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1、先进制造系统,第 1 章 先进制造系统总论第 2 章 先进制造系统基本原理第 3 章 先进制造模式 第 4 章 先进设计技术第 5 章 先进制造装备及技术 第 6 章 先进制造工艺技术 第 7 章 绿色设计与制造第 8 章 典型产品的制造系统 第 9 章 制造系统展望,第1章 先进制造系统总论,1.1 制造与制造业的概念1.2 制造业的发展与作用1.3 我国制造业的现状1.5 先进制造系统的概念 1.6 先进制造模式的概念 1.7 先进制造技术的概念,1.1.1 制造的内涵,1.制造的原意制造的英文为manufacture， manufacturing。该词起源于拉丁文词根 manu（手）和f
2、acere（做）。 这说明几百年来人们把制造理解为用手来做。随着社会进步和制造活动的发展,制造的概念不断进化。,1.1.1 制造的内涵,2.制造的含义（1）狭义制造 制作过程（机械工艺过程或机械加工过程） 原材料 产品 物理、化学变化（2）广义制造 指产品的整个生命周期过程,制造本质： 将原有资源（如物料、能量、资金、人员、信息等）按照社会需求转变为有更高实用价值的新资源（如有形的产品和无形的软件、服务）的过程。,1.1.3 制造业的内涵及构成,1. 制造业的内涵所有与制造有关的企业生产机构的总体。对原材料加工或再加工以及对零部件装配工业的总称。分类： 消费品、资本品（即装备） 轻型、重型 民
3、用、军工 传统、现代,1.1.3 制造业的内涵及构成,美国NRC将制造企业分为两大类： 物质企业：把原材料和可重复利用的毛坯件转变成分立的半成品和最终物件的企业。物质企业所用的制造系统一般被组织在供应链网络之中，许多以供应商的身份出现于市场。 产品企业：把分立的半成品和物件转变或装配成整机产品的企业。产品企业要求有众多的物质企业支持，在供应链网络支持下完成最终产品的制造与装配。这类企业的制造系统主要是某些关键部件（如汽车发动机、车体等）的制造和总装系统。,1.2.1 制造业的发展,从世界范围来看， 制造业的发展可以分为3个时代：1. 古代制造业的发展2. 近代制造业的发展3. 现代制造业的发展
4、,1.2.1 制造业的发展,图1-3弓形钻是公元前3000年以前（史前期）的重要工具。它由燧石钻头、钻杆、窝座和弓弦等组成。可用来钻孔、扩孔和取火。弓形钻后来又发展成为弓弦钻床（图1-4）和弓弦车床（图1-5）。,图1-4 弓弦钻床,图1-3 弓形钻,图1-5 弓弦车床,1.2.1 制造业的发展,公元953年我国已能铸造重达40吨的特大型铸件，如图1-6所示,河北沧州铁狮子，长5.3米，高5.4米，宽3米多。,图1-6 沧州铁狮子（公元953年）,1.2.1 制造业的发展,近代中国规模最大的制造系统是江南制造局（图1-7），从1865年成立到1891年已拥有13个工厂，它制造了中国第一艘近代兵
5、轮，炼出中国第一炉钢水，并最早引进国外先进技术。,图1-7 江南制造局的机器厂（1865年）,1.2.1 制造业的发展,图1-8和图1-9是我国1985年引进的第一条柔性制造系统，可加工直流伺服电动机的4大类（轴、盘、壳、架）14种零件。,图1-8 我国引进的首条柔性制造系统（1985年）,1.2.1 制造业的发展,图1-8和图1-9是我国1985年引进的第一条柔性制造系统，可加工直流伺服电动机的4大类（轴、盘、壳、架）14种零件。,图1-9 柔性制造系统中的两台加工中心,1.2.1 制造业的发展,4. 制造业在社会历史中的发展特征 人类历史已经走过了原始社会、农业社会、工业社会等大的社会阶段
6、，正在迈向信息社会的新阶段，纵观历史，制造业经历了工具化、机械化、电气化、自动化、信息化、知识化。,农业社会,原始社会,工业社会,信息社会,未来社会,工具化,机械化电气化自动化,信息化知识化,1.2.1 制造业的发展,工具化从原始经济到农业经济节省了人的体力。机械化由机械动力取代或放大了人的体力。电气化利用电力减轻体力并提高效率。自动化通过自动控制设备节省体力和脑力。信息化增加时效，减少错误，使人与环境和谐发展。知识化是指从工业经济全面转变到知识经济。,1.2.2 世界制造中心的三次转移,1）世界制造中心的产生 17601850年，英国（第一次技术革命和产业革命）2）世界制造中心的第一次转移
7、18511900年，德国 （哲学革命带动了科学革命）3）世界制造中心的第二次转移 18791930年，美国 （电力技术革命）4）世界制造中心的第三次转移 20世纪70年代中后期，日本,1.2.2 世界制造中心的三次转移,5）世界制造中心三次转移的分析 随着技术革命和经济全球化进程的加快，世界制造中心转移呈现加速的趋势。 英国保持约70年，德国50年，美国40年，日本20年。 世界制造中心转移并不总伴随世界科技中心的转移。 要保持世界制造强国的地位，首先要保持世界制造业科学技术的领先地位，否则世界制造中心的地位很难保住。（日本 ）世界制造中心的转移使一些国家经济实现了跨越式发展，美国用47年的时
8、间人均GDP翻了一番，德国为43年，日本为34年，并都发展成为世界经济强国。,1.2.2 制造业的作用,1.制造业对人类文明发展有极为重要影响2.制造业是创造社会财富的支柱产业3.制造业是发展高新技术的载体和动力,1.2.2 制造业的作用,制造业是现代文明的支柱之一，是工业的主体，是国民经济持续发展的基础，是技术进步的主要舞台，是工业化、现代化建设的动力源，是在国际竞争中取胜的法宝，是国防安全的保障。 因此，制造业不能被称之为“夕阳产业”,1.3 我国制造业的现状,1.3.1 我国制造业的成就1.3.2 我国制造业的问题1.3.2 我国制造业的目标,1.3.1 我国制造业的成就,1. 我国制造
9、业已成为国家的命脉2. 我国已跻身世界制造大国行列,1.3.1 我国制造业的成就,1.我国制造业已成为国家的命脉（1）制造业是我国国民经济的产业主体和物质基础2001年制造业增加值占工业生产总值的77.61%。（2）制造业是带动我国经济高速增长的发动机19521998年制造业增长率比国民生产总值增长率高出约38个百分点。（3）制造业是我国吸纳劳动就业的重要市场2001年制造业从业人员占全国工业从业人员的90.13%。（4）制造业是我国扩大出口的关键产业2001年制造业出口创汇占全国外贸出口总额的89.78%。,1.3.1 我国制造业的成就,2. 我国已跻身世界制造大国行列我国制造业已具有世界制
10、造大国的规模和水平。我国制造业已为全球制造和供应基地奠定了坚实的基础。许多经济学家预测我国将成为继英美日之后的 “世界工厂”。其显著标志体现为： 1）提供重大装备能力不断提高2）制造业总体规模已居世界第四位3）各具特色的装备制造业集中地逐渐形成,1.3.1 我国制造业的成就,1）提供重大装备能力不断提高 葛洲坝枢纽工程170兆瓦、转轮直径11.3米轴流式水电机组；300兆瓦秦山核电机组；华能沁北600兆瓦超临界火电机组；500千伏交流输变电成套设备；宝钢三期工程250吨氧气转炉、1450毫米板坯连铸机和1550毫米冷连轧板机；年产500万吨级井下矿采掘成套设备；大秦线重载列车装备；年产50万吨
11、腈纶大型化工成套设备；,1.3.1 我国制造业的成就,1）提供重大装备能力不断提高 6000米电驱动沙漠钻机；1.2万吨自由锻造水压机；水下机器人；北京正负电子对撞机；激光照排设备；国产先进的CPU芯片；联想的升腾、曙光巨型计算机；飞豹轰炸机；核动力潜艇；原子弹；氢弹；人造卫星；神舟系列载人飞船，探月计划启动。,1.3.1 我国制造业的成就,2）制造业总体规模已居世界第四位按工业增加值计算，1998年我国制造业排位仅次于美国、日本、德国。我国有100多种重要产品产量在世界上已占居首位，例如：拖拉机、小型柴油机、农用车、摩托车、自行车、集装箱、电视机、空调器、冰箱、微波炉、洗衣机、太阳能热水器、
12、程控交换机、VCD机、DVD机，以及钢、水泥、合成氨、化纤、纱布、服装等。中国制造的产品遍布五洲四海。,1.3.1 我国制造业的成就,3）各具特色的装备制造业集中地逐渐形成珠江三角洲已成为全球重要的家用电器、电子及通信设备和计算机制造集中地；以上海为中心的长江三角洲汽车和汽车零部件制造集中地；东北重大成套设备制造集中地；西部（包括四川、重庆、陕西等）国防装备制造集中地等跨地区的制造中心。,1.3.2 我国制造业的问题,我国制造业与发达国家有阶段性差距。根据中国工程院2001年组织25位院士和40多位专家对我国制造业调查研究的结果，我国制造业总体规模尚不到世界的5%，仅相当于美国的1/5、日本的
13、1/4。1. 制造系统的问题2. 制造模式的问题3. 制造技术的问题,1.3.2 我国制造业的问题,制造系统的问题1）劳动生产率及工业增加值率低我国制造业的劳动生产率远远落后于发达国家，仅为美国的1/22，日本的1/25，德国的1/18。我国制造业2000年工业增加值仅为1998年美国的26%，1998年日本的42%。2）低水平生产能力严重过剩，高水平生产能力不足有些高技术含量和高附加价值的工业制品已形成了依赖性进口。1999年全社会固定资产投资中设备投资的2/3依赖进口。,1.3.2 我国制造业的问题,3）技术创新能力十分薄弱据对我国约2000种机械新产品的抽样调查，产品开发周期平均18个月
14、。 （美国在1990年就实现了新产品设计周期3个星期，试制周期仅为3个月）4）制造业的结构不尽合理我国制造业总体结构偏轻，装备制造业薄弱。,1.3.2 我国制造业的问题,2. 制造模式的问题（1）企业体制的不适应。 （2）经营理念的不适应。 （3）生产管理手段的不适应。 （4）企业组织结构的不适应。 产生上述问题的原因是企业缺乏科学的制造模式。因此只有引入科学的制造模式，采用先进的管理手段，才能使企业在竞争激烈的市场中立于不败之地。,1.3.2 我国制造业的问题,3. 制造技术的问题1）设计技术。我国具有自主知识产权的原创性技术极少；设计基础数据缺乏；用CAD技术开展创造性设计的工作较少。2）制造工艺与装备。我国优质、高效、低耗工艺的普及率不足10%；只有较少企业开始采用先进加工技术。 3）制造过程自动化。我国企业仍处于单机自动化、刚性自动化阶段；采用柔性自动化技术、机器人技术的企业极少。（工业发达国家已实现柔性集成化生产，并向智能化方向发展）,
