01第一章先进制造技术绪论49

1、先进制造技术孙燕华著电子工业出版社北京BEIJING全国高职高专规划教材精品与示范系列第一章绪绪论第一节先先进进制造技技术及其其主要特特点第二节先先进进制造技技术的构构成及分分类第三节先先进进制造技技术的应应用及发发展趋势势第一节先先进进制造技技术及其其主要特特点1.1概念制造（Manufacturing):是人类所所有经济济活动的的基石，是人类类历史发发展和文文明进步步的动力力。狭义：为为机电产产品的机机械加工工工艺过过程广义：国国际生产产工程学学会1990年：制造是涉涉及制造造工业中中产品设设计、物物料选择择、生产产计划、生产过过程、质质量保证证、经营营管理、市场销销售和服服务的一一系列相

2、相关活动动和工作作的总称称。1、制造的概概念制造技术术（Manufacturing Technology)按照人们们所需的的目的，运用知知识和技技能，利利用客观观物资工工具，将将原材料料物化为为人类所所需产品品的工程程技术。即：使使原材料料成为产产品而使使用的一一系列技技术的总总称制造过程程产品从设设计、生生产、使使用、维维修、报报废、回回收等的的全过程程，也称称为产品生命命周期。制造业将制造资资源（物物料、能能源、设设备、工工具、资资金、信信息、人人力等）利用制制造技术术，通过过制造过过程，转转化为供供人们使使用或利利用的工工业品或或生活消消费品的的行业。1、制造的的概念1.2制造系统统制造

3、系统统是制造造业的基基本组成成实体。结构：是制造过过程所涉涉及的硬硬件（物物料、设设备、工工具、能能源等）、软件件（制造造理论、工艺、信息等等）、人人员所组组成的具具有特定定功能的的有机整整体。功能：输入制造造系统的的资源（原材料料、能源源、信息息、人力力.）通过制制造过程程输出产产品过程：制造生产产的运行行过程，包括市市场分析析、产品品设计、工艺规规划、制制造装配配、检验验出厂、产品销销售、售售后服务务、报废废、回收收、再利利用等。1、制造的的概念1）用机器器代替手手工，从从作坊形形成工厂厂19世纪机器器在英国国诞生，先后传传人法国国、德国国和美国国。2）从单件件生产方方式发展展成大量量生产

4、方方式泰勒：以以劳动分分工和计计件工资资制为基基础的科科学管理理。福特：零零件互换换技术，1913年建立了了具有划划时代意意义的汽汽车装配配生产线线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柔性制造造系统、计算机机集成制制造系统统、网络络化制造造、智能能制造系系统、及及时生产产、精良良生产、敏捷制制造制造业发发展的历历程工业由制造业业、采掘掘业以及及电力、燃气、和水的的生产供供应业构构成，制制造指第第二产业业中除采采掘业、电力、燃气及及其生产产和供应应业、建建筑业以以外的所所有行业业。工业的概概念先进制造造技术定定义制造业不不断吸收收机械、电子、信息、能源及及现代系系统管理

5、理等方面面的成果果，并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全过过程，以以实现优优质、高高效、低低耗、清清洁、灵灵活生产产，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并并取得理理想经济济效果的的制造技技术总称称。三、先进进制造技技术的特特点系统性集成性广泛性高精度实现优质质、高效效、低耗耗、清洁洁、灵活的生生产第二节先进制造造技术的的构成及及分类先进制造造技术的的构成（我国）现代制造造技术体体系结构构（美国国）二、先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自动化技技术系统管理理技术现代设计计技术现代设计计方法设计自动动化技术术工业设

6、计计技术先进制造造工艺精密和超超精密加加工技术术精密成型型技术特种加工工技术表面改性性、制膜膜和涂层层技术自动化技技术数控技术术工业机器器人技术术柔性制造造技术计算机集集成制造造技术传感技术术自动检测测及信号号识别技技术过程设备备工况监监测与控控制技术术等系统管理理技术工程管理理质量管理理管理信息息系统现代制造造模式（如精益益生产、CIMS、敏捷制制造、智智能制造造等）集成化的的管理技技术、企企业组织织结构与与虚拟公公司等生生产组织织方法。先进制造造技术的的特点产品开发发周期短短、上市市时间快快；提高市场场竞争力力；柔性化（快速重重组）；质量保证证；组织形式式：跨地地区、跨跨国家的的虚拟公公司

7、、动动态联盟盟；生产过程程精良；人员素质质提高；智能化；环保；分布、并并行、集集成并存存。先进制造造领域的的关键技技术集成化技技术；智能化技技术；网络技术术；分布式并并行处理理技术；多学科、多功能能综合产产品开发发技术；虚拟现实实技术；人机环境系统统技术。第三节先进制造造技术的的现状及及发展趋趋势制造科学学已成为多学科交交叉的学科制造技艺艺制造技术术制造科学学；制造活动动的社会会性、制制造系统统的开放放性制造科学学综合性性；制造科学学已不可可能在孤孤立、封封闭的状状态下发发展，必必然走兼兼采百家家之长、交叉融融合的道道路；现代物理理、数学学、化学学、生命命、信息息、材料料、管理理和系统统等科学

8、学的发展展，为制制造科学学不断提提供新的的推动力力，也不不断丰富富着现代代制造科科学的内内涵和外外延。发展现状状世界制造造业的现现状：先进制造造技术是是工业发发达国家家的国家家级关键键技术和和优先发发展领域域国别/地区科技计划美国 先进制造技术计划 关键技术(制造)计划 敏捷制造使能技术计划日本 智能制造技术国际合作计划欧共体 尤里卡计划 信息技术研究发展战略计划德国 制造2000年计划韩国 高级先进技术国家计划(G-7)世界制造造业的现现状：数控NC计算机数数控CNC直接数控控DNC柔性制造造单元FMC柔性制造造系统FMS计算机辅辅助设计计与制造造CAD/CAM世界制造造业的现现状：计算机集

9、集成制造造系统CIMS准时JIT生产制造资源源规划MRP精良生产产LP敏捷制造造AM许多高技技术我国国尚未掌掌握，许许多重大大装备我我国不能能自主制制造，缺乏自主主创新能力是制造大大国，不不是制造造强国发电设备备、机床床、汽车车、电子子制造等等产品产产量居世世界前列列，却没没有一家家装备制制造企业业能跻身身世界500强强关键装备备大多依依赖进口口光电子制制造设备备的100%IC制造装备备的85%高档数控控机床的的70%我国制造造业现状状原创性的的技术和和成果缺缺乏，企企业的核核心竞争争力不足足，制造造科学基基础研究究相对薄薄弱我国机械械工业发展目标标2000年，制造造技术水水平总体体上达到到工

10、业先先进国家家80年代末90年代初的的水平。优质、高高效、低低耗、少少或无污污染的现现代制造造技术普普及率，由目前前的不足足10%提高到2000年20%，2010年提高到到50%。形成一批批高科技技产业：四个加工工产业精密成型型加工、精密加加工、激激光加工工、表面面处理加加工；三个自动动化硬件件产业数控系统统、工业业机器人人、传感感器和测测试设备备；三个软件件产业CAD、CAM、MIS。先进制造造技术的的发展趋势势精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化发展趋势势（1）先进制造造技术制造技术术+信息息技术+管理科科学+有有关科学学技术先进制造造技术发发展的总总趋势制造产品

11、品：“精”“极”“文”制造过程程：“绿”“快”“省”“效”制造方法法：“数”“自”“集”“网”“智”发展趋势势（2）“精”是发展的的关键“极”是发展的的焦点“文”是发展的的新义“绿”是发展的的必然“快”是发展的的动力“省”是发展的的原则“效”是发展的的追求“数”是发展的的核心“自”是发展的的条件“集”是发展的的方法“网”是发展的的道路“智”是发展的的前景制造产品品：制造过程程：制造方法法：“精”是发展的的关键精确化加工精度度精密化化人造卫星星的仪表表轴承，其圆度度、圆柱柱度、表表面粗糙糙度等均均达纳米米级；操作尺度度细微化化基因操作作机械，移动距距离为纳纳米级，移动精精度为0.1纳纳米级物理性

12、能能精确化化物理性性能、力力学性能能、化学学性能、生化性性能等等等控制要求求纳米化化发展趋势势制造产品品：“精”“极”“文”电子制造造中高精度：控制趋趋于纳米米级加工趋于于亚纳米米级超微细：芯片线线宽100nm运动副间间隙12nm高加速度度：封装装运动12g高可靠性性：芯片片千小时时失效率率1/109发展趋势势制造产品品：“精”“极”“文”超精密加加工20世纪初：10微米30年代：1微米50年代：0.1微米70-80年代：0.01微米目前：0.001微米（纳米加加工）发展趋势势制造产品品：“精”“极”“文”“极”是发展的的焦点极端、极极限几何形体体上，极极大、极极小、极极厚、极极薄、极极平、极

13、极柔、极极圆、极极方、奇奇形怪状状；在物理性性能上，极高硬硬度、极极高塑性性、极大大弹性、极大脆脆性、极极强磁性性、极强强辐射性性、极强强腐蚀性性，奇性性怪能；MEMS（Micro-Electro-Mechanical_System)技术和产产品是典典型极端端、极限限技术和和产品。发展趋势势制造产品品：“精”“极”“文”关于微电子芯片制造造1.巨巨大的投投资建一座生生产1000兆兆位存储储器的芯芯片制造造厂，需需要投资资150亿美元元2.当当前的芯芯片制造造设备（1）超超净：尘尘埃颗粒粒直径0.1微米颗粒数0.1个/立立方英尺尺空气（2）超超纯：有有害杂质质含量达达到ppb（十亿分之之一）（3

14、）超超精加工工：钠米米级我国的“龙芯”。日本日立立公司（2006）报导：集成电电路小如如尘粒：长、宽150m，厚7.5m发展趋势势制造产品品：“精”“极”“文”2002年原原子级纳纳米“晶体管”（电极相相距1nm）2003年世界最小小的电动动机纳米电动动机（直直径500nm）量子计算算机基本本电路（1/500mm，近K工作）2004年能停或暂暂停的分分子马达达用核磁共共振观测测到单个个电子2005年超超大大容量纳纳米级信信息存储储材料2006年世世界界最小的的发电机机纳米发电电机发展趋势势制造产品品：“精”“极”“文”“文”是发展的的新义人文化工业产品品，“实用”，物质层层面；艺术产品品，（人

15、人文）文文化含量量高，“物美”，精神层层面，环环境协调调，爽心心悦目，经得起起“看”，经得起起“想”“工业设计计”制造过程程、制造造方法“文明化”生产。发展趋势势制造产品品：“精”“极”“文”“绿”是发展的的必然绿色“天人合一一”与“无为”；“保护环境境，就是是保护生生产力；改善环环境，就就是发展展生产力力”江泽民制造各阶阶段都必必须充分分计及环环境保护护：自然然环境，社会环环境、生生产环境境、生产产者的身身心健康康；制造必然然要走向向“绿色”制造，这这是实现现国民经经济可持持续发展展的重要要条件。发展趋势势制造过程程：“绿”“快”“省”“效”“快”是发展的的动力快速对市场的的快速响响应对生产

16、的的快速重重组生产模式式：高度度柔性与与高度敏敏捷性推动着制制造技术术的进步步与制造造方法的的发展发展趋势势制造过程程：“绿”“快”“省”“效”“省”是发展的的原则节省市场经济济必然的的要求制造过程程必须节节省、节节约、节节俭制造过程程的优化化制造资源源的优化化配置发展趋势势制造过程程：“绿”“快”“省”“效”“效”是发展的的追求高效、高生产产率个性化大大生产、大规模模定制快速响应应市场需需求的应应有推论论与含义义生产效率率提高生产力发发展社社会进步步高效、低低耗、无无污染发展趋势势制造过程程：“绿”“快”“省”“效”“数”是发展的的核心数字化“信息化”的核心是是“数字化”数字制造造是制造造技

17、术与与信息技技术（包包含计算算机技术术、网络络技术）等交叉叉、发展展与应用用的结果果数字化设设计、数数字化控控制、数数字化管管理以及及贯穿始始终的“虚拟”技术数字化技技术必将将导致制制造技术术的重大大发展与与变革发展趋势势制造方法法：“数”“自”“集”“网”“智”“自”是发展的的条件自动化自动化是是强化、延伸甚甚至取代代人劳动动（体力力、脑力力）的技技术或手手段自动控制制、自动动调节、自动补补偿、自自动辨识识等发展展到自学学习、自自组织、自维护护、自修修复等更更高水平平的自动动化发展趋势势制造方法法：“数”“自”“集”“网”“智”1870-1980：加工过程程效率20倍管理效率率1.8-2.2

18、倍设计效率率1.2倍CAX技术脑力劳动动自动化化。制造业中中NC的重大基基础作用用。发展趋势势制造方法法：“数”“自”“集”“网”“智”“集”是发展的的方法集成化技术集成成、管理理集成、技术与与管理集集成本质：知知识和信信息集成成，集成成也包含含了“交叉”现代制造造科学技技术的发发展离不不开“集成”和“交叉”CIMS，从实际际情况与与发展前前景来看看，整个个产品的的生产确确系一个个计算机机集成生生产系统统，而且且与网络络化不可可分割。发展趋势势制造方法法：“数”“自”“集”“网”“智”传感技术术信号处理理技术控制技术术随动技术术精密机械械技术系统集成成技术发展趋势势制造方法法：“数”“自”“集”“网”“智”机电一体体化“网”是发展的的道路网络化现