先进制造技术绪论

先进制造技术主编:李宗义制作：黄建明董建民先进制造技术目录第一章绪论第二章先进设计技术第三章先进制造工艺技术第四章制造自动化技术第五章先进制造模式第六章先进管理技术课程总体简介本书是根据现阶段模具、数控专业培养方案的指导思想和最新的教学计划编写的。全书共6章，包括绪论、先进设计技术、先进制造工艺技术、制造自动化技术、先进制造模式以及先进管理技术等，本书侧重阐述适用的先进制造技术的基本概念、应用领域和关键技术。本书既可作为中等职业学校模具制造专业、数控技术应用专业及相关专业的教学用书，也可作为高等职业学校机电类专业的教材或相关岗位培训教材。课程简介

本书是根据现阶段模具、数控专业培养方案的指导思想和最新的教学计划编写的。主要以中等职业学校模具设计与制造专业、数控技术应用专业应用型人才培养为对象，从先进设计技术、先进制造工艺技术、制造自动化技术、先进制造模式以及先进管理技术等方面，系统介绍各类先进的适用技术，阐述每项技术的基本概念、应用领域和关键技术，拓宽学生的知识面，了解各类制造技术的发展现状和趋势，以增强对学生创新能力的培养。本书内容新颖、实用，突出中职教育的实用性和应用性，力求做到深入浅出、图文并茂，知识性与通俗性的统一。本书具有以下主要特点：1）注重系统性和完整性，章节之间既有联系，又独立成章，方便教学。2）注重工程实用，介绍典型先进制造技术。

前言3）配以典型应用案例，加强实用性与参考性。4）链接相关背景知识，拓宽知识面。本课程教学共需38学时左右，学时分配可参考表0-1第一章绪论学习目标：通过本章的学习，应对制造业的发展进程有一个初步的了解。对先进制造技术的特点、发展历程、现状及其今后的发展趋势有所认识。第一节制造业的发展概况

一、概念（1）制造(Manufacturing)制造是一种将物料、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)的定义：“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”。（2）制造系统(ManufacturingSystem)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”。（3）制造技术(ManufacturingTechnology)制造技术则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。（4）制造业(Manufactury)制造业是所有与制造活动有关的实体或企业机构的总称。二、制造业的发展

社会的进步和发展，是伴随着制造业的革新和发展而进行的。科技的进步和制造业的发展，是推动社会发展的主要动力。每一个社会发展阶段，都会出现与之相匹配的加工制造技术。社会各个时期制造业的发展进程，见表1-1。表1-1社会时期的制造发展制造模式的变迁，如图1-1所示。制造发展的概况，如图1-2所示。各年代达到到的加工精精度，如图图1-3所所示。制造业在近近代的发展展，主要经经历了三个个发展阶段段：1．用机器器代替手工工，从作坊坊形成工厂厂20世纪初初，各种金金属切削加加工工艺方方法逐渐形形成，近代代制造技术术已成体系系。但是机机器(包括括汽车)的的生产方式式是作坊式式的单件生生产，它产产生于英国国，在19世纪先后后传到法国国、德国和和美国，并并在美国首首先形成了了小型的机机械加工厂厂。2．从单件件生产方式式发展成大大量生产方方式推动这种根根本变革的的是两位美美国人：弗弗雷德里克克·泰勒(FrederickWTaylor)和和亨利·福福特（Henryford）。泰勒首先提提出了以劳劳动分工和和计件工资资制为基础础的科学管管理，成为为制造工程程科学的奠奠基人。福特首先推推行零件互互换技术，，1913年建立了了具有划时时代意义的的汽车装配配生产线，，实现了以以刚性自动动化为特征征的大量生生产方式，，它对社会会结构、劳劳动分工、、教育制度度和经济发发展，都产产生了重大大的作用。。零件互换换技术20世纪50年代发展展到了顶峰峰，产生了了工业技术术的革命和和创新，传传统制造业业及其大工工业体系也也随之建立和和逐渐成熟熟。3．柔性化化、集成化化、智能化化和网络化化的现代制制造技术20世纪80年代以以来，现代代制造技术术逐步成为为加工制造造业的主要要方法。随随着现代加加工技术的的不断完善善，其应用用体系与技技术也正日日益成熟，，其中主要要的发展方方向有：1）对传统统制造技术术的不断革革新与拓展展。2）对非传传统加工方方法的应用用。3）朝精密密化工程发发展。4）制造系系统朝柔性性化、集成成化、智能能化和网络络化方向发发展。其中，制造造业各阶段段的具体生生产模式和和经营策略略，见表1-2。表1-2制制造业业各主要发发展阶段的的生产模式式和经营策策略制造型企业业运行模型型，如图1-4所示示。三、制造造业的发展展趋势及特特点随着计算机机、微电子子、信息和和自动化技技术的迅速速发展，给给制造业在在产品设计计、工艺与与装备、生生产管理和和企业经营营带来了重重大变革，，先后诞生生了一系列列新制造技技术和新制制造模式,见表1-3。而在新材料料方面，随随着高强质质轻合金、、工程塑料料、复合材材料、陶瓷瓷材料、新新型合金等等材料的应应用，使产产品用材有有了显著变变化，又促促进了新的的加工工艺艺和成形方方法的发展展。出现了了多种精密密加工、复复合加工、、特种加工工、材料改改性等新工工艺，提高高了加工质质量和效率率。加工装装备走向一一机多能、、粗精加工工一体化、、加工检测测集成、人人机一体化化，出现了了智能化加加工单元。。专家预测，，社会趋势势将相继是是纳米时代代和生物时时代，以分分子、原子子等为对象象的纳米制制造和以基基因技术为为核心的生生物制药闪闪亮登场，，制造的主主要对象将将扩大到基基因资源和和微观领域域的各种资资源。预言言称：将用用纳米科技技“营造自自然界尚不不存在的新新的物质体体系”；将将用基因技技术“重塑塑世界”。。表1-3制制造新新技术和新新模式名称称代号总之，现代代制造将以以先进制造造技术为主主要支撑，，以资源和和资源转换换为对象，，以现代制制造科学与与技术为基基础，以制制造系统为为载体，以以信息化、、网络化、、生态化和和全球化为为环境和背背景，追求求社会经济济的持续快快速发展。。基于因特特网Internet的供应应链制造系系统模型，，如图1-5所示。。人物介绍1．泰勒弗雷德里克克·泰勒(FrederickW.Taylor，1856~1915)是是美国古典管理学家家、科学管管理的主要要倡导人，被人称称为“科学学管理之父父”。“泰勒（Taylor）制””的工程哲哲理：即将产产品的开发发的过程尽尽可能细地划分为为一系列串串联的工作作步骤，由不同同的部门承承担，依次次执行。实质上上是“串行行工程”(严格制定定操作规程程、动作、、频率等，计算在在规定时间间内的劳动动量进行管理））2．福特亨利·福特特（Henryford，，1863~1947）世界著著名的“汽汽车大王”，终生生致力于汽汽车的研究究和制造，使汽车车成为人人人买得起的的商品。福福特首先推行行了零件互互换技术、、建立汽车车装配生产线线、实现大大量生产方方式等，它它对社会结构构、劳动分分工、教育育制度和经经济发展，都都产生了重重大的影响响。一个人可以以轻易地失失败，但只只有他付出所有的的一切和所所能做的一一切时，他他才有可能成成功。正因因为这一点点，才使得得成功如此艰艰难和宝贵贵。————亨亨利··福特第二节先先进制造造技术概述述一、概念先进制造技技术(AdvancedManufacturingTechnology，，AMT)是传统制制造技术、、信息技术术、计算机机技术、自自动化技术术与管理科科学等多学学科先进技技术的综合合，并应用用于制造工工程之中所所形成的一一个学科体体系。AMT是在在传统制造造技术基础础上不断吸吸收机械、、电子、信信息、材料料、能源和和现代管理理等方面的的成果，并并将其综合合应用于产产品设计、、制造、检检测、管理理、销售、、使用、服服务的制造造全过程，，能实现优优质、高效效、低耗、、清洁、灵灵活的生产产，提高市市场的适应应能力和竞竞争能力，，以期取得得理想的技技术经济效效果。因此此，AMT呈现出精精密化、柔柔性化、网网络化、虚虚拟化、智智能化、清清洁化、集集成化、全全球化等特特点。在以知识为为基础、以以创新为动动力的新经经济体系中中，制造业业正面临着着严峻的挑挑战与机遇遇。因此，，研究和推推广应用先先进制造技技术无疑是是十分重要要的。二、体系结结构1994年年初，美国国联邦科学学、工程和和技术协调调委员会(FCCSET)下下属的工业业和技术委委员会先进进制造技术术工作组提提出将先进进制造技术术分为三个个技术群：：①主体技术术群，包括括面向制造造的设计技技术群和制制造工艺技技术群；②支撑技术术群；③制造基础础设施(制制造技术环环境)。FCCSET提出的的先进制造造技术的体体系结构及及主要内容容，见表1-4所示示。三、特点与与作用1．特点先进制造技技术除具有有精密化、、柔性化、、网络化、、虚拟化、、智能化、、清洁化、、集成化、、全球化等等特点之外外，还具备备以下特征征：表1-4先先进制制造技术的的体系结构构（1）集合合多学科成成果形成一一个完整的的制造体系系先进制造技技术是多种种科学及方方法的整合合。但它决决不是若干干独立学科科先进技术术的简单累累加，而是是按照新的的生产组织织和管理哲哲理建立起起的体系，，先进制造造体系要实实现自身的的先进性，，保证“时时、空、人人、物、信信息、处理理及决策””的正确性性，就离不不开先进的的信息技术术、自动化化技术和先先进的管理理科学，并并且要将这这些技术和和科学应用用于制造工工程之中，，形成一个个有机的完完整体系。。（2）先进进制造技术术的发展是是一个动态态过程由于先进制制造技术本本身是在针针对一定的的应用目标标，不断地地吸收各种种高新技术术逐渐形成成、不断发发展的新技技术，因而而其内涵不不是绝对的的和一成不不变的。具具体反映在在不同的时时期，先进进制造技术术有其自身身阶段性的的特点；反反映在不同同的国家和和地区，先先进制造技技术也有其其本身侧重重发展的目目标和内容容。（3）先进进制造技术术的重要支支撑是信息息技术信息技术正正在向制造造技术注入入和融合，，促进着制制造技术的的不断发展展，使传统统制造技术术发生着质质的变化。。目前，信信息技术对对制造技术术发展的作作用已占第第一位。信息技术促促进着设计计技术的现现代化，加加工制造的的精密化、、快速化，，自动化技技术的柔性性化、智能能化，整个个制造过程程的网络化化、全球化化。各种先先进生产模模式的发展展，如：计计算机集成成制造系统统、并行工工程、敏捷捷制造、虚虚拟企业与与虚拟制造造，也无不不以信息技技术的发展展为支撑。。2．作用用统计表明明，制造造业为工工业化国国家创造造了60％～80％的的社会财财富，是是国际贸贸易中主主要交易易物品的的源泉。。综观世世界各国国的发展展历程，，可以发发现：如如果一个个国家的的制造业业发达，，它的经经济必然然强大，，国家的的综合实实力也得得以提升升。人类类社会的的发展史史，特别别是近几几十年世世界经济济的发展展状况就就是有力力的证明明。高质量、、高水平平的制造造业必然然要以先先进的制制造技术术做后盾盾。世界界上各个个工业化化国家经经济上的的竞争主主要是制制造技术术的竞争争。在各各个国家家的企业业生产力力的构成成中，制制造技术术的作用用一般占占55％％～65％。亚亚洲部分分国家（（如日本本、韩国国等）的的发展在在很大程程度上就就是因其其重视制制造技术术，通过过制造技技术形成成产品，，依靠产产品占领领世界市市场，从从而实现现经济乃乃至国力力的迅速速崛起、、腾飞。。第三节先先进进制造技技术发展展趋势一、先进进制造技技术向超超精微细细领域扩扩展微型机械械、纳米米量测、、微米／／纳米加加工制造造的发展展使制造造工程科科学的内内容和范范围进一一步扩大大，要求求用更新新、更广广的知识识来解决决这一领领域的新新课题。。二、制造造过程的的集成化化产品的加加工、检检测、物物流、装装配过程程走向一一体化。。计算机机辅助设设计、计计算机辅辅助工程程、计算算机辅助助制造的的出现，，使设计计、制造造成为一一体；精精密成形形技术的的发展，，使热加加工可直直接提供供接近最最终形状状、尺寸寸的零件件，它与与磨削加加工相结结合，有有可能覆覆盖大部部分零件件的加工工，淡化化了冷热热加工的的界限；；机器人人加工工工作站及及柔性制制造系统统的出现现，使加加工过程程、检测测过程、、物流过过程融为为一体；；现代制制造系统统使得自自动化技技术与传传统工艺艺密不可可分；很很多新型型材料的的配制与与成形是是同时完完成的，，很难划划清材料料应用与与制造技技术的界界限。这这种趋势势表现在在生产上上是专业业车间的的概念逐逐渐淡化化，将多多种不同同专业的的技术集集成在一一台设备备、一条条生产线线、一个个工段或或车间三、制造造科学与与制造技技术、生生产管理理的融合合制造科学学是对制制造系统统和制造造过程知知识的系系统描述述。它包包括制造造系统和和制造过过程的数数学描述述、仿真真和优化化，设计计理论与与方法以以及相关关的机构构运动学学和动力力学、结结构强度度、摩擦擦学等。。事实证证明，技技术和管管理是制制造系统统的两个个轮子，，由生产产模式结结合在一一起，推推动着制制造系统统向前运运动。在在计算机机集成制制造系统统、敏捷捷制造、、虚拟制制造等模模式中，，管理策策略和方方法是这这些新生生产模式式的灵魂魂。四、绿色色制造将将成为制制造业的的重要特特征绿色制造造是一种种现代制制造模式式，其目目标是使使产品从从设计、、制造、、包装、、运输、、使用到到报废处处理的整整个生命命周期中中，对环环境的负负面影响响最小、、资源利利用率最最高，并并使企业业经济效效益和社社会效益益最高。。环境与与资源的的约束，，使绿色色制造业业显得越越来越重重要，它它是21世纪制制造业的的重要特特征，并并将获得得快速的的发展。。主要体体现在绿绿色产品品设计技技术、绿绿色制造造技术、、产品的的回收和和循环再再制造。。五、虚拟拟现实技技术在制制造业中中获得越越来越多多的应用用虚拟现实实技术主主要包括括虚拟制制造技术术和虚拟拟企业两两个部分分。虚拟拟制造技技术将从从根本上上改变了了设计、、试制、、修改设设计、组组织生产产的传统统制造模模式。在在虚拟制制造环境境中可以以用虚拟拟的产品品原型代代替真实实样品进进行试验验，对其其性能和和可制造造性进行行预测和和评价，，从而缩缩短产品品的设计计与制造造周期，，降低产产品的开开发成本本，提高高系统快快速响应应市场变变化的能能力。虚拟企业业则是为为了快速速响应某某一市场场需求，，通过信信息高速速公路，，将产品品涉及到到的不同同企业临临时组建建成为一一个没有有围墙、、超越空空间约束束、靠计计算机网网络联系系、统一一指挥的的合作经经济实体体。六、制造造全球化化先进制造造技术的的竞争正正在导致致制造业业在全球球范围内内的重新新分布和和组合，，新的制制造模式式将不断断出现，，更加强强调实现现优质、、高效、、低耗、、清洁、、灵活的的生产。。随着制制造产品品、市场场的国际际化及全全球通信信网络的的建立，，国际竞竞争与协协作氛围围的形成成，2l世纪制制造国际际化是发发展的必必然趋势势。思考题1-1什什么么是制造造、制造造系统、、制造技技术及制制造业？？1-2简简述述制造业业的发展展阶段及及其特点点？1-3简简述述制造业业的发展展趋势？？结合自自己的认认识，谈谈谈对制制造业发发展的展展望？1-4什什么么是先进进制造技技术？其其特点有有哪些？？1-5先先进进制造技技术的发发展趋势势是什么么？先进进制造技技术的出出现与发发展，对对社会进进步有哪哪些积极极影响？？第一节先先进进设计技技术概述述新产品的的开发是是一个技技术创新新和价值值实现的的过程，，是一个个复杂的的智力劳劳动的结晶。产产品设计计阶段的的工作产产量约占占产品全全生命周周期的20％，，但却决决定了产产品制造成本本的80％。因因此，产产品开发发和工程程设计的的能力是是企业的的核心。。一、概念念（1）新产品是采用新新技术原原理、新新技术构构思研究究生产的的全新型型产品，，在结构、材质质、工艺艺等任一一方面，，比老产产品有重重大改进进或显著著提高了了产品性性能、扩扩大了使用用功能的的改进型型产品。。（2）新产品开开发是一个技术创创新和价值实实现的过程，，大致可分为为市场分析、产品设设计、产品制制造和市场营营销四个阶段段。（3）先进设计技术术是指以满足市市场产品的质质量、性能、、时间、成本本等综合效益最优为目目的，以计算算机辅助设计计技术为主体体，以知识为为依托，以多多种科学方法和技术为手手段，研究、、改进、创造造产品活动过过程所用到的的技术群体的的总称。第二章先先进设计技术术学习目标：通过学习，对对先进的设计计技术与设计计方法有一个个概括性的了了解。二、先进设计计技术的分类类先进设计技术术内容广泛，，分支学科繁繁多，具体可可分为成以下下四个层次：：（1）基础技术是指传统的设设计理论与方方法，特别是是运动学、静静力学与动力力学、材料力力学、结构力力学、热力学学、电磁学、、工程数学的的基本原理与与方法等。（2）主体技术是指计算机辅辅助设计、智智能CAD、、优化设计、、有限元分析程序、模拟拟仿真、虚拟拟设计和工程程数据库等。。（3）支撑技术包含设计方法法学、可信性性设计技术及及试验设计技技术。（4）应用技术是针对实用目目的解决各类类具体产品设设计领域的技技术，如机床、汽车、、工程机械的的设计等。三、先进设计计技术的特点点先进设计技术术是在多种设设计、制造技技术的基础上上融合而成的的一种具有鲜鲜明优势的设设计方法。其其特点为：1）是多学科科交叉融合的的产物，是传传统设计技术术的继承、延延伸和发展。。2）正在向集集成化、智能能化、并行化化、网络化、、虚拟化、微微型化和生态态化方向发展展。3）逐步成为为相对独立、、平台共享的的新型产业，，为现代制造造的发展提供供新的基础和和支撑。先进设计方法法学主要是指指并行设计、、系统设计、、功能设计、、模块化设计计、价值工程程、质量功能能配置、模糊糊设计、工业业造型设计、、绿色设计、、面向对象的的设计、反求求工程等。这这里只介绍：：质量功能配配置、工业造造型设计、面面向对象的设设计及反求工工程技术。第二节先先进设计方法法学先进设计方法法学:主要是指并行行设计、系统统设计、功能能设计、模模块化设计计、价值工程程、质量功能能配置、模糊糊设计、工业业造型设计、、绿色设计、、面向对象的的设计、反求求工程等。一、质量功能能配置（1）质量功功能配置(QualityFunctionDeployment，QFD)它是一种面向向市场顾客的的包括产品开开发工作中的的管理、方案案设计、零部件设计、、制造工艺计计划以及生产产组织等一系系列过程有机机协调的系统统化方法，是现现代管理和质质量工程的核核心技术之一一。（2）QFD的基本思想想是面向市场顾顾客，把市场场顾客的需求求尽可能准确确地反映在产产品开发的管管理组织、方方案设计、制制造工艺计划划、生产组织织的各个环节节，而产品开发各阶段的的进展和协调调则由市场顾顾客的需求驱驱动，以此来来尽可能地保保证满足市场需需求。最大限限度地满足用用户需求。这这种系统化的的方法较充分分地体现了顾客客需求至上的的原则。二、工业造型型设计是以科技的手手段，用艺术术的表现，对对工业产品在在材料、结构构、工艺、形态、表表面处理及装装饰等方面进进行综合处理理，使其具有有实用、经济、美观的优优良品质的一一种设计方法法。它是科学学技术、艺术术、经济、社会诸因素的的有机结合，，涉及到应用用物理、工艺艺学、价值工工程学、系统工程学、销销售学、生理理学、心理学学、人机工程程学、行为学学、生物学、美学、社社会学以及历历史文化研究究等多种学科科。三、面向对象象的设计基本原则：面面向对象的设设计(0bjectOrientedDesign,OOD)传统的结构分分析方法往往往使分析与数数据之间产生生分歧，难以以统一，给问题的的解决带来了了很大困难。。为解决这一一问题而出现现了面向对象方法(ObjectOrientedParadigm，简称称O-O方法法)。主要是利用面面向对象的技技术建立能够够集成产品设设计和制造信信息的产品定义模型型，即面向对对象的产品定定义模型，在在该模型的基基础上实现系统的设计。。四、反求工程程技术反求工程技术术是消化吸收收并改进国内内外先进技术术的一系列工工作方法和技技术的总和。。随着科技的的快速发展，，新的科技成成果层出不穷穷，充分地、、合理地利用用这些科技成成果，可以获获得最佳的技技术成果和经经济效益。1．阶段划分分（1）应用阶阶段一般只考虑购购买国外先进进的机器设备备，在这一阶阶段，引进工工作的主要目目的是利用这这些设备在生生产过程中发发挥作用。（2）消化阶阶段在引进国外先先进的机器设设备或产品时时对引进设备备或产品进行行深入的分析析研究，以科科学的理论和和先进的测试试设备对其性性能进行研究究，这一阶段段的主要目的的是仿制引进进的先进设备备或产品。（3）创新阶阶段在综合消化引引进技术的基基础上，利用用各种设计制制造手段，对对原有技术进进行改进创新新，以求设计计制造出在技技术、性能等等方面更好、、市场竞争能能力更强的产产品。面向X的设计计(DesignForX，DFX)DFX中的X可代表产品品生命周期中中的各种活动动，包括制造造、装配、拆拆卸、检测、维维护、服务等等。（1）面向装装配的设计（（DesignForAssembly，，DFA）其主要作用是是制定装配工工艺规划，考考虑装配的可可行性；优化化装配路径；在结构设设计过程中，，通过装配过过程仿真避免免装配干涉。。（2）面向加加工的设计（（DesignForManufacturing，，DFM）其主要思想是是在产品设计计时不但要考考虑功能和性性能的要求，，而且要同时考虑制制造的可能性性、高效性和和经济性，即即产品的可制制造性。其目目标是在保证功功能和性能的的前提下使制制造成本最低低。反求工程的设设计程序1.反求工程程的内涵反求工程技术术是消化吸收收并改进国内内外先进技术术的一系列工工作方法和技技术的总和。。随着科技的的快速发展，，新的科技成成果层出不穷穷，充分地、、合理地利用用这些科技成成果，可以获获得最佳的技技术成果和经经济效益。2．研究对象象（1）实物类类主要是是指先进产品品设备的实物物本身。（2）软件类类包括先先进产品设备备的图样、程程序、技术文文件等。（3）影像类类包括先先进产品设备备的图片、照照片或以影像像形式出现的的资料。3．研究内容容包括对所引进进产品设备设设计理论、生生产制造工程程、管理工程程等诸多方面面的研究。从从设计角度而而言，反求工工程技术的研研究内容主要要包括对引进进产品的设计计指导思想、、功能和原理理方案、结构构、形体尺寸寸、精度、材材料、工作性性能、造型设设计、工艺、、使用和维修修、包装技术术等分析。5．应用典范范第二次世界大大战后日本制制定了“吸收收性战略”的的基本国策，，应用反求工工程技术消化化、吸收、创创新其引进技技术，给战后后的日本国民民经济注入了了活力，推动动了日本经济济的高速发展展，使日本国国民经济从20世纪50年代落后先先进国家二三三十年，到70、80年年代迅速成为为世界第二号号经济强国。。一、基本概念念可信性是产品品质量特性的的重要内涵。。按照国家标标准GB／T3187—94的定定义，可信性是描述可用性性和它的影响响因素：可靠靠性、维修性性及维修保障障性的集合性性术语。它一一般用于非定定量描述的场场合。可信性是广义义可靠性概念念的新发展。。第三节可可信性设计技技术可信性的重要要性可信性技术已已成为现代企企业在竞争中中获取市场份份额的有力工工具。美国一一些人士认为为，今后能通通过竞争留存存于市场上的的只是那些能能掌握住自己己产品的可信性的企业。日本本的一些人士士也认为今后后世界市场上上竞争的焦点点是可信性。社会和政府的的干预也有力力地推动了可可信性技术的的发展。社会会对服务(如如运输、电力力、通信和信信息服务)的的依赖日益增增加，导致了了用户对服务务质量有更高高的要求和期期望。资源的缺乏，，对安全和环环境的关注，，以及对产品品寿命周期费费用的高度重重视，都需强强调可信性要要求及其保证证。二、可信性设设计技术的内内容面对国内外剧剧烈的市场竞竞争，机械工工业的企业界界必须认真对对待用户的可可信性要求。。虽然可信性性本身没有定定量的指标。。但组成可信信性概念的可可用性、可靠靠性、维修性性和维修保障障性都有具体体的内涵和定定量指标。可信性设计技技术主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设设计、防断裂裂设计、抗疲疲劳设计、耐耐腐蚀设计、、减摩和耐磨磨损设计、健健壮设计、耐耐环境设计、、维修性设计计、人机工程程设计等。一、概念新产品出厂投投入使用之前前，必须经产产品性能试验验，以检查其其各方面的性能是否达达到设计要求求。如功能试试验、强度试试验、可靠性性试验、耐腐腐蚀、耐磨损、、振动噪声、、温度压力、、环保性能试试验、人机工工程试验等。。用来检查产品品质量，为设设计人员提供供修改设计依依据的手段，，是降低新产品试制成成本，提高设设计一次成功功率的得力措措施。二、产品试验验的种类产品试验大致致可分为以下下五类。（1）原型试验是对产品实物物的鉴定、验验收等。（2）仿真试验是对实物模型型或数字模型型进行仿真，，进而评价产产品性能的一一种试验方法法。（3）虚拟试验借助于虚拟现现实技术，以以虚拟的三维维实体为对象象，通过视觉觉、听觉、嗅嗅觉等感官使使人近似地感到处于一个“真真实”的试验验环境中，去去操作、控制制整个试验过过程，并记录录试验结果供供今后分析之之用。第四节设设计试验技术术（4）可靠性试验是为了分析、、评价、提高高或保证产品品的可靠性水水平而进行的的试验。根据据产品可靠性性试验的功能能侧重不同，，具体又可分分为可靠性测测定、可靠性性增长、可靠靠性筛选、可可靠性接收、、可靠性验证证与鉴定试验验等。1）可靠性测定试试验产品的研制者者通过试验获获得产品设计计、鉴定所需需的可靠性数数据。2）可靠性增长试试验通过试验暴露露产品缺陷，，改进设计并并获得可靠性性增长信息。。3）可靠性筛选试试验产品的制造者者通过试验剔剔除零件中的的不合格品或或暴露整机缺缺陷，消除早早期故障。4）可靠性接收试试验产品使用者通通过验证产品品批次可靠性性水平以保证证接收的产品品批次达到规规定要求。5）可靠性测定、、验证、鉴定定试验是政府或行业业管理部门通通过试验获得得基础可靠性性数据，以验验证、鉴定产产品的可靠性性。（5）产品环保性能能试验产品环保性能能不仅局限于于生产和使用过程中中排放的污染染物要达到规规定的标准要求求，而且在包包括设计、制制造、流通、、使用、报废废、回收及处处理、处置的全全寿命周期中中均要减少对环境的负面面影响。这种种拓展的产品环保性能能，符合绿色色设计的宗旨旨，是对产产品“绿色””程度的全过过程控制，它它要求在产品品寿命周期的的每一环节都要控制制环境污染和和资源能源的的消耗。企业由环保的的被动、消极极性变为关关系到企业的的形象和生存存，这就要求求企业必极主主动地迎接市市场的挑战。。第三章先先进制造工艺艺技术学习目标：通过对本章章的学习，应应了解适用的的先进制造工工艺技术概貌貌。侧重了解快速速原型制造技技术和虚拟制制造技术，其其他内容可作作为一般性阅读知识。建议读者可利利用多种媒体体，查询收集集相关资料，，开拓视野。。制造活动是人人类社会最基基本的活动，，也是创造社社会物质财富富的主要活动动。制造技术术随着社会的的发展和科技技的进步不断断地创新，从从手工制造到到机器制造，，从切削加工工到成形制造造，从去除工工件材料成形形到堆积工件件材料成形，，从宏观领域域的制造到微微观领域的制制造，从利用用客观世界已已存在的材料料到利用人类类创造的新材材料,加工制制造的创新方方法永无止境境。一、基本概念念（1）工艺是使各种原材材料、半成品品成为产品的的方法和过程程。（2）机械制造工艺艺技术是指将原材料料、半成品加加工成机械产产品的一切过过程和方法的的总称。（3）电子工艺主要是指电子子元器件及其其电路的制造造方法和过程程，包括电子子元件、部件件和装置的制制造工艺，其其中最有代表表性、特殊性性，最有前途途的是单晶生生长工艺、晶晶片制造工艺艺、超大规模模集成电路制制造工艺、微微电子器件工工艺、光刻工工艺、离子注注入工艺、镀镀膜工艺、电电子束焊、激激光焊和贵金金属钎焊等。。第一节先先进制造工艺艺技术概述二、通用机械械制造工艺的的分类成形工艺:主要指将不定定形的原材料料(块状、颗颗粒状、液态态或固态)转转化成所需要要形状的工艺艺，如铸造、、粉末冶金、、塑料成形工工艺等。粉末末冶金成形工工艺主要用于于获得毛坯或或不需再加工工的制品，它它几乎可以应应用于所有工工程材料。但但主要用于制制备各种具有有复杂外形、、内腔，或因因为材料高硬硬度、高脆性性、高强度而而难以用其他他方法生产的的毛坯或工件件。变形工艺变形工艺主要要包括使工件件的原始几何何形状从一种种状态改变为为另一种状态态。如锻造、、冲压、轧制制、挤压、拉拉拔等。变形形工艺适用于于铁碳合金、、不锈钢、耐耐热钢、轻有有色金属、重重有色金属等等。其中锻造造常用于一些些重要毛坯(轴、齿轮等等)的生产，，冲压制品在在汽车、家用用电器等行业业有广泛用途途。切削工艺:切削工艺是制制造过程的主主要内容，几几乎占全部工工艺劳动量的的1／3以上上。切削和磨磨削是传统的的机械加工方方法。由于其其生产效率高高，加工成本本低，能量消消耗少，可以以加工各种不不同形状、尺尺寸和精度要要求的工件。。因此，切削削和磨削一直直是工件精加加工和最后成成形的最重要要手段。今后后相当长的时时期里，切削削、磨削仍然然是获得精密密机械零件最最主要的加工工方法。根据据统计，近年年来美国和日日本每年消耗耗在切削和磨磨削方面的费费用分别高达达1000亿亿美元和10000亿日日元。连接工艺连接工艺主主要指将单单个工件连连接成组件件或最终产产品，如机机械连接、、焊接、粘粘接和装配配等工艺。。机械连接接包括螺栓栓连接、铆铆接和压力力连接。材料改性工工艺及表面面处理工艺艺材料改性工工艺及表面面处理工艺艺是指不改改变几何形形状、仅改改变工件材材料的显微微组织结构构，使工件具有有所要求的的物理机械械性能，从从而获得所所希望指标标的工艺。。如材料热热处理工艺艺等。特种加工工工艺利用化学、、电化学、、物理(声声、光、热热、磁)等等方法对材材料进行的的加工。特特种加工工工艺主要用用于各种高高硬难熔及及具有特殊殊物理机械械性能的材材料和精密密细小、形形状复杂、、难以甚至至不能用传传统切削工工艺加工的的零件。快速成形工工艺直接根据产产品CAD的三维实实体模型数数据，经计计算机处理理后，将三三维模型转转化为许多多平面模型型的叠加，，再通过计计算机控制制，制造一一系列平面面模型并加加以联结，，形成复杂杂的三维实实体零件。。这样，不不仅可以显显著缩短产产品的研制制周期，并并且可以节节省大量的的研制费用用。三、先进制制造工艺在在AMT中中的地位先进制造工工艺是先进进制造技术术的核心和和基础。因因为优化的的工艺过程程、工艺参参数、工艺艺程序、工工艺规范决决定了制造造技术的固固有技术水水平和效率率，也决定定了产品制制造质量和和效率。如如果工艺有有问题，再再精良的自自动化系统统都不可能能对工艺产产生本质的的改善。以优质、高高效、低耗耗、洁净、、灵活为特特征的先进进制造工艺艺较早就在在工业发达达国家得到到发展与普普遍应用，，我国在这这方面与工工业发达国国家相比，，还存在较较大差距。。因此，必必须重视和和加快先进进制造工艺艺的研究与与应用。四、先进制制造工艺的的特点（1）先进性主要表现在在优质、高高效、低耗耗、洁净、、灵活(柔柔性)五个个方面。（2）实用性主要表现在在两个方面面：一是应应用普遍性性。它将是是机械制造造类企业的的主要工艺艺。二是经经济适用性性。它一般般投资不高高，而且有有不同档次次，适宜企企业技术改改造。（3）前沿性主要表现在在先进制造造工艺可以以实现高新新技术的产产业化或加加快传统工工艺的更新新改造，它它们是制造造工艺研究究最为活跃跃的前沿领领域。先进制造工工艺的技术术发展趋势势1．采用模模拟技术，，优化工艺艺设计2．成形精精度向无余余量方向发发展3．成形质质量向无““缺陷”方方向发展6．采用自自动化技术术，实现工工艺过程的的优化控制制7．采用清清洁能源及及原材料，，实现清洁洁生产4．机械加加工向超精精密、超高高速方向发发展5．采用新新型能源及及复合加工工，解决新新型材料的的加工和表表面改性难难题8．加工与与设计之间间的界限逐逐渐淡化，，并趋向集集成及一体体化9．工艺技技术与信息息技术、管管理技术紧紧密结合，，先进制造造生产模式式获得不断断发展随着全球市市场一体化化的形成，，制造业中中新产品的的开发和上上市已成为为市场竞争争的关键。。谁能在最最短的时间间内推出适适应市场变变化的新产产品，谁就就在竞争中中赢得先机机。为了推出新新产品，在在进行充分分时常调研研的基础上上，要尽快快利用先进进设计技术术进行产品品的设计，，推向市场场。产品创新的的速度和制制造技术的的柔性成为为企业的核核心竞争能能力。第二节快快速原形形制造技术术快速原形制制造(RapidPrototypingManufactureing，RPM)技技术，被被认为是制制造技术领领域的一次次重大突破破。RPM可以以自动、直直接、快速速、精确地地将设计思思想转化为为具有一定定功能的原原形，有效效地缩短了了产品的研研究开发周周期针对工程领域而言，其广广义上的定定义为：通通过概念性性的具备基基本功能的的模型快速速表达出设设计者意图图的工程方方法针对制造技术而言，其狭狭义上的定定义为：一一种根据CAD信息息数据把成成形材料层层层叠加而而制造零件件的工艺过过程RP成形原原理图图3-4光光固化化成形原理理1-升降台台2－刮刮平器3－液面4－光敏敏树脂5－紫外激激光6－－成形零件件RPM零件件图形处理理过程1）快速原原形制造的的计算机系系统只有接接受三维CAD模型型后，才能能进行切片片处理（三三维模型的的近似处理理）2）三维模模型的切片片处理沿成形的高高度方向每每隔一定的的间隔进行行切片处理理，以获取取截面的轮轮廓。间隔隔的大小根根据待成型型零件的精精度和生产产率要求选选定。间隔隔越小，精精度越高，，但成形时时间越长。。间隔选取取的范围为为0.05～0.5mm，，常用的是是0.1mm左右。。快速成形过过程RP的主要要成形工艺艺1.基于激激光或其他他光源的成成形技术2.基于喷喷射的成形形技术RPM的应应用1.军事事领域2.航天天领域3.文物、、考古等领领域4.医学领领域第三节快快速制模模技术模具工业是是制造业的的基础工业业。采用模模具生产零零部件，具具有生产效效率高、质质量均匀、、节约能源源和材料、、成本低等等一系列优优点，而且且模具业的的发展水平平，很大程程度上决定定了当代工工业生产工工艺的发展展方向，模模具技术水水平已成为为衡量一个个国家制造造水平的重重要标志之之一。（汽汽车、塑料料制品、柜柜体板材加加工等）。快速模具制制造技术直接快速制制模技术(DirectRapidToolingDRT)间接快速制制模技术（1）硅橡橡胶模具的的制作先利用CAD三维模模型直接快快速制得原原型，再经经硅橡胶模模过渡转换换得到陶瓷瓷铸型或石石膏铸型，，再由陶瓷瓷铸型浇注注出金属模模具。（2）快速速成形石墨墨电极由RP原型型(阳模)直接复制制出三维研研具(阴模模)，再在在石墨电极极研磨机上上用研具研研磨出三维维整体电极极(阳模)，从而加加快了石墨墨电极的制制造。虚拟制造:（VirtualManufactuing,VM）是产品品实际制造造过程在计计算机上的的模拟实现现，利用计计算机仿真真与虚拟现现实技术，，在高性能能计算机上上实现产品品的设计、、生产以及及企业的管管理与控制制等产品全全生命周期期活动。虚拟制造的的特点：（1）信息息高度集成成，灵活性性高（2）群组组协同，分分布合作，，效率高第四节虚虚拟制造造技术虚拟制造的的三个特征征虚拟制造分分类:按照产品在在生命周期期中的各类类活动，可可将虚拟制制造分成三三类：（1）以设设计为中心心的(design-centered)VM（2）以生生产为中心心的(production-centered)VM（3）以控控制为中心心的(control-centered)VM以什么为中中心就是在在考虑全局局的情况下下侧重于某某方面.VM的效果果实践证明，，虚拟制造造技术可以以为企业带带来六个方方面的效果果：(1)提供影响产产品性能、、制造成本本、生产周周期的相关关信息，使使决策者能能够正确地地处理产品品的性能、、制造成本本、生产进进度和风险险之间的平平衡关系，，做出正确确的设计和和管理决策策；(2)提高产品的的设计质量量，减少设设计缺陷，，优化产品品性能；(3)提高工艺规规划和加工工过程的合合理性，优优化制造质质量；(4)通过生产计计划的仿真真，可以优优化资源配配置和物流流管理，实实现柔性制制造和敏捷捷制造，缩缩短制造周周期，降低低生产成本本；(5)通过提高产产品质量，，降低生产产成本和缩缩短开发周周期，以及及提高企业业的柔性，，以适应用用户的特殊殊要求和快快速响应市市场的变化化，形成企企业的竞争争优势；(6)通过虚拟企企业的概念念以及具体体的实践组组成的快速速响应团队队，能够迅迅速对市场场作出反映映。VM的应用用案例1．汽车设设计2．装载机机设计3．飞机设设计4．地域的的虚拟化5．动力机机车设计高速切削(HighSpeedCutting，简简称HSC)主要用用于车削与与铣削:高速切削与与普通切削削的区别如如下：（1）主轴轴的转速高高通常常情况下，，高速切削削时主轴转转速要比普普通切削时时高5～10倍。（2）进给给速度高高高速切切削时，为为了保持刀刀具每齿进进给量基本本不变，随随着主轴转转速的提高高，进给速速度也必须须大幅度地地提高。（3）工艺艺流程和工工件质量在在模具具制造业中中，采用高高速切削后后可以提高高进给速度度，减少工工时来降低低制造费用用。如果保保持切削时时间不变，，减少进刀刀量，就可可以降低表表面粗糙度度，省去或或减少原来来手工清除除切削后残残留的表面面沟纹的加加工量。。在各个不同同行业中，，采用高速速切削的侧侧重面虽有有不同，但但概括来讲讲集中于以以下几个方方面:1）提高进进给速度，，从而提高高生产率和和缩短生产产周期。2）提高切切削速度和和进给速度度以减少进进给量，改改善工件的的形状精度度和表面粗粗糙度。3）减少切切削时间，，降低机床床需求和简简化工艺流流程，从而而达到降低低生产成本本的目的。。第五节高高速加工工高速磨削高速磨削(HighSpeedGrinding简简称HSG)是用很高的的切削速度度和进给速度进进行磨削加加工的方法法。高速磨磨削速度的的定义在不不断地进步步，上个世世纪60年代以前，，磨削速度度在50m／s时即即被称为高高速磨削，，而90年年代磨削速速度最高已已达500m／／s，在实实际应用中中磨削速度度在100m／s以以上即被称称为高速磨磨削。高速速磨磨削削的的特特点点:（1））提提高高表表面面质质量量和和加加工工精精度度在材材料料切切除除率率不不变变的的条条件件下下，，提提高高切切削削速速度度可可降低低单单一一磨磨粒粒的的切切削削深深度度，，从从而而减减小小磨磨削削力力，，降降低低工工件件表表面面粗粗糙糙度度，，且且在在加加工工刚刚性较较低低的的工工件件时时易易于于保保证证加加工工精精度度。。（2））提提高高生生产产率率假如如高高速速磨磨削削时时仍仍维维持持原原有有的的切切削削力力，，则则可可提提高高进进给给速速度度，，降低低加加工工时时间间，，提提高高生生产产效效率率。。（3））简化化工艺艺流程程以往磨磨削仅仅适用用精加加工，，加工工精度度虽高高但加加工余余量很很小。。当前的的高速速磨削削的材材料切切除率率可与与车削削、铣铣削相相比，，磨削削既可可精加加工又又可粗粗加工，这这样可可大大大减少少机床床种类类，简简化了了工艺艺流程程。（4））降低低成本本和提提高质质量尤其对对于某某些以以磨削削为最最终工工序的的产品品而言言，高高速磨削可可以大大幅度度地降降低生生产成成本和和提高高产品品质量量。3．磨磨削速速度20世世纪90年年代初初切削削速度度提高高到了了500m／s。当当前生生产实实践中中，高高速磨磨削的的切削削速度度一般般在100～200m／s。制约磨磨削速速度提提高的的因素素有：：（1））主轴轴的驱驱动功功率经测算算当主主轴转转速提提高时时，可可用于于切除除材料料的有有效功功率相相应减减少，，如果果有功功功率率太小小时，，加工工效率率势必必下降降，也也就丧丧失了了高速速磨削削的优优势。。（2））砂轮轮的磨磨损高速磨磨削加加剧了了磨削削热量量的产产生，，从而而增加加了砂砂轮的的磨损损。当当砂轮轮使用用寿命命太短短时，，就需需频繁繁更换换砂轮轮，使使辅助助时间间和砂砂轮费费用增增加，，无法法达到到降低低生产产成本本的目目的。。（3））平衡衡设备备提高主主轴转转速，，必须须要有有相应应的平平衡设设备，，对砂砂轮和和主轴轴进行行实时时在线线平衡衡或在在磨削削过程程中进进行连连续平平衡，，以便便把由由动不不平衡衡所引引起的的振动动降低低到最最低水水平。。（4））润滑滑冷却却高速磨磨削时时，发发热量量剧增增，如如无高高效的的润滑滑系统统，就就会加加速砂砂轮磨磨损或或造成成工件件烧伤伤。第六节节优优质质、高高效焊焊接技技术一、概概述焊接是是通过过加热热或加加压或或两者者并用用，使使分离离的两两部分分金属属形成成原子子结合合的一一种永永久性性联接接方法法。焊焊接在在现代代工业业生产产中具具有十十分重重要的的作用用，广广泛应应用于于机械械制造造中的的毛坯坯生产产、制制造各各种金金属结结构件件、修修复焊焊补等等，如如高炉炉炉壳壳、建建筑构构架、、锅炉炉与压压力容容器、、汽车车车身身、桥桥梁、、矿山山机械械、大大型转转子轴轴、缸缸体等等。概述:焊接是是通过过加热热或加加压或或两者者并用用，使使分离离的两两部分分金属属形成成原子子结合合的一一种永永久性性联接接方法法。激光焊焊接技技术：：激光焊焊接技技术作作为高高精度度，高高效率率焊接接的主主要方方法之之一，，其应应用日日益广广泛。。激光光焊接接是以以高功功率聚聚焦的的激光光束为为热源源，熔熔化材材料形形成焊焊接接接头的的高精精度高高效率率焊接接方法法。激光焊焊接有有两种种基本本模式式：（1））热导导焊激光功功率密密度较较低(10～106W／／cm)，，工件件吸收收激光光后，，仅达达到表表面熔熔化，，然后后依靠靠热传传导向向工件件内部部传递递热量量形成成熔池池。这这种焊焊接模模式熔熔深浅浅，深深宽比比较小小。（2））深熔熔焊激光功功率密密度高高(106～107W／／cm)，，工件件吸收收激光光后，，迅速速熔化化乃至至气化化，熔熔化的的金属属在蒸蒸气压压力作作用下下形成成小孔孔，激激光束束可直直照孔孔底，，使小小孔不不断延延伸，，直至至小孔孔内的的蒸气气压力力与液液体金金属的的表面面张力力和重重力平平衡为为止。。小孔孔随着着激光光束沿沿焊接接方向向移动动时，，小孔孔前方方熔化化的金金属绕绕过小小孔流流向后后方，，凝固固后形形成焊焊缝，，激光深深熔焊焊原理理激光焊焊接的的工艺艺特点点有以以下几几点：：1）加加热范范围小小，焊焊缝和和热影影响区区窄，，接头头性能能优良良。2）残残余应应力和和焊接接变形形小，，可以以实现现高精精度焊焊接。。3）可可对高高熔点点、高高热导导率，，热敏敏感材材料及及非金金属进进行焊焊接。。4）焊焊接速速度快快，生生产率率高；；具有有高度度柔性性，易易于实实现自自动化化。激光焊焊接的的应用用在工业业发达达国家家，激激光焊焊接已已在许许多工工业部部门得得到应应用，，而汽汽车是是其中中最重重要的的部门门。例例如：：车身身覆盖盖件剪剪裁激激光拼拼焊。。用激激光将将不同同厚度度，不不同材材质，，不同同性能能的小小块拼拼焊起起来，，再冲冲压成成形。。材料料利用用率由由40％～～60％提提高到到70％～～80％，，而且且减轻轻了重重量，，综合合了性性能。。在这这里只只有采采用激激光焊焊接才才能保保证拼拼焊后后表面面平整整，无无翘曲曲和变变形，，确保保车身身覆盖盖件的的质量量。世世界著著名的的汽车车公司司都采采用了了这种种方法法。例如：：用激激光焊焊接技技术焊焊接带带燃料料棒的的核供供热堆堆锆元元件盒盒，外外形尺尺寸为为166.5mm××166.5mm××2384mm，采采用2mm厚锆锆合金金板焊焊接而而成，，最后后在锆锆元件件盒全全长范范围内内，各各面及及相互互间的的平面面度、、平行行度、、垂直直尺寸寸公差差均达达到在在0.2～～0.3mm范范围内内，正正反面面焊缝缝表面面直线线度小小于0.15mm，，充分分体现现激光光焊接接的先先进性性。第七节节精精确确高效效塑性性成形形技术术一、概概述1．概概念精确高高效塑塑性成成形技技术是是通过过塑性性变形形方法法来实实现精精确成成形的的一种种先进进制造造技术术，是是建立立在现现代材材料科科学、、力学学、数数值模模拟和和计算算机、、自动动化和和机器器人技技术、、模具具和润润滑技技术、、金属属塑性性和成成形技技术等等多种种科学学和技技术基基础上上的一一门先先进科科学技技术。。由于市市场的的激烈烈竞争争，制制造企企业为为了降降低产产品生生产成成本、、提高高产品品质量量，要要求毛毛坯制制造业业提供供的成成形件件尺寸寸越来来越精精确，，而制制造企企业在在其基基础上上只需需要少少量切切削加加工或或干脆脆不加