先进制造技术及发展

1、 先进制造技术及发展先进制造技术及发展 先进制造技术先进制造技术概述概述 2121世纪科学技术发展的总趋势世纪科学技术发展的总趋势 1 制造的概念制造的概念 制造（制造（Manufacturing):Manufacturing): 是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文 明进步的动力。明进步的动力。 狭义狭义：是机电产品的机械加工工艺过程：是机电产品的机械加工工艺过程 广义广义：国际生产工程学会：国际生产工程学会19901990年定义：年定义： 制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生 产计划、生产过

2、程、质量保证、经营管理、市场销售产计划、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。和服务的一系列相关活动和工作的总称。 Manufacturing is series of interrelated Manufacturing is series of interrelated activities and operations involving the designactivities and operations involving the design， planningplanning， productionproduction， quality a

3、ssurancequality assurance， management and marketing of the products of the management and marketing of the products of the manufacturing industriesmanufacturing industries。 1 1、制、制 造造 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利按照人们所需的目的，运用知识和技能，利 用客观物资和工具，将原材料物化为人类所需产用客观物资和工具，将原材料物化为人类所需产 品的工程技术。即：使原材料转换为产品的一系品的工程技术。即：使原材料

4、转换为产品的一系 列技术的总称。列技术的总称。 产品从设计、生产、使用、维修、报废、回产品从设计、生产、使用、维修、报废、回 收等的全过程，也称为产品生命周期。收等的全过程，也称为产品生命周期。 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资将制造资源（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。费品的行业。 制造系统是制造业的基本组成实体。制造系统是制造业的基本组成实体。 n结构：结构：是制造过程所涉及的硬件（物料、设是制造过程所涉及

5、的硬件（物料、设 备、工具、能源等）、软件（制造理论、工备、工具、能源等）、软件（制造理论、工 艺、信息等）及人员所组成的具有特定功能艺、信息等）及人员所组成的具有特定功能 的有机整体。的有机整体。 n 功能：功能：输入制造系统的资源（原材料、能输入制造系统的资源（原材料、能 源、信息、人力源、信息、人力.）通过制造过程输出产）通过制造过程输出产 品。品。 n过程：过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、制造生产的运行过程，包括市场分析、 产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、 产品销售、售后服务、报废、回收、再利用产品销售、售后服务、报废、回收、再利

6、用 等。等。 2.2 2.2 制造业发展历程制造业发展历程 2.3 2.3 制造业发展的教训制造业发展的教训 2.4 2.4 制造业是产业革命的生力军制造业是产业革命的生力军 2 2、制造技术的发展、制造技术的发展 1 1）人从猿进化而来）人从猿进化而来, , 人猿分离人猿分离, , 是由于人学会双足行走是由于人学会双足行走 和用手制造并使用工具。和用手制造并使用工具。 2 2）中国的元谋人（）中国的元谋人（170170万年前的南方古猿）、非洲人早在万年前的南方古猿）、非洲人早在 160160万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始 制造业。饮食

7、改善促进了脑的发展。制造业。饮食改善促进了脑的发展。200200万年前的猿人万年前的猿人 脑容量约为脑容量约为700700毫升，毫升，100100万年前的直立人脑容量约为万年前的直立人脑容量约为 10001000毫升，毫升，5050万年前增加到万年前增加到12001200毫升，毫升，19291929年发现的年发现的 5757万年前的北京（直立）猿人为万年前的北京（直立）猿人为10501050毫升，毫升， 而现代人而现代人 的脑容量平均为的脑容量平均为14501450毫升，现代人的大脑皮层褶皱面毫升，现代人的大脑皮层褶皱面 积为积为 1700-22001700-2200平方厘米，是黑猩猩的平方厘

8、米，是黑猩猩的3 3倍。倍。 3 3）恩格斯指出：）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从直立和劳动创造了人类，而劳动是从 制造工具开始的。动物所做的事情最多是收集制造工具开始的。动物所做的事情最多是收集, ,而人则而人则 从事生产。从事生产。” 2.1 2.1 制造业创造了人类制造业创造了人类 1 1）用机器代替手工，从作坊形成工厂）用机器代替手工，从作坊形成工厂 1919世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。 2 2）从单件生产方式发展成大量生产方式）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

9、。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，福特：零件互换技术，19131913年建立了具有划时代意义的年建立了具有划时代意义的 汽车装配生产线。汽车装配生产线。 3 3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代 制造技术制造技术 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、敏捷制造能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造 2.2 2.2 制造业发展的历程制造业发展的历程 2.3 2.3 制造业是产业革命的主力军制造业是产业革命的主力军 一、一、 第

10、一次产业革命：第一次产业革命：1733-1878 蒸汽革命蒸汽革命 1）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。 2）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明 3）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。的诞生。 二、第二次产业革命：二、第二次产业革命：1879-1945 电气革命电气革命 1 1）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝）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。尔）、电机（西门子）等电气化产品。 2 2）制造业开始了电的应用，而后才有麦克斯韦

11、电）制造业开始了电的应用，而后才有麦克斯韦电 动力学理论的诞生。动力学理论的诞生。 3 3）麦克斯韦电动力学理论推动了）麦克斯韦电动力学理论推动了2020世纪初开始的世纪初开始的 无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫无线电、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。星通信、宇宙微波探测等技术的发展。 4 4）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引）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。了道路，导致了量子场论的创立。 三、第三次产业革命：三、第三次产业革命：1945-1972 电子革命电子革命 1 1）产业革命的标志：原子弹（

12、）产业革命的标志：原子弹（19451945）、电子）、电子 计算机（计算机（19461946）、晶体管（）、晶体管（19481948）、集成）、集成 电路、微电子技术等。电路、微电子技术等。 2 2）微电子制造技术开创了全新的信息化时代。）微电子制造技术开创了全新的信息化时代。 四、第四次产业革命：四、第四次产业革命：1973- 高新技术产业革命高新技术产业革命 1 1）产业革命的标志：众多高新技术产品，如）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、代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、

13、机器人、 生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转 基因产品等等。基因产品等等。 2 2）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、）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、光刻、离子注入、外延、溅射、化学沉积、光刻、 表面贴装、自动化组装、纳米器件制造工艺。表面贴装、自动化组装、纳米器件制造工艺。 3 3、二十一世纪科学技术的发展、二十一世纪科学技术的发展 3.1 中心科学技术的转移中心科学技术的转移 1 1）信息科学技术）信息科学技术 信息科学目前是发展的高峰期，预计其中心科信息科学目前是发展的高峰期，预计其中心科 学技术的地

14、位还可持续四十年。学技术的地位还可持续四十年。 2 2）生命科学技术）生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计现在已开始注重其发展与应用，预计2121世纪世纪3030 年代开始逐步转变为中心科学技术。年代开始逐步转变为中心科学技术。 3 3）认知科学技术）认知科学技术 智能化趋势现已显露，预计智能化趋势现已显露，预计2121世纪世纪7070年代开始年代开始 将成为科学技术发展的中心将成为科学技术发展的中心 3.2 3.2 世界科技中心（地区或国家）的转移世界科技中心（地区或国家）的转移 中国中国 （公元（公元3 3世纪世纪公元公元1313世纪世纪) 意大利意大利（15401540年年16

15、101610年）年） 英国英国 （16601660年年17301730年）年） 法国法国 （17701770年年18301830年）年） 德国德国 （18101810年年19201920年）年） 美国美国 （19201920年年 ） 可能转向东方（日本、中国）可能转向东方（日本、中国） 3.3 3.3 高新技术及其产业领域高新技术及其产业领域 1)1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术） 2)2)生物科学技术（包括生命科学技术）生物科学技术（包括生命科学技术） 3)3)新能源科学技术（包括核能科学技术）新能源科学技术（包括核能科学技术） 4)4)

16、新材料科学技术（包括纳米科学技术）新材料科学技术（包括纳米科学技术） 5)5)环境科学技术（包括地球科学技术）环境科学技术（包括地球科学技术） 6)6)航空航天科学技术（包括军事科学技术）航空航天科学技术（包括军事科学技术） 7)7)海洋科学技术（包括地球科学技术）海洋科学技术（包括地球科学技术） 8)8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术） (9)(9)管理科学技术（包括软科学技术）管理科学技术（包括软科学技术） (10)(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术） 科学科学 物质科学物质科学 生

17、命科学生命科学 技术技术 信息技信息技 术术 生物技生物技 术术 纳米技纳米技 术术 3.4 3.4 二十一世纪改变人类的科学与技术二十一世纪改变人类的科学与技术 从科学到技术发明从科学到技术发明 科学发明科学发明年份年份技术发明技术发明年份年份孕育过程孕育过程(年）年） 电磁感应原理电磁感应原理1831发电机发电机187241 内燃机原理内燃机原理1862汽油内燃机汽油内燃机188321 电磁波通讯原理电磁波通讯原理1895公众广播电台公众广播电台192126 喷气推进原理喷气推进原理1906喷气发动机喷气发动机193529 雷达原理雷达原理1925制出雷达制出雷达193510 青霉素原理青

18、霉素原理1928制出青霉素制出青霉素194315 铀核裂变铀核裂变1938制出原子弹制出原子弹19457 发现半导体发现半导体1948半导体收音机半导体收音机19546 集成电路设计思想集成电路设计思想1952单片集成电路单片集成电路19597 光纤通信原理光纤通信原理1966光纤电缆光纤电缆19704 无线移动通信设想无线移动通信设想1974蜂窝移动电话蜂窝移动电话19784 多媒体设想多媒体设想1987多媒体电脑多媒体电脑19914 新一代设计芯片新一代设计芯片90年代新一代芯片新一代芯片90年代1.5 2020世纪改变世界的重要机电产品世纪改变世界的重要机电产品 序序产品产品发明时间（年

19、）发明时间（年）发明者发明者 1 1汽车汽车1885/19031885/1903德国奔驰德国奔驰/ /美国福特美国福特 2 2飞机飞机19031903美国莱特兄弟美国莱特兄弟 3 3火箭火箭19031903俄国齐奥尔科夫斯基俄国齐奥尔科夫斯基 4 4电冰箱电冰箱19171917美国美国 5 5电影机电影机1919/361919/36德国福格特德国福格特 6 6电视机电视机1927/401927/40美国贝尔美国贝尔 7 7喷气发动机喷气发动机19371937英国惠特尔英国惠特尔 8 8原子弹原子弹19451945美国美国 日本日本 9 9计算机计算机19461946美国美国 莫切利埃克特莫切利

20、埃克特 1010晶体管晶体管19481948美国肖克利美国肖克利 1111核电站核电站19511951美国美国 1212数控机床数控机床19511951美国美国MITMIT 1313氢弹氢弹19521952美国特勒美国特勒 2020世纪改变世界的重要机电产品世纪改变世界的重要机电产品 序序产品产品发明时间（年）发明时间（年）发明者发明者 1414机器人机器人19541954美国戴沃尔美国戴沃尔 1515人造卫星人造卫星19571957苏联苏联 1616宇宙飞船宇宙飞船19611961苏联加加林苏联加加林 1717飞船登月飞船登月19691969美国阿波罗美国阿波罗 1818载人航天飞机载人航天

21、飞机19771977美国美国 1919磁悬浮列车磁悬浮列车19651965日本日本 时速时速400400500500公里公里/ /时时 2020光纤通信设备光纤通信设备19681968美国美国 2121芯片芯片1971/19991971/1999美国美国intel 950intel 950万晶体管万晶体管/ /片片 2222扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜19861986日本工业技术院日本工业技术院 2323掌上电脑掌上电脑19921992美国美国APPLE newton APPLE newton 2424手机手机9090年代初年代初美国美国 2525信息高速公路信息高速公路19931993美国美

22、国 national information national information infrastruture infrastruture （NiiNii） 4 4、中国制造业的成就及其重大意义、中国制造业的成就及其重大意义 4.1 2001年中国工程院的调查结论年中国工程院的调查结论: 1）中国制造业占国民生产总值的）中国制造业占国民生产总值的1/3 2）占整个工业生产的）占整个工业生产的4/5 3）为国家财政提供）为国家财政提供1/3以上的收入以上的收入 4）贡献出口总额的）贡献出口总额的90% 5）就业人员）就业人员8043万万 4.2 4.2 改革开放改革开放2020年来中国制造业

23、的进步：年来中国制造业的进步： 1 1）引进国外先进技术）引进国外先进技术25002500多项，占全国的多项，占全国的1/31/3以上。近几年发以上。近几年发 展的新产品，展的新产品，50%50%达到达到8080年代中后期的世界水平。年代中后期的世界水平。 2 2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车280280万万 辆以上（其中轿车辆以上（其中轿车120120万辆以上），大中型发电设备万辆以上），大中型发电设备12001200万千万千 瓦以上（火电瓦以上（火电10001000万千瓦，水电万千瓦，水电200200万千瓦），大中型拖拉机万

24、千瓦），大中型拖拉机 1111万台以上，金属切削机床万台以上，金属切削机床1010万台以上。万台以上。 3 3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西 亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。 4 4）成功开发生产了运七、运八、新舟）成功开发生产了运七、运八、新舟6060等支线飞机。等支线飞机。 5 5）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机如沈阳机 床集团的电主轴高速卧式加工中心、床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机

25、床，沈阳变激光切割机床，沈阳变 压器厂的压器厂的5050万伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台万伏超高压变压器，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、拥有完全知识产权的航空发动机、 燃气轮机，沈阳新松机器燃气轮机，沈阳新松机器 人自动化有限公司的人自动化有限公司的60006000米水下机器人等产品，清华大学制米水下机器人等产品，清华大学制 造工程研究所研制开发的并联机床等。造工程研究所研制开发的并联机床等。 4.3 4.3 制造业的重大意义制造业的重大意义 1 1）在发达国家中）在发达国家中, ,制造业创造了约制造业创造了约60%60%的社会财富、约的社会财富、约 45%

26、45%的国民经济收入。的国民经济收入。 2 2）据统计，美国）据统计，美国68%68%的社会财富来自于制造业。的社会财富来自于制造业。 3 3）国际生产工程科学院（）国际生产工程科学院（The International The International Academy for Production EngineeringAcademy for Production Engineering）在）在19991999年年 的报告中指出：在国家生产力的构成中，制造技术的报告中指出：在国家生产力的构成中，制造技术 的作用一般占的作用一般占55%-65%55%-65%。 4 4）在许多国家的科技发展计

27、划中，先进制造技术都被）在许多国家的科技发展计划中，先进制造技术都被 列为优先发展的科技。列为优先发展的科技。 我国我国“十五十五”规划中确定的八个最具战略影响的领规划中确定的八个最具战略影响的领 域域: : 1) 1) 信息技术信息技术 2) 2) 生物技术生物技术 3) 3) 新材料技术新材料技术 4) 4) 先进制造与自动化技术先进制造与自动化技术 5) 5) 资源环境技术资源环境技术 6) 6) 航空航天技术航空航天技术 7) 7) 能源技术能源技术 8) 8) 先进防御技术，先进防御技术， 其中，先进制造与自动化技术又是实现各其中，先进制造与自动化技术又是实现各 种高新技术的保障技术

28、。种高新技术的保障技术。 总结：制造业在国家发展中的地位总结：制造业在国家发展中的地位 制造业是实现现代化工业的水之源、制造业是实现现代化工业的水之源、 木之本，是实现工业化的保障和原动力，木之本，是实现工业化的保障和原动力， 是国家实力的脊梁，是支持共和国大厦的是国家实力的脊梁，是支持共和国大厦的 基石。没有强大制造能力的国家永远成不基石。没有强大制造能力的国家永远成不 了经济强国。了经济强国。 5.1 5.1 先进制造技术的定义及体系结构先进制造技术的定义及体系结构 5.2 5.2 先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容 5.3 5.3 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势

29、5 5、先进制造技术、先进制造技术 1 1、定义、定义: : 在传统制造技术基础上不断吸收机械在传统制造技术基础上不断吸收机械. . 电子电子. .信息信息. .材料材料. .能源和现代管理等方面的能源和现代管理等方面的 成果成果, ,并将其综合应用于产品设计并将其综合应用于产品设计. .制造制造. .检检 测测. .管理管理. .销售销售. .使用使用. .服务的全过程服务的全过程, ,以实现以实现 优质优质. .高效高效. .低耗低耗. .清洁清洁. .灵活的生产灵活的生产, ,提高对提高对 动态多变市场的适应能力和竞争能力的制造动态多变市场的适应能力和竞争能力的制造 技术总称技术总称, ,也是取得理想技术经济效果的制也是取得理想技术经济效果的制 造技术的总称造技术的总称. . 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