先进制造技术01章节

先进制造技术,主讲：王宏斌,绪论,先进制造技术,制造业的地位,制造业是国民经济的支柱产业和经济增长发动机，是高技术产业化的载体和推动者，是吸纳劳动力就业和扩大出口的关键产业，是国家安全的重要保证。,我国制造业的水平,我国已成为制造业大国，但还不是制造业强国。,制造业强国的标志,国标水平的技术标准与法规,国标水平的人才与教育体制,自主技术创新及开发能力,国标水平的制造企业,国标水平的制造中心,国标水平的先进装备制造,绪论,一、本门课程的作用,制造业的主体功能,二、制造业涉及的主体功能,设计,制造,材料,信息,管理,绪论,三、本课程的有关说明1.学时本课程教材总学时大约45学时，课堂讲授30学时。2.特点本门课程的特点可归纳为：新、多、杂、变几个字。新是指本课程的内容大都是近10余年发展起来的技术。多和杂是指本课程内容多而且庞杂，结构不是十分清晰。变是指随着制造技术的发展，本教材中的一些内容，甚至是概念都有可能发生变化。基于上述特点，同学们除了进行课堂学习之外，还需要进行适当时间的自学，并要不断地了解先进制造技术新的发展。,绪论,第一章制造业与先进制造技术概论,先进制造技术,第一章目录,第一节制造行为的“三域”活动,第二节制造理念的更新,第三节制造技术的创新策略,第四节自适应企业策略,制造业是一切生产和装配成品的企业群体的总称，制造业共包括30行业。制造是指：,第一节制造行为的“三域”活动,第一章制造业与先进制造技术概论,第一章制造业与先进制造技术概论,一、加工域活动加工域活动是指直接改变零件形状、尺寸和性能的行为活动（工艺过程），是制造行为的基础域活动。1.机械制造技术的主要类别,增量制造,立体光刻SLA分层实体制造LOM选择性激光烧结SLS熔融沉积成形FDM其它,使用激光照射光敏树脂固化成形使用激光或刀片切割粘性层片层叠成形使用激光烧结粉末材料成形将热塑料通过喷嘴挤出后固化成形其它成形方式,减量制造,切削加工电火花加工电化学加工其它,通过去除材料，获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。这一类别的制造方法，仍是目前机械制造中应用最为普遍的。,等量制造,轧制板料成形挤压锻造,热轧、冷轧如弯曲、拉延、翻边等通过模具挤压成形通过塑性变形，形成所需要的毛坯,第一章制造业与先进制造技术概论,相变过程,铸造注塑成形热处理,将熔化的金属注入铸型中凝固成形将熔融的塑料注入模腔成形通过热处理改变材料的性能,第一章制造业与先进制造技术概论,表面处理,镀层表面合金化改变残余应力状态离子溅射,用化学或物理方法在基体表面镀上涂层如渗碳、渗氮等如喷丸、表面挤压或滚压等用离子束从表面去除材料或注入材料,固化联结,粉末冶金复合材料焊接粘接,金属粉末成形并烧结如碳纤维复合材料通过局部熔化而形成材料的连接使用粘接剂进行密封或连接,第一章制造业与先进制造技术概论,仿生加工,原子操作技术克隆制造定向生长,这一类的技术涉及生物技术、生命科学、材料科学等多学科领域，是目前最前沿的技术领域之一，也是研究最为活跃的领域之一。,在硅基板上定向生长的碳纳米管,用48个铁原子排列在铜表面上形成一个圆形围栏,第一章制造业与先进制造技术概论,纳米小车,纳米机器人,纳米差分齿轮,纳米泵,第一章制造业与先进制造技术概论,第一章制造业与先进制造技术概论,2.机械制造技术发展的主要特点,3.先进制造技术的发展趋势,第一章制造业与先进制造技术概论,4.大制造的涵义由下图可知，制造已不仅仅指基本制造功能，还包含市场分析、生产计划、营销、服务等功能，这就是所谓的大制造的涵义。,第一章制造业与先进制造技术概论,二、物流域活动物流是物料的流动。物流按物料的性质不同分为工件流、工具流和配套流三种。1.物流的概念,第一章制造业与先进制造技术概论,2.物流的发展趋势物流的5个“优”（right）服务：,第一章制造业与先进制造技术概论,3.物流域活动的主要装备夹具夹具是用来对工件进行定位和夹紧的，这一过程称为安装或装夹。夹具的发展方向是高精、高效、模块、组合、通用、经济。,第一章制造业与先进制造技术概论,连续输送装置连续输送装置是用来将物料沿固定路线连续移动的装置。如带式输送系统、槽式输送系统、辊子输送系统、随行夹具返回装置等。,第一章制造业与先进制造技术概论,吊车和卷扬机吊车和卷扬机是高架设备，可在有限范围内间歇地移动物品，如行车、悬臂吊、卷扬机等。,第一章制造业与先进制造技术概论,运货车手推车或机动车能沿可变线路移动物料，如手推车、叉车、电瓶车等。,第一章制造业与先进制造技术概论,自动导向小车（AGV）自动导向小车（AGVAutomatedGuidedVehicles）是一种由计算机控制并按一定程序自动完成运输任务的运输工具。AGV4项性能指标：最大载重、最高行驶速度、准停精度和制导方式。,第一章制造业与先进制造技术概论,自动化仓库柔性物流系统以自动化中央仓库为中心，依据计算机管理系统的信息，实现毛坯、半成品、成品、配套件和工具等的自动存储、自动检索、自动输送等功能。使用自动仓库的优势：降低仓储成本、提高保管质量、增强市场响应能力、有利于环境保护。,第一章制造业与先进制造技术概论,机器人物流中应用机器人可用于装卸工件、传输物料等,第一章制造业与先进制造技术概论,第一章制造业与先进制造技术概论,三、信息域活动处在信息化时代的制造业及制造系统将会最大限度的“数字化”，信息域活动亦可认为是数字化活动。1.设计过程的信息域活动设计的概念,什么是设计？,物体任一部分的设计都应满足功能需求，且基于艺术与工程的结合。,设计是创造一个迄今尚不存在的产品（硬件、软件或一个系统）的过程。,设计是一个决策过程。,设计就是制作原始计划、草图和方案等。,第一章制造业与先进制造技术概论,设计过程信息域活动的内容设计过程信息域活动就是将概念、构思映射成数字化物理模型的过程，这需要CAD系统的支持。,第一章制造业与先进制造技术概论,2.加工过程的信息域活动加工过程就是将设计对象物化的过程，在这一过程中，会产生大量诸如力、热、变形、误差等物理信息。对这些信息进行采集、处理和控制的过程就是加工过程信息域的活动。CNC技术是目前最主要的先进制造设备，其原理如下图所示：,第一章制造业与先进制造技术概论,加工过程信息域的活动还包括虚拟加工中的数字化仿真与分析。,3.物流过程的信息域活动物流过程的信息域活动，包括对传输装置数量与布局的信息、被传输物料信息、经济效益信息等的监控与管理。具体内容如下：,系统布局及设备、人员配备,系统运行模式,经济效益评估,物流设备的类型、数量及布局；自动化中央仓库的类型、库容及布局刀库、工件缓冲站的大小及布局；加工设备的类型、数量及布局,物料的运输路线；工件运输的调试策略系统内托盘的最大数量运输设备故障率；系统的持续运行时间,系统的投资规模；系统的资金周转；刀具、夹具、托盘的投资生产成本信息；投资效益评估等,第一章制造业与先进制造技术概论,第一章制造业与先进制造技术概论,4.管理中的信息域活动管理中的信息域活动就是利用管理信息系统（MIS）对各种管理信息进行收集、传输、加工、存储和使用的过程。制造企业的管理信息可分为三大类：,第一章制造业与先进制造技术概论,第一章制造业与先进制造技术概论,第一章制造业与先进制造技术概论,四、先进制造技术的内涵与特征先进制造技术（Advancedmanufacturingtechnology,AMT）尚无统一的定义，一般可以认为：AMT是制造业不断吸收机械、电子、信息、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、使用及服务乃至回收的全过程的新的制造技术的总称。AMT的主要特征是：,第一章制造业与先进制造技术概论,第二节制造理念的更新,一、制造模式制造模式指的是制造系统的构成及动作方式。制造系统的构成及动作方式，依赖于制造技术的进步，也依赖于制造理念的更新。可以把制造业的发展划分为3个阶段：传统制造、现代制造、后现代制造。其生产理念也随之不断更新。,对比,第一章制造业与先进制造技术概论,不同制造理念的比较,第一章制造业与先进制造技术概论,二、加工工艺系统在机械加工中，由机床、夹具、工件和刀具组成的系统称为工艺系统（machiningcomplex）。随着制造模式的变化工艺系统的构成也有了新的变化（如图所示）。在虚拟制造中整个工艺系统都存在于计算机系统中。,第一章制造业与先进制造技术概论,三、虚/实集成加工单元V-CNC系统是一种通用的数控仿真软件系统，可对车、铣等数控加工进行仿真和分析。虚/实集成加工单元（VPIMPC）构成如图1.2.3（P23）所示。,第一章制造业与先进制造技术概论,应用虚/实集成加工单元的优点是避免机床碰撞、消除零件试切、缩短生产周期、延长刀具寿命、提高生产率、增强竞争能力。,应用实例,第一章制造业与先进制造技术概论,四、可持续制造资源、环境和人口是当今全球关注的三大热点问题。可持续发展已被公认为21世纪的生产发展模式。可持续发展是指既能满足社会当前的需求，又不危及子孙后代满足其需求的一种发展模式。可持续发展的程度可用人口、物质生活水平及环境效率来定量描述：,其中：GDP/人口是指每个人平均享有的GDP，即人的物质生活水平；环境/GDP表示环境效率，即产生一份GDP消耗的环境资源。,第一章制造业与先进制造技术概论,要实现可持续制造，需要着重解决如下问题。1.资源传递的延伸技术通过再造工程延长机器、工具、零件等的传递周期，通过资源循环利用及废弃物再利用，使资源得到充分利用，减少对环境的冲击。2.生态型制造模式所谓生态型制造模式就是在制造过程中对环境影响小，且资源消耗少的生产模式。3.可持续制造工厂可持续制造工厂的建立，各个国家都仍处在探索之中。它与传统工厂相比应具有这样一些特点：它是建立在高科技基础上面向21世纪的，能极大地减少制造过程中对环境的冲击，能最有效地使资源得到利用。,第一章制造业与先进制造技术概论,五、大量定制电子商务的发展使数字化定制生产不仅变得必要，而且也成为可能。大量定制（masscustomization,MC）是21世纪的先进生产模式，它将定制生产与大量生产有机结合起来，在满足用户个性化需求的同时，保持较低的生产成本与较短的交货期。1.大批量生产与大量定制生产方式的对比,第一章制造业与先进制造技术概论,2.大量定制生产的理论和方法大量定制生产是把多品种单件小批生产与大批量生产的优点集中起来，解决多品种单件小批生产与大批量生产的缺点，适应现代市场经济的发展。大体上说，大规模定制生产主要是基于以下理论和方法得以实现其目标的，如下图。,融合,第一章制造业与先进制造技术概论,3.组织大量定制生产应具备的条件组织大量定制生产应具备以下条件：先进的技术和设备；扁平的、合理的企业组织结构；全面支持产品开发和制造的集成信息系统；协同产品商务(CPC)环境；高素质的员工。,第一章制造业与先进制造技术概论,4.大量定制的分类协同定制通过企业与客户的协同，共同确定定制的产品和服务。装饰定制在标准产品的基础上，根据客户的不同要求，改变包装和表面装饰的定制，如个性挂历、个性T恤衫等。调整定制（适应性定制）企业提供一种可调节的标准定制产品，用户根据自己的需要进行适应性个性和重新配置。如可自己改变长度的裤子。预测定制（透明定制）在深入研究客户需求的基础上，根据预测为客户分别提供所需的个性化产品，客户并不参与定制过程。如左撇子鼠标。,第三节制造技术的创新策略,人类在20世纪取得了令人瞩目的制造技术成果，其中数控（NC）加工技术与生长型制造技术（MIM）是两项突破性创新成果。面对21世纪，制造技术同样受到可持续发展策略、知识经济、信息化数字化技术的驱动，并将以新的面貌出现在世人面前，也迫使制造技术人员思考制造技术创新研究问题和创新策略。,一、制造技术创新的空间与动力可持续发展是制造技术创新的动力与空间。,第一章制造业与先进制造技术概论,我国制造业面临的问题,解决上述问题,依靠制造业的技术创新,二、制造技术创新的基础知识是制造技术创新的基础。,第一章制造业与先进制造技术概论,计算机技术信息技术网络技术激光技术纳米技术材料科学控制理论,集成融合改进,新的制造技术,三、制造技术创新的手段数字化是制造技术创新的主要手段。数字化的核心是离散化，如何将自然界的连续物理现象、模糊的不确定现象，以及人的经验与技能等离散化，进而实现数字化。继计算几何、计算力学问世之后，计算切削工学、计算制造、数字化制造、新型材料零件数字化设计与制造等陆续被提出，明显地看出数字化是技术创新的重要手段，前述的20世纪两大突破性创新，数字化也起到了重要的作用。计算机网络为数字化信息的传递、为实现“光速贸易”提供了技术手段。计算机网络也为实现全球化制造，基于网络的制造提供了物质保证，这不仅有利于参与市场竞争，促进设备资源的共享，更有利于快速获得制造技术信息，激发创新灵感，是实现数字化制造的重要保证。,第一章制造业与先进制造技术概论,四、制造技术创新的模式在技术创新中，模式主要是指技术创新过程中有关技术的产生、选择、组织、应用与扩散方式的总和。长江三角洲地区是我国技术创新能力和创新水平最高的地区，其成功的创新模式有