先进制造技术--第一次课教案

教案授课时间月 日 至 月 日课时数授课方式理论课 讨论课 习题课 实验课 上机课 技能课 其他授课单元第一章 制造业与先进制造技术（第一节 制造业的发展与挑战、第二节 先进制造技术的提出和进展）目的与要求1掌握制造、制造业、制造系统、制造技术等基本概念2. 了解先进制造技术的提出和各国先进制造技术的发展重点与难点制造、制造业、制造系统、制造技术的概念主要内容第一节 制造业的发展与挑战制造、制造业、制造系统、制造技术等基本概念；制造业地位和作用；21世纪制造业面临的挑战和特征；中国制造业的成就及与世界发达国家的差距第二节 先进制造技术的提出和进展 制造技术的进步和发展；先进制造技术产生的背景；先进制造技术的提出、各国先进制造技术的发展教学方法手段（教具）教师讲授；多媒体和板书相结合；运用启发式、案例分析式教学方法讲授本节内容。参考资料1.盛晓敏著先进制造技术北京：机械工业出版社，2000。2.孙大涌著先进制造技术北京：机械工业出版社，1999。3.张根保著先进制造技术重庆：重庆大学出版社，1996。 4.中国机械工程、机械工程学报、制造技术与机床等科技核心期刊。思考题、作业 讲稿第一节 制造业的发展与挑战一、制造与制造业1. 制造（Manufacturing）原材料产品工艺 能源知识 技能 工具制造 是人类运用知识和技能，利用某种工具，采用某种方法，将原材料转化为产品的全过程。 狭义的制造（小制造）：指生产车间内与物流有关的加工和装配过程。广义的制造（大制造）：包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。2. 制造技术（Manufacturing Technology） 在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。运用一定的知识、技能操纵可以利用的物质、工具采取有效的方法3.制造系统 制造系统是制造业的基本组成实体。人员软件硬件制造过程具有特定功能的有机整体制造系统 制造过程： 经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程硬件：生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置软件：制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等4. 制造业 （1）定义：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。 可供人们使用和消费的产品行业，是所有与制造有关的企业群体 三大产业： 农林牧业,工业，服务业；农林牧业：农业、林业、蓄禽业、水产业工业（52%）： 制造业（45%）、建筑业、采掘业以及电力、煤气、水的生产供应业服务业： 商业、金融、房地产、经贸等17个行业：食品工业15.335，金属制品3.395，一般机械8.625，运输机械6.424，电器设备5.125，电子设备4.588，仪器仪表0.998，纺织7.193，服装5.018，家具1.542，文教用品4.292油加工3.870，化工15.586，建材7.299，黑色冶金6.908，有色冶金2.120；其他制造1.681。5.制造业地位和作用提供人们衣、食、住、行物质消费（1）制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机 国民经济收入的重要来源。一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础。美国：68% 的财富来源于制造业； 日本：49% 的国民生产总值（GDP）来源于制造业； 中国：2001年制造业增加值：37613.1 亿元占国民生产总值的 39.21%，占工业生产总值的 77.61%。上交税金4398.17亿元，占国家税收总额的30%和财政收入的27%。（2）制造业是农业劳动力转移和就业的重要途径、国际商品贸易的关键产业 2001年我国制造业全部从业人员 8083 万人，约占全国工业从业人员总数的 90.13%，全国全部从业人口的11.1%。2001年我国制造业出口创汇2398亿元。占全国外贸出口总额90%。（3）制造业是农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件；为科技和教育发展提供经费支持和实验装备；实现军事现代化和国家安全的保障二、21世纪制造业面临的挑战和特征当前时代：工业经济时代 知识经济时代。知识：提高生产率，实现经济增长的驱动器工业经济时代：生产要素，资本和劳动力；知识经济时代： 生产要素，知识、资本和劳动力。1. 21世纪制造业面临的六大挑战（1）快速响应市场能力的挑战全部制造环节并行实现（2）打破组织、地域和时间壁垒的挑战技术资源的集成（3）信息时代的挑战信息向知识的转变（信息的收集、储存、分析、发布和应用）（4）有限的资源和日益增长的环保压力的挑战可持续发展（减少污染、合理资源利用）（5）制造全球化和贸易自由化的挑战可重组工程（6）技术创新的挑战全新制造工艺和产品的开发2. 制造型企业追求的目标60年代-生产规模的扩大；70年代-生产成本的降低；80年代-产品质量的提高；90年代-市场响应速度；21世纪-技术创新。3. 21世纪制造业的市场特征（1）不确定性：消费需求非大量化、分散化、个性化；技术更新换代加快；市场不可控制因素增多；（2）市场的国际化和全球化：世界贸易组织的成立、欧元计划的启动、亚大经济合作组织、北美经济一体化联盟；（3）新兴产业的崛起：如：软件产业、环境产业的发展；（4）市场质的短缺和动态的非均衡：未来市场的调节表现为价格和质量的权衡，依赖于新产品出现后价格的调整；（5）虚拟市场和代理制是未来市场重要形式：网络销售。4. 21世纪制造业的产品特征（1）个性化和多样化：产品制造定制化、模块化，满足不同消费者喜好（2）寿命周期不断缩短： 摩尔定律-芯片性能每18个月提高1倍，价格却保持不变；（3）智能化：包括产品自身智能和生产设施工具的智能；（4）绿色产品： 全寿命周期无污染、低资源消耗和可回收利用5. 未来制造型企业的特征（1）满足个性需求成为企业经营宗旨；（2）制造硬件资源可重构性成为企业装备的显著特点；（3）人力资源是未来企业资源的核心要素；（4）企业的国际化是发挥自身优势，实现专业化生产的前提；（5）虚拟企业和团队能力是21世纪企业的核心竞争优势；（6）企业文化氛围的形成和创新充分体现人的价值，将成为本世纪企业永恒的追求三、中国制造业的成就及与世界发达国家的差距1.改革开放20年来中国制造业的进步 1）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列： 汽车，2001年，达到225.5万辆（其中轿车120万辆以上），居世界第八位。 大中型发电设备1200万千瓦以上（火电1000万千瓦，水电200万千瓦），居世界第三位。 机床的产值1993年为29.70亿美元，居世界第四位。 2）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国。 3）成功开发生产了运七、运八、新舟60等支线飞机。 4）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平： 如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床； 沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器； 黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、 燃气轮机； 沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人； 清华大学制造工程研究所研制开发的并联机床。2. 我国机械制造业与世界发达国家的差距 产品档次低，高水平产品所占比例小：主导产品达到当代国际水平不到5上世纪90年代占25上世纪80年代占40上世纪6070年代占30 创新开发能力差，新产品贡献率低： 2000多种主导产品的平均生命周期为10.5年，而美国仅有34年，在75期间开发的92种典型产品中有57%来于国外，企业创新能力较低。 专业化生产水平低： 专业化水平与国外先进国家有很大的差距。我国铸造专业化比例为30%，锻造15%，热处理20%，而美国、日本的专业化水平为75%95%。 企业生产管理技术落后： 我国大部分企业的生产管理依旧停留在过去计划经济的管理模式上，先进管理模式没有能应用。 目前，我国制造企业的技术水平与国际先进水平比较，差距达20年左右。 2005年，我国GDP达到22350亿美元，占世界约5%，居世界第四位，仅次于美国、日本和德国。人均1703美元，相当于美国的1/25，日本的1/21和世界平均水平的1/4，排第110位，与乌克兰、摩洛哥相当。是经济大国，不是经济强国。第二节 先进制造制造技术的提出和发展一、制造技术的进步与发展制造业生产方式：小批量少品种大批量多品种变批量制造业资源配置：劳动密集设备密集信息密集知识密集制造技术：手工机械化单机自动化刚性自动化柔性自动化智能自动化1. 制造技术的发展阶段（1）工场式生产时期：18世纪，瓦特发明蒸汽机，标志第一次工业革命兴起。手工作坊到以机械加工为中心的工厂生产的转变。（2）工业化规模生产时期：19世纪，麦克斯韦建立电磁场理论，电气化时代开始。电气技术与其他制造技术的融合。实现了批量、工业化规范生产。（3）刚性自动化发展时期： 20世纪初，内燃机的发明。以大批量生产为模式的刚性自动化。福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来（4）柔性自动化发展时期： 二战后，计算机、微电子技术，信息技术及自动化技术的发展，多品种小批量柔性自动化生产模式。包括NC、CNC、FMC、FMS等（5）综合自动化发展时期：20世纪80年代以来，制造技术向自动化、柔性化、集成化的方向发展。计算机技术和其他应用技术的结合，促进了制造业中的设计、制造和管理在内的单元自动化技术。 2. 社会经济发展背景（1）消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短（2）全球性产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。（3）快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场，是赢得竞争，获取最大利润的关键3.科学技术发展背景（1）制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展（2）现代制造业成为技术密集、知识密集型产业（3）信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响4. 可持续发展战略资源匮泛，污染严重；环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价；由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变二、先进制造技术产生背景（1）20世纪80年代以前，美国政府只对基础研究、卫生、国防技术等给予经费支持，而对产业技术不予支持，主张产业技术通过市场竞争，由企业自主发展； （2）20世纪70年代，一批美国学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，认为制造业是“夕阳工业”，主张经济重心由制造业转向高科技产业和第三产业。结果：导致美国在经济上竞争力下降，贸易逆差巨增，日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。（20世纪60年代美国汽车产量占世界汽车总产量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）。20世纪80年代,美国政府开始认识到问题的严重性：AMT首先由美国于20世纪80年代末提出。三、各国先进制造技术的发展1. 美国1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关键技术”报告，重新确立了制造业的地位； 1993年，克林顿在硅谷发表题为“促进美国经济增长的技术 增强经济实力的新方向”的演说，对制造业给予了实质性强有力的支持。 1988年,美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究，并于其后不久提出了“先进制造技术”发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP）”和“制造技术中心计划（MTC）”；（1）先进制造技术计划（ATP）：由美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）提出，1994年度预算为14亿美元，围绕“智能制造系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开展研究； （2）制造技术中心计划（MTC）：又称“合作伙伴计划”，由美国国家标准与技术研究院（NIST）牵头制定的。MTC目标： 35 万家中小企业（他们不像大企业有自己的开发能力，且资金不足），和技术拥有者（通常为政府的研究机构、国家实验室、大学）建立合作的桥梁，使中小企业掌握先进制造技术。MTC方法： 一个地区设立一个中心（至 95 年已建立了 30 个中心），为中小企业展示新的制造技术和设备，并进行培训，帮助他们选用。 ATP & MTC 效果：1994 年，美国汽车产量重新超过日本，重新占领欧、美市场； 美国Inter公司成为世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生产也不敌日本，包括海湾战争中大出风头的“爱国者”导弹上使用的芯片也是日本制造的）； 20世纪90年代，经济持续增长，失业率降低到历史最低水平； 提出了一系列先进制造技术的新理论、新思想，如：CE，LP，AM，2. 日本1990年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿大、澳大利亚等国参加，投资10亿美元实施智能制造