先进制造技术绪论

先进制造技术,上海应用技术学院机械工程学院郑刚,课程名称：先进制造技术上课时间：周一1，2节，周三7，8节上课地点：一教H405任课教师：郑刚办公地址：第一学科楼A317答疑时间：考核方式：平时成绩(30%)+考试成绩(70%),先进制造技术的特征在于：先进制造技术不是一项具体的技术，而是一项综合系统的技术；先进制造技术的先进性是建立在不断地汲取其他相关领域新技术的基础上的，是动态的、相对的；创新是先进制造技术的灵魂，并贯穿于制造全过程(产品创新、生产工艺过程创新、生产手段创新、管理创新、组织创新及市场创新)；技术与管理的结合是先进制造技术的一个突破，新的制造模式的层出不穷是人类生产活动的一大进步；市场和工业界的需求是先进制造技术的出发点与归宿，是先进制造技术的动力和目标。先进制造技术成果的成败取决于市场检验，企业是先进制造技术的创新主体。,先进制造技术的范畴一般包括以下五个部分：现代设计技术；先进制造工艺技术；制造自动化技术；现代生产管理技术;先进生产制造模式。,期刊：TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,ComputeraideddesignRobotics;Artificialintelligence;Lasersandotheradvancedprocesses;Flexiblemanufacturingsystems;Computerintegratedmanufacturing;High-speedmachiningNumericalcontrol;Automatictestequipment;ReverseengineeringProductionplanningandcontrol;Supplychainmanagement;,第一章制造业与先进制造技术,1.1制造业的发展与挑战1.2先进制造技术的提出和进展1.3先进制造技术的内涵和体系结构,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,1.1.1制造与制造业,原材料,产品,工艺能源,知识技能工具,制造,与物流有关的加工和装配过程,狭义制造,广义制造,制造系统,具有特定功能的有机整体,制造过程,硬件,制造过程,软件,硬件,人员,经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程,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,制造业,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,我国制造分类和构成,1）用机器代替手工，从作坊形成工厂19世纪机器在英国诞生，先后传入法国、德国和美国。2）从单件生产方式发展成大量生产方式泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线。3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造,制造业发展的历程,1.1.2制造业的地位和作用,三大产业,农林牧业,工业，服务业,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,农林牧业,农业、林业、蓄禽业、水产业,服务业,商业、金融、房地产、经贸等,一个国家经济发展的支柱国民经济收入的重要来源工业经济年代经济增长的“发动机”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础,制造业地位,提供人们衣、食、住、行物质消费决定全社会的长远效益和经济的持续增长国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件信息产业发展的物质基础；农业劳动力转移和就业的重要途径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,制造业的作用,制造业是产业革命的主力军,一、第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论的诞生。,制造业是产业革命的主力军,二、第二次产业革命：1879-19451）又称为：电气革命。2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。3）制造业促使了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。4）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量子场论的创立。,制造业是产业革命的主力军,三、第三次产业革命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。2）产业革命的标志：原子弹（1945）、电子计算机（1946）、晶体管（1948）、集成电路、微电子技术等。3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。,制造业是产业革命的主力军,四、第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。,从科学发现到技术发明,3、二十一世纪科学技术发展的总趋势,20世纪改变世界的重要机电产品,3、二十一世纪科学技术发展的总趋势,20世纪改变世界的重要机电产品,3、二十一世纪科学技术发展的总趋势,第二节先进制造技术的提出和进展1.2.1制造技术的进步和发展1.2.2先进制造技术产生背景1.2.3各国对先进制造技术的响应及其发展计划,先进制造技术计划：1994年预算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；制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装备。,1.2.3各国先进制造技术的发展,美国,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计划目的：通过国际共同研究，使制造业在接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中，做到生产设备自律化生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时决策变更作业过程,日本,尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工厂自动化、生产过程管理三大课题。欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。,欧共体,第三节先进制造技术的内涵和体系结构1.3.1先进制造技术的内涵和特点1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类,1、定义:在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.制造.检测.管理.销售.使用.服务的制造全过程,以实现优质.高效.低耗.清洁.灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.,先进制造技术的定义与体系结构,1.3.1先进制造技术的内涵和特点,先进制造技术的定义与体系结构,面向制造的设计技术群产品/工艺设计计算机辅助设计工艺过程建模和仿真工艺规程设计系统工程基础快速成型技术并行工程,制造工艺技术群材料生产工艺加工工艺联接与装配测试和检测环保技术维修技术其他,信息技术接口技术集成技术人工智能,数据库软件工程决策支持,标准和框架数据标准工艺标准接口框架,产品定义和标准检验标准机床和工具技术传感器和控制技术,质量管理用户/供应商交互作用工作人员培训和教育,全国监督和基准评测技术获取和利用,主体技术群,支撑技术群,制造基础设施环境,2、体系结构,1、先进设计技术设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计,先进制造技术的学科内容,设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素,2、先进制造工艺技术精密、超精密加工技术精密加工：精度为30.3mRa0.30.03m超精密加工：精度为0.30.03mRa0.30.005m纳米加工：精度高于0.03mRa小于0.30.005m,先进制造技术的学科内容,精密成型制造技术从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术高能束流加工（电子束、离子束、激光束）电加工（电解和电火花)超声波加工高压水加工多种能源的组合加工,3、制造自动化技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制,先进制造技术的学科内容,柔性制造系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈质量控制,4、先进制造系统先进制造生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系统IMS精良生产LP并行工程CE集成管理技术企业资源管理ERP基于作业的成本管理ABC现代质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成,先进制造技术的学科内容,生产组织方法虚拟公司理论与组织企业组织结构的变革以人为本的团队建设企业重组工程,精密化是机械制造发展的核心,先进制造技术的发展趋势,现代超精密机械对精度的要求,采用硅微工艺刻蚀制造的微机械手,加工精度及其发展,1车、铣2磨3CNC机床4研磨、工具磨5光学磨、金刚石车、磨6金刚石超精车、磨、电解加工7衍射光栅刻线机8电子束、离子束、X射线9分子束生长、离子注10扫描隧道技术,细微与纳米加工技术可达的水平,自动化是机械工程发展的途径,先进制造技术的发展趋势,1.自动化是机械工程综合化的核心和目标2.机电一体化工程(MechatronicEngineering）是高技术装备的基础3.先进制造系统以综合（集成、整合）为手段4.特种加工技术与装备是典型的综合技术与装备,制造中的自动化技术,1.CAD/CAM技术(包括CAT/CAE/-CAX)2.数字控制技术3.机电一体化技术(包括光、液、气)4.传感器与测试技术5.伺服驱动系统技术6.自动机技术(包括输送、存储、装卸及机器人)7.加工、装配和检验中的自动化技术8.制造系统技术9.管理信息化技术10.回收与维修中的自动化技术结论：制造自动化技术的基础是数字技术,先进制造系统以综合为手段(一),近二十年来，世界各国共提出数十种先进制造系统，其中较重要的有38种：(1)CAD/CAM/CAE(计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程);(2)成组技术(GroupTechnology)(GT);(3)全面质量管理(TotalQualityManufacturing)(TQM);(4)材料需求计划(MaterialRequisitePlanning)(MRP-I);,先进制造系统(续),(5)制造资源计划(ManufacturingResourcePlanning)(MRP-II);(6)柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem)(FMS);(7)准时生产制(JustInTime)(JIT);(8)计算机辅助工艺规划（CAPP);,先进制造系统(续),(9)为了制造的(装配的，试验的)设计(DFMA,DFA,DFTDFX);(10)计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem)（CIMS);(11)用户驱动生产(CustomerDrivenProduction)(CDP);(12)企业重组(BusinessReengineering)(BR);(13)并行工程(ConcurrentEngineering)(CE);,先进制造系统(续),(14)环境友好生产(EnvironmentFriendlyManufacturing)(EFM);(15)精益生产(LeanProduction)(LP);(16)敏捷制造(AgileManufacturing)(AM);(17)多智能体制造系统(Multi-AgentManufacturingSystem)(MAMS);,先进制造系统(续),(18)虚拟制造(VirtualManufacturing)(VM);(19)增广现实制造(AugmentedRealityManufacturing)(ARM);(20)协同制造(HolonicManufacturing)(HM);(21)生物型制造(BiologicalManufacturing)(BM);(22)寿命周期工程(LifeCycleEngineering)(LCE);(23)绿色制造(GreenManufacturing)(GM);,先进制造系统(续),(24)网络合作制造(Network-CollaborativeManufacturing)(NCM);(25)遥远制造(RemoteManufacturing)(RM);(26)全面生产维护(TotalProductionMaintenance)(TPM);(27)开放结构制造系统(OpenArchitectureManufacturingSystem)(OAMS);(28)智能制造(IntelligentManufacturing)(IM);,先进制造系统(续),(29)分形企业(FractalEnterprise)(FE);(30)预计生产改进系统(Pre-PlannedProductImprovementsystem)(P3IS);(31)企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning)(ERP);(33)快速原型制造(RapidPrototypeManufacturing)(RPM);(34)自组织生产系统(Self-OrganisedProductionSystem)(SOPS);,先进制造系统(续),(35)可重组制造系统(ReconfigurableManufacturingSystem)(RCMS);(36)大规模定制(MassCustomization)(MC);(37)全球制造(GlobalManufacturing)(GM);(38)下一代制造系统(NextGenerationManufacturingSystem)(NGMS),信息化是机械工程发展的急需,先进制造技术的发展趋势,我国信息产业已驶上高速路,（1）2000年上网户数为2250万户，2001年为4000万户，2008年5月底为2.2亿户,（2）2006年我国手机年生产能力是3.8亿部，全球的50%，2003年统计,国内月销售量达500万部，2008年3.5亿。（3）十五期间，中国的信息产业继续保持20%的高速增长，市场规模比2000年翻一番，固定、移动