清华大学机械工程及其自动化系列教材

清华大学机械工程及其自动化系列教材图书信息

书名：现代制造系统

书号：9787302112389

作者：周凯

定价：29.8元

出版日期：2005-8-1

出版社：清华大学出版社

清华大学机械工程及其自动化系列教材内容简介

本书从系统科学与工程的角度阐述现代制造系统的有关理论和方法，内容分5个部分：第1部分介绍现代制造系统的基本概念、理论基础、体系结构和数学模型；第2部分介绍现代制造系统分析与综合的主要方法和利用计算机对现代制造系统进行分析与设计的新技术；第3部分介绍现代制造系统计算机管理与控制的核心技术——计划控制、调度控制和过程控制；第4部分从信息与制造相融合的角度，阐述制造系统的信息集成问题，并讨论制造系统运行信息的获取问题，核心内容是随机市场环境下的制造信息预测技术；第5部分是现代制造系统实例分析。

本书可作为高等院校机电、自动化、工业工程、企业管理等专业的教材，也可供机电一体化、先进制造技术、现代制造系统等领域的研究人员和专业技术人员参考。

清华大学机械工程及其自动化系列教材前言

随着科学技术的进步和社会经济的发展，“制造”已由个人行为和孤立机器完成的简单过程演变到必须由众多制造要素组成的制造系统来完成的复杂工程。从系统科学与工程的角度看，完成现代制造任务的制造系统亦正在从简单系统发展为复杂大系统。

面对上述现实，工程界和教育界都越来越清楚地认识到，如果仅从孤立的制造方法、制造技术、制造工具和制造设备等方面去孤立地研究制造过程，将无法从全局上使“制造”这样一个复杂大系统运行于最优状态，发挥出最佳效益。因此作为制造领域的高级专门人才——制造专业的研究生必须从系统科学与工程的高度对制造过程有深刻的理解与把握，才能在今后的研究工作、技术工作和管理工作中更好地驾驭全局，为制造工业和国民经济的发展做出更大的贡献。为此，清华大学于1989年开始为机械工程及自动化专业研究生开设专业课“现代制造系统”。

本书作为该课程的教材，从系统科学与工程的角度对现代制造过程进行研究，通过信息、控制与制造相融合的方法对制造系统的内在规律进行分析，以近十年来国际上制造系统领域的最新发展和我国在该领域的研究、开发和应用成果为案例，按照工程学科教学的客观规律和现代人才培养的要求组织教材内容，指导教学过程的实施，力图使学生学会从系统的角度去看待制造、研究制造、把握制造、发展制造。

本教材内容分5个部分。（1）基础理论与总体结构（由第1，2，3，4章组成）：介绍现代制造系统的基本概念、理论基础、体系结构和数学模型。（2）制造系统的分析与综合（包括第5，6两章）：介绍现代制造系统分析与综合的主要方法和利用计算机对现代制造系统进行分析与设计的新技术。（3）制造系统的计算机管理与控制（由第7章至第9章组成）：介绍现代制造系统管理与控制的核心技术——计划控制、调度控制和过程控制。（4）制造系统运行的信息环境（第10章和第11章）：从信息与制造相融合的角度，讨论制造系统的信息集成问题，介绍制造网络系统和制造数据库系统等支持现代制造系统优化运行的信息环境。在此基础上，进一步讨论制造系统运行信息的获取问题，核心内容是随机市场环境下的制造信息预测技术。（5）现代制造系统实例（第12章）：介绍现代制造系统的典型案例，阐述现代制造系统研究、开发和应用中一些实际问题的解决方法与过程。

本书的编写和出版得到清华大学研究生精品课程建设项目和清华大学出版社的支持，同时得到张伯鹏教授、李庆祥教授、张秋玲副教授等同志的帮助，在此一并表示感谢！

虽然本书的编写是在多年教学和科研实践基础上进行的，并汲取了多轮讲义的精髓，但由于作者的水平和能力有限，书中错误和不妥之处在所难免，因此恳请读者批评指正。

清华大学机械工程及其自动化系列教材目录

1绪论1

1.1研究和发展制造系统技术的意义1

1.2发展现代制造系统技术的基础3

1.3制造系统的发展历史与现状4

1.4制造系统研究和应用领域的发展趋势6

1.5本书的主要内容92制造系统的基本概念12

2.1概述12

2.2制造过程13

2.3制造模式14

2.4制造系统22

2.5现代制造系统研究、开发和应用中的重要课题243制造系统的体系结构与运行原理27

3.1概述27

3.2现代制造系统的总体结构28

3.3单元级制造系统的结构与运行原理37

3.4车间级制造系统的结构与运行原理40

3.5工厂级制造系统的结构与运行原理42

3.6跨企业与全球制造系统的结构与运行原理444制造系统的数学模型46

4.1概述46

4.2制造系统的投入产出模型47

4.3制造系统的排队网络模型51

4.4制造系统的活动循环图模型57

4.5制造系统的Petri 网模型61

4.6制造系统建模中应注意的问题64目录现代制造系统5制造系统性能分析66

5.1概述66

5.2基于排队理论的分析方法67

5.3计算机仿真分析方法74

5.4Petri网分析方法82

5.5基于随机过程理论的分析方法876制造系统的综合与设计93

6.1概述93

6.2制造系统设计的主要过程94

6.3制造系统设计的基本方法98

6.4解决设计决策问题的有效方法——层次分析法1057制造系统的运行管理113

7.1概述113

7.2制造系统运行管理系统的总体结构114

7.3产品制造的主生产计划116

7.4物料需求计划130

7.5制造资源计划139

7.6企业资源计划1428制造系统的调度控制145

8.1概述145

8.2流水排序调度方法147

8.3非流水排序调度方法160

8.4基于规则的调度方法164

8.5基于仿真的调度方法167

8.6智能调度方法1699制造系统的过程控制178

9.1概述178

9.2过程控制系统的组成178

9.3集成化设备控制系统180

9.4制造过程的动态工艺控制182

9.5刀具系统的管理与控制192

9.6制造过程的物流控制193

9.7制造过程的质量控制200

9.8制造过程的状态检测与监控20510制造系统运行的信息环境208

10.1概述208

10.2制造信息与信息流系统209

10.3制造系统的信息集成210

10.4制造系统的网络环境212

10.5制造数据库系统22811制造系统运行的信息获取235

11.1概述235

11.2制造系统运行信息获取的重要手段——需求预测236

11.3需求预测方法240

11.4预测误差分析与预测监控256

11.5市场预测的案例26012现代制造系统实例263

12.1国家CIMS"_blank" href="/item/计算机集成制造系统/219309" data-lemmaid="219309">计算机集成制造系统263

12.2空调器制造的CIMS系统272

12.3基于并行工程的复杂产品制造系统284

12.4新型基层敏捷制造系统290

12.5智能网络化机床制造系统300参考文献3092100433B

清华大学机械工程及其自动化系列教材内容简介

本书图文并茂，取材及编排力求合理。内容层次分明，叙述清楚，并有大量的编程实例，便于教学和自学。

本书同时配有《数控加工技术》光盘与本书配套使用。

本书介绍数控加工技术的主要内容。前4章内容包括数控机床概述、计算机数控系统的工作原理、数控编程的基础知识和数控编程实例。为了便于读者学习，增加了第5章机械加工基础。

清华大学机械工程及其自动化系列教材前言

自20世纪中叶计算机技术在制造业中广泛应用以来，数控机床已成为现代制造业中最重要的基础设备之一。数控机床的拥有量在一定程度上反映了一个国家的现代化生产水平。培养大量掌握数控加工技术的高素质人才是当前国民经济发展的迫切需要，数控加工技术已成为现阶段高等院校理工科机械类学生的必修课之一。希望读者通过本书的学习，能了解数控机床的基本结构和计算机数控系统的基本工作原理，掌握数控编程的基础知识和编程的方法并能实际应用，成为掌握数控加工技术的专门人才。

本书对数控加工技术的主要内容进行了全面而浅显易懂的论述，并采用了众多有特色的图片。全书共分5章。第1章介绍数控机床与普通机床的区别、数控机床的结构以及它的驱动机构、传动机构、检测装置和刀具系统。第2章概要介绍计算机数控系统的工作原理。第3章比较详细地介绍数控编程的步骤和方法、数控编程的基础知识和基本指令的使用实例、工艺处理方法等。第4章以一台车削加工中心和一台铣削加工中心为例，分别详细地介绍了编程过程，本章还有大量练习题帮助读者进行实际训练，学习掌握数控编程的方法和技巧。第5章介绍机械加工基础的有关知识，目的是使没有机械加工知识基础的读者，通过本章的学习，也能较快地掌握机械加工基础知识，进行数控加工技术的学习。

作者还专门为本书制作了一张光盘，内有大量有特色的图片和生动的画面。本光盘与本书配套使用，以期达到更好的教学效果。

本书可作为高等院校理工科机械类本科生教材，也可作为高职、高专教材及面向社会有关数控加工技术的培训教材。

编写过程中参阅了有关院校、科研院所、工厂企业的一些教材和文献资料，在此表示衷心感谢。

限于作者的水平，书中难免有错误和欠妥之处，敬请广大读者批评指正。

清华大学机械工程及其自动化系列教材目录

第1章数控机床概述1

1.1普通机床与数控机床的区别1

1.2数控机床的优点2

1.3数控机床的适用范围3

1.4数控机床的分类4

1.5加工中心简介8

1.6数控机床的结构10

1.7数控机床的驱动机构和传动机构10

1.8数控机床的检测装置14

1.9数控机床的自动换刀装置和刀具测量16

1.9.1自动换刀装置16

1.9.2刀具测量19

第2章计算机数控系统24

2.1概述24

2.2CNC装置的硬件结构25

2.3CNC系统软件27

2.4CNC装置的插补算法30

2.5CNC装置的工作过程31

2.6CNC装置的功能31

第3章数控加工的程序编制基础34

3.1数控编程的步骤34

3.2数控编程的方法35

3.3数控编程基础35

3.4数控加工的工艺处理44

3.5数控程序的结构和指令58

3.6数控编程的零点偏移、G代码、M代码64

3.6.1零点偏移64

3.6.2G代码68

3.6.3M代码84

3.7图形交互自动编程88

第4章数控编程实例92

4.1TURN 120P数控车中心和VMC"para" label-module="para">

4.2EMCO TURN 120P 指令说明101

4.3VMC"para" label-module="para">

4.4编程实例119

4.5练习题129

第5章机械加工基础144

5.1切削加工的有关概念144

5.2切削加工的刀具148

5.3车削加工157

5.4铣削加工160

5.5钻削加工169

参考文献177

清华大学机械工程系形象标识

清华大学机械工程系系徽主体图案为齿轮，主体图案中嵌入有“机械工程系”中文名字和英文简称“ME”文字，数字1932代表建系时间，下方为毛泽东主席题写的清华大学名称，系英文全称“Department of Mechanical Engineering,Tsinghua University”环绕外圆，外圆沿用了清华大学校徽的圆面。

清华大学机械工程系学生组织

• 团委

机械系团委接受机械系党委学生工作组及清华大学团委的直接领导，其工作主要在思想教育、社会实践、素质拓展、志愿公益、基层组织建设及干部培养等方面开展。

• 学生会

机械系学生会是机械系三大学生组织之一，主要承担为同学服务的职责，倾听同学需求，建设系内民主，聚焦权益发展，加强网罗资源，打造品牌文体，积极对外发声。

• 学生科协

机械系学生科协受机械系党委学生工作组及清华大学学生科协领导，其职责在于统筹校系学术、科创资源，为机械系同学的学业、科研发展助力，通过举办科创赛事、科技培训、组建兴趣团队提升系内课外科创活动氛围。

• TMS分会

机械工程系TMS分会是清华大学学生马克思主义学习研究协会（Tsinghua Marxism Students’ Study Society，简称TMS协会）在机械工程系的分支组织，同时受校TMS协会和机械工程系党委学生工作组的领导。

• 研究生团总支

清华大学机械工程系研究生团总支（简称“系研团”）受机械工程系党委研究生工作组和清华大学研究生团委的共同领导，是党组织和团组织联系青年学生的桥梁和纽带，以倡导研究生“自我教育、自我管理、自我服务”为工作原则，以全心全意为同学服务为工作宗旨，是广大研究生自我学习和成长的舞台。

• 研究生会

清华大学机械系研究生会（简称机械系研会）是机械系研究生工作组领导下的研究生组织，同时受清华大学研究生会统筹指导开展具体工作。机械系研会以全心全意为服务同学为工作宗旨，倡导研究生“自我教育、自我管理、自我服务”为原则。在学校以人才培养为目标的总体思路下，机械系研会围绕研究生相关的学术、体育、文化等主题展开具体工作，为广大研究生营造良好的成长、成才氛围，提升集体凝聚力。

清华大学机械工程系学生活动

• 科技竞赛

根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，机械工程系开展“挑战杯”竞赛、“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛、清华大学机械创新设计大赛、机械迷城大赛、新生机械创意大赛等活动。

• 文体活动

研究生文体活动：机械系开展研究生文艺体育活动：新生舞会让同学们更快的融入集体；“健行杯”系内篮球、足球、羽毛球赛增进了同学及师生之间的友谊；“一二九”革命歌曲演唱会让人铭记那段峥嵘岁月；体育俱乐部为常态化体育的开展提供了平台。机械系荣获2018~2019 学年研究生“一二九”革命歌曲演唱会艺术水准奖，2018~2019学年研究生运动会甲组总分第一。

本科生文体活动：根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，机械系自院系合并以来已开展8次学生节，分别为2011年“觉醒纪”；2012年“几度十八”；2013年“红心J”；2014年“钜械座”；2015年“匠心”；2016年“器语”；2017年“熔铸”和2018年“带着ME去流浪”。

• 社会实践

研究生社会实践活动：研究生社会实践活动主要由研团总支就业实践部负责，每学期都会组织开展学期中短期参观实践和寒暑假就业实践活动，旨在拓宽该系研究生就业视野和就业面，2018-2019年度，机械系就业实践部共派出寒暑假出行支队7支，其中5支被评为校级重点支队（暑假出行2支支队均获得银奖支队，寒假派出的3支支队有望冲击金奖支队和金奖个人）。

本科生社会实践：机械系将社会实践与学生的思想教育、专业学习、集体建设、社会服务和择业就业相结合，每年暑假组织20余支实践支队前往祖国的大江南北进行实践调研。此外，机械系也在清华大学范围内率先开展院系级实践项目，“机械力量”自2013年开始已经成功举办六期，其中第三期和第六期分别获得清华大学学生社会实践金奖支队称号。

• 志愿服务

研究生志愿服务：组织每学年四到五次大型志愿献血活动，宣传无偿献血精神；策划组织爱上实验室活动，以实验室参观形式，为不同院系的同学提供深入交流的平台，促进清华实验室建设；组织研究生到“星星雨教育研究所”进行孤独症儿童陪护活动；承办清研智播间和清研说，以线上视频形式传播文化知识，展现研究生的风采；招募校史讲解和校园讲解的志愿者；招募其他重大志愿活动的志愿者；宣传各院系的志愿活动等。机械工程系特色志愿活动包括品牌特色志愿活动“我的专业我代言”，以及新办活动“英你而在，友我同行”中外学生互助活动等。

本科生志愿服务：机械紫荆着眼于“助盲公益”、“关注教育”、“服务师生”三个方面，开展“你的声音，我的视界”、蒲公英支教、联合义诊、移动兑换等多个志愿项目。其中，“你的声音，我的视界”（助盲系列志愿活动）影响力逐年扩大，2015年获评“我最喜爱的志愿项目”第一名，2016年荣获清华大学首届优秀志愿项目铜奖；“联合义诊”项目亦荣获2016清华大学优秀志愿项目铜奖。

• 中外交流

中外学生文化交流：组织国际学生参观长城颐和园等名胜古迹，开展“Buddy Program”一对一中外学生交流活动。

国际学生学术引导：组织国际新生走访实验室、组织国际新生开学典礼暨选课活动、组织学术性讲座Top Talk。

清华大学机械工程系专业设置

根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，机械工程系所拥有的本科生专业为“机械工程”。

清华大学机械工程系学科建设

• 建设概况

根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，机械工程系拥有2个一级学科博士学位授予权，2个一级学科硕士学位授予权，3个专业学位授权领域；建设有1博士后流动站，2个全国重点学科。

博士后流动站：机械工程

一级学科博士学位授予权：机械工程、航空宇航科学与技术（航空宇航制造方向）

一级学科硕士学位授予权：机械工程、航空宇航科学与技术

专业博士学位授权领域：机械

专业硕士学位授权领域：机械、工程管理

全国重点学科：机械工程、航空宇航科学与技术

• 学科排名

根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，清华大学机械工程系机械工程学科在中国国内学科评估为A ，2020年英国QS全球机械学科排名为14。

清华大学机械工程系师资力量

根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，机械工程系教职工人数共计168人，其中在职教授48人，副教授76人，具有博士学位教师139人。另有82名在站博士后、128名合同制人员。包括中国科学院院士3人，中国工程院院士2人，教育部“长江学者计划”特聘教授10人，国家杰出青年基金奖获得者8人，教育部跨/ 新世纪优秀人才支持计划入选者13人，“万人计划”科技创新领军人才4人，国家教学名师奖获得者1人，北京市教学名师奖获得者6人。另外，还拥有国家级教学团队。

中国科学院院士：潘际銮（专职）、温诗铸（专职）、雒建斌（专职）

中国工程院院士：王玉明（专职）、柳百成（双聘）

教育部“长江学者计划”特聘教授：雒建斌、汪劲松、路新春、周明、王立平、田煜、李德才、汪家道（名单不全）

国家杰出青年基金奖获得者：雒建斌、路新春、王立平、孟永钢、褚福磊、田煜、刘辛军（名单不全）

国家级教学名师：申永胜

北京市教学名师：季林红、李德才、曾攀（名单不全）

国家级教学团队：工程材料及其加工教学团队（带头人：黄天佑）、机械设计与制造系列课程教学团队（带头人：申永胜）

北京市级教学团队：工程材料及其加工教学团队（带头人：黄天佑）、机械设计与制造系列课程教学团队（带头人：申永胜）

清华大学机械工程系教学建设

• 质量工程

根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，机械工程系拥有1个国家级特色专业建设点，1个北京市的特色专业点；建设有5门国家精品课程，3门国家精品在线开放课程；1个国家级实验教学示范中心，1个国家基础课程教学基地，1个国家实践教育中心；机械工程专业于2009年通过了全国工程教育专业认证，并于2016年通过了ABET认证（Accreditation Board for Engineering and Technology，美国工程与技术鉴定委员会的专业认证）。

• 教学成果

根据2020年5月清华大学机械工程系官网显示，机械工程系近年来，8篇博士论文入选全国优秀博士学位论文，1篇入选北京市优秀博士学位论文，5名博士生获教育部“博士研究生学术新人奖”。

清华大学机械工程系系部荣誉

2020年3月19日，清华大学计算机科学与技术系被教育部、国家语委授予“中国语言资源保护奖”先进集体称号。

机械工程系渊源于1932年成立的清华大学工学院机械工程学系，是清华大学最早成立的工科系之一，也是中国历史最悠久的工程学科院系之一。

1932年夏，清华大学成立工学院，机械工程学系归属工学院管理。机械工程学系以“造就各项机械工程专门人才，适应国内社会需要”为宗旨，设置了3 个学科组， 即原动力工程组、机械制造工程组、飞机及汽车工程组。

1937年至1945年抗战期间，机械工程学系随清华大学南迁，先后在长沙临时大学和西南联合大学办学。

1946年，随学校迁回到北京清华园。

1952年，全国高等学校院系调整，北京大学和燕京大学的机械工程学系并入清华大学机械工程学系，并取消学院建制，同时机械工程学系分为机械制造系和动力机械系。

1960年，机械制造系分为精密仪器及机械制造系和冶金系，以热加工专业为主。

1978年，机械制造系更名为机械工程系，以冷加工和精密仪器专业为主。

1971年，机械工程系改称精密仪器系。

1984年，精密仪器系改称精密仪器与机械学系。

1988年，机械工程系部分教师转入学校新成立材料科学与工程系。

1996年，精密仪器与机械学系、机械工程系、汽车工程系联合成立机械工程学院，之后工程力学系、热能工程系、工业工程系、基础工业训练中心也分别并入机械工程学院。

2001年，精密仪器与机械学系和机械工程系部分教师转入学校新成立的工业工程系。

2012年，由原机械工程系和原精密仪器与机械学系中机械工程学科的教职工组建新的机械工程系。