《機(jī)械制造工程學(xué)》課件第八章

第八章先進(jìn)制造技術(shù)8.1概述8.2先進(jìn)制造工藝8.3先進(jìn)生產(chǎn)制造模式8.1概述

8.1.1先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵與特點(diǎn)

1.先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵

先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果,并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過程,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn),提高對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。

2.先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)

(1)系統(tǒng)性。

(2)集成性。

(3)動態(tài)性。8.1.2先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵

1.“數(shù)”是發(fā)展的技術(shù)特征

“數(shù)”是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化,這是因?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)的重要工具是計(jì)算機(jī),而現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)是要把所有信息數(shù)字化以后才能處理的。它包括以設(shè)計(jì)為中心的數(shù)字制造、以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。

2.“精”是發(fā)展的技術(shù)標(biāo)志

“精”是指加工精度及其發(fā)展。20世紀(jì)初,超精密加工的誤差是10μm;20世紀(jì)70~80年代為0.01μm;現(xiàn)在僅為0.001μm,即1nm。

3.“極”是發(fā)展的焦點(diǎn)

“極”就是極端條件,是指生產(chǎn)特需產(chǎn)品的制造技術(shù)必須適應(yīng)“極”的要求。例如,能在高溫、高壓、高濕、強(qiáng)沖擊、強(qiáng)磁場、強(qiáng)腐蝕等條件下工作,或有高硬度、大彈性等特

點(diǎn),或極大、極小、極厚、極薄、極不規(guī)則的產(chǎn)品等,都屬于“極端”產(chǎn)品。

4.“綠”是發(fā)展的必然

“綠”就是“綠色”制造。人類必須從各方面促使自身的發(fā)展與自然界和諧一致,制造技術(shù)也不例外。制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開始,到設(shè)計(jì)、制造、銷售、使用與維修,再到回收、

再制造等各階段,都必須充分顧及環(huán)境保護(hù)與改善。

8.2先進(jìn)制造工藝

8.2.1快速原型制造

1.快速原型制造技術(shù)的原理

快速原型制造(RPM)技術(shù)是集CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、電子技術(shù)和激光技術(shù)等于一體的綜合技術(shù),是實(shí)現(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到三維實(shí)體原型制造的一體化系統(tǒng)技術(shù)。

RPM技術(shù)的具體原理是：首先由設(shè)計(jì)人員應(yīng)用各種三維CAD造型系統(tǒng)進(jìn)行三維實(shí)體造型,三維造型系統(tǒng)輸出時(shí)先將零件CAD數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換成可被快速成型系統(tǒng)所能接受的數(shù)據(jù)文件；然后根據(jù)工藝要求,將其按一定厚度進(jìn)行分層,把原來的三維電子模型沿給定的方向切成一個(gè)個(gè)二維平面(薄片)信息(截面信息)。

2.RPM技術(shù)的主要方法

1)光固化法

如圖8-1所示,在槽內(nèi)盛有液態(tài)的光敏樹脂,在紫外光照射下產(chǎn)生固化,工作平臺位于液面之下，成形作業(yè)時(shí),將激光聚集到液態(tài)光固化材料表面,按計(jì)算機(jī)指令由點(diǎn)到線、由線到面地逐點(diǎn)掃描,掃描到的地方光敏樹脂被固化,未被掃描的地方仍然是液態(tài)樹脂,完成一個(gè)層面的建造后,升降臺下降一個(gè)層片厚度的距離,重新覆蓋一層液態(tài)材料,再建造一個(gè)層面,由此層層疊加成為一個(gè)三維實(shí)體。圖8-1SL工藝原理圖

2)疊層制造

如圖8-2所示,單面涂有熱熔膠的紙卷套在紙輥上,并跨過支撐輥纏繞在收紙輥上。伺服電動機(jī)帶動收紙輥轉(zhuǎn)動,使紙卷移動一定距離,工作臺上升至與紙面接觸,熱壓輥沿紙面自右向左滾壓,加熱背面的熱熔膠,并使這一層紙與基板上的前一層紙黏合。CO2激光器發(fā)射的激光束跟蹤零件的二維截面輪廓數(shù)據(jù)并進(jìn)行切割,再將輪廓外的廢紙余料切割出方形小格,以便于成形過程完成后的剝離。圖8-2LOM工藝原理圖

3)激光選區(qū)燒結(jié)法(SelectiveLaserSintering,SLS)

激光選區(qū)燒結(jié)法是指對于由粉末鋪成的具有一定密實(shí)度和平整度的層面,有選擇地直接或間接將粉末熔化或黏結(jié),形成一個(gè)整體層面,再鋪粉壓實(shí),再熔結(jié)或黏結(jié)成另一個(gè)層面，并與原層面熔結(jié)或黏結(jié),如此層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。所謂直接熔結(jié)，是將粉末直接熔化而連接;間接熔結(jié)是指僅熔化粉末表面的黏結(jié)涂層,以達(dá)到互相黏結(jié)的目的。圖8-3所示為SLS工藝原理圖。圖8-3SLS工藝原理圖

4)熔融擠壓成形法

熔融擠壓成形法(FusedDepositionModeling,FDM)是指將熱熔性材料(ABS、尼龍或蠟)通過加熱器熔化,擠壓噴出并堆積成一個(gè)層面,然后將第二個(gè)層面用同樣的方法建造出來,并與前一個(gè)層面熔結(jié)在一起,如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。其原理圖如圖8-4所示。圖8-4熔融擠壓成形法原理圖8.2.2RPM技術(shù)的應(yīng)用

RPM在國民經(jīng)濟(jì)極為廣闊的領(lǐng)域得到了應(yīng)用,并且還在向新的領(lǐng)域發(fā)展,如圖8-5所示。從廣義上講,這些應(yīng)用均屬“產(chǎn)品開發(fā)范疇”。圖8-5RPM應(yīng)用領(lǐng)域

1.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用——快速產(chǎn)品開發(fā)(RPD)

RPM在RPD方面的應(yīng)用如圖8-6所示。

RPM在產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵作用和重要意義是很明顯的,它不受復(fù)雜形狀的任何限制,可迅速地將顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上的設(shè)計(jì)變?yōu)榭蛇M(jìn)一步評估的實(shí)物。圖8-6RPM在RPD方面的應(yīng)用根據(jù)原形可對設(shè)計(jì)的正確性、造型的合理性、零部件的可裝配性和是否發(fā)生干涉進(jìn)行具體檢驗(yàn)。對形狀較復(fù)雜且貴重的零件(如模具),如直接依據(jù)CAD模型不經(jīng)原型階段就進(jìn)行加工制造,則風(fēng)險(xiǎn)極大,往往需要多次反復(fù)才能成功,不僅延誤開發(fā)進(jìn)度,而且往往需花費(fèi)更多的資金。

2.快速工具

快速工具(RapidTooling)是快速原型制造技術(shù)應(yīng)用的重要方面。原型的快速設(shè)計(jì)和自動制造保證了工具的快速制造。無需數(shù)據(jù)銑削,無需電火花加工,無需任何專用工裝和工具,直接根據(jù)原型而將復(fù)雜的工具和型腔制造出來是當(dāng)今快速工具的最大優(yōu)勢。一般來說,采用RPM技術(shù)，工具的制造時(shí)間和成本均為傳統(tǒng)技術(shù)的1/3。8.2.3微細(xì)加工技術(shù)

1.微機(jī)械及其特征

例如,光通信機(jī)械中激光二極管模塊所需的微小非球面透鏡制造用模具僅有0.1~1mm,醫(yī)療機(jī)械和管道自動監(jiān)測裝置等都需要微型齒輪、電機(jī)、傳感器和控制電路。因而以本身形狀尺寸微小或操作尺度極小為特征的微機(jī)械,已成為人們在微觀領(lǐng)域認(rèn)識和改造客觀世界的一項(xiàng)高新技術(shù)。微機(jī)械也叫微型機(jī)電系統(tǒng)，在美國常被稱為微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS),在日本被稱做微機(jī)器(Micromachine)，在歐洲被稱做微系統(tǒng)(MicroSystem)。微機(jī)械按外形尺寸特征可分為1~10mm的微小型機(jī)械,1μm~1mm的微型機(jī)械和1nm~1μm的納米機(jī)械。

2.微細(xì)加工的機(jī)床結(jié)構(gòu)

微細(xì)加工的機(jī)床結(jié)構(gòu)應(yīng)具有下列功能:

(1)為達(dá)到很小的單位去除率(UR),需要各軸能實(shí)現(xiàn)足夠小的微量移動。對于微細(xì)的機(jī)械加工和電加工工藝,微量移動可小至幾十個(gè)納米。

(2)高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。它要求有摩擦阻力小的傳動系統(tǒng)和導(dǎo)軌支承系統(tǒng)以及具有高精度跟蹤性能的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。

(3)高的定位精度和重復(fù)定位精度。

(4)高的主軸轉(zhuǎn)速及極低的動不平衡。

(5)低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、穩(wěn)固的床身構(gòu)件以隔絕外界的振動干擾。

(6)刀具的穩(wěn)固夾持和高的重復(fù)夾持精度。圖8-7為日本FANUC公司開發(fā)的能進(jìn)行車、銑、磨和電火花加工的多功能微型超精密加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖。該機(jī)床有X、Z、C、B四軸,在B軸回轉(zhuǎn)工作臺上增加A軸工作臺后可實(shí)現(xiàn)5軸控制,數(shù)控系統(tǒng)的最小設(shè)定單位為1nm。圖8-7微型超精密加工機(jī)床該機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸采用編碼器半閉環(huán)控制,直線軸采用激光全息式全閉環(huán)控制。反饋指令的大小直接影響伺服跟蹤誤差。編碼器與電機(jī)直聯(lián)具有每周6400萬個(gè)脈沖的分辨

率,每個(gè)脈沖相當(dāng)于坐標(biāo)軸移動0.2nm。編碼器反饋單位為1/3nm,故跟蹤誤差在±1/3nm以內(nèi)。直線尺的分辨率為1nm,跟蹤誤差約在±3nm以內(nèi)。為了消除電機(jī)編碼器和直線檢測元件本身的誤差對反饋的影響,還采用高精度螺距誤差補(bǔ)償技術(shù),開發(fā)了有50萬點(diǎn)的高密度誤差值自動設(shè)置的補(bǔ)償方法。螺距誤差補(bǔ)償值可用0.3nm分辨率的激光干涉儀測出。為了降低伺服系統(tǒng)的摩擦,對導(dǎo)軌、絲杠螺母副以及絲杠與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的推力軸承和徑向軸承均采用氣體靜壓支承結(jié)構(gòu),如圖8-8所示。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子用空氣冷卻,使運(yùn)行時(shí)由發(fā)熱引起的溫升控制在0.1℃以下。圖8-8低摩擦伺服進(jìn)給系統(tǒng)簡圖為了防止絲杠轉(zhuǎn)動時(shí)的偏擺影響滑鞍運(yùn)動的平穩(wěn)性,所用的空氣靜壓螺母不直接固定在滑鞍上，而是通過其兩端的與床鞍橋板連接的叉形氣墊支承塊來傳遞軸向運(yùn)動,其他方向均無約束,這樣就消除了絲杠偏擺的影響。螺母及兩個(gè)叉形氣墊支承塊均由氣體靜壓支承在導(dǎo)軌上引導(dǎo)作軸向運(yùn)動,如圖8-9所示。圖8-9保持軸向運(yùn)動平穩(wěn)性的氣墊式螺母連接結(jié)構(gòu)8.2.4微細(xì)加工工藝

1.微細(xì)機(jī)械加工和電加工

1)微細(xì)機(jī)械加工工藝

凸形(外)表面的微細(xì)切削大多采用單晶金剛石車刀或銑刀。刀尖半徑約為100μm。圖8-10為單晶金剛石銑刀的刀頭形狀。圖8-10單晶金剛石銑刀的刀頭形狀(刀尖偏移回轉(zhuǎn)軸線5μm,刀尖半徑為100μm)當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時(shí),金剛石刀片形成一個(gè)45°圓錐的切削面。進(jìn)行凹形(內(nèi))表面的微細(xì)切削時(shí),最小的可加工尺寸會受到刀具尺寸的限制,如鉆孔用麻花鉆可加工小至50μm的孔,若要加工更小的孔,則麻花鉆無能為力,可采用扁鉆。

2)微細(xì)電加工工藝

圖8-11所示的微型軸和異形截面桿可采用線放電磨削法(WEDG)加工。該法獨(dú)特的放電回路使放電能量僅為一般電火花加工的1/100。圖8-12為WEDG加工微型軸的原理。電極絲沿著導(dǎo)絲器中的槽以5～10mm/min的速度低速滑動,就能加工出圓柱形的軸。如果導(dǎo)絲器通過數(shù)字控制作相應(yīng)的運(yùn)動,則能加工出如圖8-11所示的各種形狀的桿件。圖8-11用WEDG法可加工的各種微型軸和異形截面桿圖8-12WEDG加工系統(tǒng)及其工作原理微細(xì)電火花加工(MEDM)常用的機(jī)床為日本松下電氣產(chǎn)業(yè)公司的MG-ED71,它的定位控制的分辨率為0.1μm,最小加工孔徑達(dá)5μm,表面粗糙度達(dá)0.1μm。加工節(jié)徑300

μm、厚100μm的9齒不銹鋼齒輪時(shí),先用f24μm的電極連續(xù)打孔加工出粗輪廓,再用f31mm的電極按齒形曲線掃描出輪廓,精度達(dá)±3μm。也可用它加工微型階梯軸,最小直

徑為30μm,加工的鍵槽截面為10μm×10μm。加工微小零件的電極應(yīng)在同一臺電加工機(jī)床上制作,

否則由于電極的連接和安裝誤差,很難加工出直徑小于

100μm微型孔。例如，在微細(xì)電火花機(jī)床上加工電極或超聲加工工具,可加工出直徑為5～10μm的微型孔。圖

8-13所示為在一臺沖模機(jī)上用WEDG法制作出電火花加工所用的電極,以此做出凹模,并采用與做電極相似的方法做出凸模,這樣就成為一套沖模,即可生產(chǎn)出所需的微型零件。圖8-13電極和沖模在同一臺機(jī)床上集成制作的微細(xì)沖壓系統(tǒng)

2.光刻加工

光刻加工是對薄膜表面及金屬板表面進(jìn)行精密、微小和復(fù)雜圖形加工的技術(shù),用它制造的零件有刻線尺、微電機(jī)轉(zhuǎn)子、電路印刷板、細(xì)孔金屬網(wǎng)板和攝像管的簾柵網(wǎng)等。

其原理是:利用光致抗蝕劑的化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn),在紫外線或激光的照射下,將照相制板(掩膜板)上的圖形精確地印制在涂有光致抗蝕劑的工件表面,再利用光致抗蝕劑的耐腐蝕特性,對工件表面進(jìn)行腐蝕,從而獲得極為復(fù)雜的精細(xì)圖形。8.2.5高速切削加工

1.高速切削加工的概念與特征

(1)切削力低。由于加工速度高,剪切變形區(qū)變窄,剪切角增大,變形系數(shù)減小,切屑流出速度加快,因而使切削變形減小,切削力比常規(guī)切削降低30%~90%,刀具耐用度提高70%,特別適合于加工薄壁類剛性較差的零件。

(2)熱變形小。切削時(shí)工件溫度的上升不會超過3℃,90%以上的切削熱來不及傳遞給工件就被高速流出的切屑帶走,特別適合于加工細(xì)長、易熱變形的零件和薄壁零件。

(3)材料切除率高。在高速切削時(shí)其進(jìn)給速度可隨切削速度的提高相應(yīng)提高5~10倍，這樣在單位時(shí)間內(nèi)的材料切除率可提高3~5倍,適用于材料切除率要求高的場合,如汽車、

模具和航天航空等制造領(lǐng)域。

2.高速切削加工的技術(shù)關(guān)鍵

(1)滾珠軸承高速主軸。當(dāng)前高速切削銑床上裝備的主軸多數(shù)為滾珠軸承高速主軸。高速主軸由轉(zhuǎn)子、軸承、外殼、電機(jī)組件和測角系統(tǒng)組成。除此之外,主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),還必須配備冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和變頻驅(qū)動電氣裝置。其轉(zhuǎn)速特征值受軸承結(jié)構(gòu)及潤滑方式的影響。表8-1是各種軸承在不同潤滑條件下所達(dá)到的特征值。

(2)液體靜壓軸承高速主軸。液體靜壓軸承高速主軸的轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)1×106,其最大特點(diǎn)是運(yùn)動精度很高,回轉(zhuǎn)誤差一般在0.2μm以下，因而不但可以提高刀具的使用壽命,而且可以達(dá)到很高的加工精度和較低的表面粗糙度。

(3)空氣靜壓軸承高速主軸。它可以進(jìn)一步提高主軸的轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度。它的轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)2.7×106,回轉(zhuǎn)誤差在50nm以下?？諝忪o壓軸承高速主軸的優(yōu)點(diǎn)在于高回轉(zhuǎn)精度、高轉(zhuǎn)速和低溫升,因而主要適合于工件形狀精度和表面粗糙度要求較高的場合。它的缺點(diǎn)是承載能力較低,不適合于材料切除量較大的應(yīng)用場合。

(4)磁浮軸承高速主軸。它可以達(dá)到更高的主軸轉(zhuǎn)速。它的轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)4×106,是滾珠軸承高速主軸的兩倍以上。磁浮軸承高速主軸的轉(zhuǎn)子由兩個(gè)徑向和兩個(gè)軸向軸承支承,轉(zhuǎn)子與支承間隙一般在0.1mm左右,由于空氣間隙的摩擦熱量很小,因此如果主軸的最高轉(zhuǎn)速相同,則磁浮軸承高速主軸可采用較大的軸徑,有較高的剛性(約為滾珠軸承高速主軸的10倍)和較大的承載能力。

8.3先進(jìn)生產(chǎn)制造模式

8.3.1CIMS

1.CIMS的體系結(jié)構(gòu)

(1)面向CIMS系統(tǒng)功能構(gòu)成和控制結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)。人們希望CIMS系統(tǒng)的各組成部門在空間上能夠有效地集成起來,以取得最優(yōu)的總體效益。

(2)面向CIMS系統(tǒng)生命周期的體系結(jié)構(gòu)。希望CIMS系統(tǒng)有盡可能長的生命周期。

(3)面向CIMS系統(tǒng)集成平臺的體系結(jié)構(gòu)。隨著信息技術(shù)的飛躍發(fā)展,成千上萬個(gè)應(yīng)用軟件問世,這些應(yīng)用軟件間集成的接口問題以及應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件集成的接口問題變得非常棘手。于是人們改變了過去那種一個(gè)軟件一個(gè)軟件地、一一對應(yīng)地開發(fā)其相互接口的方法,轉(zhuǎn)向開發(fā)一種標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一平臺。面向CIMS系統(tǒng)功能構(gòu)成和控制結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu),其主要特點(diǎn)是把CIMS這樣復(fù)雜的大系統(tǒng)分解為多層次的遞階控制結(jié)構(gòu),以降低全局控制的難度和系統(tǒng)開發(fā)的難度。這是體系結(jié)構(gòu)當(dāng)今的主流方向,也是企業(yè)CIMS設(shè)計(jì)師們和研究開發(fā)人員最感興趣的問題。因?yàn)樵谒麄冄芯块_發(fā)系統(tǒng)原型和目標(biāo)產(chǎn)品時(shí),都必定要首先研究并確定系統(tǒng)的功能體系結(jié)構(gòu),并希望其局部結(jié)構(gòu)能與全局結(jié)構(gòu)相兼容,以實(shí)現(xiàn)其可集成性。

CIMS一般由四個(gè)功能分系統(tǒng)和兩個(gè)支撐分系統(tǒng)構(gòu)成。圖8-14所示為六個(gè)系統(tǒng)的框圖及其與外部信息的聯(lián)系。圖8-14中,四個(gè)功能分系統(tǒng)分別是管理信息分系統(tǒng)、工程設(shè)計(jì)自動化分系統(tǒng)、制造自動化(柔性制造)分系統(tǒng)、質(zhì)量保證分系統(tǒng);兩個(gè)支撐分系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)。企業(yè)在實(shí)施CIMS時(shí),應(yīng)根據(jù)自身的需求和條件,分步或局部實(shí)施。圖8-14CIMS的構(gòu)成

2.CIMS的實(shí)施效果與問題

CIMS工程的根本目標(biāo)是提高企業(yè)的效益,因此在制定CIMS戰(zhàn)略時(shí),不應(yīng)求全和統(tǒng)一,況且CIMS也沒有統(tǒng)一的模式。實(shí)施CIMS的企業(yè)中,還應(yīng)繼續(xù)注重基礎(chǔ)技術(shù)改造,這是CIMS的重要基礎(chǔ)之一。8.3.2精益生產(chǎn)

1.精益生產(chǎn)的提出

精益生產(chǎn)(LeanProduction)是起源于日本豐田汽車公司的一種生產(chǎn)管理方法。其核心是追求消滅包括庫存在內(nèi)的一切“浪費(fèi)”,并圍繞此目標(biāo)發(fā)展了一系列具體方法,逐漸形成了一套獨(dú)具特色的生產(chǎn)經(jīng)營管理體系。以豐田的大野耐一等人為代表的“精益生產(chǎn)”的創(chuàng)始者們,在分析大批量生產(chǎn)方式后,得出以下結(jié)論:

(1)采用大批量生產(chǎn)方式以大規(guī)模降低成本,仍有進(jìn)一步改進(jìn)的余地。

(2)應(yīng)考慮一種更能適應(yīng)市場需求的生產(chǎn)組織策略。在豐田公司提出精益生產(chǎn)的同時(shí),日本獨(dú)特的文化氛圍也促進(jìn)精益生產(chǎn)的產(chǎn)生。日本文化是一種典型的東方文化,強(qiáng)調(diào)集體與協(xié)作,這為精益生產(chǎn)的人力管理提供了一個(gè)全新的思維角度。因此在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下,豐田汽車公司在不可能、也不必要走大批量生產(chǎn)方式道路的情況下,根據(jù)自身的特點(diǎn),逐步創(chuàng)立了一種獨(dú)特的多品種、小批量、高質(zhì)量和低消耗的生產(chǎn)方式。

2.精益生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)方式管理思想的比較

(1)優(yōu)化范圍不同。

大批量生產(chǎn)方式源于美國,基于美國的企業(yè)之間的關(guān)系,強(qiáng)調(diào)市場導(dǎo)向,優(yōu)化資源配置,每個(gè)企業(yè)以財(cái)務(wù)關(guān)系為界限,優(yōu)化自身的內(nèi)部管理,而相關(guān)企業(yè),無論是供應(yīng)商還是經(jīng)銷商,

都以對手相對待。

(2)對待庫存的態(tài)度不同。

大批量生產(chǎn)方式的庫存管理是一種風(fēng)險(xiǎn)管理,它面對的是生產(chǎn)中的不確定因素(主要包括設(shè)備與供應(yīng)的不確定因素)。因此,適當(dāng)?shù)膸齑媸怯靡跃彌_各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的矛盾、避免風(fēng)險(xiǎn)和保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行的必要條件。這種傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的庫存管理與優(yōu)化是基于外界風(fēng)險(xiǎn)而固有的(從統(tǒng)計(jì)資料獲得)，它追求物流子系統(tǒng)的最優(yōu)化。精益生產(chǎn)方式則將生產(chǎn)中的一切庫存視為“浪費(fèi)”,出發(fā)點(diǎn)是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng),而不是簡單地將“風(fēng)險(xiǎn)”看做外界的必然條件,并認(rèn)為庫存掩蓋了生產(chǎn)系統(tǒng)中的缺陷。它一方面強(qiáng)調(diào)

供應(yīng)對生產(chǎn)的保證,另一方面強(qiáng)調(diào)對零庫存的要求,從而不斷暴露生產(chǎn)中基本環(huán)節(jié)的矛盾并加以改進(jìn),不斷降低庫存以消滅庫存產(chǎn)生的“浪費(fèi)”?；诖?精益生產(chǎn)提出了“消滅一切

浪費(fèi)”的口號。

(3)業(yè)務(wù)控制觀的不同。

傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式的用人制度基于雙方的“雇傭”關(guān)系,業(yè)務(wù)管理中強(qiáng)調(diào)達(dá)到個(gè)人工作高效的分工原則,并以嚴(yán)格的業(yè)務(wù)稽核來促進(jìn)與保證,同時(shí)稽核工作還可防止個(gè)人工作對企業(yè)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。

精益生產(chǎn)源于日本,深受東方文化的影響,在專業(yè)分工時(shí)強(qiáng)調(diào)相互協(xié)作及業(yè)務(wù)流程的精簡(包括不必要的核實(shí)工作)，即消滅業(yè)務(wù)中的“浪費(fèi)”。

(4)質(zhì)量觀的不同。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式將一定量的次品看成生產(chǎn)中的必然結(jié)果，這是因?yàn)橥ǔＪ窃诒ＷC生產(chǎn)連續(xù)的基礎(chǔ)上,通過對檢驗(yàn)成本與質(zhì)量次品所造成的浪費(fèi)之間的權(quán)衡來優(yōu)化質(zhì)量檢測控制點(diǎn)的。

精益生產(chǎn)基于組織的分權(quán)與人的協(xié)作觀點(diǎn),認(rèn)為讓生產(chǎn)者自身保證產(chǎn)品質(zhì)量的絕對可靠是可行的,且不犧牲生產(chǎn)的連續(xù)性。

(5)對人的態(tài)度不同。

大批量生產(chǎn)方式強(qiáng)調(diào)管理中的嚴(yán)格層次關(guān)系，對員工的要求在于嚴(yán)格完成上級下達(dá)的任務(wù),人被看做附屬于崗位的“設(shè)備”。

精益生產(chǎn)則強(qiáng)調(diào)個(gè)人對生產(chǎn)過程的干預(yù),盡力發(fā)揮人的能動性,同時(shí)強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào),對員工個(gè)人的評價(jià)也是基于長期的

表現(xiàn)。

3.精益生產(chǎn)的特點(diǎn)

(1)拉動式準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)。

①以最終用戶的需求為生產(chǎn)起點(diǎn)。

②強(qiáng)調(diào)物流平衡,追求零庫存,要求上一道工序加工完的零件立即進(jìn)入下一道工序。

③組織生產(chǎn)線依靠一種稱為看板(Kanban)的形式,即由看板傳遞下道工序向上道工序需求的信息(看板的形式不限,關(guān)鍵在于能夠傳遞信息)。④生產(chǎn)中的節(jié)拍可由人工干預(yù)、控制,但重在保證生產(chǎn)中的物流平衡(對于每一道工序來說,為保證對后道工序供應(yīng)的準(zhǔn)時(shí)化)。

⑤由于采用拉動式生產(chǎn),因此生產(chǎn)中的計(jì)劃與調(diào)度實(shí)質(zhì)上是由各個(gè)生產(chǎn)單元自己完成的,在形式上不采用集中計(jì)劃,但操作過程中生產(chǎn)單元之間的協(xié)調(diào)則極為必要。

(2)全面質(zhì)量管理。

①強(qiáng)調(diào)質(zhì)量是生產(chǎn)出來的,而非檢驗(yàn)出來的,由生產(chǎn)中的質(zhì)量管理來保證最終的質(zhì)量。

②生產(chǎn)過程中對質(zhì)量的檢驗(yàn)與控制在每一道工序都進(jìn)行。重在培養(yǎng)每位員工的質(zhì)量意識。在進(jìn)行每一道工序時(shí)注意質(zhì)量的檢測與控制,保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。③如果在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題,則根據(jù)情況,可以立即停止生產(chǎn),直至解決問題,從而保證了不出現(xiàn)對不合格品的無效加工。

④對于出現(xiàn)的質(zhì)量問題,一般是組織相關(guān)的技術(shù)與生產(chǎn)人員作為一個(gè)小組,一起協(xié)作,盡快解決。

(3)團(tuán)隊(duì)工作法(Teamwork)。

①每位員工在工作中不僅是要執(zhí)行上級的命令,更重要的是積極地參與,起到?jīng)Q策與輔助決策的作用。

②組織團(tuán)隊(duì)的原則并不完全按行政組織來劃分,而主要根據(jù)業(yè)務(wù)的關(guān)系來劃分。

③團(tuán)隊(duì)成員強(qiáng)調(diào)一專多能,要求能夠比較熟悉團(tuán)隊(duì)內(nèi)其他工作人員的工作,保證工作協(xié)調(diào)的順利進(jìn)行。④團(tuán)隊(duì)人員工作業(yè)績的評定受團(tuán)隊(duì)內(nèi)部評價(jià)的影響(這與日本獨(dú)特的人事制度關(guān)系較大)。

⑤團(tuán)隊(duì)工作的基本氛圍是信任,以一種長期的監(jiān)督控制為主,避免對每一步工作的稽核,提高了工作效率。

⑥團(tuán)隊(duì)的組織是變動的,針對不同的事物應(yīng)建立不同的團(tuán)隊(duì),同一個(gè)人可能屬于不同的團(tuán)隊(duì)。

(4)并行工程(ConcurrentEngineering)。

①在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)期間,將概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、最終需求等結(jié)合起來,保證以最快的速度按要求的質(zhì)量完成。

②各項(xiàng)工作由與此相關(guān)的項(xiàng)目小組完成。進(jìn)程中,小組成員各自安排自身的工作,但可以定期或隨時(shí)反饋信息并對出現(xiàn)的問題協(xié)調(diào)解決。③依據(jù)適當(dāng)?shù)男畔⑾到y(tǒng)工具,反饋與協(xié)調(diào)整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)行。利用現(xiàn)代CIM(計(jì)算機(jī)集成制造)技術(shù),在產(chǎn)品的研制與開發(fā)期間,輔助項(xiàng)目進(jìn)程的并行化。

4.精益生產(chǎn)的基本理念

(1)消除一切形式的浪費(fèi)(損耗)。在精益管理中列舉了幾種典型的浪費(fèi):廢品與次品,超額生產(chǎn)或提前生產(chǎn),由于停工待料、設(shè)備故障與計(jì)劃差錯造成的等待,多余的搬運(yùn),庫存的積壓,過剩的產(chǎn)品或服務(wù)功能。

(2)認(rèn)定“一切不產(chǎn)生附加價(jià)值的活動都是無效的活動”,即浪費(fèi)。

(3)連續(xù)改進(jìn),不斷完善,精益求精。

(4)實(shí)施零缺陷、零庫存、零故障與零調(diào)整(如10分鐘換模法)。

(5)把通過激勵機(jī)制調(diào)動員工的積極性與創(chuàng)造性放在管理工作的首位。

(6)確立“人是生產(chǎn)諸要素中首要因素”的理念。8.3.3綠色制造

1.綠色制造的概念

制造業(yè)在將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的制造過程中,以及產(chǎn)品在其使用和廢棄處理過程中,都會產(chǎn)生廢棄物。由于制造業(yè)涉及范圍廣泛,因而其對環(huán)境造成的影響可想而知,如圖

8-15所示。圖8-15制造業(yè)對環(huán)境的影響綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式,其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中,對環(huán)境的負(fù)面影響最小,資源效率最高,并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。真正促使綠色制造走向市場是多種因素共同作用的結(jié)果,如圖8-16所示。圖8-16實(shí)施綠色制造的原動力

2.綠色制造的關(guān)鍵技術(shù)

1)綠色設(shè)計(jì)

對于傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì),通常主要考慮的是產(chǎn)品的基本屬性,如功能、質(zhì)量、壽命、成本等,很少考慮環(huán)境屬性。按這種方式生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在其使用壽命結(jié)束后,回收利用率低,資源浪費(fèi)嚴(yán)重,毒性物質(zhì)嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境,會形成一個(gè)“從搖籃到墳?zāi)埂钡倪^程。從這一點(diǎn)來說,綠色設(shè)計(jì)是從可持續(xù)發(fā)展的高度審視產(chǎn)品的整個(gè)生命周期的，它強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品開發(fā)階段按照全生命周期的觀點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)性的分析與評價(jià),消除潛在的對環(huán)境的負(fù)面影響,力求形成“從搖籃到再現(xiàn)”的過程。綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要區(qū)別如表8-2所示。綠色設(shè)計(jì)主要可以通過生命周期設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)等幾種方法來實(shí)現(xiàn)。

2)綠色材料的選擇

綠色產(chǎn)品首先要求構(gòu)成產(chǎn)品的材料具有綠色特性,即在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi),這類材料應(yīng)有利于降低能耗,環(huán)境負(fù)荷最小。

(1)減少所用材料種類。使用較少的材料種類不僅可以簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),便于零件的生產(chǎn)、管理和材料的標(biāo)識、分類,而且在相同的產(chǎn)品數(shù)量下,可以得到更多的某種回收材料。

(2)選用可回收或可再生材料。使用可回收材料不僅可以減少資源的消耗,還可以減少原材料在提煉加工過程中對環(huán)境的污染。例如，寶馬(BMW)公司生產(chǎn)的Z1型汽車其車身全部由塑料制成,可在20分鐘內(nèi)從金屬底盤上拆除，車門、保險(xiǎn)杠以及前、后、側(cè)面的操縱板都由通用公司生產(chǎn)的可回收利用的熱塑性塑料制成。

(3)選用能自然降