先进制造技术概述

,第十八章先进制造技术,第一节柔性自动化加工技术,第二节现代集成制造系统,第三节快速原型制造技术,第四节先进制造模式,第十八章先进制造技术,现代科学技术的发展与交叉融合，不仅给制造技术提出了新的要求，也给制造技术提供了强大的支持。因此，近年来涌现出了许多先进制造技术，主要分为现代设计技术、先进制造工艺技术、柔性自动化制造技术、系统管理技术四大研究领域。由于教材篇幅所限，此处不能一一介绍。根据先进制造技术的发展趋势，结合我国国情，本章将扼要介绍柔性自动化加工技术、现代集成制造系统、快速原型制造技术和先进制造模式四方面的内容。,第一节柔性自动化加工技术,制造自动化是制造业发展的标志，通常将制造自动化的发展分为五个阶段。从早期的满足大批大量生产要求的刚性自动化，发展到以计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的长足发展。其中，计算机数字控制技术（CNC）、分布式数字控制技术（DNC）、柔性制造系统（FMS）等的发展，已能较好地解决多品种、中小批量的自动化加工问题。,图18-1制造自动化发展的五个阶段,一、数控加工技术,数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。,数控机床的特点如下：（1）加工精度高、加工质量稳定（2）加工生产率高（3）减轻劳动强度、改善劳动条件（4）实应性强、经济效益好（5）有利于生产管理的现代化,从经济角度出发，数控机床适用于加工：1）多品种小批量零件；2）结构较复杂，精度要求较高的零件；3）需要频繁改型的零件；4）价格昂贵，不允许报废的关键零件；5）需要最小生产周期的急需零件。,二、计算机数控（CNC）系统,1、CNC系统的基本原理2、CNC系统的核心3、CNC机床CNC系统是一个位置控制系统，其主要任务是根据加工程序及相关数据，进行刀具与工件的相对运动控制，完成零件的自动加工。,三、柔性制造系统,柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）源于机械加工领域，其兼顾了生产效率和柔性这对矛盾，因此具有强大的生命力。FMS是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的柔性自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中等批量生产。所谓柔性就是通过编程或稍加调整就可同时加工不同的工件。,图18-2FMS的基本组成,2自动加工系统,加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备；工件清洗、在线检测等辅助设备构成。加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其它子系统相连接的标准接口。加工系统的性能直接影响着FMS的性能，加工系统也是FMS中耗资最多的部分，因此恰当地配置和选用加工系统是FMS成功与否的关键。,3物流系统在FMS中流动的物料主要包括工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统是FMS从进口到出口，实现对上述物料自动识别、存储、分配、输送、交换和管理的系统。由于工件和刀具的流动频率较高，故FMS的物流系统主要由工件流系统和刀具流系统两部分组成。,图18-3两种托盘交换器,第二节现代集成制造系统CIMS,信息化是制造业发展的重要手段。随着计算机技术、自动化技术、科学管理技术、网络技术等的发展，全球市场、全球制造的逐步形成，制造业信息化、制造系统集成化技术也有了更加广度和深度的发展，并由此形成了现代集成制造系统。,1计算机集成制造,图18-4CIMS轮图（1985年SME发表）,图18-5CIMS轮图（1993年SME发表）,2、现代集成制造系统,1998年，我国863计划/CIMS主题专家组根据全球制造业的发展趋势和中国国情，提出了现代集成制造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystems，CIMS）的概念及其相关论点。现代集成制造系统是一种基于计算机集成制造理念的、数字化、信息化、智能化、绿色化、集成化的综合制造系统，是利用现代信息技术、现代管理技术与制造技术，在全球的制造环境范围内，将产品生命周期各阶段与企业内外部相关的活动和资源集成起来，力争使企业的运行相对于优化达到其理想运行状态。,图18-6现代集成制造系统,第三节快速原型制造技术,随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发（快速设计和快速工模具）的能力成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。,快速原型制造技术（RapidPrototypingManufacturing，RPM）就是在这种社会背景下，于80年代后期产生于美国并很快扩展到日本及欧洲，是近年来制造技术领域的一项重大突破。,一、快速原型制造技术的原理,图18-7RPM技术原理,二、RPM技术的典型工艺方法,RPM技术的具体工艺有30余种，根据采用材料及对材料处理方式的区别，可归纳为以下4类方法。1选择性液体固化2选择性层片粘接3选择性粉末熔结粘接4挤压成形,图18-9分层实体制造工艺原理图,图18-10选择性激光烧结原理图,图18-11熔融挤压成形方法,三、RPM的应用,RPM在国民经济极为广阔的领域得到了应用，并且还在向新的领域发展，除在制造业得到应用外，在医学、康复、考古工程、建筑工程等领域均有应用。,第四节先进制造模式,生产管理是制造业发展的杠杆。世界制造业的发展经历了少品种小批量生产、少品种大批量生产和多品种小批量生产模式的变化，先后出现了物料需求计划（MaterialRequirementsPlanning，MRP）、准时制（JustinTime，JIT）生产、精益生产、敏捷制造、绿色制造（GreenManufacturing，GM）等科学的生产管理理念与制造模式。,一、敏捷制造,敏捷制造（AgileManufacturing，AM）是美国通用汽车公司和里海大学1991年提出的一种新型生产模式，其应用“竞争合作一协同”机制，使制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻莫测的市场需求做出快速反映。敏捷制造企业通过采用现代通信技术，以敏捷、动态、优化的形式，组织新产品开发，通过动态联盟、先进生产技术和高素质员工的全面集成，快速响应客户需求，及时将开发的新产品投放市场，提高企业的竞争能力，从而赢得竞争的优势。,二、精益生产,美国曾以福特方法（即用于汽车生产的流水线技术）赢得了全世界制造技术的优势，但是，这种优势因当今市场需求的发生变化而逐渐丧失，而日本的绝大多数企业在借鉴福特方法的基础上，不断更新技术和改进管理，适应了不断变化着的市场需求，创造出了一种“全企业的灵活的生产系统”。,三、绿色制造,绿色制造也称环境意识制造E