《先进制造技术（第2版）》 课件 第一章-先进制造技术概述

第一章先进制造技术概述1.1先进制造技术及其主要特点一、几个基本概念1.制造

狭义制造指的是机械加工和装配；广义制造指的是机电产品寿命周期的各个环节，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。1.1先进制造技术及其主要特点一、几个基本概念

2.制造技术

制造技术是指按照人们所需的产品为目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，将原材料转化为产品过程中所需的一切技术手段的总和。制造技术是将研发、发明与发现等成果转化为实际应用的接口和桥梁，是提高企业产品竞争力的根本保证。

在未来的竞争中，谁掌握了先进的制造技术，谁就掌握了市场。1.1先进制造技术及其主要特点一、几个基本概念3.制造系统

制造系统是在制造过程中所涉及的硬件以及软件所组成的具有特定功能的有机整体。其中硬件包括人员、生产设备、工具和材料、能源及各种辅助装置；软件包括制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等。

制造系统是制造业中形成制造生产的有机整体，具有设计、生产、发运和销售的一体化功能。1.1先进制造技术及其主要特点一、几个基本概念4.制造业

制造业是指制造资源（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。制造业是国民经济和综合国力的支柱产业，一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步提供先进的手段和装备。1.1先进制造技术及其主要特点一、几个基本概念4.制造业

从制造业的发展历史来看，主要有两类制造业：一类是装备制造业，一类是加工制造业。装备制造业是为国民经济和国家安全提供技术装备的制造业的总称，它覆盖了机械、电子、武器弹药制造业中生产投资类的各个领域；而加工制造业是自行采购原材料（或按委托人提供的材料）进行大批量、标准化、生产线式的加工，大批量、标准化、生产线是加工制造业的最重要的特点；相对于装备制造业来说，加工制造业最基本的竞争方式就是成本价格的竞争。1.1先进制造技术及其主要特点一、几个基本概念4.制造业

制造业直接体现了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国家的重要因素，制造业在世界发达国家（developedcountries）的国民经济中占有重要份额。在发达国家中，制造业创造了约60%的社会财富、约45%的国民经济收入。1.1先进制造技术及其主要特点一、几个基本概念5.先进制造技术

先进制造技术是一个先进制造技术是在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息、材料和现代管理科学等方面的成果，并将其综合应用于制造业中产品设计、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，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称，也是取得理想经济技术综合效果的制造技术的总称。

先进制造技术是一个相对的、动态的概念，是为了适应现代生产要求，对制造技术不断优化所形成的。

1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点

1.集成化

以计算机技术为基础，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术等，将企业全部生产活动中的信息流与物质流有机集成，并实现最优化。它强调信息的集成和共享，通过网络数据库使企业的所有生产活动紧密地联系在一起，充分发挥技术、管理和人的作用，全面提高企业的管理水平、产品质量和经济效益。

1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点2.柔性化

制造自动化系统发展大致过程是“刚性自动化——可编程自动化——综合自动化”，制造系统的柔性随着这个过程也变得越来越大。进一步的发展要求能快速实现制造系统的重组(包括企业内部制造设备与工具系统重组，以及企业间的重组)。

模块化设计是提高企业制造自动化系统柔性的重要策略和方法，它可以有效改善设计工作柔性和制造系统柔性，并能够根据需要迅速实现制造系统的重组。1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点3.网络化

网络通信技术的迅速发展和普及给企业的生产和经营活动带来革命性的变革，可实现市场开发、产品设计、物料选择、零件加工和产品销售等生产活动的异地和跨国界活动，极大地加快技术信息的交流，加强企业之间产品开发的生产合作，促进企业之间的优化和重组，缩短产品的生产周期，提高产品的市场竞争力。1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点4.信息化

在信息技术条件下，将分布于世界各地的产品、设备、人员、资金、市场等企业资源有效地集成起来，采用各种类型的合作形式，建立以网络技术为基础的、高素质员工系统为核心的敏捷制造企业运作模式，打破小单位和行业的局限，深入开发、广泛利用信息资源，建立敏捷制造网络化工程，加速制造业数字化与网络化。1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点5.虚拟化

制造过程中的虚拟技术是面向产品生产过程的模拟，检验产品的可加工性和加工工艺的合理性，并进行生产过程计划、组织管理、车间调度等活动的建模和仿真。

虚拟化的核心是计算机仿真。1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点6.智能化

智能制造的主要策略是综合利用各种学科、先进技术和方法，例如人工智能、模糊控制、计算机技术、信息科学等来解决和处理制造系统中的各种问题。

智能化制造系统的特点是应具有极强的适应性和友好性。1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点7.绿色化

日趋严酷的环境与资源约束，使绿色制造业显得越来越重要，绿色制造技术也将得到快速发展，主要包括绿色产品设计技术、绿色制造技术、产品的回收和循环再造，使产品在整个生命周期内符合环境保护、人类健康保护、能耗低、资源利用率高的要求，以及在制造过程中达到对环境负面影响小、废弃物和有害物质的排放最小等要求。1.1先进制造技术及其主要特点二、先进制造技术的特点8.制造全球化

目前世界经济已经步入全球化经济的时代，一方面国际和国内市场竞争越来越激烈，另一方面国内外企业间的合作也在不断加强，这就形成企业之间既合作又竞争的局面。上述两方面的相互作用，成为全球化制造业发展的强大动力。

制造业和制造技术的全球化，是21世纪最重要的发展趋势之一。1.2先进制造技术的体系结构及分类一、先进制造技术的体系结构三个技术群相互联系相互促进，组成完整的体系。1.2先进制造技术的体系结构及分类二、先进制造技术的分类1.先进设计技术2.先进制造工艺技术3.制造自动化技术4.先进制造生产模式1.2先进制造技术的体系结构及分类二、先进制造技术的分类1.先进设计技术

先进设计技术是研究实现设计目标的设计理论、方法、环境和手段。研究的主要内容有：1）计算机辅助设计技术；2）有限元分析技术；3）并行设计技术；4）绿色设计技术等。1.2先进制造技术的体系结构及分类二、先进制造技术的分类

2.先进制造工艺技术

机械制造工艺是将各种原材料、半成品加工成产品的方法和过程。随着社会经济和科学技术的发展，其内涵和面貌不断变化和发展，先进制造技术就是这种不断变化和发展的制造技术，包括了优化后的常规工艺以及新型加工工艺。研究的主要内容有：1）精密与超精密加工技术；2）高速与超高速加工技术；3）特种加工技术；4）微细加工技术；5）虚拟制造技术；6）快速原型技术。1.2先进制造技术的体系结构及分类二、先进制造技术的分类3.制造自动化技术

制造自动化技术是实现制造全过程自动化的技术，它是研究制造过程的规划、运行、管理、组织、控制与协调优化的自动化技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。

研究的主要内容有：1）数控技术与数控机床；2）工业机器人技术；3)计算机集成制造系统；4）传感、自动控制及信号识别技术；5）过程设备工况监测与控制技术。1.2先进制造技术的体系结构及分类二、先进制造技术的分类4.先进制造生产模式

先进制造生产模式是在生产制造过程中，依据不同的制造环境，通过有效地组织各种制造要素形成的，可以在特定环境中达到良好制造效果的进生产方法，是应用于推广先进制造技术的组织形式。

研究的主要内容有：1）智能制造（IM）；2)精益生产（LP）；3）敏捷制造（AM）；4）虚拟制造（VM）；5）柔性制造等。1.3国内外先进制造技术的发展趋势一、全球新一轮工业革命1.德国工业4.02.美国工业互联网3.中国制造20251.3国内外先进制造技术的发展趋势1.德国工业4.0强大的制造业+互联网提出：工业4.0Industry4.0—德国高科技战略计划

两大主题：智慧工厂、智能生产1.3国内外先进制造技术的发展趋势1.德国工业4.0智慧工厂：重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。智能生产：主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等。1.3国内外先进制造技术的发展趋势1.德国工业4.0Industry4.0—德国高科技战略计划

两大主题：智慧工厂、智能生产

三个设想：产品、设施、管理1.3国内外先进制造技术的发展趋势1.德国工业4.0产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所必须的各种信息。设施：由整个生产价值所集成，可实现自组织。管理：能根据当前的状况灵活决定生产过程。1.3国内外先进制造技术的发展趋势1.德国工业4.0Industry4.0—德国高科技战略计划

两大主题：智慧工厂、智能生产

三个设想：产品、设施、管理

智慧工厂的架构：基于物联网和服务互联网1.3国内外先进制造技术的发展趋势2.美国工业互联网创新优势的互联网+优势制造业提出：先进制造技术伙伴

与德国工业4.0强调的“硬”制造不同，软件和互联网发达的美国更侧重于在“软”服务方面推动新一轮工业革命，希望通过网络和数据的力量提升整个工业的价值创造能力。1.3国内外先进制造技术的发展趋势2.美国工业互联网

工业互联网主要包括三种关键元素：智能机器、高级分析、工作人员。智能机器是现实世界中的机器、设备、设施和系统及网络通过先进的传感器、控制器和软件应用程序以崭新的方式连接起来形成的集成系统；高级分析是使用基于物理的分析法、预测算法、关键学科的深厚专业知识来理解机器和大型系统运作方式的一种方法；建立各种工作场所的人员之间的实时连接，能够为更加智能的设计、操作、维护以及高质量的服务提供支持与安全保障。1.3国内外先进制造技术的发展趋势3.中国制造2025完备的制造业+互联网创新（互联网+制造，制造业+互联网）提出：中国制造20251.3国内外先进制造技术的发展趋势1.3国内外先进制造技术的发展趋势3.中国制造2025指导思想：坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业转型升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越。智能制造是“中国制造2025”的主攻方向1.3国内外先进制造技术的发展趋势二、先进制造技术发展趋势1.企业生产方式发生重大变革中心：以产品为中心-》以市场为中心-》以顾客为中心；组织形式：金字塔组织-》扁平化组织；工作方式：顺序工作方式（市场分析-设计-工艺-制造）-》行工作方式1.3国内外先进制造技术的发展趋势二、先进制造技术发展趋势2.绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征1）绿色设计制造2）清洁生产技术3）拆卸回收技术4）生态工厂的循环制造技术5）ISO14000环保管理标准1.3国内外先进制造技术的发展趋势二、先进制造技术发展趋势3.设计技术不断现代化1）设计方法和手段的现代化2）新的设计思想和方法不断出现3）由简单的、具体的、细节的设计转向复杂的总体设计和决策4）由单纯考虑技术转向综合考虑技术，经济和社会因素。1.3国内外先进制造技术的发展趋势二、先进制造技术发展趋势4.成型制造技术向精密成型或净成型的方向发展1）精密铸造技术2）精密塑性成型技术3）精密连接技术1.3国内外先进制造技术的发展趋势二、先进制造技术发展趋势5.加工制造技术向着超精密、超高精度以及新一代制造装备的方向发展1）超精密加工技术2）