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1、 先进制造技术及发展先进制造技术及发展东北石油大学东北石油大学机电工程系机电工程系 杨松山杨松山先进制造技术先进制造技术概述概述2121世纪科学技术发展的总趋势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中国制造业成就及其重大意义中国制造业成就及其重大意义中国制造业成就及其重大意义2 2 1 3 34 4制造业面临的竞争和挑战制造业面临的竞争和挑战制造业面临的竞争和挑战制造业面临的竞争和挑战制造技术的发展制造技术的发展制造技术的发展制造技术的发展制造的概念制造的概念5 5先进制造技术先进制造技术先进制造技术先进制造技术6 61.1 1.1 1.1 1.1 制造概念制造概念制造概念制造概念
2、 制造（制造（Manufacturing):Manufacturing): 是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文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。明进步的动力。狭义狭义：是机电产品的机械加工工艺过程：是机电产品的机械加工工艺过程广义广义：国际生产工程学会：国际生产工程学会19901990年定义：年定义： 制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生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。和服务的一系列相关活动和工作的总称。 Manufa
3、cturing is series of interrelated Manufacturing is series of interrelated activities and operations involving the designactivities and operations involving the design，planningplanning， production production， quality assurance quality assurance，management and marketing of the products of the manageme
4、nt and marketing of the products of the manufacturing industriesmanufacturing industries。 1 1、制、制 造造制造技术（制造技术（制造技术（制造技术（Manufacturing Technology)Manufacturing Technology)Manufacturing Technology)Manufacturing Technology) 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资和工具，将原材料物化为人类所需产用客观物资和工具，将原材料物化为人类所需
5、产品的工程技术。即：使原材料转换为产品的一系品的工程技术。即：使原材料转换为产品的一系列技术的总称。列技术的总称。制造过程制造过程制造过程制造过程 产品从设计、生产、使用、维修、报废、回产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。收等的全过程，也称为产品生命周期。制造业制造业制造业制造业 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资将制造资源（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。费品的行业。1.2 1.2
6、 制造系统制造系统 制造系统是制造业的基本组成实体。制造系统是制造业的基本组成实体。n结构：结构：是制造过程所涉及的硬件（物料、设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、工备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）及人员所组成的具有特定功能艺、信息等）及人员所组成的具有特定功能的有机整体。的有机整体。n 功能：功能：输入制造系统的资源（原材料、能输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人力源、信息、人力.）通过制造过程输出产）通过制造过程输出产品。品。n过程：过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造装
7、配、检验出厂、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、再利用产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。等。2.1 2.1 制造创造了人类制造创造了人类2.2 2.2 制造业发展历程制造业发展历程2.3 2.3 制造业发展的教训制造业发展的教训2.4 2.4 制造业是产业革命的生力军制造业是产业革命的生力军2 2、制造技术的发展、制造技术的发展1 1）人从猿进化而来）人从猿进化而来, , 人猿分离人猿分离, , 是由于人学会双足行走和是由于人学会双足行走和用手制造并使用工具。用手制造并使用工具。2 2）中国的元谋人（）中国的元谋人（170170万年前的南方古猿）、
8、非洲人早在万年前的南方古猿）、非洲人早在160160万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始万年前即开始用火，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。制造业。饮食改善促进了脑的发展。200200万年前的猿人万年前的猿人 脑容量约为脑容量约为700700毫升，毫升，100100万年前的直立人脑容量约为万年前的直立人脑容量约为10001000毫升，毫升，5050万年前增加到万年前增加到12001200毫升，毫升，19291929年发现的年发现的5757万年前的北京（直立）猿人为万年前的北京（直立）猿人为10501050毫升，毫升， 而现代人的而现代人的脑容量平均为脑容量平均为
9、14501450毫升，现代人的大脑皮层褶皱面积为毫升，现代人的大脑皮层褶皱面积为 1700-22001700-2200平方厘米，是黑猩猩的平方厘米，是黑猩猩的3 3倍。倍。3 3）恩格斯指出：）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。动物所做的事情最多是收集造工具开始的。动物所做的事情最多是收集, ,而人则从而人则从事生产。事生产。”2.1 2.1 制造业创造了人类制造业创造了人类1 1）用机器代替手工，从作坊形成工厂）用机器代替手工，从作坊形成工厂 19 19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。世纪机器在英国诞生，先后传人法国
10、、德国和美国。2 2）从单件生产方式发展成大量生产方式）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。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，福特：零件互换技术，19131913年建立了具有划时代意义的年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线。汽车装配生产线。3 3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术制造技术 柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造2.
11、2 2.2 制造业发展的历程制造业发展的历程2.3 2.3 制造业是产业革命的主力军制造业是产业革命的主力军一、一、 第一次产业革命：第一次产业革命：1733-1878 蒸汽革命蒸汽革命1）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。2）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明3）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。的诞生。二、第二次产业革命：二、第二次产业革命：1879-1945 电气革命电气革命1 1）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、
12、电机（西门子）等电气化产品。、电机（西门子）等电气化产品。2 2）制造业开始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动）制造业开始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。力学理论的诞生。3 3）麦克斯韦电动力学理论推动了）麦克斯韦电动力学理论推动了2020世纪初开始的无世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星线电、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。通信、宇宙微波探测等技术的发展。4 4）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了）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。道路，导致了量子场论的创立。 三、第三次产业革命
13、：三、第三次产业革命：1945-1972 电子革命电子革命1 1）产业革命的标志：原子弹（）产业革命的标志：原子弹（19451945）、电子）、电子计算机（计算机（19461946）、晶体管（）、晶体管（19481948）、集成）、集成电路、微电子技术等。电路、微电子技术等。2 2）微电子制造技术开创了全新的信息化时代。）微电子制造技术开创了全新的信息化时代。 四、第四次产业革命：四、第四次产业革命：1973- 高新技术产业革命高新技术产业革命1 1）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微）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、新一代电子产品、电脑、新一代通信产
14、品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、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、转生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。基因产品等等。2 2）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、）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、光刻、离子注入、外延、溅射、化学沉积、光刻、表面贴装、自动化组装、纳米器件制造工艺。表面贴装、自动化组装、纳米器件制造工艺。3 3、二十一世纪科学技术的发展、二十一世纪科学技术的发展3.1 中心科学技术的转移中心科学技术的转移1 1）信息科学技术）信息科学技术信息科学目前是发展的高峰期，预计
15、其中心科信息科学目前是发展的高峰期，预计其中心科学技术的地位还可持续四十年。学技术的地位还可持续四十年。2 2）生命科学技术）生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计现在已开始注重其发展与应用，预计2121世纪世纪3030年代开始逐步转变为中心科学技术。年代开始逐步转变为中心科学技术。3 3）认知科学技术）认知科学技术智能化趋势现已显露，预计智能化趋势现已显露，预计2121世纪世纪7070年代开始年代开始将成为科学技术发展的中心将成为科学技术发展的中心3.2 3.2 世界科技中心（地区或国家）的转移世界科技中心（地区或国家）的转移 中国中国 （公元（公元3 3世纪世纪公元公元1313世纪
16、世纪) 意大利意大利（15401540年年16101610年）年） 英国英国 （16601660年年17301730年）年） 法国法国 （17701770年年18301830年）年） 德国德国 （18101810年年19201920年）年） 美国美国 （19201920年年 ） 可能转向东方（日本、中国）可能转向东方（日本、中国）3.3 3.3 高新技术及其产业领域高新技术及其产业领域1)1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）2)2)生物科学技术（包括生命科学技术）生物科学技术（包括生命科学技术）3)3)新能源科学技术（包括核能科学技术）新能源
17、科学技术（包括核能科学技术）4)4)新材料科学技术（包括纳米科学技术）新材料科学技术（包括纳米科学技术）5)5)环境科学技术（包括地球科学技术）环境科学技术（包括地球科学技术）6)6)航空航天科学技术（包括军事科学技术）航空航天科学技术（包括军事科学技术） 7)7)海洋科学技术（包括地球科学技术）海洋科学技术（包括地球科学技术）8)8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）(9)(9)管理科学技术（包括软科学技术）管理科学技术（包括软科学技术）(10)(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术） 科学
18、科学 物质科学物质科学 生命科学生命科学 技术技术 信息技术信息技术 生物技术生物技术 纳米技术纳米技术3.4 3.4 二十一世纪改变人类的科学与技术二十一世纪改变人类的科学与技术从科学到技术发明从科学到技术发明科学发明科学发明年份年份技术发明技术发明年份年份孕育过程孕育过程(年）年）电磁感应原理电磁感应原理1831发电机发电机187241内燃机原理内燃机原理1862汽油内燃机汽油内燃机188321电磁波通讯原理电磁波通讯原理1895公众广播电台公众广播电台192126喷气推进原理喷气推进原理1906喷气发动机喷气发动机193529雷达原理雷达原理1925制出雷达制出雷达193510青霉素原理
19、青霉素原理1928制出青霉素制出青霉素194315铀核裂变铀核裂变1938制出原子弹制出原子弹19457发现半导体发现半导体1948半导体收音机半导体收音机19546集成电路设计思想集成电路设计思想1952单片集成电路单片集成电路19597光纤通信原理光纤通信原理1966光纤电缆光纤电缆19704无线移动通信设想无线移动通信设想1974蜂窝移动电话蜂窝移动电话19784多媒体设想多媒体设想1987多媒体电脑多媒体电脑19914新一代设计芯片新一代设计芯片90年代新一代芯片新一代芯片90年代1.52020世纪改变世界的重要机电产品世纪改变世界的重要机电产品序序产品产品发明时间（年）发明时间（年）
20、发明者发明者1 1汽车汽车1885/19031885/1903德国奔驰德国奔驰/ /美国福特美国福特2 2飞机飞机19031903美国莱特兄弟美国莱特兄弟3 3火箭火箭19031903俄国齐奥尔科夫斯基俄国齐奥尔科夫斯基4 4电冰箱电冰箱19171917美国美国5 5电影机电影机1919/361919/36德国福格特德国福格特6 6电视机电视机1927/401927/40美国贝尔美国贝尔7 7喷气发动机喷气发动机19371937英国惠特尔英国惠特尔8 8原子弹原子弹19451945美国美国 日本日本9 9计算机计算机19461946美国美国 莫切利埃克特莫切利埃克特1010晶体管晶体管1948
21、1948美国肖克利美国肖克利1111核电站核电站19511951美国美国1212数控机床数控机床19511951美国美国MITMIT1313氢弹氢弹19521952美国特勒美国特勒2020世纪改变世界的重要机电产品世纪改变世界的重要机电产品序序产品产品发明时间（年）发明时间（年）发明者发明者1414机器人机器人19541954美国戴沃尔美国戴沃尔1515人造卫星人造卫星19571957苏联苏联1616宇宙飞船宇宙飞船19611961苏联加加林苏联加加林1717飞船登月飞船登月19691969美国阿波罗美国阿波罗1818载人航天飞机载人航天飞机19771977美国美国1919磁悬浮列车磁悬浮列车
22、19651965日本日本 时速时速400400500500公里公里/ /时时2020光纤通信设备光纤通信设备19681968美国美国2121芯片芯片1971/19991971/1999美国美国intel 950intel 950万晶体管万晶体管/ /片片2222扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜19861986日本工业技术院日本工业技术院2323掌上电脑掌上电脑19921992美国美国APPLE newton APPLE newton 2424手机手机9090年代初年代初美国美国2525信息高速公路信息高速公路19931993美国美国 national information national in
23、formation infrastruture infrastruture （NiiNii）4 4、中国制造业的成就及其重大意义、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）中国制造业占国民生产总值的1/3 2）占整个工业生产的）占整个工业生产的4/53）为国家财政提供）为国家财政提供1/3以上的收入以上的收入4）贡献出口总额的）贡献出口总额的90%5）就业人员）就业人员8043万万4.2 4.2 改革开放改革开放2020年来中国制造业的进步：年来中国制造业的进步：1 1）引进国外先进技术）引进国外先进技术25002
24、500多项，占全国的多项，占全国的1/31/3以上。近几年发以上。近几年发展的新产品，展的新产品，50%50%达到达到8080年代中后期的世界水平。年代中后期的世界水平。2 2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车280280万万辆以上（其中轿车辆以上（其中轿车120120万辆以上），大中型发电设备万辆以上），大中型发电设备12001200万千万千瓦以上（火电瓦以上（火电10001000万千瓦，水电万千瓦，水电200200万千瓦），大中型拖拉机万千瓦），大中型拖拉机1111万台以上，金属切削机床万台以上，金属切削机床1010万台以上。万
25、台以上。3 3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。4 4）成功开发生产了运七、运八、新舟）成功开发生产了运七、运八、新舟6060等支线飞机。等支线飞机。5 5）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变激光切割机床，沈阳变压器厂的压器厂的5050万伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台万伏超高
26、压变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、拥有完全知识产权的航空发动机、 燃气轮机，沈阳新松机器燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的人自动化有限公司的60006000米水下机器人等产品，清华大学制米水下机器人等产品，清华大学制造工程研究所研制开发的并联机床等。造工程研究所研制开发的并联机床等。4.3 4.3 制造业的重大意义制造业的重大意义1 1）在发达国家中）在发达国家中, ,制造业创造了约制造业创造了约60%60%的社会财富、约的社会财富、约 45%45%的国民经济收入。的国民经济收入。2 2）据统计，美国）据统计，美国68%68%的社会财富来自于制造业。的社会财
27、富来自于制造业。3 3）国际生产工程科学院（）国际生产工程科学院（The International The International Academy for Production EngineeringAcademy for Production Engineering）在）在19991999年年的报告中指出：在国家生产力的构成中，制造技术的报告中指出：在国家生产力的构成中，制造技术的作用一般占的作用一般占55%-65%55%-65%。4 4）在许多国家的科技发展计划中，先进制造技术都被）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。列为优先发展的科技。我国我国“十五十五
28、”规划中确定的八个最具战略影响的领规划中确定的八个最具战略影响的领域域: : 1) 1) 信息技术信息技术 2) 2) 生物技术生物技术 3) 3) 新材料技术新材料技术 4) 4) 先进制造与自动化技术先进制造与自动化技术 5) 5) 资源环境技术资源环境技术 6) 6) 航空航天技术航空航天技术 7) 7) 能源技术能源技术 8) 8) 先进防御技术，先进防御技术， 其中，先进制造与自动化技术又是实现各其中，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。种高新技术的保障技术。总结：制造业在国家发展中的地位总结：制造业在国家发展中的地位制造业是实现现代化工业的水之源、木制造业是实现现代
29、化工业的水之源、木之本，是实现工业化的保障和原动力，是之本，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石。没有强大制造能力的国家永远成不了经济强国。经济强国。5.1 5.1 先进制造技术的定义及体系结构先进制造技术的定义及体系结构5.2 5.2 先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容5.3 5.3 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势5 5、先进制造技术、先进制造技术1 1、定义、定义: : 在传统制造技术基础上不断吸收机械在传统制造技术基础上不断吸收机械. .电子电子. .信息信息.
30、 .材料材料. .能源和现代管理等方面的能源和现代管理等方面的成果成果, ,并将其综合应用于产品设计并将其综合应用于产品设计. .制造制造. .检检测测. .管理管理. .销售销售. .使用使用. .服务的全过程服务的全过程, ,以实现以实现优质优质. .高效高效. .低耗低耗. .清洁清洁. .灵活的生产灵活的生产, ,提高对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能力的制造技术总称技术总称, ,也是取得理想技术经济效果的制也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称造技术的总称. .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
31、程设计 系统工程基础 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 信息技术 接口技术 集成技术 人工智能 数据库 软件工程 决策支持 标准和框架 数据标准 工艺标准 接口框架 产品定义和标准 检验标准 机床和工具技术 传感器和控制技术 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 技术获取和利用主主体体技技术术群群支撑支撑技术群技术群制造基础制造基础设施环境设施环境2 2、体系结构、体系结构3 3、先进设计技术、先进设计技术n设计方法现代化l产品动态分析和设计l产品可靠性l可维护性及安全设计l产品优化
32、设计l快速响应设计l创新设计l智能设计l仿真与虚拟设计l价值工程设计l模块化设计n设计手段计算机化l有限元法l优化设计l计算机辅助设计l反求工程技术lCAD/CAM一体化技术l工程数据库n向全寿命周期设计发展n由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素4 4、先进制造工艺技术、先进制造工艺技术n精密、超精密加工技术l精密加工：精度为30.3m Ra0.30.03 ml超精密加工：精度为0.30.03m Ra0.30.005 ml纳米加工：精度高于0.03m Ra小于0.30.005 mn精密成型制造技术l从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展n特种加工技术l高能束流加
33、工（电子束、离子束、激光束）l电加工（电解和电火花)l超声波加工l高亚水加工l多种能源的组合加工5 5、制造自动化技术、制造自动化技术n 数控技术l 数控装置l 进给系统l 主轴系统l NC程序编制n 工业机器人技术l 机器人操作机l 控制系统l 传感器l 生产线总线控制n柔性制造技术l柔性加工技术l柔性物流技术l柔性调度与控制技术n自动检测与信号识别技术l信号识别l数据获取l数据处理l特征提取与识别6 6、先进制造系统、先进制造系统n先进制造生产模式l柔性制造系统FMSl计算机集成制造系统CIMSl敏捷制造系统AMSl智能制造系统IMSl精良生产LPl并行工程CEn集成管理技术l企业资源管理ERPl基于作业的成本管理ABCl现代质量保障体系l生产率工程l制造资源快速有效集成n生产组织方法l虚拟公司理论与组织l企业组织结构的变革l以人为本的团队建设l企业重组工程
