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1、机械制造工程学 MachineManufacturingEngineering 第一章绪论 制造业的地位和作用 我国制造业的现状 机械制造业的发展 机械制造工程学的研究对象 教材及主要参考书目 考核方式 一 制造业的地位和作用 制造业是指对采掘的自然物质资源和工农生产的原材料进行加工和再加工 为国民经济其他部门提供生产资料 为全社会提供日用消费品的社会生产制造部门 机械制造业的任务 围绕各种工程材料的加工技术 研究其工艺并设计和制造各种工艺装备 也为新兴的产业群提供从未有过的技术装备 制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机美国 68 的财富来源于制造业 日本 49 的国民生产总值 GNP
2、 来源于制造业 中国 2001年制造业增加值 37613 1亿元占国民生产总值的39 21 占工业生产总值的77 61 上交税金4398 17亿元 占国家税收总额的30 和财政收入的27 过去50年的经济统计数据显示 我国制造业的工业增加值增长率高出国民生产总值增长率约3 8个百分点 一 制造业的地位和作用 制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重要基石制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的关键产业2001年我国制造业全部从业人员8083万人 约占全国工业从业人员总数的90 13 全国全部从业人口的11 1 2001年我国制造业出口创汇2398亿元 占全国外贸出口总额90 制造业是国家安全的重要保
3、障 一 制造业的地位和作用 制造技术支持着制造业的健康发展 先进的制造技术使一个国家的制造业乃至国民经济处于有竞争力的地位 忽视制造技术的发展 就会导致国家经济的衰退 事例1 半导体 晶体管是美国发明的 由此兴起的微电子工业也可以说纯粹是美国的首创工业 然而在70 80年代间不到十年的时间里 其半导体的市场份额由60 降到了40 消费电子产品则几乎全军覆没 电视机仅有15 的国内市场 其余全部被日本占领 事例2 汽车的大批大量生产方式出自美国 汽车工业也成为美国的最大工业 1955年 美国进口汽车仅占1 1987年 美国进口汽车上升到31 1989年 美国汽车世界市场占有率从75 下降到25
4、事例3 在机床行业 美国 1980年NC机床自给率80 1981 1987年 机床企业从1400家减少到500家 进口率达50 日本 1988年机床产值居世界首位 占世界总量1 4 由此可以看出 经济的竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争 没有发达的制造业就不可能有国家的真正繁荣与强大 国与国之间的竞争主要是制造业的竞争 一个没有制造能力的民族是没有希望的民族 高度发达的现代制造业是一个国家综合国力和国际竞争力的集中体现 中科院院长 路甬祥院士 各国相应制定本国振兴制造业和发展制造业的计划 美国在90年代初 首先提出了发展 先进制造技术 AMT 1994年被美国政府定为 先进技术制造年 日本
5、 智能制造技术 德国 面向未来的生产 英国 国家纳米计划 韩国 G 7计划 欧共体 尤里卡计划 2001年中国工程院组织25位院士和40多位专家对我国制造业的现状 作用 地位及发展趋势和对策进行了调查研究 向国务院及有关部委提交了 新世纪如何提高和发展我国制造业的研究报告 二 我国制造业的现状 按2001年统计 我国制造业由29个行业组成 主要的可归为三类 轻工纺织制造业 占30 58 资源 包括原材料和能源 加工工业 占33 93 机械电子制造业 占34 16 相对发达国家 我国机械电子制造所占比例偏低 以1996年为例 美国为41 6 日本为43 63 德国为46 4 法国为39 63 英
6、国为37 33 韩国为45 3 二 我国制造业的现状 已建立了一个比较完整的工业体系 提供重大装备的能力不断提高如 为上海磁悬浮列车项目提供有8台数控落地镗铣床组成的轨道深加工自动线 年产1 2千万吨级不同开采工艺的露天矿采掘和年产500万吨级井下矿采掘成套设备 葛洲坝枢纽工程170兆瓦 转轮直径11 3米轴流式水电机组 300兆瓦核电站成套设备 500千伏交流输变电成套设备 水下机器人 激光照排设备 正负电子对撞机 曙光 银河 联想等巨型计算机 主战坦克 新舟60客机 飞豹轰炸机 神舟号无人飞船 核动力潜艇 两弹一星等 二 我国制造业的现状 制造业总体生产规模已居世界第四位 众多制成品产量已
7、居世界前列 制造大国但非制造强国 各具特色的制造业聚集地逐渐形成珠江三角洲 长江三角洲已成为全球重要的家电 电子及通信设备制造聚集地 东北重大成套设备制造聚集地 川陕国防装备制造聚集地等正稳定地为国民经济和国防建设发挥着不可或缺的作用 我国目前处于工业化的中期 二 我国制造业的现状 存在的问题 总体规模仍然偏小 仅为美国的1 5 日本的1 4 制造业的人均劳动生产率过低 仅为美国的1 25 日本的1 26 德国的1 20 制造业结构呈轻型化状态 表现为机械电子制造所占比例偏低 装备制造能力尤为偏低 存在问题 技术创新能力和自主开发能力薄弱 突出表现为 机械产品技术来源的57 来自国外 绝大多数
8、电子及通信设备的核心技术依赖进口 产品开发周期过长 企业对市场的快速反应能力差 我国机械新产品的平均开发周期为18个月 美国 1990年 新产品设计周期3个星期 试制周期3个月 先进制造技术在国内尚处于初级开发阶段 普及率较低 与发达国家存在着阶段性差距 低水平生产能力严重过剩 据第三次全国工业普查 机械 电子 化工 轻工 冶金等行业生产能力利用率分别为51 86 54 45 54 9 46 09 和35 55 中国是制造业大国 但不是制造业强国 光纤制造设备的100 集成电路芯片制造设备的85 主要机械产品的技术来源57 依靠进口 制造强国的主要标志 具备强大的产品自主开发能力和技术创新能力
9、 拥有大批具有自主知识产权的重要产品和国际领先的重要制造技术 拥有众多国际知名品牌 拥有一批具有国际竞争力的制造企业 及强大的营销网络 拥有一批具有工程总承包能力的设计和工程公司 拥有一支具有国际竞争力的工程技术经营管理和技术工人队伍 具有卓有成效的人才培训体系 形成具有国际先进水平的技术标准和法规体系 并在一些重要领域引领国际标准的制定及全球应用 形成若干在国际上知名 各具特色的制造业聚集地或制造中心 依托强大的装备制造业为基础 能够及时提供各行业所必需的保证技术 要求具有国际竞争力的先进装备 制造强国的主要标志 中国制造 世界制造加工车间 研究 开发 订单 制造 销售 服务 硅谷 新竹 东
10、莞 利润率25 利润率15 利润率5 北京发展现代制造业的战略目标 三年见成效从2003 2005年 是现代制造业的起步打造阶段 产业基地建设将初见成效 五到八年翻一番2006年至2010年 现代制造业进入总量扩张阶段 成为首都经济新的支柱 工业总产值实现翻番 十五至二十年创一流2011年至2020年 现代制造业进入质量提升阶段 成为全国重要制造基地之一 高技术制造业要跻身世界一流 四大产业基地 发展目标 北京汽车工业基地 一个基地 三个板块 的发展格局 即 构建以顺义汽车城为中心 包括昌平 怀柔部分地区的汽车生产基地 形成以现代汽车为代表的轿车板块 切诺基为代表的运动休闲车板块 福田汽车为代
11、表的商用车板块 用5至8年的时间使北京成为中国最大的汽车生产基地之一 保持年递增15 到2005年达到年产48万辆的规模 实现产值400亿元 到2010年达到年产67万辆的规模 实现产值550亿元 四大产业基地 发展目标 北方微电子产业基地 在北京经济开发区 八大处高科技园区和林河工业开发区的基础上 建设国家集成电路研发中心 使微电子产业基地总体技术水平继续在国内居领先地位 保持年递增30 到2005年实现产值260亿元 到2010年实现产值1000亿元 四大产业基地 发展目标 光机电一体化产业基地 一个基地 四个园区 的发展模式 即 形成通州光机电产业基地和北京技术开发区 电子城科技园 丰台
12、科技园和昌平科技园 用5至8年的时间建成现代化的北方综合基地 成为我国光机电一体化产业设计和总成技术的制造中心 保持年递增20 到2005年实现产值320亿元 到2010年实现产值800亿元 四大产业基地 发展目标 生物工程和新医药产业基地 发展以中关村生命科学园为核心的科技创新区域 使其发展成为生物工程和新医药产业的创新基地 以北京经济开发区为核心 包括大兴 通州区域 使其成为生物工程和新医药的产业化基地 保持年递增30 到2005年实现产值230亿元 到2010年实现产值460亿元 三 机械制造业的发展 机械制造工艺方法进一步完善与开拓 如 激光加工 电加工 射流加工 快速原型制造技术等先
13、进的加工方法都在不断的完善与发展 水射流加工 压力可达 100 1000MPa 流量 0 5 25l min 水流速 500 900m s切割180mm钢板 切口公差 0 06 0 25mm 切口仅 0 015mm 三 机械制造业的发展 机械制造工艺方法进一步完善与开拓 加工技术向高精度发展 预测 21世纪初 前30年 普通加工 1 m精密加工 0 01 m超精密加工 0 001 m 21世纪的超精密加工将向分子级 原子级精度推进 三 机械制造业的发展 三 机械制造业的发展 加工技术向高度自动化方向发展 随着计算机技术的发展 相继出现CNC机床 柔性制造系统FMS FlexibleManufa
14、cturingSystem 计算机集成制造系统CIMS ComputerIntegratedManufacturingSystem 源于古希腊的阿基米德螺旋泵 B C287 212 1100年苏颂主持制造的水运仪象台 由水力驱动力 代表了当时机械制造的先进水平 是当时世界上先进的天文钟 现代纺纱机 卡特赖特纺纱机 1785 珍妮纺纱机 1764 1797年莫兹利制造的第一台螺纹切削车床 四 本课程的研究对象 机械制造工程学是以机械制造中的工艺问题为研究对象的一门应用性制造技术学科 主要研究各种机械的制造过程和方法 主要的研究范围是零件的机械加工和产品的装配两部分 现代制造追求的目标 高质量 高
15、效率 低成本和自动化 事例1 事例1 在滚齿机上用齿轮滚刀加工蜗轮 事例2 事例3 实现零件的加工应考虑的问题 毛坯通过什么样的工艺路线加工成合格零件 选择什么样的机床和工艺装备 使用什么样的刀具 工件的装夹方法 如何检测加工表面质量 包括精度和加工表面状态 需要研究切削加工机理和切削加工过程中的现象 需要考虑机器的装配方法 制造工艺 机床工作原理 刀具的设计与制造 定位原理 装配工艺 优化加工过程 加工精度及表面质量 课程的特点 实践性强 内容广泛 灵活多变 具体学习内容 总学时56学时 包括 金属切削加工的基础知识10学时 金属切削机床及刀具8学时 工艺规程的制订12学时 机械加工精度6学时 表面质量4学时 装配工艺6学时 工装设计8学时 现代制造技术简介2学时 五 教材及主要参考书目 机械制造技术基础 韩秋实主编 机械工业出版社 机械制造工程原理 冯之敬主编 清华大学出版社 机械制造工艺学 王启平主编 哈尔滨工业大学出版社 机械制造工艺学 上册 王先逵主编 清华大学出版社 机械制造技术基础 张福润主编 华中理工大学出版社 六 考核方式 统一的期末考试70 平时成绩 实验 作业 出勤 30
