求进行 达到产品制造的TQCSE要求 工艺活动必须在工艺管理系统的控制之下 才能有效的工作 工艺系统赖以运行的各种软件 技术指令等 是由工艺管理系统提供的 27 1 2 4工艺管理系统与企业制造系统的关系 企业管理系统是由生产 经营两大系统组成 企业经营系统涉及的主要是企业的外部活动和生产前的各项活动 而企业生产系统涉及的是企业的内部活动 主要包括生产计划和作业计划管理 工艺管理 物资供应管理 设备与工艺装备管理 质量控制与管理 劳动管理 成本与财务管理等 因此 工艺管理系统是生产系统中最基本 最重要 涉及面最广的子系统 也是企业技术研究开发子系统与生产系统结合的桥梁 是技术信息指导生产的主要信息源 而直接指导 服务于制造过程的工艺管理像一条纽带纵向融会贯通于生产过程始终 将生产系统中的各项工作有机地联系在一起 横向与有关环节相协调 以形成完整的制造系统 如下页所示 因此 工艺管理系统 图中虚框内 在生产系统中起着维系全局 举足轻重的作用 28 29 1 3国内外工艺管理发展概况 1 3 1国外工艺管理发展概况 1 工艺管理已从传统的生产技术准备为主扩大到产品的全生命周期 并形成制造系统工程 2 信息化 计算机化 数字化 知识化是工艺管理必然发展趋势 3 工艺管理与企业其它管理工作的并行化 集成化 智能化是现代工艺管理水平的重要标志 5 工艺管理大量采用先进的技术 如生产现场的6S管理 看板管理 QFD BPR 人因工程等等 6 工艺知识管理 包括工艺情报 工艺标准 大型工艺数据库的开发 数据仓库及其挖掘技术 以及工艺知识的分类 检索 发布和共享等 30 1 3 2国内工艺管理发展概况 1 解放初期到60年代中期基本上照搬了前苏联的管理模式 编制了工艺文件 工艺标准和经济定额 建立了有明确职责的工艺组织系统 有的还设立了工艺试验室 2 60年代末到70年代末期这段时期工艺工作受到了很大干扰 生产基本上是在没有严格的工艺管理和工艺纪律的状态下进行的 3 70年代末到80年代末在这段时期 企业通过恢复性整顿 工艺体系逐步建立 但工艺混乱 工艺纪律松弛未能根本解决 对产品质量的稳定产生了很大影响 同时 忽视了管理和制造技术方面的基础性建设 1986年5月 机械工业部提出了 以加强工艺管理 严格工艺纪律为突破口 提高工艺水平 推行全面质量管理 打一场提高产品质量的硬仗 的方针 于当年12月 进一步提出了 管理 纪律 水平 三为一体的思想 从而形成了加强工艺工作较为完整的指导方针 开创了我国工艺工作的新时期 4 90年代到现在积极采用国外工艺管理技术 工艺管理水平有很大提高 但还存在许多问题 31 1 3 3国内工艺管理存在的问题 片面强调工艺过程的特殊性 忽视了工艺数字化的基础是工艺标准化 只要求工艺数字化系统的输出格式标准化 不重视其内容的规范和标准 重复人工设计时的工艺内容因人因事而异的弊病 把工艺管理系统与产品数据管理 PDM 系统的一部分功能相混淆 指望用产品数据管理系统来完成工艺管理的问题 系统没有面向产品全生命周期 大多只注重工艺设计 忽视了工艺管理功能 集成性差 如与CAD PDM ERP系统的集成度不够 不适应先进制造模式的需求 忽视工艺知识管理工作 32 1 4全生命周期工艺管理数字化系统 1 4 1建立全生命周期工艺管理数字化系统的意义1 由于产品品种不断增多 寿命周期越来越短 产品的工艺工作量繁重 传统的手工工艺管理不仅效率低下 而且质量也不高 不能适应新形式的要求 2 整个工艺管理的需求 孤岛 式的计算机辅助技术 如CAPP 工装CAD等 不能满足全生命周期工艺管理系统信息集成化的需要 3 企业管理的需求 企业的工艺工作与企业许多部门发生密切联系 要求与其它部门的信息集成 如与生产管理信息的集成 4 随着企业不断采用新的生产模式 如现代集成制造系统CIMS 并行工程CE 敏捷制造AM等 要求信息在企业间 地域间 国与国之间实现集成 所谓面向产品全生命周期的工艺管理数字化系统就是在工艺标准化的基础上 从制造企业工艺工作的计划 组织和控制等几个方面来进行数字化 从而达到TQCSE目标 33 1 4 2工艺数字化系统体系结构 一个产品从需求调研 设计成功到设计工艺 工装 从加工制造到售后服务 其中间要涉及到很多工艺设计与管理方面的工作 我们把它划分为四个阶段 工艺基础规划研究阶段 产品生产技术准备阶段 制造过程管理与控制阶段和售后工艺服务阶段 每个阶段又涉及到很多有关的工作内容 其主要内容如图1 6所示 34 图1 6工艺数字化系统体系结构 35 图1 7全生命周期工艺数字化系统模型 36 1 4 3系统功能分析 37 1 产品设计阶段工艺管理模块 根据输入的CAD信息 用户需求信息和产品规划信息了解设计类型及其新产品的特点 进行工艺调查与研究 了解设计者的构思以及设计中可能存在的问题与解决方法 了解该产品的标准化 系列化 通用化的要求 搜集 整理和分析有关的工艺技术和工艺管理的资料 提出工艺可行性分析报告 根据输入的信息 进行产品结构工艺性审查 分析产品结构方案的合理性 产品结构的继承性 产品结构的标准化与系列化程度 产品主要组成部分是否便于装配 调整和维修 主要材料选用是否合理及主要件加工的可行性 此外 还要审查产品各组成部件进行平行装配和检查的可行性 总装配的可行性 工艺关键件在本厂制造的可行性 特殊零件外协加工的可行性 产品及零部件维修 拆卸 回收及处理的合理性 输出关键件决策方案和结构工艺性审查结果 38 2 工艺设计与管理模块 该模块根据CAD信息 产品生产类型 及上一级模块审查结果进行工艺方案 工艺路线设计 为每种工艺方案 工艺路线设计出多个可供选择的方案 根据评价指标体系分别进行评价 优选出一种最佳方案并输出 根据优化的工艺方案和工艺路线 采用CAPP进行工艺规程的设计 输出工艺设计与管理的有关工艺文件 3 工艺装备设计与管理模块 根据专用工装设计任务书 进行总体方案设计 技术设计 工作图设计 提出几种设计方案 根据评价指标进行论证与评价 选出最佳方案 39 4 工艺定额制订与管理模块 根据设计好的工艺路线及加工参数 生产类型 计算每个工件所需的材料定额 每个部件所需的材料定额和每产品所需的材料定额 直至整个产品所需的每种材料的定额等 根据设计好的工艺路线及加工参数 生产类型 计算每个工步 工序所需的时间定额 每个工件所需的时间定额及包括装配时间在内的每产品所需的时间定额 批量生产中 每批产品所需的时间定额等 2 3 4模块还包括 产品工艺方案验证 工艺规程验证 工艺标准及工艺守则验证 工艺装备验证和工艺定额验证 将验证过程中采集到的信息逐级反馈给有关部门 有关部门根据反馈信息进行修改 完善 40 5 现场工艺管理模块 根据工艺文件及工艺定额等 在工艺纪律的监督下进行现场工艺纪律管理 工序质量控制点的工艺管理 车间布局管理和物流管理 各个部分均可以根据评价指标进行评价与优化 6 售后工艺服务模块 产品销售出去以后 使用或维修过程中与工艺有关 故障诊断 拆卸 维修 回收及处理 的服务信息管理 将市场信息逐级反馈给各个部门 以便在新产品开发过程中加以完善 最终输出各种所需要的指定格式的工艺文件及工艺管理文件等 41 1 4 4工艺管理水平的评价 1 衡量工艺管理水平的主要标志 1 建立起健全 统一 有效的工艺管理体系 2 有一套能充分发挥工艺人员作用的办法 3 完善工艺文件和规章制度 严格考核办法 执行 三按 按标准 按设计 按工艺 三定 定机 定人 定工种 工艺纪律有明显好转 4 建立起文明生产秩序 5 消除因工艺管理不善而造成的产品质量问题 近年来 随着信息技术 计算机技术及现代管理技术等在工艺管理中普遍应用 售后工艺服务的需求 以及工艺知识管理的需求 详见第8章 等 衡量工艺管理水平的标志不断增加 对工艺管理提出了更高要求 42 2 工艺管理水平评价指标体系 1 管理体系二级指标3项 三级指标6项 2 工艺文件二级指标3项 三级指标13项 3 工艺纪律二级指标6项 三级指标16项 4 现场工艺管理二级指标5项 三级指标21项 5 售后工艺管理有二级指标4项 三级指标8项 6 计算机辅助工艺管理二级指标4项 三级指标11项 7 工艺人员 工人素质二级指标3项 三级指标7项 8 工艺管理成效二级指标5项 三级指标13项 43 图1 2面向产品全生命周期工艺管理水平的评价指标体系 44 3 计算机辅助工艺管理水平评价原型系统 图1 4企业工艺管理水平网上专家评价界面 45 3 计算机辅助评价原型系统 续 图1 5企业工艺管理水平模糊综合评价界面 46 1 5工艺管理业务流程再造 1 5 1工艺管理业务流程再造 BPR 的意义生产工艺对TQCSE的需求并行工程的需求精良生产的需求工艺合理化 数字化 智能化的需求等 1 5 2适用范围适用于所有工艺技术与管理的一切业务活动 47 1 5 3工艺管理业务流程再造步骤 图1 23基于BPR的工艺数字化系统开发步骤 48 1 5 4案例 工艺管理现状分析 49 图1 24重组后的工艺管理业务流程 50 1 6通用制造工艺分类原则 1 6 1国外通用机械制造工艺分类情况简介1 按制造过程中必需的材料成形的方式 加工所需能量形式 能量传递介质及加工过程所处的环境及其组合的分类方法这种分类方法是20世纪70年代末 英国伯明翰大学制造系统教授皮克伦尼克 J Peclenic 来华讲学时介绍过的一种方法 51 1 材料成形的方式 有切屑的加工 如车 铣 钻等 变形 指材料塑性变形 如弯曲 冲压等 添加材料 如结晶生长 无屑加工 如电火花加工 电化学加工等 材料性质的改善 如加热切削等 52 2 加工所需能量形式 机械能 热能 电磁能 化学能 核能 53 3 能量传递介质 固体 液体 气体 混和相 如固体和气体的混合 颗粒材料 电磁波 声波 54 4 加工过程所处的环境 在气体中 在液体中 在混和相 如气体加液体 中 在真空中 在固体中 55 编码情况 该分类系统采用4位数字编码来表示各种不同的加工方法 其中每位数字的含义为 第1位数字 表示材料成形的方式 例如 1 代表有切屑的加工 第2位数字 表示加工所需能量形式 例如 1 代表机械能 2 代表热能 第3位数字 表示能量传递介质 例如 1 代表固体 第4位数字 表示加工过程所处的环境 例如 1 代表在气体中 56 编码组合情况 1 1 1 1 4 422 41 57 一些传统工艺的编码举例 切削 1111 属于有切屑的加工 加工过程利用机械能 由固体传递能量 在气体环境中进行加工 热处理 5222 属于材料性质的改善 处理过程利用热能 由液体传递能量 在液体环境中进行处理 焊接 3223 属于有添加材料的加工 加工过程利用热能 由液体传递能量 在气体加液体环境中进行加工 58 该方法的基本特点 1 利用4要素及其组合的相似性对工艺进行分类 分类方法比较科学 由于只提供了宏观的大分类 更深层次分类没有提供 2 如果某一类编码的工艺 找不到现实工艺与之对应 则提供了工艺创新的可能性 3 便于工艺方案 加工方法的选择和工艺路线的优化 考虑绿色制造的能量因素 4 便于计算机处理 为工艺的信息化 数字化奠定了基础 59 2 按能量和成形速度的分类方法 这种分类方法也是20世纪70年代末 英国伯明翰大学制造系统教授皮克伦尼克 J Peclenic 来华讲学时介绍过的另一种方法 按工件表面成形速度的水平 以声速为界 可把加工方法归纳为两大类 按制造过程所需的能量水平 又可分成三级 熔化能量级 级 气化能量级 级 及原子结合力全部破坏能量级 级 60 附图 61 该方法的基本特点 1 传统的切削加工方法及塑性成形方法 大部分都在第 能量级内 只有铰削和磨削等加工方法在第 能量级 而上世纪中后期以后发展起来的一些较新的加工方法 如激光加工 电子束加工 超声波加工 电化学加工 基本上都在第 能量级内 虽然对传统工艺方法描述得比较粗糙 但适用新工艺的发展需求 2 便于工艺方案 加工方法的选择和工艺路线的优化 考虑绿色制造的能量因素 62 3 日本教授人见胜人介绍的一种方法 这种分类方法是20世纪70年代末提出 将机械制造工艺分为7大类 1 变态加工 通过改变性质或从矿石中提炼生产原材料 如铁 钢 塑料等供制造厂使用 2 变形加工 在不使原材料产生量变的情况下 而使之产生形态 形状或结构的变化来生产零件或产品的工艺过程 如铸造 锻造 模压 挤压 金属成形 压力加工 高能成形等 3 连接加工 使原工件与其它材料结合在一起 来生产零件或产品的工艺过程 如焊接 粘结 电镀 涂层和油漆等 63 3 日本教授人见胜人介绍的一种方法 4 切除加工 从原工件上去掉一部分材料 使之成为切屑 从而减小了工件的体积和重量 以便制成零件或产品 例如金属切削 磨削 冲裁 精密加工 研磨 超精加工 电蚀加工 超声波加工 电子束加工和激光加工等 气割 电弧切割 等离子切割和手工挫削等等 5 处理加工 例如经过热处理 表面处理等进行硬化 淬火 或对材料表面进行清洗 6 装配加工 通过把产品的分离零件或部件组装在一起来生产产品 这样便于产品分解 7 辅助加工 这是指一些附加的作业 如质量检验 试验 包装等 64 该方法的基本特点 1 分类方法涉及的工艺面比较广 如 1 6 7 2 与目前国内的分类方法比较接近 容易被国内有关单位接受 3 但分类树形成的系统性体现不明显 65 1 6 2国内工艺分类情况简介 1 JB T5992机械制造工艺方法分类与代码该标准将工艺方法按大类 中类 小类三个层次划分 每层至少留出一个空位 以备安排以后出现的新工艺 中类按由热到冷 由一般到特殊安排 小类按由一般到特殊的顺序安排 形成10 10矩阵 系统实用性较强 便于计算机处理 但它也存在一些缺欠 1 随着科学技术的不断进步和发展 出现了很多新工艺如 摆碾 光刻 快速原型 微细加工 和 纳米加工 绿色制造等 系统未能反映 给新工艺的进一步推广带来了不便 2 系统的划分缺乏系统性缺点 很多小类的划分无明确分类原则 66 JB T5992 1992分类与代码 67 2 大连交大拟定的分类 DJD 方案 68 DJD分类方案的特点 1 运用现代成形学的观点进行第一层次的划分 见下图 然后在此基础上进行第二 第三 第四层的细化 层与层均有明确的分类原则 系统有较好的科学性 69 DJD分类方案的特点 2 系统纳入新的生成成形方法 纳入许多新的工艺方法 快速原型制造 微型加工 纳米加工 绿色制造等 适应了21世纪制造业的发展需求 3 系统的工艺术语描述严格采用国际 国内有关标准及其它规范 中英文对照 4 系统采用一套完整的分类编码方法 并将开发计算机辅助分类编码系统 适应了机械制造业信息化的需求 70 系统的概貌 1 去除成形工艺 DislodgeForming 运用分离的办法 把一部分材料 裕量材料 有序地从基体中分离出去而成形的办法 1 1机械加工工艺 MachiningProcess 利用机械力对各种工件进行的加工方法 1 1 1刃具切削 Cutting 利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法 1 1 1 1车削 Turning 工件旋转作主运动 车刀作进给运动的切削加工方法 71 系统的概貌 2 受迫成形工艺 ForcedForming 利用材料的可成形性 如塑性等 在特定外围约束 边界约束或外力约束 下成形的方法 2 1铸造工艺 CastingProcess 将熔融金属浇注 压射或吸入铸型型腔中 待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法 2 1 1砂型铸造 SandCastingProcess 用型砂紧实成型的铸造方法 2 1 1 1湿型铸造 GreenSandMoldCasting 造好的砂型不经烘干 直接浇入高温金属液体的铸造方法 72 系统的概貌 3 堆积成形工艺 StackingForming 运用合并与连接的方法 把材料 气 液 固相 有序地合并堆积起来的成形方法 3 1焊接工艺 WeldingProcedure 借助加热或加压 或同时实施加热和加压 以实现原子结合的工艺方法 3 1 1电弧焊 ArcWelding 30 利用气体介质中放电过程所产生的电弧热能作为焊接热源的熔焊方法 3 1 1 1无气体保护电弧焊 NoGasMetalArcWelding 焊接过程中没有特定气体作为保护介质的电弧焊方法 73 系统的概貌 4 生成成形工艺 GrowthForming 利用材料的活性进行成形的方法 4 1纤维细胞种植工艺 FiberCellPlanting 将可生长材料作为种子植入基体 从而实现材料按照特定要求生长 以达到特定形状及性能的方法 4 2微制造工艺 Micro process 微制造技术指制作微米量级的三维结构 器件和系统的技术 包括微机械结构和微电子电路的集成技术 4 3再生制造工艺 Reprocess 使报废产品经过拆卸 清洗 检验 进行翻新修理和再装配后而恢复到或者接近于新产品的性能标准的一种资源再利用方法 4 4其他 74 系统的概貌 5 其它 无法单一地划归为以上四种成形方法之一的剩余工艺方法 5 1特种加工工艺 Non traditionalManufacture 特种加工是直接借助电能 热能 声能 光能 电化学能 化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合应用以实现材料切除的加工方法 5 1 1电物理加工 Electro physicalProcess 将电能和物理能相结合的复合加工方法 5 1 1 1电火花加工 ElectricalDischargeMachining 在一定的介质中 通过工具电极之间的脉冲放电的电蚀作用 对工件进行加工的方法 75 第2章产品开发的工艺工作 2 1产品的工艺工作产品的工艺工作应由新产品技术开发阶段的设计工艺调研开始 直至产品包装入库结束 贯穿于产品生产的全过程 甚至到销售至用户手中 2 1 1产品工艺工作程序按下页图 76 产品工艺工作程序 77 各程序段主要工作内容 1 参加新产品开发 或老产品改进 设计调研 包括引进产品 或技术 的出国考察了解和用户 或市场 对该产品的需求 了解该产品的使用条件 了解国内外同类产品或类似产品的工艺水平 收集有关工艺标准和资料 78 各程序段主要工作内容 2 参加新产品设计方案或老产品改进方案的讨论从制造观点分析结构方案的合理性 可行性 3 进行产品结构工艺性审查 见JB T9169 3 4 设计工艺方案 见JB T9169 4 5 设计工艺路线编制工艺路线表 或车间分工明细表 工艺关键件明细表 外协件明细表 必要时需提出铸件明细表 锻件明细表等 6 设计工艺规程根据工艺方案要求 设计各专业工种的工艺规程和其它有关工艺文件 见JB T9169 5 79 各程序段主要工作内容 7 设计专用工艺装备按专用工装设计任务书的要求 设计出全部专用工装 见JB T9167 8 编制工艺定额计算各种材料消耗工艺定额 编制材料消耗工艺定额明细表和汇总表 见JB T9169 6 计算劳动消耗工艺定额 工时定额 9 复核各种工艺文件底图 稿 核对各种工艺文件底图 稿 有无描错之处 80 各程序段主要工作内容 10 工艺装备和工艺规程验证参加专用工艺装备验证 见JB T9167 做好小批试制中工艺验证服务工作 11 进行工艺总结总结工艺准备阶段工作 总结工艺 工装在小批试制中验证情况 对下一步改进工艺 工装的意见和对批量生产的建议 12 进行工艺整顿根据小批试制工艺验证的结果和工艺总结 修改有关工艺规程和工艺装备 13 批量生产中现场工艺管理 见JB T9169 10 81 2 2产品结构工艺性审查 结构工艺性是指所设计的产品和零 部件的结构 在一定的条件下制造 装配 拆卸 维修 回收 有关拆卸 维修和回收部分详见第七章 和检验的可行性和经济性 产品结构工艺性审查 就是工艺人员对产品和零 部件的结构工艺性进行分析和评价 进而做全面审查 并提出意见和建议 最后进行修改和签字 82 2 2 1产品结构工艺性审查的对象 1 采用新原理 新技术 新结构 新材料自行创新设计的具有新功能 新用途的产品 2 根据国内外引进的产品样本 样机或专利而测绘仿制且企业首次生产的产品 3 根据企业某种科研成果或生产经验积累而进行局部改进的老产品或系列产品 只要是创新产品 零部件都要进行结构工艺性审查 引进产品也不能忽视这项工作 由于新毕业的工程设计人员缺乏实际知识和对企业资源不够熟悉 所以也必须引起重视 83 2 2 2产品结构工艺性审查的任务 其任务是使新设计 或改进设计 的产品 在满足使用功能的前提下 应符合一定的工艺性指标要求 求得产品设计合理 工艺可行 成本低 便于加工 装配 检验 使用 拆卸 维修和回收处理等 具体为 1 早期发现产品设计中的工艺性问题 并及时解决 防止或减少在生产中可能发生的重大技术问题 为编制最佳工艺方案等奠定基础 2 及早预见制造新产品中的主要件 关键件所需关键设备或特殊工艺装备 以便提早安排设计或订货 同时尽量与其它产品的工艺装备通用 从而加速工艺准备速度 缩短工艺准备周期 扩大工艺装备的利用率 84 2 2 3工艺性分类及产品结构工艺性审查时应考虑的主要因素 1 工艺性分类 1 生产工艺性是指其制造的难易程度和经济性 2 使用工艺性是指其在使用过程中维护保养和修理等的难易程度与经济性 2 评定产品结构工艺性应考虑的主要因素 1 产品种类及复杂程度 2 产品的产量或生产类型 3 企业现有的生产条件 3 工艺性的评价形式 1 定性评价根据经验概括地对产品结构工艺性给以评价 2 定量评价根据工艺性主要指标数值进行评价 85 2 2 4产品结构工艺性主要指标项目 1 产品制造劳动量2 单位产品材料用量3 材料利用系数 Km 4 产品结构装配性系数 Ka 5 产品的工艺成本6 产品的维修劳动量7 加工精度系数 Kac 8 表面粗糙度系数 Kr 9 结构继承性系数 Ks 10结构标准化系数 Kst 11 结构要素统一化系数 Ke 86 2 2 5产品结构工艺性审查的内容 1 初步设计阶段的审查内容 从制造的观点分析结构方案的合理性 分析结构的继承性 分析结构的标准化与系列化程度 分析产品各组成部分是否便于装配 调整和拆卸 维修及回收处理 分析主要材料选用是否合理 主要件在本企业或外协加工的可能性 87 2 2 5产品结构工艺性审查的内容 2 技术设计阶段的审查内容 分析产品各组成部件进行平行装配和检验的可行性 分析总装的可行性 分析装配时避免切削加工或减少切削加工的可行性 分析高精度复杂零件在本企业加工的可行性 分析主要参数的可检查性和主要装配精度的合理性 特殊零件外协加工的可行性 88 2 2 5产品结构工艺性审查的内容 3 工作图设计阶段的审查内容 各部件是否具有装配基准和正确的位置 尺寸联系 可利用装配尺寸链进行验算 采用装配方法是否合理 互换法 选配法 修配法及调整法等 装卸是否方便 各大部件拆成平行装配的小部件可行性 审查零件的铸造 锻造 冲压 焊接 热处理 切削加工等的工艺性 见JB T9169 3附录C 89 2 2 6产品结构工艺性审查方式与程序 1 初步设计和技术设计阶段的工艺性审查 或分析 一般采用会审方式进行 对结构复杂的重要产品 主管工艺师应从制定设计方案开始就经常参加有关研究该产品设计工作的各种会议和有关活动 以便随时对其结构工艺性提出意见和建议 2 对产品工作图样的工艺性审查应由产品主管工艺师和各专业工艺师 员 分头进行 进行工艺性审查的产品图样应为原图并需有设计 审核人员签字 审查者在审查时对发现的工艺性问题应填写在 产品结构工艺性审查记录 全套产品图样审查完后 对无大修改意见的 审查者应在 工艺 栏内签字 对有较大修改意见的 暂不签字 把产品设计图样工艺性审查记录一起交设计部门 设计者根据工艺性审查记录上的意见和建议进行修改设计 修改后对工艺未签字的图样再返回到工艺部门复查签字 若设计员和工艺员意见不一致 由双方协商解决 若协商中仍有较大分歧意见 由厂技术负责人进行协调或裁决 90 2 3零件快速原型制造 2 3 1快速原形制造的基本原理离散 堆积成形原理快速原型制造的一般过程 1 用三维造型软件在计算机中生成一个产品的三维CAD实体模型或曲面模型 2 将其转换成STL文件格式 然后运用分层切片软件从STL文件中 切 出设定厚度的一系列层片 或者直接从CAD文件切出一系列层片 3 将上述每一层片的信息传到快速成型机 4 通过材料逐层添加法 依次将每一层做出来并同时粘接各层 直到完成整个零件 5 去除废料 固化 烧结 渗透 打磨和抛光等后处理 91 2 3 2快速原形制造的特点 1 其突出特点是能以最快的速度将设计思想转变为具有一定功能的产品零件原型或直接制造零件 从而可以对设计进行快速评估 测试及功能试验 以缩短产品开发周期 提高企业对市场的响应能力 2 将复杂的三维加工离散成简单二维加工的组合 无须传统的设备和工艺装备 只需传统加工方法的30 50 的工时和20 35 的成本 经济效益良好 3 同传统的生产工艺如铸造 特种加工技术相结合 可大大缩短产品研制周期 降低生产成本 特别适用于多品种 小批量复杂产品的敏捷制造 4 可生成由不同材质组成的零件 92 2 4面向X的设计技术 2 4 1面向X设计技术的概述1 面向X设计技术的基本概念 1 面向装配的设计DFA DesignForAssembly 主要考虑产品 部件及组件的可装配性能 2 面向制造的设计DFM DesignForManufacturing 即面向加工的设计 主要考虑零件的可加工性 加工成本 加工时间及加工的质量 3 面向拆卸的设计DFD DesignForDisassembly 主要考虑产品及零部件拆卸性能 见本书第七章 4 面向维修的设计DFM DesignForMaintenance 主要考虑零部件和整机的可维修性能 见本书第七章 5 面向回收的设计DFR DesignForRecovering Recycling 主要考虑零部件及材料的可回收性能 见本书第七章 等等 93 2 DFX发展的特点 1 人工智能与专家系统技术的发展 使既懂得设计 又懂得工艺的设计师成为可能 即DFX专家系统 它是以CAD系统为基础建造的可制造性评估系统 在其知识库中 存入来自工艺专家的各种工艺知识 在其数据库中存入来自企业的资源数据 利用专家系统的推理能力 就可实现对CAD结果的评估 根据不同CAD系统中产品设计的不同阶段 以实现在线评估或阶段性评估 评估结果中还包括对设计的修改建议 2 计算机网络和通讯技术的发展 使设计部门和工艺部门互连 以做到设计中的潜在问题得到及时地发现和解决 3 计算机强大的计算能力可以担负DFX中的一些烦琐工作 使设计者更容易并迅速地考虑大量的设计和工艺方案的优化 94 2 4 2计算机辅助DFX系统 1 计算机辅助DFX系统的基本形式 1 基于知识的可制造性评价系统 DFX专家系统 图2 4结构工艺性审查时的查询界面 95 图2 5数据库的查询界面 96 图2 6结构工艺性指标计算界面 97 图2 7对一种摆线减速器结构工艺性评价结果显示界面 98 2 CAD CAPP并行交互设计系统 99 2 计算机辅助DFX系统的体系结构 图2 4并行设计环境 Molloy1955 100 2 4 3DFX的主要内容 1 产品及零部件简化的设计准则 两个公理 1 在设计中必须保持产品及零部件功能的独立性 该准则是指在一个零件上既不希望出现重复的或相同的功能 也不希望一个零件只有一种功能 这就要求在设计过程中 产品的零部件必须具有多种功能 而且这些功能必须相互独立 互不重复 通过这一点达到构成产品零件的数量为最少 这是由于产品中每多一个零件 就会在产品投产前增加一系列的生产准备工作和生产中以及投产后的计划管理和维护工作 也就是说 多一个零件便必须多编相当数量的工艺文件 设计或选择相应的工艺装备和毛坯 同时还必须在该零件的质量控制 生产控制以及库存管理上面耗费相当多的人力 财力 物力与时间 从而影响最终产品的成本和交货期 因此 在满足产品功能要求的前提下 构成产品的零部件数必须越少越好 101 2 在设计中必须使产品及零部件的信息为最少 为满足该准则的要求 信息量最少 不仅需要构成产品的零部件数量为最少 而且每个零件的结构必须做到最简单 只有零件的结构最简单 零件所包含的信息量才能达到最少 同时零件才能易于制造 因此 应利用标准规范对每个零部件进行评判 确定其是否应该从其他零件中分离出来 作为一个单独零部件存在 是否可以合并 其中最重要得判断准则就是是否有相对运动 102 简化设计准则的应用案例 1 金属支架2 尼龙支撑套3 螺钉4 钢轴5 尼龙支架6 钢轴图2 5设计方案比较 103 表2 5原设计方案的早期成本估算 美元 104 表2 6改进设计方案的早期成本估算 美元 105 2 产品的DFX DFA技术 1 零部件数应最少 两条公理 2 装配方法应合理 5种装配方法 3 装配精度和零部件精度的合理确定 解装配尺寸链 4 装配过程的优化 装配方向 连接方式 路径 定位与夹紧 可达性等 5 注意设计零部件的通用化和标准化 6 经济性分析等等 3 零件的DFX DFM技术 见第二章 106 2 5工艺准备计划 工艺准备是生产技术准备的重要组成部分 因此它的计划与控制一定要统一在生产技术准备的计划与控制之中 才能按质按量按时地完成各项准备工作 工艺准备计划是指工艺部门根据企业的正式计划 制订本部门的生产技术准备计划 通过计划协调 组织本部门的技术力量和促进各项工作之间的衔接与配合 以缩短工艺准备周期 提高工艺准备质量 107 2 5 1工艺准备计划的内容与类型 表2 11 108 2 5 2工艺准备计划的工作量 劳动量和周期的确定 1 工艺准备的工作量工艺准备的工作量是指完成某一准备阶段工作的数量 准备工作量的大小 主要决定于产品的新颖程度 复杂程度和工艺复杂程度 设计工作量一般用专用零件数表示 工艺准备工作量是用平均每一个专用零件所需工艺文件的数量和工艺装备的数量来表示 这些数量可以参照过去的资料制成定额 根据专用零件数及定额就可粗略算出工艺准备的工作量 待工作图设计完毕后 再做适当调整 有了专用零件数就可以大致确定各项准备的工作量 109 2 工艺准备工作的劳动量和劳动量定额 准备工作的劳动量t是指一个人完成单位准备工作 如设计一个零件或一份工艺规程 所实际消耗的时间 人 时 项 劳动量定额td是指一人完成单位准备工作规定的标准劳动时间 人 时 项 根据其用途和制订方法的不同 有详略之分 有时对不同设计复杂程度和工艺复杂程度的产品 规定平均设计一种专用零件 编制一种零件工艺文件或平均设计一套工艺装备的综合劳动量标准 110 表2 15设计工艺规程用的概略平均定额 人 时 项 111 表2 17设计工艺装备的概略劳动量定额 112 3 工艺准备工作计划周期 根据劳动量定额td 人 时 项 计算工艺准备工作的计划周期T 工作日 项 即完成某一项 或某一阶段 工作所需的计划工作日 2 26 式中td 工艺准备劳动量定额 人 时 项 N 参加工艺准备的标准人数 人 a 每日工作时数K 定额完成系数K1 附加时间系数附加时间为等待审批 会签时间和准备阶段的时间间隔等 这类时间延长了准备周期 但不增加准备工作劳动量 一般K1 0 10 0 12 113 2 5 3缩短工艺准备周期的途径 努力做好工艺情报工作对工艺准备工作进行调查分析 采取对策在保证工艺准备工作质量的前提下 组织平行交叉作业 以减少重叠系数Ki制订先进的工作定额对工艺人员进行定期培训提高系列化 通用化 规范化和标准化水平采用新的工艺设计与管理方法加强工艺信息和工艺知识管理 114 第3章工艺设计及其管理 3 1工艺方案和工艺路线的设计3 1 1工艺方案设计1 工艺方案的设计原则和依据 1 工艺方案设计的原则 产品工艺方案是指导产品工艺准备工作的依据 除单件 小批生产的简单产品外 都应具有工艺方案 设计工艺方案应在保证产品质量的同时 充分考虑生产周期 成本和环境保护 根据本企业能力 积极采用国内外先进工艺技术和装备 以不断提高企业工艺水平 115 2 设计工艺方案的依据 产品图样和有关技术文件 产品的生产大纲 产品的生产性质和生产类型 本企业的现有条件 国内外同类产品的工艺技术情报和工艺知识 有关的技术政策 企业有关技术领导对该产品工艺工作的要求及有关科室和车间的意见 116 3 工艺方案的分类与内容 新产品样机试制工艺方案的内容对产品结构工艺性的评价和对工艺工作量的大体估计 提出自制件和外协件的初步划分意见 提出必需的特殊设备的购置或设计 改装意见 必备的专用工艺装备设计 制造意见 关键零 部件的工艺规程设计意见 有关新材料 新工艺的试验意见 主要材料和工时的估算 117 新产品小批试制工艺方案的内容 对样机试制阶段工艺工作的小结 对自制件和外协件的调整意见 自制件的工艺路线调整意见 提出应设计的全部工艺文件及要求 提出主要铸 锻件毛坯的工艺方法 对专用工艺装备的设计意见 对专用设备的设计或购置意见 对特殊毛坯或原材料的要求 对工艺 工艺装备的验证要求 对关键件的制造周期或生产节拍的安排意见 根据产品复杂程度和技术要求所需的其它内容 118 批量生产工艺方案的主要内容 对小批试制阶段工艺 工艺装备验证情况的小结 工艺关键件质量攻关措施意见和关键工序质量控制点设置意见 工艺文件和工艺装备的进一步修改 完善意见 专用设备或生产自动线的设计制造意见 有关新材料 新工艺的采用意见 对生产节拍的安排和投产方式的建议 装配方案和车间平面布置调整的意见 老产品改进工艺方案的内容老产品改进工艺方案的内容可参照新产品的有关工艺方案办理 119 4 工艺方案的设计 审批程序 产品工艺方案应由产品主管工艺人员根据JB T9169 4规定的各项资料 提出几种方案 组织讨论确定最佳方案 并经工艺部门主管审核 审核后送交总工艺师或总工程师批准 编号 描晒 存档 120 3 1 2工艺路线的设计 1 设计工艺路线的一般步骤 1 加工方法的选择 2 加工阶段的划分 3 加工工序的划分 4 机械加工顺序的安排 5 热处理工序的安排 6 辅助工序的安排 121 2 工艺路线的评价 1 工艺路线的评价指标 最高生产率指标它是指制造单位产品所需的时间最少 或在单位时间内制造的产品数量最多 当对某产品迫切需要时 常采用该指标 而成本与利润则作为次要因素考虑 最低成本指标它是指单台产品的成本最低 当对产品的产出时间无特殊要求时 采用这一指标可使产品具有最大竞争力 最大利润指标它是指在规定时间内获得利润最大 当市场需要大于企业生产能力时采用这一指标 这时不追求最低成本 可通过增加生产投资来减少单件生产时间 以便生产和销售更多的产品 获得更大的总利润 122 2 工艺评价函数 单工序评价函数与生产率 成本和利润的三种基本评价指标相应的评价函数分别为 单件工序时间t min 件 单件工序成本u 元 件 单件利润g 元 件 或单位时间利润p 元 min 123 流程型多工序 即工艺路线 的评价函数 工艺路线中单件工时最长的工序 称为关键工序 关键工序的单件工时决定了该工艺路线的节拍 即周期时间 其它工序的单件工时都小于 或等于 周期时间 这些工序称为松弛工序 因而与最高生产率 最低成本和最大利润三种基本评价指标相应的评价函数分别为 单件工序生产时间tj min 件 124 流程型多工序 即工艺路线 的评价函数 周期时间t min 件 等待时间t min 件 t tCT tj式中工序j 1 2 n 关键工序K的等待时间twj 0 因其工序生产时间等于周期时间 单位时间内制造的零件总数q是周期时间t的倒数 即 q 1 t 3 38 125 流程型多工序 即工艺路线 的评价函数 单件工序成本uj 元 件 uj u Kdj twj 3 39 式中u 单工序的单件工序成本 元 件 Kdj 单工序单件单位等待时间的费用 元 min 单件工序总成本U 元 件 3 40 式中mc 工件材料费 元 件 126 流程型多工序 即工艺路线 的评价函数 单件利润G 元 件 或单位时间利润P 元 min 127 3 工艺路线的优化 1 函数法 采用函数法优化单个工序根据评价指标与评价函数 建立单件工时t 刀具耐用度T与进给速度F 切削速度V的目标函数Z Z 1 FV aFmVn式中m n 指数 a 常数 计算案例见书第111页 128 采用函数法优化工艺路线 工艺路线的优化是以单工序优化为基础 各工序最优进给速度的确定方法与单工序相同 而最优切削速度的确定方法有所不同 关键工序的最优切削速度可按最高生产率指标去求 则其相应的单件工序生产时间tjk最少 此时的tjk就是最优周期时间t cT 确定各松弛工序的最优切削速度的约束条件是其单位工时tj t cT 在满足这样的约束条件下 使松弛工序成本最低以求出各松弛工序的最优切削速度 129 工艺路线的优化步骤 建立目标函数 确定最优进给速度 当机床功率足够大时 可选取在表面粗糙度许可条件下的最大进给速度 计算在各种不同评价指标下的切削速度 按约束条件确定最优速度 案例 已知某工艺路线 4个工序 的有关数据 见表3 4 求出在三种评价指标下最优解 见表3 5 由表可知 最高生产率指标下最优周期时间最短 为3 22min 件 采用最低成本指标时 周期时间最长 为3 30min 件 采用最大利润指标时 介于二者之间 为3 25min 件 工序1 2 3都是关键工序 其tj相同且都等于t cT 130 2 动态规划法和网络图法 图3 2所示为包括四个工序的几种方案最佳工艺路线分析网络图 其中 工序1 车削 L 工序2 刨削 P 或铣削 M 工序3 钻削 D 或镗削 B 工序2和3集中 用加工中心机床 MC 加工 工序4 磨削 G 131 动态规划法 动态规划缩写为DP 是一种多级决策理论 它是一种优化方法 由贝尔曼 R Bellman 提出 这种方法是将给定问题分段求解 首先求解问题的一小部分 找出最优解 然后在此基础上再将问题逐步扩大 并加以解决 最后得出整个问题的最优解 最优解根据 最优性原理 推导 并通过递归函数方程的最大值或最小值获得 132 网络图法 用圆圈表示的一组结点 或称为顶点 和连接相邻两个结点的 用线段或箭线表示的一组弧 或边 分支 活动 组合起来 就称