先进制造技术章节

先进制造技术主讲：王宏斌绪论先进制造技术

★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标水平的技术标准与法规国标水平的人才与教育体制自主技术创新及开发能力国标水平的制造企业国标水平的制造中心国标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电火花加工工电化学加工工其它通过去除材材料，获得得具有一定定形状、尺尺寸和性能能的零件。。这一类别的的制造方法法，仍是目目前机械制制造中应用用最为普遍遍的。等量制造轧制板料成形挤压锻造热轧、冷轧轧如弯曲、拉拉延、翻边边等通过模具挤挤压成形通过塑性变变形，形成成所需要的的毛坯第一章制制造业与与先进制造造技术概论论相变过程铸造注塑成形热处理将熔化的金金属注入铸铸型中凝固固成形将熔融的塑塑料注入模模腔成形通过热处理理改变材料料的性能第一章制制造业与与先进制造造技术概论论表面处理镀层表面合金化化改变残余应应力状态离子溅射………用化学或物物理方法在在基体表面面镀上涂层层如渗碳、渗渗氮等如喷丸、表表面挤压或或滚压等用离子束从从表面去除除材料或注注入材料固化联结粉末冶金复合材料焊接粘接金属粉末成成形并烧结结如碳纤维复复合材料通过局部熔熔化而形成成材料的连连接使用粘接剂剂进行密封封或连接第一章制制造业与与先进制造造技术概论论仿生加工原子操作技技术克隆制造定向生长这一类的技技术涉及生生物技术、、生命科学学、材料科科学等多学学科领域，，是目前最最前沿的技技术领域之之一，也是是研究最为为活跃的领领域之一。。在硅基板板上定向向生长的的碳纳米米管用48个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.物物流的的发展趋趋势物流的5个“优优”（right）服服务：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.物物流域域活动的的主要装装备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。AGV4项性能能指标：：最大载载重、最最高行驶驶速度、、准停精精度和制制导方式式。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。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论⑦机器人人物流中应应用机器器人可用用于装卸卸工件、、传输物物料等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三、信息息域活动动处在信息息化时代代的制造造业及制制造系统统将会最最大限度度的“数数字化””，信息息域活动动亦可认认为是数数字化活活动。1.设设计过程程的信息息域活动动①设计的的概念什么是设设计？物体任一一部分的的设计都都应满足足功能需需求，且且基于艺艺术与工工程的结结合。设计是创创造一个个迄今尚尚不存在在的产品品（硬件件、软件件或一个个系统））的过程程。设计是一一个决策策过程。。设计就是是制作原原始计划划、草图图和方案案等。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论②设计过过程信息息域活动动的内容容设计过程程信息域域活动就就是将概概念、构构思映射射成数字字化物理理模型的的过程，，这需要要CAD系统的的支持。。第一章制制造造业与先先进制造造技术概概论2.加加工过程程的信息息域活动动加工过程程就是将将设计对对象物化化的过程程，在这这一过程程中，会会产生大大量诸如如力、热热、变形形、误差差等物理理信息。。对这些些信息进进行采集集、处理理和控制制的过程程就是加加工过程程信息域域的活动动。CNC技技术是目目前最主主要的先先进制造造设备，，其原理理如下图图所示：：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造业与先先进制造造技术概概论加工过程程信息域域的活动动还包括括虚拟加加工中的的数字化化仿真与与分析。。3.物物流过程程的信息息域活动动物流过程程的信息息域活动动，包括括对传输输装置数数量与布布局的信信息、被被传输物物料信息息、经济济效益信信息等的的监控与与管理。。具体内内容如下下：系统布局局及设备备、人员员配备系统运行行模式经济效益益评估物流设备备的类型型、数量量及布局局；自动动化中央央仓库的的类型、、库容及及布局刀库、工工件缓冲冲站的大大小及布布局；加加工设备备的类型型、数量量及布局局物料的运运输路线线；工件件运输的的调试策策略系统内托托盘的最最大数量量运输设备备故障率率；系统统的持续续运行时时间系统的投投资规模模；系统统的资金金周转；；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.管理中中的信息域活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）对各各种管理信息息进行收集、、传输、加工工、存储和使使用的过程。。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是制制造业不断吸吸收机械、电电子、信息、、能源及现代代系统管理等等方面的成果果，并将其综综合应用于产产品设计、制制造、检测、、管理、销售售、使用及服服务乃至回收收的全过程的的新的制造技技术的总称。。AMT的主要要特征是：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动动作方式。制制造系统的构构成及动作方方式，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个阶段段：传统制造造、现代制造造、后现代制制造。其生产产理念也随之之不断更新。。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）。随随着制造模式式的变化工艺艺系统的构成成也有了新的的变化（如图图所示）。在在虚拟制造中中整个工艺系系统都存在于于计算机系统统中。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/实集集成加工单元元V-CNC系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/实集成加加工单元（VPIMPC）构成如图图1.2.3（P23））所示。第一章制制造业与先进进制造技术概概论应用虚/实集集成加工单元元的优点是避避免机床碰撞撞、消除零件件试切、缩短短生产周期、、延长刀具寿寿命、提高生生产率、增强强竞争能力。。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/人口是指指每个人平均均享有的GDP，即人的的物质生活水水平；环境/GDP表示示环境效率，，即产生一份份GDP消耗耗的环境资源源。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.资源传传递的延伸技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.生态型型制造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.可持续续制造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，，能极大地减减少制造过程程中对环境的的冲击，能最最有效地使资资源得到利用用。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世纪的先进进生产模式，，它将定制生生产与大量生生产有机结合合起来，在满满足用户个性性化需求的同同时，保持较较低的生产成成本与较短的的交货期。1.大批量量生产与大量量定制生产方方式的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.大量定定制生产的理理论和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.组织大大量定制生产产应具备的条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.大量定定制的分类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个性和重新新配置。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。第三节节制制造造技术术的创创新策策略人类在在20世纪纪取得得了令令人瞩瞩目的的制造造技术术成果果，其其中数数控（（NC）加加工技技术与与生长长型制制造技技术（（MIM））是两两项突突破性性创新新成果果。面对21世世纪，，制造造技术术同样样受到到可持持续发发展策策略、、知识识经济济、信信息化化数字字化技技术的的驱动动，并并将以以新的的面貌貌出现现在世世人面面前，，也迫迫使制制造技技术人人员思思考制制造技技术创创新研研究问问题和和创新新策略略。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、制制造技技术创创新的的空间间与动动力可持续续发展展是制制造技技术创创新的的动力力与空空间。。第一章章制制造造业与与先进进制造造技术术概论论我国制制造业业面临临的问问题产品档次、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。解决决上上述问问题题依靠靠制制造造业业的的技技术术创创新新二、、制制造造技技术术创创新新的的基基础础知识识是是制制造造技技术术创创新新的的基基础础。。第一一章章制制造造业业与与先先进进制制造造技技术术概概论论计算算机机技技术术信息息技技术术网络络技技术术激光光技技术术纳米米技技术术材料料科科学学控制制理理论论………集成成融合合改进进新的的制制造造技技术术三、、制制造造技技术术创创新新的的手手段段数字字化化是是制制造造技技术术创创新新的的主主要要手手段段。。数字字化化的的核核心心是是离离散散化化，，如如何何将将自自然然界界的的连连续续物物理理现现象象、、模模糊糊的的不不确确定定现现象象，，以以及及人人的的经经验验与与技技能能等等离离散散化化，，进进而而实实现现数数字字化化。。继计计算算几几何何、、计计算算力力学学问问世世之之后后，，计计算算切切削削工工学学、、计计算算制制造造、、数数字字化化制制造造、、新新型型材材料料零零件件数数字字化化设设计计与与制制造造等等陆陆续续被被提提出出，，明明显显地地看看出出数数字字化化是是技技术术创创新新的的重重要要手手段段，，前前述述的的20世世纪纪两两大大突突破破性性创创新新，，数数字字化化也也起起到到了了重重要要的的作作用用。。计算算机机网网络络为为数数字字化化信信息息的的传传递递、、为为实实现现““光光速速贸贸易易””提提供供了了技技术术手手段段。。计计算算机机网网络络也也为为实实现现全全球球化化制制造造，，基基于于网网络络的的制制造造提提供供了了物物质质保保证证，，这这不不仅仅有有利利于于参参与与市市场场竞竞争争，，促促进进设设备备资资源源的的共共享享，，更更有有利利于于快快速速获获得得制制造造技技术术信信息息，，激激发发创创新新灵灵感感，，是是实实现现数数字字化化制制造造的的重重要要保保证证。。第一一章章制制造造业业与与先先进进制制造造技技术术概概论论四、、制制造造技技术术创创新新的的模模式式在技技术术创创新新中中，，模模式式主主要要是是指指技技术术创创新新过过程程中中有有关关技技术术的的产产生生、、选选择择、、组组织织、、应应用用与与扩扩散散方方式式的的总总和和。。长江江三三角角洲洲地地区区是是我我国国技技术术创创新新能能力力和和创创新新水水平平最最高高的的地地区区，，其其成成功功的的创创新新模模式式有有：：第一一章章制制造造业业与与先先进进制制造造技技术术概概论论产学学研研结结合合的的技技术术创创新新型型典型的创新模式引进进消消化化吸吸收收技技术术创创新新型型快速的创新模式企业业自自主主技技术术创创新新型型最高水平的创新模式股份份制制技技术术创创新新型型最具活力的创新模式五、、制制造造技技术术创创新新的的虚虚拟拟检检验验在虚虚拟拟现现实实（（VR））技技术术近近年年来来获获得得了了飞飞速速发发展展。。VR技技术术提提供供的的可可视视化化，，不不只只是是一一般般几几何何型型体体的的空空间间显显示示，，也也可