制造业与先进制造技术-课件

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主要内容1.1制造业的发展与挑战主要内容1第一节制造业的发展与挑战1.1.1制造与制造业1.1.2制造业的地位和作用1.1.321世纪制造业面临的挑战和特征第一节制造业的发展与挑战2

包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产管理过程、市场营销、售前售后服务、报废后的回收处理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生产车间内与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量3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4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6.908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51.1.2制造业的地位和作用三大产业农林牧业,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1.1.2制造业的地位和作用三大产业农林牧业,工业，服务业6一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一个国家经济发展的支柱制造业7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提供人们衣、食、住、行物质消费制造业的作用81.1.3当前制造业面临的挑战和特征提高生产率，实现经济增长的驱动器工业经济时代工业经济时代知识经济时代当前时代知识经济时代生产要素：资本和劳动力生产要素：知识、资本和劳动力知识1.1.3当前制造业面临的挑战和特征提高生产率，实现经济9快速响应市场能力的挑战－全部制造环节并行实现打破组织、地域和时间壁垒的挑战－技术资源的集成信息时代的挑战－信息向知识的转变（信息的收集、储存、分析、发布和应用）有限的资源和日益增长的环保压力的挑战－可持续发展（减少污染、合理资源利用）制造全球化和贸易自由化的挑战－可重组工程技术创新的挑战－全新制造工艺和产品的开发制造业面临的六大挑战快速响应市场能力的挑战－全部制造环节并行实现制造业面临的六大1060年代-生产规模的扩大70年代-生产成本的降低80年代-产品质量的提高90年代-市场响应速度21世纪-技术创新制造型企业追求的目标60年代-生产规模的扩大制造型企业追求的目标11不确定性：消费需求非大量化、分散化、个性化；技术更新换代加快；市场不可控制因素增多市场的国际化和全球化：世界贸易组织的成立、欧元计划的启动、亚大经济合作组织、北美经济一体化联盟新兴产业的崛起：如：软件产业、环境产业的发展

市场质的短缺和动态的非均衡：未来市场的调节表现为价格和质量的权衡，依赖于新产品出现后价格的调整虚拟市场和代理制是未来市场重要形式：网络销售制造业的市场特征不确定性：消费需求非大量化、分散化、个性化；技术更新换代加快12个性化和多样化产品制造定制化、模块化，满足不同消费者喜好寿命周期不断缩短摩尔定律-芯片性能每18个月提高1倍，价格却保持不变智能化包括产品自身智能和生产设施工具的智能绿色产品全寿命周期无污染、低资源消耗和可回收利用制造业的产品特征个性化和多样化产品制造定制化、模块化，满足不同消费者喜好制13满足个性需求成为企业经营宗旨制造硬件资源可重构性成为企业装备的显著特点人力资源是未来企业资源的核心要素企业的国际化是发挥自身优势，实现专业化生产的前提虚拟企业和团队能力是21世纪企业的核心竞争优势企业文化氛围的形成和创新充分体现人的价值，将成为本世纪企业永恒的追求本土化是21世纪企业的重要特征未来制造型企业的特征满足个性需求成为企业经营宗旨未来制造型企业的特征14第二节先进制造技术的提出和进展

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

及其发展计划第二节先进制造技术的提出和进展15手工→机械化→单机自动化→刚性自动化→柔性自动化→智能自动化

1.2.1制造技术的进步和发展制造业生产方式制造业资源配置劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集制造技术小批量→少品种大批量→多品种变批量手工→机械化→单机自动化→刚性自动化→柔性自动化→智能自动化16制造技术的发展阶段工场式生产时期--18世纪后半叶，完成手工作坊到以分工原则的工厂生产的转变工业化规模生产时期--19世纪，实现了批量工业化规范生产刚性自动化发展时期--20世纪初，以大批量生产为模式的刚性自动化柔性自动化发展时期--二战之后，多品种小批量柔性自动化生产模式，包括NC、CNC、FMC、FMS等。综合自动化发展时期-自80年代,CAD/CAM/CAP/CAE/CAT；MRP,MRPⅡ,ERP,TQM；DNC,CNC,FMC/FMS,ROBOT；CIMS,CE,LP制造技术的发展阶段工场式生产时期--18世纪后半叶，完成手工17社会经济发展背景消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短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1.2.2先进制造技术产生背景社会经济发展背景消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周18制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展现代制造业成为技术密集、知识密集型产业信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响科学技术发展背景可持续发展战略资源匮泛，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19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智能制造计划：1990年提出。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日本先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造系20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盟尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲21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第三节先进制造技术的内涵和体系结构221.3.1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23

1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类1994年美国联邦科学工程技术委员会将先进制造技术分为：主体技术群设计技术群制造工艺技术群支撑技术群管理基础技术群体系结构

1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类1994年24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国内学者对先进制造技术的划分25现代设计技术：现代设计方法、产品可信性设计、设计自动化技术先进制造工艺：高效精密成形技术、高效高精度切削加工工艺、现代特种加工工艺、现代表面工程技术。加工自动化技术：数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术现代生产管理技术：MRPII(制造资源计划)\ERP（企业资源计划\PDM（产品数据管理）先进制造生产模式：CIM（计算机集成制造）、CE（并行工程）、AM（敏捷制造）、IM（智能制造）、LP（精益生产）1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类先进制造技术的分类现代设计技术：现代设计方法、产品可信性设计、设计自动化技术126协同论信息论方法论控制论系统论数控技术材料技术计算机技术管理技术能源技术检测技术机械制造技术网络数据库技术设计方法学技术自动控制技术材料成形技术微电子技术拆卸系统物料系统检测系统转换系统分配系统输送系统质量管理系统工程监控系统过程管理系统工程设计系统加工系统装配系统物质系统信息系统能量系统制造系统协同论信息论方法论控制论系统论数控技术材料技术计算机技术管理27第四节本课程主要内容及教科书

1.4.1本课程的主要内容1.4.2本课程的主要特征

1.4.3教科书与参考书第四节本课程主要内容及教科书281.4.1本课程主要内容第一部分：先进制造技术概论1、现代设计技术2、先进制造工艺技术3、制造自动化技术4、现代生产管理技术5、先进生产制造模式第二部分：汽车先进制造技术应用实例1、汽车轻量化技术2、汽车循环利用与再制造技术1.4.1本课程主要内容第一部分：先进制造技术概论291.4.2本课程的主要特征1、时效性（演变、递进）2、开放性（讨论、争论）3、针对性（机械制造——汽车制造）4、系统性（产品形成的全过程）1.4.2本课程的主要特征1、时效性（演变、递进）30●整车企业80%的精力用于制造过程——第一汽车制造厂，第二汽车制造厂●整车企业运用当今最先进、最成熟的制造技术——适应于大批量、低成本生产方式●高性能的整车不断要求零部件生产企业提升技术水平——拉动行业发展●整车企业80%的精力用于制造过程——第一汽车制造厂311.4.3教科书和参考书（1）教材

王隆太主编先进制造技术机械工业出版社，2010（2）参考书1）（美）P.K.迈利克等著，于京诺等译.汽车轻量化——材料、设计与制造机械工业出版社，20122）刘光复刘志峰等编著.绿色设计与绿色制造.机械工业出版社，20071.4.3教科书和参考书（1）教材32本章小结介绍了制造、制造系统与制造业基本概念，阐述了制造业在国民经济中作用地位，分析了制造业在新世纪所面临的6大机遇与挑战以及市场特征；制造技术从18世纪至今经历了5个发展时期。20世纪80年代末，在市场激烈竞争背景下首先由美国提出了先进制造技术策略，迅速得到各工业国家的响应。先进制造技术与传统制造技术比较具有系统性、广泛性、集成性、动态性、实用性特征。先进制造技术被分为：现代设计技术、先进制造工艺、工自动化技术、现代生产管理技术、先进制造生产模式。本章小结331.1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主要内容1.1制造业的发展与挑战主要内容34第一节制造业的发展与挑战1.1.1制造与制造业1.1.2制造业的地位和作用1.1.321世纪制造业面临的挑战和特征第一节制造业的发展与挑战35

包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产管理过程、市场营销、售前售后服务、报废后的回收处理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生产车间内与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量36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37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6.908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381.1.2制造业的地位和作用三大产业农林牧业,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1.1.2制造业的地位和作用三大产业农林牧业,工业，服务业39一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一个国家经济发展的支柱制造业40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提供人们衣、食、住、行物质消费制造业的作用411.1.3当前制造业面临的挑战和特征提高生产率，实现经济增长的驱动器工业经济时代工业经济时代知识经济时代当前时代知识经济时代生产要素：资本和劳动力生产要素：知识、资本和劳动力知识1.1.3当前制造业面临的挑战和特征提高生产率，实现经济42快速响应市场能力的挑战－全部制造环节并行实现打破组织、地域和时间壁垒的挑战－技术资源的集成信息时代的挑战－信息向知识的转变（信息的收集、储存、分析、发布和应用）有限的资源和日益增长的环保压力的挑战－可持续发展（减少污染、合理资源利用）制造全球化和贸易自由化的挑战－可重组工程技术创新的挑战－全新制造工艺和产品的开发制造业面临的六大挑战快速响应市场能力的挑战－全部制造环节并行实现制造业面临的六大4360年代-生产规模的扩大70年代-生产成本的降低80年代-产品质量的提高90年代-市场响应速度21世纪-技术创新制造型企业追求的目标60年代-生产规模的扩大制造型企业追求的目标44不确定性：消费需求非大量化、分散化、个性化；技术更新换代加快；市场不可控制因素增多市场的国际化和全球化：世界贸易组织的成立、欧元计划的启动、亚大经济合作组织、北美经济一体化联盟新兴产业的崛起：如：软件产业、环境产业的发展

市场质的短缺和动态的非均衡：未来市场的调节表现为价格和质量的权衡，依赖于新产品出现后价格的调整虚拟市场和代理制是未来市场重要形式：网络销售制造业的市场特征不确定性：消费需求非大量化、分散化、个性化；技术更新换代加快45个性化和多样化产品制造定制化、模块化，满足不同消费者喜好寿命周期不断缩短摩尔定律-芯片性能每18个月提高1倍，价格却保持不变智能化包括产品自身智能和生产设施工具的智能绿色产品全寿命周期无污染、低资源消耗和可回收利用制造业的产品特征个性化和多样化产品制造定制化、模块化，满足不同消费者喜好制46满足个性需求成为企业经营宗旨制造硬件资源可重构性成为企业装备的显著特点人力资源是未来企业资源的核心要素企业的国际化是发挥自身优势，实现专业化生产的前提虚拟企业和团队能力是21世纪企业的核心竞争优势企业文化氛围的形成和创新充分体现人的价值，将成为本世纪企业永恒的追求本土化是21世纪企业的重要特征未来制造型企业的特征满足个性需求成为企业经营宗旨未来制造型企业的特征47第二节先进制造技术的提出和进展

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

及其发展计划第二节先进制造技术的提出和进展48手工→机械化→单机自动化→刚性自动化→柔性自动化→智能自动化

1.2.1制造技术的进步和发展制造业生产方式制造业资源配置劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集制造技术小批量→少品种大批量→多品种变批量手工→机械化→单机自动化→刚性自动化→柔性自动化→智能自动化49制造技术的发展阶段工场式生产时期--18世纪后半叶，完成手工作坊到以分工原则的工厂生产的转变工业化规模生产时期--19世纪，实现了批量工业化规范生产刚性自动化发展时期--20世纪初，以大批量生产为模式的刚性自动化柔性自动化发展时期--二战之后，多品种小批量柔性自动化生产模式，包括NC、CNC、FMC、FMS等。综合自动化发展时期-自80年代,CAD/CAM/CAP/CAE/CAT；MRP,MRPⅡ,ERP,TQM；DNC,CNC,FMC/FMS,ROBOT；CIMS,CE,LP制造技术的发展阶段工场式生产时期--18世纪后半叶，完成手工50社会经济发展背景消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短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1.2.2先进制造技术产生背景社会经济发展背景消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周51制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展现代制造业成为技术密集、知识密集型产业信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响科学技术发展背景可持续发展战略资源匮泛，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52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智能制造计划：1990年提出。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日本先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造系53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盟尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲54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第三节先进制造技术的内涵和体系结构551.3.1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56

1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类1994年美国联邦科学工程技术委员会将先进制造技术分为：主体技术群设计技术群制造工艺技术群支撑技术群管理基础技术群体系结构

1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类1994年57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国内学者对先进制造技术的划分58现代设计技术：现代设计方法、产品可信性设计、设计自动化技术先进制造工艺：高效精密成形技术、高效高精度切削加工工艺、现代特种加工工艺、现代表面工程技术。加工自动化技术：数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术现代生产管理技术：MRPII(制造资源计划)\ERP（企业资源计划\PDM（产品数据管理）先进制造生产模式：CIM（计算机集成制造）、CE（并行工程）、AM（敏捷制造）、IM（智能制造）、LP（精益生产）1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类先进制造技术的分类现代设计技术：现代设计方法、产品可信性设计、设计自动化技术159协同论信息论方法论控制论系统论数控技术材料技术计算机技术管理技术能源技术检测