机械制造企业的生产组织与管理.ppt
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1、7.4 机械制造企业的生产组织与管理机械制造企业的生产组织与管理一、机械制造工艺流程及技术发展趋势一、机械制造工艺流程及技术发展趋势 1生产过程可用机械制造工艺流程加以描述,它由如下主要生产过程可用机械制造工艺流程加以描述,它由如下主要 环节组成:环节组成:原材料和能源供应 毛坯和零件成形 零件机械加工 材料改性与处理 装配与包装 搬运与贮存 检测与质量监控 自动控制装置与系统2机械制造工艺的技术进展和发展趋势机械制造工艺的技术进展和发展趋势1)常规工艺的不断优化)常规工艺的不断优化 铸造、锻压、焊接、热处理、机械加工等传统的常规工艺 至今仍是量大面广、经济适用的技术,因而常规工艺的不断 改进
2、、提高具有很大的技术经济意义。A 常规工艺优化的方向常规工艺优化的方向 常规工艺优化的方向是实现高效化、精密化、强韧化、轻量化,以形成优质高效低耗少无污染的先进适用工艺为目标。B 常规工艺优化的途径常规工艺优化的途径 保持原有工艺原理不变,通过改善工艺条件,优化工艺参数 实现常规工艺优化。以工艺方法为中心,实现工艺设备、辅助工艺、工艺材料、检测控制系统成套供应服务,使优化工艺易于为企业采用C 常规工艺优化的效果常规工艺优化的效果a)优化常规工艺的普及优化常规工艺的普及 常规工艺经过上述途径形成了多种优质高效低耗少无污染 的先进适用工艺,并在生产中得到广泛普及,彻底改变了常规 工艺面貌,取得了非
3、常明显的技术经济效果。如以气体保护自动或埋弧自动焊取代手工焊条焊接;以树脂等硬砂造型取代手工焊条焊接;以树脂等自硬砂徒刑取代粘土砂造型;以热模锻压力机械造取代蒸汽锤、空气锤锻造;以可控气氛热处理或真空热处理取代在氧化气氛中的热处理;以水溶性或粉末涂装取代油漆涂装;以无氰电镀取代有氰电镀;以涂层刀具、超硬刀具、机夹刀具代表普通刀具;以数控加工代替普通机床加工等。b)工艺界限和分工淡化与交叉工艺界限和分工淡化与交叉 常规工艺经过优化后,扩展了原有的工艺效果。使得原来十分严格的工艺界限和分工,诸如下料和加工、毛坯制造和零件加工、粗加工和精加工、冷加工和热加工、毛坯制造与零件加工、成形与改性等,在界限
4、上趋于淡化,在功能上趋于交充满。如精密冲裁、精密切割的功能不只限于下料,一直扩展至粗加工甚至部分精加工领域。无余量精密铸造,接近最终形状的精密塑性成形等基本可取代粗加工,甚至可以做到直接装配。2)新型加工方法的不断出现和发展)新型加工方法的不断出现和发展A 新型加工方法的发展背景和条件新型加工方法的发展背景和条件 机械产品的更新换代 近年来,机械产品更新换代的速度不断加快,而且向 着大型、成套、复杂、精密、高效、高运行参数等方向发 展,对制造工艺提出了更高更新的要求。高新技术的发展及其产业化 高新技术的发展对新型加工方法的出现有重大影响。一方面,新能源、新材料、微电子、计算机等高新技术的 不断
5、引入、渗透和融合,为新型加工方法的出现提供了技 术储备;另一方面,高新技术的产业化也需要一些新型加 工方法作为技术支撑。B 新型加工方法的类型新型加工方法的类型a)精密加工和超精密加工 普通加工、精密加工与超精密加工的界限并不是固定不变的。目前,精密加工与超精密加工的精度范围大致如表所示。当代精密、超精密加工的主要方式有超精密切削、超精密磨削 与磨料加工。其发展体现在以下两方面:第一,达到的极限加工精度不断提高,出现了所谓的“纳米技术”和“超精密工程”。正从微米(m)、亚微米级(10-2m)工艺的纳米工艺品、亚微米工艺向纳米级(1nm=10-3m)的纳米工艺发展,而且超精密工程正在向原子量级加
6、工精度逼近,通过“移动原子加工”对材料进行原子量级的修改及排列。第二,精密、超精密加工的对象已由量具刃具扩展到产品零件;生产方式已由单件、小批量走向大批量生产,如磁带录音机的磁鼓和计算机硬盘的加工。b)微细加工微细加工 是一种特殊的精密加工,它不仅加工精度极高,而且加工尺寸十分微小,甚至包括尺寸小于1m的材料制造和加工。它的主要工艺方法有光刻、刻蚀、沉积、外延生长、扩散、离子注入及封装。它是制造超大规模集成电路、光电器件、量子器件的基本工艺,提高微细加工水平以减少电路微细图案的最小线条宽度是提高集成电路集成度的技术关键。微细加工的发展还导致一门崭新的学科微机械的产生。应用微机械技术可制造出显微
7、量级尺寸的机械器件,如微型传感器、静电驱动的微型马达、微型齿轮、微型轴承、微型机械手、微型机器人等。c)特种加工及高密度能加工特种加工及高密度能加工 激光、电子束、离子束、分子束、等离子体、微波、超声 波、电液、电磁、高压水射流等新能源或能源载体的引入,形 成了多种崭新的特种加工及高密度能切割、焊接、熔炼、锻压、热处理、表面保护等加工工艺。这些工艺具有如下特点:加工范围不受材料物理力学性能的限制,可以加工任何硬的、脆的、耐热、高熔点的金属或非金属材料。有些方法可以精确地控制能量,适于进行精密加工和微细加工。许多方法对工件无宏观作用力,适于加工薄壁件、弹性件等难 加工工件。激光、等离子、高压水射
8、流切割技术与数控技术相结合使 加工精度、切口质量和生产效率大幅度提高,已从一种下料手 段转变成各种崭新的成形加工方法,即自由成形制造(FFF:Free-form Fabrication),它已部分替代采用模具的冲压技术。d)新型材料加工技术新型材料加工技术 超硬材料、超塑材料、高分子材料、复合材料、工程陶瓷、非晶微晶合金、功能材料等新型材料的应用,扩展了加工对象,导致某些崭新加工技术的产生:加工超塑材料的超塑成形、等温注射成形;沉积TiN、TiC、CNB、人造金刚石等超硬薄膜用的化学气相沉 积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、物理化学气相沉积(PCVD)、等离子弧化学气相沉积(PACVD)等
9、;加工光感硬化树脂的光造型直接成形技术(快速零件制造,RPM)等。新材料与新工艺的结合还促使某些新学科的形成,如半导体硅 材料与微细加工工艺相结合正在形成一门崭新的微机械加工技 术。e)大件及超大件加工大件及超大件加工 随着重大技术装备向大型、大容量、高参数、高效率方向 发展,大件及超大件加工技术得到相应发展。其中包括大电炉 炉外精炼技术(真空氧脱碳、氩氧脱碳等方法)、大型工件(大锻 件、大铸件、大型拼焊件)的热加工工艺模拟及工艺优化技术、大型工件局部热处理技术、大型工件加工及尺寸测量技术等。f)表面功能性履层技术表面功能性履层技术 表面功能性覆层技术是在表面装饰防护技术基础上发展起 来的。它
10、根据产品(材料)服役条件,在其表面制备各种特殊功能 覆层,赋予其耐磨、耐蚀、耐热、耐疲劳、耐辐射以及光、热、磁、电等特殊功能。g)复合加工复合加工 将两种以上加工方法复合应用(工艺及设备复合)形成一些复 合加工技术。如超声-振动切削、液态模锻(铸造+热挤压)、连续 铸挤(连续铸造+挤压)、超塑成形/扩散连接等加工方法。3)工艺设计由工艺设计由“经验经验”走向走向“定量分析定量分析”计算机数值模拟技术在铸造、锻压、焊接等传统工艺中,首 先是在大型铸锻件生产中开始得到应用。它可以预测缩孔、缩松、裂纹、夹杂等缺陷的位置及防止措施,确定工艺规范,优化工艺 方案,从而控制及确保毛坯件的质量。再配以物理模
11、拟和专家系 统,使工艺研究由“经验判断”逐步走向“定量分析”,使工艺设计 由人工计算、画图发展到工艺计算机辅助设计(CAPP),使传统热 加工工艺由技艺逐步发展为一门名符其实的工程科学。4)自动化等新技术与工艺的紧密结合)自动化等新技术与工艺的紧密结合 微电子、计算机、自动化技术与工艺及设备相结合,形成了 单机到系统,从刚性到柔性,从简单到复杂等不同档次的多种 自动化加工技术,使传统工艺面貌产生显著、本质的变化。主要 表现在以下几方面:应用集成电路(取代分立元件)、可编程序控制器(取代继电器)、微机等新型控制元件、装置实现工艺设备的单机、生产线或系 统的自动化控制。应用新型传感、无损检测、理化
12、检验、微电子、计算机技术,实时测量并监控工艺过程的温度、压力、形状、尺寸、位移、应变、应力、振动、声、像、电、磁、合金及气体成份、组织 结构等参数,实现在线测量、测试技术的电子化、数显化、计 算机化及工艺参数的闭环控制,进行实现自适应控制。计算机辅助工艺规程编制(CAPP)、数控加工、计算机辅助设计/辅助制造(CAD/CAM)、机器人、自动化搬运及仓储技术等越来 越广泛地应用于工艺设计,加工及物流过程。在此基础上形成的 柔性制造系统解决了多品种、中小批量生产长期无法解决的柔性 自动化问题。目前无论是冷加工,还是热加工;也无论是中小批 量生产,还是大批量生产,均向柔性自动化方向发展。柔性自动 化
13、可划分为如下六个档次:数控加工、加工中心(MC)、柔性制 造单元(FMC)、柔性制造岛(FMI)、柔性制造系统(FMS)和柔性生 产线(FTL)。借助计算机技术,将产品设计、制造工艺、管理信息集成于单一 交互式网络中,形成了工厂综合自动化技术,即计算机集成制造 系统(CIMS),它能迅速对产品和需求变化作出响应,使多品种 小批量的产品生产在此系统中更趋于流水化生产,其成本和质量 都与刚性自动线的大批量生产相差无几,确保将适销产品以合理 价格在恰当的时间里投放市场。在集成制造技术和人工智能的基础上,又发展起来一种新型制造 工程智能制造技术(Intelligent Manufacturing Te
14、chnology,IMT)和智能制造系统(Intelligent Manufacturing System,IMS),被 称为“21世纪的制造技术”。是指在制造工艺各个环节以一种高度 柔性与高度集成的方式,通过计算机模拟专家的智能活动,进行 分析、判断、推理、构思与决策,旨在取代或延伸制造环境中的 部分脑力劳动并对专家的制造智能进行收集、存贮、完善、共享、继承和发展。从一个企业内的产品设计、生产计划、制造加工、过程控制、材料处理、信息管理、设备维护等技术环节自动化,发展到面向世界范围的整个制造环境集成化与自组织能力,包括 制造智能处理技术、自组织加工单元、自组织机器人、智能生产 管理信息系统、
15、多级控制网、全球通讯与操作网等,整个制造过 程实现智能化,具有自组织能力。5)“机械制造技术系统机械制造技术系统”的形成的形成A 在加工工艺流程中,重视必不可少的在加工工艺流程中,重视必不可少的“辅助工序辅助工序”切割、焊补、去毛刺;成形、加工中的消除应力退火;电镀、涂装前的除锈、脱脂、磷化;各种中间检测、中间清洗、合理注油、防止零件磕碰伤和保证 清洁度等工序和工艺措施。B 在工艺装备中,重视辅助工装及工艺材料的配套发展在工艺装备中,重视辅助工装及工艺材料的配套发展 重要的辅助工艺装备有:浇注包、砂箱、焊接辅具(变位器、滚轮架、转台)、台控冷却过程的淬火槽、清洗机、锻造操作 机、加热炉的进出料
16、装置、表面保护的前处理设备、切削刀具、夹具、进出料装备、表面保护的前处理设备、切削刀具、夹 具、工位器具等。重要的工艺材料有:造型原砂、粘接剂、造型涂料、球化剂、蠕化剂、变质剂、焊条、焊丝、焊剂、保护气体、模具润滑剂、热处理熔盐、电镀添加剂、氧化处理剂、特种涂装涂料、热喷 涂粉末、磷化液、切削液等。C 重视搬运、存贮、检验、包装等辅助生产过程重视搬运、存贮、检验、包装等辅助生产过程 它们对降低产品成本,提高产品质量,缩短生产周期,减 少资金占用,提高产品作为商品的价值都具有重大的作用,是 挖掘企业利润和提高效益的第二源泉。D 物流、能量流与信息流的集成物流、能量流与信息流的集成 引入工业工程(
17、IE)、系统管理(SMI)和系统生产技术(SPT)的 原理和方法,将生产过程中的物流、能量流与信息流经过一定 的系统化及各种形式和程度的结合,集成为一种新的生产技术 体制机械制造技术系统,它具有“自动化、柔性化、高效 化”综合效果特征。二、工艺管理二、工艺管理1生产管理系统与工艺管理系统生产管理系统与工艺管理系统 1)生产管理系统)生产管理系统 是对生产要素人力、生产设备、材料、能源、资金、信息等有限的资源,通过适当的组合(组织、计划、控制、改 进)有效地利用以达到生产的目的,使其成为创造最大价值的系 统。在作业系统中,以控制工艺为核心的制造系统是最重要的子 系统,它的功能是从外界环境获得生产
18、要系(主要是原材料 和能源)后,将其转变为商品。作业系统由供应、制造、销 售及库存四个子系统组成。作业系统的生产实施方案,由作业计划系统制定。在作业计 划系统中,以生产计划系统最为重要。为保证作业系统的正常运行和运行质量,需要通过作业控制 系统对作业过程进行控制与调整,包括从原材料到产品的工 艺流程控制(生产控制、质量控制、库存控制),也包括对人 员、设备、资金的控制,其中对工艺流程的控制最为重要。作业系统构成了物质流,作业计划系统和作业控制系统构成 了信息流。现代机械制造企业通过计算机把物质流和信息流 综合起来,形成了管理信息系统(MIS),对动态生产过程进 行实时管理与控制。2)工艺管理系
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