先进制造技术概论 三

先进制造技术主编：徐翔民第一章：先进制造技术概论先进制造技术的内涵和体系结构先进制造技术的发展趋势2134先进制造技术的提出和进展制造业的发展和挑战1.1概念

制造:是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。狭义：又称为小制造，是指产品的制作过程。广义：又称大制造或现代制造，是指产品的全生命周期过程。国际生产工程学会1990年：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。1.制造业的发展和挑战制造技术制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必需物资(包括生产资料和消费品)所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其它生产要素经济、合理地转化为可直接使用的具有高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。制造过程产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。制造系统是指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。1.制造业的发展和挑战制造系统图1-1制造系统功能结构经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流用户、市场与外部环境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造（加工、装配、检验、输送、存储…

）质量控制1.制造业的发展和挑战结构特征：是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。软件硬件图1-2制造系统结构特性制造系统的特征1.制造业的发展和挑战

功能特征：输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人力...）通过制造过程输出产品。制造系统的主要功能就是转变功能。1.制造业的发展和挑战制造系统的特征图1-4从经济角度定义制造过程制造过程原材料中间产品最终产品增值产品制造过程机器工具原材料能源劳动力信息废物图1-3从技术角度定义制造过程程序特征：是指一系列按照时间和逻辑安排的步骤。它主要从管理角度研究如何使生产活动达到最佳化。需求订货信息生产计划信息进度计划信息作业计划信息生产结果数据生产控制信息生产技术信息产品设计信息综合生产计划生产进度计划作业计划生产实施生产控制产品设计工艺过程计划工艺过程信息计划阶段实施阶段控制阶段图1-5制造系统的程序特性制造系统的特征1.制造业的发展和挑战1.制造业的发展和挑战制造业将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。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、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输

第一、二、三产业的划分1.制造业的发展和挑战表1.1我国制制造业业的30个行业业序号行业名称序号行业名称13农副食品加工业28化学纤维制造业14食品制造业29橡胶制品业15饮料制造业30塑料制品业16烟草制造业31非金属矿物制品业17纺织业32黑色金属冶炼及压延加工业18纺织服装、鞋、帽制造业33有色金属冶炼及压延加工业19皮革、毛皮、羽毛（绒）制造业34金属制品业20木材加工及木、竹、藤、棕、草制造业35通用设备制造业21家具制造业36专用设备制造业22造纸及纸制品业37交通运输设备制造业23印刷业和记录媒介的复制38电气机械及器材制造业24文教体育用品制造业39通信设备、计算机及其它电子设备制造业25石油加工、炼焦及核燃料加工业40仪器仪表及文化、办公用机械制造业26化学原料及化学制品制造业41工艺品及其它制造业27医药制造业42废弃资源和废旧材料回收加工业1.制造业业的发发展和和挑战战

绝对额（亿元）比去年同期增长（%）国内生产总值5193227.8第一产业523774.5农林牧渔业523774.5第二产业2353198.1工业(制造业占87.5%)1998607.9建筑业354599.3第三产业2316268.1交通运输、仓储和邮政业249607.0批发和零售业5024611.9住宿和餐饮业104347.8金融业286019.9房地产业290053.8其他服务业883807.3注：绝对额按现价计算，增长速度按不变价计算。2012年国内内生产产总值值初步步核算算数据据1.制造业业的发发展和和挑战战我国制制造业业的现现状2001年中国国工程程院的的调查查结论论:1）中国国制造造业占占国民民生产产总值值的1/32）占整整个工工业生生产的的4/53）为国国家财财政提提供1/3以上的的收入入4）贡献献出口口总额额的90%5）就业业人员员8043万（2012年达到到10565万）改革开开放30年来中中国制制造业业的进进步：：1）引进进国外外先进进技术术2500多项，，占全全国的的1/3以上。。近几几年发发展的的新产产品，，50%达到80年代中中后期期的世世界水水平。。2）一些些重要要产品品的年年生产产能力力已跃跃居世世界前前列，，2012年我国国汽车车产量量已达达1600余万辆辆，居居世界界第一一；至至2013年底，，我我国发发电设设备装装机容容量将将达到到12.3亿千瓦瓦，有有望超超过美美国成成为世世界上上发电电装机机容量量最大大的国国家。。我国国机床床的产产值自自2009年以来来，已已连续续三年年世界界第一一。3）我国国已成成为世世界最最大的的服装装纺织织品出出口国国；与与日本本、马马来西西亚和和韩国国并称称世界界消费费类电电子产产品四四大生生产国国。4）成功功开发发生产产了运运七、、运八八、新新舟60等支线线飞机机。我国制制造业业的现现状制造业业的重重大意意义1）在发发达国国家中中,制造业业创造造了约约60%的社会会财富富、约约45%的国民民经济济收入入。2）据统统计，，美国国68%的社会会财富富来自自于制制造业业。2011年，全全球200富豪榜榜，美美国占占60个。金金融21个，软软件·互联网网·传媒·19个，传传统产产业18个。3）CIRP在1999年的报报告中中指出出：在在国家家生产产力的的构成成中，，制造造技术术的作作用一一般占占55%-65%。4）在许许多国国家的的科技技发展展计划划中，，先进进制造造技术术都被被列为为优先先发展展的科科技。。我国制造造业的现现状“十二五”规划中确确定的七七个最具具战略影影响的领领域:1)节能环保保2)信息技术术3)生物产业业4)高端装备备制造产产业5)新能源6)新材料7)新能源汽汽车产业业我国制造造业的现现状自主创新新能力明明显薄弱弱基础发展展严重滞滞后现代制造造服务业业发展缓缓慢产业发展展方式较较为粗放放我国制造造业存在在的问题题1）社会经经济发展展背景消费需求求：主题化、、个性化化和多样样化，产产品寿命命周期缩缩短。全球性产产业结构构调整：：制造商之之间既有有激烈竞竞争，又又有基于于实力的的合作。。快速响应应市场：：满足已有有和潜在在顾客需需求，主主动适应应市场，，引导市市场，是是赢得竞竞争，获获取最大大利润的的关键。。2.先进制造造技术的的提出和和进展先进制造技术的产生背景2)科学技术术发展背背景制造技术术在向宏观观(制造系统统)和微观(超精密加加工)两个方向向发展现代制造造业成为技术术密集、、知识密密集型产产业信息成为制造造业决定定性因素素，Intranet/Internet对制造业业产生重重大影响响3)可持续发发展战略略资源匮泛泛，污染染严重环境问题题不能以以牺牲今今后几代代人的利利益为代代价由粗放经经营、掠掠夺式开开发向集集约型、、可持续续发展转转变先进制造技术的产生背景2.先进制造造技术的的提出和和进展先进制造造技术的的提出手工→机机械化→→单机自自动化→→刚性自自动化→→柔性自自动化→→智能自自动化制造业生产方式式制造业资源配置置劳动密集集→设备密集集→信息密集集→知识密集集制造技术术小批量→少品种大大批量→多品种变变批量先进制造造技术计计划：1994年预算14亿美元，，围绕“智能制造造系统”、“集成工具具”、“基础设施施建设”三个重点点领域开开展研究究；制造技术术中心计计划：在在一个地地区设立立一个制制造技术术中心，，建立技技术拥有有者与需需要者之之间的桥桥梁，为为中小企企业展示示新制造造技术和和装备、、组织培培训、帮帮助企业业了解和和选用最最新技术术和装备备。各国先进进制造技技术的发发展美国国各国先进进制造技技术的发发展1990年提出了了智能制制造计划划，由美美国、欧欧共体、、加拿大大、澳大大利亚等等国参加加，投资资10亿美元实实施智能制造造计划目目的：通通过国际际共同研研究，使使制造业业在接受受订货、、开发、、设计、、生产、、物流直直至经营营管理的的全过程程中，做做到生产产设备自自律化生产设备备自律化化：能够够根据环环境变化化自主判判断并及及时决策策变更作作业过程程日本本各国先进进制造技技术的发发展尤里卡计计划（EREKA）：1988年用5亿美元资资助16个欧洲国国家、600家公司的的165个合作性性高科技技研究开开发项目目。欧洲信息息技术研研究发展展战略计计划（ESPRIT）：在13个成员国国向5500名研究人人员提供供了资助助，明确确设计原原理、工工厂自动动化、生生产过程程管理三三大课题题。欧洲工业业技术基基础研究究计划（（BRITE）：重点点资助材材料、制制造加工工、设计计以及工工厂系统统运作方方式等研研究。欧共体体3.先进制造造技术的的内涵与与体系结结构定义先进制造造技术是是以提高高综合效效益为目目的，以以人为主主体，以以计算机机技术为为支柱，，综合应应用系统统技术、、自动化化技术、、信息、、材料与与工艺技技术、能能源与环环保等高高新技术术以及现现代系统统管理技技术，研研究并改改造制造造过程作作用于产产品整个个寿命周周期的所所有适用用技术的的总称。。特点先进制造造技术的的集成性性先进制造造技术的的系统性性先进制造造技术应应用的广广泛性先进制造造技术的的动态性性先进制造造技术的的实用性性CAD/CAM新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展系统工程与管理信息技术激光新能源技术新材料技术优质、高效、低耗、清洁基础制造技术（基础制造技术）集成技术并行工程清洁生产技术PMC机器人技术数控技术质量与可靠性技术系统管理技术MRPⅡCIMS3.先进制造造技术的的内涵与与体系结结构体系结构面向制造的的设计技术术群产品/工艺设计计算机辅助助设计工艺过程建建模和仿真真工艺规程设设计系统工程基基础快速成型技技术并行工程制造工艺技技术群材料生产工工艺加工工艺联接与装配配测试和检测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架数据标准工艺标准接口框架产品定义和和标准检验标准机床和工具具技术传感器和控控制技术质量管理用户/供应商交互互作用工作人员培培训和教育育全国监督和和基准评测测技术获取和和利用主体技术群支撑技术群管理技术群3.先进制造技技术的内涵涵与体系结结构体系结构3.先进制造技技术的内涵涵与体系结结构体系结构图1-8先进制造技术体系结构之三相关支撑技术群制造工程设计技术群制造系统管理技术群物料处理方法及设备技术群先进制造技术相关支撑技术群相关支撑技术群1、先进设计计技术先进设计方方法模块化设计计系统化设计计价值工程模糊设计面向对象的的设计反求工程并行设计绿色设计工业设计先进制造技技术的分类类动态分析与与设计放断裂设计计耐环境设计计健壮设计维修设计和和维修保障障设计设计自动化化技术有限元分析析优化设计产品的造型型设计工艺设计模拟仿真虚拟设计工程数据库库产品可信性性设计可靠性设计计安全性设计计2、先进制造造工艺技术术高效精密成成型技术精密洁净铸铸造成形工工艺精确高效塑塑性成形工工艺优质高效焊焊接及切割割技术优质低耗洁洁净热处理理技术现代特种加加工工艺高能束流加加工（电子子束、离子子束、激光光束）电加工（电电解和电火火花)超声波加工工高亚水加工工多种能源的的组合加工工高效高精度度切削加工工工艺精密和超精精密加工高速切削和和磨削复杂型面的的数控加工工游离磨粒的的高效加工工表面改性、、制膜和涂涂层技术化学镀热喷涂技术术等离子化学学气相沉积积技术激光表面熔熔覆处理先进制造技技术的分类类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人机器人操作作机控制系统传感器生产线总线线控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3、先进制造造自动化技技术先进制造技技术的分类类4、先进制造造模式计算机集成成制造系统统CIMS敏捷制造系系统AMS智能制造系系统IMS精益生产LP并行工程CE5、先进管理理技术现代管理信信息系统物流系统管管理工作流管理理产品数据管管理质量保障体体系先进制造技技术的分类类精密化柔性性化网络化化虚拟化智智能化清洁洁化集成化化全球化4.先进制造技技术的发展展趋势1、集合多学学科成果形形成一个完完整的制造造体系传统制造技技术、信息息技术、计计算机技术术、自动化化技术、先先进的管理理科学2、先进制