第一章先进制造系统总论

先进制造系统,主讲：马立红经济管理学院,先进制造系统,1先进制造系统总论2先进制造系统的基本原理先进制造模式先进设计技术,5先进制造装备及技术6先进制造工艺技术7绿色设计与制造8制造系统的展望,教材:先进制造系统，戴庆辉主编,机械工业出版社，2006年。参考教材：1刘飞主编，先进制造系统（修订版），中国科学技术出版社，2005年。2庄品等编著，现代制造系统，科学出版社，2005年。3罗振璧等编著，现代制造系统，机械工业出版社，2004年。,课程考核方式,上课情况+考勤（20%）实验（10%）考试（70%）,先进制造系统总论,1制造与制造业的概念2制造业的发展和作用我国制造业的现状产品生命周期,5先进制造系统的概念6先进制造模式的概念7先进制造技术的概念8制造工程学科,制造与制造业的概念,狭义制造：是指产品的制造过程。就是指原材料在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程。广义制造：是指产品的全生命周期过程。（CIRP):制造是一个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。,制造与制造业的概念,Manufacturingisseriesofinterrelatedactivitiesandoperationsinvolvingthedesign,materialsselection,planning,production,qualityassurance,managementandmarketingoftheproductsofthemanufacturingindustries.,广义制造包含了四个过程：概念过程产品设计、工艺设计、生产计划等物理过程加工、装配等物质（原材料、毛坯和产品等）的转移过程产品报废和再制造过程特点：全过程、大范围、高技术,制造与制造业的概念,制造与制造业的概念,制造和加工的辨析加工：是指把原材料变换成产品的直接物理过程。制造与加工的比较：制造包含加工和装配。加工是制造中的关键活动之一，加工系统是制造系统的一个主要的子系统。,制造与制造业的概念,制造与生产辨析生产：原指人们使用工具来创造各种生产资料和生活资料的活动。现指把各种生产要素的输入转变为产品的输出过程。制造与生产的比较：从词义描述的过程来看，生产系统是制造系统的一个子系统。从词语使用范围来看，生产系统在使用范围上比制造系统大。制造较多的被用于工程技术领域；而生产更多的被用于经济管理领域。,图1-1生产的定义,制造业的内涵和构成,制造业是所有与制造有关的企业生产机构的总称。或者说，它是对原材料加工或再加工以及对零部件装配工业的总称。,2002年全国工业构成,表1-1第一、二、三产业的划分,制造业行业分类及代码,美国国家研究委员会（NCR）把制造企业分为物质企业和产品企业。,制造业的发展和作用,古代制造业的发展（18世纪之前）近代制造业的发展（18世纪至20世纪40年代）现代制造业的发展（20世纪40年代至今）工具化机械化电气化自动化电脑化/网络化/信息化知识化,Manufacturingtechnologyhasdevelopedformanyyears.Overtheseyears,ithasgonethroughmanychangesandprogressedthefollowingstages:1.Befor1770:craftspeoplewithanvilandhammer.,Ablacksmithworkingironwithahammerandanvil,Alathefrom1911showingcomponentparts.,2.1770:constructionofsimpleproductionmachinesandmechanizationstarted.3.Attheturnof20thcentury:fixedautomaticmechanismsandtransferlinesformassproductioncomealong.,3.Attheturnof20thcentury:fixedautomaticmechanismsandtransferlinesformassproductioncomealong.,1913FordModelTassemblyline,4.Next:machiningtoolswithsampleautomaticcontrol.5.1952:theintroductionofnumericalcontrol(NC)openedanewerainautomation.6.Next:computerizednumericalcontrol(CNC)formachinetools.,7.1961:industrialrobotsweredevelopedwithCNCsystem.8.Present:afullyautomaticfactorywithFMS,CAD/CAMtechniques.,世界制造中心的三次转移,世界制造中心的产生17601850英国世界制造中心的第一次转移18511900德国世界制造中心的第二次转移18791930美国世界制造中心的第三次转移20世纪70年代中后期日本,世界制造中心的三次转移,世界制造中心三次转移的分析世界制造中心转移呈现加速的趋势世界制造中心转移并不总伴随着世界科技中心的转移要保持世界制造强国的地位，首先要保持世界制造业科学技术的领先地位世界制造中心的转移使一些国家实现了跨越式的发展,制造业的作用,制造业对人类文明发展有极为重要的影响制造业是创造社会财富的支柱产业制造业是发展高新技术的载体和动力制造业是发展现代物质文明的基础，是国防安全的保障；是国民经济的主体和支柱，是国家工业化、现代化建设的动力源；是技术进步的主要舞台，是在国际竞争中取胜的法宝。,制造业不是夕阳工业(1)1.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，美国的一些国会议员、政府要员纷纷要求政府出面，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，他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续8年取得了2-3%的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业率。这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。,2.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”。,1.2.2制造业在国民经济中的地位,1963年,1983年,美日两国汽车产量在世界市场所占份额,美日两国汽车产量变化,3.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。,4.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。,我国制造业的现状我国制造业的成就,制造业已成为国家的命脉制造业是国民经济的产业主体和物质基础制造业是带动我国经济高速增长的发动机制造业是我国吸纳劳动就业的重要市场制造业是我国扩大出口的关键产业,我国已跻身世界制造大国行列提供重大成套装备能力不断提高制造业总体规模已居世界第四位各具特色的装备制造业集中的逐渐形成,我国制造业的现状我国制造业的问题,制造系统的问题劳动生产率和工业增加值率低我国制造业处于全球产业链的低端技术创新能力十分薄弱制造业的机构不尽合理,制造模式的问题企业体制的不适应经营理念的不适应生产管理手段的不适应企业组织结构的不适应,制造技术的问题设计技术制造工艺与装备制造过程自动化,产品生命周期制造业产品的分类,按产品的宏观用途可分为生产资料和生活资料；按产品的构成形态可分为离散式产品、流程式产品和混合式产品。我们主要讨论离散式产品的制造系统。,产品生命周期机械电子制造业的产品,金属制品专用设备普通机械交通运输机械,电气机械及器材电子及通讯设备仪器仪表及文化办公用机械,产品品种：企业生产不同产品的种类数。产品批量：大量生产成批生产单件生产,产品生命周期产品的品种和批量,大量生产,L,L,L,L,L,L,L,L,L,L,车工班,L,L,L,L,M,M,M,M,D,D,D,D,D,G,G,G,G,G,P,P,A,A,A,发货和收货,装配,涂漆班,Cellular2,M,L,Cellular1,Cellular3,Cellular5,Cellular4,成批生产,L,L,L,L,L,L,L,L,L,L,M,M,M,M,D,D,D,D,D,D,D,D,G,G,G,G,G,G,P,P,A,A,A,发货和收货,装配,涂漆班,车工班,磨工班,钻工班,碾磨班,成批生产,制造对象,制造场所,完成品,物料,人,工具、设备,单件生产,引入期成长期成熟期衰退期,年销售额,年利润,产品生命周期产品市场生命周期,产品生命周期产品全生命周期,产品全生命周期是指一个产品从构思到出生、从报废到再生的全过程，又称产品自然生命周期，通常简称为产品生命周期。包括产品计划、产品设计、产品制造、产品销售、产品使用和产品报废（包括处理与再制造）。,先进制造系统的概念系统的定义和特性,系统的定义具有特定功能的、由若干相互联系的要素组成的一个整体。,系统的特性,集合性层次性有界性相关性,整体性目的性环境适应性生物性,制造系统的含义CIRP：制造系统是制造业中形成制造生产的有机整体。在机电工程专业中，制造系统具有设计、生产、发运和销售的一体化功能。,先进制造系统的概念制造系统的含义,制造系统的含义是由制造过程所涉及的人员、硬件和软件等构成的、通过资源转换以最大生产率而增值的、经历产品全生命周期的一个有机整体。,先进制造系统的概念制造系统的含义,在功能上,在结构上制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。,信息交流与反馈,市场分析,产品设计,工艺设计,加工装配,检验包装,销售服务,报废处理,市场信息,制造系统的过程,在过程上,先进制造系统是指在时间、质量、成本、服务和环境诸方面，能够很好的满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好社会效益，达到整体最优的制造系统。,先进制造系统的概念先进制造系统的定义,先进制造系统,先进制造模式,先进制造技术,时间第一满意质量分集并存以人为本,先进制造系统的概念先进制造系统的特点,扁平组织柔性更高模块拼合关注环境,先进制造模式的概念,模式是某种事物的标准形式或使人可以照着做的标准样式。制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作的模式。先进制造模式是应用先进制造技术的生产组织和技术系统的形态与运作的方式。,先进制造技术的概念,技术是人类在优化世界的实践过程中所采用的手段和方法，也是人的因素和物化因素的统一。制造技术是根据人们的需求，使原材料成为产品所运用的一系列技术的总称，是制造业赖以生存和进步的主体技术。先进制造技术是指根据市场需求，使原材料成为产品所运用的一系列先进技术的总称，是当代制造业赖以生存和发展的主体技术。,先进性广泛性实用性系统性集成性动态性持续发展性,先进制造技术的特点,先进制造技术的内容,按AMT的功能分,产品、工艺过程和工厂设计，包括：计算机辅助设计（CAD）适于加工和装配的设计（DFM，DFA）工艺过程建模和仿真计算机辅助工艺过程设计（CAPP）工作环境设计符合环保的设计快速原型制造技术（快速原形法）并行工程其它,主体技术群之一：面向制造的设计技术群,主体技术群之二：制造工艺技术群,材料生产工艺加工工艺，包括：切削加工材料热处理表面涂层与改性复合材料工艺铸、锻、压力加工、模塑成形电子工艺（光刻/沉积、离子注入等微细加工）连接与装配测试与检验环保技术维修技术其它,信息技术接口和通信数据库技术软件工程决策支持系统集成框架人工智能、专家系统、神经网络标准和框架数据标准产品定义标准接口框架工艺标准、检验标准机床和工具技术传感与控制技术其它,制造技基础设施（Infrastruction）,使先进制造技术适用于具体企业应用环境，充分发挥其功能，取得最佳效益的一系列措施，是先进制造技术生长的机制和土壤。其内容主要包括：,质量管理用户/供应商交换作用工作人员培训和教育技术获取和利用全局监督与基准评测其它,按AMT的性质分基础技术新型单元技术系统集成技术,先进制造技术的内容,7.4.2AMT内涵与体系结构,第二个层次是新型的制造单元技术。如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CADCAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。,第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。包括精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。,第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，如FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。,按制造业技术系统的构成要素分,先进制造技术的内容,制造工艺技术,制造自动化技术,材料技术,设计技术,工业工程技术,技术人员与管理人员的知识结构,制造工程学科,制造工程是研究如何将基础科学和技术科学转化为专业生产技术、工程技术和工艺流程与方法的学科。工业工程专家认为，制造工程可以被定义为对产品的生产过程进行设计。制造工程包括与生产过程有关的一切需要考虑的事项。,ManufacturingengineeringmaybedefinedasdesigningtheproductionProcessforaproduct.Manufacturingengineeringincludesallconsiderationspertainingtotheprocessofproduction.,TheDefinitionofManufacturingEngineering,现代制造工程是一个系统工程，它是一个以制造科学为基础的、由制造模