第1章先进制造技术概述精编版

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1、1,邱辰公共邮箱：密码：xdzzjs,2,先进制造技术,教案2013,3,第1章 先进制造技术概述,4,1.1 制造技术的基本概念与发展（1）,1.1.1 制造与制造业概念 制造的原意手工制作。 天工开物： 明末科学家宋应星（1587-1661），字长庚，江西奉新人）撰。,5,1.1.1 制造与制造业概念 制造的原意手工制作。 现在理解为制造企业的生产活动。 制造的过程： 制造应包括从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输、售后服务直至产品报废处理的全过程。,1.1 制造技术的基本概念与发展,6,1.1.1制造与制造业概念 制造的定义 制造业,1.1 制造技术的基本概念与发

2、展,7,产业的划分 第一产业 第二产业 第三产业,1.1 制造技术的基本概念与发展,8,制造业在国民经济中的地位 用几个简单的数字说明： 在先进的工业化国家中： 国民经济总收入的60以上来源于制造业。 从就业人口比例来看，约有14的人口从事于制造业，而在非制造业部门中，又有约半数人员的工作性质与制造业密切相关。 据美国国家生产力委员会调查，在企业生产力构成中，制造技术的作用约占62。,1.1 制造技术的基本概念与发展,9,表1.1 制造业及其发展概况(10),10,评价方法： 用制造业占国内生产总值（GDP）的比率表示。,11,由上表可见制造业在国民经济中的地位。,下表： 制造业占GDP的比重

3、,12,1.1.2 制造技术的发展 人类文明的发展与制造业的进步密切相关。 石器时代 青铜器和铁器时代 18世纪70年代，第一次工业革命,1.1 制造技术的基本概念与发展,13,1.1.2 制造技术的发展 人类文明的发展与制造业的进步密切相关。 19世纪中叶，电磁场理论的建立；发电机、电动机；电气化时代；互换性原理和公差制度。 20世纪初，内燃机的发明；汽车；自动生产线；泰勒科学管理理论；大批量生产(Mass Production)的时代。,1.1 制造技术的基本概念与发展,14,1.1.2 制造技术的发展 二次世界大战后，通信技术；电子计算机、集成电路；运筹学、现代控制论、系统工程等软科学；

4、数控机床；中小批量生产自动化；小小批量生产。,1.1 制造技术的基本概念与发展,15,1.1.2 制造技术的发展 制造技术三个发展阶段 用机器代替手工，从作坊形成工厂； 从单件生产方式发展成大量生产方式； 柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术。,1.1 制造技术的基本概念与发展,16,1.1.3 现代制造及其技术的发展 制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。影响其发展主要的因素是技术的推动、市场的牵引和人类的需求不断变化。（归纳） 两百年来，制造业的生产规模的发展方向： 小批量少品种大批量多品种变批量 制造业的资源配置的发展方向： 劳动密集设备密集信息密集知识密集 制造

5、技术的生产方式的发展方向： 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,1.1 制造技术的基本概念与发展,17,1.1.3 现代制造及其技术的发展 在制造技术和工艺方法上： 重视必不可少的辅助工序； 重视工艺装备 重视物流、检验、包装及储藏， 不断吸收微电子、计算机和自动化等高新技术成果， 并实现上述技术的局部或系统集成。,1.1 制造技术的基本概念与发展,18,1.1.4 先进制造技术产生的背景 AMT首先由美国于20世纪80年代末提出。 二次世界大战及稍后时期，美国制造业，霸主地位； 20世纪70年代，制造业，夕阳工业，贸易逆差剧增，日本家电、汽车； 20世纪80年代， “东芝

6、事件”、 “美国经济衰退己威胁到国家安全”、“技术是经济的发动机” “2l世纪制造企业战略” 。,1.1 制造技术的基本概念与发展,19,1.1.4 先进制造技术产生的背景 1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关键技术”报告，重新确立了制造业的地位。 1993年，克林顿在硅谷发表题为“促进美国经济增长的技术增强经济实力的新方向”的演说，对制造业给予了实质性强有力的支持。,1.1 制造技术的基本概念与发展,20,1.1.5 先进制造技术在我国的发展状况 国家计委、国家科委、国家经贸委在联合编制全国科技发展“九五”计划和到2010年长期规划中明确将先进制造技术专项列入高技术研究与发展专

7、题。 在“九五”计划的实施中，国家科学技术部的“国家科技攻关计划”、“国家高新技术研究发展计划”、“国家基础研究重大项目计划(攀登计划预选项目)”、“国家技术创新技术”都列入有关项目并付诸实施。,1.1 制造技术的基本概念与发展,21,1.1.5 先进制造技术在我国的发展状况 计算机辅助设计（CAD）技术普及化 快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模 精密成形与加工技术水平显著提高，在汽车零部件、重大装配制造中获得广泛应用。 热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”。 激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效益。 数控技术取得重要进展

8、，国内市场占有率有所提高。,1.1 制造技术的基本概念与发展,22,1.1.5 先进制造技术在我国的发展状况 现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定的基础。 微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术正向微观领域扩展。 现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际上占有一席之地。 新生产模式的研究和实践具有特色，推动了中国制造业的技术进步和管理现代化20世纪90年代，中国在汽车制造业中首先推广精良生产。,1.1 制造技术的基本概念与发展,23,1.2.1先进制造技术的定义 至今尚无公认的定义。可以认为：先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加

9、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，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 对上述定义进行分析，可归纳出如下要点： 先进制造技术的核心：是信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合； 先进制造技术的结果：是生产各项指标得到提高； 先进制造技术的目标：是提高制造业对市场的适应能力和竞争力；,1.2 先进制造技术的内涵及特点,24,1.2.2 先进制造技术的内涵及技术构成,1.2 先进制造技术的内涵及特点,25,1.2.3 先进制造技术的特点 先进性 广泛性 实用性 集成性 系统性 动态性,1.2 先进制造技术的内涵及特

10、点,26,1.3 先进制造技术的体系结构及分类,1.3.1 先进制造技术的体系结构 1美国科学、工程和技术协调委员会（FCCSET） AMT包括主体技术群、支撑技术群和制造技术环境三个部分。,27,1.3 先进制造技术的定义和体系结构 (3) 先进制造技术的体系结构,主体技术群,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 .系统工程集成 .工作环境设计 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,支撑技术群 信息技术 接口和通信 数据库 集成框架 。软件工程 人工智能 决策支

11、持 标准和框架 数据标准 产品定义和标准 工艺标准 检验标准 接口框架 机床和工具技术 传感器和控制技术,制造技术环境 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,28,1.3 先进制造技术的体系结构及分类,1.3.2 先进制造技术的分类 现代设计技术 计算机辅助设计技术 性能优良设计基础技术 竞争优势创建技术 全寿命设计技术 可持续性发展产品设计技术 设计试验技术,先进制造工艺技术 精密洁净铸造成形 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 高效高精机械加工工艺 现代特种加工工艺 新型材料成形与加工工艺 优质清洁表面工程新

12、技术 快速模具制造技术,制造自动化技术 数控技术 工业机器人 柔性制造系统（FMS） 自动检测及信号识别技术 过程设备工况监测与控制,制造自动化技术 先进制造生产模式 集成管理技术 生产组织方法,29,1.4 先进制造技术发展趋势,传统制造技术向高效化、敏捷化、清洁化方 向发展 向高效化方向发展 向敏捷化方向发展 向清洁化方向发展,先进制造技术向精密化、多样化、复合化方 向发展 向精密化方向发展 向多样化方向发展 向复合化方向发展,30,1.4 先进制造技术发展趋势,制造系统向柔性化、集成化、智能化、全球 化方向发展 向柔性化方向发展 向集成化方向发展 向智能化方向发展 向全球化方向发展,制造

13、科学、技术与管理向交叉化、综合化方 向发展 向交叉化方向发展 向综合化方向发展,31,1.4 先进制造技术的特点和发展趋势 (6),1.4.2 先进制造技术的发展趋势 1制造自动化技术向纵深方向发展 制造自动化经历了由刚性自动化、可编程自动化和综合自动化的发展过程。 发展趋势： 1)集成化 2)柔性化 3)网络化 4)虚拟化 5)智能化,32,1.4 先进制造技术的特点和发展趋势 (7),33,1.4 先进制造技术的特点和发展趋势 (8),1)集成化 集成化的发展将使制造企业各部门之间以及制造活动各阶段之间的界限逐渐淡化，并最终向一体化的目标迈进。CADCAPPCAM系统的出现，使设计、制造不

14、再是截然分开的两个阶段；FMC、FMS的发展，使加工过程、检测过程、控制过程、物流过程融为一体；而计算机集成制造(CIM)的核心更是通过信息集成，使一个个自动化孤岛有机地联系在一起，以发挥更大的效益：并行工程(CE)则强调产品及其相关过程设计的集成，这实际上是在一个更深层次上的集成。,34,1.4 先进制造技术的特点和发展趋势 (9),2)柔性化 制造自动化系统从刚性自动化发展到可编程自动化，再发展到综合自动化，系统的柔性越来越大。进一步的发展要求能够快速实现制造系统的重组(包括企业内部制造设备与工具系统的重组，以及企业之间的重组)。模块化技术是提高制造自动化系统柔性的重要策略和方法。 3)网

15、络化 通信与交通的迅速发展大大加速了市场全球化的进程，而计算机网络的问世和发展则为制造全球化奠定了基础。计算机集成制造系统通常采用局域网，以实现企业内部的信息传输与信息集成。广域网使企业之间的信息传输与信息集成以及异地制造成为可能。电子商务目前已经得到实际应用，网络化制造正在成为制造自动化技术的研究热点。,35,1.4 先进制造技术的特点和发展趋势 (10),4)虚拟化 虚拟制造(VM)以系统建模技术和计算机仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、信息技术、并行工程、人工智能、多媒体技术等高新技术为一体的综合系统技术。虚拟制造将现实制造环境及制造过程，通过建立系统模型映射到计算机及相关技

16、术所支持的虚拟环境中，在虚拟环境中模拟现实制造环境及制造过程的一切活动及产品制造全过程，从而对产品设计、制造过程及制造系统进行预测和评价。 5)智能化 智能制造的主要策略是综合采用各学科、各种先进技术和方法(人工智能、材料科学、控制理论、计算机技术、人类科学、信息科学、管理科学)，解决和处理制造系统中的各种问题。实现“完善生产”。,36,1.4 先进制造技术的特点和发展趋势 (11),1.4.2 先进制造技术的发展趋势 2传统制造技术不断改进，新型制造技术迅速发展 （1）产品设计 传统产品设计方法的改进主要是CAD和CAE技术的全面应用。计算机辅助技术的迅速发展，出现了许多新的设计思想和设计方法，包括并行设计(Concurrent Design)、面向“X”的设计(Design for X DFX)、健壮设计(Robust Design)、优化设计(Optimal Design)、反求工程技术(Reverse Engineering)等，并己得到实际应用。现代设计思想和设计方法的提出与发展，将会使传统产品设计方法产生深刻的变革。,37,1.4 先进制造技术