先进制造技术(1课)

1、PAGE PAGE 14先进制造技术与系统前 言本课程将带领你到一个神奇的领域中去游览。这个领域与你的关系是如此之密切，以致于你每时每刻都在与它打交道。你你目之所及、身身之所用多是是这一领域的的劳动成果可是，对于这一一领域，你可可能又知之甚甚少，感到十十分陌生。在在新的世纪即即将来临的今今天，对于这这一领域的突突飞猛进的发发展，对它所所创造的令人人惊异的奇迹迹与辉煌，你你应该有所了了解。 这个领域就是是制造领域。本本课程将向您您讲述当代先先进制造技术术的各方面知知识,这些内容，将将会令你惊叹叹，让你着迷迷，鼓励你开开拓新的知识识疆界，帮助助你提高适应应新世纪的能能力。制造业创造了人人类的物质文

2、文明，而今天天的先进制造造技术又是人人类物质文明明所创造的最最伟大的奇迹迹之一。 第一章先进制造造技术概述先先进制造技术术(Advaance MManufaacturiing Teechnollogy，AMT)定义义:是传统制造技术术、信息技术术、计算机技技术、自动化化技术与管理理科学等多学学科先进技术术的综合，并应用于制制造工程之中中所形成的一一个学科体系系。 第一节 制造造技术的基本本概念与发展展概况 制造业的主要任任务制造人类社社会在生产和和生活中所需需的一切产品品。即：一方面创造价值值，产生物质质财富和新的的知识。 另一方面为国国民经济各个个部门，包括括国防和科学学技术的进步步和发展提

3、供供先进的手段段和装备。 据估计，工业化化国家约700-80的物物质财富来自自制造业，因因此，很多国国家特别是美美国把制定制制造业发展战战略列为重中中之重，原因因是世界经济发展展的趋势表明明，制造业是是一个国家经经济发展的基基石，也是增增强国家竞争争力的基础；制造业是解决决就业矛盾的的一个重要领领域，也是221世纪提高高一个国家整整体就业水平平的重要基础础；制造业不仅是是高新技术的的载体，而且且也是高新技技术发展的动动力。 一、制造系统与与制造技术 “制造”定义 : (Mannufactturingg is sseriess of interrrelatted aactiviities and

4、 ooperattions invollving the ddesignn，materrials selecction，plannning，produuctionn，qauallity aassuraance，managgementt and markeeting of thhe prooductss of the manuufactuuring indusstriess)。制造是一个涉及及制造工业中中产品设计、物物料选择、生生产计划、生生产过程、质质量保证、经经营管理、市市场销售和服服务的一系列列相关活动和和工作的总称称。 国际生生产工程学会会1990年 制造系统(Maanufaccturi

5、nng Sysstern)定义： 制造系统是制造造过程及其所所涉及的硬件件包括人员、生生产设备、材材料、能源和和各种辅助装装置以及有关关软件包括制制造理论、制制造技术(制造工艺和和制造方法等等)和制造信息息等组成的一一个具有特定定功能的有机机整体。制造技术(Maanufaccturinng Tecchnoloogy)定义义制造技术是按照照人们所需的的目的，运用用知识和技能能，利用客观观物质工具，使使原材料转变变为产品的技技术总称。先进制造技术的的提出和发展展只是近200年间的事情情。 二、传统制造业业及其技术的的发展 制造技术发展，从从蒸汽机出现现到今天，经经历三个发展展阶段：1用机器代替替手

6、工，从作作坊形成工厂厂在19世纪及及20世纪初初，各种金属属切削加工工工艺方法陆续续形成，近代代制造技术已已成体系。机器(包括汽汽车)的生产方式式是作坊式的的单件生产。它它产生于英国国，先后传到到法国、德国国和美国，并并在美国首先先形成了小型型的机械工厂厂，使这些国国家的经济得得到了发展，国国力大大增强强。 2从单件生生产方式发展展成大量生产产方式 推动这种根本变变革的是两位位美国人：泰勒和福特。泰勒首先提出以以劳动分工和和计件工资制制为基础的科科学管理，成成为制造工程程科学的奠基基人。福特首先推行所所在零件都按按照一定的公公差要求来加加工(零件互换技技术)，1913年建建立了具有划划时代意义

7、的的汽车装配生生产线，实现现了以刚性自自动化为特征征的大量生产产方式，它对对社会结构、劳劳动分工、教教育制度和经经济发展，都都产生了重大大的作用。 20世纪50年年代发展到了了顶峰，产生生了工业技术术的革命和创创新，传统制制造业及其大大工业体系也也随之建立和和逐渐成熟。近代传统制造工工业技术体系系的形成，其其特点是以机机械一电力技技术为核心的的各类技术相相互联结和依依存的制造工工业技术体系系。3.柔性化、集集成化、智能能化和网络化化的现代制造造技术 20世纪80年年代以来所产产生的现代制制造技术沿着着4个方向发展展;传统制造技术的的革新、拓展展；精密工程；非传统加工方法法；制造系统的柔性性化、

8、集成化化、智能化和和网络化。 传统制造业的生生产和技术的的特点:(1)单件小作作坊式生产加加高度的个人人制造技巧，大大量的机械化化刚性规模生生产加一体化化的组织生产产模式，再加加细化的专业业分工。(2)制造技术术的界限分明明及其专业的的相互独立。(3)制造技术术一般仅指加加工制造的工工艺方法，即即制造全过程程中某一段环环节的技术方方法。(4)制造技术术一般只能控控制生产过程程中的物质流流和能量流(原材料到产产品的物质流流运过程，能能量的投入、转转换和消耗过过程)。(5)制造技术术与制造生产产管理的分离离。三、现代代制造及其技技术的发展新技术的发展和和传统技术的的革新、发展展及完善：新兴材料技术

9、(新冶炼技术术、新合金材材料、高分子子材料、无机机非金属材料料、复合材料料等)；新切削加工技术术(数控机床、新新刀具、超高高速和精密加加工)；大型发电和传输输技术；核能技术；微电子技术(集集成电路、计计算机、电视视、广播和雷雷达)；自动化技术；激光技术；生物技术和系统统工程技术。传统制造业在220世纪开始始的新的革命命性的变化和和进步，传统统制造开始向向现代制造发发展。现代制造及其技技术的形成和和发展特点是是：(1)生产规模模：从少品种大批批量，发展到到单件小批量量、多品种变变批量。 (2)生产方式式：从劳动密集型型，发展到设备密密集型、信息息密集型、知知识密集型。 (3)制造装备备：从手工，

10、发展展到机械化、单机自动化化、刚性自动动线、柔性自自动线+智能自动化化。 (4)制造技技术和工艺方方法： 发展中现代制造造特征表现为为： 重视必不可可少的辅助工工序，如加工工前后处理； 重视工艺装装备，使制造造技术成为集集工艺方法、工工艺装备和工工艺材料为一一体的成套技技术； 重视物流、检检验、包装及及储藏，使制制造技术成为为覆盖加工全全过程的综合合技术， 发展优质高高效低耗的工工艺，取代落落后 吸收微电子子、计算机和和自动化等高高新技术成果果，形成CAAD、CAM、CAPP、CAT、CAE、NC、CNC、MIS、FMS、CIMS、IMT、IMS等一系系列现代制造造技术。实现上述技术术的局部或

11、系系统集成，形形成从单机到到自动生产线线等不同档次次的自动化制制造系统；(5)引人工业业工程和并行行工程概念：强调系统化及其其技术和管理理的集成，将将技术和管理理有机地结合合在一起；引入先进的管理理模式，使制制造技术及制制造过程成为为覆盖整个产产品生命周期期，包含物质质流、能量流流和信息流的的系统工程。四、制造业发展过程中竞争的焦点和策略 市场竞争是制制造业永恒的的话题。从1100多年前前福特(Ford)汽车的生产产线开始，产产生和应用不不同的技术和和管理模式(见表11)。20世纪是制造造业空前发展展的重要时期期；制造系统统的集成活动动异常活跃，制制造模式不断断更新。制造技术广泛吸吸收高新技术

12、术的优秀成果果，并相互渗渗透、融合和和衍生，产生生急剧的变化化，其目的是是使所制造的的产品(Produuct)达到到： 功能(Fuunctioon)、 交货期(TTime tto Marrket)、 质量(Quualityy)、 价格(Coost)、 服务(Seervicee)均为优良良。五、先进制造技技术与制造模模式的发展历历程20世纪末，以以微电子、信信息、新材料料、系统科学学等为代表的的新一代科学学与技术的迅迅猛发展及其其在控制领域域中的广泛渗渗透、应用和和衍生，极大大地拓展了制制造活动的深深度和广度，急急剧地改变了了现代制造业业的产品设计计方法、产品品结构、生产产方式、生产产工艺和设备

13、备以及生产组组织结构，产产生一大批新新的制造技术术和制造模式式。 现代制制造业已成为为发展速度快快、技术创新新能力强、技技术密集和知知识密集的部门。 为适应应这种情况的的变化，美国国、日本等国国开展了大量量的对策研究究。提出了许多新观观点，新思想想、新概念，先先后诞生了许许多先进制造造技术、模式与系统，例例如柔性制造系统(Flexiible MManufaacturiing Syystem，FMS)计算机集成制造造系统 CIMS并行工程(Cooncurrrent EEngineeeringg，CE)精良生产(Leean Prroducttion，LP)智能制造系统(Intellligennt

14、Mannufactturingg Systtem，IMS)敏捷制造系统(Agilee Manuufactuuring Systeem，AMS)全能制造系统(Holonnic maanufaccturinng Sysstem，HMS)虚拟制造系统(Virtuual Maanufaccturinng Sysstem，VMS)全球制造(Gllobaliizatioon Mannufactturingg)系统等。见见下图 面向知识经济的的制造业 信息技术和计算算机网络技术术的发展 各国的经济离不不开与国际市市场的信息、技技术、资源和和产品的交换换。由此，一方面开开阔了企业的的市场，另一一方面也给企企业

15、带来了全全球范围的竞竞争压力。新经济也是全球球性经济，生生产过程不再再局限于一国国范围，而是是形成“无国界的经经济实体”。企业间竞争与合合作、开放与与限制并存的的局面，必将将引起世界经经济结构与组组织结构的重重大变化，从从而带来制造造业的一场革革命。一、知识经济的的特征与对制制造业的影响响知识经济对制造造工业的影响响：对产品和消费观观念的改变产品设计和制造造过程的数字字化和智能化化经营和制造活动动的全球化等等。制造技术质的飞飞跃：制造技术已成为为一个涵盖整整个生产过程程、跨多个学学科、高度集集成的高新技技术。支撑制造技术的的电子、光学学、信息科学学、材料科学学、生物科学学、激光及管管理科学等逐

16、逐步成为制造造业的新兴技技术与新兴工工业的综合体体。问题：在知识经经济条件下，制制造业的地位位是否降低了了在知识经济条件件下，制造业业是参与市场场竞争的主体体。世界经济济发展规律告告诉人们：一个没没有工业基础础和制造业的的城市是没有有根基的城市市。制造业业能极大地推推动金融、贸贸易、保险、房房地产和服务务业的发展。没有制制造业作为基基础，无论哪哪一个产业都都将失去存在在和发展的条条件。案例说明制造技术的水平平和制造工业业的发达程度度突出地反映映了一个国家家、一个地区区的经济实力力，人民的生生活质量、国国防能力和社社会的发展程程度。一个国家如果不不重视发展先先进制造技术术和制造工业业，必然要吃吃

17、亏、上当、挨挨打。以下仅举两个比比较突出的事事例来说明。美国在二战以前前一直是制造造大国轿车工业为为支柱，在全全球制造业中中居于执牛耳耳的地位。 20世纪550年 代以后，因军备需要，偏偏重高新技术术和军用技术术发展，放松松一般制造业业。进入70年代代后期，“第三次浪潮论在美国流流传开来，认认为美国进入“后工业社会会”。劳动力将从工业转移到信息行行业和服务行行业。认为制造业已已成为正在走走向没落的“夕阳工业”，制造技术术的发展受到到冷遇。 大学里不再开开设制造技术术和制造科学学课程，也少少有相关研究课题题。放弃了关关于制造工程程和制造科学学方面的教育育和研究工作作。所谓“第三次浪浪潮即信息革革

18、命，“后工业社会会”就是知识经经济社会。这些都是正确的的论断。劳动动力的第二次次大转移也是是正在发生的的事实。问题出在将制造造业视为正在在走向没落的的“夕阳工业”，过于简单单和轻率，不符合其后后经济发展的的事实。事实证明，知识识经济的发展展，不是要放弃制造业业，而是要按照知识经经济的特点和和要求来改造造制造业，使使传统的制造造业发展成为为先进制造业业，为现代社社会经济的发发展发挥不可可替代的作用用。 “夕阳工业论对于美美国制造业和和美国经济的的负面影响 20世纪的700-80年代代在微电子工业、汽汽车工业的国国际市场竞争争日本的高质量和和高技术含量量的产品，如如汽车、摩托托车、机床、录录相机、

19、照相相机、电视机机等产品以及及亚洲和拉美美国家的一些些廉价产品夺夺走了相当一一部分原属美美国产品的国国际市场，乃乃至于部分美美国的国内市市场美国机床工业放放弃了原已占占领的53 的市场，其其年产值在112年间从57亿美元跌跌落到38亿美元。19886年，该国国仍有一半机机床需要进口口。 1973年石石油危机，日日本的节能型型轿车大举进进入美国，占占领了相当一一部分美国国国内市场。直直到90年代初，美美国仍有14以上的国内内汽车市场被被日本汽车占占领。在那一段时期，美美国的制造业业在国际市场场竞争中节节节败退，物资资生产基础遭遭到严重的削削弱，第二、第第三产业的比比例严重失调调，国际贸易易逆差剧

20、增，经经济空前滑坡坡，美国公众众和舆论界惊惊呼这种情况况 “危及美美国国家的安安全!” “帝国反击战”美国的补补救行动美国政府和企业业界重新审视视其科学技术术政策和产业业政策，重新新认识和评价价制造技术和和制造业在国国民经济中的的重要地位和和作用。总统委员会的的报告指出：“美国在重要要的、高速增增长的技术市市场上失利的的个重要原因因是美国没有有把自已的技技术应用到制制造业上。”美国开始加强强对制造技术术的研究与开开发，相继实实施了一系列列振兴制造业业的计划，力力图夺回昔日日的优势，重重建新的辉煌煌。 政府、公司与大大学联手开展展关于制造科科学和制造技技术的研究、开开发与教育工工作，建立了了一系

21、列工业业大学联合合研究中心。1991年美国国总统布什公公布了“国家关键技技术计划”，将“制造技术”列入六项关关键技术(材料、制造造、电子信息息、生物工程程与生命科学学、能源与环环境以及航空空、航天与地地面交通)之中。 1994年被被定为美国的的“制造技术年年”，年初，美国国商务部提出出：制造是工工业的基础。 美国政府一反反过去不介入入制造业的惯惯例，积极支支持与推动制制造业的发展展。将制造技技术列为美国国财政重点扶扶植的唯一的的领域。美国的“三大大汽车公司”(通用、福特特和克莱斯勒勒)以日本汽车车公司为对手手，研究赶超超的主要措施施和对策。例如，在200世纪90年代初，三三大汽车公司司与密西根

22、大大学合作，在在政府的支持持下，开展了了一项提高轿轿车车身点焊焊总成的精度度、降低车门门门缝的平均均宽度的研究究，即所谓“两毫米工程程”。对这一项研研究所投入的的经费达13300多万美美元。 克林顿总统上台台后，对制造造工业给予了了实质性的支支持。提出并并实施了振兴兴美国制造业业的六点措施施：第一，对先进制制造技术的研研究和开发提提供更多资助助，特别是新新汽车技术、智智能控制和传传感器、快速速原型设计等等制造技术的的研究开发计计划将得到赞赞助；第二，支持敏捷捷制造技术；第三，建立全国国制造技术推推广中心网；第四，建立各地地区的技术促促进联盟；第五，促进制造造工程教育的的发展；第六，促进考虑虑环境的制造造技术的发展展。 经过了一段时期期的努力奋斗斗，收到良好好的效果，在在制造技术基基础研究、技技术创新、企企业重组与协协作等方面有有了重大改观观。一些欧洲报纸称