第1章概述-先进制造技术课件

先进制造技术

AdvancedManufacturingTechnologyZhejiangUniversityofTechnology

FEIYAN-Lou1第1章概述本章要点制造技术的概念先进制造技术的特点先进制造技术的体系结构制造系统2第1章

概述

Introduction1.1

制造技术与制造系统ManufacturingTechnologyandManufacturingSystem3

广义制造：不仅包括了具体的工艺过程，还包括市场分析、产品设计、质量控制、生产过程管理、营销、售后服务直至产品报废处理等在内的整个产品寿命周期的全过程

。

狭义制造：生产过程从原材料→成品直接起作用的那部分工作内容。制造业是将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人和社会使用和利用的工业产品或生活消费品的行业。制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。

制造

制造业1.1.1制造与制造技术制造一词来源于拉丁语词根manu(手)和facere(做)。41.1.1制造与制造技术表1.1我国制造业的分类序号行业名称序号行业名称13农副食品加工业28化学纤维制造业14食品制造业29橡胶制品业15饮料制造业30塑料制品业16烟草制造业31非金属矿物制品业17纺织业32黑色金属冶炼及压延加工业18纺织服装、鞋、帽制造业33有色金属冶炼及压延加工业19皮革、毛皮、羽毛（绒）制造业34金属制品业20木材加工及木、竹、藤、棕、草制造业35通用设备制造业21家具制造业36专用设备制造业22造纸及纸制品业37交通运输设备制造业23印刷业和记录媒介的复制38电气机械及器材制造业24文教体育用品制造业39通信设备、计算机及其它电子设备制造业25石油加工、炼焦及核燃料加工业40仪器仪表及文化、办公用机械制造业26化学原料及化学制品制造业41工艺品及其它制造业27医药制造业42废弃资源和废旧材料回收加工业5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、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输

表1.2第一、二、三产业的划分1.1.1制造与制造技术6制造技术

在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。运用一定的知识、技能操纵可以利用的物质、工具采取有效的方法……

手段包括

与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。1.1.1制造与制造技术7制造系统结构图1-2制造系统功能结构经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流用户、市场与外部环境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造（加工、装配、检验、输送、存储…）质量控制1.1.2制造系统8压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配

车身安装最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理图1-5汽车生产物流示意图1.1.2制造系统9第1章

概述

Introduction1.2制造技术的发展及其在国民经济中的地位DevelopmentofManufacturingIndustryandit’sPositioninNationalEconomy101.2.1制造技术的发展

制造技术的进步和发展

制造技术是制造业所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。影响其发展的最主要因素是技术的推动和市场的牵引。人类科学技术的每次革命必然引起制造技术的不断发展，因而也推动了制造业的不断发展和进步。近百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量→少品种大批量→多品种变批量”的方向发展。在科学技术高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集”的方向发展。与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工→机械化→单机自动化→刚性流水自动化→柔性自动化→智能自动化”的方向发展。111.2.1制造技术的发展

制造技术发展的五个时期工场式生产时期18世纪七十年代，以蒸汽机和纺纱机的诞生，引发第一次工业革命，从手工业作坊式生产到以机械加工和分工原则为中心的工厂生产，机器代替手工。工业化规模生产时期19世纪电气技术得到发展，由于电气技术与其他制造技术的融合，开辟了崭新的电气化新时代，制造业得到了飞速发展，制造技术实现了批量生产、工业化规范生产的新局面。与此同时，互换性原理和公差制度应运而生。12刚性自动化发展时期20世纪初，内燃机的发明，引起了制造业的革命，流水生产线和泰勒式工作制及其科学管理方法得到了应用。特别是第二次世界大战期间，以大批量生产为模式，以降低成本为目的的刚性自动化制造技术和科学管理方式得到了很大发展。福特汽车制造公司用大规模刚性生产线代替手工作业，使汽车的价格在几年内降低到原价格的1/8，促进了汽车进入家庭。柔性自动化发展时期20世纪中期，计算机、微电子、信息和自动化技术有了迅速的发展，逐步形成了数控技术（NC）、计算机数控（CNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）等先进的制造单元技术和全面质量管理（TQM）、准时生产（JIT）等科学的管理理念和方法，为单一产品大批量刚性自动化生产向多品种小批量柔性自动化生产方向发展提供了技术基础。1.2.1制造技术的发展

13第一辆福特汽车1903年，福特公司的汽车生产线1420世纪初，制造生产线15马自达焊装车间，拥有目前国内最先进的柔性化自动生产线，可同时共线生产8种不同底盘的车型；焊接主线采用数控定位系统，适应5米以下任意尺寸的车身底盘。车架主结构全部采用机器人自动焊接，主线焊接自动化率达到100%。16综合自动化发展时期自20世纪80年代以来，设计、制造和管理在内的单元自动化技术逐渐成熟和完善，如计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助检测（CAT）；在经营管理领域内的物流需求规划（MRP）、制造资源规划（MRPⅡ）、企业资源规划（ERP）；在加工制造领域内的直接或分布式数控（DNC）、工业机器人（ROBOT）等。以计算机为中心的集成制造技术从根本上改变了制造技术的面貌和水平，体现新的制造模式的计算机集成制造系统（CIMS）、并行工程（CE）以及精良生产（LP）得到实践、应用和推广。此外，精密成形技术与装备、快速成形技术与系统、少无切削技术与装备、激光加工技术与装备等进入了一个空前发展的阶段。

1.2.1制造技术的发展

171.2.2制造业在国民经济中的地位

制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机美国：68%的财富来源于制造业；日本：49%的国民生产总值（GNP）来源于制造业；中国：2001年制造业增加值：37613.1亿元占国民生产总值的39.21%，占工业生产总值的77.61%。上交税金4398.17亿元，占国家税收总额的30%和财政收入的27%。制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重基石20世纪兴起的核技术、空间技术、信息技术、生物医学技术等高新技术无一不是通过制造业的发展而产生并转化为规模生产力的。其直接结果是导致诸如集成电路、计算机、提动通信设备、国际互联网、机器人、核电站、航天飞机等产品相继问世，并由此形成了制造业中的高新技术产业。

181.2.2制造业在国民经济中的地位

纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械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制造业图1-8

当今制造业的社会功能◆图1-8显示了当今制造业的社会功能。191.2.2制造业在国民经济中的地位

制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的关键产业美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。中国：2001年制造业全部从业人员8083万人，约占全国工业从业人员总数的90.13%，全国全部从业人口的11.1%。中国：2001年制造业出口创汇2398亿元。占全国外贸出口总额90%。制造业是国家安全的重要保障美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。20世纪80年代，发生了轰动一时的“东芝事件”。美国重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。201.2.2制造业在国民经济中的地位

1963年1983年美日两国汽车产量在世界市场所占份额图1-9

美日两国汽车产量变化21典型案例案例1半导体、晶体管是美国发明的，由此兴起的微电子工业也可以说纯粹是美国的首创工业。然而在70~80年代间不到十年的时间里，其半导体的市场份额由60%降到了40%，消费电子产品则几乎全军覆没。电视机仅有15%的国内市场，其余全部被日本占领。22典型案例案例2

汽车的大批大量生产方式出自美国，汽车工业也成为美国的最大工业。1955年：美国进口汽车仅占1%；1987年：美国进口汽车上升到31%；1989年：美国汽车世界市场占有率从75%下降到25%；案例3

在机床行业：美国：1980年NC机床自给率80%，1981~1987年，机床企业从1400家减少到500家，进口率达50%；日本：1988年机床产值居世界首位，占世界总量1/4；231.2.2制造业在国民经济中的地位

东芝事件图1-10

多轴数控机床改进核潜艇性能24第1章

概述

Introduction1.3先进制造技术的特点和发展趋势CharacteristicsofAdvancedManufacturingTechnologyAndItsDevelopingTrend251.3.1先进制造技术产生的背景

消费观念的变革和市场竞争日益激烈自20世纪60年代以来，世界市场的特征由传统的相对稳定逐渐演变成为动态多变，由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争；行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈。在六、七十年代，市场主要是卖方市场，企业制造战略由追求生产规模转向降低生产成本。20世纪80年代，由于产品供过于求，市场转变为买方市场，企业向提高产品质量的制造战略转变。20世纪90年代以来，消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，产品的生产和服务界限越来越不明显，市场变化周期越来越短，而其具有不确定性。这就要求制造企业不仅要降低生产成本、提高产品质量、及时响应市场变化，还要追求创新和新颖。261.3.1先进制造技术产生的背景制造全球化和贸易自由化制造业、制造产品和制造技术走向国际化，导致制造业格局在全球的重新分布和组合，并使得经济竞争在全球范围内愈演愈烈。随着世界自由贸易体制进一步完善，以及全球交通运输体系和通信网络的建立，全球采购与制造一体化的格局已初步形成，国际经济合作与交往日趋紧密。科学技术与制造技术的相互制约和促进

计算机、微电子、信息、自动化等技术的相互渗透、融合和衍生，极大地促进了制造技术在宏观（制造系统的建立）和微观（精密、超精密加工）两个方向上的蓬勃发展，急剧地改变了现代制造业的产品结构、生产方式、生产工艺和设备以及生产组织体系，使现代制造业成为发展速度快、技术创新能力强、技术密集甚至知识密集型产业。271.3.1先进制造技术产生的背景

有限的资源和日益增长的环保压力制造业将制造资源转变为产品的制造过程，以及产品的使用过程和废弃处理过程中，一方面消耗大量人类社会有限的资源，另一方面也造成了环境污染。有限的资源正在威胁着人类的继续发展，环境污染正在威胁着人类的生存。因此，必须迅速研制节能环保性产品及其创新技术、报废产品的回收处理技术、生态工厂的循环制造技术等绿色制造技术与装备。先进制造技术的提出是美国根据本国制造业面临的来自世界各国，特别是亚洲国家的挑战，为增强制造业的竞争力，夺回美国制造工业的优势，促进国家经济的发展，于20世纪80年代末提出来的。28定义

先进制造技术是以提高综合效益为目的，以人为主体，以计算机技术为支柱，综合应用系统技术、自动化技术、信息、材料与工艺技术、能源与环保等高新技术以及现代系统管理技术，研究并改造制造过程作用于产品整个寿命周期的所有适用技术的总称。而把这些适用技术所构成的制造系统，统称先进制造系统。1.3.2先进制造技术的特点

特点AMT是一项综合性技术AMT将各种与制造相关的技术集合成一个整体，并贯穿到从市场分析、产品设计、加工制造、生产管理、市场营销、维修服务直至产品报废处理、回收再生的生产全过程。AMT特别强调计算机技术、信息技术和现代管理技术在制造中的综合应用特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理的有机结合。29特点AMT是一项动态发展技术AMT没有一个固定的模式，AMT实现规模、实现程度、实现方法以及侧重点要与企业的具体情况相结合，并与企业的周边环境相适应。同时AMT也不是一成不变的，而是动态发展的，它要不断地吸收和利用各种高新技术成果，并将其渗透到制造系统的各个部分和制造活动的整个过程，使其不断趋于完善。AMT是面向工业应用的技术AMT有明显的需求导向特征，不以追求技术高新度为目的，重在全面提高企业的竞争力，促进国家经济持续增长，加强国家综合实力。AMT坚持以顾客为核心，强调系统集成和整体优化，提倡合理竞争与相互信任，这些都是制造企业生存和发展的重要条件。1.3.2先进制造技术的特点

30AMT是面向全球竞争的技术当前，由于信息技术的飞速发展，使每一个国家每一个企业都处在全球市场中。为了赢得国际市场竞争，必须提高企业综合效益（包括经济效益、社会效益和环境生态效益）及对市场的快速反应能力，而采用先进制造技术是达到这一目标的重要途径。AMT是面向21世纪的技术AMT是制造技术发展的新阶段，它保留了传统制造技术中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技术，使其产生了质的飞跃。AMT强调环保技术，突出能源效益，重视产品的回收和再利用，符合可持续发展的战略。1.3.2先进制造技术的特点

特点31制造自动化技术向纵深方向发展

集成化柔性化

网络化虚拟化智能化1.3.3先进制造技术的发展趋势

32产品设计

传统产品设计方法的改进主要是CAD和CAE技术的全面应用。当前研究的重点是产品建模理论、创新设计、快速设计（包括快速原型制造）、数值仿真、设计数据管理技术等。近年来，由于计算机辅助技术的迅速发展，不断出现了许多新的设计思想和设计方法，包括并行设计（ConcurrentDesign）、面向“X”的设计（DesignforX—DFX）、健壮设计（RobustDesign）、优化设计（OptimalDesign）、反求工程技术（ReverseEngineering）等，并已得到实际应用。传统制造技术不断改进，新型制造技术迅速发展1.3.3先进制造技术的发展趋势

33零件制造●毛坯成形技术的改进主要集中在提高成形精度上。近年来出现的近净成形（NearNetShapeProcess）和净成形（NetShapeProcess）技术，使毛坯逐渐向最终零件形状和尺寸逼近。近净成形与净成形技术包括近净铸造成形、精确塑性成形、精确连接、精密热处理改进、表面改进、高精度模具等专业领域。零件机械加工技术的改进主要表现在强力切削/磨削与高速切削/磨削技术的迅速发展。特别是高速切削与超高速切削技术的发展可以实现“以切代磨”，这不仅可以极大地提高生产效率，而且可以获得较高加工精度，还可以实现难以加工材料的切削加工。传统制造技术不断改进，新型制造技术迅速发展1.3.3先进制造技术的发展趋势

34零件制造

●新型零件制造方法，又称特种加工方法，将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等。精密制造技术精密制造技术包括精密与超精密加工、微细与超微细加工以及微型机械等。目前超精密加工的尺寸精度已达到0.025μm，表面粗糙度Ra达到0.005μm；微细加工通常指1mm以下微小尺寸零件的加工，超微细加工通常指1μm以下超微细尺寸零件的加工。目前，微细与超微细加工的精度已达到纳米级（0.1nm—100nm）。传统制造技术不断改进，新型制造技术迅速发展1.3.3先进制造技术的发展趋势

35绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的一种现代制造模式。对于制造过程而言，绿色制造要求渗透到从原材料投入到产出成品的全过程，包括节约原材料和能源，替代有毒原材料，将一切排放物的数量与毒性削减在离开生产过程之前。对于产品而言，绿色制造覆盖构成产品整个生命周期的各个阶段，及从原材料提取到产品的最终处置，包括产品的设计、生产、包装、运输、流通、消费及报废等，减少对人类和环境的不利影响。传统制造技术不断改进，新型制造技术迅速发展1.3.3先进制造技术的发展趋势

36第1章

概述

Introduction1.4先进制造技术的体系结构和分类ArchitectureofAdvancedManufacturingTechnologyAndItsClassification371.4.1先进制造技术的体系结构

制造基础设施①质量管理②用户/供应商交互作用③工作人员培训和教育④全国监督和基准评测⑤技术获取合理用主技术群设计技术群①产品、工艺设计

CAD

工艺过程建模和仿真工艺规程设计系统工程集成工作环境设计②快速成型技术③并行工程制造工艺技术群①材料生产工艺②加工工艺③联接和装配④测试和检验⑤环保技术⑥维修技术⑦其他支撑技术群①信息技术·接口和通信·数据库·集成框架·软件工程·人工智能·决策支持②标准和框架·