先进制造技术概述2

先进制造技术第一章概述第一节制造业的发展概况制造（Manufacturing）：是一种将物料、能量、资金、人力资源、信息等有关资源，按照社会的需求，转变为新的、有更高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源的行为和过程。国际生产工程研究学会（CIRP）定义：“制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称”“6+1”产业价值链中，“1”是纯粹的制造业，“6”是产品设计、原料采购、仓储运输、订单处理、批发经营和零售。以美国为主导的国际分工把“6+1”里面最差的“1”放在中国，而“1”是不需要大学生的，真正需要大学生的是“6”。（1的利润仅有10%而已。）——了解几个基本概念制造系统（MS）：制造过程及其所涉及的硬件（包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置）以及有关的软件（包括制造理论、制造工艺、制造方法和制造信息等），组成了一个具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。CIRP的定义：制造系统是制造业中形成制造生产的有机整体，在机电工程生产中，制造系统具有设计、生产、发运和销售的一体化功能。制造技术（ManufacturingTechnology）：是按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，使原材料转变为产品的技术总称。也可以说是完成制造活动所需的一切手段的总和。制造业（Manufactury）：是所有与制造活动有关的实体或企业机构的总称。作用：一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步提供先进的手段和装备。是国民经济和综合国力的支柱产业。第一、二、三产业的划分第一产业农业、林业、渔业、畜牧业、矿业、采石业、石油业第二产业航天航空；纺织、服装；汽车；冶金、钢铁；食品、饮料；建材、家具；化工、石油精炼；计算机、半导体；建筑；日用消费品；电器；装备、重型机械；金属制品；玻璃、陶瓷；造纸；制药；塑料制品；能源、电力。出版；橡胶；第三产业银行、通信、教育、娱乐、金融服务、政府、医疗保健、旅馆、咨询、保险、法律机构、房地产、修理与维护、餐饮、商业（零售业和批发业）、旅游、交通运输。第一产业农业、林业、渔业、畜牧业、矿业、采石业、石油业第二产业航天航空；纺织、服装；汽车；冶金、钢铁；食品、饮料；建材、家具；化工、石油精炼；计算机、半导体；建筑；日用消费品；电器；装备、重型机械；金属制品；玻璃、陶瓷；造纸；制药；塑料制品；能源、电力；出版；橡胶。第三产业银行、通信、教育、娱乐、金融服务、政府、医疗保健、旅馆、咨询、保险、法律机构、房地产、修理与维护、餐饮、商业（零售业和批发业）、旅游、交通运输。第一、二、三产业的划分制造业的社会功能制造业建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械动力机械纺织服装整个制造业及其技术的发展时期工具制造特征对象制造模式农业社会石器铜器铁器自然界地表层的天然物质资源手工制造工业社会机器地下的石油、矿产资源、生活生产用品机器制造、机械化流水线制造、自动化制造信息社会计算机新技术有形资源：分子、原子、纳米级；无形资源：信息、知识现代制造、柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造、纳米制造、生物制造从生产灵活性看制造模式的变迁生产灵活性年份手工生产英式系统美式系统大批量制造泰勒制造统计过程控制数控柔性制造计算机集成制造未来制造系统1800183119001950197019871991制造业近代的三个发展阶段1、机器代替手工，从作坊形成工厂

18世纪后半叶，以蒸汽机和工具机的发明为特征的产业革命，揭开了近代工业的历史，促成了制造企业的雏形——工场式生产的出现。标志着制造业已完成从手工业作坊式生产到以机械加工厂和分工原则为中心的工厂生产的艰难转变。

20世纪初，各种金属切削加工工艺方法逐渐形成，近代制造技术已成体系。但是机器的生产方式是作坊式的单件生产，它产生于英国，在19世纪先后传到德国和美国，并在美国首先形成了小型的机械加工厂。2、从从单单件件生生产产方方式式发发展展成成大大量量生生产产方方式式泰勒勒首首先先提提出出了了以以劳劳动动分分工工和和计计件件工工资资制制为为基基础础的的科科学学管管理理，，成成为为制制造造工工程程科科学学的的奠奠基基人人。。福特特首首先先推推行行所所有有零零件件都都按按照照一一定定的的公公差差要要求求来来加加工工（（零零件件互互换换技技术术）），，实实现现了了以以刚刚性性自自动动化化为为特特征征的的大大量量生生产产方方式式，，它它对对社社会会结结构构、、劳劳动动分分工工、、教教育育制制度度和和经经济济发发展展，，都都产产生生了了重重大大的的作作用用。。20世纪纪50年代代，，零零件件互互换换技技术术发发展展到到了了顶顶峰峰。。3、柔柔性性化化、、集集成成化化、、智智能能化化和和网网络络化化的的现现代代制制造造技技术术：：（1）单单件件小小作作坊坊式式生生产产加加高高度度的的个个人人制制造造技技巧巧，，大大量量的的机机械械化化刚刚性性规规模模生生产产加加一一体体化化的的组组织织生生产产模模式式，，再再加加细细化化的的专专业业分分工工。。（2）制制造造技技术术的的界界限限分分明明及及其其专专业业的的相相互互独独立立。。（3）制制造造技技术术一一般般仅仅指指加加工工制制造造的的工工艺艺方方法法，，即即制制造造全全过过程程中中某某一一段段环环节节的的技技术术方方法法。。（4）制制造造技技术术一一般般只只能能控控制制生生产产过过程程中中的的物物料料流流和和能能量量流流。。（5）制制造造技技术术与与制制造造生生产产管管理理的的分分离离。。现代代制制造造及及其其技技术术的的发发展展特特点点（1）在在市市场场需需求求不不断断变变化化的的驱驱动动下下，，制制造造的的生生产产规规模模沿沿着着以以下下方方向向发发展展：：小小批批量量→→少少品品种种大大批批量量→→多多品品种种变变批批量量。。（（2）在在科科技技高高速速发发展展的的推推动动下下，，制制造造业业的的资资源源配配置置呈呈现现出出从从劳劳动动密密集集型型→→设设备备密密集集型型→→信信息息密密集集型型→→知知识识密密集集型型变变化化。。（（3）生生产产方方式式上上，，其其发发展展过过程程是是：：手手工工→→机机械械化化→→单单机机自自动动化化→→刚刚性性流流水水自自动动线线→→柔柔性性自自动动线线→→智智能能自自动动化化。。现代代制制造造及及其其技技术术的的发发展展特特点点（4）在在制制造造技技术术和和工工艺艺方方法法上上，，现现代代制制造造在在发发展展中中，，表表现现为为：：重视视必必不不可可少少的的辅辅助助工工序序，，如如加加工工前前后后处处理理；；重视视工工艺艺装装备备，，使使制制造造技技术术成成为为集集工工艺艺方方法法、、工工艺艺装装备备和和工工艺艺材材料料为为一一体体的的成成套套技技术术；；重视视物物流流、、检检验验、、包包装装及及储储藏藏，，使使制制造造技技术术成成为为覆覆盖盖加加工工全全过过程程（（设设计计、、生生产产准准备备、、加加工工制制造造、、销销售售和和维维修修，，甚甚至至再再生生回回收收））的的综综合合技技术术，，不不断断发发展展优优质质高高效效低低耗耗的的工工艺艺及及加加工工方方法法，，以以取取代代落落后后工工艺艺；；不断断吸吸收收微微电电子子、、计计算算机机和和自自动动化化等等高高新新技技术术成成果果，，并并实实现现上上述述技技术术的的局局部部或或系系统统集集成成。。形形成成从从单单机机到到自自动动生生产产线线等等不不同同档档次次的的自自动动化化制制造造系系统统。。现代制造造及其技技术的发发展特点点（5）引入工工业工程程和并行行工程（（ConcurrentEngineering，CE）概念，，强调系系统化及及其技术术和管理理的集成成，将技技术和管管理有机机地结合合在一起起，引入入先进的的管理模模式，使使制造技技术及制制造过程程成为覆覆盖整整个产品品生命周周期，包包含物质质流、能能量流和和信息流流的系统统工程。。先进制造造技术产产生的背背景20世纪80年代末，，国际上上提出了了先进制制造技术术（AdvancedManufacturingTechnology，AMT）的新概概念。AMT最早源于于美国。。由于美美国长期期受强调调基础研研究的影影响，忽忽视制造造技术的的发展，，到20世纪70年代日本本和德国国经济济恢复时时，美国国制造业业遇到了了强有力力的挑战战；20世纪80年代初期期，美国国一批有有识之上上相继发发表言论论，对美美国制造造业的衰衰退进行行了反思思，强调调了制造造技术与与国民经经济及及国力的的至关重重要的相相依关系系，强调调了制造造技术的的重要性性。克林顿政政府制定定了国家家关键技技术计划划，并对对其技术术政策做做了重大大调整。。先进制制造技术术也就是是在这这样一个个社会经经济背景景下出台台了。AMT在诸多国国家和地地区得到到广泛的的应用。。先进制造造技术在在我国的的发展状状况具体表现现在以下下10个方面：：1、计算机机辅助设设计（CAD）技术普普及化2、快速原原型制造造技术由由起步迈迈向成熟熟，应用用初具规规模3、精密成成形与加加工技术术水平显显著提高高，在汽汽车零部部件、重重大装配配制造中中获得广广泛应用用。4、热加工工工艺模模拟优化化技术取取得重要要进展，，使材料料热加工工由“技技艺”走走向“科科学”。。5、激光加加工在基基础研究究和技术术开发方方面有实实质性进进展，产产业应用用获得经经济效益益。6、数控技技术取得得重要进进展，国国内市场场占有率率有所提提高。7、现场总总线智能能仪表研研究开发发获重要要进展，，应用已已有一定定的基础础。8、微型机机械研究究进展迅迅速，标标志着先先进制造造技术正正向微观观领域扩扩展。9、现代集集成制造造系统研研究和应应用取得得突破，，在国际际上占有有一席之之地。10、新生产产模式的的研究和和实践具具有特色色，推动动了中国国制造业业的技术术进步和和管理现现代化。。第二节先先进制制造技术术的内涵涵及特点点先进制造造技术的的定义“先进制制造技术术是制造造业不断断吸收信信息技术术及现现代化管管理等方方面的成成果，并并将其综综合应用用于产品品设计、、制造、、检测、、管理、、销售、、使用、、服务乃乃至回收收的制造造全过程程，以实实现优质质、高效效、低耗耗、清洁洁、灵活活生产产，提高高对动态态多变的的产品市市场的适适应能力力和竞争争能力的的制造技技术的总总称”。。先进制造造技术的的内涵及及技术构构成内涵：““使原材材料成为为产品而而采用的的一系列列先进技技术”，，其外延延则是一一个不断断发展更更新的技技术体系系，不是是固定模模式，它它具动态态性和相相对性，，因此，，不能简简单地理理解为就就是CAD、CAM、、FMS、CIMS等等各项具具体的技技术。先进制造造技术在在不同发发展水平平的国家家和同一一国家的的不同发发展阶段段，有不不同的技技术内涵涵和构成成，对我我国而言言，它是是一个多多层次的的技术群群。其内内涵和层层次及其其技术构构成如图图先进制造造技术构构成1、基础技技术第一层次次是优质质、高效效、低耗耗、清洁洁基础制制造技术术。经过过优化的的基础工工艺如铸铸造、锻锻压、焊焊接、热热处理、、表面保保护、机机械加工工等。2、新型的的制造单单元技术术第二个层层次是新新型的先先进制造造单元技技术。这这是在市市场需求求及新兴兴产业的的带动下下，制造造技术与与电子、、信息、、新材料料、新能能源、环环境科学学、系统统工程、、现代管管理等高高新技术术结合而而形成的的崭新的的制造技技术。3、集成成技术术第三个个层次次是先先进制制造集集成技技术。。这是是应用用信息息、计计算机机和系系统管管理技技术对对上述述两个个层次次的技技术局局部或或系统统集成成而形形成的的先进进制造造技术术的高高级阶阶段。。如：：FMS、CIMS、IMS等。以上三三层次次都是是先进进制造造技术术的组组成部部分，，但其其中每每一个个层次次都不不等于于先进进制造造技术术的全全部。。先进制制造技技术的的特点点1、先进进性先进制制造技技术的的核心心和基基础是是经过过优化化的先先进工工艺（（优质质、高高效、、低耗耗、清清洁工工艺）），它它从传传统制制造工工艺发发展起起来，，并与与新技技术实实现了了局部部或系系统集集成。。2、广泛泛性先进制制造技技术不不是单单独分分割在在制造造过程程的某某一环环节，，而是是将其其综合合运用用于制制造的的全过过程，，它覆覆盖了了产品品设计计、生生产设设备、、加工工制造造、销销售使使用、、维修修服务务，甚甚至回回收再再生的的整个个过程程。3、实用用性先进制制造技技术的的发展展针对对某一一具体体制造造目标标（如如汽车车制造造、电电子工工业））的需需求，，而发发展起起来的的先进进、适适用技技术，，有明明确的的需求求导向向；不不以追追求求技术术高新新度为为目的的，注注重最好的的实践践效果果，提高高企业业竞争争力和和促进进国家家经济济增长长和综综合实实力为为目标标。4、集成成性先进制制造技技术由由于专专业、、学科科间的的不断断渗透透、交交叉、、融合合，界界限逐逐渐淡淡化甚甚至消消失，，技术术趋于于系统统化、、集成成化，，已发发展成成为集集机械械、电电子、、信息息、材材料和和管理理技术术为一一体的的新兴兴交叉叉学科科，因因此可可以称称其为为“制制造工工程””。5、系统统性随着微微电子子、信信息技技术的的引入入，先先进制制造技技术能能驾驭驭信息息生成成、采采集、、传递递、反反馈、、调整整的信信息流流动过过程。。先进进制造造技术术是可可以驾驾驭生生产过过程的的物质质流、、能量量流和和信息息流的的系统统工程程。6、动态态性它不断断地吸吸收各各种高高新技技术成成果，，将其其渗透透到企企业生生产的的所有有领域域和产产品寿寿命循循环的的全过过程，，实现现优质质、高高效、、低耗耗、清清洁、、灵活活的生生产。。第三节节先先进制制造技技术的的体系系结构构及分分类体系结结构：：三个技技术群群：①主体体技术术群；；②支撑撑技术术群；；③制造造技术术环境境。这三个个技术术群相相互联联系、、相互互促进进，组组成一一个完完整的的体系系，每每个部部分均均不可可缺少少，否否则就就很难难发挥挥预期期的整整体功功能效效益。。先进制制造技技术的的分类类现代设设计技技术先进制制造工工艺技技术制造自自动化化技术术系统管管理技技术现代设设计技技术计算机机辅助助设计计技术术有限元元法、、优化化设计计、反反求工工程、、模糊糊智能能CAD、工程程数据据库等等。性能优优良设设计基基础技技术可靠性性设计计；安安全性性设计计；动动态分分析与与设计计；防防断裂裂设计计；疲疲劳设设计；；防腐腐蚀设设计；；减摩摩和耐耐磨损损设计计；健健壮设设计；；耐环环境设设计；；维修修性设设计和和维修修性保保障设设计；；测试试性设设计；；人机机工程程设计计等。。竞争优优势创创建技技术快速响响应设设计；；智能能设计计；仿仿真与与虚拟拟设计计；工工业设设计；；价值值工程程设计计；模模块化化设计计等。。全寿命命周期期设计计技术术并行设设计；；面向向制造造的设设计；；全寿寿命周周期设设计。。可持续续性发发展产产品设设计技技术主要有有绿色色设计计设计试试验技技术产品可可靠性性试验验；产产品环环保性性能试试验与与控制制、仿仿真试试验与与虚拟拟试验验先进制制造工工艺技技术（1）精密密洁净净铸造造成形形工艺艺外热冲冲天炉炉熔炼炼、处处理、、保护护成套套技术术；钢钢液精精炼与与保护护技术术；近近代化化学固固化砂砂铸造造工艺艺；高高效金金属型型铸造造工艺艺与设设备；；气化化膜铸铸造工工艺与与设备备：铸铸造成成形工工艺模模拟和和工艺艺CAD。（2）精确确高效效塑性性成形形工艺艺热锻生生产线线成套套技术术；精精密辊辊锻和和楔横横轧技技术；；大型型覆盖盖件冲冲压成成套技技术；；精密密冲裁裁工艺艺；超超塑和和等温温成形形工艺艺；锻锻造成成形模模拟和和工艺艺CAD等。（3）优质质高效效焊接接及切切割技技术新型焊焊接电电源及及控制制技术术；激激光焊焊接技技术；；优质质高效效低稀稀释率率堆焊焊技术术；精精密焊焊接技技术；；焊接接机器器人；；现代代切割割技术术；焊焊接过过程的的模拟拟仿真真与专专家系系统。。先进制制造工工艺技技术（（续））（4）优质质低耗耗洁净净热处处理技技术可控气气氛热热处理理；真真空热热处理理；离离子热热处理理；激激光表表面合合金化化；可可控冷冷却。。（5）高效高精精机械加工工工艺精密加工和和超精密加加工；高速速磨削；变变速切削；；复杂型面面的数控加加工；游离离磨料的高高效加工等等。（6）现代特种种加工工艺艺包括：激光光加工；复复合加工；；微细加工工和纳米技技术；水力力加工等。。先进制造工工艺技术（（续）（7）新型材料料成形与加加工工艺新型材料的的铸造成形形；新型材材料的塑性性成形；新新型材料的的焊接；新新型材料的的热处理；；新型材料料的机械加加工。（8）优质清洁洁表面工程程新技术化学镀非晶晶态技术；；新型节能能表面涂装装技术；铝铝及铝合金金表面强化化处理技术术；超声速速喷涂技术术；热喷涂涂激光表面面重熔复合合处理技术术；等离子子化学气相相沉积技术术；离子辅辅助沉积技技术（9）快速模具具制造技术术锻模CAD／CAM一体化技术术；快速原原型制造技技术等。制造自动化化技术制造自动化化是指用机电电设备工具具取代或放放大人的体体力，甚至至取代和延延伸人的部部分智力，，自动完成成特定的作作业，包括括物料的存存储、运输输、加工、、装配和检检验等各个个生产环节节的自动化化。是机械械制造业最最重要的基基础技术之之一。包括括：（1）数控技术术数控装置；；送给系统统和主轴系系统；数控控机床的程程序编制。。（2）工业机器器人机器人操作作机；机器器人控制系系统；机器器人传感器器；机器人人生产线总总体控制。制造自动化化技术（续续）（3）柔性制造造系统（FMS）FMS的加工系统统；FMS的物流系统统；FMS的调度与控控制，FMS的故障诊断断。（4）自动检测测及信号识识别技术自动检测CAT；信号识别别系统；数数据获取；；数据处理理；特征提提取；识别别。（5）过程设备备工况监测测与控制过程监视控控制系统；；在线反馈馈质量控制制。系统管理理技术（1）先进制制造生产产模式现代集成成制造系系统CIMS、敏捷制制造系统统AMS、智能制制造系统统IMS、精良生生产LP以及并行行工程CE等先进的的生产组组织管理理和控制制方法。。（2）集成管管理技术术并行工程程CE；物料需需求计划划MRP与准时制制生产JIT的集成—生产组织织方法；；基于作作业的成成本管理理ABC；现代质质量保障障体系；；现代管管理信息息系统；；生产率率工程；；制造资资源的快快速有效效集成。。（3）生产组组织方法法虚拟公司司理论与与组织；；企业组组织结构构的变革革；以人人为本的的团队建建设；企企业重组组工程。。第四节、、先进制制造技术术的发展展趋势未来制造造业发展展的重要要特征是是向全球化、、网络化化、虚拟拟化方向发展展未来先进进制造技技术发展展的总趋趋势是向向精密化、、柔性化化、虚拟拟化、网网络化、、智能化化、敏捷捷化、清清洁化、、集成化化及管理理创新的方向发发展趋势一：：传统制制造技术术向高效效化、敏敏捷化、、清洁化方方向发展展1、向高效效化方向向发展随着精度度补偿、、应用软软件、传传感器、、自动控控制、新新材料和和机电一一体化等等技术的的发展，，工艺装装备在数数控化的的基础上上进一步步向生产产自动化化、作业业柔性化化、控制制智能化化方向发发展，可可对传统统工艺技技术加以以优化和和革新。。2、向敏捷捷化方向向发展进入20世纪90年代以来来，因为为竞争全全球化、、贸易自自由化、、需求多多样化，，产品生生产朝多多品种小小批量方方向发展展，面向向并行工工程的设设计、虚虚拟制造造的设计计、全全寿命周周期设计计、CAD／CAM／CAPP一体化技技术等敏敏捷设计计制造技技术与系系统将在在今后若若干年内内得到长长足发展展。3、向清洁洁化方向向发展保护环境境、节约约资源已已成为全全球密切切关注的的焦点，，为此发发达国家家正积极极倡导““绿色制制造”和和“清洁洁生产””，大力力研究开开发生态态安全型型、资源源节约型型制造技技术。趋势二：：先进制制造技术术向精密密化、多多样化、、复合化方方向发展展1、向精密密化方向向发展加工技术术向高精精度发展展是制造造技术的的一个重重要发展展方向。。精密加加工和超超精密加加工、微微型机械械的微细细和超微微细加工工等精密密工程是是当今也也是未来来制造技技术的基基础，其其中纳米米级的超超精密加加工技术术和微型型机械技技术被认认为是21世纪的核核心技术术和关键键技术。。2、向多样样化方向向发展为适应制制造业对对新型或或特种功功能材料料以及精精密、细细小、大大型、复复杂零件件的需要要，发达达国家正正大力研研究与开开发各种种原理不不同、方方法各异异的加工工与成形形方法。3、向复合合化方向向发展由于材料料加工难难度越来来越大，，