《先进制造技术》课程报告.doc

精品文档成都航空職業技術學院先进制造技术课程报告 院系： 航空制造工程系 专业： 数 控 技 术 班级： 1 0 9 3 1 导师： 姓名： 学号： 时间： 2011-12-15 先进制造技术（AMT）的概念源于20世纪80年代。它是指在制造过程和制造系统中融合电子、信息和管理技术以及新工艺、新材料、等现代科学技术，使材料转换为产品的过程更有效、成本更低、更及时满足市场需求的先进的工程技术的总称。 随着人类工业文明的不断进步，制造也已成为国家经济和综合国力的基础，制造业的发达与先进成都是国家工业化的重要表征。人类社会在步入新世纪的同时也逐渐由工业经济时代步入知识经济时代，全球经济正处于一个动态的变革时期，制造业面临更为严峻的挑战。在知识经济时代，知识和技术被认为是提高生产率和实现经济增长的驱动器。因而，先进制造技术已成为制造企业在激烈市场竞争中立于不败之地并求的迅速发展的关键因素，成为世界经济发展和满足人类日益增长需要的重要支撑，成为加速高新技术发展和实现国防现代化的助推器。本课程是在理论与实际相结合的教学方式下进行的，在三个具有实际代表性的现代工厂进行了参观学习，对一些先进的技术和设备进行了深入的了解，然后结合理论知识进行对比举证，强化了专业知识。先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。可基本归纳为以下四个方面：1. 先进制造工艺技术。2. 先进的工程设计技术（计算机辅助设计与制造技术）。3. 制造自动化技术。4. 先进生产管理技术、制造哲理与生产模式。一、先进制造工艺技术 （1）高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。超高速切削。精密加工一般指加工精度在100.1m（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1m以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为0.10.01m数量级，表面粗糙度Ra值为0.001m数量级的加工方法。此外，精密加工与特种加工 一般都是计算机控制的自动化加工。 （2) 精密成型制造技术，包括高效、精密、洁净铸造、锻造、冲压、焊接及热处理与表面处理技术。 （3）现代特种加工技术，包括高能束流（主要是激光束、以及电子束、离子束等）加工，电解加工与电火花（成型与线切割）加工、超声波加工、高压水加工等。电火花加工(Electrical discharge machining (EDM)电火花加工 electric spark machining )是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用对工件进行的加工。能对任何导电材料加工而不受被加工材料强度和硬度的限制。可分为电火花成型加工(EDM)和电火花线切割加工(电火花线切割加工 electrical discharge wire cutting-EDW)两大类。一般都采用CNC控制。（4）快速成型制造（RPM).快速成形技术是在计算机控制下，基于离散堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造的技术。从成型角度看，零件可视为“点” 或“面” 的叠加而成。从CAD电子模型中离散得到点、面的几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。（5）先进制造工艺发展趋势 1）采用模拟技术，优化工艺设计； 2）成形精度向近无余量方向发展；3）成形质量向近无“缺陷”方向发展；4）机械加工向超精密、超高速方向发展； 5）采用新型能源及复合加工，解决新型材料的加工和表面改性难题；6）采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制；7）采用清洁能源及原材料，实现清洁生产；8）加工与设计之间的界限逐渐谈化，并趋向集成及一体化； 9）工艺技术与信息技术、管理技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展。二、先进的工程设计技术 先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。（1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等）设计现代化。以CAD为基础（造型，工程分析计算、自动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、人机工程设计、美学设计、绿色设计等等；（2）先进的工艺规程设计技术与生产技术准备手段。在信息集成环境下，采用计算机辅助工艺规程设计、即CAPP，数控机床、工业机器人、三坐标测量机等各种计算机自动控制设备设备的计算机辅助工作程序设计即CAM等。三、制造自动化技术 计算机控制自动化技术 （1）数控技术与数控机床；数控加工技术是为了实现机床控制自动化要求而发展的。它是指用代码化的数字、字母及符号表示加工要求、零件尺寸及其参数、加工步骤等，通过控制介质，输入到控制装置，经过微机进行处理与计算，发出各种控制信号与数据，使机床各部件自动协调运动，实现自动加工的技术。采用数控加工技术的机床，称为数控机床。数控加工的主要特点是：加工的零件精度高；生产效率高；特别适合加工形状复杂的轮廓表面；有利于实现计算机辅助制造；对操作者（不含编程人员）技术水平的要求相对较低；初始投资大、加工成本高。此外，数控机床是技术密集型的机电一体化产品，数控加工技术的复杂性和综合性加大了维修工作的难度，需要配备素质较高的维修人员和维修设备。 （2）工业机器人（用于物流与加工）及物流设备；工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。 （3）柔性制造系统（FMC,FMS,FML）：包括加工设备（CNC机床）、检测设备、物料输送（工业机器人、自动交换托盘（APC）、自动输送台车（RGV、AGV）等）和储存设备（立体仓库等）；数柔性制造系统（FMS）是现代机械制造业中的新型自动化生产设备，它是为填补占机械制造中70的中小批量生产自动化而发展起来的。它主要包括若干台数控机床和加工中心（或其他直接参加产品零部件生产的自动化设备），用一套自动物料（包括工件和刀具）搬运系统连接起来，由分布式多级计算机系统进行综合管理与控制，以适应柔性的高效率零件加工（或零部件生产）。所谓柔性的零件加工是指能够同时地和交替地加工不同的但是同系统的零件。柔性制造系统的适用范围很广，它主要解决了单件小批生产的自动化和中大批多品种的自动化加工。它把高柔性、高质量、高效率结合和统一起来，在当今具有很强的生命力（4）计算机集成制造（CIM）和工厂自动化（FA）。计算机集成制造系统（CIMS）是由计算机管理系统、计算机辅助设计与制造CAD/CAM以及柔性制造系统FMS（还可能有其他生产单元）组成。CIMS是产品生产过程的各子系统的完美集成，即把工程设计、生产制造、市场分析和其他支持功能合理地通过计算机网络有机地集合成一个整体，以实现生产的柔性化、优化、自动化和集成化，达到高效率、高质量、低成本而灵活生产的目的。 四、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式。1.虚拟制造技术(VM)虚拟制造技术（virtual manufacturing technology，VMT）是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成企业的市场竞争优势。如波音777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，其开发周期从过去的8年缩短到5年；Chrycler公司与IBM合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从而缩短了研制周期。尽管虚拟制造技术的出现只有短短的几年时间，虚拟制造的应用将会对未来制造业的发展产生深远的影响。采取虚拟制造技术的效益： 1）提供关键的设计和管理决策对生产成本、周期和能力的影响信息，以便正确处理产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平衡，作出正确的决策； 2）提高生产过程开发的效率，可以按照产品的特点优化生产系统的设计； 3）通过生产计划的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和敏捷制造； 4)可以根据用户的要求修改产品设计，及时作出报价和保证交货期。2.计算机集成制造系统（CIMS）计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System 简称CIMS)是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。CIMS体系结构是用来描述研究对象整个系统的各个部分和各个方面的相互关系和层次结构，从大系统角度研究，将整个研究对象分为几个子系统，各个子系统相对独立自治、分布存在、并发运行和驱动等。我们可以从功能结构和逻辑结构来认识CIMS体系结构。从功能层方面分析，CIMS大致可以分为六层：生产/制造系统，硬事务处理系统，技术设计系统，软事务处理系统，信息服务系统，决策管理系统。CIMS分类从生产工艺方面分，CIMS可大致分为离散型制造业、连续性制造业和混合型制造业三种；从体系结构来分，CIMS也可以分成集中性、分散性和混合型三种。 CIMS的技术构成1)先进制造技术；2）敏捷制造；3）虚拟制造；4）并行工程现代集成制造技术未来发展趋势：1）以“数字化”为发展核心；2）以“精密化”将成为发展的关键；3）突出“极”是发展的焦点；4）以“自动化”技术为发展前提;5) 以“集成化”为发展的方法;6) 以“网络化”为发展道路;7) “智能化”是CIMS未来发展的美好前景;8)“绿色”是CIMS未来发展的必然趋势;9)CIMS的标准化。3.并行工程（CE）并行工程(Concurrent Engineering) 并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。并行工程的研究范围一般包括： 并行工程管理与过程控制技术， 并行设计技术， 快速制造技术。并行工程的特征：1）并行交叉；2）尽早开始工作。并行工程本质特点：1.并行工程强调面向过程和面向对象2.并行工程强调系统集成与整体优化。4.精益生产(LP)精益生产(Lean Manufacturing)，简称“精益”，利用杜绝浪费和无间断的作业流程而非分批和排队等候的一种生产方式。精益生产是衍生自丰田生产方式的一种管理哲学。 实施步骤：1、建立并行工程的开发环境2、成立并行工程的开发组织机构3、选择开发工具及信息交流方法4、确立并行工程的开发实施方案。精益生产方式的基本思想可以用一句话来概括，即：Just In Time（JIT），翻译为中文是“旨在需要的时候，按需要的量，生产所需的产品”。因此有些管理专家也称精益生产方式为JIT生产方式、准时制生产方式、适时生产方式或看板生产方式。 其核心追求以下两个方面： 第一，追求零库存。 第二，追求快速反应，即快速应对市场的变化。 为了快速应对市场的变化，精益生产者开发出了细胞生产、固定变动生产原则：1.消除八大浪费 2.关注流程，提高总体效益 3.建立无间断流程以快速应变 4.降低库存 5.全过程的高质量，一次做对 6.基于顾客需求的拉动生产 7.标准化与工作创新 8.尊重员工，给员工授权 9.团队工作 10.满足顾客需要 11.精益供应链 12.自我反省和现地现物 精益生产方式与传统生产方式的区别主要表现为：改变了品质控制手段；消灭（减少）了各种缓冲区；增加了职工的参与感和责任感；培训职工并与职工交流；仅在需要的地方采用自动化；精益组织结构。5. 敏捷制造（AM）敏捷制造是在具有创新精神的组织和管理结构、先进制造技术（以信息技术和柔性智能技术为主导）、有技术有知识的管理人员三大类资源支柱支撑下得以实施的，也就是将柔性生产技术、有技术有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理集中在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场进度作出快速响应。敏捷制造比起其它制造方式具有更灵敏、更快捷的反应能力。 敏捷制造主要包括三个要素，生产技术，组织方式，管理手段敏捷制造的特点：1）从产品开发到生产周期的全过程满足要求；2）采用多变的动态组织结构；3）战略着眼点在于长期获取经济效益；4）建立新型的标准基础结构；5）最大限度地调动、发挥人的作用。6.绿色制造（GM） 绿色制造技术是指在保证产品的功能、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。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低。 绿色制造模式是一个闭环系统，即原料工业生产产品使用报废二次原料资源，从设计、制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境影响最小，资源效率最高，也就是说要在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品环境属性，改变了原来末端处理的环境保护办法，对环境保护从源头抓起，并考虑产品的基本属性，使产品在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本性能、使用寿命、质量等。 绿色制造的专题技术：绿色设计技术、绿色材料选择技术、绿色工艺规划技术、绿色包装技术、绿色处理技术。绿色制造技术发展趋势：全球化、社会化、集成化、产业化、并行化、智能化等。当前先进制造技术的发展趋势大致有以下几个方面：1.信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用2.设计技术不断现代化产品设计是制造业的灵魂。现代设计技术的主要发展趋势是：(1)设计手段的计算机化在实现了计算机计算、绘图的基础上，当前突出反映在数值仿真或虚拟现实技术在设计中的应用，以及现代产品建模理论的发展上，并且向智能化设计方向发展。(2)新的设计思想和方法不断出现(3)向全寿命周期设计发展(4)设计过程由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素设计不只是单纯追求某项性能指标的先进和高低、而是注意考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面的影响。3.成形及改进制造技术向精密、精确、少能耗、无污染方向发展成形制造技术是铸造、塑性加工、连接、粉末冶金等单元技术的总称。4.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5.工艺由技艺发展为工程科学，工艺模拟技术得到迅速发展先进制造技术的一个重要发展趋势是，工艺设计由经验判断走向定量分析，加工工艺由技艺发展为工程科学。6.专业、学科间的界限逐渐淡化、消失7.绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征日趋严格的环境与资源的约束，使绿色制造业显得越来越重要，它将是21世纪制造业的重要特征，与此相应，绿色制造技术也将获得快速的发展。主要体现在：(1)绿色产品设计技术 使产品在生命周期符合环保、人类健康、能耗低、资源利用率高的要求。(2)绿色制造技术 在整个制造过程，使得对环境负面影响最小，废弃物和有害物质的排放最小，资源利用效率最高。绿色制造技术主要包含了绿色资源、绿色生产过程和绿色产品三方面的内容。(3)产品的回收和循环再制造 例如，汽车等产品的拆卸和回收技术，以及生态工厂的循环式制造技术。它主要包括生产系统工厂-致力于产品设计和材料处理、加工及装配等阶段，恢复系统工厂-主要对产品(材料使用)生命周期结束时的材料处理循环。8.虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用虚拟现实技术(Virtual Reality Technology)主要包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。 9.信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展，造业在经历了少品种小批量-少品种大批量、-多品种小批量生产模式的过渡后，70年代、80年代开始采用计算机集成制造系统(CIMS)进行制造的柔性生产的模式，并逐步向智能制造技术(IMT)和智能制造系统(IMS)的方向发展。精益生产(LP)、灵捷制造(AM)等先进制造模式相继出现，预计21世纪初，先进制造模式必将获得不断发展。在学习了先进制造技术以后，除了对相应的基本知识的掌握以外，还产生了自己对先进制造技术的认识。第一，我认为真正决定先进制造技术先进的关键是在于人们对物质世界的理解深度，以物理学科为主。物理上的突破往往意味着新的时代的开始，制造业也是如此。从第一次工业革命开始，真正决定制造业发展应该是物理层面的进步