先进制造技术课程答题本汇总.docx
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先进制造技术课程答题本汇总
1、题目
1.试分析国内先进制造技术的存在的主要问题、差距及对策。
答:
半个世纪来,我国机械制造业虽然从无到有,从小到大取得了较快的发展,但与西方先进工业国家相比还存在这明显的差距,主要表现在如下方面:
(1)产品档次低,高水平产品所占比例小 目前我国机械工业主导产品达到当代国际先进水平的不到5%,达到上世纪90年代国际先进水平的占25%,答到80年代水平的占40%。
(2)创新开发能力差,新产品贡献率低 我国大中型企业生产的2000多种主导产品的平均生命周期为10.5年,而美国一般仅有3-4年。
美国制造业的新产品的贡献率已达到国内生产总值的52%。
(3)专业化生产水平低 我国基础零部件、基础工艺专业化水平与国外先进国家比较存在很大的差距。
(4)企业生产管理技术落后 目前,我国大部分企业的生产管理依旧停留在过去计划经济管理方式上,现金管理模式和手段未能得到实施。
目前我国制造企业的技术水平与国先进水平相比较,从总体上看差距达20年左右。
中国的制造业与发达国家的差距到底在哪里呢?
这是一个普遍关注的问题。
就目前而言,中国制造业凭借自身良好的自然资源和低廉的生产成本去和国际接轨,这也就决定额中国制造业处于产业链的较低端,以加工贸易为主。
而加工贸易的利润是很低的,这种发展不能给国内的企业发展带来新的市场,也很难带动相关工业发展以实现产业结构的改善与升级。
中国工程院士,清华大学教授柳白成等一些专家提出与发达国家相比我国制造业与其存在的差距有三。
一是制造业技术创新能力不强。
航天,轨道交通,炼油技术等以自主创新为主,但水平与国外仍有较大差距,并且大型科研仪器和大型医疗设备等主要依赖购买国外产品。
二是制造业技术基础薄弱。
比如基础制造装备,仪器仪表及标准体系等发展滞后,制约了制造业的发展。
三是制造技术创新体系尚未形成,绝大多数企业技术开发能力薄弱,尚未成为技术创新的主体,缺乏一支精干,相对稳定的力量从事产业共性技术的研究与开发,科技中介服务体系尚不健全没有充分发挥作用。
按照这种说法,中国的制造业要是继续按照这种方式发展是很难缩小与发达国家的差距的。
结合我国基本国情,解决我国先进制造技术目前问题应:
(1)提高认识,全面规划,力促先进制造技术的发展。
(2)深化科技体制改革,推动技术创新体系的建设。
(3)将引进消化国外先进制造技术与自主开发创新相结合。
(4)大力发展先进高新制造技术及其产业。
(5)积极培养创造性人才,努力提高制造业的全员素质。
2.试阐述精益生产的产生背景、含义、特点及典型应用。
答:
20世纪初,从美国福特汽车公司创立第一条汽车生产流水线以来,大规模的生产流水线一直是现代工业生产的主要特征。
大规模生产方式是以标准化、大批量生产来降低生产成本,提高生产效率的。
这种方式适应了美国当时的国情,汽车生产流水线的产生,一举把汽车从少数富翁的奢侈品变成了大众化的交通工具,美国汽车工业也由此迅速成长为美国的一大支往产业,并带动和促进了包括钢铁、玻璃、橡胶、机电以至交通服务业等在内的一大批产业的发展。
大规模流水生产在生产技术以及生产管理史上具有极为重要的意义。
但是第二次世界大依以后,社会进入了一个市场需求向多样化发展的新阶段,相应地要求工业生产向多品种、小批量的方向发展,单品种、大批量的流水生产方式的弱点就日渐明显了。
为了顺应这样的时代要求,由日本丰田汽车公司首创的精益生产,作为多品种、小批量混合生产条件下的高质量、低消耗进行生产的方式在实践中摸索、创造出来了。
1950年,日本的丰田英二考察了美国底持律的福特公司的轿车厂。
当时这个厂每天能生产7000辆轿车,比日本丰田公司一年的产量还要多。
但丰田在他的考察报告中却写道:
“那里的生产体制还有改进的可能”。
战后的日本经济萧条,缺少资金和外汇。
怎样建立日本的汽车工业?
照搬美国的大量生产方式,还是按照日本的国情,另谋出路,丰田选择了后者。
日本的社会文化背景与美国是大不相同的,日本的家族观念、服从纪律和团队精神是美国人所没有的,日本没有美国那么多的外籍工人,也没有美国的生活方式所形成的自由散漫和个人主义的泛滥。
日本的经济和技术基础也与美国相距甚远。
日本当时没有可能全面引进美国成套设备来生产汽车,而且日本当时所期望的生产量仅为美国的几十分之一。
“规模经济”法则在这里面临着考验。
丰田英二和他的伙伴大野耐一进行了一系列的探索和实验,根据日本的国情,提出了解决问题的方法。
经过30多年的努力,终于形成了完整的丰田生产方式,使日本的汽车工业超过了美国,产量达到了1300万辆,占世界汽车总量的30%以上。
制造、电子、计算机、飞机制造等工业中。
丰田生产方式是日本工业竞争战略的重要组成部分,它反映了日本在重复性生产过程中的管理思想。
丰田生产方式的指导思想是,通过生产过程蹩体优化,改进技术,理顺物流,杜绝超量生产,消除无效劳动与浪费,有效利用资源,降低成本,改善质量,达到用最少的投入实现最大产出的目的。
日本企业在国际市场上的成功,引起西方企业界的浓厚兴趣,西方企业家认为,日本在生产中所采用的方式是其在世界市场上竞争的基础。
80年代以来,西方一些国家很重视对丰田生产方式的研究,并将其应用于生产管理。
强调物流平衡,追求零库存,要求上一道工序加工完的零件立即可以进入下一道工序。
组织生产线依靠一种称为看板(Kanban)的形式。
即由看板传递下道向上退需求的信息(看板的形式不限,关键在于能够传递信息)。
生产中的节拍可由人工于预、控制,但重在保证生产中的韧流平衡(对于每一道工序来说,即为保证对后退工序供应的准时化)。
由于采用拉动式生产,生产中的计划与调度实质上是由各个生产单元自己完成,在形式上不采用集中计划,但操作过程中生产单元之间的协调则极为必要。
(2)全面质量管理 强调质量是生产出来而非检验出来的,由生产中的质量管理来保证最终质量。
生产过程中对质量的检验与控制在每一道工序都进行。
重在培养每位员工的质量意识,在每一道工序进行时注意质量的检测与控制,保证及时发现质量问题。
如果在生产过程中发现质量问题,根据情况,可以立即停止生产,直至解决问题,从而保证不出现对不合格品的无效加工。
对于出现的质量问题,一般是组织相关的技术与生产人员作为一个小组,一起协作,尽快解决。
(3)团队工作法(Teamwork) 每位员工在工作中不仅是执行上级的命令。
更重要的是积极地参与,起到决策与辅助决策的作用。
组织团队的原则并不完全按行政组织来划分,而主要根据业务的关系来划分。
团队成员强调一专多能,要求能够比较熟悉团队内其他工作人员的工作,保证工作协调的顺利进行。
团队人员工作业绩的评定受团队内部的评价的影响。
(这与日本独特的人事制度关系较大) 团队工作的基本氛围是信任,以一种长期的监督控制为主,而避免对每一步工作的稽核,提高工作效率。
团队的组织是变动的,针对不同的事物,建立不同的团队,同一个。
人可能属于不同的团队。
(4)并行工程(ConcurrentEngineering) 在产品的设计开发期间,将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来,保证以最快的速度按要求的质量完成。
各项工作由与此相关的项目小组完成。
进程中小组成员各自安排自身的工作,但可以定期或随时反馈信息并对出现的问题协调解决。
依据适当的信息系统工具,反馈与协调整个项目的进行。
利用现代CIM技术,在产品的研制与开发期间,辅助项目进程的并行化。
1、准时化生产(JIT) 准时生产方式是起源于日本丰田汽车公司,其基本思想是“只在需要的时候,按需要的量生产所需的产品”。
这种生产方式的核心是追求一种无库存的生产系统,或使库存达到最小的生产系统。
2、单件流 JIT是精益生产的终极目标,它是通过不断消除浪费、降低库存、减少不良、缩短制造周期时间等具体要求来实现的。
单件流是帮助我们达到这一目标的关键手法之一。
3、看板管理(Kanban) 看板是可以作为交流厂内生产管理信息的手段。
看板卡片包含相当多的信息并且可以反复使用。
常用的看板有两种:
生产看板和运送看板。
4、零库存管理 工厂的库存管理是供应链的一环,也是最基本的一环。
就制造业而言,加强库存管理,可缩短并逐步消除原材料、半成品、成品的滞留时间,减少无效作业和等待时间,防止缺货,提高客户对“质量、成本、交期”三大要素的满意度。
5、全面生产维护(TPM) 以全员参与的方式,创建设计优良的设备系统,提高现有设备的利用率,实现安全性和高质量,防止故障发生,从而使企业达到降低成本和全面生产效率的提高。
6、运用价值流图来识别浪费 生产过程中到处充斥着惊人的浪费现象,价值流图(ValueStreamMapping)是实施精益系统、消除过程浪费的基础与关键点。
7、生产线平衡设计 由于流水线布局不合理导致生产工人无谓地移动,从而降低生产效率;由于动作安排不合理、工艺路线不合理,导致工人三番五次地拿起或放下工件。
8、拉系统与补充拉系统 所谓拉动生产是以看板管理为手段,采用“取料制”即后道工序根据“市场”需要进行生产,对本工序在制品短缺的量从前道工序取相同的在制品量,从而形成全过程的拉动控制系统,绝不多生产一件产品。
JIT需要以拉动生产为基础,而拉系统操作是精益生产的典型特征。
精益追求的零库存,主要通过拉系统的作业方式实现的。
9、降低设置时间(SetupReduction) 为了使停线等待浪费减为最少,缩短设置时间的过程就是逐步去除和减少所有的非增值作业,并将其转变为非停线时间完成的过程。
精益生产是通过不断消除浪费、降低库存、减少不良、缩短制造周期时间等具体要求来实现的,降低设置时间是帮助我们达到这一目标的关键手法之一。
10、持续改善(Kaizen)当开始精确地确定价值,识别价值流,使为特定产品创造的价值的各个步骤连续流动起来,并让客户从企业拉动价值时,奇迹就开始出现了。
3.论述快速成形技术的概念、起源、主要类型及其应用领域。
答:
快速成型技术又称快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing,简称RPM)技术,诞生于20世纪80年代后期,是基于材料堆积法的一种高新制造技术,被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。
它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。
即,快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一层层的材料堆积成实体原型。
(1)为决策层提供决策直观性一个新产品的开发总是从外形设计开始的,外观是否美观实用往往决定了该产品是否能够被市场接受。
快速成形技术能够迅速的将设计师的设计思想变成三维的实体模型,与手工制作相比,不仅节省了大量的时间,而且精确地体现了设计师的设计理念,为决策层产品评审的决策工作提供了直接准确的模型,减少了决策工作中的不正确因素。
(2)减少人为缺陷,提高设计质量在产品的开发设计过程中,由于设计手段和其它方面的限制,每一个设计都会存在着一些人为的设计缺陷。
快速成形技术由于成形时间短,精确度高,可以在设计的同时制造高精度的模型,使设计师能够在设计阶段对产品的整机或局部进行装配和综合评价,从而发现设计上的缺陷与不合理因素,来不断的改进设计。
快速成形技术的应用可把产品的设计缺陷消灭在设计阶段,最终提高产品整体的设计质量。
(3) 缩短设计周期,加快开发进度快速成形技术的应用,可以做到产品的设计和模具生产并行,因此大大缩短了设计周期,加快开发进度。
(4)提供样件够根据用户的需求及时提供样品。
(5)快速模具制造以快速成形生成的实体模作模芯或模套、结合精铸、粉末烧结或电极研磨技术可以快速制造企业产品所需要的功能模具或工装设备。
其制造周期一般为传统的数控切削方法的1/5~1/10,而成本仅为其1/3~1/5,模具的几何复杂程度愈高,这种效益愈显著。
(6)为并行工程的实施提供统一依据和条件并行工程将是21世纪开发新产品的主流方式,而快速成形技术是并行工程中进行复杂原型和模具制作的有效手段,并提供了新的产品开发模式。
快速成形技术是一种正在发展和完善的高技术,是一个富有前景而又充满挑战的领域,因此值得进一步的研究和应用。
4.请从发展历史、发展阶段、典型的自动化技术及其主要应用等方面对制造自动化加以论述。
答:
(1)为决策层提供决策直观性一个新产品的开发总是从外形设计开始的,外观是否美观实用往往决定了该产品是否能够被市场接受。
快速成形技术能够迅速的将设计师的设计思想变成三维的实体模型,与手工制作相比,不仅节省了大量的时间,而且精确地体现了设计师的设计理念,为决策层产品评审的决策工作提供了直接准确的模型,减少了决策工作中的不正确因素。
(2)减少人为缺陷,提高设计质量在产品的开发设计过程中,由于设计手段和其它方面的限制,每一个设计都会存在着一些人为的设计缺陷。
快速成形技术由于成形时间短,精确度高,可以在设计的同时制造高精度的模型,使设计师能够在设计阶段对产品的整机或局部进行装配和综合评价,从而发现设计上的缺陷与不合理因素,来不断的改进设计。
快速成形技术的应用可把产品的设计缺陷消灭在设计阶段,最终提高产品整体的设计质量。
(3) 缩短设计周期,加快开发进度快速成形技术的应用,可以做到产品的设计和模具生产并行,因此大大缩短了设计周期,加快开发进度。
(4)提供样件够根据用户的需求及时提供样品。
(5)快速模具制造以快速成形生成的实体模作模芯或模套、结合精铸、粉末烧结或电极研磨技术可以快速制造企业产品所需要的功能模具或工装设备。
其制造周期一般为传统的数控切削方法的1/5~1/10,而成本仅为其1/3~1/5,模具的几何复杂程度愈高,这种效益愈显著。
(6)为并行工程的实施提供统一依据和条件并行工程将是21世纪开发新产品的主流方式,而快速成形技术是并行工程中进行复杂原型和模具制作的有效手段,并提供了新的产品开发模式。
快速成形技术是一种正在发展和完善的高技术,是一个富有前景而又充满挑战的领域,因此值得进一步的研究和应用。
5.论述并行工程的概念特点、特点、理论基础、运行机制及其典型应用。
答:
l988年美国国防分析研究所(简称IDA)为了改进国防武器和军用产品的生产,缩短生产周期,降低成本,首次提出了并行工程的概念,即并行工程是对产品及其相关过程(包括制造和支持过程)进行集成并行设计的系统化工作模式,这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个周期(从概念形成到报废)中的各种因素,包括质量、成本、进度及用户需求等,以便最大限度提高产品的开发效率和一次性成功率。
并行工程与传统生产方式之间的本质区别在于,并行工程把产品开发的各个活动看成是一个集成的过程,并从全局优点的角度出发,对集成过程进行管理与控制,同时对已有的产品开发过程进行不断地改进与提高,以克服传统本行产品开发过程反馈造成的长周期与高成本等缺点,增强企业产品的竞争力。
从经营方面考虑,并行工程意味着产品开发过程重组(Reengineering)以便并行地组织作业。
荣烈润在《先进制造哲理--并行工程》一文中讲到:
从本质上讲CE 是一种以空间换取时间、处理系统复杂性的系统化方法。
它以信息论、控制论及系统论为理论基础,在数据共享、人-机交互等工具及集成上述工具的智能技术支持下,按多学科、多层次协同一致的组织方式工作。
与传统串行工作模式相比,它大大 3 地扩大了系统状态空间,大大地缩短了复杂问题交互式求解过程的迭代次数,促使最终目标一次成功,以非线性的管理机制及整体性思想,赢得集成附加的协同效益。
CE 的基础技术研究目前主要有以下几方面:
(1)面向并行工程的组织机构研究
(2)面向并行工程的管理决策支持系统 (3)面向并行工程的新设计学科 (3)面向并行工程机制的CAD/CAPP/CAM/CAEO (4)建模与仿真技术 (5)基于计算机的知识信息、工具集成技术
并行工程在美国、德国、日本等一些国家中已得到广泛应用,其领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业。
例如:
美国佛杰尼亚大学并行工程研究中心应用并行工程开发新型飞机,使机翼的开发周期缩短了60%(由以往的18个月减至7个月);美国Mercury计算机联合开发公司在开发40-MHz Intel i860微处理芯片时,运用并行工程方法,使产品从开始设计到被消费者检验合格由原来125天减少到90天;美国HP公司采用并行工程方法设计制造的54600型100-MHz波段示波器,在性能及价格上都优于亚洲最好的产品,研制周期却缩短了1/3;美国的爱国者防空导弹系统也是80年代后期运用并行工程方法迅速研制成功的【6】。
美国波音公司在1994年向全世界宣布,波音777飞机采用并行工程的方法,大量使用CAD/CAM技术,实现了无纸化生产,试飞一次成功,并且比按传统方法生产节约时间近50%。
德国西门子公司下属的公共通讯网络集团(Simens AG,Public Communication Network Group)在开发复杂电子系统的核心子系统过程中,采用了并行工程的方法,取得了显著的效果,在仿真阶段共提出320份报告,发现并纠正了许多错误【15】。
如表2所示,其他一些公司应用并行工程后也产生了巨大的经济效益。
在国内,并行工程作为CIMS发展的一个新阶段,得到了一些企业的广为关注,其研究已于1992年底被列为国家863计划自动化领域的重点研究内容。
在国家科技部和863/CIMS主题专家组的领导下,1995年7月由清华大学、华中理工大学、北京航空航天大学、上海交通大学和航天工业总公司二院5个单位人员组成了“863/CIMS关键技术攻关棗并行工程”的技术攻关队伍,以航天总公司二院的复杂结构件为应用背景,开展并行工程关键技术的研究与应用。
经过近两年的攻关,终于取得了重大进展。
该项目在应用上有特色,在某些关键技术上已经达到国际先进水平,目前,该项目已经通过鉴定。
6.试阐述敏捷制造的概念、特点及关键技术,并列举3-5个典型的工业应用案例。
答:
敏捷制造是美国国防部为了指定21世纪制造业发展而支持的一项研究计划。
该计划始于1991年,有100多家公司参加,由通用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、AT&T、摩托罗拉等15家著名大公司和国防部代表共20人组成了核心研究队伍。
此项研究历时三年,于1994年底提出了《21世纪制造企业战略》。
在这份报告中,提出了既能体现国防部与工业界各自的特殊利益,又能获取他们共同利益的一种新的生产方式,即敏捷制造。
敏捷制造的特点
敏捷制造的目标是快速响应市场的变化,抓住瞬息即逝的机遇,在尽可能短的时间内向市场提供高性能、高可靠性、价格适宜的环保产品。
为了实现这一目标,实现敏捷制造的企业应具有如下特点:
技术研发能力
生产的柔性能力
个性化生产
企业间的动态合作
激发员工的创造精神
新型的用户关系
关键技术
一、好的信息技术框架支持
二、集成化设计模型和工作流控制系统支持
三、供应链管理系统和企业资源管理系统
四、各类设备、工艺过程和车间调度的敏捷化
五、敏捷性的评价体系
迟一分钟罚600元 早7:
55,地处福州市闽侯县青口投资区的颖西汽车内装工业有限公司的载着门饰板的长长的小拖车又准时从厂区出发了,因为它要在8:
00整将货准时送到整车厂的流水线上。
它要去的那家汽车制造商,就是被喻为“汽车黑马”的东南(福建)汽车工业有限公司-迄今为止最大的海峡两岸汽车合资生产企业,由台湾最大的汽车企业裕隆企业集团所属的中华汽车公司与福建省汽车工业集团公司福州汽车厂各出资50%成立的。
颖西的陈佳庆副总经理告诉记者,小拖车每天要交货8次,以后更要根据东南汽车的需要改为每天交货16次,平均每半小时一次交货。
交货必须保证准时,不能早也不能迟,因为所有的时刻都已经排好了要送货的厂家,小拖车开到整车装配线上,如果东南汽车断线,配套厂迟交货1分钟要罚款600元,而东南厂的损失就决不止600元了。
陈佳庆副总经理的电话响了,接完电话,他赶紧到东南汽车供应链网站的指定地点下载了一张东南汽车刚刚讨论修改完毕的配件清单走了出来。
20分钟之后,他的员工已经按照新修改的清单要求在设计、制造产品了,这些产品同样会在5分钟的时间里运到东南汽车的生产线上。
“1995年,中华汽车和自己的100多家中下游企业来福州考察,第二年留下了30多家配套零部件企业,这些企业组成团队,整体进入了位于福州闽侯县青口镇的‘东南汽车城’。
它们原本已经在台湾合作多年,之间根本不需要磨合,自然而然就与东南汽车的整车厂共存共荣。
” 陈佳庆说。
东南汽车城是以成为中国模范汽车生产基地为目标规划的,整车厂与来自台湾的30家配套厂同时投入以建立完整的上、下游产业。
这种同类型企业扎堆发展的现象在经济学中被称为“群聚效应”。
这些紧密相联的企业在占地2993亩的东南汽车城里,依据方便运输的原则,根据零部件的体积和重量,由近及远,顺序排列,最近的运输距离只有几十米远。
零部件不需要包装,不需要装车,一辆推车就送到线上,即用即送,即送即用。
而且整车厂也不需要仓库,东南汽车基本上可以做到零库存。
生产“得利卡”和“富利卡”轻型客车的东南汽车如今又加入家轿市场的角逐,眼前是刚刚下线的“菱帅”轿车的巨幅广告, 7年前要发展汽车工业,福建曾不被许多人看好。
但正是这种“散乱差小”的“先天不足”,反到为台商和当地企业预留了发展的空间。
事实上,东南汽车城里的整车厂和配套厂就是一个“敏捷制造”的典范。
得益于先进的“敏捷制造”生产模式,东南汽车在很短时间里就达到了九成的国产化率,成本降低,竞争力显著提高。
1995年7月,东南汽车第一台新车投产下线,2002年产销量约达5万台,人均年产量26台、年产值373万元,平均销售收入增长达141%。
7.结合自己的认识,谈谈你对制造业的展望及对本课程的认识和建议。
答:
典型工业化国家的制造业发展趋势与结构演变规律性较强。
迄今为止,我国制造业发展趋势与典型工业化国家的一般规律基本吻合,同时也表现出追赶国家的一些特点。
本报告根据典型工业化国家制造业结构变化及各行业比重峰值出现时点与人均GDP的相关关系,预测了2013~2022年期间我国各工业行业比重变化趋势。
预计纺织、造纸、食品等劳动密集型产业将延续回落态势,冶金、建材等重工业部门比重在2015年前后达到峰值,随后持续回落;机械、电子等资本和技术密集型产业比重将继续上升,大约在2020年前后趋于稳定。
在工业化后期,制造业结构升级、制造业与生产性服务业融合发展是实现经济转型的重要方向。
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