先进制造技术2

先进制造技术绪论先进制造技术

★制造业的地位制造业是国民经济的支柱产业和经济增长发动机，是高技术产业化的载体和推动者，是吸纳劳动力就业和扩大出口的关键产业，是国家安全的重要保证。

★我国制造业的水平我国已成为制造业大国，但还不是制造业强国。

★制造业强国的标志国际水平的技术标准与法规国际水平的人才与教育体制自主技术创新及开发能力国际水平的制造企业国际水平的制造中心国际水平的先进装备制造绪论一、本门课程的作用制造业的主体功能二、制造业涉及的主体功能设计制造材料信息管理绪论三、本课程的有关说明

1.学时

本课程教材总学时大约45学时，课堂讲授30学时。

2.特点

本门课程的特点可归纳为：新、多、杂、变几个字。新是指本课程的内容大都是近10余年发展起来的技术。多和杂是指本课程内容多而且庞杂，结构不是十分清晰。变是指随着制造技术的发展，本教材中的一些内容，甚至是概念都有可能发生变化。基于上述特点，同学们除了进行课堂学习之外，还需要进行适当时间的自学，并要不断地了解先进制造技术新的发展。绪论第一章制造业与先进制造技术概论先进制造技术第一章目录★第一节制造行为的“三域”活动

★第二节制造理念的更新★第三节制造技术的创新策略★第四节自适应企业策略

制造业是一切生产和装配成品的企业群体的总称，制造业共包括30行业。

制造是指：第一节制造行为的“三域”活动第一章制造业与先进制造技术概论制造过程中的行为活动

加工物流

信息流三域

第一章制造业与先进制造技术概论一、加工域活动加工域活动是指直接改变零件形状、尺寸和性能的行为活动（工艺过程），是制造行为的基础域活动。

1.机械制造技术的主要类别增量制造立体光刻SLA分层实体制造LOM选择性激光烧结SLS熔融沉积成形FDM其它使用激光照射光敏树脂固化成形使用激光或刀片切割粘性层片层叠成形使用激光烧结粉末材料成形将热塑料通过喷嘴挤出后固化成形其它成形方式减量制造切削加工工电火花加加工电化学加加工其它通过去除除材料，，获得具具有一定定形状、、尺寸和和性能的的零件。。这一类别别的制造造方法，，仍是目目前机械械制造中中应用最最为普遍遍的。等量制造轧制板料成形形挤压锻造热轧、冷冷轧如弯曲、、拉延、、翻边等等通过模具具挤压成成形通过塑性性变形，，形成所所需要的的毛坯第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论相变过程铸造注塑成形形热处理将熔化的的金属注注入铸型型中凝固固成形将熔融的的塑料注注入模腔腔成形通过热处处理改变变材料的的性能第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论表面处理镀层表面合金金化改变残余余应力状状态离子溅射射……用化学或或物理方方法在基基体表面面镀上涂涂层如渗碳、、渗氮等等如喷丸、、表面挤挤压或滚滚压等用离子束束从表面面去除材材料或注注入材料料固化联结粉末冶金金复合材料料焊接粘接金属粉末末成形并并烧结如碳纤维维复合材材料通过局部部熔化而而形成材材料的连连接使用粘接接剂进行行密封或或连接第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论仿生加工原子操作作技术克隆制造造定向生长长这一类的的技术涉涉及生物物技术、、生命科科学、材材料科学学等多学学科领域域，是目目前最前前沿的技技术领域域之一，，也是研研究最为为活跃的的领域之之一。在硅基板板上定向向生长的的碳纳米米管用48个铁原子子排列在在铜表面面上形成成一个圆圆形围栏栏第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论纳米小车车纳米机器器人纳米差分分齿轮纳米泵第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论2.机械制造造技术发发展的主主要特点点传统加工减材加工制造死物他成形特种加工增材加工制造活物自成形3.先进制造造技术的的发展趋趋势数字化发展的核心高速化、精密化发展的关键极端化发展的焦点自动化发展的条件集成化发展的方法网络化发展的道路智能化发展的前景绿色化发展的必然第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论4.大制造的的涵义由下图可可知，制制造已不不仅仅指指基本制制造功能能，还包包含市场场分析、、生产计计划、营营销、服服务等功功能，这这就是所所谓的大大制造的的涵义。。人/组织机构生产管理局网外网门户网站网络经营管理决策系统产品CAPP机床量仪刀具工具CAD/CAM/CAE第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论二、物流流域活动动物流是物物料的流流动。物物流按物物料的性性质不同同分为工工件流、、工具流流和配套套流三种种。1.物流的概概念第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论工件流由原材料、半成品、成品构成工具流由刀具、夹具等构成配套流由托盘、辅助材料、备件等构成2.物流的发发展趋势势物流的5个“优””（right）服务：：把好的产品（Therightproduct）在规定的时间内（Attherighttime）规定的地点（Intherightplace）以需要的数量（Intherightquantity）合适的价格（Attherightprice）客户第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论3.物流域活活动的主主要装备备①夹具夹具是用用来对工工件进行行定位和和夹紧的的，这一一过程称称为安装装或装夹夹。夹具具的发展展方向是是高精、、高效、、模块、、组合、、通用、、经济。。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论②连续输输送装置置连续输送送装置是是用来将将物料沿沿固定路路线连续续移动的的装置。。如带式式输送系系统、槽槽式输送送系统、、辊子输输送系统统、随行行夹具返返回装置置等。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论③吊车和和卷扬机机吊车和卷卷扬机是是高架设设备，可可在有限限范围内内间歇地地移动物物品，如如行车、、悬臂吊吊、卷扬扬机等。。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论④运货车车手推车或或机动车车能沿可可变线路路移动物物料，如如手推车车、叉车车、电瓶瓶车等。。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论⑤自动导导向小车车（AGV）自动导向向小车（（AGVAutomatedGuidedVehicles）是一种种由计算算机控制制并按一一定程序序自动完完成运输输任务的的运输工工具。AGV的4项性能指指标：最最大载重重、最高高行驶速速度、准准停精度度和制导导方式。。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论⑥自动化化仓库柔性物流流系统以以自动化化中央仓仓库为中中心，依依据计算算机管理理系统的的信息，，实现毛毛坯、半半成品、、成品、、配套件件和工具具等的自自动存储储、自动动检索、、自动输输送等功功能。使用自动动仓库的的优势：：降低仓仓储成本本、提高高保管质质量、增增强市场场响应能能力、有有利于环环境保护护。第一章制制造业与先进进制造技术概概论⑦机器人物流中应用机机器人可用于于装卸工件、、传输物料等等第一章制制造业与先进进制造技术概概论第一章制制造业与先进进制造技术概概论三、信息域活活动处在信息化时时代的制造业业及制造系统统将会最大限限度的“数字字化”，信息息域活动亦可可认为是数字字化活动。1.设计过程的信信息域活动①设计的概念念什么是设计？？物体任一部分分的设计都应应满足功能需需求，且基于于艺术与工程程的结合。设计是创造一一个迄今尚不不存在的产品品（硬件、软软件或一个系系统）的过程程。设计是一个决决策过程。设计就是制作作原始计划、、草图和方案案等。第一章制制造业与先进进制造技术概概论②设计过程信信息域活动的的内容设计过程信息息域活动就是是将概念、构构思映射成数数字化物理模模型的过程，，这需要CAD系统的支持。。第一章制制造业与先进进制造技术概概论2.加工过程的信信息域活动加工过程就是是将设计对象象物化的过程程，在这一过过程中，会产产生大量诸如如力、热、变变形、误差等等物理信息。。对这些信息息进行采集、、处理和控制制的过程就是是加工过程信信息域的活动动。CNC技术是目前最最主要的先进进制造设备，，其原理如下下图所示：零件设计图编制零件加工程序CNC伺服驱动X轴伺服驱动Y轴伺服驱动Z轴手工自动第一章制制造业与先进进制造技术概概论加工过程信息息域的活动还还包括虚拟加加工中的数字字化仿真与分分析。3.物流过程的信信息域活动物流过程的信信息域活动，，包括对传输输装置数量与与布局的信息息、被传输物物料信息、经经济效益信息息等的监控与与管理。具体体内容如下：：系统布局及设设备、人员配配备系统运行模式式经济效益评估估物流设备的类类型、数量及及布局；自动动化中央仓库库的类型、库库容及布局刀库、工件缓缓冲站的大小小及布局；加加工设备的类类型、数量及及布局物料的运输路路线；工件运运输的调试策策略系统内托盘的的最大数量运输设备故障障率；系统的的持续运行时时间系统的投资规规模；系统的的资金周转；；刀具、夹具、、托盘的投资资生产成本信息息；投资效益益评估等第一章制制造业与先进进制造技术概概论第一章制制造业与先进进制造技术概概论4.管理中的信息息域活动管理中的信息息域活动就是是利用管理信信息系统（MIS）对各种管理理信息进行收收集、传输、、加工、存储储和使用的过过程。制造企业的管管理信息可分分为三大类：：企业管理人力资源管理财务管理物业资源管理第一章制制造业与先进进制造技术概概论人力资源管理培训计划绩效评估报酬管理人力资源管理人事管理人力资源测评……第一章制制造业与先进进制造技术概概论财务管理固定资产管理成本管理工资管理总账管理……第一章制制造业与先进进制造技术概概论物业资源管理计划管理车间管理制造技术管理库存管理采购管理质量管理设备管理销售管理……四、先进制造造技术的内涵涵与特征先进制造技术术（Advancedmanufacturingtechnology,AMT）尚无统一的的定义，一般般可以认为：：AMT是制造业不断断吸收机械、、电子、信息息、能源及现现代系统管理理等方面的成成果，并将其其综合应用于于产品设计、、制造、检测测、管理、销销售、使用及及服务乃至回回收的全过程程的新的制造造技术的总称称。AMT的主要特征是是：集成性多学科渗透、交叉、融合动态性每一域的先进技术都在继续发展数字化指模型数字化、信号数字化等可持续性能实现低消耗及绿色生产第一章制制造业与先进进制造技术概概论第二节制制造理念的更更新一、制造模式式制造模式指的的是制造系统统的构成及运运作方式。制制造系统的构构成及运作方方式，依赖于于制造技术的的进步，也依依赖于制造理理念的更新。。可以把制造业业的发展划分分为3个阶段：传统统制造、现代代制造、后现现代制造。其其生产理念也也随之不断更更新。对比制造业的发展现代制造阶段后现代制造阶段传统制造阶段以“产”为本的理念以“人”为本的理念以环境为本的理念第一章制制造业与先进进制造技术概概论制造理念以生产为本以人为本以环境为本生产方式以减量制造为主等量制造比例加大增量制造比例加大生产目标经济效益经济效益、社会效益生态效益、社会效益、经济效益竞争优势规模效益、价格质量、市场响应速度可持续发展资源配置方式自然资源、劳动、设备信息、资本技术、知识资源利用率低较高很高对环境的影响高较低很低核心技术机械加工技术信息、机电一体化技术纳米技术生产组织方式手工、机械、生产线自动化智能化、自动化制造时间长较短短制造灵活性刚性柔性柔性工序集中度分散倾向于工序集中工序集中制造尺度宏观宏观微观不同制造理念念的比较第一章制制造业与先进进制造技术概概论二、加工工艺艺系统在机械加工中中，由机床、、夹具、工件件和刀具组成成的系统称为为工艺系统（（machiningcomplex）。随着制造造模式的变化化工艺系统的的构成也有了了新的变化（（如图所示））。在虚拟制制造中整个工工艺系统都存存在于计算机机系统中。计算机人机床工件夹具刀具机床工件夹具刀具计算机虚拟工艺系统第一章制制造业与先进进制造技术概概论三、虚/实集成加工单单元Virtual/PracticalIntegratedMaterialProcessingCellV-CNC系统是一种通通用的数控仿仿真软件系统统，可对车、、铣等数控加加工进行仿真真和分析。虚虚/实集成加工单单元（VPIMPC）构成如图（P23）所示。第一章制制造业与先进进制造技术概概论应用虚/实集成加工单单元的优点是是避免机床碰碰撞、消除零零件试切、缩缩短生产周期期、延长刀具具寿命、提高高生产率、增增强竞争能力力。应用实例第一章制制造业与先进进制造技术概概论四、可持续制制造资源、环境和和人口是当今今全球关注的的三大热点问问题。可持续续发展已被公公认为21世纪的生产发发展模式。可持续发展是是指既能满足足社会当前的的需求，又不不危及子孙后后代满足其需需求的一种发发展模式。可持续发展的的程度可用人人口、物质生生活水平及环环境效率来定定量描述：其中：GDP/人口是指每个个人平均享有有的GDP，即人的物质质生活水平；；环境/GDP表示环境效率率，即产生一一份GDP消耗的环境资资源。第一章制制造业与先进进制造技术概概论要实现可持续续制造，需要要着重解决如如下问题。1.资源传递的延延伸技术通过再造工程程延长机器、、工具、零件件等的传递周周期，通过资资源循环利用用及废弃物再再利用，使资资源得到充分分利用，减少少对环境的冲冲击。2.生态型制造模模式所谓生态型制制造模式就是是在制造过程程中对环境影影响小，且资资源消耗少的的生产模式。。3.可持续制造工工厂可持续制造工工厂的建立，，各个国家都都仍处在探索索之中。它与与传统工厂相相比应具有这这样一些特点点：它是建立立在高科技基基础上面向21世纪的，能极极大地减少制制造过程中对对环境的冲击击，能最有效效地使资源得得到利用。第一章制制造业与先进进制造技术概概论五、大量定制制电子商务的发发展使数字化化定制生产不不仅变得必要要，而且也成成为可能。大量定制（masscustomization,MC）是21世纪的先进生生产模式，它它将定制生产产与大量生产产有机结合起起来，在满足足用户个性化化需求的同时时，保持较低低的生产成本本与较短的交交货期。1.大批量生产与与大量定制生生产方式的对对比大批量生产方式大量定制生产方式（MC）核心通过稳定的可控制的市场得到高的效益通过柔性和快速反应使产品多样化和定制化目标获得较低的生产成本，满足大多数人的需要提供足够多的产品和服务，以满足用户个性化的需求，并能使用户承担得起关键特性稳定的需求变化的需求大的、单一种类的市场不同类的产品，分化的市场低成本、相同质量的产品和服务低成本、高质量的定制化产品和服务很长的产品开发周期短的产品开发周期长的产品生命周期短的产品生命周期第一章制制造业与先进进制造技术概概论2.大量定制生产产的理论和方方法大量定制生产产是把多品种种单件小批生生产与大批量量生产的优点点集中起来，，解决多品种种单件小批生生产与大批量量生产的缺点点，适应现代代市场经济的的发展。大体体上说，大规规模定制生产产主要是基于于以下理论和和方法得以实实现其目标的的，如下图。。大批量生产①批量大，品种少；②效率高，成本低。单件小批生产①批量小，品种多；②效率低，成本高。协同产品商务（CPC）大量定制生产①产品设计模块化；②产品改进参数化；③组织机构扁平化；④生产制造客户化；⑤采购销售链接化；⑥竞争方式团队化。融合第一章制制造业与先进进制造技术概概论3.组织大量定制制生产应具备备的条件组织大量定制制生产应具备备以下条件：：①先进的技术术和设备；②扁平的、合合理的企业组组织结构；③全面支持产产品开发和制制造的集成信信息系统；④协同产品商商务(CPC)环境；⑤高素质的员员工。业务向导各子系统第一章制制造业与先进进制造技术概概论4.大量定制的分分类①协同定制通过企业与客客户的协同，，共同确定定定制的产品和和服务。②装饰定制在标准产品的的基础上，根根据客户的不不同要求，改改变包装和表表面装饰的定定制，如个性性挂历、个性性T恤衫等。③调整定制（（适应性定制制）企业提供一种种可调节的标标准定制产品品，用户根据据自己的需要要进行适应性性修改和重新新配置。如可可自己改变长长度的裤子。。④预测定制（（透明定制））在深入研究客客户需求的基基础上，根据据预测为客户户分别提供所所需的个性化化产品，客户户并不参与定定制过程。如如左撇子鼠标标。第三节制制造技术的创创新策略人类在20世纪取得了令令人瞩目的制制造技术成果果，其中数控控（NC）加工技术与与生长型制造造技术（MIM）是两项突破破性创新成果果。面对21世纪，制造技技术同样受到到可持续发展展策略、知识识经济、信息息化、数字化化技术的驱动动，并将以新新的面貌出现现在世人面前前，也迫使制制造技术人员员思考制造技技术创新问题题和创新策略略。科学技术创新基础（原创）型创新复合（集成）型创新改进型创新一、制造技术术创新的空间间与动力可持续发展是是制造技术创创新的动力与与空间。第一章制制造业与先进进制造技术概概论我国制造业面面临的问题产品档次、技术含量低，制造业仍处在全球产业链的低端。在过去25年中，中国经济增长的75％来自原材料、劳动力和资本投入的增加，特别是制造业。与国际水平制造工厂有很大的差距。解决上述问题依靠制造业的的技术创新二、制造技术术创新的基础础知识是制造技技术创新的基基础。第一章制制造业与先进进制造技术概概论计算机技术信息技术网络技术激光技术纳米技术材料科学控制理论……集成融合改进新的制造技术术三、制造技术术创新的手段段数字化是制造造技术创新的的主要手段。。数字化的核心心是离散化，，如何将自然然界的连续物物理现象、模模糊的不确定定现象，以及及人的经验与与技能等离散散化，进而实实现数字化。。继计算几何、、计算力学问问世之后，计计算切削工学学、计算制造造、数字化制制造、新型材材料零件数字字化设计与制制造等陆续被被提出，明显显地看出数字字化是技术创创新的重要手手段，前述的的20世纪两大突破破性创新，数数字化也起到到了重要的作作用。计算机网络为为数字化信息息的传递、为为实现“光速速贸易”提供供了技术手段段。计算机网网络也为实现现全球化制造造，基于网络络的制造提供供了物质保证证，这不仅有有利于参与市市场竞争，促促进设备资源源的共享，更更有利于快速速获得制造技技术信息，激激发创新灵感感，是实现数数字化制造的的重要保证。。第一章制制造业与先进进制造技术