機械制造工藝學課件第四章提高勞動生產(chǎn)率的途徑

第四章提高勞動生產(chǎn)率的途徑

第一節(jié)

提高生產(chǎn)率的措施第二節(jié)

成組技術(shù)第三節(jié)CAPP1根本時間：時間定額

定義:

在一定生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所需消耗的時間

組成輔助時間：布置工作地時間休息和生理需要時間準備終結(jié)時間第一節(jié)提高生產(chǎn)效率的措施2

單件時間與單件工時定額計算◆

單件時間：◆

單件工時定額：式中tB——根本時間tA——輔助時間tC——布置工作地時間tR——休息和生理需要時間tP——準備終結(jié)時間B——批量3提高生產(chǎn)效率的工藝途徑縮短根本時間：①提高切削用量〔切削速度、進給量、切削深度等〕；②采用多刀多刃進行加工〔如以銑削代替刨削，采用組合刀具等〕；③采用復(fù)合工步，使多個外表加工根本時間重合〔如多刀加工，多件加工等〕?？s短輔助時間：①使輔助動作實現(xiàn)機械化和自動化〔如采用自動上下料裝置、先進夾具等〕；②使輔助時間與根本時間重疊〔如采用多位夾具或多位工作臺，使工件裝卸時間與加工時間重疊；采用在線測量，使測量時間與加工時間重疊等〕4縮短布置工作地時間：

縮短準備終結(jié)時間：時間定額與提高生產(chǎn)效率的途徑主要是減少換刀時間和調(diào)刀時間采用自動換刀裝置或快速換刀裝置使用不重磨刀具采用樣板或?qū)Φ秹K對刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度在中小批量生產(chǎn)中采用成組工藝和成組夾具在數(shù)控加工中，采用離線編程及加工過程仿真技術(shù)5批量法那么在大批量生產(chǎn)中，由于采用專用、高效和自動化的生產(chǎn)設(shè)備，可以獲得高的生產(chǎn)率，低的生產(chǎn)本錢，短的生產(chǎn)周期；而多品種、小批量生產(chǎn)那么相反。機床利用率例：CA6140車床，最大加工直徑φ400，實際加工90％以上工件直徑缺乏100mm，機床利用率極低。制造周期在多品種、中小批量生產(chǎn)中，加工時間僅占生產(chǎn)時間的約5％，其余95％均為周轉(zhuǎn)等待時間；加工時間中真正進行切削的時間缺乏30%。多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問題第二節(jié)成組技術(shù)〔GroupTechnology—GT〕6◆目前，單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品占機械產(chǎn)品總數(shù)的70％以上，并有繼續(xù)增大的趨勢。解決多品種、中小批量生產(chǎn)的有效途徑是采用GT。5％

95％調(diào)整、裝夾、對刀、檢測等切削30％

70％加工時間

運輸與等待時間制造周期加工時間圖4-1多品種、中小批量生產(chǎn)的時間分配7GT的客觀基礎(chǔ)二次相似性結(jié)構(gòu)〔形狀、尺寸、精度…〕材料〔材質(zhì)、毛坯、熱處理…〕工藝〔加工方法、加工設(shè)備…〕一次相似性機械零件之間存在相似性這種相似性主要表現(xiàn)在三個方面：機械產(chǎn)品中各類零件出現(xiàn)有明顯的規(guī)律性〔圖4-2〕正是由于70%左右的零件屬于相似件，構(gòu)成實施成組技術(shù)的客觀根底。8標準件復(fù)雜件相似件20～25%70%5～10%零件復(fù)雜程度零件出現(xiàn)頻數(shù)圖4-2機械產(chǎn)品中不同復(fù)雜程度零件分布規(guī)律9圖4-3結(jié)構(gòu)相似零件組10圖4-4工藝相似零件組11GT定義一般性定義：GT是一門生產(chǎn)技術(shù)科學，研究和開掘生產(chǎn)活動中有關(guān)事物的相似性，并充分利用它，即把相似的問題分類成組，尋求解決這一組問題的相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以取得最正確效果。機械制造領(lǐng)域中定義：將多種零件〔部件或產(chǎn)品〕按其相似性分類成組，并以這些零件組〔部件組或產(chǎn)品組〕為根底組織生產(chǎn)，實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化。GT被認為是一種“制造哲理〞—〔ManufacturingPhilosophy〕，是現(xiàn)代制造技術(shù)的一個重要理論根底。12圖4-5成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4將多種零件按其相似性分類成組，人為擴大生產(chǎn)批量重復(fù)使用原那么：◆資源重復(fù)使用，降低生產(chǎn)本錢；◆作業(yè)熟練程度增加，提高生產(chǎn)率。GT工作原理13GT發(fā)展簡況★20世紀50年代，前蘇聯(lián)院士Митрофанов在其著作“成組工藝科學原理〞中首次提出“成組技術(shù)〞。★20世紀60年代西歐研究GT形成高潮，代表人物首推阿亨工業(yè)大學Opitz教授，他所領(lǐng)導(dǎo)的小組進行了大量的調(diào)查研究工作，為成組技術(shù)提供了重要的理論依據(jù)?！?0世紀70年代，美國、日本接受成組技術(shù)，并迅速與計算機技術(shù)聯(lián)系在一起，使其得到更好的應(yīng)用?！?0世紀80、90年代，GT與各種新的制造方式相結(jié)合，成為現(xiàn)代制造技術(shù)的根底?！颎T開展過程：成組加工→成組工藝→成組技術(shù)→成組生產(chǎn)系統(tǒng)14我國GT發(fā)展簡況★20世紀50末、60初學習蘇聯(lián)，首先在紡織機械行業(yè)試點實行，有清華大學、西安交大等高校參與?！?0世紀60年代中期以后，由于文化大革命，國民經(jīng)濟陷入混亂狀態(tài)，GT無從談起?！?0世紀70末、80初，文革以后，自上而下推行，機械部推出4個試點單位，并組織制定了兩個編碼系統(tǒng)〔JCBM-1，JLBM-1〕，對GT開展起到了推動作用。★20世紀80年代中期后，方案經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌，采用GT成為企業(yè)自發(fā)的行為。15零件分類編碼系統(tǒng)根本概念——零件分類編碼系統(tǒng)是用字符〔數(shù)字、字母或符號〕對零件有關(guān)特征進行描述和識別的一套特定的規(guī)那么和依據(jù)?！颫pitz分類編碼系統(tǒng)〔圖4-6，4-7，4-8〕★JLBM-1分類編碼系統(tǒng)〔圖1-21〕分類編碼系統(tǒng)簡介特點：1）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便2）對零件形狀（特別是回轉(zhuǎn)類零件）描述較完善3）適用范圍較廣（設(shè)計、工藝、管理…）4）工藝信息反映不夠充分5）對非回轉(zhuǎn)類零件描述較粗糙16圖4-6Opitz分類編碼系統(tǒng)0123456789RotationalNonrotationalDigit1PartclassL/D≤0.5MainshapeExternalshapeelementMainshapeRotationalmachiningAccuracy0.5<L/D<3L/D≥3WithdeviationL/D≤2WithdeviationL/D>2SpecialL/W≤3L/H≥4L/W>3L/W≤3L/H<4SpecialMainshapeMainshapeMainshapeOriginalofrawmaterialsmaterialDimensions6789InternalshapeelementMachiningofplanesurfacesOtherholesandteethMachiningofplanesurfacesOtherholesandteethMachiningofplanesurfacesOtherholesteeth&formingRotationalmachiningMainboreRotationalmachiningPlanesurfacemachiningAdditionalholesteeth&formingDigit2Digit3Digit4Digit5FormcodeSupplementarycodeDigit17Digit1Digit2Digit3Digit4Digit5NonrotationalPartclass0123456789RotationalL/D≤0.50.5<L/D<3L/D≥3Smooth,noshapeelements0123456789ThreadExternalshape,ExternalshapeelementsnoshapeelementsOrsmoothFunctionalgrooveSteppedtobothendnoshapeelementsThreadFunctionalgrooveFunctionalconeOperatingthreadAllothersSteppedoneendSteppedoneendSmooth,noshapeelements0123456789ThreadInternalshape,InternalshapeelementsnoshapeelementsOrsmoothFunctionalgrooveSteppedbothendnoshapeelementsThreadFunctionalgrooveFunctionalconeOperatingthreadAllothersPlanesurfacemachining0123456789Surfaceplaneand/orcurvedinonedirection,externalNosurfacemachiningExternalplanesurfacerelatedbygraduationaroundcircleExternalgrooveand/orslotExternalspline(polygon)Externalplanesurfaceand/orslot,externalsplineInternalplanesurfaceand/orslotInternalspline(polygon)Internal/externalpolygon,grooveand/orslotAllothersAuxiliaryholesandgearteethNoauxiliaryholeAxial,notonpitchcirclediameter0123567894Axial,onpitchcirclediameterNogearteethWithgearteethRadial,notonpitchcirclediameterAxial/radial,and/orotherdirectionAxial/radial,onPCDand/orotherdirectionAllothersSpurgearteethBevelgearteethOthergearteeth圖4-7Opitz分類編碼系統(tǒng)回轉(zhuǎn)體零件形狀碼18圖4-8Opitz分類編碼系統(tǒng)輔助碼（6～9位）Steel,Heattreatment0123456789012345678901234567890123456789Diameter(Length)MaterialAccuracyOriginalshapeofrawmaterial≤2020～5050～100100～160160～250250～400400～600600～10001000～2000＞2000NodularironAlloysteel(Heattreatment)NonferrousmetalLightalloyAllothersCastironPipeMachinedworkpieceCastingandforgingsL,U,Tetc.sectionsteelBar(heatrolling)Bar(coldrollingordrawing)△,□,etc.barSheetStickplateWeldmentUndefined23452+32+42+53+42+3+4+5Digit6Digit8Digit9Digit7AlloysteelSteelSteel19名稱類別粗分類0123456789回轉(zhuǎn)類零件非回轉(zhuǎn)類零件輪盤類環(huán)套類銷桿軸齒輪類異形件專用件桿條類板塊類座架類箱體類名稱類別細分類0123456789盤蓋防護蓋法蘭盤帶輪手輪離合器分度盤滾輪活塞其它回轉(zhuǎn)類零件的形狀及加工碼外部形狀加工基本形狀功能要素內(nèi)部形狀加工基本形狀功能要素平面曲面加工外平面內(nèi)平面輔助孔成形刻線輔助碼材料毛坯原始形狀熱處理主要尺寸精度直徑或?qū)挾乳L度非回轉(zhuǎn)類零件形狀及加工碼圖4-9JLBM-1分類編碼系統(tǒng)20圖4-10壓蓋零件編碼〔)φ240700.80.8其余3.2211〕綜合零件法——★綜合零件包含了零件組內(nèi)所有零件的結(jié)構(gòu)要素，它可以是一個實際零件，但更多情況是一個假想零件?！锇淳C合零件編制工藝規(guī)程，那么該工藝規(guī)程包含了零件組內(nèi)所有零件的工藝內(nèi)容。★

綜合零件法多用于回轉(zhuǎn)體零件的成組工藝過程設(shè)計。成組工藝過程設(shè)計

2〕綜合路線法——★將零件組內(nèi)所有零件的工藝內(nèi)容綜合在一起，形成成組工藝?！锒嘤糜诜腔剞D(zhuǎn)體零件的成組工藝過程設(shè)計。22綜合零件圖4-11綜合零件實際零件【例】23特征矩陣綜合零件成組工藝過程卡車間零件組代號頁工序號工序名稱及內(nèi)容機床適用零件車右端面,打中心孔,車外圓(留磨量)車螺紋,倒角,切槽,切斷1C6132ABCDE2車左端面,打中心孔,倒角銑鍵槽（銑橫槽,銑扁）3C6132X51W4調(diào)質(zhì)5研中心孔C61326磨外圓M121∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨1234567890123456789241〕加工單元組織形式①成組單機②成組單元③成組流水線④成組柔性制造系統(tǒng)圖4-12成組單元布置形式加工單元設(shè)計a）機群式布局GGGDDMM進出料口LLLLLLAAMMb）成組單元布局LLLMMDDGGA出料口進料口25圖4-13FMS自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機信息傳輸網(wǎng)絡(luò)加工單元1加工單元2加工單元n運輸小車工夾具站2〕確定機床數(shù)量式中[Qj]——計算的機床臺數(shù)

Ni

——第i種零件年需求量

tij

——第i種零件在第j種機床上的單件工時

F

——機床年臺時基數(shù)F=250×M×8×K式中M——班次

K

——開機系數(shù)，常取0.9～0.95◆計算機床臺數(shù)：27◆一般要求：η≥0.85關(guān)鍵、稀少設(shè)備允許η=1.1～1.2簡單設(shè)備η值可適當減小◆負荷調(diào)整與平衡：①負荷過低，可幾個單元共用一臺機床②也可擴大單元內(nèi)零件組數(shù)或組內(nèi)零件數(shù)◆機床負荷率：◆實際機床臺數(shù)：Qj≥[Qj]28成組技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用利用零件編碼，檢索相似零件，減小重復(fù)設(shè)計工作量〔據(jù)統(tǒng)計，一項新產(chǎn)品中有70%以上的零件設(shè)計可以借鑒或直接引用原有的設(shè)計〕。同樣利用產(chǎn)品和部件的繼承性，對產(chǎn)品及部件進行編碼，通過檢索、調(diào)出和利用已有相類似設(shè)計，可顯著減少新設(shè)計的工作量〔參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的開展使這一效果更加顯著〕?！?/p>

零件標準化內(nèi)容零件名稱標準化零件結(jié)構(gòu)標準化零件標準化提高設(shè)計標準化程度設(shè)計標準化是工藝標準化的前提。29◎

零件結(jié)構(gòu)標準化等級與標準化要素之間的關(guān)系：標準化等級簡單標準化基本標準化主要標準化完全標準化標準化要素功能要素基本形狀功能要素配置主要尺寸◎設(shè)計標準化與工藝標準化的關(guān)系：基本形狀標準化主要工藝過程（工藝路線）標準化功能要素標準化工序、工步標準化功能要素配置標準化次要工序及工藝順序標準化主要尺寸標準化工藝裝備標準化設(shè)計標準化工藝標準化30◆成組生產(chǎn)單元是一種先進的生產(chǎn)組織形式，在成組生產(chǎn)單元內(nèi)，零件加工過程被封閉起來，責、權(quán)、利集中在一起，生產(chǎn)人員不僅負責加工，而且共同參與生產(chǎn)管理與生產(chǎn)決策活動，使其積極性能夠得到充分發(fā)揮?！舭闯山M工藝進行加工，可使零件加工流向相同，這不僅有利于減少工件運動距離，在安排作業(yè)方案時，也有規(guī)那么可循。成組技術(shù)在管理中的應(yīng)用◆要求按工藝相似零件組〔而非按產(chǎn)品〕安排生產(chǎn)方案，需要打破舊的生產(chǎn)方案方式，而代之以按零件組安排生產(chǎn)進度方案。除了要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念以外，采用計算機輔助生產(chǎn)管理方法也是必要的。31第三節(jié)CAPP傳統(tǒng)工藝過程設(shè)計存在的問題從根本上解決人工設(shè)計效率低，周期長，本錢高的問題可以提高工藝過程設(shè)計的質(zhì)量，并有利于實現(xiàn)工藝過程設(shè)計的優(yōu)化和標準化可以使工藝設(shè)計人員從煩瑣重復(fù)的工作中解放出來，集中精力去提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝水平CAPP是連接CAD和CAM系統(tǒng)的橋梁，是開展計算機集成制造的不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)CAPP意義設(shè)計效率低，周期長，本錢高不必要的花色繁多，不利于管理設(shè)計質(zhì)量參差不齊，難于實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計工藝人員短缺和老化是全球機械制造業(yè)面臨的共同問題32一、CAPP工作原理派生式(變異式)CAPP系統(tǒng)(VariantCAPPSystem)◆該類系統(tǒng)以成組技術(shù)為根底，根據(jù)零件編碼查找所屬零件組，調(diào)出零件組的標準工藝，進行適當?shù)木庉嫽蛐薷?，生成所需的工藝?guī)程。零件組矩陣零件編碼查找零件組輸入表頭信息工藝規(guī)程格式工藝規(guī)程打印輸出標準工藝路線文件標準工序文件圖4-14CAM-I推出的派生式CAPP系統(tǒng)框圖工作要素處理應(yīng)用程序工藝路線檢索/編輯標準工序檢索/編輯工藝規(guī)程存儲器33標準工藝規(guī)程文件特征矩陣文件零件圖×××××××××××××××編碼第×零件組零件組形成工藝過程設(shè)計a）準備階段

圖4-15派生式CAPP系統(tǒng)工作的兩個階段零件圖標準工藝檢索編碼×××××第×零件組零件組搜索工藝規(guī)程（編輯）b〕使用階段◆

派生式CAPP系統(tǒng)工作的兩個階段34◆派生式CAPP系統(tǒng)特點：1〕程序簡單，易于實現(xiàn)。目前多用于回轉(zhuǎn)體類零件CAPP系統(tǒng)。2〕需人工參與決策，自動化程度不高。3〕具有濃厚的企業(yè)色彩，局限性較大。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（GenerativeCAPPSystem）從無到有生成（工藝決策算法和邏輯推理）◆

零件信息描述零件工藝過程35◆例：普渡大學APPAS〔AutomatedProcessPlanningandSelection〕系統(tǒng)是一個實驗性系統(tǒng)，適用于非回轉(zhuǎn)類零件外表加工方法的生成每一加工表面用一數(shù)組表示：孔——AT（40）面——AT（32）槽——AT（31）數(shù)組各元素含義：①外表編號；②外表類型〔如：1—圓孔，2—平面，3—槽…〕；③類型號碼〔取決于類型，如孔：1—圓孔，2—錐孔，3—螺孔…〕；④材料類型〔如：1—鑄鐵，2—球鐵，3—鋼…〕；⑤材料硬度…☆零件加工外表信息輸入36半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（Semi-GenerativeCAPPSystem）◆派生式CAPP系統(tǒng)完全以人的經(jīng)驗為根底，難于保證設(shè)計最優(yōu)，且局限性較大；完全創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)還不成熟。將兩者結(jié)合起來，采用局部創(chuàng)成，局部派生〔或局部人工干預(yù)〕的方法是一種可取的方案。◆半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)特點：1〕集派生式及創(chuàng)成式系統(tǒng)的優(yōu)點，又克服兩者的缺乏。2〕目前為多數(shù)CAPP系統(tǒng)采用?！罾荷駪舸髮W開發(fā)的半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)〔圖4-16〕37CAPP工作原理熱處理、表面處理、手工作業(yè)等補充加工順序和工序修正加工順序處理機床選擇調(diào)入一個零件數(shù)據(jù)機床組合零件數(shù)據(jù)工藝規(guī)程處理完否？NY工藝規(guī)程打印策略存儲器機床文件加工順序存儲器1000個零件數(shù)據(jù)余量、精度存儲器動態(tài)制約：例軸長徑比限制；淬火后只能磨…確定加工方法策略；機床選用順序；機床選用策略…典型加工順序檢索確定加工余量劃分加工階段人工干預(yù)動態(tài)存儲器圖4－16神戶大學半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)程序框圖38二、CAPP關(guān)鍵技術(shù)零件信息輸入零件加工外表可分為根本形面和輔助形面；形面可用特征參數(shù)進行描述；形面與一定的加工方法相聯(lián)系較粗糙，信息輸入不完整多用于只需制定簡單工藝路線的場合只適用于派生式CAPP系統(tǒng)1〕成組編碼法：輸入工作量大是其主要的弱點2〕形面描述法：可完整地描述零件的幾何、工藝信息，是目前CAPP系統(tǒng)使用最多的信息輸入方法

多采用菜單〔交互〕方式輸入，便于操作39二、CAPP關(guān)鍵技術(shù)1.圓柱面2.圓錐面3.圓柱齒輪4.圓錐齒輪5.蝸輪齒形6.花鍵7.

螺紋8.滾花9.退出外部基本形面菜單1.直徑：上偏差：下偏差：2.長度：上偏差：下偏差：3.

表面粗糙度（Ra）：4.是否基準面：5.形位公差代號：公差：基準：6.有無輔助面？有無外圓柱面特征參數(shù)

1.徑向孔2.端面孔3.徑向螺孔4.端面螺孔5.圓弧槽6.矩形槽7.

端面槽8.斜孔9.退出外部輔助形面菜單圓柱面有40二、CAPP關(guān)鍵技術(shù)3〕與CAD系統(tǒng)相連接通用接口、專用接口、共享數(shù)據(jù)庫由于目前CAD系統(tǒng)多為實體造型系統(tǒng)，需采用特征識別的方法補充輸入工藝信息開展基于特征造型的CAD系統(tǒng)是長久之計41二、CAPP關(guān)鍵技術(shù)工藝決策◆特點：1〕直觀，容易建立，便于編程2〕難于擴展和修改◆

形式：由樹根、節(jié)點、分支構(gòu)成；分支上方給出向一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的可能性或條件（確定性條件）條件滿足，繼續(xù)沿分支前進，實現(xiàn)邏輯“與”條件不滿足，回出發(fā)節(jié)點并轉(zhuǎn)向另一分支，實現(xiàn)邏輯“或”分支終點列出應(yīng)采取的行動（決策行動）1〕決策樹42二、CAPP關(guān)鍵技術(shù)E3（螺孔）E1（孔）E2（槽）E4（位置度公差≤0.05）E5（0.05＜位置度公差＜0.25）E6E7（直徑公差≤0.05）E8（0.05＜直徑公差＜0.25）E9（直徑公差≥0.25）（位置度公差≥0.25）A1—坐標鏜A2—精鏜A3—半精鏜A4—粗鏜A5—銑A6—鉆孔，攻絲表面圖4－17加工方法選擇決策樹【例】43二、CAPP關(guān)鍵技術(shù)◆特點：1〕表達清晰，格式緊湊，便于編程2〕難于擴展和修改◆用表格形式描述事件之間邏輯依存關(guān)系?！舯砀穹譃?個區(qū)域〔圖4-22〕，左上角為條件工程，右上角為條件組合，各條件之間為“與〞的關(guān)系，左下角列出決策工程，右下角為各列對應(yīng)的決策行動，決策行動之間也是“與〞的關(guān)系，決策表的每一列均可視為一