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文档简介

1、先先 进进 制制 造造 技技 术术Advanced manufacturing technology 1.制造业的起源与发展n制造业的发展可以分为三个时代:古代、近代和现代。 1) 古代制造业的发展n古希腊的阿基米德螺旋泵造纸与印刷术2)近代制造业的发展n18世纪中叶,瓦特发明蒸气机。n19世纪末20世纪初,内燃机的发明3).现代制造业的发展n1948年数字式计算机融入制造领域n1952年美国推出数控车床n1985年我国引进了第一条柔性制造系统n20世纪80年代,提出了TQCS,单元制造技术主要包括: 计算机辅助设计(计算机辅助设计(Computer aided design) 计算机辅助工艺

2、规划(计算机辅助工艺规划(Computer aided process planning,CAPP) 计算机辅助工程(计算机辅助工程(Computer aided engineering,CAE) 计算机辅助制造(计算机辅助制造(Computer aided manufacturing,CAMCAM) 现代数控机床、柔性制造系统(现代数控机床、柔性制造系统(Flexible manufacturing system,FMS)等)等 n20世纪90年代是信息时代,尤其是网络技术的发展给世界带来了巨大变化,产生了如:并行工程(CE);敏捷制造(AM)、虚拟制造(VM)等制造系统模式。2. 国内外制

3、造业的现状国内外制造业的现状n几个问题的提出:n什么是世界制造中心?n中国是不是世界的制造中心?1、什么是世界的制造中心n一个世界制造中心,无论是一个国家还是一个地区,应当是面向全球市场最重要、最大的工业产品生产基地。从传统产业到高技术产业(尤其是后者) 拥有一批优秀企业,其制成品在品牌、技术、质量、价格,以及生产效率和经营管理,应当在总体上代表着某个时代世界制造业最高水平,并在全球主要市场占有重要地位。 n 在世界经济史上,英国是第一个被称为“世界制造中心”的国家,从1760年至1830年工业革命期间,英国制造业在全世界的比重从1.9%上升到9.5%,后来又达到19.9%,英国以占世界2%的

4、人口控制了全世界工业生产的30%50%和接近五成的制成品贸易。当时,英国无论在贸易、商业、金融、技术和管理等方面在世界经济上都是第一位。特别是在1820年,英国的工业比重占全世界工业的50%,其进出口占世界贸易总量的27%。 n第二个世界制造中心是美国。它是世界第二次工业革命的产物,两次世界大战使世界上的其它国家均受到了严重的破坏,而唯有美国的经济得到了空前的发展。1860年美国制成品在世界上占第四位,在1894年后长期保持世界第一的位置,到1913年,美国工业生产产量相当于欧洲主要国家的总和,占全世界的1/3以上。1914年的工业生产总值为240亿美元,比南北战争爆发前1859年的不足20亿

5、美元增长了12倍以上。1929年美国占全球制造业的比重达到了43.3%的最高值。n第三个世界制造中心是日本。二战后,日本仅用30多年时间就实现了从发展中国家到发达国家的经济飞跃,被称为经济发展的奇迹之一。1950至1973年,日本经济增值达到难以置信的715%,在这二三十年中,日本工业总产量占世界总量从过去2%3%上升到10%左右。日本的钢铁、汽车、半导体、家用电器、机械设备、电子信息产品以及机器人等高技术产品,在制造技术、产量、质量方面都列入世界先进水平,并引导着世界潮流,在国际市场上展现出极强的竞争力。到20世纪80年代中期日本的总体科技水平已经接近美国并超过了西欧,许多工业制成品的产量都

6、在世界前三名之列,在国际市场上具有很强的竞争力和很高的市场占有率,成为世界上家用电器、汽车、船舶和半导体的主要生产国。n根据以上对英、美、日三国分析可知,一国或地区作为世界制造中心至少应符合以下几个标准:n (1)国内生产总值(GDP)及出口量与产量标准。一国或地区的GDP在世界的比重应超过10%,它的制造业产值占世界GDP的比重应在15%以上,制造业出口在世界的比重应超过10%。n (2)技术标准。一国或地区应具有较高的科技水平和较高的科研投入,其装备制造业应在12个主导制造领域形成较大的比较优势。n (3)跨国公司标准。在这一行业中存在一批技术开发能力强、核心业务突出的可以进入世界500强

7、的大型企业或跨国公司,且应具有自己的世界品牌。2、中国还不是世界制造业的中心n1)中国的GDP、产出和出口水平nGDP是反映一国经济实力的重要水平,也是一国能否为世界制造中心的判断标准之一。2003年全球总的GDP已经达到36万亿美元。其中有7个国家的GDP超过了1万亿美元:美国居首位,GDP达到了10.9万亿美元;日本4.3万亿美元;德国2.4万亿美元;英国1.8万亿美元;中国只有1.4万亿美元,只占世界总额的3.9%。 3. 先进制造技术内涵和结构体系先进制造技术内涵和结构体系n技术内涵:n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

8、、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以优质、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总称。n先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁等基础制造技术,它是从传统的制造工艺发展起来的,并与新技术实现局部或系统的集成,其重要特征是实现优质、高效、低耗、灵活、清洁生产。n先进制造技术最终的目标是要提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力。 先进制造技术的分类n第一个层次是基础技术。n第二个层次是新型单元技术。n第三个层次是系统集成技术n第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产中大量

9、采用、经济适用的技术,这些基础工艺经过优化而形成的优质、高效、低耗、清洁基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。这些基础技术主要有精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。n第二个层次是新型的制造单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下,制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术,如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CADCAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加

10、工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。 n第三层是系统集成技术。是指应用信息技术、计算机技术和系统管理技术对上述两部分的技术局部或系统集成而形成的AMT的高级阶段。这一部分内容涉及制造企业的生产方式和生产组织方法,如FMS、CIMS、IMS等。n以上三层次都是先进制造技术的组成部分,但其中每一个层次都不等于先进制造技术的全部加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展代制造装备的方向发展(1)(1)超精密加工技术超精密加工技术 目前加工精度达到目前加工精度达到0.025m0.025m,表面粗糙度达,表面粗糙度达0.0045m0.004

11、5m,已进入,已进入纳米级加工时代。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波纳米级加工时代。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段趋近;超精加工机床向多功能模块化方向发展段甚至更短波段趋近;超精加工机床向多功能模块化方向发展. . (2) (2)超高速切削超高速切削 目前铝合金超高速切削的切削速度已超过目前铝合金超高速切削的切削速度已超过1600m/min1600m/min,铸铁为,铸铁为1500m/min1500m/min,超耐热镍合金为,超耐热镍合金为300m/min300m/min,钛合金,钛合金200m/min200m/min。超高。超高速切削的发展已转移到一些难加工材料的

12、切削加工。速切削的发展已转移到一些难加工材料的切削加工。(3)新一代制造装备的发展)新一代制造装备的发展 市场竞争和新产品、新技术、新材料的发展推动着新型加工设市场竞争和新产品、新技术、新材料的发展推动着新型加工设备的研究与开发,其中典型的例子是备的研究与开发,其中典型的例子是“并联桁架式结构数控机并联桁架式结构数控机床床”(或俗称(或俗称“六腿六腿”机床)的发展。它突破了传统机床的结机床)的发展。它突破了传统机床的结构方案,采用六个轴长短的变化,以实现刀具相对于工件的加构方案,采用六个轴长短的变化,以实现刀具相对于工件的加工位置的变化。工位置的变化。 第二部分第二部分 主要现代制造技术主要现

13、代制造技术 一、一、CAD/CAE/CAM技术技术 二、虚拟设计制造技术二、虚拟设计制造技术 三、柔性制造三、柔性制造 四、其它先进制造技术四、其它先进制造技术一、一、CAD/CAE/CAM技术技术1、CAD技术技术 计算机辅助设计(计算机辅助设计(Computer Aided Design,简称,简称CAD)是从)是从 上上世纪世纪50年代开始,随着计算机技术及其外围设备的发展而形成年代开始,随着计算机技术及其外围设备的发展而形成的一门新技术。如今,的一门新技术。如今,CAD技术已广泛应用于电子、机械、航技术已广泛应用于电子、机械、航空、汽车、建筑以及环境工程等领域。空、汽车、建筑以及环境工

14、程等领域。 今后今后CAD技术主要从以下方面发展:技术主要从以下方面发展: (1) CAD技术智能化技术智能化 (2) 实体造型与仿真实体造型与仿真 (3) CAD系统的集成化系统的集成化减速机三维数字化模型减速机三维数字化模型2、CAE技术技术 计算机辅助工程分析(计算机辅助工程分析(Computer Aided Engineering ,CAE)技)技术,是指在零件或整机的数字化特征建模完成之后,运用有限术,是指在零件或整机的数字化特征建模完成之后,运用有限元及边界元等数值分析方法,对零件或整机对其未来的工作状元及边界元等数值分析方法,对零件或整机对其未来的工作状态和运行行为进行结构、动力

15、、运动及各种物理场耦合等一系态和运行行为进行结构、动力、运动及各种物理场耦合等一系列分析、模拟的计算机辅助分析方法列分析、模拟的计算机辅助分析方法,其目的是及早发现设计缺其目的是及早发现设计缺陷、优化结构并证实未来的产品功能和性能的可用性和可靠性。陷、优化结构并证实未来的产品功能和性能的可用性和可靠性。它与它与CAD和和CAM技术构成了当今计算机技术在机械设计及制造技术构成了当今计算机技术在机械设计及制造领域最重要的三大支撑技术。领域最重要的三大支撑技术。托轮轴在载荷作用下的应力云图托轮轴在载荷作用下的应力云图3、CAM技术技术 计算机辅助制造(计算机辅助制造(Computer Aided M

16、anufacturingComputer Aided Manufacturing)是指利用)是指利用计算机系统,通过计算机与生产设备直接的或间接的联系,进计算机系统,通过计算机与生产设备直接的或间接的联系,进行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。 关于关于CAMCAM的概念,有两种理解,一种是狭义的的概念,有两种理解,一种是狭义的CAMCAM,指数控自动,指数控自动编程(编程(NCPNCP), ,包括包括NCNC代码生成、与数控机床数控装置的软件接代码生成、与数控机床数控装置的软件接口等。另一种是广义的口等。另一种是广义的CAMCAM,除自动编

17、程外,还包括工艺过程设,除自动编程外,还包括工艺过程设计(计(CAPPCAPP)、制造过程仿真()、制造过程仿真(MPSMPS)、自动化装配()、自动化装配(FAFA)、车间)、车间生产计划控制生产计划控制(SFC),(SFC),制造过程检测与故障诊断等,凡涉及到零制造过程检测与故障诊断等,凡涉及到零件加工与检验,产品装配与检验的环节都属于广义件加工与检验,产品装配与检验的环节都属于广义CAMCAM的范畴。的范畴。图形交互式自动编程的刀具选择及加工模拟图形交互式自动编程的刀具选择及加工模拟二、虚拟设计制造技术二、虚拟设计制造技术1 1、虚拟现实技术、虚拟现实技术 虚拟现实(虚拟现实(Virtu

18、al RealityVirtual Reality)技术是)技术是2020世纪世纪8080年代年代末末9090年代初崛起的一种实用技术。它是由计算机硬件、年代初崛起的一种实用技术。它是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境虚拟环境,可以真实的模拟现实世界,可以实现的虚拟环境,可以真实的模拟现实世界,可以实现的(甚至是不可实现的)物理上的、功能上的事物和环(甚至是不可实现的)物理上的、功能上的事物和环境。用户投入到这种环境中,立即有境。用户投入到这种环境中,立即有“亲临其境亲临其境”的的感觉,并可亲自操作、实践,与虚拟的环境交互作用。感

19、觉,并可亲自操作、实践,与虚拟的环境交互作用。虚拟现实系统重要的三个特征n沉浸感(沉浸感(Immersion) n交互性(交互性(Interaction) n想象性(想象性(Imagination) “VR三角形”虚拟现实技术是建立在三维计算机图形学技术、多功能虚拟现实技术是建立在三维计算机图形学技术、多功能传感及交互接口技术、高清晰度显示技术等一系列新技传感及交互接口技术、高清晰度显示技术等一系列新技术的基础上。虚拟现实系统主要由计算机、显示设备、术的基础上。虚拟现实系统主要由计算机、显示设备、位置跟踪设备及其他交互设备等硬件及相关软件构成位置跟踪设备及其他交互设备等硬件及相关软件构成。 头

20、盔显示器头盔显示器数据手套数据手套位置跟踪器位置跟踪器VR技术应用领域n工程应用(如制造、航空、石化、核能、汽车)n视景娱乐、文化教育 n城市景观规划n医疗(如手术、心理治疗、药理学)n微观/纳米级工程n各种各样的培训n战争防卫系统n数据可视化等等 2 2、虚拟设计制造、虚拟设计制造 虚拟制造系统虚拟制造系统(Virtual manufacturing system)(Virtual manufacturing system)由虚拟信息系统由虚拟信息系统(Virtual information system)(Virtual information system)和虚拟物理系统和虚拟物理系统(Virtual (Virtual physical system)physical system)组成。虚拟信息系统也叫虚拟逻辑系统,主组成。虚拟信息系统也叫虚拟逻辑系统,主要是用来模拟处理设计、管理、计划调度等制造活动中的信息;要是用来模拟处理设计、管理、计划调度等制造活动中的信息; 而虚拟物理系统是计算机对实际的加工车间、包括机床、材料、而虚拟物理系统是计算机对实际的加工车间、包括机床、材料、工人等进行建模,并在此模型的基础上进行仿真实际制造的过工人等进

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