第一章先进制造技术绪论

先进制造技术孙燕华著电子工业出版社北京·BEIJING全国高职高专规划教材·精品与示范系列第一章绪论第一节先进制造技术及其主要特点第二节先进制造技术的构成及分类

第三节先进制造技术的应用及发展趋势

第一节先进制造技术及其主要特点1.1概念

制造（Manufacturing):

是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。狭义：为机电产品的机械加工工艺过程广义：国际生产工程学会1990年：

制造是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。1、制造的概念制造技术（ManufacturingTechnology)

按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称制造过程产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。制造业

将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。1、制造的概念1.2制造系统

制造系统是制造业的基本组成实体。结构：是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。功能：输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人力...）通过制造过程输出产品过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。1、制造的概念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，先后传人法国、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……制造业发展的历程工业由制造业、采掘业以及电力、燃气、和水的生产供应业构成，制造指第二产业中除采掘业、电力、燃气及其生产和供应业、建筑业以外的所有行业。工业的概念先进制造技术定义制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及现代系统管理等方面的成果，并综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技术总称。三、先进制造技术的特点

系统性集成性广泛性高精度实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产第二节

先进制造技术的构成及分类

先进制造技术的构成（我国）现代制造造技术体体系结构构（美国国）二、先先进制造造技术的的分类现代设计计技术先进制造造工艺自动化技技术系统管理理技术现代设计计技术现代设计计方法设计自动动化技术术工业设计计技术先进制造造工艺精密和超超精密加加工技术术精密成型型技术特种加工工技术表面改性性、制膜膜和涂层层技术自动化技技术数控技术术工业机器器人技术术柔性制造造技术计算机集集成制造造技术传感技术术自动检测测及信号号识别技技术过程设备备工况监监测与控控制技术术等系统管理理技术工程管管理质量管管理管理信信息系系统现代制制造模模式（（如精精益生生产、、CIMS、敏捷捷制造造、智智能制制造等等）集成化化的管管理技技术、、企业业组织织结构构与虚虚拟公公司等等生产产组织织方法法。先进制制造技技术的的特点点产品开开发周周期短短、上上市时时间快快；提高市市场竞竞争力力；柔性化化（快快速重重组））；质量保保证；；组织形形式：：跨地地区、、跨国国家的的虚拟拟公司司、动动态联联盟；；生产过过程精精良；；人员素素质提提高；；智能化化；环保；；分布、、并行行、集集成并并存。。先进制制造领领域的的关键键技术术集成化化技术术；智能化化技术术；网络技技术；；分布式式并行行处理理技术术；多学科科、多多功能能综合合产品品开发发技术术；虚拟现现实技技术；；人——机——环境系系统技技术。。第三节节先先进制制造技技术的的现状状及发发展趋趋势制造科科学已成为为多学科科交叉叉的学科科制造技技艺→制造技技术→制造科科学；；制造活活动的的社会会性、、制造造系统统的开开放性性→制造科科学综综合性性；制造科科学已已不可可能在在孤立立、封封闭的的状态态下发发展，，必然然走兼兼采百百家之之长、、交叉叉融合合的道道路；；现代物物理、、数学学、化化学、、生命命、信信息、、材料料、管管理和和系统统等科科学的的发展展，为为制造造科学学不断断提供供新的的推动动力，，也不不断丰丰富着着现代代制造造科学学的内内涵和和外延延。发展现现状世界制制造业业的现现状：：先进制制造技技术是是工业业发达达国家家的国国家级级关键键技术术和优优先发发展领领域国别/地区科技计划美国先进制造技术计划关键技术(制造)计划敏捷制造使能技术计划日本智能制造技术国际合作计划欧共体尤里卡计划信息技术研究发展战略计划德国制造2000年计划韩国高级先进技术国家计划(G-7)世界制制造业业的现现状：：数控NC计算机机数控控CNC直接数数控DNC柔性制制造单单元FMC柔性制制造系系统FMS计算机机辅助助设计计与制制造CAD/CAM世界制制造业业的现现状：：计算机机集成成制造造系统统CIMS准时JIT生产制造资资源规规划MRPⅡ精良生生产LP敏捷制制造AM许多高高技术术我国国尚未未掌握握，许许多重重大装装备我我国不不能自自主制制造，，缺乏自主创创新能力是制造大国国，不是制制造强国发电设备、、机床、汽汽车、电子子制造等产产品产量居居世界前列列，却没有有一家装备备制造企业业能跻身世世界500强关键装备大大多依赖进进口光电子制造造设备的100%IC制造装备的的85%高档数控机机床的70%我国制造业业现状原创性的技技术和成果果缺乏，企企业的核心心竞争力不不足，制造造科学基础础研究相对对薄弱我国机械工工业发展目标2000年，制造技技术水平总总体上达到到工业先进进国家80年代末90年代初的水水平。优质、高效效、低耗、、少或无污污染的现代代制造技术术普及率，，由目前的的不足10%提高到2000年20%，2010年提高到50%。形成一批高高科技产业业：★四个加工产产业——精密成型加加工、精密密加工、激激光加工、、表面处理理加工；★三个自动化化硬件产业业——数控系统、、工业机器器人、传感感器和测试试设备；★三个软件产产业——CAD、CAM、MIS。先进制造技技术的发展趋势精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化发展趋势（1）先进制造技术术制造技术+信信息技术+管管理科学+有有关科学技术术先进制造技术术发展的总趋趋势制造产品：“精”“极”“文”制造过程：“绿”“快”“省”“效”制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”发展趋势（2）“精”是发展的关键键“极”是发展的焦点点“文”是发展的新义义“绿”是发展的必然然“快”是发展的动力力“省”是发展的原则则“效”是发展的追求求“数”是发展的核心心“自”是发展的条件件“集”是发展的方法法“网”是发发展展的的道道路路“智”是发发展展的的前前景景制造造产产品品：制造造过过程程：制造造方方法法：“精”是发发展展的的关关键键———精确确化化加工工精精度度精精密密化化人造卫星星的仪表表轴承，，其圆度度、圆柱柱度、表表面粗糙糙度等均均达纳米米级；操作尺度度细微化化基因操作作机械，，移动距距离为纳纳米级，，移动精精度为0.1纳纳米级物理性能能精确化化＿物理性性能、力力学性能能、化学学性能、、生化性性能等等等控制要求求纳米化化发展趋势势——制造产品品：“精”“极”“文”电子制造造中高精度：：控制趋趋于纳米米级加工趋于于亚纳米米级超微细：：芯片线线宽＜100nm运动副间间隙＜12nm高加速度度：封装装运动＞＞12g高可靠性性：芯片片千小时时失效率率＜1/109发展趋势势——制造产品品：“精”“极”“文”超精密加加工20世纪初：：10微米30年代：1微米50年代：0.1微米70-80年代：0.01微米目前：0.001微米（纳米加工））发展趋势——制造产品：“精”“极”“文”“极”是发展的焦点点——极端、极限几何形体上，，极大、极小小、极厚、极极薄、极平、、极柔、极圆圆、极方、奇奇形怪状；在物理性能上上，极高硬度度、极高塑性性、极大弹性性、极大脆性性、极强磁性性、极强辐射射性、极强腐腐蚀性，奇性性怪能；MEMS（Micro-Electro-Mechanical_System)技术和产品是是典型极端、、极限技术和和产品。发展趋势——制造产品：“精”“极”“文”关于微电子芯片制造1.巨大的的投资建一座生产1000兆位位存储器的芯芯片制造厂，，需要投资150亿美元元2.当前的的芯片制造设设备（1）超净：：尘埃颗粒直直径<0.1微米颗粒数<0.1个/立方方英尺空气（2）超纯：：有害杂质含含量达到ppb（十亿分之一））（3）超精加加工：钠米级级我国的“龙芯”。日本日立公司司（2006）报导：集成成电路小如尘尘粒：长、宽150μm，厚7.5μm发展趋势——制造产品：““精”“极”“文”2002年原原子子级纳米“晶体管”（电极相距1nm）2003年世界最小的电电动机——纳米电动机（（直径500nm）量子计算机基基本电路（1/500mm，近°K工作）2004年能停或暂停的的分子马达用核磁共振观观测到单个电电子2005年超超大容量量纳米级信信息存储材材料2006年世世界最小小的发电机机——纳米发电机机发展趋势——制造产品：：“精”“极”“文”“文”是发展的新新义——人文化工业产品，，“实用”，物质层面面；艺术产品，，（人文））文化含量量高，“物美”，精神层面面，环境协协调，爽心心悦目，经经得起“看”，经得起“想”——“工业设计”制造过程、、制造方法法——“文明化”生产。发展趋势——制造产品：：“精”“极”“文”“绿”是发展的必必然——绿色“天人合一”与“无为”；“保护环境，，就是保护护生产力；；改善环境境，就是发发展生产力力”——江泽民制造各阶段段都必须充充分计及环环境保护：：自然环境境，社会环环境、生产产环境、生生产者的身身心健康；；制造必然要要走向“绿色”制造，这是是实现国民民经济可持持续发展的的重要条件件。发展趋势——制造过程：：“绿”“快”“省”“效”“快”是发展的动动力——快速对市场的快快速响应对生产的快快速重组生产模式：：高度柔性性与高度敏敏捷性推动着制造造技术的进进步与制造造方法的发发展发展趋势——制造过程：：“绿”“快”“省”“效”“省”是发展的原原则——节省市场经济必必然的要求求制造过程必必须节省、、节约、节节俭制造过程的的优化制造资源的的优化配置置发展趋势——制造过程：：“绿”“快”“省”“效”“效”是发展的追追求——高效、高高生产率个性化大生生产、大规规模定制快速响应市市场需求的的应有推论论与含义生产效率提提高￫生产产力发展￫￫社会进步步高效、低耗耗、无污染染发展趋势——制造过程：：“绿”“快”“省”“效”“数”是发展的核核心——数字化“信息化”的核心是“数字化”数字制造是是制造技术术与信息技技术（包含含计算机技技术、网络络技术）等等交叉、发发展与应用用的结果数字化设计计、数字化化控制、数数字化管理理以及贯穿穿始终的“虚拟”技术数字化技术术必将导致致制造技术术的重大发发展与变革革发展趋势——制造方法：：“数”“自”“集”“网”“智”“自”是发展的条条件——自动化自动化是强强化、延伸伸甚至取代代人劳动（（体力、脑脑力）的技技术或手段段自动控制、、自动调节节、自动补补偿、自动动辨识等发发展到自学学习、自组组织、自维维护、自修修复等更高高水平的自自动化发展趋势——制造方法：：“数”“自”“集”“网”“智”1870-1980：加工过程效效率20倍管理效率1.8-2.2倍设计效率1.2倍CAX技术术———脑力力劳劳动动自自动动化化。。制造造业业中中NC的重重大大基基础础作作用用。。发展展趋趋势势———制造造方方法法：：“数”“自”“集”““网”““智”“集”是发发展展的的方方法法———集成成化化技术术集集成成、、管管理理集集成成、、技技术术与与管管理理集集成成本质质：：知知识识和和信信息息集集成成，，集集成成也也包包含含了了“交叉叉”现代代制制造造科科学学技技术术的的发发展展离离不不开开“集成”和“交叉”CIMS，从实际情况况与发展前景景来看，整个个产品的生产产确系一个计计算机集成生生产系统，而而且与网络化化不可分割。。发展趋势——制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”传感技术信号处理技术术控制技术随动技术精密机械技术术系统集成技术术发展趋势——制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”机电一一体化化“网”是发展展的道道路——网络化化现代新新型制制造模模式实实施的的基础础设施施，现现代制制造企企业生生产活活动必必不可可少运运行环环境网络化化既是是制造造企业业信息息化、、集成成化的的基础础，又又是企企业信信息化化、集集成化化的进进一步步发展展网络化化将制制造业业走向向全球球化、、整体体化、、有