先进制造技术概述课件

机械制造技术导论河海大学机电工程学院苑明海

11.制造业和制造技术的概念定义1：制造业是将各种原材料加工制造成可使用的工业制成品的工业。地位：制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十分重要的位置，是国民经济的支柱产业。美国68%的财富来源于制造业；日本国民总产值的49%由制造业提供；中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例。没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。0.1制造业和制造技术1.制造业和制造技术的概念0.1制造业和制造技术21.制造业和制造技术的概念作用：目前，作为我国国民经济的支柱产业,制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托,制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。制造技术：是使原材料变成产品的技术的总称，是国民经济得以发展、制造业本身赖以生存的关键基础技术。0.1制造业和制造技术电子制造业汽车制造业1.制造业和制造技术的概念0.1制造业和制造技术电子制造32.机械制造科学的研究内容机械制造设备和工艺装备的设计和制造，新的设备和工装的设计。机械的制造工艺过程：热加工工艺过程及冷加工工艺过程，它们都是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。机械制造(冷加工)工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。因此，机械制造科学也是研究机械加工和装配工艺过程及方法的科学。据统计，目前在机械制造中采用的工艺方法已经达到4-500种以上。各种工艺方法的规律、特点和适用范围，新的先进制造工艺手段，也是机械制造科学的重要研究内容之一。0.2机械制造科学的概念与研究内容2.机械制造科学的研究内容0.2机械制造科学的概念与研41.机械制造科学的概念为国民经济各部门进行简单再生产和扩大再生产提供技术装备的各类制造业，统称为装备制造业。机械制造业是装备制造业的核心。研究机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学称为机械工程学。机械系统从构思到实现要经历设计和制造两大不同性质的阶段，与之相应，机械工程学被分成两大分支：机械学和机械制造科学。机械制造科学是研究机械制造系统、机械制造过程和机械制造手段(工艺)的科学。0.2机械制造科学的概念与研究内容1.机械制造科学的概念0.2机械制造科学的概念与研究内52、先进制造技术的基本内容18世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发明。19世纪：电气技术发展，电气技术与制造技术融合。20世纪初：内燃机发明，引发了制造业的革命。二战后：计算机、微电子、信息和自动化技术。形成了一批新型先进制造单元技术，如NC技术、CNC、柔性制造单元（FMC）、CAD／CAM等。80年代：开拓了制造技术面向市场生产发展的新阶段：材料需求规划（MRP--I）、制造资源规划（MRP－II）、全面质量控制（TQC）、CAD／CAM。20世纪末的最后10年：以信息为主要特征，信息技术、人工智能技术的发展提供了高效能的技术手段。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点advancedmanufacturingtechnology

2、先进制造技术的基本内容18世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发62、先进制造技术的基本内容2.1.2先进制造技术的提出制造技术自18世纪后半叶发生的产业革命后获得了飞速发展，先进制造技术作为一个专用名词却是在20世纪80年代末期，由美国根据本国制造业面临的挑战与机遇；从技术发展角度，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，全面推进了制造技术的飞跃发展。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2、先进制造技术的基本内容2.1.2先进制造技术的提出2.7美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国70年代开始美国科技优势和经济竞争力衰退:“后工业化社会”，“夕阳工业”，80年代后期，国会议员、政策咨询和研究机构纷纷要求政府支持和重视产业技术的发展，1991年，美国白宫发表了《美国国家关键技术》的报告，明确将柔性计算机集成制造、智能加工设备、微米级和毫米级制造以及系统管理技术等，作为制造技术领域，列入总数为22项的国家关键技术中。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国70年代开始美国81993年2月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术发展的六点行动加大资助，开发新一代汽车、新建筑技术、智能控制和传感器技术、快速原型设计及考虑环境的制造技术；支持灵活制造；建立全国制造技术推广中心网；促进本地区技术联盟的建立；促进制造工程教育的发展；促进考虑环境的制造技术的发展。美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点1993年2月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术发展的六点9美国先进制造技术计划和制造技术中心计划先进制造技术计划：1994年度拨款14亿美元，三个重点领域：下一代“智能”制造系统、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具、基础设施工作。制造技术中心计划（MTC）：又称合作伙伴计划，指政府和企业在发展制造技术上进行密切合作。在全国建立170家制造技术中心，帮助企业通过技术进步节约。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国先进制造技术计划和制造技术中心计划先进制造技术得到重视210欧共体ERECA、ESPRIT、BRITE计划ERECA（尤里卡）计划：1988年拨款5亿美元资助16个欧洲国家600家企业的165个合作项目。ESPRIT（欧洲信息技术研究发展战略）计划：13个成员国向5500名研究人员提供资助。BRITE（欧洲工业基础研究）计划：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作等方面的研究。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点欧共体ERECA、ESPRIT、BRITE计划先进制造技术得11日本的政策和智能制造技术（IMS）计划日本产业技术政策:从重视应用研究转向加强基础研究，以便彻底摆脱“美国出创新概念，日本出创新产品”的局面。日本模式:技术引进--自主开发--独创性的自主开发--个性化、创造性的自主开发--加强基础研究的技术发展道路。国际共同研究计划。目标：要全面展望21世纪制造技术的发展趋势，致力于全球制造信息、制造技术的体系化、标准化。1995年1月正式启动，为期10年，总投资40亿美元。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点日本的政策和智能制造技术（IMS）计划先进制造技术得到重视212韩国的先进制造系统计划1991年底韩国提出了“高级先进技术国家计划”，通常称为G－7计划。目标：到2000年把韩国的技术实力提高到世界第一流工业发达国家的水平。已达到。G－7计划包括七项先进技术及七项基础技术。投资62亿美元。共性基础技术、下一代加工系统、集成技术、智能技术。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点韩国的先进制造系统计划先进制造技术得到重视2、先进制造技术的13究竟依靠什么产业来强国？是依靠第三产业来强国，还是依靠制造业来强国？美国的教训1)上个世纪70年代,美国不重视制造业,把制造业称为“夕阳工业”,结果导致美国80年代的经济衰退。2)80年代后期，美国政府开始协调和支持制造产业的发展，1991年，布什政府期间，美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术，其中制造技术占4项，标志着美国科技政策的转变。3)克林顿上台后，对制造业大力支持。究竟依靠什么产业来强国？是依靠第三产业来强国，还是依靠制造14日本的经验1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，特别大抓了汽车制造和微电子制造，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，特别是大举进入了美国市场。2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。日本的经验1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，15东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另16学习的榜样——瑞士瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？1）瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。学习的榜样——瑞士瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？17我国对先进制造技术的发展给予充分重视1995年：“九五”计划和2010年远景目标的建议中明确要大力采用先进制造技术。国家各类攻关计划国家计委重视：如数控系统及装备研究等。国家自然科学基金会。S－863，973计划。“十五”规划中，先进制造技术是国家重点发展的第四关键领域。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点我国对先进制造技术的发展给予充分重视先进制造技术得到重视2、18国家中长期科技规划16个重大专项

1.核心电子器件、高端适用芯片及基础软件产品

2.极大规模集成电路制造装备及成套工艺

3.新一代宽带无线移动通信网

4.高档数控机床与基础制造装备

5.大型油气田及煤层气开发

6.大型先进压水堆及高温气冷堆核电站

7.水体污染的控制与治理

8.转基因生物新品种培育先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项先进制造技术得到重视2、先进19国家中长期科技规划16个重大专项9.重大新药创制10.艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治11.大型飞机12.中国第二代卫星导航系统13.高分辨率对地观测系统14.载人航天与探月工程15.高超声速飞行器科技工程16.惯性约束核聚变点火先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项先进制造技术得到重视2、先进20国家中长期科技规划5大战略

抓住未来若干年内信息技术更新换代和新材料技术迅猛发展的难得机遇，

把获取装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权，作为提高我国产业竞争力的突破口；先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划5大战略先进制造技术得到重视2、先进制造技212.1.3先进制造技术内涵先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.3先进制造技术内涵2、先进制造技术的基本内容2.222.1.4先进制造技术特点先进制造技术的实用性先进制造技术应用的广泛性先进制造技术的动态特征先进制造技术的集成性：制造工程先进制造技术的系统性：物质流、能量流和信息流的系统工程。实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产提高对产品市场的适应能力和竞争能力2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.4先进制造技术特点2、先进制造技术的基本内容2.123一、定义:

在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.制造.检测.管理.销售.使用.服务的制造全过程,以实现优质.高效.低耗.清洁.灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系一、定义:2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体24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

数据库软件工程决策支持

标准和框架

数据标准工艺标准接口框架

产品定义和标准检验标准

机床和工具技术传感器和控制技术

质量管理用户/供应商交互作用工作人员培训和教育

全国监督和基准评测技术获取和利用主体技术群支撑技术群制造基础设施环境二体系结构(1)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系面向制造的设计技术群制造工艺技术群信息技术标准和框架质25二体系结构(2)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系二2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系26三先进设计技术设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系三先进设计技术2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技27四、先进制造工艺技术精密、超精密加工技术精密加工：精度为3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度为0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm纳米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制造技术从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术高能束流加工（电子束、离子束、激光束、双光子）电加工（电解和电火花)超声波加工高压水加工多种能源的组合加工2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系四、先进制造工艺技术2、先进制造技术的基本内容2.2先进制28五、制造自动化技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制柔性制造系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈质量控制2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系五、制造自动化技术柔性制造系统2、先进制造技术的基本内容2.29中国的制造技术和制造业正在崛起，2010年制造业的总产值已超过美国，成为世界第一制造大国。我国生产的机床、拖拉机、小心柴油机、集装箱、农用车、电视机、空调器、冰箱、洗衣机、微波炉、太阳轮热水器、自行车、摩托车等众多几点产品的产量都是世界第一。我国已能制造许多世界领先的科技产品和大型成套设备。3.我国制造业和制造技术的现状中国的制造技术和制造业正在崛起，2010年制造业的总产值已超30先进工业化国家，

国民经济总收入60％，就业人口的25％；中国2010年的调查结论:中国制造业占国民生产总值的1/3占整个工业生产的4/5为国家财政提供1/3以上的收入贡献出口总额的90%就业人员8043万3.我国制造业和制造技术的现状先进工业化国家，3.我国制造业和制造技术的现状31改革开放30多年来中国制造业的进步：1）引进国外先进技术2500多项，占全国的1/3以上。近几年发展的新产品，50%达到80年代中后期的世界水平。2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车280万辆以上（其中轿车120万辆以上），大中型发电设备1200万千瓦以上（火电1000万千瓦，水电200万千瓦），大中型拖拉机11万台以上，金切机床10万台以上。3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。4）成功开发生产了运七、运八、新舟60等支线飞机。5）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器，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、燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的6000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构型机床。3.我国制造业和制造技术的现状改革开放30多年来中国制造业的进步：3.我国制造业和制造技322.我国制造业和制造技术的现状峰值性能为每秒33.86千万亿次的“天河二号”超级计算机（图1-1a）歼-20全天候多用途战斗机（图1-1b）“神十”载人宇宙飞船（图1-1c）“蛟龙”号7000米级载人潜水器（图1-1d）2.我国制造业和制造技术的现状峰值性能为每秒33.86千万33中国仅仅是世界制造大国，而不是制造强国2.我国制造业和制造技术的现状中国仅仅是世界制造大国，而不是制造强国2.我国制造业和制造34与工业发达国家相比，我国的制造业和制造技术存在如下差距：工业生产能耗和物耗高。万元产品能耗是发达国家的5倍，物耗高40%。劳动生产率低下，平均相当于发达国家的1/15~1/20。工业产品质量差，技术含量低，缺乏市场竞争力。基础机械、大型成套设备质量等级比发达国家低1~2个等级，综合技术水平落后20余年。企业研发投入不足，自主创新能力差。企业投入的科研经费不到发达国家的1/30。科技创新成为“中国制造”发展的关键制约因素。3.我国制造业和制造技术的现状与工业发达国家相比，我国的制造业和制造技术存在如下差距：3.35产品档次低，高水平产品所占比例小当代国际先进水平小于5％，90年代25％，80年代40％。创新开发能力差，新产品贡献率低产品平均生命周期：我国10年，美国3～4年新产品贡献率：我国6％（97年），美国52％（95年）专业化生产水平低基础零部件、产品配套、基础工艺专业化生产管理技术水平落后计划经济，手工管理，3.我国制造业和制造技术的现状产品档次低，高水平产品所占比例小3.我国制造业和制造技术的36世界上70％－80％以上的产品是制造出来的：如美国、瑞士。高科技的发展需要先进制造技术，特别是精密制造技术：火箭、导弹等。信息技术的发展，给机械制造技术带来了新的活力：柔性制造技术、集成制造系统、并行工程等。必须将基础科学研究与工程研究更紧密结合起来。必须从实际出发：如CIMS的经验。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.1国际现状4、先进制造技术的现状与发展趋势5.1国际现状375.2国内现状传统机械仍占主导位置。先进制造系统与技术的研究，总体上看尚处在跟踪阶段，创新不多。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.2国内现状5.2国内现状4、先进制造技术的现状与发展趋势5.2国内38信息技术与制造技术的融合。科学技术的综合是当前技术发展的一个重要特点。如：仿生学研究。绿色制造是近年来发展最快的重点研究领域之一。加强对机械制造学科的基础规律、机理的研究。测量在现代制造技术中占有极重要的地位。如：虚拟测量技术。“可重组的制造系统”提出了一个值得注意的问题。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.3国际发展趋势信息技术与制造技术的融合。4、先进制造技术的现状与发展趋势539微加工技术、绿色制造技术网络制造技术（E-manufacturing）制造技术与信息技术的集成大批量定制生产纳米技术、机器人数字化（工厂：CAX/PDM）知识化：技术创新；产品及企业模块化微小化、绿色化、智能化4、先进制造技术的现状与发展趋势5.3国际发展趋势微加工技术、绿色制造技术4、先进制造技术的现状与发展趋势5.4021世纪的企业面临“管理革命”（1）分散网络化制造：以订单为纽带进行资源重组，企业间动态联盟。如：香港。（2）“中场产业”的兴起（3）企业间从单纯竞争走向既有竞争、又有结盟之路绿色制造将成为21世纪制造技术重要特征。以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术得到超速发展和应用：并行工程，快速原型制造技术。虚拟制造技术将广泛应用。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.4国内发展趋势21世纪的企业面临“管理革命”4、先进制造技术的现状与发展趋41制造业信息化：制造技术和制造业是一切技术的载体和“物化”手段，当然包括信息技术，但现代制造业的发展离不开信息技术。含义：生产过程的自动化和信息化，制造业的企业管理信息化；包括数字化设计、数字化加工、数字化装备、数字化管理，形成数字化企业。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.4国内发展趋势制造业信息化：制造技术和制造业是一切技术的载体和“物化”手段421德国工业4.0：其核心是智能生产技术和智能生产模式，旨在通过“物联网”和“务(服务)联网”，把产品、机器、资源、人有机联系在一起，推动各环节数据共享，实现产品全生命周期和全制造流程的数字化。2中国制造2025：中国制造全面走向制造强国的旅途中，制造大国正在向制造强国迈进。中国商飞ARJ21，小米运用互联网思维，依靠个性化定制、供应链整合及饥渴营销等新商业模式。2011年5亿，2013年316亿年均增速700%。3制造业发展方向：机械制造技术发展总的方向还是向着制造自动化、精密与超精密技术方面发展。具体归纳为：“云、物、移、大、智”中国制造业未来方向与目标（2025）1德国工业4.0：其核心是智能生产技术和智能生产模式，旨在4344德国工业4.044德国工业4.04445

迈入世界第二方阵，迈进制造强国行列2025年2035年2050年（第一阶段）（第二阶段（第三阶段）

中国制造业将位居第二方阵前列，成为名副其实的制造强国。中国制造业可望进入第一方阵，成为具有全球引领影响力

的制造强国。中国制造业发展阶段我国制造业强国进程可分为三个阶段：2012年，主要工业化国家的制造业综合指数分布中，美国遥遥领先，处于第一方阵；德国、日本处于第二方阵；中国、英国、法国、韩国处于第三方阵。渤乐咨询公司

“德国制造、中国创造”。奏响“工业4.0”的协奏曲。45迈入世界第2025年2035年2050年（第一阶段4546

“中国制造2025”体现为四大转变和一条主线。四大转变分别对应四个指导方针：

转变一：由要素驱动向创新驱动转变创新驱动质量为先绿色发展结构优化

转变二：由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转变

转变三：由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变

转变四：由生产型制造向服务型制造转变主线：以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化智能化制造为主线。机械制造技术基础46“中国制造2025”体现为四大转变和一条主线。四4647这里“制造强国”有两重含义：其一，“强”是形容词，中国由制造大国成为制造强国；其二，“强”是动词，制造业强则国家强，通过制造业的发展使中国更加繁荣富强。机械制造技术基础47这里“制造强国”有两重含义：机械制造技术基础472012年，我国制造业增加值为20792.62亿美元，在全球制造业占比约20%，与美国相当，成为世界制造大国。年月行业产量占全球总量全球排名2013发电设备产量1.2亿千瓦60%第一造船完工量4534万载重吨41%第一汽车产销2211.68万辆25%第一机床95.9万台38%第一工程机械第一高速铁路通信行业领先互联网人数第一模具制造注塑机2012年，我国制造业增加值为20792.62亿美元，在全球482012年，我国制造业增加值为20792.62亿美元，在全球制造业占比约20%，与美国相当，成为世界制造大国。年月行业产量占全球总量全球排名载人航天探月工程大型运输机大型客机百万千瓦级核电机组、百万千瓦级水电机组海洋工程装备蛟龙军力第一机械制造技术基础2012年，我国制造业增加值为20792.62亿美元，在全球49中国商用飞机制造公司研制的ARJ21支线飞机为进行自然结冰适航试飞，完成横跨三大洲两大洋、飞越10个国家、辗转18个机场、飞行3万公里的环绕地球飞行壮举！中国商飞公司为研制该型飞机组建的项目广域协同平台，采用主制造商+供应商的管理模式，实现了全球10多个国家、104家供应商之间的协同研发和制造，全机结构零部件约31000多项，中国商飞公司承担了7000余项，占22.5%，典型的网络化制造。中国大飞机C919，载客190座位，将有3个厨房、3个卫生间,空中客车公司日前首次单独对中国市场作出预测：2005年到2025年的20年里，中国内地将需要3000多架客机和货机。中国商用飞机制造公司研制的ARJ21支线飞机为进行自然结冰适50

渤乐咨询公司致力于为中德企业互相投资提供咨询平台。该公司在展台上打出了“德国制造、中国创造”的标语。该展台的项目经理米莉雅告诉记者，中国创新技术，现在正越来越多地引入到德国企业。制造业是德国的强项，而信息、互联网技术方面，中国有很好的基础，两者结合将奏响“工业4.0”的协奏曲。机械制造技术基础渤乐咨询公司致力于为中德企业互相投资提供咨询平台。该公5152然而，我国制造业仍“大而不强”，存在的主要问题是：一是自主创新能力不强，核心技术和关键元器件还有很大差距；二是产品质量问题突出；三是资源利用效率偏低；四是产业结构不合理，大多数产业尚处于价值链的中低端。52然而，我国制造业仍“大而不强”，存在的主要问题是：52教材：熊良山、严晓光、张福润主编

《机械制造技术基础》华中科技大学出版社教材：熊良山、严晓光、张福润主编

《机械制造技术基础》华中科53主要章节第一章导论第二章制造工艺装备第三章切削过程及其控制主要章节第一章导论54

《机械制造技术基础》是机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业基础课程。课程设置的目的是为学生在制造技术方面奠定最基本的知识和技能基础。内容：三门传统课程-金属切削原理与刀具，机床概论，机床夹具设计0.3课程的学习要求和学习方法《机械制造技术基础》是机械设计制造及其自动化55学习本课程的主要要求:(1)掌握金属切削加工成形的基本理论和常用方法，具有根据加工条件合理选择刀具参数、切削用量及切削液的能力。(2)掌握制造工艺装备的基本理论，了解机械制造主要工艺装备(包括机床、刀具与夹具)的用途和工艺范围，具有分析机床和夹具的工作原理，以及通用机床传动链的能力。实践性强，学习时要特别注意实践环节。0.4课程的学习要求和学习方法学习本课程的主要要求:0.4课程的学习要求和学习方法56祝愿大家学习愉快！祝愿大家学习愉快！57

机械制造技术导论河海大学机电工程学院苑明海

581.制造业和制造技术的概念定义1：制造业是将各种原材料加工制造成可使用的工业制成品的工业。地位：制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十分重要的位置，是国民经济的支柱产业。美国68%的财富来源于制造业；日本国民总产值的49%由制造业提供；中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例。没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。0.1制造业和制造技术1.制造业和制造技术的概念0.1制造业和制造技术591.制造业和制造技术的概念作用：目前，作为我国国民经济的支柱产业,制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托,制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。制造技术：是使原材料变成产品的技术的总称，是国民经济得以发展、制造业本身赖以生存的关键基础技术。0.1制造业和制造技术电子制造业汽车制造业1.制造业和制造技术的概念0.1制造业和制造技术电子制造602.机械制造科学的研究内容机械制造设备和工艺装备的设计和制造，新的设备和工装的设计。机械的制造工艺过程：热加工工艺过程及冷加工工艺过程，它们都是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。机械制造(冷加工)工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。因此，机械制造科学也是研究机械加工和装配工艺过程及方法的科学。据统计，目前在机械制造中采用的工艺方法已经达到4-500种以上。各种工艺方法的规律、特点和适用范围，新的先进制造工艺手段，也是机械制造科学的重要研究内容之一。0.2机械制造科学的概念与研究内容2.机械制造科学的研究内容0.2机械制造科学的概念与研611.机械制造科学的概念为国民经济各部门进行简单再生产和扩大再生产提供技术装备的各类制造业，统称为装备制造业。机械制造业是装备制造业的核心。研究机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学称为机械工程学。机械系统从构思到实现要经历设计和制造两大不同性质的阶段，与之相应，机械工程学被分成两大分支：机械学和机械制造科学。机械制造科学是研究机械制造系统、机械制造过程和机械制造手段(工艺)的科学。0.2机械制造科学的概念与研究内容1.机械制造科学的概念0.2机械制造科学的概念与研究内622、先进制造技术的基本内容18世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发明。19世纪：电气技术发展，电气技术与制造技术融合。20世纪初：内燃机发明，引发了制造业的革命。二战后：计算机、微电子、信息和自动化技术。形成了一批新型先进制造单元技术，如NC技术、CNC、柔性制造单元（FMC）、CAD／CAM等。80年代：开拓了制造技术面向市场生产发展的新阶段：材料需求规划（MRP--I）、制造资源规划（MRP－II）、全面质量控制（TQC）、CAD／CAM。20世纪末的最后10年：以信息为主要特征，信息技术、人工智能技术的发展提供了高效能的技术手段。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点advancedmanufacturingtechnology

2、先进制造技术的基本内容18世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发632、先进制造技术的基本内容2.1.2先进制造技术的提出制造技术自18世纪后半叶发生的产业革命后获得了飞速发展，先进制造技术作为一个专用名词却是在20世纪80年代末期，由美国根据本国制造业面临的挑战与机遇；从技术发展角度，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，全面推进了制造技术的飞跃发展。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2、先进制造技术的基本内容2.1.2先进制造技术的提出2.64美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国70年代开始美国科技优势和经济竞争力衰退:“后工业化社会”，“夕阳工业”，80年代后期，国会议员、政策咨询和研究机构纷纷要求政府支持和重视产业技术的发展，1991年，美国白宫发表了《美国国家关键技术》的报告，明确将柔性计算机集成制造、智能加工设备、微米级和毫米级制造以及系统管理技术等，作为制造技术领域，列入总数为22项的国家关键技术中。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国70年代开始美国651993年2月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术发展的六点行动加大资助，开发新一代汽车、新建筑技术、智能控制和传感器技术、快速原型设计及考虑环境的制造技术；支持灵活制造；建立全国制造技术推广中心网；促进本地区技术联盟的建立；促进制造工程教育的发展；促进考虑环境的制造技术的发展。美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点1993年2月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术发展的六点66美国先进制造技术计划和制造技术中心计划先进制造技术计划：1994年度拨款14亿美元，三个重点领域：下一代“智能”制造系统、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具、基础设施工作。制造技术中心计划（MTC）：又称合作伙伴计划，指政府和企业在发展制造技术上进行密切合作。在全国建立170家制造技术中心，帮助企业通过技术进步节约。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国先进制造技术计划和制造技术中心计划先进制造技术得到重视267欧共体ERECA、ESPRIT、BRITE计划ERECA（尤里卡）计划：1988年拨款5亿美元资助16个欧洲国家600家企业的165个合作项目。ESPRIT（欧洲信息技术研究发展战略）计划：13个成员国向5500名研究人员提供资助。BRITE（欧洲工业基础研究）计划：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作等方面的研究。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点欧共体ERECA、ESPRIT、BRITE计划先进制造技术得68日本的政策和智能制造技术（IMS）计划日本产业技术政策:从重视应用研究转向加强基础研究，以便彻底摆脱“美国出创新概念，日本出创新产品”的局面。日本模式:技术引进--自主开发--独创性的自主开发--个性化、创造性的自主开发--加强基础研究的技术发展道路。国际共同研究计划。目标：要全面展望21世纪制造技术的发展趋势，致力于全球制造信息、制造技术的体系化、标准化。1995年1月正式启动，为期10年，总投资40亿美元。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点日本的政策和智能制造技术（IMS）计划先进制造技术得到重视269韩国的先进制造系统计划1991年底韩国提出了“高级先进技术国家计划”，通常称为G－7计划。目标：到2000年把韩国的技术实力提高到世界第一流工业发达国家的水平。已达到。G－7计划包括七项先进技术及七项基础技术。投资62亿美元。共性基础技术、下一代加工系统、集成技术、智能技术。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点韩国的先进制造系统计划先进制造技术得到重视2、先进制造技术的70究竟依靠什么产业来强国？是依靠第三产业来强国，还是依靠制造业来强国？美国的教训1)上个世纪70年代,美国不重视制造业,把制造业称为“夕阳工业”,结果导致美国80年代的经济衰退。2)80年代后期，美国政府开始协调和支持制造产业的发展，1991年，布什政府期间，美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术，其中制造技术占4项，标志着美国科技政策的转变。3)克林顿上台后，对制造业大力支持。究竟依靠什么产业来强国？是依靠第三产业来强国，还是依靠制造71日本的经验1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，特别大抓了汽车制造和微电子制造，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，特别是大举进入了美国市场。2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。日本的经验1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，72东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另73学习的榜样——瑞士瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？1）瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。学习的榜样——瑞士瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？74我国对先进制造技术的发展给予充分重视1995年：“九五”计划和2010年远景目标的建议中明确要大力采用先进制造技术。国家各类攻关计划国家计委重视：如数控系统及装备研究等。国家自然科学基金会。S－863，973计划。“十五”规划中，先进制造技术是国家重点发展的第四关键领域。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点我国对先进制造技术的发展给予充分重视先进制造技术得到重视2、75国家中长期科技规划16个重大专项

1.核心电子器件、高端适用芯片及基础软件产品

2.极大规模集成电路制造装备及成套工艺

3.新一代宽带无线移动通信网

4.高档数控机床与基础制造装备

5.大型油气田及煤层气开发

6.大型先进压水堆及高温气冷堆核电站

7.水体污染的控制与治理

8.转基因生物新品种培育先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项先进制造技术得到重视2、先进76国家中长期科技规划16个重大专项9.重大新药创制10.艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治11.大型飞机12.中国第二代卫星导航系统13.高分辨率对地观测系统14.载人航天与探月工程15.高超声速飞行器科技工程16.惯性约束核聚变点火先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项先进制造技术得到重视2、先进77国家中长期科技规划5大战略

抓住未来若干年内信息技术更新换代和新材料技术迅猛发展的难得机遇，

把获取装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权，作为提高我国产业竞争力的突破口；先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划5大战略先进制造技术得到重视2、先进制造技782.1.3先进制造技术内涵先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.3先进制造技术内涵2、先进制造技术的基本内容2.792.1.4先进制造技术特点先进制造技术的实用性先进制造技术应用的广泛性先进制造技术的动态特征先进制造技术的集成性：制造工程先进制造技术的系统性：物质流、能量流和信息流的系统工程。实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产提高对产品市场的适应能力和竞争能力2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.4先进制造技术特点2、先进制造技术的基本内容2.180一、定义:

在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.制造.检测.管理.销售.使用.服务的制造全过程,以实现优质.高效.低耗.清洁.灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系一、定义:2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体81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

数据库软件工程决策支持

标准和框架

数据标准工艺标准接口框架

产品定义和标准检验标准

机床和工具技术传感器和控制技术

质量管理用户/供应商交互作用工作人员培训和教育

全国监督和基准评测技术获取和利用主体技术群支撑技术群制造基础设施环境二体系结构(1)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系面向制造的设计技术群制造工艺技术群信息技术标准和框架质82二体系结构(2)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系二2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系83三先进设计技术设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系三先进设计技术2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技84四、先进制造工艺技术精密、超精密加工技术精密加工：精度为3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度为0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm纳米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制造技术从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术高能束流加工（电子束、离子束、激光束、双光子）电加工（电解和电火花)超声波加工高压水加工多种能源的组合加工2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系四、先进制造工艺技术2、先进制造技术的基本内容2.2先进制85五、制造自动化技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制柔性制造系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈质量控制2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系五、制造自动化技术柔性制造系统2、先进制造技术的基本内容2.86中国的制造技术和制造业正在崛起，2010年制造业的总产值已超过美国，成为世界第一制造大国。我国生产的机床、拖拉机、小心柴油机、集装箱、农用车、电视机、空调器、冰箱、洗衣机、微波炉、太阳轮热水器、自行车、摩托车等众多几点产品的产量都是世界第一。我国已能制造许多世界领先的科技产品和大型成套设备。3.我国制造业和制造技术的现状中国的制造技术和制造业正在崛起，2010年制造业的总产值已超87先进工业化国家，

国民经济总收入60％，就业人口的25％；中国2010年的调查结论:中国制造业占国民生产总值的1/3占整个工业生产的4/5为国家财政提供1/3以上的收入贡献出口总额的90%就业人员8043万3.我国制造业和制造技术的现状先进工业化国家，3.我国制造业和制造技术的现状88改革开放30多年来中国制造业的进步：1）引进国外先进技术2500多项，占全国的1/3以上。近几年发展的新产品，50%达到80年代中后期的世界水平。2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车280万辆以上（其中轿车120万辆以上），大中型发电设备1200万千瓦以上（火电1000万千瓦，水电200万千瓦），大中型拖拉机11万台以上，金切机床10万台以上。3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。4）成功开发生产了运七、运八、新舟60等支线飞机。5）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器，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、燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的6000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构型机床。3.我国制造业和制造技术的现状改革开放30多年来中国制造业的进步：3.我国制造业和制造技892.我国制造业和制造技术的现状峰值性能为每秒33.86千万亿次的“天河二号”超级计算机（图1-1a）歼-20全天候多用途战斗机（图1-1b）“神十”载人宇宙飞船（图1-1c）“蛟龙”号7000米级载人潜水器（图1-1d）2.我国制造业和制造技术的现状峰值性能为每秒33.86千万90中国仅仅是世界制造大国，而不是制造强国2.我国制造业和制造技术的现状中国仅仅是世界制造大国，而不是制造强国2.我国制造业和制造91与工业发达国家相比，我国的制造业和制造技术存在如下差距：工业生产能耗和物耗高。万元产品能耗是发达国家的5倍，物耗高40%。劳动生产率低下，平均相当于发达国家的1/15~1/20。工业产品质量差，技术含量低，缺乏市场竞争力。基础机械、大型成套设备质量等级比发达国家低1~2个等级，综合技术水平落后20余年。企业研发投入不足，自主创新能力差。企业投入的科研经费不到发达国家的1/30。科技创新成为“中国制造”发展的关键制约因素。3.我国制造业和制造技术的现状与工业发达国家相比，我国的制造业和制造技术存在如下差距：3.92产品档次低，高水平产品所占比例小当代国际先进水平小于5％，90年代25％，80年代40％。创新开发能力差，新产品贡献率低产品平均生命周期：我国10年，美国3～4年新产品贡献率：我国6％（97年），美国52％（95年）专业化生产水平低基础零部件、产品配套、基础工艺专业化生产管理技术水平落后计划经济，手工管理，3.我国制造业和制造技术的现状产品档次低，高水平产品所占比例小3.我国制造业和制造技术的93世界上70％－80％以上的产品是制造出来的：如美国、瑞士。高科技的发展需要先进制造技术，特别是精密制造技术：火箭、导弹等。信息技术的发展，给机械制造技术带来了新的活力：柔性制造技术、集成制造系统、并行工程等。必须将基础科学研究与工程研究更紧密结合起来。必须从实际出发：如CIMS的经验。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.1国际现状4、先进制造技术的现状与发展趋势5.1国际现状945.2国内现状传统机械仍占主导位置。先进制造系统与技术的研究，总体上看尚处在跟踪阶段，创新不多。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.2国内现状5.2国内现状4、先进制造技术的现状与发展趋势5.2国内95信息技术与制造技术的融合。科学技术的综合是当前技术发展的一个重要特点。如：仿生学研究。绿色制造是近年来发展最快的重点研究领域之一。加强对机械制造学科的基础规律、机理的研究。测量在现代制造技术中占有极重要的地位。如：虚拟测量技术。“可重组的制造系统”提出了一个值得注意的问题。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.3国际发展趋势信息技术与制造技术的融合。4、先进制造技术的现状与发展趋势596微加工技术、绿色制造技术网络制造技术（E-manufacturing）制造技术与信息技术的集成大批量定制生产纳米技术、机器人数字化（工厂：CAX/PDM）知识化：技术创新；产品及企业模块化微小化、绿色化、智能化4、先进制造技术的现状与发展趋势5.3国际发展趋势微加工技术、绿色制造技术4、先进制造技术的现状与发展趋势5.9721世纪的企业面临“管理革命”（1）分散网络化制造：以订单为纽带进行资源重组，企业间动态联盟。如：香港。（2）“中场产业”的兴起（3）企业间从单纯竞争走向既有竞争、又有结盟之路绿色制造将成为21世纪制造技术重要特征。以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术得到超速发展和应用：并行工程，快速原型制造技术。虚拟制造技术将广泛应用。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.4国内发展趋势21世纪的企业面临“管理革命”4、先进制造技术的现状与发展趋98制造业信息化：制造技术和制造业是一切技术的载体和“物化”手段，当然包括信息技术，但现代制造业的发展离不开信息技术。含义：生产过程的自动化和信息化，制造业的企业管理信息化；包括数字化设计、数字化加工、数字化装备、数字化管理，形成数字化企业。4、先进制造技术的现状与发展趋势5.4国内发展趋势制造业信息化：制造技术和制造业是一切技术的载体和“物化”手段991德国工业4.0：其核心是智能生产技术和智能生产模式，旨在通过“物联网”和“务(服务)联网”，把产品、机器、资源、人有机联系在一起，推动各环节数据共享，实现产品全生命周期和全制造流程的数字化。2中国制造2025：中国制造全面走向制造强国的旅途中，制造大国正在向制造强国迈进。中国商飞ARJ21，小米运用互联网思维，依靠个性化定制、供应链整合及饥渴营销等新商业模式。2011年5亿，2013年316亿年均增速700%。3制造业发展方向：机械制造技术发展总的方向还是向着制造自动化、精密与超精密技术方面发展。具体归纳为：“云、物、移、大、智”中国制造业未来方向与目标（2025）1德国工业4.0：其核心是智能生产技术和智能生产模式，旨在100101德国工业4.044德国工业4.0101102

迈入世界第二方阵，迈进制造强国