第二节改变世界的制造技术

1、LOGO 第三章第三章第二节第二节 改变世界的制造技改变世界的制造技术术 机器改变了世界机器改变了世界 信息时代的制造业信息时代的制造业 精益求精的制造精益求精的制造一、机器改变了世界一、机器改变了世界汽车制造业家电产业微纳制造改变世界改变世界的制造业的制造业一、计时工具一、计时工具-圭表圭表中国现存最早的圭表中国现存最早的圭表日晷日晷日晷可分为：日晷可分为：地平日晷地平日晷赤道日晷、赤道日晷、立晷、立晷、斜晷。斜晷。 地平日晷地平日晷垂直晷垂直晷奥运会日晷奥运会日晷铜壶滴漏铜壶滴漏沙漏沙漏擒纵机构擒纵机构擒纵机构擒纵机构擒纵机构擒纵机构擒纵机构擒纵机构擒纵机构擒纵机构记里鼓车记里鼓车二、车轮

2、滚滚二、车轮滚滚-汽车里程表汽车里程表二、车轮滚滚二、车轮滚滚-汽车里程表汽车里程表二、车轮滚滚二、车轮滚滚-汽车里程表汽车里程表二、车轮滚滚二、车轮滚滚-汽车里程表汽车里程表三、计量水表三、计量水表三、计量水表三、计量水表三、计量水表三、计量水表IC卡水表卡水表四、照相机四、照相机v照相机是用于摄影的光学器械。照相机是用于摄影的光学器械。v被摄景物反射出的光线通过照相机镜头和被摄景物反射出的光线通过照相机镜头和控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理构成永久性的影像构成永久性的影像。v暗箱

3、的发展：暗箱的发展： 13世纪，欧洲出现映像暗箱（针孔成像）世纪，欧洲出现映像暗箱（针孔成像） 1550年在此基础上添加双凸透镜使映像更清晰年在此基础上添加双凸透镜使映像更清晰 1558年加上光圈，清晰度大大提高年加上光圈，清晰度大大提高 1665年可携带单镜头反光映像暗箱。年可携带单镜头反光映像暗箱。 公元前公元前400年以前，针孔成像年以前，针孔成像v 1822年，法国的涅普斯在感光材料上制出世界上第一张照片。v 1839年，法国的达盖尔制成了第一台实用的银版照相机。v 1841年光学家沃哥兰德发明了第一台金属机身的照相机。v 1860年英国的萨顿设计了带有可转动的反光镜取景器的原始的单镜

4、头反光照相机。v 1861年物理学家马克斯威发明了世界上第一张彩色照片。v 1880年，英国贝克制成了双镜头反光照相机。v按用途分类：按用途分类： 风光摄影照相机、印刷制版照相机、文献微缩照风光摄影照相机、印刷制版照相机、文献微缩照相机、显微照相机、水下照相机、航空照相机、相机、显微照相机、水下照相机、航空照相机、高速照相机等高速照相机等数码照相机数码照相机微缩古董照相机微缩古董照相机宝丽来一次成像照相机宝丽来一次成像照相机拍立得拍立得-照相机照相机照相机光路照相机光路成像原理成像原理数码照相机数码照相机照相机快门照相机快门二、二、 信息时代的制造业信息时代的制造业v 自动化制造系统自动化制造

5、系统 指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料加工成指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现管理过程管理过程和和工艺过程工艺过程 自动化。自动化。 自动化制造自动化制造柔性制造柔性制造刚性制造刚性制造第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 采用自动生产线生产的产品应有足够大的产量，产品设计采用自动生产线生产的产品应有足够大的产量，产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定变。在大批量生

6、产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性。低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性。v 自动生产线应用范围自动生产线应用范围 机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。 第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的

7、制造业v一、以柔克刚一、以柔克刚-告别刚性生产线告别刚性生产线 刚性生产线刚性生产线 柔性生产线柔性生产线工序之间无储料装置，工件的加工和工序之间无储料装置，工件的加工和传送过程有严格的节奏性。传送过程有严格的节奏性。工序之间设有储料装置，各工序工序之间设有储料装置，各工序之间节拍不必严格一致。之间节拍不必严格一致。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 刚性生产线举例第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 柔性生产线举例第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 自动线目前的发展方向：自动线目前的发展方向： 提高劳动生产率和增大多用性、灵活性，以适应多品提高劳动生产

8、率和增大多用性、灵活性，以适应多品种和变批生产的柔性生产线。种和变批生产的柔性生产线。 数字控制机床、工业机器人和电子计算机等技术的发数字控制机床、工业机器人和电子计算机等技术的发展，将使自动线的灵活性更大，可实现多品种、中小批生展，将使自动线的灵活性更大，可实现多品种、中小批生产的自动化。产的自动化。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业机器人焊接机器人焊接第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业机器人装配机器人装配第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 二、未来工厂二、未来工厂-CIMS compute integrated manufacturing system

9、 计算机集成制造系统。计算机集成制造系统。 CIMS是通过计算机硬软件，综合运用现代管理技术、是通过计算机硬软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术将企业制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。 第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业其基本出发点：其基本出发点： 1.企业的各种生产经营活动是不可分割的，要统一考企业的各种生产经营活动是不可分割的，要统一考虑。虑。

10、2.整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的实现过程。工处理的实现过程。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业CIMS构成框图构成框图第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业CAM，计算机辅助制造系统，计算机辅助制造系统NC，数控机床，数控机床FMS，柔性制造系统，柔性制造系统CAD,计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统CAPP，计算机辅助，计算机辅助工艺设计系统工艺设计系统MIS，管理信息系统，管理信息系统CIMS相关子系统相关子系统第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 新的含义新的含义 CIMS contem

11、porary integrated manufacturing system 现代集成制造系统现代集成制造系统 将信息技术、现代管理技术、制造技术相结合应用于企将信息技术、现代管理技术、制造技术相结合应用于企业全生命周期各个阶段，通过信息集成，过程优化及资源业全生命周期各个阶段，通过信息集成，过程优化及资源优化，实现物流、信息流的集成和优化运行，达到人、经优化，实现物流、信息流的集成和优化运行，达到人、经营和技术的集成，以加强企业新产品开发以及加快产品上营和技术的集成，以加强企业新产品开发以及加快产品上市的时间、质量、产品成本、服务、环境、灵活性为目标市的时间、质量、产品成本、服务、环境、灵活

12、性为目标的生产管理模式，以提高企业的市场应变能力和竞争力。的生产管理模式，以提高企业的市场应变能力和竞争力。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 三、以假乱真三、以假乱真-虚拟制造虚拟制造 虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。拟环境。 虚拟制造技术是制造技术与仿真技术相结合的产物，虚拟制造技术是制造技术与仿真技术相结合的产

13、物，它可以对想象中的制造活动进行仿真，不消耗现实资源和它可以对想象中的制造活动进行仿真，不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，生产的产品也是虚拟产能量，所进行的过程是虚拟过程，生产的产品也是虚拟产品。品。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 主要作用：主要作用： 1.运用软件对制造系统中的要素全面仿真，使之达到前所运用软件对制造系统中的要素全面仿真，使之达到前所未有的高度集成，为先进制造技术的进一步发展提供更广未有的高度集成，为先进制造技术的进一步发展提供更广大的空间，推动相关技术的不断发展和进步。大的空间，推动相关技术的不断发展和进步。 2.可加深人们对生产过程和制造系统

14、的认识和理解，有利可加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于更好的指导实践。于更好的指导实践。 3.在虚拟制造和现实制造的相互影响和作用过程中，可全在虚拟制造和现实制造的相互影响和作用过程中，可全面改进企业组织管理工作。面改进企业组织管理工作。 4.可加快企业人才的培养速度。可加快企业人才的培养速度。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业以生产为中心以生产为中心以控制为中心以控制为中心以设计为中心以设计为中心.虚拟制造虚拟制造虚拟制造虚拟制造第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 四、大脑的延伸四、大脑的延伸-智能制造智能制造 智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组

15、成的人智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统。机一体化智能系统。 在制造过程中能进行智能活动，如分析、推理、判断、在制造过程中能进行智能活动，如分析、推理、判断、构思和决策等。构思和决策等。 通过人与智能机器的合作共事，扩大、延伸和部分取通过人与智能机器的合作共事，扩大、延伸和部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。代人类专家在制造过程中的脑力劳动。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 使制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度使制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。集成化。v 可逐步设计出智能设计、智能管理等，再加上信息集成，可逐

16、步设计出智能设计、智能管理等，再加上信息集成，全局优化，逐步提高系统的智能化水平，最终建立智能制全局优化，逐步提高系统的智能化水平，最终建立智能制造系统。造系统。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业智能制造智能制造第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业机器人手机机器人手机第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 五、神医妙手五、神医妙手-故障诊断故障诊断 诊断的目的是对于机械制造过程或者其他过程中产生诊断的目的是对于机械制造过程或者其他过程中产生的各种故障进行获取、传输、处理、分析和解决。的各种故障进行获取、传输、处理、分析和解决。 其工作过程：其工作过程： 使用传感

17、器接收使用传感器接收 信号传输、处理信号传输、处理 质量检测质量检测故障诊断报警故障诊断报警第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 前提了解故障模式前提了解故障模式v 故障分析在机械生产系统可应用于自动生产线、数控机床、故障分析在机械生产系统可应用于自动生产线、数控机床、柔性制造单元及计算机集成制造系统。柔性制造单元及计算机集成制造系统。第二节第二节 信息时代的制造业信息时代的制造业v 故障诊断性能指标：故障诊断性能指标： 1）故障检测的及时性：）故障检测的及时性： 2）早期检测的灵敏度：）早期检测的灵敏度： 3）故障的误报率和漏报率：）故障的误报率和漏报率： 4）故障分离能力：）故

18、障分离能力： 5）故障辨识能力：）故障辨识能力： 6）鲁棒性：）鲁棒性： 7）自适应能力：）自适应能力： 第三节第三节 精益求精的制造精益求精的制造v 超精密加工是指被加工零件的尺寸误差小于超精密加工是指被加工零件的尺寸误差小于0.1m，表面，表面粗糙度粗糙度Ra小于小于0.025m以及所用机床定位精度的分辨率和以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于重复性高于0.01m的加工技术，也称为亚微米级加工技的加工技术，也称为亚微米级加工技术，并向纳米级加工技术发展。术，并向纳米级加工技术发展。第三节第三节 精益求精的制造精益求精的制造v 一、超精密加工技术的地位一、超精密加工技术的地位 起源于美国

19、起源于美国20世纪世纪60年代初，是为了适应现代高科技年代初，是为了适应现代高科技发展需要而兴起的一种机械加工新工艺发展需要而兴起的一种机械加工新工艺。 综合了机械技术发展的新成果及现代电子技术、计算综合了机械技术发展的新成果及现代电子技术、计算机技术和测量技术等。机技术和测量技术等。 在航天运载工具、武器研制、卫星研制中有重要作用。在航天运载工具、武器研制、卫星研制中有重要作用。第三节第三节 精益求精的制造精益求精的制造v 陀螺仪陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。这是陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。这是由于它的两个基本特性：一为定轴性，另一是进由于它的两个基本特性：一为定轴性，另一

20、是进动性，这两种特性都是建立在角动量守恒的原则动性，这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下下 应用。应用。当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中用在陀螺仪上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向；的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向；同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。 当转子高速旋转时，若外力矩作用于外环轴，当转子高速旋转时，若外力矩作用于外环轴，陀螺仪将绕内环轴

21、转动；若外力矩作用于内环轴，陀螺仪将绕内环轴转动；若外力矩作用于内环轴，陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外陀螺仪将绕外环轴转动。其转动角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。这种特性，叫做陀螺仪力矩作用方向互相垂直。这种特性，叫做陀螺仪的进动性。的进动性。 导弹陀螺仪原理导弹陀螺仪原理导弹陀螺仪原理导弹陀螺仪原理导弹陀螺仪原理导弹陀螺仪原理导弹陀螺仪原理导弹陀螺仪原理第三节第三节 精益求精的制造精益求精的制造v 二、超精密加工的技术现状二、超精密加工的技术现状 处于领先地位的有：美国、英国、日本。处于领先地位的有：美国、英国、日本。 他们的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商他们的超精

22、密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化程度也很高。品化程度也很高。第三节第三节 精益求精的制造精益求精的制造v 美国美国 20世纪世纪50年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，年代末，由于航天等尖端技术发展的需要，美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术技术”并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床。床。 用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面非球面大型零件等。球面非球面大型零件等。第三节第三节 精益求精的制造精益求精的制造第三节第三节 精益求精的制造精益求精的制造v 英国英国 克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密所是当今世界上精密工程的研究中心之一，是英国超精密加工技术水