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1、现代机械制造技术,南京航空航天大学 机电学院 陈富林 （025）84892509 2011年2月,研究生课程,（企业信息化与制造自动化技术）,一、先进制造技术及其发展趋势 一般认为，人类文明有三大物质支柱： 材料 能源 信息 这三大支柱都离不开人类的制造活动。没有“制造”，就没有人类。恩格斯在自然辩证法中讲道：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。”可以形象地讲，人的历程是从制造第一把石刀开始的。 制造业是“永远不落的太阳”，是现代文明的支柱之一。它是工业的主体，是提供生产工具、生活资料、科技手段、国防装备等的手段以及它们进步的依托，是现代化的动力源之一。,第一章 绪论,制造业决
2、不是“夕阳产业”，但制造技术中确有“夕阳技术”，这些技术同信息化大潮格格不入，同高科技发展不相适应，缺乏市场竞争力，甚至还可能危害生态环境。 而与制造技术中的“夕阳技术”相对应的“先进制造技术”，则是“制造技术”同“信息技术”、“管理科学”等有关科学技术交融而形成的新型技术，可以说，它是高技术的载体，无一工业发达国家不予高度关注。它有如下八个方面的发展趋势和特色：,“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设计、以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字管理。 对数字化制造设备而言，其控制参数均为数字化信号；对数字化制造企业而言，各种信息（如图形、数据、知识、技
3、能等等）均以数字形式通过网络在企业内传递，在多种数字化技术的支持下，企业对产品信息、工艺信息与资源信息进行分析、规划与重组，实现对产品设计和产品功能的仿真，对加工过程与生产组织过程的仿真或完成原型制造，从而实现生产过程的快速重组和对市场的快速反应。,对全球制造业而言，在数字制造环境下，用户借助网络发布信息，各类企业通过网络应用电子商务，实现优势互补，形成动态联盟，迅速协同设计并制造出相应的产品。,“精”是发展的关键 “精”是指加工精度及其发展。 世纪初，超精密加工的误差是微米， 年代为微米， 现在仅为微米，即纳米。,从海湾战争、科索沃战争，到阿富汗战争、伊拉克战争，武器的命中率越来越高，其实质
4、就是武器越来越“精”，也可以说，关键就是打“精度”战。 在现代超精密机械中，对精度要求极高，如人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达到纳米级；基因操作机械其移动距离为纳米级，移动精度为纳米；细微加工、纳米加工技术可达纳米以下的要求，如果借助于扫描隧道显微镜与原子力显微镜的加工，则可达纳米。,至于微电子芯片的制造，有所谓的“三超”： 超净，加工车间尘埃颗粒直径小于微米，颗粒数少于每立方英尺个； 超纯，芯片材料有害杂质，其含量要小于十亿分之一； 超精，加工精度达纳米级。 显然，没有先进制造技术，就没有先进电子技术装备；当然，没有先进电子技术与信息技术，也就没有先进制造装备。先进制造技
5、术与先进信息技术是相互渗透、相互支持、紧密结合的。,“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。 例如，能在高温、高压、高湿、强冲击、强磁场、强腐蚀等条件下工作，或有高硬度、大弹性等特点，或极大、极小、极厚、极薄、奇形怪状的产品等，都属于特需产品。 “微机电系统”就是其中之一。这是工业发达国家高度关注的一项前沿科技，亦即所谓微系统微制造。 “微机电系统”用途十分广泛。在信息领域中，用于分子存储器、原子存储器、芯片加工设备；生命领域中，用于克隆技术、基因操作系统、蛋白质追踪系统、小生理器官处理技术、分子组件装配技术。,军事武器中，用于精确制导技术、精
6、确打击技术、微型惯性平台、微光学设备； 航空航天领域中，用于微型飞机、微型卫星、“纳米”卫星（公斤以内）； 微型机器人领域中，用于各种医疗手术、管道内操作、窃听与收集情报； 此外，还用于微型测试仪器，微传感器、微显微镜、微温度计、微仪器等等。 “微机电系统”可以完成特种动作与实现特种功能，乃至可以沟通微观世界与宏观世界，其深远意义难以估量。,“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。可以说，机械是一切技术的载体，也是自动化技术的载体。 第一次工业革命，以机械化这种形式的自动化来减轻、延伸或取代人的有关体力劳
7、动； 第二次工业革命，即电气化进一步促进了自动化的发展。,据统计，从年，加工过程的效率提高为倍，即体力劳动得到了有效的解放，但管理效率只提高.至.倍，设计效率只提高.倍，这表明脑力劳动远没有得到有效的解放。 信息化、计算机化与网络化，不但可以极大地解放人的身体，而且可以有效提高人的脑力劳动水平。今天的自动化的内涵与水平已远非昔比，从控制理论、控制技术，到控制系统、控制元件等等，都有着极大的发展。自动化已成为先进制造技术发展的前提条件。,“集”是发展的方法 “集”就是集成化。 目前，“集”主要指： 现代技术的集成。机电一体化是个典型，它是高技术装备的基础。 加工技术的集成。特种加工技术及其装备是
8、个典型，如激光加工、高能束加工、电加工等等。 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。,从长远看，还有一点很值得注意，即由生物技术与制造技术集结而成的“微制造的生物方法”，或所谓的“生物制造”。它的依据是生物，是由内部生长而成“器件”，而非同一般制造技术那样由外加作用以增减材料而成“器件”。这是一个崭新的充满活力的领域，作用难以估量。,“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。制造业在市场竞争中，面临多方的压力：采购成本不断提高，产品更新速度加快，市场需求不断变化，全球化所带来的冲击日益加强等等
9、。企业要避免这一系列问题，就必须在生产组织上实行某种深刻的变革，抛弃传统的“小而全”与“大而全”的“夕阳技术”，把力量集中在自己最有竞争力的核心业务上。科学技术特别是计算机技术、网络技术的发展，使这种变革的需要成为可能。,制造技术的网络化会导致一种新的制造模式，即虚拟制造组织，这是由地理上异地分布的、组织上平等独立的多个企业，在谈判协商的基础上，建立密切合作关系，形成动态的“虚拟企业”或动态的“企业联盟”。此时，各企业致力于自己的核心业务，实现优势互补，实现资源优化动态组合与共享。,“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。 近年来，制造系统正在由原先的能量
10、驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具备柔性，而且还要表现出某种智能，以便应对大量复杂信息的处理、瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境，因此智能制造越来越受到重视。,与传统的制造相比，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。,可以说智能制造作为一种模式，是集自动化、集成化和智能化于一身，并具有不断向纵深发展的高技术含量和高技术水平的先进制造系统，也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。 它的突出之处，是在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智
11、能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。尽管智能化制造道路还很漫长，但是必将成为未来制造业的主要生产模式之一，潜力极大，前景广阔。,“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。制造业的产品从构思开始，到设计、制造、销售、使用与维修，直到回收、再制造等各阶段，都必须充分顾及环境保护与改善。不仅要保护与改善自然环境，还要保护与改善社会环境、生产环境以及生产者的身心健康。其实，保护与改善环境，也是保护与发展生产力。,在此前提下，制
12、造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的产品。作为“绿色”制造，产品必须力求同用户的工作、生活环境相适应，给人以高尚的精神享受，体现物质文明与精神文明的高度交融。因此，发展与采用一项新技术时，必须树立科学的发展观，使制造业不断迈向“绿色”制造。,上面所讲的数、精、极、自、集、网、智、绿这八个方面，彼此渗透，相互依赖，相互促进，形成一个整体。 同时，八个方面一定要扎根在“机械”和“制造”这个基础上，也就是说，要研究与发展“机械”本身与“制造”本身的理论与机理。八个方面的技术要以此理论与机理为基础来研究、开发、发展，要与此基础相辅相成，最终服务于制造业的发展。,在我国可考虑将以下十点作为优先发展方向
13、： (1)机电产品创新设计、优化设计的理论与方法。 (2)网络协同制造的策略理论与关键技术。 (3)新型成形制造原理与技术。 (4)数字装备制造理论与技术。 (5)量值溯源与新型测量的原理与技术。 (6)纳米制造科学与技术。 (7)生物制造与仿生机械的理论与技术。 (8)微系统与新一代电子制造理论与关键技术。 (9)绿色制造科学与技术。 (10)面向国家重大工程与国家安全的制造科学与技术。,这十点的前八点，同制造方法有关；这八点中，前五点同制造本身直接有关，后三点同学科交叉更有关；而第九点同制造过程有关，第十点同产品本身有关。,二、课程的主要内容,关于企业信息化与制造自动化技术 1、计算机集成
14、制造系统（CIMS） 2、机械制造柔性自动化（FMS） 3、企业资源计划（ERP） 4、制造执行系统（MES） 5、产品数据管理（PDM） 6、快速成型（RP） 7、高速加工技术（HSMT）,自学： 供应链管理（SCM） 客户关系管理（CRM）,原材料 半成品 配件,三、企业信息化与制造自动化技术的相互关系,（FMS、FML、FMC、DNC 、 RP 、FAL，CAT ）,MES,ERP,PDM,CIMS,CRM,SCM,CAD/CAM/CAPP /CAE,虚拟技术,仿真,成品,周、日计划 生产线信息,月、旬计划 计划完成,BOM,外购件计划 等供应商信息,客户定单计划 等客户信息,工艺技术文件 NC程序,客 户,供 应 商,
