先进制造技术发展及体系结构.ppt

先进制造技术,2011.3,第一章 先进制造技术的发展及体系结构,1.1 知识经济条件下制造业的发展 1.2 制造业的变革及挑战 1.3 先进制造技术的提出及工业化国家制造业的发展战略 1.4 先进制造技术的内涵、技术构成及特点 1.5 先进制造技术的体系结构及分类 1.6 先进制造技术发展趋势 1.7 先进制造技术的技术前沿,1、制造的概念,1.1 概念 制造（manufacturing): 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。,+,+,制造系统,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。,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。,市场分析 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,1.1-1.3 先进制造技术的提出,黑寡妇微型飞行器,图1-1 黑寡妇卫星飞行器,图1-2 纳秒及飞秒脉冲激光加工,第一个战略问题,究竟依靠什么产业来强国？ 是依靠第三产业来强国，还是依靠制造业来强国？,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，美国政府开始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。,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”。,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。,学习的榜样瑞士,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。,先进制造技术在我国的进展,原人大常委会副委员长宋健指出： “先进制造技术是一个国家、一个民族赖以繁荣的重要手段”。,1）明确提出：要大力采用先进制造技术； 2）投入了大量的资金、开展大量的项目用以支持和促进先进制造技术的发展和应用。,1.4 先进制造技术的内涵、技术 构成及特点,1、先进制造技术的定义 先进制造技术是制造业不断吸收机械，电子，信息（计算机与通信，控制理论，人工智能等），能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计，制造，检测，管理，销售，使用，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，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 先进制造技术是当今工业企业在激烈的市场竞争中离不开的集设计生产管理市场信息创新于一体的综合技术。,2、先进制造技术的内涵及技术构成,图1-3 先进制造技术的内涵，层次及其技术构成示意图,3、先进制造技术的特点,先进制造技术应用的先进性,先进制造技术应用的广泛性,先进制造技术应用的实用性,先进制造技术应用的系统性,先进制造技术的动态特性,先进制造技术的集成性,先进制造技术强调的是实现优质、高效、低 耗、清洁、灵活的生产,先进制造技术的应用，最终的目标是提高动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力,1.5 先进制造技术的体系结构及分类,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 体 技 术 群,支撑 技术群,制造基础 设施环境,1 体 系 结 构,2、先进制造技术的分类,（1）现代设计技术 （2）先进制造工艺 （3）自动化技术 （4）系统管理技术,现代设计技术,1）计算机辅助技术：有限元法，优化设计，计算机辅助设计，反求工程技术，模糊智能cad，工程数据库 2）性能优良设计基础技术：可靠性设计，安全设计，动态分析与设计， 防断裂设计，疲劳设计，防腐蚀设计，减磨和耐磨设计，健壮设计， 耐环境设计，维修性设计，维修性保障设计，测试设计，人机工程设计 3）竞争优势创建技术：快速响应设计，智能设计，仿真与虚拟设计，工业设计，价值工程设计，模块设计 4）全寿命周期设计：并行设计，面向制造的设计，全寿命周期设计 5）可持续性发展产品设计：绿色设计 6）设计试验技术：产品可靠性试验，产品环保性能试验与控制，仿真试验与虚拟试验,1）精密洁净铸造成型工艺 2）精确高效塑性成型工艺 3）优质高效焊接及切割技术 4）优质低耗洁净热处理技术 5）高效高精机械加工工艺 6）现代特种加工工艺 7）新型材料成型与加工工艺 8）优质清洁表面工程新技术 9）快速模具制造技术 10）拟实制造成形加工技术,先进制造工艺,1）数控技术 2）工业机器人 3）柔性制造系统（fms） 4）计算机集成制造系统（cims） 5）传感技术 6）自动检测及信号识别技术 7）过程设备工况监测与控制,1）先进制造生产模式 2）集成管理技术 3）生产组织方法,自动化技术 系统管理技术,1.6 先进制造技术发展趋势,总趋势：向精密、柔性、智能、集成、全球化方向发展,1、企业生产方式面临的重大变革,“中心”的变化,以产品为中心,以顾客为中心,以市场为中心,“组织形式”的变化,金字塔型组织,“工作方式”的变化,顺序工作方式,并行工作方式,“快鱼”吃“慢鱼”,快速响应市场的竞争策略,1.6 先进制造技术发展趋势,2、绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征,（1）绿色设计技术 （2）清洁生产技术 （3）拆卸回收技术 （4）生态工厂的循环制造技术 （5）iso14000环保管理标准,3、设计技术不断现代化,（1） 设计方法和手段的现代化 （2） 新的设计思想和方法不断出现 （3） 由简单的，具体的，细节的设计转向复杂的总体设计 和决策。 （4） 由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术，经济和社会 因素。,1.6 先进制造技术发展趋势,4、成型制造技术向精密成型或净成型的方向发展,（1）精密铸造技术 （2）精密塑性成型技术 （3）精密连接技术,（1）超精密加工技术 （2）超高速切削 （3）新一代制造装备的发展,5、加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展,1.6 先进制造技术发展趋势,（1）激光，电子束，离子束，分子束，等离子体，微波，超声波，电液，电磁，高压水束流等新能源或能源载体的引入，形成了多种崭新的特种加工及高密度能束切割，焊接，熔炼，锻压，热处理，表面保护等加工工艺。,（2）超硬材料，高分子材料，复合材料，工程陶瓷，非晶微晶合金，功能材料等新型材料的应用，扩展了加工对象，导致某些崭新加工技术的产生。,6、新型加工方法以及复合工艺不断发展,1.6 先进制造技术发展趋势,8、虚拟技术广泛应用,9、工艺模拟技术得到迅速发展,10、技术创新将成为21世纪企业竞争的焦点,（1）虚拟设计 （2）虚拟制造 （3）虚拟研究开发中心 （4）虚拟企业,7、应用快速原型制造技术的快速制造技术得到快速发展和应用,（1）基于三维曲面设计的快速设计技术 （2）快速三坐标 测量技术 （3）快速原型制造技术 （4）快速零件制造技术 （5）并行工程,1.7 先进制造技术的技术前沿,1. 可重组制造系统,2. 无浪费工艺,3. 新的材料工艺,4. 生物制造技术,5. 企