先进制造技术-第一章50

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1、先进制造技术先进制造技术机械工程学院 周忆2010.11课程介绍课程介绍课程介绍课程介绍教材和参考文献教材和参考文献 王润孝主编.先进制造技术导论.科学出版社，2004年 1 张根保等.先进制造技术.重庆大学出版社，1996 2 Mikell P.Groover.Fundamentals of Modern Manufacturing.JOHN WILEY&SONS,INC.2002 3 屈贤民主编.先进制造技术.机械工业出版社，2000 4 其它有关先进制造技术的文献资料第一章第一章 绪论绪论1.1 有关制造的几个基本概念1.2 制造业的发展及其在国民经济中的地位1.3 先进制造技术的内涵和

2、特点 广义：制造=生产生产与制造生产与制造1.1 有关制造的几个基本概念生产的定义生产的定义输入输出+-生产过程生产过程效益 生产财富有形（产品）无形（服务）转变效率：生产率=输出/输入生产要素生产对象（原材料）生产资料（直接、间接）能源劳动力信息（知识、技能、情报）资金从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统。制造技术制造技术 制造业和制造系统制造业和制造系统第一、二、三产业的划分第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业第二产业航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、

3、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输 制造系统结构制造系统结构经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流用户、市 场 与 外 部 环 境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造（加工、装配、检验、输送、存储 ）质量控制制造系统特性制造系统特性软件硬件 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。研究制造系统转变特性，主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。获取阶段转变阶段分配阶段原材料供应者原材料

4、库存零件加工零件库存装配成品库存最终用户制造系统特性制造系统特性压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配 车身安装 最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理汽车生产物流示意图需求订货信息生产计划信息进度计划信息作业计划信息生产结果数据生产控制信息生产技术信息产品设计信息综合生产计划生产进度计划作业计划生产实施生产控制产品设计工艺过程计划工艺过程信息计划阶段实施阶段控制阶段研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使生产活动达到最佳化。制造系统特性制造系统特性制造系统的物质流与信息流制造系统的物质流与信息流误差流物流资金流规

5、划控制需求信息流实施（车间或现场）原材料产品与服务能源能量流制造系统的五种流制造业创造了人类制造业创造了人类1 1）人从猿进化而来）人从猿进化而来,人猿分离人猿分离,是由于人学会双足行走和用手是由于人学会双足行走和用手制造并使用工具。制造并使用工具。2 2）中国的元谋人（）中国的元谋人（170170万年前的南方古猿）、非洲人早在万年前的南方古猿）、非洲人早在160160万万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始制造业。年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始制造业。饮食改善促进了脑的发展。饮食改善促进了脑的发展。200200万年前的猿人万年前的猿人 脑容量约为脑容量约为700700毫升，

6、毫升，100100万年前的直立人脑容量约为万年前的直立人脑容量约为10001000毫升，毫升，5050万万年前增加到年前增加到12001200毫升，毫升，19291929年发现的年发现的5757万年前的北京（直万年前的北京（直立）猿人为立）猿人为10501050毫升，毫升，而现代人的脑容量平均为而现代人的脑容量平均为14501450毫升，毫升，现代人的大脑皮层褶皱面积为现代人的大脑皮层褶皱面积为 1700-22001700-2200平方厘米，是黑平方厘米，是黑猩猩的猩猩的3 3倍。倍。3 3）恩格斯指出：）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造

7、工具开始的。动物所做到的最多是收集具开始的。动物所做到的最多是收集,而人则从事生产。而人则从事生产。”1.2 制造业的发展及其在国民经济中的地位用机器代替手工，从作坊形成工厂用机器代替手工，从作坊形成工厂 1919世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。从单件生产方式发展成大量生产方式从单件生产方式发展成大量生产方式 泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。福特：零件互换技术，福特：零件互换技术，19131913年建立了具有划时代意义的年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线汽车装配生产线柔性

8、化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术 柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造制造业发展的历史制造业发展的历史制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 第一次产业革命：第一次产业革命：1733-18781 1）又称为：蒸汽革命。）又称为：蒸汽革命。2 2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。3 3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4

9、4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论的诞生。）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论的诞生。第二次产业革命：第二次产业革命：1879-19451 1）又称为：电气革命。）又称为：电气革命。2 2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。子）等电气化产品。3 3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。4 4）麦克斯韦电动力学理论推动了）麦克斯韦电动力学理论推动了2020世纪初开始的无线电、微波、雷世纪初开始的无线电、微波、雷达、

10、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。发展。5 5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量子场论的创立。子场论的创立。制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 第三次产业革命：第三次产业革命：1945-19721 1）又称为：电子（原子）革命。）又称为：电子（原子）革命。2 2）产业革命的标志：原子弹（）产业革命的标志：原子弹（19451945）、电子计算机（）、电子计算机（19461946）、）、晶体管（晶体管（19481948）、集成电

11、路、微电子技术等。）、集成电路、微电子技术等。3 3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。）微电子制造技术开创了全新的信息时代。制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）研制成功。由美国工程师莫奇负责。“埃尼阿克”共使用了18000个电子管，另加1500个继电器以及其它器件，其总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米。第四次产业革命：第四次产业革命：1973-1 1）又称为：高新技术产业革命。）又称为：高新技术产业革命。2 2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电）产业革命的标志：众多高

12、新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。品、转基因产品等等。3 3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（延、溅射、化学沉积（CVDCVD）、光刻、表面贴装、自动化）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。推向顶峰。制造业在国

13、民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 60%2001年中国工程院的调查:1）中国制造业占国民生产总值的1/3 2）占整个工业生产的4/53）为国家财政提供1/3以上的收入4）贡献出口总额的90%5）就业人员8043万制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 2007年 世界制造业增加值（MVA）份额（注：按2000年不变价格估算）制造业在国民经济中的地位制造业在国民经济中的地位 纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造业面临的竞争和挑战制造业面临的竞争和挑战 78 80 828486 88 9

14、0 924 962时间时间46810平均产品寿命平均产品寿命 TL平均开发时间平均开发时间 TDTD TL年数年数研制研制周期周期交付周期交付周期研制周期研制周期0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9101070770772772773773774774775775776776777777751596263727290年年57646871828194.5(年年)波音各种机型研制交付周期比较波音各种机型研制交付周期比较制造业面临的竞争和挑战制造业面临的竞争和挑战 产品批量产品批量 更小更小汽车生产：大批量生产汽车生产：大批量生产大批量定制生产；大批量定制生产；顾客对产品功能

15、、性能、质量的要求顾客对产品功能、性能、质量的要求 更高更高 能参与全球竞争的企业能参与全球竞争的企业 更多更多 跨国公司的垄断性跨国公司的垄断性 更明显更明显 企业的兼并重组企业的兼并重组 更激烈、更动荡更激烈、更动荡 一般水平的产品及制造能力一般水平的产品及制造能力 严重过剩严重过剩 人口老龄化人口老龄化 更严重更严重 环保意识、绿色制造呼声环保意识、绿色制造呼声 更强更强制造业面临的竞争和挑战制造业面临的竞争和挑战单件单件订做订做价格高价格高工业革命工业革命小批量小批量生产生产价格高价格高19001950大批量大批量生产生产价格较低价格较低19501990中小批中小批量生产量生产价格中价

16、格中1990后单件订做单件订做小批、动态小批、动态生产生产价格低价格低制造业面临的竞争和挑战制造业面临的竞争和挑战制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点“要素”的变化“中心”的变化以产品为中心以产品为中心以顾客为中心以顾客为中心以市场为中心以市场为中心制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点“市场影响因素”的变化&Pine和 B.Joseph II “Mass Customization,The New Frontier in Business Competition.”Boston:Harvard Business School Press,0255075100低高扰动程度80年代

17、年代90年代年代54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674/质量意识质量意识价格意识价格意识服务水平服务水平对替代品的脆弱性对替代品的脆弱性产品生命周期产品生命周期经济循环依赖水平经济循环依赖水平流行流行 时尚意识时尚意识竞争强度竞争强度消费者需求及欲望的变化程度消费者需求及欲望的变化程度购买者能力购买者能力技术变化率技术变化率饱和水平饱和水平愿望的一致程度愿望的一致程度需求水平稳定性需求水平稳定性需求及消费者欲望的确定性需求及消费者欲望的确定性必需品必需品 奢侈品奢侈品价格竞争价格竞争 产品的差异性

18、产品的差异性制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点先进制造技术的先进制造技术的产生背景产生背景 先进制造技术首先由美国于20世纪80年代末提出 20世纪70年代，一批美国学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，认为制造业是“夕阳工业”，主张经济重心由制造业转向高科技产业和第三产业结果：导致美国在经济上竞争力下降，贸易逆差巨增，日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。（20世纪60年代美国汽车产量占世界汽车总产量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）1.3 先进制造技术的内涵和特点19631963年年19831983年年多轴数控机床改进核潜艇性能先进制造技术的先进制造技术的产生背景产生

19、背景 80年代后期，美国的一些国会议员、政府要员纷纷要求政府出面，协调和支持制造产业的发展，1991年，布什政府期间，美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术，其中制造技术占4项，标志着美国科技政策的转变。1988年，美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究,并于其后不久提出了“先进制造技术”发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP）”和“制造技术中心计划（MTC）”克林顿上台后，对制造业大力支持，他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续8年取得了2-3%的增长率，

20、而且还同时保持低通胀率和低失业率。先进制造技术的先进制造技术的产生背景产生背景 先进制造技术的先进制造技术的产生背景产生背景 又称“合作伙伴计划”，由美国国家标准与技术研究院（NIST）牵头目标：面向 35 万家中小企业(他们不像大企业有自己的开发能力，且资金不足)，在技术拥有者（通常为政府的研究机构、国家实验室、大学）与需要这些技术的中小企业之间建立合作的桥梁，使中小企业掌握先进制造技术，或使他们具有识别、选择适用于自己企业的先进制造技术的能力方法：一个地区设立一个中心（至 95 年已建立了 30 个中心），为中小企业展示新的制造技术和设备，并进行培训，帮助他们选用经费：国会拨款先进制造技术

21、的先进制造技术的产生背景产生背景 先进制造技术的先进制造技术的产生背景产生背景 AMT是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。要点：先进制造技术的先进制造技术的定义和体系结构定义和体系结构 面向制造的设计技术群 产品/工艺设计 计算机辅助设计 工艺过程建模和仿真 工艺规程设计 系统工程基础 快速成型技术 并行工程制造工艺技术群 材料生产工艺 加工工艺 联接与装配 测试和检测 环保技术 维修技术 其他 信息技术 接口技

22、术 集成技术 人工智能 数据库 软件工程 决策支持 标准和框架 数据标准 工艺标准 接口框架 产品定义和标准 检验标准 机床和工具技术 传感器和控制技术 质量管理 用户/供应商交互作用 工作人员培训和教育 全国监督和基准评测 技术获取和利用主主体体技技术术群群支撑支撑技术群技术群制造基础制造基础设施环境设施环境先进制造技术的先进制造技术的定义和体系结构定义和体系结构 AMST提出的AMT轮图 TQCSE基础制造技术CADCAMNC技术ROBOTFMC清洁生产技术质量与可靠性CE系统管理技术MRPCIMSIMSAM集成技术新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展）系统工程及管

23、理科学信息技术AMST提出的先进制造技术体系图 新材料技术新能源技术第二个层次是新型的制造单元技术。如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CADCAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。包括精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，如FM

24、S、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。n 设计手段计算机化l有限元法l优化设计l计算机辅助设计l反求工程技术lCAD/CAM一体化技术l工程数据库n 向全寿命周期设计发展n 由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素 设计方法现代化l产品动态分析和设计l产品可靠性l可维护性及安全设计l产品优化设计l快速响应设计l创新设计l智能设计l仿真与虚拟设计l价值工程设计l模块化设计先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容 精密、超精密加工技术l精密加工：精度为30.3m Ra0.30.03 ml超精密加工：精度为0.30.03m Ra0.30.005 ml纳米加工：精度高于0.03m Ra

25、小于0.30.005 mn 精密成型制造技术l从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展n 特种加工技术l高能束流加工（电子束、离子束、激光束）l电加工（电解和电火花)l超声波加工l高压水加工l多种能源的组合加工先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容 数控技术l数控装置l进给系统l主轴系统 NC程序编制l工业机器人l机器人操作机l控制系统l传感器l生产线总线控制n 柔性制造系统l加工系统l物流系统l调度与控制l故障诊断n 自动检测与信号识别技术l信号识别l数据获取l数据处理l特征提取与识别n 过程设备工况监测与控制l过程监视系统l在线反馈质量控制先进制造技术的学科内容先进制

26、造技术的学科内容 先进制造生产模式l计算机集成制造系统CIMSl敏捷制造系统AMSl智能制造系统IMSl精良生产LPl并行工程CE 集成管理技术l企业资源管理ERPl基于作业的成本管理ABCl现代质量保障体系l生产率工程l制造资源快速有效集成n 生产组织方法l虚拟公司理论与组织l企业组织结构的变革l以人为本的团队建设l企业重组工程先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容 AMT 是一项综合性技术是一项综合性技术 AMT不是一项具体的技术，而是利用系统工程思想和方法将各种相关技术集合成一个整体，它特别强调计算机技术、信息技术和现代管理技术在整个制造过程中的综合应用，特别强调人的主体作用，强调

27、人、技术、管理的有机结合。AMT 是一项动态技术是一项动态技术 AMT 没有一个固定的模式，它要与企业的具体情况相结合。同时AMT 也不是一成不变的，而是动态发展的，它要不断地吸收和利用各种高新技术成果，并将其渗透到制造系统的各个部分和整个过程，使其不断趋于完善。先进制造技术的特征和发展趋势先进制造技术的特征和发展趋势 1、集合多学科成果形成一个完整的制造体系 传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术、先进的管理科学2、先进制造技术的动态发展过程 不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不同时期、不同区域有各自的重点和内容。3、信息技术对先进制造技术的发展作用 越来越重要。CIMS、CE、AM、

28、虚拟企业、虚拟制造；4、向超精微细领域扩展 微型机械，纳米测量、微米/纳米加工制造；先进制造技术的特征和发展趋势先进制造技术的特征和发展趋势5、制造过程集成化 产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一体化。CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成 精密成形工艺 6、制造科学与制造技术、生产管理的融合 制造科学是制造系统和制造过程知识的系统描述。数字描述、仿真、优化、设计理论和方法、运动学、动力学、结构强度、摩擦学 制造技术包含在制造科学之中，制造科学体现在制造技术里，技术和管理由生产模式结合在一起。先进制造技术的特征和发展趋势先进制造技术的特征和发展趋势 7、绿色制造 绿色产品设计

29、技术。绿色制造技术 产品的回收和循环再制造 8、虚拟现实技术 虚拟制造技术；虚拟企业。9、制造全球化 制造企业在世界范围内的重组与集成 制造技术信息和知识的协调、合作和共享 全球制造的体系结构、制造产品及市场的分布及协调。先进制造技术的特征和发展趋势先进制造技术的特征和发展趋势我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业面临的机遇和挑战1 1）引进国外先进技术）引进国外先进技术25002500多项，占全国的多项，占全国的1/31/3以上。近几年发展的新产以上。近几年发展的新产品，品，50%50%达到达到8080年代中后期的世界水平。年代中后期的世界水平。2 2）一些重要产品的年生产能力已跃居世

30、界前列，如汽车达千万辆以上）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车达千万辆以上（20092009年）。年）。3 3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。国并称世界消费类电子产品四大生产国。4 4）成功开发生产了运七、运八、新舟）成功开发生产了运七、运八、新舟6060等支线飞机。等支线飞机。5 5）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平。如沈阳机床集团）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平。如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的5050万万伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、航空发动机、燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的60006000米米水下机器人等产品。水下机器人等产品。我国机械制造业面临的机遇和挑战我国机械制造业面临的机遇和挑战演讲完毕，谢谢观看！