制造业与先进制造技术(PPT 55页)

1、先进制造技术上海应用技术学院 机械工程学院 郑 刚课程名称：先进制造技术上课时间：周一 1，2节，周三7，8节上课地点：一教H405任课教师：郑 刚办公地址：第一学科楼A317答疑时间：考核方式：平时成绩(30%)+考试成绩(70%)先进制造技术的特征在于： 先进制造技术不是一项具体的技术，而是一项综合系统的技术； 先进制造技术的先进性是建立在不断地汲取其他相关领域新技术的基础上的，是动态的、相对的； 创新是先进制造技术的灵魂，并贯穿于制造全过程(产品创新、生产工艺过程创新、生产手段创新、管理创新、组织创新及市场创新)； 技术与管理的结合是先进制造技术的一个突破，新的

2、制造模式的层出不穷是人类生产活动的一大进步； 市场和工业界的需求是先进制造技术的出发点与归宿，是先进制造技术的动力和目标。先进制造技术成果的成败取决于市场检验，企业是先进制造技术的创新主体。 先进制造技术的范畴一般包括以下五个部分：现代设计技术；先进制造工艺技术；制造自动化技术；现代生产管理技术;先进生产制造模式。期刊：The International Journal of Advanced Manufacturing TechnologyComputer aided designRobotics; Artificial intelligence; Lasers and other adva

3、nced processes; Flexible manufacturing systems; Computer integrated manufacturing; High-speed machiningNumerical control; Automatic test equipment;Reverse engineeringProduction planning and control; Supply chain management; 第一章 制造业与先进制造技术1.1 制造业的发展与挑战1.2 先进制造技术的提出和进展1.3 先进制造技术的内涵和体系结构 包括市场分析、产品设计、加工

4、装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程1.1.1 制造与制造业原材料产品工艺 能源知识 技能 工具制造与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造制造系统具有特定功能的有机整体制造过程硬件制造过程软件硬件人员经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置软件制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等制造业可供人们使用和消费的产品行业，是所有与制造有关的企业群体类别 构成比例类别 构成比例 类别 构成比例 金属制品3.395食品工业15.335化 工15.586一般机械8.625纺 织7.193建 材7.299运输机械6.424服 装5.018黑色冶金6.9

5、08电器设备5.125家 具1.542有色冶金2.120电子设备4.588文教用品4.292其他制造1.681仪器仪表0.998油 加 工3.870我国制造分类和构成1）用机器代替手工，从作坊形成工厂 19世纪机器在英国诞生，先后传入法国、德国和美国。2）从单件生产方式发展成大量生产方式 泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。 福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线。3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术 柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造制造业发展的历程1.1.2 制造业的地位和作用三大产业农

6、林牧业,工业，服务业工业（52%）制造业（45%）、建筑业、采掘业以及电力、煤气、水的生产供应业农林牧业农业、林业、蓄禽业、水产业服务业商业、金融、房地产、经贸等一个国家经济发展的支柱国民经济收入的重要来源工业经济年代经济增长的“发动机”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础制造业地位提供人们衣、食、住、行物质消费决定全社会的长远效益和经济的持续增长国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件信息产业发展的物质基础；农业劳动力转移和就业的重要途径为科技和教育发展提供经费支持和实验装备实现军事现代化和国家安全的保障制造业的作用制造

7、业是产业革命的主力军一、 第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。制造业是产业革命的主力军二、第二次产业革命：1879-19451）又称为：电气革命。2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。3）制造业促使了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。4）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道

8、路，导致了量子场论的创立。制造业是产业革命的主力军三、第三次产业革命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。2）产业革命的标志：原子弹（1945）、电子计算机（1946）、晶体管（1948）、集成电路、微电子技术等。3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。制造业是产业革命的主力军四、第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（CVD

9、）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。从科学发现到技术发明科学发明年份技术发明年份孕育过程(年）电磁感应原理1831发电机187241内燃机原理1862汽油内燃机188321电磁波通讯原理1895公众广播电台192126喷气推进原理1906喷气发动机193529雷达原理1925制出雷达193510青霉素原理1928制出青霉素194315铀核裂变1938制出原子弹19457发现半导体1948半导体收音机19546集成电路设计思想1952单片集成电路19597光纤通信原理1966光纤电缆19704无线移动通信设想1974蜂窝移动电话19784多媒体设想

10、1987多媒体电脑19914新一代设计芯片90年代新一代芯片90年代1.53、二十一世纪科学技术发展的总趋势20世纪改变世界的重要机电产品序产品发明时间（年）发明者1汽车1885/1903德国奔驰/美国福特2飞机1903美国莱特兄弟3火箭1903俄国齐奥尔科夫斯基4电冰箱1917美国5电影机1919/36德国福格特6电视机1927/40美国贝尔7喷气发动机1937英国惠特尔8原子弹1945美国 日本9计算机1946美国 莫切利埃克特10晶体管1948美国肖克利11核电站1951美国12数控机床1951美国MIT13氢弹1952美国特勒3、二十一世纪科学技术发展的总趋势20世纪改变世界的重要机电

11、产品序产品发明时间（年）发明者14机器人1954美国戴沃尔15人造卫星1957苏联16宇宙飞船1961苏联加加林17飞船登月1969美国阿波罗18载人航天飞机1977美国19磁悬浮列车1965日本 时速400500公里/时20光纤通信设备1968美国21芯片1971/1999美国intel 950万晶体管/片22扫描隧道显微镜1986日本工业技术院23掌上电脑1992美国APPLE newton 24手机90年代初美国25信息高速公路1993美国 national information infrastruture （Nii）3、二十一世纪科学技术发展的总趋势第二节 先进制造技术的提出和进展

12、1.2.1 制造技术的进步和发展 1.2.2 先进制造技术产生背景 1.2.3 各国对先进制造技术的响应 及其发展计划先进制造技术计划：1994年预算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；制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装备。 1.2.3 各国先进制造技术的发展美 国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

13、、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 日 本尤里卡计划（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。欧洲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。欧 共 体第三节 先进制造技术的内涵和体系结构 1.3.1先进制造技术的内涵和特点 1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类1、定义

14、: 在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.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,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.先进制造技术的定义与体系结构1.3.1 先进制造技术的内涵和特点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

15、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，提高综合竞争力先进制造技术的定义与体系结构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

16、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2、体系结构1、先进设计技术设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计先进制造技术的学科内容设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素2、先进制造工艺技术精密、超精密加工技术精密加工：精度为30.3m Ra0.30.03 m超精密加工：精度为0.30.03m Ra0.30.005 m纳米加工：精度高于0.03m Ra小于

17、0.30.005 m先进制造技术的学科内容精密成型制造技术从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术高能束流加工（电子束、离子束、激光束）电加工（电解和电火花)超声波加工高压水加工多种能源的组合加工3、制造自动化技术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机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制先进制造技术的学科内容柔性制造系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈质量控制4、先进制造系统先进制造生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系

18、统IMS精良生产LP并行工程CE集成管理技术企业资源管理ERP基于作业的成本管理ABC现代质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成先进制造技术的学科内容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精密化是机械制造发展的核心先进制造技术的发展趋势现代超精密机械对精度的要求采用硅微工艺刻蚀制造的微机械手加工精度及其发展1车、铣2磨 3CNC机床4研磨、工具磨5光学磨、金刚石车、磨 6金刚石超精车、磨、 电解 加工7衍射光栅刻线机 8电子束、离子束、X射线9分子束生长、离子注 10 扫描隧道技术细微与纳米加工技术可达的水平自动化是机械工程发展的途径先进制造技术的发

19、展趋势1.自动化是机械工程综合化的核心和目标2.机电一体化工程(Mechatronic Engineering）是高技术装备的基础3.先进制造系统以综合（集成、整合）为手段4.特种加工技术与装备是典型的综合技术与装备制造中的自动化技术1.CAD/CAM技术(包括CAT/CAE/-CAX)2.数字控制技术3.机电一体化技术(包括光、液、气)4.传感器与测试技术5.伺服驱动系统技术6.自动机技术(包括输送、存储、装卸及机器人)7.加工、装配和检验中的自动化技术8.制造系统技术9.管理信息化技术10.回收与维修中的自动化技术结论：制造自动化技术的基础是数字技术先进制造系统以综合为手段(一)近二十年来

20、，世界各国共提出数十种先进制造系统，其中较重要的有38种：(1)CAD/CAM/CAE(计算机辅助设计/计 算机辅助制造/计算机辅助工程);(2)成组技术(Group Technology)(GT);(3)全面质量管理(Total Quality Manufacturing)(TQM);(4)材料需求计划(Material Requisite Planning)(MRP-I);先进制造系统(续)(5)制造资源计划(Manufacturing Resource Planning)(MRP- II);(6)柔性制造系统(Flexible Manufacturing System)(FMS);(7)

21、准时生产制(Just In Time) (JIT);(8)计算机辅助工艺规划（CAPP); 先进制造系统(续)(9) 为了制造的(装配的，试验的)设计 (DFMA,DFA,DFTDFX);(10)计算机集成制造系统(Computer IntegratedManufacturing System)（CIMS);(11)用户驱动生产(Customer Driven Production)(CDP);(12)企业重组(Business Reengineering)(BR);(13)并行工程(Concurrent Engineering)(CE);先进制造系统(续)(14)环境友好生产(Environ

22、ment Friendly Manufacturing)(EFM);(15)精益生产(Lean Production)(LP);(16)敏捷制造(Agile Manufacturing)(AM);(17)多智能体制造系统(Multi-Agent Manufacturing System)(MAMS); 先进制造系统(续)(18)虚拟制造(Virtual Manufacturing)(VM);(19)增广现实制造(Augmented Reality Manufacturing)(ARM);(20)协同制造(Holonic Manufacturing)(HM);(21)生物型制造(Biologic

23、al Manufacturing)(BM);(22)寿命周期工程(Life Cycle Engineering)(LCE);(23)绿色制造(Green Manufacturing)(GM);先进制造系统(续)(24)网络合作制造(Network-Collaborative Manufacturing)(NCM);(25)遥远制造(Remote Manufacturing)(RM);(26)全面生产维护(Total Production Maintenance)(TPM);(27)开放结构制造系统(Open Architecture Manufacturing System)(OAMS);(2

24、8)智能制造(Intelligent Manufacturing)(IM); 先进制造系统(续)(29)分形企业(Fractal Enterprise)(FE);(30)预计生产改进系统(Pre-Planned Product Improvement system)(P3IS);(31)企业资源计划(Enterprise Resource Planning)(ERP);(33)快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturing)(RPM);(34)自组织生产系统(Self-Organised Production System)(SOPS);先进制造系统(续)(35)可重组制造系统(Reconfigurable Manufacturing System)(RCMS);(36)大规模定制(Mass Customization)(MC);(37)全球制造(Global Manufacturing)(GM);(38)下一代制造系统(Next Generation Manufacturing System)(NGMS)信息化是机械工程发展的急需先进制造技术的发展趋势我国信息产业已驶上高速路（1）2000年上网户数为2250万户，2001年为4000万户，2008年5月底为2.2亿户, （2