{管理信息化智能制造}先进制造技术第1章34

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1、,先进制造技术,主编：徐翔民,第一章：先进制造技术概论,先进制造技术的内涵和体系结构,先进制造技术的发展趋势,2,1,3,4,先进制造技术的提出和进展,制造业的发展和挑战,1.1 概念 制造:是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。 狭义：又称为小制造，是指产品的制作过程。 广义：又称大制造或现代制造，是指产品的全生命周期过程。 国际生产工程学会1990年： 制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。,1. 制造业的发展和挑战,制造技术 制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必需物资(包括生

2、产资料和消费品)所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其它生产要素经济、合理地转化为可直接使用的具有高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。 制造过程 产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。 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。,1. 制造业的发展和挑战,制 造 系 统,1. 制造业的发展和挑战,结构特征：是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。,制 造 系 统 的 特 征,1. 制造业的发展和挑战,功能特征：输入制造系统的资源

3、（原材料、能源、信息、人力.）通过制造过程输出产品。制造系统的主要功能就是转变功能。,1. 制造业的发展和挑战,制 造 系 统 的 特 征,程序特征：是指一系列按照时间和逻辑安排的步骤。它主要从管理角度研究如何使生产活动达到最佳化。,制 造 系 统 的 特 征,1. 制造业的发展和挑战,1. 制造业的发展和挑战,制造业 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。,第一、二、三产业的划分,1. 制造业的发展和挑战,表1.1 我国制造业的30个行业,1. 制造业的发展和挑战,2012年国内生产总值初步核算数

4、据,1. 制造业的发展和挑战,我国制造业的现状,2001年中国工程院的调查结论: 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4/5 3）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（2012年达到10565万）,改革开放30年来中国制造业的进步： 1）引进国外先进技术2500多项，占全国的1/3以上。近几年发展的新产品，50%达到80年代中后期的世界水平。 2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，2012年我国汽车产量已达1600余万辆，居世界第一；至2013年底， 我国发电设备装机容量将达到12.3亿千瓦，有望超过美国成为世界上发电装机

5、容量最大的国家。我国机床的产值自2009年以来，已连续三年世界第一。 3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。 4）成功开发生产了运七、运八、新舟60等支线飞机。,我国制造业的现状,制造业的重大意义 1）在发达国家中,制造业创造了约60%的社会财富、约 45%的国民经济收入。 2）据统计，美国68%的社会财富来自于制造业。 2011年，全球200富豪榜，美国占60个。金融21个，软件互联网 传媒19个，传统产业18个。 3）CIRP在1999年的报告中指出：在国家生产力的构成中，制造技术的作用一般占55%-65%。 4）在许多国家的科技

6、发展计划中，先进制造技术都被列为优先发展的科技。,我国制造业的现状,“十二五”规划中确定的七个最具战略影响的领域: 1)节能环保 2)信息技术 3)生物产业 4)高端装备制造产业 5)新能源 6)新材料 7)新能源汽车产业,我国制造业的现状,自主创新能力明显薄弱 基础发展严重滞后 现代制造服务业发展缓慢 产业发展方式较为粗放,我国制造业存在的问题,1）社会经济发展背景 消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短。 全球性产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。 快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场，是赢得竞争，获取最大利润的关键。,2.先进制造

7、技术的提出和进展,先 进 制 造 技 术 的 产 生 背 景,2)科学技术发展背景 制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展 现代制造业成为技术密集、知识密集型产业 信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响,3)可持续发展战略 资源匮泛，污染严重 环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价 由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变,先 进 制 造 技 术 的 产 生 背 景,2.先进制造技术的提出和进展,先进制造技术的提出,手工机械化单机自动化刚性自动化柔性自动化智能自动化,制造业 生产方式,制造业 资源配置,劳动密集设备密集信息

8、密集 知识密集,制造技术,小批量少品种大批量多品种变批量,先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开展研究； 制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装备。,各国先进制造技术的发展,美 国,各国先进制造技术的发展,1990年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿大、澳大利亚等国参加，投资10亿美元实施 智能制造计划目的：通过国际共同研究，使制造业在接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中，做到生产设

9、备自律化 生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时决策变更作业过程,日 本,各国先进制造技术的发展,尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。 欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工厂自动化、生产过程管理三大课题。 欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。,欧 共 体,3.先进制造技术的内涵与体系结构,先进制造技术是以提高综合效益为目的，以人为主体，以计算机技术为支柱，综合应用系统技术、自动化

10、技术、信息、材料与工艺技术、能源与环保等高新技术以及现代系统管理技术，研究并改造制造过程作用于产品整个寿命周期的所有适用技术的总称。,先进制造技术的集成性 先进制造技术的系统性 先进制造技术应用的广泛性 先进制造技术的动态性 先进制造技术的实用性,3.先进制造技术的内涵与体系结构,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

11、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 体 技 术 群,支撑 技术群,管理 技术群,3.先进制造技术的内涵与体系结构,体 系 结 构,3.先进制造技术的内涵与体系结构,体 系 结 构,1、先进设计技术 先进设计方法 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,先进制造技术的分类,动态分析与设计 放断裂设计 耐环境设计 健壮设计 维修设计和维修保障设计 设计自动化技术 有限元分析 优化设计 产品的造型设计

12、工艺设计 模拟仿真 虚拟设计 工程数据库,产品可信性设计 可靠性设计 安全性设计,2、先进制造工艺技术 高效精密成型技术 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,现代特种加工工艺 高能束流加工（电子束、离子束、激光束） 电加工（电解和电火花) 超声波加工 高亚水加工 多种能源的组合加工,高效高精度切削加工工艺 精密和超精密加工 高速切削和磨削 复杂型面的数控加工 游离磨粒的高效加工,表面改性、制膜和涂层技术 化学镀 热喷涂技术 等离子化学气相沉积技术 激光表面熔覆处理,先进制造技术的分类,数控技术 数控装置 进给系统 主轴系统 NC程序编制

13、工业机器人 机器人操作机 控制系统 传感器 生产线总线控制,柔性制造系统 加工系统 物流系统 调度与控制 故障诊断 自动检测与信号识别技术 信号识别 数据获取 数据处理 特征提取与识别 过程设备工况监测与控制 过程监视系统 在线反馈质量控制,3、先进制造自动化技术,先进制造技术的分类,4、先进制造模式 计算机集成制造系统CIMS 敏捷制造系统AMS 智能制造系统IMS 精益生产LP 并行工程CE,5、先进管理技术 现代管理信息系统 物流系统管理 工作流管理 产品数据管理 质量保障体系,先进制造技术的分类,精密化柔性化网络化虚拟化智能化清洁化集成化全球化,4. 先进制造技术的发展趋势,1、集合多

14、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、虚拟企业、虚拟制造； 4、设计技术不断现代化 设计手段的计算机化；新的设计方法、设计思想不断出现；向全生命周期设计发展,5、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； 6、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 7、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。 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。,精密化柔性化网络化虚拟化智能化清洁化集成化全球化,4. 先进制造技术的发展趋势,8、绿色制造 绿色产品设计技术。 绿色制造技术 产品的回收和循环再制造 9、虚拟现实技术 虚拟制造技术； 虚拟企业。 10、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。,精密化柔性化网络化虚拟化智能化清洁化集成化全球化,4. 先进制造技术的发展趋势,