先进制造技术先进制造技术概述

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1、先进制造技术概述,21世纪科学技术发展的总趋势,中国制造业成就及其重大意义,2,1,3,4,制造业面临的竞争和挑战,制造技术的发展,制造的概念,5,先进制造技术,6,1.1 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：为机电产品的机械加工工艺过程 广义：国际生产工程学会1990年： 制造是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、制造的概念,制造技术（Manufacturing Technology) 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需

2、产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。 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。,1、制造的概念,1.2 制造系统 制造系统是制造业的基本组成实体。 结构：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。 功能：输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人力.）通过制造过程输出产品 过程：制造生产的运行过程，包括市场分

3、析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。,1、制造的概念,2.1 制造创造了人类 2.2 制造业发展历程 2.3 制造业发展的教训 2.4 制造业产业革命的生力军,2、制造技术的发展,1）人从猿进化而来, 人猿分离, 是由于人学会双足行走和用手制造并使用工具。 2）中国的元谋人（170万年前的南方古猿）、非洲人早在160万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始制造业。饮食改善促进了脑的发展。200万年前的猿人 脑容量约为700毫升，100万年前的直立人脑容量约为1000毫升，50万年前增加到1200毫升，1929年发现的57万年前的北京（直立）

4、猿人为1050毫升， 而现代人的脑容量平均为1450毫升，现代人的大脑皮层褶皱面积为 1700-2200平方厘米，是黑猩猩的3倍。 3）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。动物所做到的最多是收集,而人则从事生产。”,2.1 制造业创造了人类,1）用机器代替手工，从作坊形成工厂 19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。 2）从单件生产方式发展成大量生产方式 泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。 福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线 3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术 柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化

5、制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造,2.2 制造业发展的历程,一、美国的教训 1) 上个世纪70年代,美国不重视制造业,把制造业称为“夕阳工业”,结果导致美国80年代的经济衰退。 2) 80年代后期，美国的一些国会议员、政府要员纷纷要求政府出面，协调和支持制造产业的发展，1991年，布什政府期间，美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术，其中制造技术占4项，标志着美国科技政策的转变。 3) 克林顿上台后，对制造业大力支持，他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续8年取得

6、了2-3%的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业率。这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。,2.3 制造业发展的教训,二、日本的经验 1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，特别大抓了汽车制造和微电子制造，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，特别是大举进入了美国市场。 2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。,2.3 制造业发展的教训,三、东南亚经济危机的启示 1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果

7、把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。 2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。,2.3 制造业发展的教训,四、 瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？ 1）瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。 2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。,2.3 制造业发展的教训,2.4 制造业是产业革命的主力军,一、 第一次产业革命：1733-1878 1）又称为：

8、蒸汽革命。 2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。 3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明 4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。,2.4 制造业是产业革命的主力军,二、第二次产业革命：1879-1945 1）又称为：电气革命。 2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。 3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。 4）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。 5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量子场论的创立。,2.4 制造业是

9、产业革命的主力军,三、第三次产业革命：1945-1972 1）又称为：电子（原子）革命。 2）产业革命的标志：原子弹（1945）、电子计算机（1946）、晶体管（1948）、集成电路、微电子技术等。 3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。,2.4 制造业是产业革命的主力军,四、第四次产业革命：1973- 1）又称为：高新技术产业革命。 2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。 3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻

10、、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。,3、二十一世纪科学技术发展的总趋势,3.1 中心科学技术的转移 1）信息科学技术 目前是发展高峰期，预计其中心科学技术的地位还可持续四十年。 2）生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计21世纪30年代开始逐步转变为中心科学技术。 3）认知科学技术 智能化趋势现已显露，预计21世纪70年代开始将成为科学技术发展的中心,3、二十一世纪科学技术发展的总趋势,3.2 世界科技中心（地区或国家）的转移 中国 （公元3世纪公元13世纪) 意大利（1540年1610年） 英国 （1660年1730年） 法国 （1770年1

11、830年） 德国 （1810年1920年） 美国 （1920年 ） 可能转向东方（日本、中国）,3.3 高技术及其产业领域,(1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术） (2)生物科学技术（包括生命科学技术） (3)新能源科学技术（包括核能科学技术） (4)新材料科学技术（包括纳米科学技术） (5)环境科学技术（包括地球科学技术） (6)航空航天科学技术（包括军事科学技术） (7)海洋科学技术（包括地球科学技术） (8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术） (9)管理科学技术（包括软科学技术） (10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）,3、二十一世纪科学技术发展的总趋势,从

12、科学发现到技术发明,3、二十一世纪科学技术发展的总趋势,4、中国制造业的成就及其重大意义,4.1 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8043万,4.2 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。 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）在许多国家的科技发展计划中，先进制造技术都被列为优先发展的科技

13、。,4、中国制造业的成就及其重大意义,“十五”规划中确定的八个最具战略影响的领域: 1) 信息技术 2) 生物技术 3) 新材料技术 4) 先进制造与自动化技术 5) 资源环境技术 6) 航空航天技术 7) 能源技术 8) 先进防御技术， 其中，先进制造与自动化技术又是实现各种高新技术的保障技术。,4、中国制造业的成就及其重大意义,4、中国制造业的成就及其重大意义,人大常委会副委员长宋健指出： “制造业是实现现代化工业的水之源、木之本，是实现工业化的保障和原动力，是国家实力的脊梁，是支持共和国大厦的基石。没有强大制造能力的国家永远成不了经济强国。”,4、中国制造业的成就及其重大意义,5、制造业

14、面临的竞争和挑战,5.1 国际形势的变化,90年代以来，世界出现了多级化的新格局； 政治冷战经济热战 国际竞争和对抗的焦点由军备竞赛转向全球范围内的以科技为先导，经济为基础、军事为后盾的综合国力的较量；,5、制造业面临的竞争和挑战,5.1 国际形势的变化,产业技术和经济实力成为政治对抗的重要资本； 不计生产成本和代价的军品生产模式不适于新形势下的生产； “战略伙伴”关系中经济色彩突出 提高制造业产品竞争能力，发展高技术，尤其是独具知识产权的产业技术成为未来抢占经济制高点、振兴国家经济的焦点,5、制造业面临的竞争和挑战,5.2 制造业市场竞争的新特点,5、制造业面临的竞争和挑战,20世纪90年代

15、制造业的标志性进展 波音777的设计和制造,全数字化定义无纸生产 数字化预装配无金属样机的生产 （虚拟制造的一部分） 广域网上的异地设计、异地制造 基于STEP的数据交换 协同工作小组Team work 238个 设计制造周期大大缩短：4年 （而波音757、767约9-10年） 更大的利润，每架777，$1.4亿,基于分布式CAD/CAM系统在 8台IBM大型计算机ES/9000 和IBM50805086图形终端， 发现零件干涉2500处，减少 工程更改50以上,设计、工艺、制造、供应商、 潜在用户的工作小组，7000人 参加，采用并行工程的模式。,Internet将发动机供应商GE、 HP和

16、诺依斯罗斯联在一起。,63M长的波音777，装配准误差 仅0.58mm.,5、制造业面临的竞争和挑战,2）产品批量 更小； 汽车生产：大批量生产大批量定制生产； 3）顾客对产品功能、性能、质量的要求 更高； 4）能参与全球竞争的企业 更多； 5）跨国公司的垄断性 更明显； 6）企业的兼并重组 更激烈、更动荡； 7）一般水平的产品及制造能力 严重过剩； 8）人口老龄化 更严重； 9）环保意识、绿色制造呼声 更强。,5、制造业面临的竞争和挑战,2、制造业市场竞争的新特点,5、制造业面临的竞争和挑战,“中心”的变化,以产品为中心,以顾客为中心,以市场为中心,5、制造业面临的竞争和挑战,消费观念的变化 消费者的行为更具选择性 顾客化产品：批量生产的产品逐步被个性化、多样化产品所代替 制造业“服务”：产品生产与产品服务的界限越来越模糊、不满足感增加：“新三年、旧三年、缝缝补补又三年”的观念逐步消失 对生产及产品的影响 产品订货批量下降，单件、小批 产品寿命周期减短：5-10年-3-5年甚至更短 产品生