先进制造技术第二学时

先进制造技术第二学时第1页，课件共78页，创作于2023年2月制造业制造系统制造制造技术制造技术制造业制造系统制造第2页，课件共78页，创作于2023年2月第二节先进制造技术第3页，课件共78页，创作于2023年2月本节课内容先进制造技术的产生背景先进制造技术的定义和特点先进制造技术的体系结构和分类先进制造技术发展趋势第4页，课件共78页，创作于2023年2月（1）消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短。（2）全球性产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。（3）快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场，是赢得竞争，获取最大利润的关键。先进制造技术产生的背景1.社会经济发展背景第5页，课件共78页，创作于2023年2月2.科学技术发展背景（1）制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展（2）现代制造业成为技术密集、知识密集型产业（3）信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响

资源匮泛，污染严重；环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价；由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变先进制造技术产生的背景3.可持续发展战略第6页，课件共78页，创作于2023年2月先进制造技术概念的提出20世纪80年代末，国际上提出了先进制造技术（AdvancedManufacturingTechnology，AMT）的新概念。AMT最早源于美国。由于美国长期受强调基础研究的影响，忽视制造技术的发展，到20世纪70年代日本和德国经济恢复时，美国制造业遇到了强有力的挑战；20世纪80年代初期，美国一批有识之士相继发表言论，对美国制造业的衰退进行了反思，强调了制造技术与国民经济及国力的至关重要的相依关系，强调了制造技术的重要性。克林顿政府制定了国家关键技术计划，并对其技术政策做了重大调整。先进制造技术也就是在这样一个社会经济背景下出台了。AMT在诸多国家和地区得到广泛的应用。第7页，课件共78页，创作于2023年2月1.美国1988年,美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究，并于其后不久提出了“先进制造技术”发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP）”和“制造技术中心计划（MTC）”。各国先进制造技术的发展第8页，课件共78页，创作于2023年2月为美国人提供更多高技术、高工资就业机会，促进美国经济增长；提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境；使美国私人制造业在世界市场上更具有竞争力，保持美国的竞争地位；鼓励科技界把确保国家安全和提高全民生活质量作为核心目标。先进制造技术计划（ATP）由美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）提出，1994年度预算为14亿美元。围绕“智能制造系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开展研究。ATP目标:第9页，课件共78页，创作于2023年2月

又称“合作伙伴计划”，由美国国家标准与技术研究院（NIST）牵头制定的。目标：35万家中小企业(没有开发能力，且资金不足)，和技术拥有者（通常为政府的研究机构、国家实验室、大学）建立合作的桥梁，使中小企业掌握先进制造技术。制造技术中心计划（MTC）1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关键技术”报告，重新确立了制造业的地位；1993年，克林顿在硅谷发表题为“促进美国经济增长的技术——增强经济实力的新方向”的演说，对制造业给予了实质性强有力的支持。第10页，课件共78页，创作于2023年2月1994年，美国汽车产量重新超过日本，重新占领欧、美市场；美国Inter公司成为世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生产也不敌日本，包括海湾战争中大出风头的“爱国者”导弹上使用的芯片也是日本制造的）；20世纪90年代，经济持续增长，失业率降低到历史最低水平；提出了一系列先进制造技术的新理论、新思想，如：CE，LP，AM，…CE-ConcurrentEngineering并行工程LP-leanProduction精良生产AM-AgileManufacturing

敏捷制造第11页，课件共78页，创作于2023年2月2.日本1990年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿大、澳大利亚等国参加，投资10亿美元实施智能制造计划目的：通过国际共同研究，使制造业在接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中，做到生产设备自律化生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时决策变更作业过程

第12页，课件共78页，创作于2023年2月3.欧共体

尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。

信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工厂自动化、生产过程管理三大课题。

欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。第13页，课件共78页，创作于2023年2月1995年5月中共中央《关于加速科技进步的决定》中指出：为提高工业增长的质量和效益，要重点开发推广电子信息技术、先进制造技术、节能降耗技术、清洁生产和环保技术。2001年中国工程院组织25位院士和40多位专家对我国制造业的现状、作用、地位及发展趋势和对策进行了调查研究，向国务院及有关部委提交了：《新世纪如何提高和发展我国制造业的研究报告》4.中国第14页，课件共78页，创作于2023年2月4.先进制造技术在我国的发展状况具体表现在以下10个方面：热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”。精密成形与加工技术水平显著提高，在汽车零部件、重大装配制造中获得广泛应用。快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模。计算机辅助设计（CAD）技术普及化。激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效益。第15页，课件共78页，创作于2023年2月数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高。现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定的基础。微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术正向微观领域扩展。现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际上占有一席之地。新生产模式的研究和实践具有特色，推动了中国制造业的技术进步和管理现代化。4.先进制造技术在我国的发展状况第16页，课件共78页，创作于2023年2月先进制造技术的定义及特点先进制造技术AMT：

是制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及和现代系统管理技术的先进成果，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，提高对市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。目标提高制造企业对市场的适应能力和竞争力强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用传统制造技术+信息技术+自动化技术+现代管理技术=先进制造技术第17页，课件共78页，创作于2023年2月传统制造技术先进制造技术系统性仅驾驭生产过程物质流和能量流能驾驭生产过程物质流、信息流和能量流广泛性仅指将原材料变为成品的加工工艺贯穿从产品设计、加工制造到产品销售的整个过程集成性学科专业单一、独立，相互间界限分明专业和学科不断渗透、交叉融合，其界限逐渐淡化甚至消失动态性不同时期、不同国家，其特点、重点、目标和内容不同实用性注重实践效果，促进经济增长，提高综合竞争力AMT特征第18页，课件共78页，创作于2023年2月先进制造技术的特点1.先进性

先进制造技术的核心和基础是经过优化的先进工艺（优质、高效、低耗、清洁工艺），它从传统制造工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。

2.广泛性

先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，而是将其综合运用于制造的全过程，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程。

3.实用性

先进制造技术的发展针对某一具体制造目标（如汽车制造、电子工业）的需求，而发展起来的先进、适用技术，有明确的需求导向；不以追求技术高新度为目的，注重最好的实践效果，提高企业竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。第19页，课件共78页，创作于2023年2月4.集成性

先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科，因此可以称其为“制造工程”。5.系统性

随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。6.动态性

不断地吸收各种高新技术成果，将其渗透到企业生产的所有领域和产品寿命循环的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。先进制造技术的特点第20页，课件共78页，创作于2023年2月先进制造技术的体系结构及分类美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）于1994年提出AMT的分类目录，指出“AMT是制造技术和现代高技术结合而产生的一个完整的技术群”。主体技术群设计技术群（产品和工艺设计技术群）制造工艺技术群（加工和装配技术群）支撑技术群AMT结构体系管理技术群先进制造技术的体系结构第21页，课件共78页，创作于2023年2月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第22页，课件共78页，创作于2023年2月国内学者对先进制造技术的划分现代制造工程设计技术群现代制造系统管理技术群物料处理和设备技术群支撑技术群第23页，课件共78页，创作于2023年2月先进制造技术的分类现代设计技术先进制造工艺技术制造自动化技术系统管理技术第24页，课件共78页，创作于2023年2月现代设计技术(1)计算机辅助设计技术有限元法、优化设计、反求工程、模糊智能CAD、工程数据库等。(2)性能优良设计基础技术可靠性设计；安全性设计；动态分析与设计；防断裂设计；疲劳设计；防腐蚀设计；减摩和耐磨损设计；健壮设计；耐环境设计；维修性设计和维修性保障设计；测试性设计；人机工程设计等。第25页，课件共78页，创作于2023年2月计算机绘图第26页，课件共78页，创作于2023年2月工业产品造型设计第27页，课件共78页，创作于2023年2月结构与装配设计第28页，课件共78页，创作于2023年2月计算机仿真结构分析热分析流动分析电磁场分析第29页，课件共78页，创作于2023年2月(3)竞争优势创建技术快速响应设计；智能设计；仿真与虚拟设计；工业设计；价值工程设计；模块化设计等。(4)全寿命周期设计技术并行设计；面向制造的设计；全寿命周期设计。(5)可持续性发展产品设计技术

主要有绿色设计(6)设计试验技术

产品可靠性试验；产品环保性能试验与控制、仿真试验与虚拟试验现代设计技术第30页，课件共78页，创作于2023年2月先进制造工艺技术(1)精密洁净铸造成形工艺外热冲天炉熔炼、处理、保护成套技术；钢液精炼与保护技术；近代化学固化砂铸造工艺；高效金属型铸造工艺与设备；气化膜铸造工艺与设备：铸造成形工艺模拟和工艺CAD。(2)精确高效塑性成形工艺热锻生产线成套技术；精密辊锻和楔横轧技术；大型覆盖件冲压成套技术；精密冲裁工艺；超塑和等温成形工艺；锻造成形模拟和工艺CAD等。(3)优质高效焊接及切割技术新型焊接电源及控制技术；激光焊接技术；优质高效低稀释率堆焊技术；精密焊接技术；焊接机器人；现代切割技术；焊接过程的模拟仿真与专家系统。第31页，课件共78页，创作于2023年2月(4)优质低耗洁净热处理技术可控气氛热处理；真空热处理；离子热处理；激光表面合金化；可控冷却。(5)高效高精机械加工工艺

精密加工和超精密加工；高速磨削；变速切削；复杂型面的数控加工；游离磨料的高效加工等。(6)现代特种加工工艺

激光加工；复合加工；微细加工和纳米技术；水力加工等。先进制造工艺技术第32页，课件共78页，创作于2023年2月190019201940196019802000加工精密/μm1021011010-110-310-210-510-40.005μm年份10μm10μm10μm5μm1μm1μm0.1μm0.1μm0.05μm0.01μm0.005μm0.001μm精超密加工工加密精工加普通测量仪器（检测设备）（系统误差和随机误差）超精密研磨机（电子束扫描装置）超高精密磨床超高精密研磨机车床、铣床游标卡尺精密车床磨床、研磨机机械比较仪测微仪千分尺电子、气动测微仪光学比较仪精密坐标镗床坐标磨床精密磨床精密研磨机光学透镜磨床精密金刚石磨床光学磁尺电动比较仪电子比较仪（非接触式）激光测长仪光纤技术圆度测量仪表面测量仪光学透镜精磨床间歇转发器精密金刚石磨床超精密磨床激光高精度测长仪（多普勒多重干涉仪）台阶测量仪超精密研磨机（电子束扫描装置）超高精密磨床超高精密研磨机原子分子离子束加工原子分子沉积加工扫描电镜、透射电镜电子束衍射离子分析仪X射线测微分析仪俄歇分析仪、ESCAR超晶格物质合成加工机床（加工设备）加工精度的进展超精密加工技术的发展第33页，课件共78页，创作于2023年2月精密磨削加工及其成品零件精密磨削可获得加工精度为1～0.1m和表面粗糙度Ra为0.2～0.025m第34页，课件共78页，创作于2023年2月超精密磨削的概念超精密磨削是指加工精度达到0.1m以下、表面粗糙度低于Ra0.025m的砂轮磨削方法，是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展，适宜于对钢、铁材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。近年来，超精密磨削的发展很快，出现了一些与超精密磨削有关的磨削加工，如镜面磨削、微细磨削、高速磨削等。镜面磨削是指加工精度达到Ra0.02～0.01µm、表面光泽如镜的磨削方法，其属于超精密磨削范畴。第35页，课件共78页，创作于2023年2月精密、超精密磨削与镜面磨削形成的零散刻痕第36页，课件共78页，创作于2023年2月

超精密切削加工主要指金刚石刀具超精密切削，主要用于加工软金属材料，如铜、铝等非铁金属及其合金，以及光学玻璃、大理石和碳素纤维板等非金属材料。超精密切削加工金刚石车床的主要生产厂家：美国的莫尔精密机床公司、普奈莫精密公司和日本东芝机械公司；金刚石车床的价格十分昂贵，推广普及应用有一定难度。各国正在积极研究开发低成本的金刚石车削机床。精密金刚石快速切削机床第37页，课件共78页，创作于2023年2月天然单晶金刚石刀具人工合成金刚石刀具(如美国GE公司生产的COMPAX牌金刚石刀具)－聚晶金刚石(PCD)（切割后焊在刀片上）－金刚石膜（厚膜焊接在刀片上，薄膜涂层涂覆在超硬刀具基体上）金刚石刀具第38页，课件共78页，创作于2023年2月超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。

美国主要研究以发展国防尖端技术为主要目标。日本的研究以民品应用为主要对象。我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。Ra=0.0078μm。在超精密加工的效率、精度可靠性，特别是规格和技术配套性方面与国外比还有相当大的差距。第39页，课件共78页，创作于2023年2月激光加工技术激光特点激光有四大特性：高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。加工特点：可以对多种金属、非金属加工，特别是加工高硬度、高脆性及高熔点的材料；激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。激光加工工艺LWS-400激光加工机床第40页，课件共78页，创作于2023年2月特种加工工艺激光加工技术激光切割加工技术第41页，课件共78页，创作于2023年2月激光打标样品激光焊接样品第42页，课件共78页，创作于2023年2月牛仔影像激光喷花特种加工工艺皮革面料激光标花第43页，课件共78页，创作于2023年2月电子束焊接层流等离子喷涂特种加工工艺第44页，课件共78页，创作于2023年2月水力切割机水力加工第45页，课件共78页，创作于2023年2月水力切割过程第46页，课件共78页，创作于2023年2月水刀机切割加工第47页，课件共78页，创作于2023年2月微纳米加工单根有机微纳米线第48页，课件共78页，创作于2023年2月自组装微型磁粒机器人蜘蛛侠3中的沙人微纳米技术第49页，课件共78页，创作于2023年2月微型艺术小型化和微型化也已成为艺术创作的一种时尚第50页，课件共78页，创作于2023年2月微纳科技与艺术的高度结合图4则显示的是美国麦克马斯特大学RayLaPierre教授采用所谓的“镓离子束聚焦”刻蚀工艺，在头发丝表面“刻划”的麦克马斯特大学校徽图5所示的日本学者松井真二采用FIB-CVD（聚焦离子束-化学气相沉积）技术在发丝表面上构造的三维体育场发丝表面艺术第51页，课件共78页，创作于2023年2月(7)新型材料成形与加工工艺新型材料的铸造成形；新型材料的塑性成形；新型材料的焊接；新型材料的热处理；新型材料的机械加工。(8)优质清洁表面工程新技术化学镀非晶态技术；新型节能表面涂装技术；铝及铝合金表面强化处理技术；超声速喷涂技术；热喷涂激光表面重熔复合处理技术；等离子化学气相沉积技术；离子辅助沉积技术。(9)快速模具制造技术锻模CAD／CAM一体化技术；快速原型制造技术等。先进制造工艺技术第52页，课件共78页，创作于2023年2月

快速成形技术（RP技术），是九十年代发展起来的一项先进制造技术，其基本原理是“分层制造，逐层叠加”。快速成形系统被形象地比作是一台“立体打印机”。RP技术用“增长法”替代传统的“去除法”，实现无模制造，对制造业发展产生具有革命性的意义。快速成形系统快速成形技术第53页，课件共78页，创作于2023年2月第54页，课件共78页，创作于2023年2月快速成型制件第55页，课件共78页，创作于2023年2月制造自动化技术制造自动化是指用机电设备工具取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化，是机械制造业最重要的基础技术之一。(1)数控技术数控装置；送给系统和主轴系统；数控机床的程序编制。(2)工业机器人

机器人操作机；机器人控制系统；机器人传感器；机器人生产线总体控制。第56页，课件共78页，创作于2023年2月数控加工生产线第57页，课件共78页，创作于2023年2月第58页，课件共78页，创作于2023年2月生产汽车的机器人自动焊接生产线第59页，课件共78页，创作于2023年2月汽车生产机器人自动焊接第60页，课件共78页，创作于2023年2月第61页，课件共78页，创作于2023年2月机器人喷涂汽车车身油漆第62页，课件共78页，创作于2023年2月(3)柔性制造系统（FMS）FMS的加工系统；FMS的物流系统；FMS的调度与控制，FMS的故障

诊断。(4)自动检测及信号识别技术自动检测CAT；信号识别系统；数据获取；数据处理；特征提取；

识别。(5)过程设备工况监测与控制过程监视控制系统；在线反馈质量控制。制造自动化技术第63页，课件共78页，创作于2023年2月系统管理技术(1)先进制造生产模式现代集成制造系统CIMS、敏捷制造系统AMS、智能制造系统IMS、精良生产LP以及并行工程CE等先进的生产组织管理和控制方法。(2)集成管理技术并行工程CE；物料需求计划MRP与准时制生产JIT的集成—生产组织方法；基于作业的成本管理ABC；现代质量保障体系；现代管理信息系统；生产率工程；制造资源的快速有效集成。(3)生产组织方法

虚拟公司理论与组织；企业组织结构的变革；以人为本的团队建设；企业重组工程。第64页，课件共78页，创作于2023年2月MRP-MaterialRequirementsPlanning物料需求计划MRPⅡ

-ManufacturingResourcesPlanning制造资源规划ERP-EnterpriseResourcesPlanning企业资源规划TQM-TotalQualityManagement全面质量管理DNC-DistributeNumericalControl分布式数控CNC-ComputerNumericalControl计算机数控FMC-FlexibleManufacturingCell柔性制造单元FMS-FlexibleManufacturingSystem柔性制造系统CIMS-ComputerIntegratedManufacturingSystem计算机集成制造系统DFM-DesignforManufacturing

面向制造的设计DFA-DesignforAssembly面向装配的设计DFU-DesignforUnasembly面向拆卸的设计DFT-DesignforTesting面向检测的设计第65页，课件共78页，创作于2023年2月先进制造技术的发展趋势发展趋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第66页，课件共78页，创作于2023年2月1.向高效化方向发展

随着精度补偿、应用软件、传感器、自动控制、新材料和机电一体化等技术的发展，工艺装备在数控化的基础上进一步向生产自动化、作业柔性化、控制智能化方向发展，可对传统工艺技术加以优化和革新。2.向敏捷化方向发展

进入20世纪90年代以来，因为竞争全球化、贸易自由化、需求多样化，产品生产朝多品种小批量方向发展，面向并行工程的设计、虚拟制造的设计、全寿命周期设计、CAD／CAM／CAPP一体化技术等敏捷设计制造技术与系统将在今后若干年内得到长足发展。3.向清洁化方向发展

保护环境、节约资源已成为全球密切关注的焦点，为此发达国家正积极倡导“绿色制造”和“清洁生产”，大力研究开发生态安全型、资源节约型制造技术。先进制造技术的发展趋势第67页，课件共78页，创作于2023年2月3.向精密化方向发展

加工技术向高精度发展是制造技术的一个重要发展方向。精密加工和超精密加工、微型机械的微细和超微细加工等精密工程是当今也是未来制造技术的基础，其中纳米级的超精密加工技术和微型机械技术被认为是21世纪的核心技术和关键技术。

4.向多样化方向发展

为适应制造业对新型或特种功能材料以及精密、细小、大型、复杂零件的需要，发达国家正大力研究与开发各种原理不同、方法各异的加工与成形方法。

5.向复合化方向发展

由于材料加工难度越来越大，工件形状越来越复杂，加工质量要求越来越高，国外正在研究多种能量的复合加工方法以及常规加工与特种加工的组合加工工艺。目前，两种能量的复合工艺已得到广泛应用，而多种能量的复合加工工艺也正在探索之中。

先进制造技术的发展趋势第68页，课件共78页，创作于2023年2月6.向柔性化方向发展

制造业自动化系统正沿着数控化→柔性化→集成化→智能化→全球化之螺旋式阶梯攀缘而上，柔性化程度越来越高。

7.向集成化方向发展

向CIMS发展，构成一个覆盖企业制造全过程（产品订货、设计、制造、管理、营销），能对企业“三流”（即物质流、资金流、信息流）进行有效控制和集成管理的完整系统，实现全局动态综合优化、协调运作和整体高柔性、高质量、高效率，从而创造出巨大生产力。先进制造技术的发展趋势第69页，课件共78页，创作于2023年2月8.向智能化方向发展

智能化是柔性化、集成化的拓展和延伸，未来的智能机器