機械制造技術概述(天津大學)

機械制造技術概述

（天津大學，高等教育出版社）

第1章機械制造技術概述

學習指南：

本章從“大制造”的概念出發(fā)，介紹關于生產、制造、制造技術、制造系統等根本概念，機械制造業(yè)

的開展簡況及其在國民經濟中的地位，以及與現代制造技術密切相關的制造哲理和生產模式，旨在使學

習者建立一個系統的觀點，并能從全局上把握住制造技術的根本問題。

學習本章內容，應深刻理解“大制造”概念的內涵和實質，正確認識“大制造”與“小制造〃之間的關

系，了解現代制造哲理，并學會用系統的觀點和方法分析和解決機械制造中的實際問題。

本章建議學時為4學時。

參考文獻：

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1.1制造與制造技術

學習要點：了解狹義和廣義制造及制造技術的含義，學會從系統的觀點認識制造活動。

生產的含義

生產活動是人類賴以生存和開展的最根本活動。從系統觀點出發(fā)，生產可被定義為是一個將生產要素

轉變?yōu)榻洕敻唬?chuàng)造效益的輸入輸出系統，見圖1-1。

輸入輸出.

效益

生產要素生產財富

]生產過程

-有形（產品）

-生產對象L無形（服務）

一生產資料丁“接-轉變過程

1-間接1-生產率

（=輸入輸出）

-勞動力

1-生產信息

圖生產的定義

生產系統輸入的是生產要素。生產要素根據其根本作用可分為五類：

1）生產對象指完成生產活動所需的原材料，包括主要材料和輔助材料。主要材料是指構成產品的

材料（如減速機產品的主要材料是各種牌號的鋼材和鑄鐵）；輔助材料是指加于主要材料上的材料（如減

速機產品外表涂的油漆），也指生產過程中消耗的輔助材料（如加工機床使用的潤滑油、冷卻液等）。

2）生產資料指生產過程所需的各種手段（硬件）。生產資料可分為直接生產資料和間接生產資料兩

類。直接生產資料指生產過程直接使用的手段，例如設備、工具等。間接生產資料在生產過程中不直接使

用，但其構成對生產過程必不可少的輔助和支持，如廠房、道路等。

3）能源指生產過程中所需的各種動力來源。

4）勞動力是指生產過程中生產者所付出的腦力勞動和體力勞動。

5）生產信息指有效進行生產活動廳需得知識、技能、情報、資料等。

在上述五類生產要素中，前三類要素屬于硬件范疇，生產信息要素屬于軟件范疇，而勞動力要素既有

硬件特性，又有軟件特性。在諸生產要素中，人的要素是最重要的，處于主導地位，其它要素都要通過人

來起作用。

生產系統的輸出是生產財富，包括有形的財富（產品）和無形的財富（效勞）。在創(chuàng)造生產財富的同

時，必然伴隨著一定的經濟效益和社會效益的產生。效益有“正效益”和“負效益〃之分：正效益指生產的

財富能夠滿足人們物質生活和精神生活的需要，生產活動本身能夠促進社會健康開展；而負效益那么指生

產活動給社會帶來的負面影響，如對于自然生態(tài)環(huán)境的破壞，各種各樣的污染（其中也包括精神污染）等。

對于生產活動中的負效益，政府及社會必須加以嚴格的限制。

有效地將生產要素轉變成生產財富是十分重要的。轉變過程效率的度量標準是生產率，生產率可以被

定義為系統輸出與輸入之比。獲得盡可能高的生產率，始終是生產企業(yè)經營者追求的目標，也是企業(yè)在劇

烈的市場競爭中得以生存和開展的重要條件。

制造的含義

了解了生產的含義，對制造的概念就不難理解。制造可以理解為制造企業(yè)的生產活動，即制造也是一

個輸入輸出系統，其輸入也是生產要素，輸出是具有使用價值的產品。

關于制造企業(yè)的界定目前還沒有統一標準。按國際慣例，生產企業(yè)通常可以劃分為三種大的類別：第

一產業(yè)、第二產業(yè)和第三產業(yè)。第一產業(yè)系指直接利用自然資源的種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和采礦業(yè)，如農業(yè)、林

業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、礦業(yè)、采石業(yè)、石油業(yè)等。第二產業(yè)系指將第一產業(yè)生產的原料轉化為產品的企業(yè)，

如冶金、鋼鐵、化工、石油精煉、機械、電子、輕工、紡織、制藥、建筑、能源、電力、食品、出版等。

第三產業(yè)通常指金融和效勞行業(yè)，如金融、保險、交通、運輸、商業(yè)、通訊、教育、法律、醫(yī)療、保健、

娛樂、餐飲、旅游、效勞、房地產等。制造業(yè)屬于第二產業(yè)的范疇，美國將第二產業(yè)中除了建筑業(yè)和能源

工業(yè)外以外的其他行業(yè)均視為制造業(yè)。

上面所說的“制造”是一個"大制造”的概念，是對“制造”的廣義理解。按照這樣的理解，制造應

包括從市場分析、經營決策、工程設計、加工裝配、質量控制、銷售運輸直至售后效勞的全過程。在當今

的信息時代，廣義制造的概念已為越來越多的人所接受。

但傳統上，制造及制造過程常被理解為從原材料或半成品經加工和裝配后形成最終產品的具體操作過

程，包括毛坯制作、零件加工、檢驗、裝配、包裝、運輸等。這是一個“小制造〃的概念，是對“制造”

的狹義理解。按照這種理解方式，制造過程主要考慮企業(yè)內部生產過程中的物質流，而較少涉及生產過程

中的信息流。顯然，在新的形勢下，狹義理解制造存在著嚴重缺乏。盡管如此，從專業(yè)和技術的角度出發(fā),

制造的狹義理解仍然是合理的，因為物料形態(tài)的變化始終是制造活動的核心，如何使物料形態(tài)按照人們預

期的目標發(fā)生轉變，是工程技術研究的永恒主題。

本書在概述一章中，引入“大制造〃的概念，旨在給讀者一個全局的觀點。而在其余局部內容討論中，

那么主要以“小制造”概念為根底，這是由本課程的內容和性質所決定的。

制造技術

制造技術是完成制造活動所需的一切手段的總和。這些手段包括運用一定的知識和技能，操縱可以利

用的物質和工具，采取各種有效的方法等。制造技術是制造企業(yè)的技術支柱，是制造企業(yè)持續(xù)開展的根本

動力c美國國家生產力委員會所作的一項調查說明，在企業(yè)生產力構成中，制造技術的作用約占62%o

與大、小制造概念相對應，對制造技術的理解也有廣義和狹義之分。廣義理解制造技術涉及生產活動

的各個方面和全過程，被認為是一個從產品概念到最終產品的集成活動和系統，是一個功能體系和信息處

理系統。狹義理解制造技術那么重點放在機械加工和裝配工藝上。

本書在概述局部以及涉及到某些現代制造技術的理論和方法（如成組技術、先進制造技術等）時，采

用“大制造”的概念，意在使讀者建立一個制造系統的概念，和利用系統觀點分析和處理制造問題的根本

方法,而本書討論的主要內容及較多的篇幅，那么屬于“小制造〃的范疇，這是由本課程的內容和性質所

決定的。

制造系統

I.制造系統的組成制造作為一個系統，由假設干個具有獨立功能的子系統構成。其主要子系統及其

功能如下：

1）經營管理子系統確定企業(yè)經營方針和開展方向，進行戰(zhàn)略規(guī)劃、決策。

2）市場與銷售子系統市場研究與預測，銷售方案，銷售與售后效勞。

3）研究與開發(fā)子系統開發(fā)方案，根底研究與應用研究，產品開發(fā)。

4）工程設計子系統產品設計，工藝設計，工程分析，樣機試制，試驗與評價，質量保證方案。

5）生產管理子系統生產方案，作業(yè)方案，庫存管理，生產過程控制，質量控制，本錢管理。

6）采購供給子系統原材料及外購件的采購，驗收，存儲。

7）資源管理子系統設備管理與維護，工具管理，能源管理，環(huán)境管理.

8）質量控制子系統收集用戶需求與反響信息，質量監(jiān)控，統計過程控制。

9）財務子系統財務方案，企業(yè)預算，本錢核算，財務會計。

10）人事子系統人事安排，招工與裁員。

11）車間制造子系統零件加工，部件及產品裝配，檢驗，物料存儲與輸送，廢料存放與處理。

上述各功能子系統既相互聯系又相互制約，形成一個有機的整體（見圖1-2）,從而實現從用戶訂貨

到產品發(fā)送和售后效勞的生產全過程。

用

戶

、生產管理

市

場

與

外

車間制造

部

環(huán)（加工、裝配、

境檢驗、輸送、

存緒???）

------A經營管理信息流------?生產管理信息流------A技術信息流

<----->物質流

圖1-2帶蠟系統功能結構

2.制造系統特性

1）結構特性

制造系統可視為假設干硬件（生產設備，工具，運輸

裝置，廠房，勞動力等）的集合體。為使硬件充分發(fā)揮其

效能，必須有相應的軟件作支持（圖1-3）。

這里說的軟件主要指生產信息，即生產方法（包括生

產管理在內）和生產工藝。工廠設計中，有關人員和設備

的合理配置和布局等，即是從系統結構方面對制造系統進

行研究，目的在于保證獲得高的生產率。

2）轉變特性

如前所述，制造系統是一個將生產要素轉變成離散型產品的輸入輸出系統，研究制造系統的轉變特

性，著眼于系統物料的轉變過程，即系統的物質流，見圖1-4。作為一個制造系統轉變過程實例，I圖1-5

給出了汽車生產物流過程（局部）的示意圖。研究系統的轉變特性的目的主要是從技術角度，如何使轉變過

程更有效地進行。

獲取階段工廠中的轉變階段分配階段

圖1-4制造系統的物質流

2外表噴漆

3組裝測試

圖1-5汽車生產物流（局部）示意圖

3）程序特性

所謂“程序〃系指一系列按時間和邏輯安排的步驟。從這個意義出發(fā)，制造系統可視為是一個生產

離散型產品的工作程序。研究制造系統的程序特性，著眼于制造系統的信息流，主要從管理角度研究如

何使生產活動到達最正確化。

生產程序主要包括兩個方面：一是全局生產規(guī)劃，用于處理生產系統及生產系統與外部環(huán)境之間關

系的全局性的問題，如確定生產目標，規(guī)劃生產資源，確定企業(yè)經營方針和開展戰(zhàn)略等；二是具體生產

管理（運行管理），用于對具體的生產活動進行管理和控制（圖1-6）。

餐湛隔爵f商鶴啟f網喝

計劃射段II實施階?]I控制階?I

Qi-e利逢樂妖的程序樣性

運行管理通常包括5個階段：

1）綜合生產方案確定產品的種類和一定時間內的產量。

2）生產進度方案又可細分為主控進度方案和物料需求方案。主控進度方案根據綜合生產方案和市

場（用戶）需求，確定最終產品的進度方案，物料需求方案那么根據主控進度方案、產品構成以及生產

周期，確定零部件的生產進度方案和原材料及外購件的訂貨方案。

3）作業(yè)方案根據物料需求方案、零件加工和機器裝配工藝過程以及原材料和毛坯的供給情況，進

行具體的任務分配和順序的安排。

4）生產實施按作業(yè)方案進行實際生產作業(yè)活動。

5）生產控制對生產實施過程中的偏差進行測定與調整。

綜合考慮技術與管理兩個方面的信息，常常將物料生產過程劃分為產品設計、生產準備和生產實施

三個階段，見圖1-7。

產

研究與開發(fā)

品

確定產品技術規(guī)格

設

計功能設計

階產品設討

段樣機試制

產品修改設計與定型

生

工藝過程設計

產

工藝過程優(yōu)化

準

備工藝裝備設計

階工藝裝備制造（購買）

段工藝裝備調整

生產計劃制定

一

生原材料與毛坯準備

產零件加工

實部件與產品裝配

施檢驗

_包裝與運輸

圖卜7產品生產過程的三個階段

4）制造系統的信息流與物質流

制造系統的各項功能及其活動按參與生產流程的職能和流向，可概括為物質流和信息流兩類，見圖

1-2,物質流用于改變物料的形態(tài)與地點，信息流用以規(guī)劃、指揮、協調與控制物料的流動，使制造系統

有效地運行。信息流又可分為技術信息流和管理信息流，后者又可細分為經營管理信息流和生產管理信

息流C

研究制造系統的功能結構和系統特性，其目的都是為了使制造系統中的物質流與信息流有機地結合

起來，使系統的硬件和軟件有機地結合起來，使制造工藝和生產管理有機地結合起來，以到達系統的最

正確配置、最正確組合和最正確運行狀態(tài)，獲得整體最優(yōu)效果。這便是從系統的觀點研究制造和制造技

術的根本出發(fā)點。

1.2機械制造業(yè)的開展及其在國民經濟中的地位

學習要點:了解機械制造業(yè)的開展及其在國民經濟中的地位。

機械制造業(yè)的開展

人類文明的開展與制造業(yè)的進步密切相關。早在石器時代，人類就開始利用天然石料制作工具，用

其獵取自然資源為生。到了青銅器和鐵器時代，人們開始采礦、冶煉、鑄鍛二具，并開始制作紡織機械、

水利機械、運輸車輛等，以滿足以農業(yè)為主的自然經濟的需要。此時，采用的是作坊式的以手工勞動為

主的生產方式。

直至18世紀70年代，以瓦特改良蒸汽機為代表，引發(fā)了第一次工業(yè)革命，產生了近代工業(yè)化的生

產方式，手工勞動逐漸被機器生產所代替，機械制造業(yè)逐漸形成規(guī)模。到19世紀中葉，電磁場理論的建

立為發(fā)電機和電動機的產生奠定了根底，從而迎來了電氣化時代。以電力作為動力源，使機械結構發(fā)生

了重大的變化。與此同時，互換性原理和公差制度應運而生。所有這些使機械制造業(yè)發(fā)生了重大變革，

并進入了快速開展時期。

20世紀初，內燃機的創(chuàng)造，使汽車開始進入歐美家庭，引發(fā)了機械制造業(yè)的又一次革命。流水生產

線的出現和泰勒科學管理理論的產生，標志機械制造業(yè)進入了”大批量生產"(MassProduction)的時代。

以汽車工業(yè)為代表的大批量自動化生產方式使得生產率獲得極大的提高，從而使機械制造業(yè)有了更迅速

的開展，并開始成為國民經濟的支柱產業(yè)。

二次世界大戰(zhàn)后，電子計算機和集成電路的出現，以及運籌學、現代控制論、系統工程等軟科學的

產生和開展，使機械制造業(yè)產生了一次新的飛躍。傳統的自動化生產方式只有在大批量生產的條件下才

能實現，而數控機床的出現那么使中小批量生產自動化成為可能?？茖W技術的高速開展，促進了生產力

的極大提高。傳統的大批量生產方式已難以滿足市場多變的需要，多品種、中小批量生產日漸成為制造

業(yè)的主流生產方式。

20世紀80年代以來，信息產業(yè)的崛起和通訊技術的開展加速了市場的全球化進程，市場競爭更加

劇烈c為了適應新的形勢，在機械制造領域提出了許多新的制造哲理和生產模式，如計算機集成制造

(CIM)、精良生產(LP)、并行工程(CE)、敏捷制造(AM)等。

◎計算機集成制造是信息技術和傳統制造技術相結合的產物，其宗旨是提局制造企業(yè)生產率和對市

場的響應能力，其核心在于利用信息技術使企業(yè)的各個“自動化孤島”和生產全過程集成起來，以取得更

大的效益。

◎精良生產是對日本豐田公司生產方式的一種描述，其實質是除掉生產活動中的一切“冗余”，實行

準時生產(JustInTime-J1T)O

◎并行工程是對產品及相關過程(制造過程和支持過程)進行并行、一體化設計的一種系統化的工

作模式。這種工作模式力圖使設計者從一開始就考慮到產品全生命周期中所有因素，以最大限度地縮短

產品開發(fā)周期，減少設計失誤。

◎敏捷制造提出“虛擬企業(yè)”的概念，意在建立柔性化、模塊化的設計方法和制造系統的根底上，實

現企業(yè)內部與外部更廣泛的集成，以進一步增強快速響應市場能力和形成競爭優(yōu)勢。

進入21世紀，機械制造業(yè)正向自動化、柔性化、集成化、智能化和清潔化的方向開展。

機械制造業(yè)在國民經濟中的地位

如前所述，制造業(yè)是生產離散型產品的企業(yè)，而離散型產品又是具有直接使用價值的產品，與生產

活動和人民生活息息相關。當今制造業(yè)不僅是科學發(fā)現和技術創(chuàng)造轉換為現實規(guī)模生產力的關鍵環(huán)節(jié)，

并已成為為人類提供生活所需物質財富和精神財富的重要根底。良好的人居環(huán)境，充分的能源供給，便

捷的交通和通訊設施，豐富多彩的印刷出版、播送影視和網絡媒體，優(yōu)良的醫(yī)療保健手段，可靠的國家

和社區(qū)平安以及抵抗自然災害的能力等，均需要制造業(yè)的支持。圖1-8顯示了當今制造業(yè)的社會功能。

圖L8當今制造業(yè)的社會功能

制造業(yè)在國民經濟中的地位可以用以下幾個簡單的數字來進行說明：美國68%的財富來源于制造

業(yè)；日本，國民經濟總產值的約49%由制造業(yè)提供。在先進的工業(yè)化國家中，約有1/4的人口從業(yè)于制

造業(yè)，在非制造業(yè)部門中，又有約半數人員的工作性質與制造業(yè)密切相關。

在整個制造業(yè)中，機械制造業(yè)占有特別重要的地位。因為機械制造業(yè)是國民經濟的裝備部，國民經

濟各部門的生產水平和經濟效益在很大程度上取決丁機械制造業(yè)所提供的裝備的技術性能、質量和可靠

性。因而，各興旺國家都把開展機械制造業(yè)放在了突出的位置上。

縱觀世界各國，任何一個經濟興旺的國家，無不具有強大的機械制造業(yè)，許多國家的經濟騰飛，機

械制造業(yè)功不可沒。其中，日本最具有代表性。二次世界大戰(zhàn)后，日本先后提出“技術立國"和“新技術立

國”的口號，對機械制造業(yè)的開展給予全面的支持，并抓住機械制造的關鍵技術-精密工程、特種加工

和制造系統自動化，使日本在戰(zhàn)后短短30年里，一躍成為世界經濟大國。

與此相反，美國自20世紀50年代以后，曾在相當的一段時間內無視了制造技術的開展。美國政府

歷來認為生產制造是企業(yè)界的事，政府不必介入。而美國學術界那么只重視理論成果，無視實際應用，

一局部學者還錯誤地主張應將經濟重心由制造業(yè)轉向高科技產業(yè)和第三產業(yè).結果導致美國經濟嚴重衰

退，競爭力明顯下降，在汽車、家電等行業(yè)不敵日本。

直到20世紀80年代，美國政府才開始認識到問題的嚴重性，白宮的一份報告指出：美國在重要的、

高速增長的技術市場上失利的一個重要原因是美國沒有把自己的技術應用到制造上。自此，美國政府在

進行深刻反省之后，重新確立了制造業(yè)的地位，并對制造業(yè)給予了實質性的和強有力的支持，制定并實

施了一系列振興美國制造業(yè)特別是機械制造業(yè)的方案。其效果十分顯著，至1994年，美國汽車產量重新

超過日本，并重新占領了歐美市場。

我國機械制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)

我國是一個文明古國。早在50萬年以前的遠古時代，已開始使用石器和鉆木取火的工具。公元前

16到11世紀的商代，已出現可轉動的琢玉工具。車削加工和車床雛形在我國出現早于歐洲近千年。到

了明代，在古天文儀器加工中，已采用銃削和磨削加工方法，并出現了銃床、磨床和刀刃刃磨機床的雛

形。但近百年來，由于封建制度的束縛，嚴重阻礙了中國工業(yè)化的進程。至中華人民共和國成立前夕，

中國的機械制造業(yè)幾乎為零。

解放以來的50多年間，我國機械制造業(yè)有了很大地開展，開始擁有了自己獨立的汽車工業(yè)、航天航

空工業(yè)等技術難度較大的機械制造工業(yè)。特別是改革開放以來，我國機械制造業(yè)充分利用國內外兩方面

的資金和技術，進行了較大規(guī)模的技術改造，使制造技術、產品質量和水平及經濟效益有了很大地提高,

為推動國民經濟開展起了重要作用。

但與工業(yè)興旺的國家相比，我國機械制造業(yè)的水平還存在階段性的差距，主要表現在產品質量和水

平不高，技術開發(fā)能力不強，根底元器件和根底工藝不過關，生產率低下，科技投入嚴重缺乏等。例如,

我國機械制造業(yè)擁有300多萬臺機床，2000多萬職工，堪稱世界之最。但由于產品結構和生產技術相對

落后，致使我國許多高精尖設備和成套設備仍需大量進口，機械制造業(yè)人均產值僅為興旺國家的幾十分

之一C

面對越來越劇烈的國際市場競爭，我國機械制造業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。我們在技術上已經落后，加

上資金缺乏，資源短缺，以及管理體制和周圍環(huán)境還存在許多問題，需要改良和完善，這些都給我們迅

速趕超世界先進水平帶來極大的困難。但另一方面，隨著我國改革的不斷深入，對外開放的不斷擴大，

為我國機械制造業(yè)的振興和開展提供了前所未有的良好條件。當今，制造業(yè)的世界格局已經和正在發(fā)生

重大的變化，歐、亞、美三分天下的局面已經形成，世界經濟重心開始向亞洲轉移已出現征兆，制造業(yè)

的產品結構、生產模式也在迅速變革之中。所有這些又給我們帶來了難得的鞏遇。挑戰(zhàn)與機遇并存，我

們應該正視現實，面對挑戰(zhàn)，抓住機遇，深化改革，以振興和開展中國的機械制造業(yè)為己任，勵精圖治,

發(fā)奮圖強，以使我國的機械制造業(yè)在不太長的時間內，趕上世界先進水平。

1.3制造哲理

學習要點：了解批量法那么、成組技術、計算機集成制造、并行工程、敏捷制造等重要制造哲理和

先進生產模式。本節(jié)從“大制造〃的概念出發(fā)，闡述對整個制造過程具有全局性指導意義的一些重要制

造哲理。

批量法那么（BatchRule）

I.大批量生產方式的產生及其特點

工業(yè)革命以后，至20世紀初，以機器代替人力成為生產的主要方式，大大促進了生產力的開展，并

形成了現代意義上的機械制造業(yè)。但生產方式仍以作坊式的單件生產為主，由于機器精度不高，產品質

量主要靠從業(yè)人員的技藝來保證，故稱為“技藝”型生產時代。此時的工廠組織結構仍較分散，管理層次

仍較簡單，通常由業(yè)主或代辦直接與顧客、雇員和協作商聯系。這種生產方式的生產率仍然較低，且生

產周期較長，產品價格居高不下。

20世紀初，美國福特汽車公司首先在底特律建立了世界上第一條自動生產線，標志著大批量生產方

式（MassProduction）的開始。由于機器精度的提高，工件加工質量容易得到保證，工人的技藝變得不

再那么重要了。加上互換性原理的推行，汽車裝配不再使用鋰刀或刮刀，工人只需進行一些諸如按按鈕、

擰螺絲、焊接、涂漆等根本操作。裝配流水線按一定的節(jié)拍運轉，每個工人三復一日地重復一種簡單的

機械動作，完成一種固定的操作。與“技藝”型生產方式相比，在大批量生產方式下，多數從業(yè)人員不再

需要很高的技術水平，而只需進行簡單的培訓，即可上線工作。這種生產方式大大縮短了生產周期，提

高了生產效率，降低了生產本錢，并使產品質量容易得到保證。大批量生產方式的推行，促進了生產力

的巨大開展，使美國一躍成為世界一流經濟強國。大批量生產（MassProduction）方式也一度成為先進

生產力的代表和當代工業(yè)化的象征。

大批量生產與多品種、中小批量生產相比具有以卜特點：

I）生產的產品產量大而品種少，重復生產一種或少數幾種相類似的產品，工藝過程和生產條件穩(wěn)定,

大多數工作地固定完成一、二道工序，專業(yè)化程度高。

2）多采用專用、高效設備和工藝裝備，生產過程機械化、自動化程度及設備利用率較高，生產周期

較短，零件加工質量易于保證。

3）工人作業(yè)分工細，多數工人長期從事一、兩種簡單和重復性的操作，對工人的技術水平要求不高。

4）產品設計通用化、系列化、標準化程度高，零件互換性好，廣泛采用互換裝配法裝配。

5）產品社會需求量大，需求穩(wěn)定。企業(yè)根據用戶需求和科技開展水平，進行產品設計和制造。訂貨

程序通常是先設計、生產，再面向用戶。

6）按對象組織專業(yè)化生產，多采用流水生產、自動生產線等生產組織形式，生產方案細致周密，生

產過程易于控制。

7）毛坯制作廣泛采用金屬模機器造型、壓鑄、精鑄、模鍛、精鍛等方法，毛坯精度高，加工余量小,

材料利用率高。

2.批量法那么及其根底

由于大批量生產具有以上特點，使其可以獲得較高的生產效率和較低的生產本錢。當市場競爭以產

品質量和生產本錢為決定因素時，大批量生產方式顯示了巨大的優(yōu)越性。與中小批量生產相比，大批量

生產可取得明顯的經濟效果，這就是所謂的“批量法那么"（BatchRule）。

批量法那么以本錢分析為根底。產品在其全生命周期內的總生產本錢為：

(1-1)

CA=CD+BC￡+BQCS

式中CA-產品全生命周期總本錢；

CD-生產某種產品所需一次性費用.如產品開發(fā)與研制費用（市場調研，產品設計，樣機試制，修

改設計等），工藝過程設計與工藝裝備（包括專用設備）設計費用，工藝裝備（包括專用設備）制造費用

等；

B-產品全生命周期內生產批數；

CB-生產某種產品每批次所需的費用，如機床的調整、工夾具的準備與調整等；

Q-批量；

Cs-生產某種產品的單件費用。

單件產品生產本錢計算公式為:

（1.2）

由式〔1-2〕可得，單件產品生產本錢圖解近似為一雙曲線，見圖1-9。由圖可見，產品生產批量越

大，單件產品生產本錢越低。進一步分析可見，圖中AB段對應于生產批量很小或生產批量遠低于設計

水平，設備負荷很低的情況，此時年產量的微小變化將引起單件產品生產本錢的很大變化。而圖中CD

段，曲線已趨近于水平線，此時生產批量的變化對單件產品生產本錢影響很小。對應于一定的生產規(guī)模

和設備投資，存在著一個合理的最小生產批量QOP（圖中C點對應的生產批量當QVQOP時，單件產

品本錢將增加；而當Q>QOP時，單件產品本錢雖可減小，但減小幅度很小。此時假設要進一步降低本

錢，那么應擴大生產規(guī)模和增加設備投資。

圖1-10顯示了兩種不同生產規(guī)模和設備投資方案所對應的單件產品生產本錢隨生產批量變化的情

況。圖中曲線I對應的設備投資和生產規(guī)模較大的方案，而曲線H對應的設備投資和生產規(guī)模較小的方

案。曰圖可見，當Q>QK時，采用曲線I的生產規(guī)模和設備投資方案，可獲得更低的單件產品生產本錢。

而當QVQK時，那么采用方案II更合理。

對于某一特定的產品，根據其生命周期、復雜程度和制造過程所需的設備等因素?，存在一個合理年

產量的臨界值。比擬多種生產規(guī)模和設備投資方案，可確定出這個臨界值，即最小年產量的合理數值。

產品年產量高于這個數值，才能獲得較低生產本錢，產品才有競爭力。

3.專業(yè)化協作與擴散生產

根據批量法那么，為了取得良好的經濟效益，除合理地擴大產品的產量外，組織專業(yè)化協作生產是

一種行之有效的方法。

我國過去一直按“全能工廠〃模式進行工業(yè)建設，工業(yè)企業(yè)或是“大而全〃，或是“小而全〃。實

踐說明，這種生產模式投資大，效率低，管理困難，經濟效益差。究其原因，這種全能工廠模式不符合

“批量法那么〃。為擴大生產批量，提高工作地專業(yè)化程度，應全面理解利實施“批量法那么〃，通常

可采取如下方法：

1）在全面規(guī)劃、統籌安排的原那么下，積極開展和大力推進工業(yè)生產的專業(yè)化協作，包括產品專業(yè)

化、庫部件專業(yè)化、工藝專業(yè)化和輔助生產專業(yè)化等多種形式的生產協作，以減少重復生產，增加同類

產品的產量。

2）根據市場需求，進行產品結構分析，改良產品設計，加強產品及零部件系列化、標準化、通用化

工作c合理減少零部件種類，擴大同類零部件產量，并廣泛采用標準件和通用件。

3）采用成組技術（詳見節(jié)），按零件工藝相似性，組織同類型零件的集中生產，實施成組工藝。

幻加強生產方案、作業(yè)方案和生產調度工作，力求做到”同期大批量、少品種"安排。改善生產過程

組織，按對象專業(yè)化原那么建立生產單位；改良勞動組織，增加必要的設備和工人，提高工作地專業(yè)化

水平c

專業(yè)化協作與擴散生產可以有多種形式，經常采用的形式有：

1）組織各種專業(yè)化的根底零部件生產廠，如緊固件、液壓件、氣動件、密封件、減速機、變速箱、

齒輪、離合器、傳動軸等。這些根底零部件需求量較大，通用化、標準化程度較高，宜組織專業(yè)化生產。

各企業(yè)應根據本企業(yè)和專業(yè)廠的情況，盡可能采用協作生產方式。

2）按地區(qū)、行業(yè)集中組織專業(yè)化的鑄造廠、鍛造廠等毛坯生產廠。各主機廠和零部件廠不設毛坯生

產車間，而與生產毛坯的專業(yè)化工廠協作。

3）小件生產，可根據地區(qū)不同條件，擴散至地方中小企業(yè)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，主機廠應致力丁主要關鍵零

部件的生產和整機裝配。

4）實行工藝性協作，如電鍍、熱處理等。

5）設備大修、工模具的制造等，采用協作方式解決。

6〕氧氣、乙煥、二氧化碳、煤氣等動力來源實行協作供給。

7）廠外運輸能力的協作。

8）食堂、托兒所、招待所等生活福利設施方面實行社會化。

在市場經濟條件下，專業(yè)化協作與擴散生產的有關各方以共同獲得利益為根底而聯系在一起，主機

廠和協作廠完全是一種經濟的關系。主機廠可以根據質量、價格、交貨期等條件，自由選擇配套廠，相

互關系不一定長期不變。配套廠為了能長期穩(wěn)定用戶，必須千方百計提高效勞質量，滿足主機廠的要求。

主機廠為了獲得穩(wěn)定的、優(yōu)質配套件供給，也要給配套廠技術上和經濟上的支持和指導，以建立長期、

穩(wěn)固的協作關系。

成組技術(GroupTechnology)

1.成組技術根本原理

成組技術是門生產技術科學和管埋科學，它研尢如何識別和開發(fā)生產過程中有關事物的相似性,

并充分利用各種問題的相似性，將其歸類集合成組，然后尋求解決這一組問題的相對統一的最優(yōu)方案,

以取得所期望的經濟效果。

成組技術用于機械制造領域，就是利用零件

的相似性，將其分類成組，并以這些零件組為根

底組織生產，以實現多品種、中小批量生產的產

品設計、制造工藝和生產管理的合理化.

由上述定義可■見，機械制造中成組技術的根

本原理是將零件按其相似性分類成組,使同一類

零件分散的小批量生產，集合成較大批量的成組生產（見圖1/1）,從而使多品種、中小批量生產可以獲

得接近大批量生產的經濟效果。

2.實施成組技術的客觀根底

在機械制造中實施成組技術有其客觀根底，主要有兩方面：

1）機械零件之間存在著相似性這種相似性主要表現在零件結構特征（零件形狀、形狀要素及其布

置、尺寸、精度…）相似性、零件材料特征（零件材質、毛坯、熱處理…）相似性和零件制造工藝（加

工方法、加工過程、加工設備…）

相似性三個方面。前兩者是零件所

固有的，因此又稱為“一次相似

性"，后者取決于前兩者，因此又

稱為“二次相似性"。

2）機械產品中零件出現頻率

有明顯的規(guī)律性和穩(wěn)定性機械零

件按其復雜程度可分為簡單件、復

雜件用相似件三類,大量調查統計

說明這三類零件在機械產品中出

現的頻率有明顯的規(guī)律性和穩(wěn)定

性（圖1-12）。機械產品中約5%?

10%的零件屬于復雜件，例如機圖1-12不同翦事皮的零件在機械產品中捌I糠律

床中的床身、主軸箱、溜板等。這

類零件為數不多，但復雜程度較高,制造難度較大，再現性低。此類零件多為決定機械產品性能的重要

零件，故又稱為關鍵件。機械產品中20%?25%的零件屬于簡單件和標準件，如螺釘、螺母、俏、鍵等。

這類零件的特點是結構簡單，再用性高，多數已標準化和己形成大批量生產,機械產品中約占70%的零

件屬丁中等復雜程度的零件，如軸、齒輪、法蘭盤、蓋板、支座等。這類零件數量較大，彼此之間存在

著顯著的相似性，故稱為相似件。正是由于機械產品中大多數零件是相似件，成組技術才有可能得以實

施。

3.零件分類編碼系統

零件的相似性是劃分零件組的依據。為了便于分析零件的相似性，首先需對零件的相似特征進行描

述和識別。目前，多采用編碼方法對零件的相似特征進行描述和識別，而零件分類編碼系統就是用字符

（數字、字母或符號）對零件有關特征進行描述和識別的一套特定的規(guī)那么和依據。

H前，世界上使用的分類編碼系統不下百余種，較著名的有德國的Opitz系統，瑞士的Sulzer系統,

荷蘭的Miclass系統，日本的KK系統，我國的JLBM-1系統等。下面僅就JLBM-1系統進行說明。

JLBM-1系統是我國機械工業(yè)部頒發(fā)的一項指導性技術文件，其總體結構見圖1-13。

零件名稱缽設碼零件彩狀及ILL碼料助碼

□01314II516II718IF1

0

回

1

轉零零

2件

類件

名

3零名

稱

件稱

4類

類

別

5別

4細

回相

6分

轉分

7類

多

8

件

9

圖1-13JLBM-1編碼系統總體結構

JLBM-1系統由15個碼位組成。I、2碼位表示零件的名稱類別，采用零件的功能和名稱作為標志,

以矩陣表形式表示，這樣信息容量人，也便于設計部門檢索，見表1-1。

JLBM-1系統3?9碼位是形狀與加工碼。依次表示回轉體零件和非回轉體零件的外部形狀、內部形

狀、平面、孔及輔助加工的情況，見表平2和表1?3。

表ITJLBM-1分類編碼系統的名稱類別分類表

第2位

0123456789

第1位

離合器分度盤

0輪盤類盤、蓋防護蓋法蘭盤帶輪手輪捉手滾輪活塞其它

體刻度盤

外螺紋

墊圈襯套軸半聯油缸氣

1環(huán)套類環(huán)、套螺母套、直管法蘭套其它

片套軸節(jié)缸

接頭

回

銷堵手把手

轉圓桿圓螺桿螺閥桿閥蝸桿

2銷桿軸短圓短軸長軸柄操縱其它

哭管柱螺釘塞活塞桿絲桿

柱桿

零

圓柱

件圓柱內鏈輪棘蜷旋錐復合閱柱齒

3齒輪類外齒錐齒輪蝸輪其它

齒輪輪齒輪齒輪條

輪

異形彎管接頭扇形件弓叉形接頭凸輪凸

4異形件偏心件閥體其它

盤套彎頭形件叉軸輪軸

5專用件其它

杠桿擺撐桿拉鍵鑲條

6桿條類桿、條連桿扳手梁齒條撥又其它

桿桿壓條

依

異面塊

1"1防護板蓋支承板壓板連定位塊棘閥塊

7咕板塊類板、塊板、滑塊凸輪板其它

板門板墊板接板爪分油器

無板

零軸承底座機

8座架類支座彎板支架其它

件座架

9箱殼體3、J￥TTL容器殼體箱體立柱機身工作臺其它

10?15碼位是輔助碼。表示零件的材料、毛坯、熱處理、我

0

主要尺寸和精度的特征。其中主要尺寸碼規(guī)定了大型、中型及1

小型三個段，分別可供重型機械、一般機械和儀表機械等三種

企業(yè)參照使用。精度碼規(guī)定了低精度、中等精度、高精度及超..尋

高精度四個等級，在中等精度和高精度兩個等級中，再按精度6

要求處于不同加工外表而細分為幾個不同的特殊碼，以示區(qū)別，壬1

見表14

1

*

圖L14壓蓋零件編碼

表1-2JLBM-1分類編碼系統回轉件分類表（第三?九位）

碼位3456789

外部形狀及加工內部形狀及加工平面、曲面加工輔助加工

特征（非同軸

項號根本形狀功能要素根本形狀功能要素外面、端面內面孔、成形、

刻線）

0光滑無無軸線孔無無無無

單一平面單一平面不

1單向臺階環(huán)槽無加工孔環(huán)槽均軸向

不等分平面等分平面

布

平行平面平行平面等

2雙向臺階螺紋螺紋螺紋孔徑向

等分平面分平面

單

3球、曲面1+2通1+21+2槽、鍵槽槽、健槽非軸向

孔均

軸

盲布

4線正多邊形錐面錐而錐面花鍵花鍵徑向

孔孔

非圓對稱

51+41+41+4齒形齒形傾斜孔

截而

扇形或弓形

62+4球、曲面2+42+53+5各種孔組合

4、5除外

7多平行軸線1+2+4深孔1+2+43+5或4+54+5成形

軸彎曲相交相交孔平

8傳動螺紋傳動螺紋曲面曲面機械刻線

線軸線行孔

9其它其它其它其它其它其它其它

表1-3JLBM-1分類編碼系統非回轉件分類表［第三?九位）

?5

碼

3789

位46

特外部形狀及加工主孔、內部形狀及加工

輔助加工

征

功能要（輔助孔、

項總體形狀功能要素根本形狀外面、端面H面

素成形）

號

輪廓邊

0緣由直無無無無元無

線組成

輪廓邊

外部一光滑、單向單方向

無緣由直一個平面及回轉面單一軸

1回般直線臺階或單圓周排

板彎線或曲臺階平面加工單線溝槽

片溝槽無向有孔列的孔

曲線組成

條士均

面螺

兩側平軸孔布

紋

板或條雙.01直線定單方向

行平面回轉定線雙向臺階多個軸孔

2與圓柱向工位導向宜線排

及臺階位槽