制造技术基础第6章-先进制造技术与制造模式课件

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1、 6 6 先进制造技术与制造模式先进制造技术与制造模式Advanced Manufacturing Advanced Manufacturing Technology and Technology and Manufacturing ModeManufacturing Mode本章目的及授课方式了解制造领域，全面系统的认识先进制造技术；了解制造领域，全面系统的认识先进制造技术；了解了解AMT最新最新/最前沿技术，提高学习者综合能力。最前沿技术，提高学习者综合能力。授课方式授课方式目的目的课堂教学为主；课堂教学为主；结合主要教材，综合其它参考教材，辅以网络资源，使结合主要教材，综合其它参考教材，

2、辅以网络资源，使用最新资料；用最新资料；辅以学生查阅资料，了解最新动态。辅以学生查阅资料，了解最新动态。参考资料参考教材：参考教材：(1)先进制造技术先进制造技术，王隆太，机械工业出，王隆太，机械工业出版社，版社，2004(2)先进制造技术先进制造技术，孙燕华，西安电子科，孙燕华，西安电子科技大学出版社，技大学出版社，2006(3) 先进制造技术先进制造技术，何涛，何涛/杨竞杨竞/范云，北范云，北京大学出版社，京大学出版社，2006版版(4)网络资源，图书馆网络资源，图书馆6.1.1 6.1.1 背景背景1 1 社会发展的需求的牵引社会发展的需求的牵引 一方面表现为消费者需求日趋主体化、个性化

3、一方面表现为消费者需求日趋主体化、个性化和多样化和多样化 另一方面则是制造厂商之间着眼于全球市场的另一方面则是制造厂商之间着眼于全球市场的激烈竞争。激烈竞争。 第一节第一节 概述概述 （1 1）传统市场变成动态的多变市场）传统市场变成动态的多变市场 （2 2）全球性贸易的发展）全球性贸易的发展 第一节第一节 概述概述来源来源来源来源: Bullinger: Bullinger 78 80 828486 88 90 92 9 94 962时间时间46810平均产品寿命平均产品寿命 TL平均开发时间平均开发时间 TDTD TL年数年数1）知识技术产品更新的周期更短）知识技术产品更新的周期更短第一节

4、第一节 概述概述2020世纪世纪9090年代制造业的标志性进展年代制造业的标志性进展波音波音777777的设计和制造的设计和制造 全数字化定义全数字化定义无纸生产无纸生产 数字化预装配数字化预装配无金属样机的生产无金属样机的生产（虚拟制造的一部分）（虚拟制造的一部分） 广域网上的异地设计、异地制造广域网上的异地设计、异地制造 基于基于STEPSTEP的数据交换的数据交换协同工作小组协同工作小组Team work 238Team work 238个个设计制造周期大大缩短：设计制造周期大大缩短：4 4年年（而波音（而波音757757、767767约约9-109-10年）年）更大的利润，每架更大的利

5、润，每架777777，$1.4$1.4亿亿基于分布式基于分布式CAD/CAMCAD/CAM系统在系统在8 8台台IBMIBM大型计算机大型计算机ES/9000ES/9000和和IBM5080IBM508050865086图形终端，图形终端，发现零件干涉发现零件干涉25002500处，减少处，减少工程更改工程更改5050以上以上设计、工艺、制造、供应商、设计、工艺、制造、供应商、潜在用户的工作小组，潜在用户的工作小组，70007000人人参加，采用并行工程的模式。参加，采用并行工程的模式。InternetInternet将发动机供应商将发动机供应商GEGE、HPHP和诺依斯罗斯联在一起。和诺依斯

6、罗斯联在一起。63M63M长的波音长的波音777777，装配总误差，装配总误差仅仅0.58mm.0.58mm.第一节第一节 概述概述2 2 2 2）产品批量）产品批量）产品批量）产品批量 更小；更小；更小；更小；汽车生产：大批量生产汽车生产：大批量生产汽车生产：大批量生产汽车生产：大批量生产大批量定制生产；大批量定制生产；大批量定制生产；大批量定制生产；3 3 3 3）顾客对产品功能、性能、质量的要求）顾客对产品功能、性能、质量的要求）顾客对产品功能、性能、质量的要求）顾客对产品功能、性能、质量的要求 更高；更高；更高；更高；4 4 4 4）能参与全球竞争的企业）能参与全球竞争的企业）能参与全

7、球竞争的企业）能参与全球竞争的企业 更多；更多；更多；更多；5 5 5 5）跨国公司的垄断性）跨国公司的垄断性）跨国公司的垄断性）跨国公司的垄断性更明显；更明显；更明显；更明显；6 6 6 6）企业的兼并重组）企业的兼并重组）企业的兼并重组）企业的兼并重组更激烈、更动荡；更激烈、更动荡；更激烈、更动荡；更激烈、更动荡；7 7 7 7）一般水平的产品及制造能力）一般水平的产品及制造能力）一般水平的产品及制造能力）一般水平的产品及制造能力 严重过剩；严重过剩；严重过剩；严重过剩；8 8 8 8）人口老龄化）人口老龄化）人口老龄化）人口老龄化更严重；更严重；更严重；更严重；9 9 9 9）环保意识、

8、绿色制造呼声）环保意识、绿色制造呼声）环保意识、绿色制造呼声）环保意识、绿色制造呼声更强。更强。更强。更强。第一节第一节 概述概述2 2、制造业市场竞争的新特点、制造业市场竞争的新特点第一节第一节 概述概述 消费观念的变化消费观念的变化消费者的行为更具选择性消费者的行为更具选择性顾顾客客化化产产品品：批批量量生生产产的的产产品品逐逐步步被被个个性性化化、多多样样化化产产品所代替品所代替制制造造业业“服服务务”：产产品品生生产产与与产产品品服服务务的的界界限限越越来来越越模模糊糊、不不满满足足感感增增加加：“新新三三年年、旧旧三三年年、缝缝缝缝补补补补又又三三年年”的观念逐步消失的观念逐步消失第

9、一节第一节 概述概述 对生产及产品的影响对生产及产品的影响 产品订货批量下降，单件、小批产品订货批量下降，单件、小批 产品寿命周期减短：产品寿命周期减短：5-105-10年年-3-5-3-5年年甚至更短甚至更短 产品生产周期缩短产品生产周期缩短3 3 制造全球化和贸易自由化制造全球化和贸易自由化 原因：原因：原因：原因：世界自由贸易体制进一步完善世界自由贸易体制进一步完善(WTO) 全球交通运输进一步完善全球交通运输进一步完善(船舶船舶)全球通讯网络建立全球通讯网络建立国际经济合作与交往日益紧密国际经济合作与交往日益紧密 导致：导致：导致：导致：全球产业界结构大调整全球产业界结构大调整世界逐步

10、形成一个统一的大市场世界逐步形成一个统一的大市场 使得：使得：使得：使得：供供应应与与需需求求国国家家化化、国国际际化化，不不同同时时间间、地地区区、国国家家，市市场场需求有波动需求有波动对对于于同同一一用用户户、同同一一产产品品，可可供供选选择择的的市市场场国国际际化化、竞竞争争国国际化际化 任何国家、地区，不论任何国家、地区，不论实行怎样的社会制度，不可实行怎样的社会制度，不可能离开世界市场而独立谋求能离开世界市场而独立谋求发展发展; ;制造业发展应该进入制造业发展应该进入国家目标层次，才能促进经国家目标层次，才能促进经济增长济增长第一节第一节 概述概述 跨国公司的生产总值占工业化国家生产

11、总值的跨国公司的生产总值占工业化国家生产总值的 跨国公司的贸易占世界贸易总值的跨国公司的贸易占世界贸易总值的 跨国公司的工业研制费占世界总值的跨国公司的工业研制费占世界总值的 跨国公司操纵了世界技术转让的跨国公司操纵了世界技术转让的 跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的40%40%50%50%80%80%75%75%90%90%第一节第一节 概述概述4 4 科技进步与信息社会科技进步与信息社会从从微微电电子子、信信息息（计计算算机机与与通通信信、控控制制理理论论、人人工工智智能能等等）、新新材材料料、系系统统科科学学所所代代表表的的新新一一代代工工程程科科学

12、学与与技技术术的的迅迅猛猛发发展展在在制制造造领领域域中中的的广广泛泛渗渗透透、应应用用、衍衍生生，极极大大的的拓拓展展了了制制造造活活动动的的深深度度和和广广度度，急急剧剧的的改改变变了了现现代代设设计计方方法法、产产品品结结构构、生生产产方方式式、生生产产工工艺艺、设设备备以以及及生生产组织结构，产生了一大批新的制造技术和制造模式。产组织结构，产生了一大批新的制造技术和制造模式。高高新新技技术术的的综综合合作作用用促促进进了了制制造造技技术术在在宏宏宏宏观观观观( (制制造造系系统统集集成成）和和微微微微观观观观（精精密密、超超精精密密、微微纳纳米米加加工工检检测测）两两个个方方向向上上的

13、的蓬蓬勃勃发发展展，成成为为一一门门涵涵盖盖整整个个生生产产过过程程的的各各个个环环节节（市市场场分分析析、产产品品设设计计、工工艺艺规规划划、加加工工准准备备、制制造造装装配配、监监控控检检测测、质质量量保保证证、生生产产管管理理、售售后后服服务务、回回收收再再利利用用等等）、包包括括人人、机机器器、能能量量、信信息息等等多多种种资资源源的的组组织织、控控制制与与管管理理，横跨多个横跨多个学科的集成技术。学科的集成技术。第一节第一节 概述概述5 5 环境保护意识的增强与可持续发展环境保护意识的增强与可持续发展环境保护意识的增强与可持续发展环境保护意识的增强与可持续发展 环境问题：环境问题：环

14、境问题：环境问题： 大大量量消消耗耗资资源源和和破破坏坏环环境境的的传传统统工工业业发发展展模模式式与与工工艺技术系统引起了严重的环境问题艺技术系统引起了严重的环境问题 可持续发展思想：可持续发展思想：可持续发展思想：可持续发展思想： 重重视视环环境境方方面面对对制制造造业业及及其其产产品品的的制制约约，社社会会压压力力，国家政策与立法经济手段国家政策与立法经济手段 结论结论结论结论: : : : 面面向向可可持持续续发发展展的的生生态态安安全全型型和和资资源源节节约约型型的的制制造造技术将是制造领域中亟待解决的一个重要问题技术将是制造领域中亟待解决的一个重要问题. .第一节第一节 概述概述6

15、.1.2 6.1.2 先进制造技术的定义与特点先进制造技术的定义与特点Advanced Manufacturing Technology1 1、定义、定义: : 先进制造技术是制造业不断吸收信息技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，并将其综合应用术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使于产品设计、加工、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，提高对质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力的制造动态多变市场的适应能力和竞争

16、能力的制造技术的总称技术的总称. .6.1.2 6.1.2 先进制造技术的定义与特点先进制造技术的定义与特点2 2、特点、特点动动动动态态态态性性性性AMTAMT特点特点特点特点广广广广泛泛泛泛性性性性实实实实用用用用性性性性集集集集成成成成性性性性系系系系统统统统性性性性高高高高效效效效性性性性先先先先进进进进性性性性6.1.2 6.1.2 先进制造技术的定义与特点先进制造技术的定义与特点精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化6.1.3 6.1.3 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势1、集合多学科成果形成一个完整的制造体系

17、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、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；精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化6.1.3 6.1.3 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势5、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

18、集成 精密成形工艺 6、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。 数字描述、仿真、优化、设计理论和方法、运动学、动力学、结构强度、摩擦学 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。 精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化6.1.3 6.1.3 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势7、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 8、虚拟现实技术 虚拟制造技术； 虚拟企业。 9、制造全球化 制造企业在世界范围内的重组与集成 制

19、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。 未来发展 1）机电产品的创新设计和系统优化设计理论与方法2）网络协同制造策略理论和关键技术3）新型成形制造原理和技术4）数字制造理论和数字制造装备技术5）制造中的量值溯源和测量的理论和技术6）纳米制造科学与技术7）生物制造与仿生机械的科学与技术8）微系统与新一代电子制造科学与关键技术9）绿色制造的科学与技术10）面向国家安全和国家重大工程的制造科学与技术6.2 机械制造自动化技术 6.2.1 机械制造自动化的概念 6.2.2 6.2.2 计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMSCIMS功能集成功能集成CI

20、MSCIMS体系结构体系结构2 2 1 3 34 4CIMSCIMS发展阶段发展阶段CIM/CIMSCIM/CIMS基本概念基本概念5 5典型案例典型案例6 6CIMSCIMS发展趋势发展趋势本节英语词汇本节英语词汇CIM：Computer Integrated Manufacturing, 计算机集成制造；Contemporary Integrated Manufacturing，现代集成制造。CIMS： Computer Integrated Manufacturing System，计算机集成制造系统。CAD/CAM/CAPP/CAPM/CAQ/FMS引子引子“自动化孤岛自动化孤岛”1

21、+ 1 = 2 ? 将将“自动化孤岛自动化孤岛”集成在一起集成在一起将将“自动化孤岛自动化孤岛”集成在一起集成在一起CIM把孤立的应用通过计算机网络和系统集把孤立的应用通过计算机网络和系统集成技术连接成一个整体，消除企业内部成技术连接成一个整体，消除企业内部的信息和数据的矛盾和冗余的信息和数据的矛盾和冗余1.CIM/CIMS基本概念基本概念 J. Harrington 博士博士 （1973） Computer Integrated Manufacturing 计算机集成制造计算机集成制造 CIM 基本思想基本思想企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理；企业的各个生产环节是不可分割的，

22、应该加以统一处理；整整个个生生产产过过程程实实质质上上也也是是对对信信息息的的采采集集、传传递递和和加加工工处处理理的的过过程程，在在企企业业中中主主要要存存在在信信息息流流和和物物流流这这两两种种运运动动过过程程，而物流又是受信息流控制的。而物流又是受信息流控制的。涵义哈林顿提出的CIM概念，反映了人们开始从一个更深刻的层次来分析和认识“制造”的内涵。即：制造应包括产品全生命周期的各类活动即：制造应包括产品全生命周期的各类活动市场需求分析、产品概念模型设计、详细设计、市场需求分析、产品概念模型设计、详细设计、生产、支持（包括质量、销售、采购、发送、生产、支持（包括质量、销售、采购、发送、服务

23、）以及产品最后的报废、环境处理等服务）以及产品最后的报废、环境处理等 全全过程的一切活动。过程的一切活动。另一方面，制造过程不仅是一个从原料加工、另一方面，制造过程不仅是一个从原料加工、装配到产品的物料转换过程，还是一个复杂的装配到产品的物料转换过程，还是一个复杂的信息转换过程，在制造中发生的相关活动都是信息转换过程，在制造中发生的相关活动都是信息处理整体中的一部分。信息处理整体中的一部分。我国863/CIMS主题提出的涵义提出提出“现代集成制造现代集成制造”（Contemporary Integrated Manufacturing）的理念，在）的理念，在广度和深度上拓宽了传统的广度和深度上

24、拓宽了传统的CIM内涵。内涵。指出：指出：CIM是一种组织、管理和运行现代制是一种组织、管理和运行现代制造类企业的理念。造类企业的理念。2. CIMS的发展阶段系统集成优化是CIMS技术与应用的核心技术，从系统集成角度把CIMS划分为三个阶段信息集成信息集成过程集成过程集成企业间集成企业间集成三个阶段信息集成优化：信息集成优化：解决自动化孤岛问题，是改善企业解决自动化孤岛问题，是改善企业TQCSE核心竞争力所必需的。包括：核心竞争力所必需的。包括：企业建模、系统设计方法、软件工具和规范；企业建模、系统设计方法、软件工具和规范；异构环境中的信息集成。异构环境中的信息集成。过程集成优化：过程集成优

25、化：指高效、实时地实现指高效、实时地实现CIMS应用间应用间的数据、资源的共享和应用间的协同工作。的数据、资源的共享和应用间的协同工作。企业间集成优化企业间集成优化：建立动态企业联盟（虚拟企业）。：建立动态企业联盟（虚拟企业）。4.CIMS的体系结构（1）CIMS的递阶控制系统的递阶控制系统所谓所谓递阶控制递阶控制（Hierarchical Control），是一种），是一种把所需完成的任务按层次分级的层状或树状的命把所需完成的任务按层次分级的层状或树状的命令令/反馈控制方式。反馈控制方式。高一级装置控制次一级装置，次一级的功能更具高一级装置控制次一级装置，次一级的功能更具体，而最后一级就是完

26、成要求的最具体的最后一体，而最后一级就是完成要求的最具体的最后一道任务。道任务。美国国家标准局5级递阶控制模型清华大学国家CIMS工程技术中心CIMS ERC采用4层递阶控制体系结构。如图3-28。5.CIMS发展趋势可概括为集成化、智能化、全球化、虚拟化、柔性化和绿色化。集成化：集成化：ERP系统，集成了企业中的生产管理、财务、人事、系统，集成了企业中的生产管理、财务、人事、采购、销售等子系统；采购、销售等子系统；CAD/CAPP/CAM一体化；一体化；PDM系统，用于管理和控制系统，用于管理和控制CAx系统所形成的大量数系统所形成的大量数据，是设计自动化技术系统的核心，管理整个产品生据，是

27、设计自动化技术系统的核心，管理整个产品生命周期内的全部产品知识和信息；命周期内的全部产品知识和信息；工作流管理系统。主要是工作流管理系统。主要是OA。智能化：智能化：目前已开展对具有自律、分布、智能、仿生和分形等目前已开展对具有自律、分布、智能、仿生和分形等特点的下一代制造系统的研究。特点的下一代制造系统的研究。网络化和全球化网络化和全球化虚拟化：虚拟化：虚拟现实虚拟现实VR、虚拟产品开发、虚拟产品开发VPD、VM、虚拟、虚拟企业企业VE柔性化：柔性化：研究企业间动态联盟技术、敏捷设计生产技术、研究企业间动态联盟技术、敏捷设计生产技术、柔性可重组机器技术等。柔性可重组机器技术等。绿色化：绿色化

28、：生态生态敏捷化敏捷化6.3 快速成形制造技术要点：了解RP技术基本原理，工艺方法英文词汇 RP：快速成型(Rapid Prototyping) 快速成型(Rapid Prototyping)技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。 与传统制造方法不同，快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。 由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部

29、件，极大地提高了生产效率和制造柔性。二、 快速成型的基本原理 基于材料累加原理的快速成型的操作过程实际上是一层一层地离散制造零件。 快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，区别是制造每一层的方法和材料不同而已。快速成型的一般工艺过程原理如下：1.三维模型的构造。 在 三 维 CAD设 计 软 件 （ 如 Pro/E、 UG、SolidWorks、SolidEdge等）中获得描述该零件的CAD文件。图2 快速成型原理图 目前一般快速成型支持的文件输出格式为STL模型，即对实体曲面近似处理,即所谓面型化(Tessallation)处理,是用平面三角面片近似模拟表面

30、。 这样处理的优点是大大地简化了CAD模型的数据格式,从而便于后续的分层处理。 图图 1 1 不同不同chch值时的效果值时的效果(a)ch=0.05(a)ch=0.05 (b) ch=0.2(b) ch=0.22.三维模型的离散处理。 通过专用的分层程序将三维实体模型分层（图2b），通过一簇平行平面沿制作方向与CAD模型相截,所得到的截面交线就是薄层的轮廓信息,而实体信息是通过一些判别准则来获取的。图图2 2 快速成型原理图快速成型原理图(a) (a) 零零件件的的三三维模型维模型(b) (b) 零零件件被被分分层离散层离散(c) (c) 支撑材料支撑材料(d) (d) 采用熔积法对图采用熔

31、积法对图(c) A-A(c) A-A截面加工的挤压路径截面加工的挤压路径 分层切片是在选定了制作(堆积)方向后,需对CAD模型进行一维离散,获取每一薄层片截面轮廓及实体信息。 平行平面之间的距离就是分层的厚度,也就是成型时堆积的单层厚度。 轮廓是由求交后的一系列交点顺序连成的折线段构成。 由于分层，破坏了切片方向CAD模型表面的连续性,不可避免地丢失了模型的一些信息,导致零件尺寸及形状误差的产生。切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度。 3.层截面的制造与累加在计算机控制下，快速成型系统中的成型头在X-Y平面内自动按截面轮廓进行层制造，得到一层层截面。每层截面成型后，下一层材

32、料被送至已成型的层面上，进行后一层的成型，并与前一层相粘接，从而一层层的截面累加叠合在一起，形成三维零件。 三、快速成型的工艺方法 目前快速成型主要工艺方法及其分类见图3所示。 液体材料液体材料SLLTPBISHISRP RP 工艺方法及其分类工艺方法及其分类粉状材料粉状材料BMP3DWFDMSDMSLSGPD3DPTSFSF片状材料片状材料LOMSFPSGCES图图3 3 目目前前快快速速成成型型主主要要工工艺方法及其分类艺方法及其分类液体树液体树脂固化脂固化熔融材熔融材料固化料固化激光熔激光熔合材料合材料粘结剂粘结剂粘结材料粘结材料粘性片材粘性片材的粘结的粘结UVUV粘结粘结片状材料片状材

33、料1.熔 积 成 型 法 （ Fused Deposition Modeling） 在熔积成型法（FDM）的过程（图4）:龙门架式的机械控制喷头可以在工作台的两个主要方向移动，工作台可以根据需要向上或向下移动。热塑性塑料或蜡制的熔丝从加热小口处挤出。最初的一层是按照预定的轨迹以固定的速率将熔丝挤出在泡沫塑料基体上形成的。当第一层完成后，工作台下降一个层厚并开始迭加制造一层。 (b) (b) 熔熔积积成成型型50005000，熔熔积积成成型设备。型设备。(a) (a) 熔积法成型的示意图熔积法成型的示意图图4 熔积成型法原理图 FDM 制作复杂的零件时，必须添加工艺支撑。如图5（a）所示(b)

34、(b) 在快速原型机器中在快速原型机器中 常用的支撑结构常用的支撑结构(a)(a)有一个突出截面需要有一个突出截面需要 支撑材料的零件支撑材料的零件图图5 5 快速原型支撑结构图快速原型支撑结构图2.光固化法（Stereolithography） 光固化法是目前应用最为广泛的一种快速原型制造工艺。原理如图所示 图图6 6 光固化成型原理图光固化成型原理图 光固化采用的是将液态光敏树脂固化到特定形状的原理。以光敏树脂为原料。所能达到的最小公差取决于激光的聚焦程度；通常是0.0125mm。 优点优点需要设计支撑需要设计支撑可以选择的材料种类有限可以选择的材料种类有限精度较高精度较高一般尺寸精度控制

35、在一般尺寸精度控制在0.1mm0.1mm光固化光固化缺点缺点容易发生翘曲变形容易发生翘曲变形表面质量好表面质量好原材料的利用率接近原材料的利用率接近100100能制造形状特别复杂能制造形状特别复杂特别精细的零件特别精细的零件设备的市场占有率很高设备的市场占有率很高材料价格较贵材料价格较贵3.激 光 选 区 烧 结 （ Selective Laser Sinering） 激光选区烧结（简称SLS）是一种将非金属（或普通金属）粉末有选择地烧结成单独物体的工艺。该法采用CO2激光器作为能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。 图图7 7 激光选区烧结工艺路线图激光选区烧结工艺路线图 SLS工艺特别

36、适合制作功能测试零件。可用于直接制造金属模具。由于该工艺能够直接烧结蜡粉，与熔模铸造工艺相接特别适合进行小批量比较复杂的中小零件的生产。 b) b) 由叠层制造法制造由叠层制造法制造的机轴零件图的机轴零件图图图8 8 叠层制造法原理图叠层制造法原理图a) 叠层制造工艺原理图粘性片材的粘结（粘性片材的粘结（LOM）优点优点材料利用率低材料利用率低表面质量差表面质量差无须设计和构建支撑无须设计和构建支撑LOM缺点缺点后处理难度大后处理难度大无需填充扫描，成型效率高无需填充扫描，成型效率高内应力和翘曲变形小内应力和翘曲变形小制造成本低制造成本低可以选择的材料种类有限可以选择的材料种类有限对环境有一定

37、的污染对环境有一定的污染6.4.1 6.4.1 并行工程技术并行工程技术第六章 先进制造生产模式 6.4 先进制造生产模式一、并行工程的产生一、并行工程的产生传统的产品开发模式是串行的：产品设计工艺设计计划调度生产制造。设计工程师与制造工程师之间互相不了解，互相不交往，中间有如隔了一堵墙。概念设计设计和绘图原型论证制造准备和加工传统的串行产品开发模式传统的串行产品开发模式 传统产品开发模式存在的缺点传统产品开发模式存在的缺点部门之间信息共享存在障碍信息共享存在障碍；操作流程的串行实行，使得设计早期不能全面考虑产品生命周期中的各种因素，不能综合考虑产品的可制造性、可装配性和质量可靠性等因素，导致

38、产品质量不能达到最优。并行工程产生的背景要求：并行工程产生的背景要求：并行工程是一种企业组织、管理和运行的先进设并行工程是一种企业组织、管理和运行的先进设计、制造模式；采用多学科团队和并行过程集成计、制造模式；采用多学科团队和并行过程集成化开发模式。化开发模式。CE与串行工程产品开发成本比较与串行工程产品开发成本比较串、并行产品开发过程对比串、并行产品开发过程对比并行工程的产品开发模式并行工程的产品开发模式 二、并行工程的定义二、并行工程的定义 并行工程并行工程CE是是对产品及其相关过程（包括制造对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种过程和支持过程）进行并行、一

39、体化设计的一种系统化的工作模式。系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发人这种工作模式力图使开发人员从一开始就考虑到产品全生命周期中的各种因员从一开始就考虑到产品全生命周期中的各种因素，包括质量、成本、进度及用户需求。素，包括质量、成本、进度及用户需求。二、并行工程的运行特性二、并行工程的运行特性 （1 1）并行特性）并行特性CECE的最大特点是把时间上有先有后的作业过程转变的最大特点是把时间上有先有后的作业过程转变为同时考虑和尽可能同时（或并行）处理的过程；为同时考虑和尽可能同时（或并行）处理的过程；在产品的设计阶段就并行地考虑了产品整个产品生在产品的设计阶段就并行地考虑了产品整个产品生命周

40、期中的所有因素，研制周期将明显地缩短。命周期中的所有因素，研制周期将明显地缩短。CE认为，制造系统（包括制造过程）是一个有机认为，制造系统（包括制造过程）是一个有机的整体，在空间中似乎相互独立的各个制造过程的整体，在空间中似乎相互独立的各个制造过程和知识处理单元之间，实质上都存在着不可分割和知识处理单元之间，实质上都存在着不可分割的内在联系。的内在联系。CE强调全局性的考虑问题，即产品研制者从一开强调全局性的考虑问题，即产品研制者从一开始就考虑到产品整个生命周期中的所有因素。始就考虑到产品整个生命周期中的所有因素。并行工程追求的是整体最优。并行工程追求的是整体最优。二、并行工程的运行特性二、并

41、行工程的运行特性 （2 2）整体特性）整体特性二、并行工程的运行特性二、并行工程的运行特性制造系统各个环节的内在联系制造系统各个环节的内在联系二、并行工程的运行特性二、并行工程的运行特性 （3 3）协同特性）协同特性 并行工程特别强调设计群体的协同工作并行工程特别强调设计群体的协同工作 （Team work）：）：1）多功能的协同组织机构：多功能的协同组织机构：CE根据任务和项目需要，根据任务和项目需要，组织多功能工作小组，小组成员由设计、工艺、制造组织多功能工作小组，小组成员由设计、工艺、制造和支持（质量、销售、采购、服务等）的不同部门、和支持（质量、销售、采购、服务等）的不同部门、不同学科

42、代表组成。工作小组有自己的责、权、利，不同学科代表组成。工作小组有自己的责、权、利，工作计划和目标，成员之间使用相同术语和共同信息工作计划和目标，成员之间使用相同术语和共同信息资源工具，协同完成共同任务。资源工具，协同完成共同任务。二、并行工程的运行特性二、并行工程的运行特性 （3 3）协同特性）协同特性2）协同的设计思想：协同的设计思想：CE强调一体化、并行地进行产品及其强调一体化、并行地进行产品及其相关过程的协同设计，尤其注意早期概念设计阶段的并行和相关过程的协同设计，尤其注意早期概念设计阶段的并行和协调。协调。3）协同的效率：协同的效率：CE特别强调特别强调“112”的思想，力求排除的思

43、想，力求排除传统串行模式中各个部门间的壁垒，使各个相关部门协调一传统串行模式中各个部门间的壁垒，使各个相关部门协调一致的工作，利用群体的力量提高整体效益，强调致的工作，利用群体的力量提高整体效益，强调“工工”字钢字钢带来的三块钢板的协调强度。带来的三块钢板的协调强度。二、并行工程的运行特性二、并行工程的运行特性 （4 4）集成特性）集成特性CECE是一种系统集成方法，具有人员、信息、功能、是一种系统集成方法，具有人员、信息、功能、技术的集成特性。技术的集成特性。人员集成：人员集成：管理者、设计者、制造者、支持者以管理者、设计者、制造者、支持者以至用户集成为一个协调的整体。至用户集成为一个协调的

44、整体。信息集成：信息集成：产品全生命周期中各类信息的获取、产品全生命周期中各类信息的获取、表示、表现和操作工具的集成和统一管理。表示、表现和操作工具的集成和统一管理。二、并行工程的运行特性二、并行工程的运行特性 （4 4）集成特性）集成特性功能集成：功能集成：产品全生命周期中企业内各部门功产品全生命周期中企业内各部门功能集成，以及产品开发企业与外部协作企业间能集成，以及产品开发企业与外部协作企业间功能的集成。功能的集成。技术集成：技术集成：产品开发全过程中涉及的多学科知产品开发全过程中涉及的多学科知识以及各种技术、方法的集成，形成集成的知识以及各种技术、方法的集成，形成集成的知识库、方法库。识

45、库、方法库。三、并行工程的关键技术三、并行工程的关键技术（1）过程管理与集成技术：包括过程建模、过程管理、）过程管理与集成技术：包括过程建模、过程管理、过程评估、过程分析和过程集成。过程评估、过程分析和过程集成。（2）团队：由传统部门制或专业组变成项目为主的多）团队：由传统部门制或专业组变成项目为主的多功能功能集成产品开发团队（集成产品开发团队（Integrated Product Team ，IPT）。（3）协同工作环境：产品开发由分布在异地的采用异）协同工作环境：产品开发由分布在异地的采用异种计算机软件工作的多学科小组完成的。具体关键技种计算机软件工作的多学科小组完成的。具体关键技术包括约

46、束管理技术、冲突仲裁技术、多智能体技术、术包括约束管理技术、冲突仲裁技术、多智能体技术、CSCW（ComputerSupported Cooperative Work）技术等。）技术等。三、并行工程的关键技术三、并行工程的关键技术（4）DFX：DFX是是CE的关键使能技术。的关键使能技术。X代表产品代表产品生命周期中的各项活动。应用较多的是生命周期中的各项活动。应用较多的是DFA（面向（面向装配设计）和装配设计）和DFM（面向制造设计）。（面向制造设计）。（5）PDM：产品数据管理（：产品数据管理（Product Data Management）集成和管理产品所有相关数据及其）集成和管理产品所

47、有相关数据及其相关过程。相关过程。6.4.2敏敏 捷捷 制制 造造一、敏捷制造产生的背景一、敏捷制造产生的背景197080年代，美国制造业一度成为美国经济严重年代，美国制造业一度成为美国经济严重衰退的重要因素之一。衰退的重要因素之一。20世纪世纪80年代，西德和日本高质量产品大量推向美国年代，西德和日本高质量产品大量推向美国市场，迫使美国制造策略由注重成本转向产品质量。市场，迫使美国制造策略由注重成本转向产品质量。90年代，产品更新换代加快，年代，产品更新换代加快， 市场竞争加剧，靠降市场竞争加剧，靠降低成本、提高质量还难以以赢得市场竞争，还必须缩低成本、提高质量还难以以赢得市场竞争，还必须缩

48、短产品开发周期。当时美国汽车更新换代的速度已经短产品开发周期。当时美国汽车更新换代的速度已经比日本慢了一倍以上，速度比日本慢了一倍以上，速度 成为美国制造商关注的成为美国制造商关注的重心。重心。“一个国家要生活得好，必须生产得好一个国家要生活得好，必须生产得好” 。 一、敏捷制造产生的背景一、敏捷制造产生的背景美国政府为重新夺回美国制造业的世界领先地位，把美国政府为重新夺回美国制造业的世界领先地位，把制造业发展战略目标瞄向制造业发展战略目标瞄向21世纪。世纪。美国通用汽车和美国通用汽车和Leigh大学的大学的Iacocca研究所在国防研究所在国防部的资助下，组织了百余家公司，耗资部的资助下，组

49、织了百余家公司，耗资50万美元，花万美元，花费费1000人日，分析研究人日，分析研究400多篇优秀报告后，提出多篇优秀报告后，提出21世纪制造企世纪制造企 业战略业战略的报告。的报告。88年在这份报告中首次提出敏捷制造的新概念。年在这份报告中首次提出敏捷制造的新概念。90年年向社会半公开后，立即受到世界各国的重视。向社会半公开后，立即受到世界各国的重视。92年美年美国政府将敏捷制国政府将敏捷制 造作为造作为21世纪制造战略。世纪制造战略。3、基本思想、基本思想通过把灵活的动态联盟、先进的柔性制造技通过把灵活的动态联盟、先进的柔性制造技术和高素质的人员进行全面集成，从而使得术和高素质的人员进行全

50、面集成，从而使得企业能够从容应付快速的和不可预测的市场企业能够从容应付快速的和不可预测的市场需求，获得企业的长期经济效益。需求，获得企业的长期经济效益。4、基本含义：、基本含义：在先进柔性生产技术的基础下，通过企业的在先进柔性生产技术的基础下，通过企业的多功能项目组（团队）与企业外部多功能项多功能项目组（团队）与企业外部多功能项目组（团队）组成虚拟企业这个动态多变的目组（团队）组成虚拟企业这个动态多变的动态组织机构，把全球范围内的各种资源，动态组织机构，把全球范围内的各种资源，包括人的资源集成在一起，实现技术、管理包括人的资源集成在一起，实现技术、管理和人的集成，从而能够在整个产品生命周期和人

51、的集成，从而能够在整个产品生命周期内最大限度地满足用户的需求，提高企业的内最大限度地满足用户的需求，提高企业的竞争能力，获得企业的长期效益。竞争能力，获得企业的长期效益。二、敏捷制造的内涵二、敏捷制造的内涵“美国机械工程师学会美国机械工程师学会”（ASME）主办的）主办的“机械工机械工程程”杂志杂志94年刊中，对敏捷制造做了如下定义：年刊中，对敏捷制造做了如下定义：“敏敏捷制造就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时，捷制造就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻莫测的市场需求的快速反应对变幻莫测的市场需求的快速反应”。敏捷制造企业的敏捷能力敏捷制造企业的敏捷能力市场快速反应能力：判断

52、和预见市场变化并快速反应的能力。竞争力：企业获得生产力、效率和有效参与竞争所需的技能。柔性：以同样设备与人员生产不同产品或实现不同目标的能力。快速：以最短时间执行任务（如产品开发、制造、供货等）的能力。敏捷制造企业的敏捷能力敏捷制造企业的敏捷能力企业策略上的敏捷性：企业针对竞争规则及手段变化、新竞争对手出现、国家政策法规变化、社会形态变化等快速反应的能力。企业日常运行的敏捷性：企业对影响其日常运行的各种变化，如用户对产品规格、配置及售后服务要求的变化、用户定货量和供货时间的变化、原料供货出现问题及设备出现故障等做出快速反应的能力。三三 关键要素及基本原理关键要素及基本原理动态组织结构动态组织结

53、构、先进的柔性制造技术先进的柔性制造技术和和高高素质的人员素质的人员是敏捷制造实现制造敏捷性的是敏捷制造实现制造敏捷性的三个关键要素三个关键要素 （1）动态组织结构）动态组织结构 虚拟公司，又称动态联盟，是面向产虚拟公司，又称动态联盟，是面向产品经营过程的一种动态组织结构品经营过程的一种动态组织结构 （2）先进的柔性制造技术 首先，具有高度柔性的先进生产设备 其次，能够实现“虚拟制造” （3）高素质的人员）高素质的人员 能够充分发挥主动性和创造性；能够充分发挥主动性和创造性； 反应迅速灵活，能快速地从一个项目转快到另反应迅速灵活，能快速地从一个项目转快到另一个项目；一个项目； 得到授权后，能自

54、己组织和管理项目，在各个得到授权后，能自己组织和管理项目，在各个层次上做出适当的快策；层次上做出适当的快策； 具有良好的团结协作精神。具有良好的团结协作精神。敏捷制造模式的运作原理示意图敏捷制造模式的运作原理示意图 考虑因素考虑因素柔性化，满足需求柔性化，满足需求 多变的动态多变的动态组织结构组织结构 长期获取经长期获取经济效益济效益 最大限度地调动、发最大限度地调动、发挥人的作用挥人的作用 技术、管理和技术、管理和人的集成人的集成 12345四四 敏捷制造的基本特点敏捷制造的基本特点网络技术网络技术 关键技术关键技术标准化技术标准化技术 CIM技术技术 模拟仿真技术模拟仿真技术五五 主要关键

55、技术主要关键技术 6.4.3精益生产精益生产 LPManufacturing Evolution 制造系统演化史Henry Ford Assembly line mass production Produce in high volume with low variety Single skill福特首创的装配线是大规模低品种生产方式的代表，工人被当成工作的机器Toyota Production System (TPS) Just-In-Time Production (produce only what is needed) Pull System High variety to meet

56、customers wants 丰田系统是建立在准时化观念上的拉动 式生产模式，以应付小订单多品种的挑战Key Points for Manufacturing System 制造系统要点Craft手工生产Mass大规模生产Synchronous同步生产Agile敏捷生产组织Lean精益生产组织Low volumeCustomized 低产量个性化Large batches of similar productsInflexible machineryManufacture of goods by process大批量少品种工序式生产设备大难组合Focused on total elimina

57、tion of wasteOngoing efforts to improve Quality, Productivity, and ResponsivenessRecognition of employee abilities消除浪费不断改进员工参与Builds on synchronous manufacturingEmphasize on lead time reductionImprove asset utilizationBuilt to customer demand在同步生产的基础上，强调缩短生产周期提高资源利用率需求驱动Remove constraints to respond

58、 to customer demand through the entire supply pipeline (supplier-customer)Capable plants linked to lean concepts改善整个价值链节点上连着精益工厂Marketing Competition and Globalization 市场竞争及全球化市场竞争及全球化Shorter lead time and on time delivery 快速并准时交货Grow the mix，special configurations 需求品种增加，特殊定制Maintain / improve qual

59、ity and reduce price 不断改进质量及降低销售价格Total life cycle of product becoming shorter and shorter 产品的生命周期越来越短No boundary，business globalize village 无国界，业务“地球村” Marketing Competition and Globalization 市场竞争及全球化市场竞争及全球化不同系统中的成本精益生产系统之产品精益生产系统之产品生命周期成本生命周期成本大规模生产模式下的大规模生产模式下的产品生命周期成本产品生命周期成本产量$/ pieceV销售价格$/pi

60、eceV产量销售价格精益生产50年代初，当二次世界大战刚刚结束，西方国家正在津年代初，当二次世界大战刚刚结束，西方国家正在津津乐道于津乐道于大量生产生产大量生产生产（Mass ProductionMP)方方式所带来的绩效和优势时，日本人却在迅速恢复被战争式所带来的绩效和优势时，日本人却在迅速恢复被战争破坏的经济，悄悄地和不自觉地开始酝酿了一场制造史破坏的经济，悄悄地和不自觉地开始酝酿了一场制造史上的革命。上的革命。当时日本丰田汽车公司副总裁大野耐一先生开始注意到当时日本丰田汽车公司副总裁大野耐一先生开始注意到制造过程中的浪费是造成生产率低下和增加成本的根结，制造过程中的浪费是造成生产率低下和增

61、加成本的根结，他从美国的超级市场运作受到启迪，形成了看板系统的他从美国的超级市场运作受到启迪，形成了看板系统的构想，提出了构想，提出了准时生产制准时生产制(Just In TimeJIT)。1 历史背景历史背景 丰田公司在丰田公司在1953年先通过一个车间看板系统的试年先通过一个车间看板系统的试验，不断加以改进，逐步进行推广，经过验，不断加以改进，逐步进行推广，经过10年的年的努力，发展为准时生产制。努力，发展为准时生产制。后又在该公司早期发明的自动断丝检测装置的启后又在该公司早期发明的自动断丝检测装置的启示下，研制出自动故障报警系统，加之全面质量示下，研制出自动故障报警系统，加之全面质量管理

62、从而形成了丰田生产系统。进而先在公司范管理从而形成了丰田生产系统。进而先在公司范围内实现，然后又推广到其协作厂、供应商、代围内实现，然后又推广到其协作厂、供应商、代理商，以及汽车以外的各个行业，全面实现丰田理商，以及汽车以外的各个行业，全面实现丰田生产系统。生产系统。美国麻省理工学院美国麻省理工学院(MIT)按照国际机动车辆计划按照国际机动车辆计划(International Motor Vehicle Program IMVP)的安排，对日本丰田生产系统做了深刻的分析和的安排，对日本丰田生产系统做了深刻的分析和研究，首先在研究，首先在改变世界的机器：精益生产的传改变世界的机器：精益生产的传奇

63、奇 (詹姆斯詹姆斯沃麦克，沃麦克，1990)一书中提出了精益生一书中提出了精益生产产(Lean ProductionLP)的概念。精益生产的概念。精益生产其实指的就是丰田生产方式，它总结了日本推广其实指的就是丰田生产方式，它总结了日本推广应用丰田生产方式的精髓，将各类相关的生产系应用丰田生产方式的精髓，将各类相关的生产系统归纳为精益生产方式。统归纳为精益生产方式。精益生产的体系结构及其特点 如果把精良生产体系看作为一幢大厦，基础就是在计算机网络支持下的CE和小组化工作方式，大厦的支柱就是JIT、GT和TQC，精良生产是屋顶。1、强调人的作用以人为中心A.A.在精良生产企业中，所有工作人员都是企

64、业的主人和终身雇员，在精良生产企业中，所有工作人员都是企业的主人和终身雇员，不能随意淘汰，雇员被看作是企业最重要的资产，把雇员看得不能随意淘汰，雇员被看作是企业最重要的资产，把雇员看得比机器更重要。比机器更重要。B.B.扩大员工独立自主权，减少决策和解决问题过程中不必要的上扩大员工独立自主权，减少决策和解决问题过程中不必要的上传下达。传下达。C.C.职工是多面手，公司各部门间人员密切合作，并与协作户、销职工是多面手，公司各部门间人员密切合作，并与协作户、销售商友好合作。售商友好合作。2、以简化为手段简化是实现精良生产的核心办法和手段。简化是实现精良生产的核心办法和手段。（1）简化组织机构和产品

65、开发过程：（2）简化与协作厂的关系：（3）简化生产过程，减少非生产性费用：（4）简化生产检验环节：3、以尽善尽美为最终目标精良生产所追求的是“尽善尽美”，即在提高企业整体效提高企业整体效益益方针的指导下，通过持续不断地持续不断地系统结构、人员组织、系统结构、人员组织、运行方式和市场供求运行方式和市场供求等方面的变革变革，使生产系统能很快适应用户需求而不断变化，精简生产过程中一切无用、多余的东西，在所需要的精确时间内，高质量地生产所需数量的产品，实现零缺陷零缺陷（Zero Defects）、零准备零准备（Zero Set-up Time）、零库存零库存（Zero Inventories），零搬运

66、零搬运（Zero Handling）、零故障停机零故障停机（Zero Breakdowns）、零提前零提前量量（Zero Lead Time）和批量为一批量为一（Lot Size of One）。精良生产的核心内容是准时制生产(Just in time，JIT)。准时制的核心就是及时，在一个物流系统中，原材料准确准时制的核心就是及时，在一个物流系统中，原材料准确（适量）无误（及时）地提供给加工单元（或加工线），零（适量）无误（及时）地提供给加工单元（或加工线），零部件准确无误地提供给装配线。这就是说所提供的零件必须部件准确无误地提供给装配线。这就是说所提供的零件必须是不多不少，不是次品而是合格

67、品，不是别是不多不少，不是次品而是合格品，不是别 的而正是所需的而正是所需要的，而且提供的时间不早也不晚。对于制造系统来说，这要的，而且提供的时间不早也不晚。对于制造系统来说，这肯定是一种苛刻的要求，但这正是准时制生产追求的目标。肯定是一种苛刻的要求，但这正是准时制生产追求的目标。Lean Production，其中的，其中的Lean，被译成，被译成“精益精益”是有其深刻含义的。是有其深刻含义的。“精精”表示精良、精确、表示精良、精确、精美，精美，“益益”包含利益、效益等等，它突出了这包含利益、效益等等，它突出了这种生产方式的特点。种生产方式的特点。精益生产方式与大量生产方式的最终目标是不同精

68、益生产方式与大量生产方式的最终目标是不同的。大量生产的奉行者给自己制定的目标是：可的。大量生产的奉行者给自己制定的目标是：可接受数量的次废品，可接受的最高库存量及相当接受数量的次废品，可接受的最高库存量及相当狭窄范围的产品品种。精益的奉行者则将他们的狭窄范围的产品品种。精益的奉行者则将他们的目标确定为尽善尽美，不断减少的成本、零次废目标确定为尽善尽美，不断减少的成本、零次废品率、零库存以及无终止的产品品种类型。品率、零库存以及无终止的产品品种类型。6.4.4绿色制造绿色制造 GM一、绿色制造的提出一、绿色制造的提出环境、资源、人口是当今社会面临的三大主要问题。环境、资源、人口是当今社会面临的三

69、大主要问题。最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物，是当前最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物，是当前世界环境问题的治本之道。世界环境问题的治本之道。制造业是将可用资源（包括能源）通过制造过程，转制造业是将可用资源（包括能源）通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品或生活消费品的产化为可供人们使用和利用的工业品或生活消费品的产业，它在将制造资源转变为产品的制造过程中和产品业，它在将制造资源转变为产品的制造过程中和产品的使的使 用和处理过程中，同时产生的废弃物是制造业用和处理过程中，同时产生的废弃物是制造业对环境污染的主要根源。对环境污染的主要根源。一、绿色制造的提出一、绿色制造的提出2

70、0世纪飞速发展的工业技术使人类现在已面临环境世纪飞速发展的工业技术使人类现在已面临环境污染、生态破坏和资源短缺的危机。污染、生态破坏和资源短缺的危机。美国能源部报告预测：美国能源部报告预测：全球能源消耗未来全球能源消耗未来 20年将增加年将增加 60%，造成全球环境污染排放物的，造成全球环境污染排放物的70%以以上来自制造业，它们每年产生约上来自制造业，它们每年产生约55亿吨无害废物和亿吨无害废物和7亿吨有害废物，报废亿吨有害废物，报废产品的数量则更是惊产品的数量则更是惊 人。人。绿色制造绿色制造（Green Manufacturing）的定义的定义 GM又称环境意识制造环境意识制造ECM（E

71、nvironmentally Conscious Manufacturing）和面向环境的制造面向环境的制造MFE (Manufacturing For Environment)； GM 是指在保证产品功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制 造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负环境的负面影响最小，资源效率最高面影响最小，资源效率最高，并使企业企业经济效益经济效益和和社会效益社会效益协调优化协调优化。这里的环境包含了自然 生态环境、社会系统和人类健康等因素。三、三、 绿色制造模式及基本体系组成绿色制造模式及基本体系

72、组成 发展趋势发展趋势全球化全球化 社会化社会化 集成化集成化 智能化智能化 并行化并行化 12345GM 发展趋势发展趋势6产业化产业化 6.4.56.4.5智智 能能 制制 造造一、智能制造的提出一、智能制造的提出2020世纪世纪7070年代开始，发达国家为了追求廉价劳动力，将制造业年代开始，发达国家为了追求廉价劳动力，将制造业逐渐移向发展中国家，引起本国技术力量向其他行业的转移，逐渐移向发展中国家，引起本国技术力量向其他行业的转移，同时发展中国家专业人才又严重短缺，其结果制约了制造业的同时发展中国家专业人才又严重短缺，其结果制约了制造业的发展。因此，制造业希望减少对人类智慧的依赖，以解决

73、人才发展。因此，制造业希望减少对人类智慧的依赖，以解决人才供应的矛盾。智能制造正是适应这种情况而得以发展的。供应的矛盾。智能制造正是适应这种情况而得以发展的。先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺及系统的设计和管先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺及系统的设计和管理人员提出了新的挑战，传统的设计和管理方法不能有效地解理人员提出了新的挑战，传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们通过集成传统决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们通过集成传统制造技术、计算机技术与人工智能等技术，发展一种新型的制制造技术、计算机技术与人工智能等技术，发展一种新型的制造模式造模

74、式智能制造。智能制造。二、智能制造的定义二、智能制造的定义 智能制造（智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一）是一种由种由智能机器智能机器和和人类专家人类专家共同组成的共同组成的人机一体化智能系人机一体化智能系统统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到。它把制造自动化的

75、概念更新，扩展到柔性化、柔性化、智能化和高度集成化智能化和高度集成化。三、智能制造系统的特征三、智能制造系统的特征1、自组织能力：、自组织能力：IMS的一个重要标志。的一个重要标志。是指IMS中的各种智能设备，能够按照工作任务的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。完成任务以后，该结构随即自行解散。三、智能制造系统的特征三、智能制造系统的特征2、自律能力：、自律能力：使整个制造系统有抗干扰、自适应和容错能使整个制造系统有抗干扰、自适应和容错能力。力。即搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。IMS能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理，并

76、根据处理结果自行调整控制策略，以采用最佳行动方案。三、智能制造系统的特征三、智能制造系统的特征3、学习能力和自我维护能力：、学习能力和自我维护能力：使系统能自我优化并适应各种复使系统能自我优化并适应各种复杂环境。杂环境。IMS能以原有专家知识为基础，在实践中不断学习，完善系统能以原有专家知识为基础，在实践中不断学习，完善系统知识库，删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。同时还能知识库，删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。同时还能对系统故障进行自我诊断、排除和修复。对系统故障进行自我诊断、排除和修复。三、智能制造系统的特征三、智能制造系统的特征4、人机一体化：、人机一体化：是一种混合智能。是一

77、种混合智能。一方面突出人在制造系统一方面突出人在制造系统 中的核心地位，同时，在智能机器中的核心地位，同时，在智能机器的配合下，更好地发挥人的潜能，使人机之间表现出一种平等的配合下，更好地发挥人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互共事、相互“理解理解”、相互协作的关系，使二者在不同的层次、相互协作的关系，使二者在不同的层次上各显其上各显其 能，相辅相成。能，相辅相成。四、发展现状四、发展现状 目前，虽然智能制造总体而言尚处于概念和实验阶段，但目前，虽然智能制造总体而言尚处于概念和实验阶段，但各国政府均将此列入国家发展计划，大力推动实施，充分显各国政府均将此列入国家发展计划，大力推动实施，充分显示出智能制造对各国发展战略的重要性。示出智能制造对各国发展战略的重要性。 五、智能制造系统的主要支撑技术五、智能制造系统的主要支撑技术1 1、人工智能技术、人工智能技术2 2、并行工程、并行工程3 3、虚拟制造技术、虚拟制造技术4 4、信息网络技术、信息网络技术讨论