先进制造的技术

1、关于先进制造技术第1页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四绪 论先进制造技术第2页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 制造业的地位 制造业是国民经济的支柱产业和经济增长发动机，是高技术产业化的载体和推动者，是吸纳劳动力就业和扩大出口的关键产业，是国家安全的重要保证。 我国制造业的水平 我国已成为制造业大国，但还不是制造业强国。 制造业强国的标志国际水平的技术标准与法规国际水平的人才与教育体制自主技术创新及开发能力国际水平的制造企业国际水平的制造中心国际水平的先进装备制造绪 论一、本门课程的作用第3页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四制造

2、业的主体功能二、制造业涉及的主体功能设计制造材料信息管理绪 论第4页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四三、本课程的有关说明 1. 学时 本课程教材总学时大约45学时，课堂讲授30学时。 2. 特点 本门课程的特点可归纳为：新、多、杂、变几个字。 新是指本课程的内容大都是近10余年发展起来的技术。多和杂是指本课程内容多而且庞杂，结构不是十分清晰。变是指随着制造技术的发展，本教材中的一些内容，甚至是概念都有可能发生变化。 基于上述特点，同学们除了进行课堂学习之外，还需要进行适当时间的自学，并要不断地了解先进制造技术新的发展。绪 论第5页，共55页，2022年，5月20日，9点3

3、1分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论先进制造技术第6页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 目录第一节 制造行为的“三域”活动 第二节 制造理念的更新第三节 制造技术的创新策略 第四节 自适应企业策略 第7页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 制造业是一切生产和装配成品的企业群体的总称，制造业共包括30行业。 制造是指：第一节 制造行为的“三域”活动第8页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论制造过程中的行为活动 加工物流 信息流三域 第9页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四

4、第一章 制造业与先进制造技术概论一、加工域活动 加工域活动是指直接改变零件形状、尺寸和性能的行为活动（工艺过程），是制造行为的基础域活动。 1. 机械制造技术的主要类别增量制造立体光刻SLA分层实体制造LOM选择性激光烧结SLS熔融沉积成形FDM其它使用激光照射光敏树脂固化成形使用激光或刀片切割粘性层片层叠成形使用激光烧结粉末材料成形将热塑料通过喷嘴挤出后固化成形其它成形方式第10页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四减量制造切削加工电火花加工电化学加工其它 通过去除材料，获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。 这一类别的制造方法，仍是目前机械制造中应用最为普遍的。等量制造轧制

5、板料成形挤压锻造热轧、冷轧如弯曲、拉延、翻边等通过模具挤压成形通过塑性变形，形成所需要的毛坯第一章 制造业与先进制造技术概论第11页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四相变过程铸造注塑成形热处理将熔化的金属注入铸型中凝固成形将熔融的塑料注入模腔成形通过热处理改变材料的性能第一章 制造业与先进制造技术概论表面处理镀层表面合金化改变残余应力状态离子溅射用化学或物理方法在基体表面镀上涂层如渗碳、渗氮等如喷丸、表面挤压或滚压等用离子束从表面去除材料或注入材料第12页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四固化联结粉末冶金复合材料焊接粘接金属粉末成形并烧结如碳纤维复合材料

6、通过局部熔化而形成材料的连接使用粘接剂进行密封或连接第一章 制造业与先进制造技术概论仿生加工原子操作技术克隆制造定向生长这一类的技术涉及生物技术、生命科学、材料科学等多学科领域，是目前最前沿的技术领域之一，也是研究最为活跃的领域之一。第13页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四在硅基板上定向生长的碳纳米管用48个铁原子排列在铜表面上形成一个圆形围栏 第一章 制造业与先进制造技术概论第14页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四纳米小车纳米机器人纳米差分齿轮纳米泵第一章 制造业与先进制造技术概论第15页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章

7、 制造业与先进制造技术概论 2. 机械制造技术发展的主要特点传统加工减材加工制造死物他成形特种加工增材加工制造活物自成形第16页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 3. 先进制造技术的发展趋势 数字化发展的核心高速化、精密化发展的关键极端化发展的焦点自动化发展的条件集成化发展的方法网络化发展的道路智能化发展的前景绿色化发展的必然第一章 制造业与先进制造技术概论第17页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 4. 大制造的涵义 由下图可知，制造已不仅仅指基本制造功能，还包含市场分析、生产计划、营销、服务等功能，这就是所谓的大制造的涵义。人/组织机构生产管理局网

8、外网门户网站网络经营管理决策系统产品CAPP机床量仪刀具工具CAD/CAM/CAE第一章 制造业与先进制造技术概论第18页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四二、物流域活动 物流是物料的流动。物流按物料的性质不同分为工件流、工具流和配套流三种。 1. 物流的概念 第一章 制造业与先进制造技术概论工件流由原材料、半成品、成品构成工具流由刀具、夹具等构成配套流由托盘、辅助材料、备件等构成第19页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 2. 物流的发展趋势 物流的5个“优”（right）服务：把好的产品（The right product）在规定的时间内（At th

9、e right time）规定的地点（In the right place）以需要的数量（In the right quantity）合适的价格（At the right price）客户第一章 制造业与先进制造技术概论第20页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 3. 物流域活动的主要装备 夹具 夹具是用来对工件进行定位和夹紧的，这一过程称为安装或装夹。夹具的发展方向是高精、高效、模块、组合、通用、经济。第一章 制造业与先进制造技术概论第21页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 连续输送装置 连续输送装置是用来将物料沿固定路线连续移动的装置。如带式输送系

10、统、槽式输送系统、辊子输送系统、随行夹具返回装置等。第一章 制造业与先进制造技术概论第22页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 吊车和卷扬机 吊车和卷扬机是高架设备，可在有限范围内间歇地移动物品，如行车、悬臂吊、卷扬机等。第一章 制造业与先进制造技术概论第23页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 运货车 手推车或机动车能沿可变线路移动物料，如手推车、叉车、电瓶车等。第一章 制造业与先进制造技术概论第24页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 自动导向小车（AGV） 自动导向小车（AGV Automated Guided Vehicles

11、）是一种由计算机控制并按一定程序自动完成运输任务的运输工具。 AGV的4项性能指标：最大载重、最高行驶速度、准停精度和制导方式。第一章 制造业与先进制造技术概论第25页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 自动化仓库 柔性物流系统以自动化中央仓库为中心，依据计算机管理系统的信息，实现毛坯、半成品、成品、配套件和工具等的自动存储、自动检索、自动输送等功能。 使用自动仓库的优势：降低仓储成本、提高保管质量、增强市场响应能力、有利于环境保护。第一章 制造业与先进制造技术概论第26页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 机器人 物流中应用机器人可用于装卸工件、传输物

12、料等第一章 制造业与先进制造技术概论第27页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论三、信息域活动 处在信息化时代的制造业及制造系统将会最大限度的“数字化”，信息域活动亦可认为是数字化活动。 1. 设计过程的信息域活动 设计的概念什么是设计？物体任一部分的设计都应满足功能需求，且基于艺术与工程的结合。设计是创造一个迄今尚不存在的产品（硬件、软件或一个系统）的过程。设计是一个决策过程。设计就是制作原始计划、草图和方案等。第28页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 设计过程信息域活动的内容 设计过程信

13、息域活动就是将概念、构思映射成数字化物理模型的过程，这需要CAD系统的支持。第29页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 2. 加工过程的信息域活动 加工过程就是将设计对象物化的过程，在这一过程中，会产生大量诸如力、热、变形、误差等物理信息。对这些信息进行采集、处理和控制的过程就是加工过程信息域的活动。 CNC技术是目前最主要的先进制造设备，其原理如下图所示：零件设计图编制零件加工程序CNC伺服驱动X轴伺服驱动Y轴伺服驱动Z轴手工自动第30页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 加工过程信息域的

14、活动还包括虚拟加工中的数字化仿真与分析。第31页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四 3. 物流过程的信息域活动 物流过程的信息域活动，包括对传输装置数量与布局的信息、被传输物料信息、经济效益信息等的监控与管理。具体内容如下：系统布局及设备、人员配备系统运行模式经济效益评估物流设备的类型、数量及布局；自动化中央仓库的类型、库容及布局刀库、工件缓冲站的大小及布局；加工设备的类型、数量及布局物料的运输路线；工件运输的调试策略系统内托盘的最大数量运输设备故障率；系统的持续运行时间系统的投资规模；系统的资金周转；刀具、夹具、托盘的投资生产成本信息；投资效益评估等第一章 制造业与先进制

15、造技术概论第32页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 4. 管理中的信息域活动 管理中的信息域活动就是利用管理信息系统（MIS）对各种管理信息进行收集、传输、加工、存储和使用的过程。 制造企业的管理信息可分为三大类：企业管理人力资源管理财务管理物业资源管理第33页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论人力资源管理培训计划绩效评估报酬管理人力资源管理人事管理人力资源测评第34页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论财务管理固定资产管理成本管理工资管理

16、总账管理第35页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论物业资源管理计划管理车间管理制造技术管理库存管理采购管理质量管理设备管理销售管理第36页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四四、先进制造技术的内涵与特征 先进制造技术（Advanced manufacturing technology, AMT）尚无统一的定义，一般可以认为：AMT是制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用及服务乃至回收的全过程的新的制造技术的总称。 AMT的主要特征是：集成性多学科

17、渗透、交叉、融合动态性每一域的先进技术都在继续发展数字化指模型数字化、信号数字化等可持续性能实现低消耗及绿色生产第一章 制造业与先进制造技术概论第37页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第二节 制造理念的更新一、制造模式 制造模式指的是制造系统的构成及运作方式。制造系统的构成及运作方式，依赖于制造技术的进步，也依赖于制造理念的更新。 可以把制造业的发展划分为3个阶段：传统制造、现代制造、后现代制造。其生产理念也随之不断更新。对比制造业的发展现代制造阶段后现代制造阶段传统制造阶段以“产”为本的理念以“人”为本的理念以环境为本的理念第38页，共55页，2022年，5月20日，9

18、点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论不同制造理念的比较第39页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论二、加工工艺系统 在机械加工中，由机床、夹具、工件和刀具组成的系统称为工艺系统（machining complex）。随着制造模式的变化工艺系统的构成也有了新的变化（如图所示）。在虚拟制造中整个工艺系统都存在于计算机系统中。计算机人机床工件夹具刀具机床工件夹具刀具计算机虚拟工艺系统第40页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论三、虚/实集成加工单元 V-CNC系统是一种通用的数控仿真软件系

19、统，可对车、铣等数控加工进行仿真和分析。虚/实集成加工单元（VPIMPC）构成如图1.2.3（P23）所示。第41页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 应用虚/实集成加工单元的优点是避免机床碰撞、消除零件试切、缩短生产周期、延长刀具寿命、提高生产率、增强竞争能力。应用实例第42页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论四、可持续制造 资源、环境和人口是当今全球关注的三大热点问题。可持续发展已被公认为21世纪的生产发展模式。 可持续发展是指既能满足社会当前的需求，又不危及子孙后代满足其需求的一种发展

20、模式。 可持续发展的程度可用人口、物质生活水平及环境效率来定量描述： 其中：GDP/人口是指每个人平均享有的GDP，即人的物质生活水平；环境/GDP表示环境效率，即产生一份GDP消耗的环境资源。第43页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 要实现可持续制造，需要着重解决如下问题。 1. 资源传递的延伸技术 通过再造工程延长机器、工具、零件等的传递周期，通过资源循环利用及废弃物再利用，使资源得到充分利用，减少对环境的冲击。 2. 生态型制造模式 所谓生态型制造模式就是在制造过程中对环境影响小，且资源消耗少的生产模式。 3. 可持续制造工厂 可持续

21、制造工厂的建立，各个国家都仍处在探索之中。它与传统工厂相比应具有这样一些特点：它是建立在高科技基础上面向21世纪的，能极大地减少制造过程中对环境的冲击，能最有效地使资源得到利用。第44页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论五、大量定制 电子商务的发展使数字化定制生产不仅变得必要，而且也成为可能。 大量定制（mass customization, MC）是21世纪的先进生产模式，它将定制生产与大量生产有机结合起来，在满足用户个性化需求的同时，保持较低的生产成本与较短的交货期。 1. 大批量生产与大量定制生产方式的对比第45页，共55页，2022年

22、，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 2. 大量定制生产的理论和方法 大量定制生产是把多品种单件小批生产与大批量生产的优点集中起来，解决多品种单件小批生产与大批量生产的缺点，适应现代市场经济的发展。大体上说，大规模定制生产主要是基于以下理论和方法得以实现其目标的，如下图。大批量生产批量大，品种少；效率高，成本低。单件小批生产批量小，品种多；效率低，成本高。协同产品商务（CPC）大量定制生产产品设计模块化；产品改进参数化；组织机构扁平化；生产制造客户化；采购销售链接化；竞争方式团队化。融合第46页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先

23、进制造技术概论 3. 组织大量定制生产应具备的条件 组织大量定制生产应具备以下条件： 先进的技术和设备； 扁平的、合理的企业组织结构； 全面支持产品开发和制造的集成信息系统； 协同产品商务(CPC)环境； 高素质的员工。业务向导各子系统第47页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第一章 制造业与先进制造技术概论 4. 大量定制的分类 协同定制 通过企业与客户的协同，共同确定定制的产品和服务。 装饰定制 在标准产品的基础上，根据客户的不同要求，改变包装和表面装饰的定制，如个性挂历、个性T恤衫等。 调整定制（适应性定制） 企业提供一种可调节的标准定制产品，用户根据自己的需要进行适

24、应性修改和重新配置。如可自己改变长度的裤子。 预测定制（透明定制） 在深入研究客户需求的基础上，根据预测为客户分别提供所需的个性化产品，客户并不参与定制过程。如左撇子鼠标。第48页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四第三节 制造技术的创新策略 人类在20世纪取得了令人瞩目的制造技术成果，其中数控（NC）加工技术与生长型制造技术（MIM）是两项突破性创新成果。 面对21世纪，制造技术同样受到可持续发展策略、知识经济、信息化、数字化技术的驱动，并将以新的面貌出现在世人面前，也迫使制造技术人员思考制造技术创新问题和创新策略。科学技术创新基础（原创）型创新复合（集成）型创新改进型创新

25、第49页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四一、制造技术创新的空间与动力 可持续发展是制造技术创新的动力与空间。第一章 制造业与先进制造技术概论我国制造业面临的问题 产品档次、技术含量低，制造业仍处在全球产业链的低端。 在过去25年中，中国经济增长的75来自原材料、劳动力和资本投入的增加，特别是制造业。 与国际水平制造工厂有很大的差距。解决上述问题依靠制造业的技术创新第50页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四二、制造技术创新的基础 知识是制造技术创新的基础。第一章 制造业与先进制造技术概论计算机技术信息技术网络技术激光技术纳米技术材料科学控制理论集成融合改进新的制造技术第51页，共55页，2022年，5月20日，9点31分，星期四三、制造技术创新的手段 数字化是制造技术创新的主要手段。 数字化的核心是离散化，如何将自然界的连续物理现象、模糊的不确定现象，以及人的经验与技能等离散化，进而实现数字化。 继计算几何、计算力学问世之后，计算切削工学、计算制