机械制造技术导论

机械制造技术导论河海大学机电工程学院苑明海1.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2.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4500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1.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、内涵及特点欧共体ERECA、ESPRIT、、BRITE计计划ERECA（尤尤里卡））计划：：1988年拨款款5亿美美元资助助16个个欧洲国国家600家企企业的165个个合作项项目。ESPRIT（（欧洲信信息技术术研究发发展战略略）计划划：13个成成员国向向5500名研研究人员员提供资资助。BRITE（欧欧洲工业业基础研研究）计计划：重点资助助材料、、制造加加工、设设计以及及工厂系系统运作作等方面面的研究究。先进制造造技术得得到重视视2、先进进制造技技术的基基本内容容2.1先先进制制造技术术的提出出、内涵涵及特点点日本的政政策和智智能制造造技术（（IMS）计划划日本产业技技术政策:从重视应用研究转向加强基础研究，以便彻底底摆脱“美美国出创新新概念，日日本出创新新产品”的的局面。日本模式:技术引进--自主开开发--独独创性的自自主开发--个性化化、创造性性的自主开开发--加加强基础研研究的技术术发展道路路。国际共同研研究计划。。目标：要全全面展望21世纪制制造技术的的发展趋势势，致力于于全球制造造信息、制制造技术的的体系化、标准化。1995年年1月正式式启动，为为期10年年，总投资资40亿美美元。先进制造技技术得到重重视2、先进制制造技术的的基本内容容2.1先先进制造技技术的提出出、内涵及及特点韩国的先进进制造系统统计划1991年年底韩国提提出了“高高级先进技技术国家计计划”，通通常称为G－7计划划。目标：到2000年年把韩国的的技术实力力提高到世世界第一流流工业发达达国家的水水平。已达到。G－7计划划包括七项项先进技术术及七项基基础技术。。投资62亿美元。。共性基础技技术、下一一代加工系系统、集成成技术、智智能技术。。先进制造技技术得到重重视2、先进制制造技术的的基本内容容2.1先先进制造技技术的提出出、内涵及及特点究竟依靠什什么产业来来强国？是是依靠第第三产业来来强国，还还是依靠制制造业来强强国？美国的教训训1)上个世世纪70年年代,美国国不重视制制造业,把把制造业称称为“夕阳阳工业”,结果果导致美国国80年代代的经济衰衰退。2)80年年代后期，，美国政府府开始协调调和支持制制造产业的的发展，1991年年，布什政政府期间，，美国白宫宫科学技术术政策办公公室发表了了总数为22项的美美国国家关关键技术，，其中制造造技术占4项，标志志着美国科科技政策的的转变。3)克克林顿顿上台台后，，对制制造业业大力力支持持。日本的的经验验1）在在上个个世纪纪70-80年年代，，日本本非常常重视视制造造业，，特别别大抓抓了汽汽车制制造和和微电电子制制造，，结果果日本本的汽汽车和和家用用电器器占领领了全全世界界的市市场，，特别别是大大举进进入了了美国国市场场。2）日日本的的微电电子芯芯片成成为美美国高高技术术产品品的关关键元元件。。1991年海海湾战战争结结束后后，日日本人人说美美国赢赢得这这场战战争是是依靠靠的日日本的的芯片片，是是“日日本的的芯片片打败败了伊伊拉克克的钢钢片””。东南亚亚经济济危机机的启启示1）1998年年爆发发的东东南亚亚经济济危机机，从从另一一个侧侧面反反映了了一个个国家家发展展制造造业的的重要要。一一个国国家，，如果果把经经济的的基础础放在在股票票、旅旅游、、金融融、房房地产产、服服务业业上，，而无无自己己的制制造业业，这这个国国家的的经济济就容容易形形成泡泡沫经经济，，一有有风吹吹草动动就会会产生生经济济危机机。2）新新加坡坡、台台湾都都有自自己的的制造造业，，因此此受经经济危危机的的影响响小一一些。。学习的的榜样样———瑞士士瑞士依依靠什什么使使人均均产值值居世世界第第一？？1）瑞瑞士是是一个个仅700万人人口的的小国国，但但瑞士士的制制造业业十分分发达达，瑞瑞士的的精密密机械械产品品的出出口量量是我我国的的8倍倍，瑞瑞士的的手表表世界界第一一，连连小小小的军军刀，，也风风靡全全世界界。2）现现在瑞瑞士的的年人人均国国民生生产总总值达达到4.3万美美元以以上,居世世界第第一。。我国对对先进进制造造技术术的发发展给给予充充分重重视1995年年：““九五五”计计划和和2010年远远景目目标的的建议议中明明确要要大力力采用用先进进制造造技术术。国家各各类攻攻关计计划国家计计委重重视：：如数数控系系统及及装备备研究究等。。国家自自然科科学基基金会会。S－863，973计划划。“十五五”规规划中中，先先进制制造技技术是是国家家重点点发展展的第第四关关键领领域。。先进制制造技技术得得到重重视2、先先进制制造技技术的的基本本内容容2.1先先进制制造技技术的的提出出、内内涵及及特点点国家中中长期期科技技规划划16个重重大专专项1.核心电电子器器件、、高端端适用用芯片片及基基础软软件产产品2.极大规规模集集成电电路制制造装装备及及成套套工艺艺3.新一代代宽带带无线线移动动通信信网4.高档数数控机机床与与基础础制造造装备备5.大型油油气田田及煤煤层气气开发发6.大型先先进压压水堆堆及高高温气气冷堆堆核电电站7.水体污污染的的控制制与治治理8.转基因因生物物新品品种培培育先进制制造技技术得得到重重视2、先先进制制造技技术的的基本本内容容2.1先先进制制造技技术的的提出出、内内涵及及特点点国家中中长期期科技技规划划16个重重大专专项9.重大新新药创创制10.艾滋滋病和和病毒毒性肝肝炎等等重大大传染染病防防治11.大型飞飞机12.中国第第二代代卫星星导航航系统统13.高分辨辨率对对地观观测系系统14.载人航航天与与探月月工程程15.高超声声速飞飞行器器科技技工程程16.惯性性约束束核聚聚变点点火先进制制造技技术得得到重重视2、先进进制造技技术的基基本内容容2.1先先进制制造技术术的提出出、内涵涵及特点点国家中长长期科技技规划5大战略略抓住未来来若干年年内信息息技术更更新换代代和新材材料技术术迅猛发发展的难难得机遇遇，把获取装备制造造业和信信息产业业核心技技术的自主知识识产权，作为提高高我国产产业竞争争力的突突破口；；先进制造造技术得得到重视视2、先进进制造技技术的基基本内容容2.1先先进制制造技术术的提出出、内涵涵及特点点2.1.3先先进制制造技术术内涵先进制造造技术是是制造业业不断吸吸收信息技术和现现代管理技术的成成果，并将其综综合应用用于产品品设计、、加工、、检测、、管理、、销售、、使用、、服务乃乃至回收收的制造造全过程程，以实现优优质、高高效、低低耗、清清洁、灵灵活生产产，提高对动动态多变变的市场场的适应应能力和和竞争能能力的制制造技术术的总称称。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2.1.4先先进制造造技术特特点先进制造造技术的的实用性先进制造造技术应应用的广泛性先进制造造技术的的动态特征征先进制造造技术的的集成性：制造工工程先进制造造技术的的系统性：物质流流、能量量流和信信息流的的系统工工程。实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产产提高对产产品市场场的适应应能力和和竞争能力2、先进进制造技技术的基基本内容容2.1先先进制制造技术术的提出出、内涵涵及特点点一、定义义:在传统制制造技术术基础上上不断吸吸收机械械.电子子.信息息.材料料.能源源和现代代管理等等方面的的成果,并将其其综合应应用于产产品设计计.制造造.检测测.管理理.销售售.使用用.服务务的制造造全过程程,以实实现优质质.高效效.低耗耗.清洁洁.灵活活的生产产,提高高对动态态多变的的市场的的适应能能力和竞竞争能力力的制造造技术总总称,也也是取得得理想技技术经济济效果的的制造技技术的总总称.2、先进进制造技技术的基基本内容容2.2先先进制制造技术术的体系系面向制造造的设计计技术群群产品/工工艺设计计计算机辅辅助设计计工艺过程程建模和和仿真工艺规程程设计系统工程程基础快速成型型技术并行工程程制造工艺艺技术群群材料生产产工艺加工工艺艺联接与装装配测试和检检测环保技术术维修技术术其他信息技术术接口技术术集成技术术人工智能能数据库软件工程程决策支持持标准和框框架数据标准准工艺标准准接口框架架产品定义义和标准准检验标准准机床和工工具技术术传感器和和控制技技术质量管理理用户/供供应商交交互作用用工作人员员培训和和教育全国监督督和基准准评测技术获取取和利用用主体技术群支撑技术群制造基础础设施环境境二体系结构(1)2、先进进制造技技术的基基本内容容2.2先先进制制造技术术的体系系二体系结构(2)2、先进进制造技技术的基基本内容容2.2先先进制制造技术术的体系系三先进进设计技技术设计方法法现代化化产品动态态分析和和设计产品可靠靠性可维护性性及安全全设计产品优化化设计快速响应应设计创新设计计智能设计计仿真与虚虚拟设计计价值工程程设计模块化设设计设计手段段计算机机化有限元法法优化设计计计算机辅辅助设计计反求工程程技术CAD/CAM一体化化技术工程数据据库向全寿命命周期设设计发展展由单纯考考虑技术术因素转转向综合合考虑技技术、经经济和社社会因素素2、先进进制造技技术的基基本内容容2.2先先进制制造技术术的体系系四、先进进制造工工艺技术术精密、超超精密加加工技术术精密加工工：精度度为3～～0.3μmRa0.3～～0.03μμm超精密加加工：精精度为0.3～～0.03μmRa0.3～0.005μm纳米加工工：精度度高于0.03μmRa小小于0.3～0.005μμm精密成型型制造技技术从制造工工件的毛毛坯、从从接近零零件形状状向直接接制成工工件的方方向发展展特种加工工技术高能束流流加工（（电子束束、离子子束、激激光束、、双光子子）电加工（（电解和和电火花花)超声波加加工高压水加加工多种能源源的组合合加工2、先进进制造技技术的基基本内容容2.2先先进制制造技术术的体系系五、制造造自动化化技术数控技术术数控装置置进给系统统主轴系统统NC程序序编制工业机器器人机器人操操作机控制系统统传感器生产线总总线控制制柔性制造系系统加工系统物流系统调度与控制制故障诊断自动检测与与信号识别别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与与识别过程设备工工况监测与与控制过程监视系系统在线反馈质质量控制2、先进制制造技术的的基本内容容2.2先先进制造技技术的体系系中国的制造造技术和制制造业正在在崛起，2010年年制造业的总总产值已超超过美国，，成为世界第一制制造大国。我国生产的的机床、拖拖拉机、小小心柴油机机、集装箱箱、农用车车、电视机机、空调器器、冰箱、、洗衣机、、微波炉、、太阳轮热热水器、自自行车、摩摩托车等众众多几点产产品的产量量都是世界界第一。我国已能制制造许多世世界领先的的科技产品品和大型成成套设备。。3.我国国制造业和和制造技术术的现状先进工业化化国家，国民经济总总收入60％，就业人口的的25％；；中国2012年的调调查结论:中国制造业业占国民生生产总值的的1/3占整个工业业生产的4/5为国家财政政提供1/3以上的的收入贡献出口总总额的90%就业人员8043万万3.我国国制造业和和制造技术术的现状改革开放30多年来来中国制造造业的进步步：1）引进国国外先进技技术2500多项，，占全国的的1/3以以上。近几几年发展的的新产品，，50%达达到80年年代中后期期的世界水水平。2）一些重重要产品的的年生产能能力已跃居居世界前列列，如汽车车280万万辆以上（（其中轿车车120万万辆以上）），大中型型发电设备备1200万千瓦以以上（火电电1000万千瓦，，水电200万千瓦瓦），大中中型拖拉机机11万台台以上，金金切机床10万台以以上。3）我国已已成为世界界最大的服服装纺织品品出口国；；与日本、、马来西亚亚和韩国并并称世界消消费类电子子产品四大大生产国。。4）成功开开发生产了了运七、运运八、新舟舟60等支支线飞机。。5）一些新新产品的技技术水平已已达世界领领先或先进进水平，如如沈阳机床床集团的电电主轴高速速卧式加工工中心、激激光切割机机床，沈阳阳变压器厂厂的50万万伏超高压压变压器，，黎明航发发集团的中中国第一台台拥有完全全知识产权权的航空发发动机、燃燃气轮机机，沈阳新新松机器人人自动化有有限公司的的6000米水下机机器人等产产品，清华华大学制造造工程研究究所研制开开发的并联联构型机床床。3.我国国制造业和和制造技术术的现状2.我国国制造业和和制造技术术的现状峰值性能为为每秒5.49亿亿亿次次的““天河一号号”超级计计算机（图图1-1a）歼-20全全天候多用用途战斗机机（图1-1b）“神十”载载人宇宙飞飞船（图1-1c）“蛟龙”号号7000米级载人人潜水器（（图1-1d）中国仅仅是是世界制造造大国，而而不是制造造强国2.我国国制造业和和制造技术术的现状与工业发达达国家相比比，我国的的制造业和和制造技术术存在如下下差距：工业生产能能耗和物耗耗高。万元元产品能耗耗是发达国国家的5倍倍，物耗高高40%。。劳动生产率率低下，平平均相当于于发达国家家的1/15~1/20。工业产品质质量差，技技术含量低低，缺乏市市场竞争力力。基础机机械、大型型成套设备备质量等级级比发达国国家低1~2个等级级，综合技技术水平落落后20余余年。企业研发投投入不足，，自主创新新能力差。。企业投入入的科研经经费不到发发达国家的的1/30。科技创新成成为“中国国制造”发发展的关键键制约因素素。3.我国国制造业和和制造技术术的现状产品档次低低，高水平平产品所占占比例小当代国际先先进水平小小于5％，，90年代代25％，，80年代代40％。。创新开发能能力差，新新产品贡献献率低产品平均生生命周期：：我国10年，美国国3～4年年新产品贡献献率：我国国6％（97年），，美国52％（95年）专业化生产产水平低基础零部件件、产品配配套、基础础工艺专业业化生产管理技技术水平落落后计划经济，，手工管理理，3.我国国制造业和和制造技术术的现状世界上70％－80％以上的的产品是制制造出来的的：如美国国、瑞士。。高科技的发发展需要先先进制造技技术，特别别是精密制制造技术：：火箭、导导弹等。信息技术的的发展，给给机械制造造技术带来来了新的活活力：柔性性制造技术术、集成制制造系统、、并行工程程等。必须将基础础科学研究究与工程研研究更紧密密结合起来来。必须从实际际出发：：如CIMS的经验验。4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.1国国际现状5.2国国内现状传统机械仍仍占主导位位置。先进制造系系统与技术术的研究，，总体上看看尚处在跟跟踪阶段，，创新不多多。4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.2国国内现状信息技术与与制造技术术的融合。。科学技术的的综合是当当前技术发发展的一个个重要特点点。如：仿仿生学研究究。绿色制造是是近年来发发展最快的的重点研究究领域之一一。加强对机械械制造学科科的基础规规律、机理理的研究。。测量在现代代制造技术术中占有极极重要的地地位。如：：虚拟测量量技术。“可重组的的制造系统统”提出了了一个值得得注意的问问题。4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.3国国际发展趋趋势微加工技术术、绿色制制造技术网络制造技技术（E-manufacturing））制造技术与与信息技术术的集成大批量定制制生产纳米技术、、机器人数字化（工工厂：CAX/PDM）知识化：技技术创新；；产品及企企业模块化化微小化、绿绿色化、智智能化4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.3国国际发展趋趋势21世纪的的企业面临临“管理革革命”（1）分散散网络化制制造：以订订单为纽带带进行资源源重组，企企业间动态态联盟。如如：香港。。（2）“中中场产业””的兴起（3）企业业间从单纯纯竞争走向向既有竞争争、又有结结盟之路绿色制造将将成为21世纪制造造技术重要要特征。以提高对市市场快速反反应能力为为目标的制制造技术得得到超速发发展和应用用：并行工工程，快速速原型制造造技术。虚拟制造技技术将广泛泛应用。4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.4国国内发展趋趋势制造业信息息化：制造造技术和制制造业是一一切技术的的载体和““物化”手手段，当然然包括信息息技术，但但现代制造造业的发展展离不开信信息技术。。含义：生产过程程的自动化化和信息化化，制造业业的企业管管理信息化化；包括数数字化设计计、数字化化加工、数数字化装备备、数字化化管理，形形成数字化化企业。4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.4国国内发展趋趋势计算机辅助助工具CAXComputerAidedManufacturingComputerAidedProgressPlanningComputerAidedDesignComputerAidedEngineering工艺基础数据整理工艺卡片定制

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