先进制造技术概述六

机械制造技术导论河海大学机电工程学院苑明海1.制造业和制造技术的概念定义1：制造业是将各种原材料加工制造成可使用的工业制成品的工业。地位：制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十分重要的位置，是国民经济的支柱产业。美国68%的财富来源于制造业；日本国民总产值的49%由制造业提供；中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例。没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。0.1制造业和制造技术1.制造业和制造技术的概念作用：目前，作为我国国民经济的支柱产业,制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托,制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。制造技术：是使原材料变成产品的技术的总称，是国民经济得以发展、制造业本身赖以生存的关键基础技术。0.1制造业和制造技术电子制造业汽车制造业2.机械制造科学的研究内容机械制造设备和工艺装备的设计和制造，新的设备和工装的设计。机械的制造工艺过程：热加工工艺过程及冷加工工艺过程，它们都是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。机械制造(冷加工)工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。因此，机械制造科学也是研究机械加工和装配工艺过程及方法的科学。据统计，目前在机械制造中采用的工艺方法已经达到4500种以上。各种工艺方法的规律、特点和适用范围，新的先进制造工艺手段，也是机械制造科学的重要研究内容之一。0.2机械制造科学的概念与研究内容1.机械制造科学的概念为国民经济各部门进行简单再生产和扩大再生产提供技术装备的各类制造业，统称为装备制造业。机械制造业是装备制造业的核心。研究机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学称为机械工程学。机械系统从构思到实现要经历设计和制造两大不同性质的阶段，与之相应，机械工程学被分成两大分支：机械学和机械制造科学。机械制造科学是研究机械制造系统、机械制造过程和机械制造手段(工艺)的科学。0.2机械制造科学的概念与研究内容2、先进制造技术的基本内容18世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发明。19世纪：电气技术发展，电气技术与制造技术融合。20世纪初：内燃机发明，引发了制造业的革命。二战后：计算机、微电子、信息和自动化技术。形成了一批新型先进制造单元技术，如NC技术、CNC、柔性制造单元（FMC）、CAD／CAM等。80年代：开拓了制造技术面向市场生产发展的新阶段：材料需求规划（MRP--I）、制造资源规划（MRP－II）、全面质量控制（TQC）、CAD／CAM。20世纪末的最后10年：以信息为主要特征，信息技术、人工智能技术的发展提供了高效能的技术手段。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点advancedmanufacturingtechnology

2、先进制造技术的基本内容2.1.2先进制造技术的提出制造技术自18世纪后半叶发生的产业革命后获得了飞速发展，先进制造技术作为一个专用名词却是在20世纪80年代末期，由美国根据本国制造业面临的挑战与机遇；从技术发展角度，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，全面推进了制造技术的飞跃发展。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国70年代开始美国科技优势和经济竞争力衰退:“后工业化社会”，“夕阳工业”，80年代后期，国会议员、政策咨询和研究机构纷纷要求政府支持和重视产业技术的发展，1991年，美国白宫发表了《美国国家关键技术》的报告，明确将柔性计算机集成制造、智能加工设备、微米级和毫米级制造以及系统管理技术等，作为制造技术领域，列入总数为22项的国家关键技术中。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点1993年2月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术发展的六点行动加大资助，开发新一代汽车、新建筑技术、智能控制和传感器技术、快速原型设计及考虑环境的制造技术；支持灵活制造；建立全国制造技术推广中心网；促进本地区技术联盟的建立；促进制造工程教育的发展；促进考虑环境的制造技术的发展。美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国先进制造技术计划和制造技术中心计划先进制造技术计划：1994年度拨款14亿美元，三个重点领域：下一代“智能”制造系统、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具、基础设施工作。制造技术中心计划（MTC）：又称合作伙伴计划，指政府和企业在发展制造技术上进行密切合作。在全国建立170家制造技术中心，帮助企业通过技术进步节约。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点欧共共体体ERECA、、ESPRIT、、BRITE计计划划ERECA（（尤尤里里卡卡））计计划划：：1988年年拨拨款款5亿亿美美元元资资助助16个个欧欧洲洲国国家家600家家企企业业的的165个个合合作作项项目目。。ESPRIT（（欧洲洲信息息技术术研究究发展展战略略）计计划：：13个个成员员国向向5500名研研究人人员提提供资资助。。BRITE（欧欧洲工工业基基础研研究））计划划：重点资资助材材料、、制造造加工工、设设计以以及工工厂系系统运运作等等方面面的研研究。。先进制制造技技术得得到重重视2、先先进制制造技技术的的基本本内容容2.1先先进制制造技技术的的提出出、内内涵及及特点点日本的的政策策和智智能制制造技技术（（IMS））计划划日本产产业技技术政政策:从重视视应用研研究转向加加强基础研研究，以便便彻底底摆脱脱“美美国出出创新新概念念，日日本出出创新新产品品”的的局面面。日本模模式:技术引引进--自自主开开发--独独创性性的自自主开开发--个个性化化、创创造性性的自自主开开发--加加强基基础研研究的的技术术发展展道路路。国际共共同研研究计计划。。目标：：要全全面展展望21世世纪制制造技技术的的发展展趋势势，致致力于于全球球制造造信息息、制制造技技术的的体系化化、标准化化。1995年年1月月正式式启动动，为为期10年年，总总投资资40亿美美元。。先进制造造技术得得到重视视2、先进进制造技技术的基基本内容容2.1先先进制制造技术术的提出出、内涵涵及特点点韩国的先先进制造造系统计计划1991年底韩韩国提出出了“高高级先进进技术国国家计划划”，通通常称为为G－7计划。。目标：到到2000年把把韩国的的技术实实力提高高到世界界第一流流工业发发达国家家的水平平。已达到。G－7计计划包括括七项先先进技术术及七项项基础技技术。投投资62亿美元元。共性基础础技术、、下一代代加工系系统、集集成技术术、智能能技术。。先进制造造技术得得到重视视2、先进进制造技技术的基基本内容容2.1先先进制制造技术术的提出出、内涵涵及特点点究竟依靠靠什么产产业来强强国？是是依靠靠第三产产业来强强国，还还是依靠靠制造业业来强国国？美国的教教训1)上个个世纪70年代代,美国国不重视视制造业业,把制制造业称称为“夕夕阳工业业”,结结果果导致美美国80年代的的经济衰衰退。2)80年代后后期，美美国政府府开始协协调和支支持制造造产业的的发展，，1991年，，布什政政府期间间，美国国白宫科科学技术术政策办办公室发发表了总总数为22项的的美国国国家关键键技术，，其中制制造技术术占4项项，标志志着美国国科技政政策的转转变。3)克林林顿上台台后，对对制造业业大力支支持。日本的经验验1）在上个个世纪70-80年年代，日本本非常重视视制造业，，特别大抓抓了汽车制制造和微电电子制造，，结果日本本的汽车和和家用电器器占领了全全世界的市市场，特别别是大举进进入了美国国市场。2）日本的的微电子芯芯片成为美美国高技术术产品的关关键元件。。1991年海湾战战争结束后后，日本人人说美国赢赢得这场战战争是依靠靠的日本的的芯片，是是“日本的的芯片打败败了伊拉克克的钢片””。东南亚经济济危机的启启示1）1998年爆发发的东南亚亚经济危机机，从另一一个侧面反反映了一个个国家发展展制造业的的重要。一一个国家，，如果把经经济的基础础放在股票票、旅游、、金融、房房地产、服服务业上，，而无自己己的制造业业，这个国国家的经济济就容易形形成泡沫经经济，一有有风吹草动动就会产生生经济危机机。2）新加坡坡、台湾都都有自己的的制造业，，因此受经经济危机的的影响小一一些。学习的榜样样——瑞士士瑞士依靠什什么使人均均产值居世世界第一？？1）瑞士是是一个仅700万人人口的小国国，但瑞士士的制造业业十分发达达，瑞士的的精密机械械产品的出出口量是我我国的8倍倍，瑞士的的手表世界界第一，连连小小的军军刀，也风风靡全世界界。2）现在瑞瑞士的年人人均国民生生产总值达达到4.3万美元以以上,居世世界第一。。我国对先进进制造技术术的发展给给予充分重重视1995年年：“九五五”计划和和2010年远景目目标的建议议中明确要要大力采用用先进制造造技术。国家各类攻攻关计划国家计委重重视：如数数控系统及及装备研究究等。国家自然科科学基金会会。S－863，973计划。“十五”规规划中，先先进制造技技术是国家家重点发展展的第四关关键领域。。先进制造技技术得到重重视2、先进制制造技术的的基本内容容2.1先先进制造技技术的提出出、内涵及及特点国家中长期期科技规划划16个重重大专项1.核心电子器器件、高端端适用芯片片及基础软软件产品2.极大规模集集成电路制制造装备及及成套工艺艺3.新一代宽带带无线移动动通信网4.高档数控机机床与基础础制造装备备5.大型油气田田及煤层气气开发6.大型先进压压水堆及高高温气冷堆堆核电站7.水体污染的的控制与治治理8.转基因生物物新品种培培育先进制造技技术得到重重视2、先进制制造技术的的基本内容容2.1先先进制造技技术的提出出、内涵及及特点国家中长期期科技规划划16个重重大专项9.重大新药创创制10.艾滋滋病和病毒毒性肝炎等等重大传染染病防治11.大型飞机12.中国第二代代卫星导航航系统13.高分辨率对对地观测系系统14.载人航天天与探月月工程15.高超声速速飞行器器科技工工程16.惯惯性约束束核聚变变点火先进制造造技术得得到重视视2、先进进制造技技术的基基本内容容2.1先进进制造技术的的提出、内涵涵及特点国家中长期科科技规划5大大战略抓住未来若干干年内信息技技术更新换代代和新材料技技术迅猛发展展的难得机遇遇，把获取装备制造业和和信息产业核核心技术的自主知识产权权，作为提高我国国产业竞争力力的突破口；；先进制造技术术得到重视2、先进制造造技术的基本本内容2.1先进进制造技术的的提出、内涵涵及特点先先进制造造技术内涵先进制造技术术是制造业不不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，，并将其综合应应用于产品设设计、加工、、检测、管理理、销售、使使用、服务乃乃至回收的制制造全过程，，以实现优质、、高效、低耗耗、清洁、灵灵活生产，提高对动态多多变的市场的的适应能力和和竞争能力的的制造技术的的总称。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点先先进制造技技术特点先进制造技术术的实用性先进制造技术术应用的广泛性先进制造技术术的动态特征先进制造技术术的集成性：制造工程先进制造技术术的系统性：物质流、能能量流和信息息流的系统工工程。实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产提高对产品市市场的适应能能力和竞争能力2、先进制造造技术的基本本内容2.1先先进制造技技术的提出出、内涵及及特点一、定义: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,以实现优优质.高效效.低耗.清洁.灵灵活的生产产,提高对对动态多变变的市场的的适应能力力和竞争能能力的制造造技术总称称,也是取取得理想技技术经济效效果的制造造技术的总总称.2、先进进制造技技术的基基本内容容2.2先先进制制造技术术的体系系面向制制造的的设计计技术术群产品/工艺艺设计计计算机机辅助助设计计工艺过过程建建模和和仿真真工艺规规程设设计系统工工程基基础快速成成型技技术并行工工程制造工工艺技技术群群材料生生产工工艺加工工工艺联接与与装配配测试和和检测测环保技技术维修技技术其他信息技技术接口技技术集成技技术人工智智能数据库库软件工工程决策支支持标准和和框架架数据标准工艺标准接口框架产品定义和和标准检验标准机床和工具具技术传感器和控控制技术质量管理用户/供应应商交互作作用工作人员培培训和教育育全国监督和和基准评测测技术获取和和利用主体技术群支撑技术群制造基础设施环境二体系结构(1)2、先进制制造技术的的基本内容容2.2先先进制造技技术的体系系二体系结构(2)2、先进制制造技术的的基本内容容2.2先先进制造技技术的体系系三先进设设计技术设计方法现现代化产品动态分分析和设计计产品可靠性性可维护性及及安全设计计产品优化设设计快速响应设设计创新设计智能设计仿真与虚拟拟设计价值工程设设计模块化设计计设计手段计计算机化有限元法优化设计计算机辅助助设计反求工程技技术CAD/CAM一体体化技术工程数据库库向全寿命周周期设计发发展由单纯考虑虑技术因素素转向综合合考虑技术术、经济和和社会因素素2、先进制制造技术的的基本内容容2.2先先进制造技技术的体系系四、先进制制造工艺技技术精密、超精精密加工技技术精密加工：：精度为3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工工：精度为为0.3～～0.03μmRa0.3～0.005μμm纳米加工：：精度高于于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制制造技术从制造工件件的毛坯、、从接近零零件形状向向直接制成成工件的方方向发展特种加工技技术高能束流加加工（电子子束、离子子束、激光光束、双光光子）电加工（电电解和电火火花)超声波加工工高压水加工工多种能源的的组合加工工2、先进制制造技术的的基本内容容2.2先先进制造技技术的体系系五、制造自自动化技术术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编编制工业机器人人机器人操作作机控制系统传感器生产线总线线控制柔性制造系系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信信号识别技术术信号识别数据获取数据处理特征提取与识识别过程设备工况况监测与控制制过程监视系统统在线反馈质量量控制2、先进制造造技术的基本本内容2.2先进进制造技术的的体系中国的制造技技术和制造业业正在崛起，，2010年年制造业的总产产值已超过美美国，成为世界第一制造造大国。我国生产的机机床、拖拉机机、小心柴油油机、集装箱箱、农用车、、电视机、空空调器、冰箱箱、洗衣机、、微波炉、太太阳轮热水器器、自行车、、摩托车等众众多几点产品品的产量都是是世界第一。。我国已能制造造许多世界领领先的科技产产品和大型成成套设备。3.我国制制造业和制造造技术的现状状先进工业化国国家，国民经济总收收入60％，，就业人口的25％；中国2012年的调查结结论:中国制造业占占国民生产总总值的1/3占整个工业生生产的4/5为国家财政提提供1/3以以上的收入贡献出口总额额的90%就业人员8043万3.我国制制造业和制造造技术的现状状改革开放30多年来中国国制造业的进进步：1）引进国外外先进技术2500多项项，占全国的的1/3以上上。近几年发发展的新产品品，50%达达到80年代代中后期的世世界水平。2）一些重要要产品的年生生产能力已跃跃居世界前列列，如汽车280万辆以以上（其中轿轿车120万万辆以上），，大中型发电电设备1200万千瓦以以上（火电1000万千千瓦，水电200万千瓦瓦），大中型型拖拉机11万台以上，，金切机床10万台以上上。3）我国已成成为世界最大大的服装纺织织品出口国；；与日本、马马来西亚和韩韩国并称世界界消费类电子子产品四大生生产国。4）成功开发发生产了运七七、运八、新新舟60等支支线飞机。5）一些新产产品的技术水水平已达世界界领先或先进进水平，如沈沈阳机床集团团的电主轴高高速卧式加工工中心、激光光切割机床，，沈阳变压器器厂的50万万伏超高压变变压器，黎明明航发集团的的中国第一台台拥有完全知知识产权的航航空发动机、、燃气轮机机，沈阳新松松机器人自动动化有限公司司的6000米水下机器器人等产品，，清华大学制制造工程研究究所研制开发发的并联构型型机床。3.我国制制造业和制造造技术的现状状2.我国制制造业和制造造技术的现状状峰值性能为每每秒5.49亿亿次次的的“天河一号号”超级计算算机（图1-1a）歼-20全天天候多用途战战斗机（图1-1b）“神十”载人人宇宙飞船（（图1-1c）“蛟龙”号7000米级级载人潜水器器（图1-1d）中国仅仅是世世界制造大国国，而不是制制造强国2.我国制制造业和制造造技术的现状状与工业发达国国家相比，我我国的制造业业和制造技术术存在如下差差距：工业生产能耗耗和物耗高。。万元产品能能耗是发达国国家的5倍，，物耗高40%。劳动生产率低低下，平均相相当于发达国国家的1/15~1/20。工业产品质量量差，技术含含量低，缺乏乏市场竞争力力。基础机械械、大型成套套设备质量等等级比发达国国家低1~2个等级，综综合技术水平平落后20余余年。企业研发投入入不足，自主主创新能力差差。企业投入入的科研经费费不到发达国国家的1/30。科技创新成为为“中国制造造”发展的关关键制约因素素。3.我国制制造业和制造造技术的现状状产品档次低，，高水平产品品所占比例小小当代国际先进进水平小于5％，90年年代25％，，80年代40％。创新开发能力力差，新产品品贡献率低产品平均生命命周期：我国国10年，美美国3～4年年新产品贡献率率：我国6％％（97年）），美国52％（95年年）专业化生产水水平低基础零部件、、产品配套、、基础工艺专专业化生产管理技术术水平落后计划经济，手手工管理，3.我国制制造业和制造造技术的现状状世界上70％％－80％以以上的产品是是制造出来的的：如美国、、瑞士。高科科技技的的发发展展需需要要先先进进制制造造技技术术，，特特别别是是精精密密制制造造技技术术：：火火箭箭、、导导弹弹等等。。信息息技技术术的的发发展展，，给给机机械械制制造造技技术术带带来来了了新新的的活活力力：：柔柔性性制制造造技技术术、、集集成成制制造造系系统统、、并并行行工工程程等等。。必须须将将基基础础科科学学研研究究与与工工程程研研究究更更紧紧密密结结合合起起来来。。必须须从从实实际际出出发发：：如如CIMS的的经经验验。。4、、先进进制制造造技技术术的的现现状状与与发发展展趋趋势势5.1国国际际现现状状5.2国国内内现现状状传统统机机械械仍仍占占主主导导位位置置。。先进进制制造造系系统统与与技技术术的的研研究究，，总总体体上上看看尚尚处处在在跟跟踪踪阶阶段段，，创创新新不不多多。。4、、先进进制制造造技技术术的的现现状状与与发发展展趋趋势势5.2国国内内现现状状信息息技技术术与与制制造造技技术术的的融融合合。。科学学技技术术的的综综合合是是当当前前技技术术发发展展的的一一个个重重要要特特点点。。如如：：仿仿生生学学研研究究。。绿色色制制造造是是近近年年来来发发展展最最快快的的重重点点研研究究领领域域之之一一。。加强强对对机机械械制制造造学学科科的的基基础础规规律律、、机机理理的的研研究究。。测量量在在现现代代制制造造技技术术中中占占有有极极重重要要的的地地位位。。如如：：虚虚拟拟测测量量技技术术。。“可可重重组组的的制制造造系系统统””提提出出了了一一个个值值得得注注意意的的问问题题。。4、、先进进制制造造技技术术的的现现状状与与发发展展趋趋势势5.3国国际际发发展展趋趋势势微加加工工技技术术、、绿绿色色制制造造技技术术网络络制制造造技技术术（E-manufacturing））制造造技技术术与与信信息息技技术术的的集集成成大批批量量定定制制生生产产纳米技术、、机器人数字化（工工厂：CAX/PDM）知识化：技技术创新；；产品及企企业模块化化微小化、绿绿色化、智智能化4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.3国国际发展趋趋势21世纪的的企业面临临“管理革革命”（1）分散散网络化制制造：以订订单为纽带带进行资源源重组，企企业间动态态联盟。如如：香港。。（2）“中中场产业””的兴起（3）企业业间从单纯纯竞争走向向既有竞争争、又有结结盟之路绿色制造将将成为21世纪制造造技术重要要特征。以提高对市市场快速反反应能力为为目标的制制造技术得得到超速发发展和应用用：并行工工程，快速速原型制造造技术。虚拟制造技技术将广泛泛应用。4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.4国国内发展趋趋势制造业信息息化：制造造技术和制制造业是一一切技术的的载体和““物化”手手段，当然然包括信息息技术，但但现代制造造业的发展展离不开信信息技术。。含义：生产过程程的自动化化和信息化化，制造业业的企业管管理信息化化；包括数数字化设计计、数字化化加工、数数字化装备备、数字化化管理，形形成数字化化企业。4、先进制造技技术的现状状与发展趋趋势5.4国国内发展趋趋势计算机辅助助工具CAXComputerAidedManufacturingComputerAidedProgre