1先进制造技术概述42

1、先进制造技术第一章 概述第一节制制造业业的发展展概况制造（Manufacturing）：是一种将将物料、能量、资金、人力资资源、信信息等有有关资源源，按照照社会的的需求，转变为为新的、有更高高应用价价值的有形物质质产品和无形软件件、服务务等产品资资源的行为和过过程。国际生产产工程研研究学会会（CIRP）定义：“制造造是一个个涉及制制造工业业中产品设计计、物料选择择、生产计划划、生产过程程、质量保证证、经营管理理、市场销售售和服务务的一系列列相关活活动和工工作的总总称”“6+1”产业价值值链中，“1”是纯粹的制制造业，“6”是产品设设计、原原料采购购、仓储储运输、订单处处理、批批发经营营和零售售

2、。以美国国为主导导的国际际分工把把 “6+1”里面最差差的“1”放在中国国，而“1”是不需要要大学生生的，真真正需要要大学生生的是“6”。 （1的利润仅仅有10%而已。）了解几个个基本概概念制造系统统（MS）：制造过程程及其所所涉及的的硬件（包括人人员、生生产设备备、材料料、能源源和各种种辅助装装置）以以及有关关的软件（包包括制造造理论、制造工工艺、制制造方法法和制造造信息等等），组成了一一个具有有特定功功能的有机整体体，称之为为制造系系统。CIRP的定义：制造系统统是制造造业中形形成制造造生产的的有机整体体，在机电电工程生生产中，制造系系统具有有设计、生产、发运和和销售的的一体化化功能。制造

3、技术术（Manufacturing Technology）：是按照人人们所需需的目的的，运用用知识和和技能，利用客客观物质质工具，使原材材料转变变为产品品的技术术总称。也可以说说是完成成制造活活动所需需的一切切手段的的总和。制造业（Manufactury）：是所所有与制制造活动动有关的的实体或或企业机机构的总总称。作用：一一方面创创造价值值，生产产物质财财富和新新的知识识，另一一方面为为国民经经济各个个部门包包括国防防和科学学技术的的进步提提供先进进的手段段和装备备。是国民经经济和综综合国力力的支柱柱产业。第一、二二、三产产业的划划分第一产业农业、林业、渔业、畜牧业、矿业、采石业、石油业第二产

4、业航天航空；纺织、服装；汽车；冶金、钢铁；食品、饮料；建材、家具；化工、石油精炼；计算机、半导体；建筑；日用消费品；电器；装备、重型机械；金属制品；玻璃、陶瓷；造纸；制药；塑料制品；能源、电力。出版；橡胶；第三产业银行、通信、教育、娱乐、金融服务、政府、医疗保健、旅馆、咨询、保险、法律机构、房地产、修理与维护、餐饮、商业（零售业和批发业）、旅游、交通运输。第一产业农业、林业、渔业、畜牧业、矿业、采石业、石油业第二产业航天航空；纺织、服装；汽车；冶金、钢铁；食品、饮料；建材、家具；化工、石油精炼；计算机、半导体；建筑；日用消费品；电器；装备、重型机械；金属制品；玻璃、陶瓷；造纸；制药；塑料制品；

5、能源、电力；出版；橡胶。第三产业银行、通信、教育、娱乐、金融服务、政府、医疗保健、旅馆、咨询、保险、法律机构、房地产、修理与维护、餐饮、商业（零售业和批发业）、旅游、交通运输。第一、二二、三产产业的划划分制造业的的社会功功能制造业建筑机械械交通工具具环保设备备军事装备备医疗设备备机器制造造农业机械械化工设备备家用电器器通讯设备备出版印刷刷网络媒体体文化娱乐乐冶金机械械动力机械械纺织服装装整个制造造业及其其技术的的发展时期工具制造特征对象制造模式农业社会石器铜器铁器自然界地表层的天然物质资源手工制造工业社会机器地下的石油、矿产资源、生活生产用品机器制造、机械化流水线制造、自动化制造信息社会计算机

6、新技术有形资源：分子、原子、纳米级；无形资源：信息、知识现代制造、柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造、纳米制造、生物制造从生产灵灵活性看看制造模模式的变变迁生产灵活活性年份手工生产英式系统美式系统大批量制造泰勒制造统计过程控制数控柔性制造计算机集成制造未来制造造系统1800183119001950197019871991制造业近近代的三三个发展展阶段1、机器代代替手工工，从作作坊形成成工厂18世纪后半半叶，以以蒸汽机和工具机的发明为为特征的的产业革革命，揭揭开了近近代工业业的历史史，促成成了制造造企业的的雏形工场式生生产的出出现。标标志着制制造业已已完成从从手工业业作坊式式生产到到以机械械

7、加工厂厂和分工工原则为为中心的的工厂生生产的艰艰难转变变。20世纪初，各种金金属切削削加工工工艺方法法逐渐形形成，近近代制造造技术已已成体系系。但是是机器的的生产方方式是作作坊式的的单件生生产，它它产生于于英国，在19世纪先后后传到德德国和美美国，并并在美国国首先形形成了小小型的机机械加工工厂。2、从单件件生产方方式发展展成大量量生产方方式泰勒首先先提出了了以劳动动分工和和计件工工资制为为基础的的科学管管理，成成为制造造工程科科学的奠奠基人。福特首先先推行所所有零件件都按照照一定的的公差要要求来加加工（零零件互换换技术），实现现了以刚刚性自动动化为特特征的大大量生产产方式，它对社社会结构构、劳

8、动动分工、教育制制度和经经济发展展，都产产生了重重大的作作用。20世纪50年代，零零件互换换技术发发展到了了顶峰。3、柔性化化、集成成化、智智能化和和网络化化的现代代制造技技术：（1）单件小小作坊式式生产加加高度的的个人制制造技巧巧，大量量的机械械化刚性性规模生生产加一一体化的的组织生生产模式式，再加加细化的的专业分分工。（2）制造技技术的界界限分明明及其专专业的相相互独立立。（3）制造技技术一般般仅指加加工制造造的工艺艺方法，即制造造全过程程中某一一段环节节的技术术方法。（4）制造技技术一般般只能控控制生产产过程中中的物料料流和能能量流。（5）制造技技术与制制造生产产管理的的分离。现代制造造

9、及其技技术的发发展特点点（1）在市场场需求不不断变化化的驱动动下，制制造的生生产规模模沿着以以下方向向发展：小批量量少品品种大批批量多多品种变变批量。（2）在科技技高速发发展的推推动下，制造业业的资源源配置呈呈现出从从劳动密密集型设备密密集型信息密密集型知识密密集型变变化。（3）生产方方式上，其发展展过程是是：手工工机械械化单单机自动动化刚刚性流水水自动线线柔性性自动线线智能能自动化化。现代制造造及其技技术的发发展特点点（4）在制造造技术和和工艺方方法上，现代制制造在发发展中，表现为为：重视必不不可少的的辅助工工序，如如加工前前后处理理；重视工艺艺装备，使制造造技术成成为集工工艺方法法、工艺艺

10、 装备备和工艺艺材料为为一体的的成套技技术；重视物流流、检验验、包装装及储藏藏，使制制造技术术成为覆覆盖加工工全过程程（设计计、生产产准备、加工制制造、销销售和维维修，甚甚至再生生回收）的综合合技术，不断发发展优质质高效低低耗的工工艺及加加工方法法，以取取代落后后工艺；不断吸收收微电子子、计算算机和自自动化等等高新技技术成果果，并实实现上述述技术的的局部或或系统集集成。形形成从单单机到自自动生产产线等不不同档次次的自动动化制造造系统。现代制造造及其技技术的发发展特点点（5）引入工工业工程程和并行行工程（Concurrent Engineering，CE）概念，强调系系统化及及其技术术和管理理的

11、集成成，将技技术和管管理有机机地结合合在一起起，引入入先进的的管理模模式，使使制造技技术及制制造过程程成为覆覆 盖整整个产品品生命周周期，包包含物质质流、能能量流和和信息流流的系统统工程。先进制造造技术产产生的背背景20世纪80年代末，国际上上提出了了先进制制造技术术（AdvancedManufacturing Technology，AMT）的新概概念。AMT最早源于于美国。由于美美国长期期受强调调基础研研究的影影响，忽忽视制造造技术的的发展，到20世纪70年代日本本和德国国经济济恢复时时，美国国制造业业遇到了了强有力力的挑战战；20世纪80年代初期期，美国国一批有有识之上上相继发发表言论论，

12、对美美国制造造业的衰衰退进行行了反思思，强调调了制造造技术与与国民经经 济及及国力的的至关重重要的相相依关系系，强调调了制造造技术的的重要性性。克林顿政政府制定定了国家家关键技技术计划划，并对对其技术术政策做做了重大大调整。先进制制造技术术也就是是在这这样一个个社会经经济背景景下出台台了。AMT在诸多国国家和地地区得到到广泛的的应用。先进制造造技术在在我国的的发展状状况具体表现现在以下下10个方面：1、计算机机辅助设设计（CAD）技术普普及化2、快速原原型制造造技术由由起步迈迈向成熟熟，应用用初具规规模3、精密成成形与加加工技术术水平显显著提高高，在汽汽车零部部件、重重大装配配制造中中获得广广

13、泛应用用。4、热加工工工艺模模拟优化化技术取取得重要要进展，使材料料热加工工由“技技艺”走走向“科科学”。5、激光加加工在基基础研究究和技术术开发方方面有实实质性进进展，产产业应用用获得经经济效益益。6、数控技技术取得得重要进进展，国国内市场场占有率率有所提提高。7、现场总总线智能能仪表研研究开发发获重要要进展，应用已已有一定定的基础础。8、微型机机械研究究进展迅迅速，标标志着先先进制造造技术正正向微观观领域扩扩展。9、现代集集成制造造系统研研究和应应用取得得突破，在国际际上占有有一席之之地。10、新生产产模式的的研究和和实践具具有特色色，推动动了中国国制造业业的技术术进步和和管理现现代化。第

14、二节先先进制制造技术术的内涵涵及特点点先进制造造技术的的定义“先进制制造技术术是制造造业不断断吸收信信息技术术及现现代化管管理等方方面的成成果，并并将其综综合应用用于产品品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃乃至回收收的制造造全过程程，以实实现优质质、高效效、低耗耗、清洁洁、灵活活生产产，提高高对动态态多变的的产品市市场的适适应能力力和竞争争能力的的制造技技术的总总称”。先进制造造技术的的内涵及及技术构构成内涵：“使原材材料成为为产品而而采用的的一系列列先进技技术”，其外延延则是一一个不断断发展更更新的技技术体系系，不是是固定模模式，它它具动态态性和相相对性，因此，不能简简单地理理解为就

15、就是CAD、CAM、FMS、CIMS等等各项具具体的技技术。先进制造造技术在在不同发发展水平平的国家家和同一一国家的的不同发发展阶段段，有不不同的技技术内涵涵和构成成，对我我国而言言，它是是一个多多层次的的技术群群。其内内涵和层层次及其其技术构构成如图图先进制造造技术构构成1、基础技技术第一层次次是优质质、高效效、低耗耗、清洁洁基础制制造技术术。经过过优化的的基础工工艺如铸铸造、锻锻压、焊焊接、热热处理、表面保保护、机机械加工工等。2、新型的的制造单单元技术术第二个层层次是新新型的先先进制造造单元技技术。这这是在市市场需求求及新兴兴产业的的带动下下，制造造技术与与电子、信息、新材料料、新能能源

16、、环环境科学学、系统统工程、现代管管理等高高新技术术结合而而形成的的崭新的的制造技技术。3、集成技技术第三个层层次是先先进制造造集成技技术。这这是应用用信息、计算机机和系统统管理技技术对上上述两个个层次的的技术局局部或系系统集成成而形成成的先进进制造技技术的高高级阶段段。如：FMS、CIMS、IMS等。以上三层层次都是是先进制制造技术术的组成成部分，但其中中每一个个层次都都不等于于先进制制造技术术的全部部。先进制造造技术的的特点1、先进性性先进制造造技术的的核心和和基础是是经过优优化的先先进工艺艺（优质质、高效效、低耗耗、清洁洁工艺），它从从传统制制造工艺艺发展起起来，并并与新技技术实现现了局

17、部部或系统统集成。2、广泛性性先进制造造技术不不是单独独分割在在制造过过程的某某一环节节，而是是将其综综合运用用于制造造的全过过程，它它覆盖了了产品设设计、生生产设备备、加工工制造、销售使使用、维维修服务务，甚至至回收再再生的整整个过程程。3、实用性性先进制造造技术的的发展针针对某一一具体制制造目标标（如汽汽车制造造、电子子工业）的需求求，而发发展起来来的先进进、适用用技术，有明确确的需求求导向；不以追追 求技技术高新新度为目目的，注注重最好的实实践效果果，提高企企业竞争争力和促促进国家家经济增增长和综综合实力力为目标标。4、集成性性先进制造造技术由由于专业业、学科科间的不不断渗透透、交叉叉、

18、融合合，界限限逐渐淡淡化甚至至消失，技术趋趋于系统统化、集集成化，已发展展成为集集机械、电子、信息、材料和和管理技技术为一一体的新新兴交叉叉学科，因此可可以称其其为“制制造工程程”。5、系统性性随着微电电子、信信息技术术的引入入，先进进制造技技术能驾驾驭信息息生成、采集、传递、反馈、调整的的信息流流动过程程。先进进制造技技术是可可以驾驭驭生产过过程的物物质流、能量流流和信息息流的系系统工程程。6、动态性性它不断地地吸收各各种高新新技术成成果，将将其渗透透到企业业生产的的所有领领域和产产品寿命命循环的的全过程程，实现现优质、高效、低耗、清洁、灵活的的生产。第三节先先进制制造技术术的体系系结构及及

19、分类体系结构构 ：三个技术术群：主体技技术群；支撑技技术群；制造技技术环境境。这三个技技术群相相互联系系、相互互促进，组成一一个完整整的体系系，每个个部分均均不可缺缺少，否否则就很很难发挥挥预期的的整体功功能效益益。先进制造造技术的的分类现代设计计技术先进制造造工艺技技术制造自动动化技术术系统管理理技术现代设计计技术计算机辅辅助设计计技术有限元法法、优化化设计、反求工工程、模模糊智能能CAD、工程数数据库等等。性能优良良设计基基础技术术可靠性设设计；安安全性设设计；动动态分析析与设计计；防断断裂设计计；疲劳劳设计；防腐蚀蚀设计；减摩和和耐磨损损设计；健壮设设计；耐耐环境设设计；维维修性设设计和

20、维维修性保保障设计计；测试试性设计计；人机机工程设设计等。竞争优势势创建技技术快速响应应设计；智能设设计；仿仿真与虚虚拟设计计；工业业设计；价值工工程设计计；模块块化设计计等。全寿命周周期设计计技术并行设计计；面向向制造的的设计；全寿命命周期设设计。可持续性性发展产产品设计计技术主要有绿绿色设计计设计试验验技术产品可靠靠性试验验；产品品环保性性能试验验与控制制、仿真真试验与与虚拟试试验先进制造造工艺技技术（1）精密洁洁净铸造造成形工工艺外热冲天天炉熔炼炼、处理理、保护护成套技技术；钢钢液精炼炼与保护护技术；近代化化学固化化砂铸造造工艺；高效金金属型铸铸造工艺艺与设备备；气化化膜铸造造工艺与与设

21、备：铸造成成形工艺艺模拟和和工艺CAD。（2）精确高高效塑性性成形工工艺热锻生产产线成套套技术；精密辊辊锻和楔楔横轧技技术；大大型覆盖盖件冲压压成套技技术；精精密冲裁裁工艺；超塑和和等温成成形工艺艺；锻造造成形模模拟和工工艺CAD等。（3）优质高高效焊接接及切割割技术新型焊接接电源及及控制技技术；激激光焊接接技术；优质高高效低稀稀释率堆堆焊技术术；精密密焊接技技术；焊焊接机器器人；现现代切割割技术；焊接过过程的模模拟仿真真与专家家系统。先进制造造工艺技技术（续续）（4）优质低低耗洁净净热处理理技术可控气氛氛热处理理；真空空热处理理；离子子热处理理；激光光表面合合金化；可控冷冷却。（5）高效高高

22、精机械械加工工工艺精密加工工和超精精密加工工；高速速磨削；变速切切削；复复杂型面面的数控控加工；游离磨磨料的高高效加工工等。（6）现代特特种加工工工艺包括：激激光加工工；复合合加工；微细加加工和纳纳米技术术；水力力加工等等。先进制造造工艺技技术（续续）（7）新型材材料成形形与加工工工艺新型材料料的铸造造成形；新型材材料的塑塑性成形形；新型型材料的的焊接；新型材材料的热热处理；新型材材料的机机械加工工。（8）优质清清洁表面面工程新新技术化学镀非非晶态技技术；新新型节能能表面涂涂装技术术；铝及及铝合金金表面强强化处理理技术；超声速速喷涂技技术；热热喷涂激激光表面面重熔复复合处理理技术；等离子子化学

23、气气相沉积积技术；离子辅辅助沉积积技术（9）快速模模具制造造技术锻模CADCAM一体化技技术；快快速原型型制造技技术等。制造自动动化技术术制造自动动化是指用机机电设备备工具取取代或放放大人的的体力，甚至取取代和延延伸人的的部分智智力，自自动完成成特定的的作业，包括物物料的存存储、运运输、加加工、装装配和检检验等各各个生产产环节的的自动化化。是机机械制造造业最重重要的基基础技术术之一。包括：（1）数控技技术数控装置置；送给给系统和和主轴系系统；数数控机床床的程序序编制。（2）工业机机器人机器人操操作机；机器人人控制系系统；机机器人传传感器；机器人人生产线线总体控控制。制造自动动化技术术（续）（3

24、）柔性制制造系统统（FMS）FMS的加工系系统；FMS的物流系系统；FMS的调度与与控制，FMS的故障诊诊断。（4）自动检检测及信信号识别别技术自动检测测CAT；信号识识别系统统；数据据获取；数据处处理；特特征提取取；识别别。（5）过程设设备工况况监测与与控制过程监视视控制系系统；在在线反馈馈质量控控制。系统管理理技术（1）先进制制造生产产模式现代集成成制造系系统CIMS、敏捷制制造系统统AMS、智能制制造系统统IMS、精良生生产LP以及并行行工程CE等先进的的生产组组织管理理和控制制方法。（2）集成管管理技术术并行工程程CE；物料需需求计划划MRP与准时制制生产JIT的集成生产组织织方法；基

25、于作作业的成成本管理理ABC；现代质质量保障障体系；现代管管理信息息系统；生产率率工程；制造资资源的快快速有效效集成。（3）生产组组织方法法虚拟公司司理论与与组织；企业组组织结构构的变革革；以人人为本的的团队建建设；企企业重组组工程。第四节、先进制制造技术术的发展展趋势未来制造造业发展展的重要要特征是是向全球化、网络化化、虚拟拟化方向发展展未来先进进制造技技术发展展的总趋趋势是向向精密化、柔性化化、虚拟拟化、网网络化、智能化化、敏捷捷化、清清洁化、集成化化及管理理创新的方向发发展趋势一：传统制制造技术术向高效效化、敏敏捷化、清洁化方方向发展展1、向高效效化方向向发展随着精度度补偿、应用软软件、

26、传传感器、自动控控制、新新材料和和机电一一体化等等技术的的发展，工艺装装备在数数控化的的基础上上进一步步向生产产自动化化、作业业柔性化化、控制制智能化化方向发发展，可可对传统统工艺技技术加以以优化和和革新。2、向敏捷捷化方向向发展进入20世纪90年代以来来，因为为竞争全全球化、贸易自自由化、需求多多样化，产品生生产朝多多品种小小批量方方向发展展，面向向并行工工程的设设计、虚虚拟制造造的设计计、全全寿命周周期设计计、CADCAMCAPP一体化技技术等敏敏捷设计计制造技技术与系系统将在在今后若若干年内内得到长长足发展展。3、向清洁洁化方向向发展保护环境境、节约约资源已已成为全全球密切切关注的的焦点

27、，为此发发达国家家正积极极倡导“绿色制制造”和和“清洁洁生产”，大力力研究开开发生态态安全型型、资源源节约型型制造技技术。趋势二：先进制制造技术术向精密密化、多多样化、复合化方方向发展展1、向精密密化方向向发展加工技术术向高精精度发展展是制造造技术的的一个重重要发展展方向。精密加加工和超超精密加加工、微微型机械械的微细细和超微微细加工工等精密密工程是是当今也也是未来来制造技技术的基基础，其其中纳米米级的超超精密加加工技术术和微型型机械技技术被认认为是21世纪的核核心技术术和关键键技术。2、向多样样化方向向发展为适应制制造业对对新型或或特种功功能材料料以及精精密、细细小、大大型、复复杂零件件的需要要，发达达国家正正大力研研究与开开发各种种原理不不同、方方法各异异的加工工与成形形方法。3、向复合合化方向向发展由于材料料加工难难度越来来越大，工件形形状越来来越复杂杂，加工工质量要要求越来来越高，国外正正在研究究多种能能量