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1、先进制造技术（第3版）,北京理工大学出版社,第1章 先进制造技术概论,1.1 制造、制造系统和制造业 1.2 先进制造技术的发展 1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,1.1 制造、制造系统和制造业,1.1.1 制造、制造系统和制造业 制造（manufacturing）是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。 狭义的制造：是指生产车间内与物流有关的加工和装配过 程； 广义的制造：包含市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服
2、务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。,下一页,返回,1.1 制造、制造系统和制造业,制造系统是指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。 制造业是指以制造技术为主导技术进行产品制造的行业。随着人类工业文明的不断进步，制造业已成为国家经济和综合国力的基础。 一方面直接创造价值，成为社会财富的主要创造者和国民经济收入的重要来源； 另一方面，它为国民经济各部门，包括国防和科学技术的进步及发展提供先进的手段和装备。制造业的发达与先进程度是国家工业化的表征。,上一页,下一页,返回,1.1 制造、制造系统和制造业,1.1.2 制造业的地位和
3、作用 在国民经济产业结构中通常有三大产业：第一产业为农业；第二产业为工业；第三产业。 我国工业在国民经济中所占比例为52，其中的制造业产值又占工业总产值的约45 制造业的发展对一个国家的经济、社会以至文化的影响是十分巨大和深刻的，制造业在国民经济中的地位和作用： 1）人们的物质消费水平的提高，有赖于制造技术和制造业的发展。 2）制造业，特别是机械装备制造业，其技术发展水平不仅决定一个企业现时的竞争力，更决定全社会的长远效益和经济的持续增长。可以说，制造业是实现经济增长的物质保证。,上一页,下一页,返回,1.1 制造、制造系统和制造业,3）制成品出口在国际商品贸易中一直占有较大的份额，发展制造业
4、，提高制造技术是影响发展对外贸易的关键因素。 4）要加快经济增长，在第一产业的农业、第二产业中的制造业与第三产业的服务业之间必须保持协调发展。 5）制造业是加快信息产业发展的物质基础。 6）制造业是加快农业劳动力转移和就业的重要途径。 7）制造业是加快发展科学技术和教育事业的重要物质支撑，它不仅为科技发展和教育发展提供经费支持，还为研究开发提供许多重要的研究方向与课题及先进的实验装备。 8）制造业也是实现军事现代化和保障国家基本安全的基本条件。,上一页,下一页,返回,1.2 先进制造技术的发展,1.2.1 先进制造技术产生背景 先进制造技术(Advanced Manufacturing Tec
5、hnologyAMT)的产生不仅是科学技术范畴的事情，而且也是人类历史发展和文明进步的必然结果。 1社会经济发展背景 市场环境发生了巨大的变化，消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，全球性产业结构调整步伐加快；制造业的核心要素是质量、成本和生产率。 2科学技术发展背景 集机械、材料、电子及信息等多门学科的交叉科学制造工程学。 3可持续发展战略 既满足当代人的需求，又不对子孙后代满足其需要之生存环境构成危害的发展。,下一页,返回,1.2 先进制造技术的发展,1.2.2 制造技术的进步和发展 制造技术是制造业所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附
6、加值的成品（半成品）和技术服务的技术群。 制造业的生产规模沿着“小批量少品种大批量多品种变批量”的方向发展。 在科学技术高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集设备密集信息密集知识密集”的方向发展。 与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工机械化单机自动化刚性流水自动化柔性自动化智能自动化”的方向发展。,上一页,下一页,返回,1.2 先进制造技术的发展,自18世纪以来，制造技术的发展经历了五个发展时期。 （1）工场式生产时期 18世纪后半叶，以蒸汽机和工具机的发明为标志的产业革命，促成了制造企业的雏形。 （2）工业化规模生产时期 19世纪电气技术得到了发展，由于电气技术与其他制造技术的
7、融合，开辟了崭新的电气化新时代。 （3）刚性自动化发展时期 20世纪初，内燃机的发明，引起了制造业的革命，流水生产线和泰勒式工作制及其科学管理方法得到了应用。 （4）柔性自动化发展时期 计算机、微电子、信息和自动化技术有了迅速的发展，推动了生产模式由大中批量生产自动化向多品种小批量柔性生产自动化转变。 （5）综合自动化发展时期 自20世纪80年代以来，制造业中包括设计、制造和管理在内的单元自动化技术逐渐成熟和完善。,上一页,下一页,返回,1.2 先进制造技术的发展,1.2.3 先进制造技术的发展趋势 1 数是发展的核心 数是指制造领域的数字化。它包括以设计为中心的数字制造、以控制为中心的数字制
8、造和以管理为中心的数字制造。 2 精是发展的关键精是指加工精度及其发展。 20世纪初，超精密加工的误差是10微米，7080年代为0.0l微米，现在仅为0.001微米，即l纳米。 3极是发展的焦点。 极就是极端条件，是指生产特需产品的制造技术，必须达到极的要求。 4自是发展的条件自就是自动化。它是减轻、强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化总是伴随有关机械或工具来实现的 。 5集是发展的方法集就是集成化。主要指：现代技术的集成。加工技术的集成。企业的集成，即管理的集成，包括生产信息、功能、过程的集成，也包括企业内部的集成和企业外部的集成。,1.2 先进制造技术的发展,1.2.3 先进制
9、造技术的发展趋势 6网是发展的道路网就是网络化。制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路。 7智是发展的前景智就是智能化。制造技术的智能化是制造技术发展的前景。智能制造系统具有以下特点：人机一体化；自律能力强；自组织与超柔性；学习能力与自我维护能力；在未来，具有更高级的类人思维的能力。 8绿是发展的必然绿就是绿色制造。人类必须从各方面促使自身的发展与自然界和谐一致，制造技术也不例外。,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,1.3.1 先进制造技术的内涵及技术构成 先进制造技术是在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息、材料、能源、以及现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工装配
10、、检验测试、经营管理、售后服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 先进制造技术的内涵和层次及其技术构成图1-1。,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,1.3.1 先进制造技术的内涵及技术构成 1基础技术 第一层次是优质、高效、低耗、少无污染基础制造技术。基础技术主要有精密下料、精密成形、精密加工、精密测量、少无氧化热处理、气体保护焊及埋弧焊、功能性防护涂层等。 2新型单元技术 第二个层次是新型的先进制造单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、
11、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新的制造技术。 3集成技术 第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息、计算机和系统管理技术对上述两个层次的技术局部或系统集成而形成的先进制造技术的高级阶段。,上一页,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,1.3.2 先进制造技术的特点 （1）系统性 由于计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术和先进管理等技术的引入，并与传统制造技术的结合，使先进制造技术成为一个能够驾驭生产过程中的物质流、信息流和能量流的系统工程；而传统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流和能量流。 （2）广泛性 传统制造技术通常只是指将原材料变为成品的各种加工工艺
12、，而先进制造技术则贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维护的整个过程，成为“市场设计开发加工制造市场”的大系统。,上一页,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,（3）集成性 传统制造技术的学科专业单一、独立，相互间界限分明；而先进制造技术由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科制造系统工程。 （4）动态性 先进制造技术是在针对一定的应用目标，不断吸收各种高新技术逐渐形成和发展起来的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。反映在不同的时期、不同的国家和地区，先进制
13、造技术有其自身不同的特点、重点、目标和内容。,上一页,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,（5）实用性 先进制造技术的发展是针对某一具体的制造需求而发展起来的先进、实用的技术，有着明确的需求导向。先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的，而是注重产生最好的实践效果，以促进国家经济的快速增长和提高企业综合竞争力。 1.3.3 先进制造技术的体系结构及其分类 1先进制造技术的体系结构 1994年美国联邦科学、工程和技术协调委员会将先进制造技术分为三个技术群：主技术群、支撑技术群、管理技术群。这三个技术群体相互联系、相互促进、组成一个完整的 体系，每个部分均不可或缺，否则就很难发挥预
14、期的整体功能效益。图1-2所示为先进制造技术的体系结构。,上一页,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,2先进制造技术的分类 根据先进制造技术的功能和研究对象： （1）现代设计技术 根据产品功能要求，应用现代技术和科学知识，制定设计方案并使方案付诸实施的技术，包含如下的内容： 1）现代设计方法。包括有模块化设计、系统化设计、价值工程、模糊设计、面向对象的设计、反求工程、并行设计、绿色设计、工业设计等。 2）产品可信性设计。产品的可信性是产品的可用性、可靠性和维修保障性的综合。可信性设计包括可靠性设计、安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、防疲劳设计、耐环境设计、维修设计和维修保
15、障设计等。 3）设计自动化技术。是指用计算机软硬件工具辅助完成设计任务和过程的技术，它包括产品的造型设计、工艺设计、工程图生成、有限元分析、优化设计、模拟仿真、虚拟设计、工程数据库等内容。,上一页,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,（2）先进制造工艺 先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础，是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。1）高效精密成形技术。它是生产局部或全部无余量或少余量半成品工艺的统称，包括精密洁净铸造成形工艺、精确高效塑性成形工艺、优质高效焊接及切割技术、优质低耗洁净热处理技术、快速成形和制造技术等。 2）高效高精度切削加工工艺。包括有精密和超精密加工、高
16、速切削和磨削、复杂型面的数控加工、游离磨粒的高效加工等。 3）现代特种加工工艺。它是指那些不属于常规加工范畴的加工工艺，如高能束加工（电子束、离子束、激光束加工）、电加工（电解和电火花加工）、超声波加工、高压水射流加工、多种能源的复合加工、纳米技术及微细加工等。,上一页,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,4）表面改性、制膜和涂层技术。它是采用物理、化学、金属学、高分子化学、电学、光学和机械学等技术及其组合，赋予产品表面耐磨、耐蚀、耐(隔)热、耐辐射、抗疲劳的特殊功能，从而达到提高产品质量、延长使用寿命、赋予产品新性能的新技术统称，是表面工程的重要组成部分。 （3）加工自动化技术 加工自动化是用机电设备工具取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。,上一页,下一页,返回,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,（4）现代生产管理技术 现代生产管理技术是指制造型企业在从市场开发、产品设计、生产
