现代制造技术及发展趋势2修改版课件.ppt

,报告内容,一、制造系统的基本知识,二、先进制造模式,三、现代制造技术发展趋势,1.知识经济下的制造业,2.200年来制造业的演变与发展,3.21世纪影响现代制造业发展的重要领域,4.21世纪我国制造业九大关键技术,四、我国装备制造业的机遇与发展,一、制造系统基本知识：,制造与社会：,物质资料的生产是人类社会存在与发展的基础，而物质资料生产主要靠以农、林、牧、渔也为代表的第一产业和以制造业为代表的第二产业。,三大产业,(industry),的概念：,第一产业（Primary Industry）：包括农、林、牧、渔业(farming,forestry,livestock husbandry,and fishery)等直接利用自然资源从事生产活动的部门(directly utilize natural resources to carry out productive activities）（泛指农业Agriculture）。,关于信息产业：,信息产业：首先给一个信息的定义：信息是有关某个事件或情况的知识，是事实或数据的集合。信息产业是从事现代信息设备的制造以及利用这些设备从事信息的采集、制作、储存、处理、传输和发送的行业。它不能单独看作一个产业，其装备生产属于第二产业的制造业，而信息处理部分属于第三产业。,制造及制造业,制造（manufacturing）是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识与技能，借助于手工或其它可以利用的物质工具，采用有效的方法，将原材料或毛坯转化为最终物质产品并投放市场的全过程。它不是指单纯的加工与装配，而要包括市场调研预测、产品设计、选材和工艺设计、生产准备、加工、质量保证、生产管理、市场营销、售后服务以及产品的回收与报废处理等产品全寿命周期内一系列相互有关的活动。,制造业,制造业：将制造资源（物料、设备、能源、工具、资金、技术、信息和人力）通过制造过程转化为可供人们使用与利用的工业品或生活消费品(industrial products and consumer goods)的行业。,制造业是国民经济的支柱产业，为国民经济各部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段与装备。在工业化国家中，约1/4的人口从事各种形式的制造活动。,什么是先进制造技术？,先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息、能源、材料及现代系统管理科学等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收和报废处理的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力与竞争能力的一切制造技术的总和。,二、先进制造,模式,主要有：,CAD/CAM/CAE;GT;MRP;JIT;CAPP;,FMS,;,CIMS,;etc,其它：,CE,;,LP,;,AM,;VM;ERP;RM;BM;GM;etc,先进制造模式,据国际生产工程学会（CIRP）近10年的统计，国外发达国家所涌现的先进制造系统和先进制造生产模式多大33种。其中研究比较成熟，已产生可观经济效益的有：,CAD/CAM/CAE,成组技术（group technology-GT）,制造资源计划（manufacturing resource planning-MRP）,准时生产(just-in-time-JIT),计算机辅助工艺设计(computer-aided process planning-CAPP),柔性制造系统（flexible manufacturing system-FMS）,计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system-CIMS),先进制造模式,有些先进制造系统和先进制造生产模式最近几年才开始研究，并不很成熟，但在制造业中有一定影响并有应用前景：,并行工程（Concurrent Engineering-CE）,精益生产（Lean Production-LP）,敏捷制造（Agile Manufacturing-AM）,虚拟制造（Virtual Manufacturing-VM）,企业资源计划（Enterprise Resource Planning-ERP）,基于Internet 的远程制造(Remote Manufacturing-RM）,生物制造(Bio-manufacturing-BM),绿色制造（Green Manufacturing-GM),介绍四种先进制造模式：,FMS 柔性制造系统,CIMS 计算机集成制造系统,LP 精益生产,AM 敏捷制造,柔性制造系统(Flexible Manufacturing System),提出,定义,系统概述,效益,柔性制造系统(FMS),柔性制造模式英国默林斯（Molins）公司1965年在研究“系统24”时首次提出的。FMS是一种高效率、高精度、高柔性的加工系统。上世纪70年代末80年代初，FMS开始走出实验室而逐渐成为先进制造企业的主力装备。目前，随着全球化市场的形成和发展，无论是发达国家还是发展中国家都越来越重视FMS的发展，它已成为今后若干年机械制造自动化发展的重要方向。,FMS的定义：,FMS是由数控加工设备、物料运输装置和计算机控制系统三大部分组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元（cell）,能根据制造任务和生产环境的变化迅速进行调整，以适应多品种、中小批量生产(multi-variety,medium-and small-batch production)。,FMS的组成,加工设备：两台以上数控机床，加工中心，及其它设备如测量机、清洗机、动平衡机和各种特种加工设备。其加工机床要求具有工序集中、高柔性高效率、易控制、有通信接口,物料运输系统：传送带、轨道小车、自动引导小车（Automatic Guided Vehicle or AGV）、机器人、托盘（pallet）、交换工作台等。,计算机控制系统：对FMS 进行运行控制、刀具管理、质量控制、数据管理和网络通信。,FMS的应用场合,FMS的应用场合介于大批量自动生产线与独立的NC 机床之间，适合多品种，中小批量生产环境。,FMS的效益,1,具有较强的柔性制造能力,2,提高了设备利用率（7590）,3,减少了设备占地面积,4,减少了生产工人，提高了劳动生产率,5,减少了在制品数量，能对市场作出快速响应,6,提高了产品质量,Computer Integrated Manufacturing System,提出,定义及构成,控制层次结构,我国在CIMS方面的进展,计算机集成制造系统（CIMS）,CIM的提出：,计算机集成制造（CIM)的概念是美国Joseph Harrington 博士1974年在Computer Integrated Manufacturing一书中提出的，其基本观点是:,1)企业的各生产环节是不可分割的整体。,2)整个生产制造过程实质上是对信息的采集、传递和加工处理的过程，最终产品可以看作是信息的物质表现。,CIMS,的本质,CIMS是基于CIM 思想而组成的系统，是运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术于一体的系统工程，它综合并发展了企业各生产环节有关的计算机辅助技术，例如：计算机辅助经营决策与生产管理（MISManagement Information System,OA-Office Automation,MRP-Manufacturing Resource Planning）、计算机辅助分析与设计技术（CAD,CAE,CAPP）、计算机辅助制造技术（CNC,DNC,CAM,FMS）、计算机辅助信息技术（网络，数据库）和计算机辅助质量管理与控制（CAQC）等。,我国在,CIMS,方面的进展,我国,863/CIMS,主题在“效益驱动、总体规划、重点突破、分步实施”,16,字方针指导下，使,CIMS,的开发与应用取得了重大进展。我国的,CIMS,发展阶段经历了三个台阶：由,863/CIMS,主题确立时“,CIMS,离我们很远“的初始阶段，到典型的,CIMS,示范企业建立时“,CIMS,正向我们走来”的第二阶段，发展到“,CIMS,就在我们身边”的推广应用阶段。目前，应用,CIMS,的工厂已由上世纪,80,年代末的几家扩展到,70,多家，覆盖了机械、电子、航空、石油、化工、纺织、轻工冶金、邮电等行业。,精益生产（Lean Production）,提出,特点,精益生产的提出：,精益生产是日本丰田汽车公司创造的一种新的生产方式。它综合了单件生产与大批量生产方式的优点，使工厂的工人、设备投资、厂房以及开发新产品的时间等投入都大大减少，而生产的产品质量却更多更好。,精益生产的特点：,1）,强调人的作用，以人为中心，采用“team work”工作方式,2）根据用户需求确定生产任务和生产计划,3）采用并行工程进行产品的设计、开发和制造,4）组织机构精简化，采用“扁平”式、分布式管理,5）采用JIT 生产方式供货和 kanban(看板)方式管理物流,6）追求“零缺陷”和“零库存”,敏捷制造（,Agile Manufacturing,）,提出,定义,敏捷竞争时代的特点,敏捷制造对制造业的影响,敏捷制造（AM）的产生背景,20世纪80年代以来，随着市场变化越来越快，竞争日益激烈，制造业面对这种形势不得不对现有制造模式进行彻底改革。,美国政府将制造业发展战略目标瞄准21世纪，美国国会在1991年国防授权法案会议报告中要求国防部拟定一个长期的制造技术规划结构。,里海（Lehigh)大学的Lacocca研究所在一项由政府资助的项目中第一次提出了敏捷制造策略（agile manufacturing strategy)的概念。,敏捷制造的本质和定义,敏捷制造是改变传统的大批量生产，利用先进制造技术和信息技术对市场的变化作出快速响应的一种生产方式；通过可重用，可重组的制造手段与动态组织结构和高素质生产人员的集成以获得企业的长期效益。,对一个企业而言，所谓敏捷性，就是指这个企业面对变幻莫测、不断细分的全球市场在提供优质、高性能以及按用户意图定制的产品与服务（product and service）的商业挑战中所表现出来的快速、综合响应能力。,敏捷制造的特点：,1）快速响应市场和客户的需求,2）,柔性、并行的组织管理机构,3）,实行产品全寿命周期的全程服务和质量 管,理，客户共同参与产品定制设计,4）,生产成本与批量无关,5）企业采取多变的动态组织结构（动态联盟或称虚拟公司virtual company）最大限度地调动、发挥人的作用。,敏捷制造对制造业的影响,1）形成联合竞争(不同规模和行业的企业联合构成敏捷制,造环境),2）促进制造技术和管理模式的发展,3）增强企业的环保意识，走可持续发展（sustainable,development）之路。可持续生产意味着在产品的设计、,生产、销售、使用和报废处理过程中对环境和职业健康造成,的危害极小或没有，而且消耗的资源（材料和能源）也极少。,4）信息也成为商品（基于网络的信息中介服务机构为企业,和客户提供服务，商品价格中信息的份量将越来越重.),敏捷竞争时代的市场特点,1）市场细分(market fragmentation),2）按订单任意批量生产(production to order),3）将大批客户个体化对待,4）产品寿命周期缩短(product lifetimes shrink),5）物理产品和服务融为一体(convergence of physical products and services),敏捷竞争时代的市场特点,6）全球性化生产网络(global production networks),7）各公司之间既竞争又合作,8）大量定制模式下的销售渠道（直销、网上购货、电视购货）,9）公司重组(corporate reorganization),三、现代制造技术发展趋势,1.,知识经济条件下的制造业,2.200年来制造业的演变和发展,3.21世纪影响现代制造学科发展的领域,知识经济（knowledge economy)的提出和定义：,1996年世界“经济合作与发展组织”（Organization of Economic Cooperation and Development 简称OECD）在年度报告以知识为基础的经济中指出，以知识为基础的经济是指建立在知识和信息的生产、分配和使用之上的经济。1997年2月，克林顿在一篇报告中首先使用了“知识经济”（knowledge economy）一词。这里所说的“知识”是指人类有史以来所创造的全被知识。其中最重要的指科学技术知识、管理和行为科学。,知识经济是更高级的经济形式,目前，全球经济正处于一个根本变革时期，人类社会正由工业经济步入知识经济时代。在以高科技为主要产业支柱，以智力资源为主要依托的知识经济条件下，制造业发生了革命性的变化。与农业经济、工业经济不同，知识经济直接依赖于知识和信息的生产、传播和应用，是工业化演进的必然结果，是比工业经济更高级的经济形态。前者的生产要素主要是资本和劳力，而后者的生产要素主要由知识、资本和劳力构成。培根的“知识就是力量”和邓小平的“科学技术是第一生产力”都预见到了知识在促进人类社会发展的伟大作用。,知识经济时代制造业的主要特点：,在知识经济条件下，制造技术已成为涵盖整个生产过程，跨多个学科，高度集成的高新技术。其主要特征有：,1）,知识、无形资产（intangible assets）和知识型劳动者成为核心 生产要素,2）知识经济是一种可持续发展的经济（对自然资源的依赖程度低，而人类可开拓的知识疆域是无穷的）,3）生产特征是信息化、网络化、虚拟化、分散型、即时型、敏捷 生产、用户参与设计,知识经济时代制造业的主要特点：,4）,管理模式是信息化、网络化、个性化、适应性、创新性,5）产品特征是智能化、特色化、个性化、艺术化,6）市场特征全球化,7）技术特点数字化、智能化、知识化、可视化、柔性化,8）产业结构是知识型、高技术产业，服务业占主导地位,9）知识型劳动者就业率高，且需终身学习,200年来制造业的演变和发展,1）,生产规模：,单件小批量,少品种大批量,多品种变批量多品种小批量个体化批,量定制,2）,制造业资源配置：劳力密集型资本密集型,技术密集型信息密集型知识密集型,3）,生产方式：手工机械化单机自动化刚,性流水线柔性自动化智能自动化,21世纪影响现代制造学科发展的领域,现代制造学科是20世纪下半叶随着以信息技术为代表的高新技术逐步渗透、融合到制造业中形成的科学体系。具体地说，是微电子、计算机、自动化、网络通讯等信息科学、管理科学、生命科学、材料科学与机械工程和制造实践的交叉、融汇、渗透、衍变的结果。,进入21世纪，,纳米制造,、,仿生制造,、,制造信息科学,和,制造管理科学,将是现代制造发展的四个重要科学领域。,纳米制造科学（nano-manufacturing）,纳米制造,科学泛指纳米级（0.1100nm）尺度范围内的材料制备、零件和系统的设计、加工制造、测量和控制的科学技术。它涉及到材料科学、信息科学、物理科学、光学和制造科学。是一种使能技术（enabling technology）,就是说，它的发展能带动许多其它学科领域的发展。,仿生制造（bionic-manufacturing）,仿生制造,是制造科学与生命科学交叉衍生出来的。因为制造系统与生命系统都是非线性耗散系统，都有生命周期，都有大脑（计算、思维、控制）、四肢（执行系统）、传感和神经（信息系统）。它们都有自组织性、自适应性、协调性、应变性、智性和柔性。21世纪将是仿生制造全面发展的时代。机器人、假肢、人工关节、机械手和智能机器人都是典型实例。,制造信息科学（manufacturing informatics）,制造信息科学,是制造科学与信息科学交叉与融汇过程中发展起来的一门新兴科学。很多现代产品的价值增值主要体现在信息的获取与应用上。信息化是制造科学走向全球化、智能化、网络化、虚拟化、绿色化、自动化和现代化的重要标志。,制造管理科学,（manufacturing management science,),制造管理科学,对统率生产过程、决定产品质量和市场竞争力具有独特作用。制造企业要想成为国家名牌企业，除了拥有一流的制造技术、制造系统、制造模式和高素质人才外，还应有世界一流的组织管理模式和管理水平。,21世纪我国制造业九大关键技术,1.绿色制造,2.精密制造,3.微电子制造,4.生物制造,5.微纳制造,6.能源设备制造,7.重大装备制造,8.制造自动化与数字制造,9.智能制造,(一)绿色制造（又称环境友好制造或和谐制造）,联合国经济与社会事务部,2006,年,2,月,26,日公布：,2050,年世界人口将,达到,89,亿，其中，印度为,15,亿（超过中国），中国为,13.95,亿，美,国为,4.08,亿。,到本世纪末，世界人口将有可能增加到,100,亿。,现在全世界每年产生,250,万亿吨废物，到本世纪末，全世界每年产,生的废物将可能达到,1000,万亿吨。,到,2025,年，,48,个国家的,28,亿人口，将面临洁净水短缺的问题。,中国的,GDP,约为世界的,4%,，但是我们却消耗了约为全世界,7.4%,的石油、,31%,的煤、,31%,的钢和,40%,的水泥。,未来的制造业应做到人、社会、资源、环境、技术和可持续发展,的和谐。因此，无废物加工技术、,4R,（减量化,-Reduce,、再利用,-,Reuse,、再循环,-Recycle,、再制造,-Remanufacturing,）,制造技术便,成为绿色制造的核心技术。,Low-carbon Economy,什么是低碳经济？,低碳经济是2003年在英国的能源白皮书我们能源的未来：创建低碳经济中首次提出来的。所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态,(二)精密制造（1）,精密和超精密制造技术是当前工业国家发展的核心技,术之一。,第一次产业革命时，机械零件的制造精度是,1mm,，现,在已达,1m,（或以下）。在两百年间，机械加工精度,提高了三个数量级。当前普通加工、精密加工和超精,密加工前沿已分别趋近,1m,、,0.01m,和,0.1nm,。超精,密加工正在逼近“加工精度的极限”,原子尺度。,超精密制造技术已经得到广泛应用，特别是在国防,领域，如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件、被送入,太空的哈勃望远镜,(HST),、导弹惯性仪 表、激光陀螺,仪的平面反射镜、红外制导的导弹反射镜、光学非球,曲面零件等，其制造精度达,1-10,纳米级，而表面粗糙,度要求,0.5nm,。,(二)精密制造（2）,尤其要注意精密特种加工。,例如，精密电火,花加工制造模具；精密激光加工制造金刚石轴,承；精密电解加工制造航空发动机的叶片；以,精密电铸为基础的,LIGA,工艺制造微电子芯片等,等。,据国际生产工程研究院,(CIRP),的报道，每年,全世界约有,1,亿吨金属材料在机械加工中被切,削掉，价值,2500,亿美元。因此，,各种近净成形,制造工艺就成为铸造、焊接、锻造的关键技术。,(三)微电子制造,（1）,微电子芯片的制造技术仍是制造科技与制造业的重大,研发领域。,光学平晶、集成电路硅基片的加工，采用精密研磨和,抛光，可达纳米级的镜面。微电子芯片，采用紫外,线、深紫外线光刻，可达,0.35m,到,0.18m,的线宽，采,用,LIGA,技术（,X,光光刻和电铸成形）可达,0.1m,的线,宽，采用电子束、离子束、,X,光光刻，则可达数十纳米,到纳米级的线宽。,一种新型的微电子芯片的制造技,术,压印技术正在研发过程中，,这种技术可以较廉,价地大规模制造,0.1m0.35m,线宽的微电子芯片,。,(三)微电子制造,（2）,我国微电子芯片的制造设备和技术目前仍然依赖进,口。,微电子制造技术不掌握，我们就永远受制于人。,微电子制造涉及的设备和技术很广泛，,如,0.25,微米的,深紫外线曝光,+,相移掩膜技术；,0.180.25,微米的准分,子激光光源,+,相移掩膜技术；,0.010.04,微米的电子束,和,X,射线曝光技术；达原子级,纳米级的超薄层淀积,（分子束外延和化学气相淀积）技术；各种干法刻蚀、,大束流和低能离子注入、浅结欧姆接触和多层布线加,工、超纯材料制备、微点焊接、超净电子封装、测试,等等技术。,(四)生物制造,（1）,生物科学技术，特别是生命科学技术将是本世纪的第二个中心科 学技术。,生物技术的发展已经极大地改变了人类的生活质量，更具戏剧性的突破可能会在不远的将来发生。如组织工程（,tissue engineering,）、再生医药（,regenerative medicine,）将使人体的受损组织得到替换而无需大型外科手术；纳米机器人将可能被用来清洁阻塞的动脉、杀死癌细胞。,制造科技在这一领域的研究与开发是大有可为的。,首先是为克隆技术、干细胞研究、基因组计划和蛋白质组计划等生命科学技术的前沿研究提供微,/,纳级精度的仪器设备、操作平台和制造机器，如用生物材料快速制造机制造组织支架（,tissue scaffold,），然后来修复骨骼。,(四)生物制造,（2）,其次是和现代医疗相结合，研制各种现代的精密,医疗设备、仪器和手段，,如核磁共振、,CT,扫描、,X,光机、激光治疗仪、超声波检查仪、碎石机、,心脏起搏器、助听器等等。在应用基础研究方面,可以开展人工关节、人工手指、人工肌肉、人工,皮肤、人工器官、微型医疗操作机械手、各种仿,生机械、生物控制、生物芯片等等的研究。,在基础研究方面,可以开展生物机械学、仿生机械,学、生物机械电子学、生物制造学、人工神经网,络、生物信息学、生物控制学等等的研究。,(五)微/纳制造（1）,在原子、分子尺度上制造结构和材料将是今后关注的焦点。,工业界一般认为，精度为微米级,(0.1-100m),的制造是微米制,造，精度为纳米级,(0.1-100nm),的制造是纳米制造。,当前的纳米加工技术可达的最高加工精度是,0.1nm,，,这是美国,IBM,公司在,1990,年所达的加工精度。该公司用隧道扫描电镜（,STM,）,技术，将,Ni,（,110,）表面吸附的,Xe,原子逐一搬迁，最终以,35,个,Xe,原子排成,IBM,三个字，每个字高,5nm,，,Xe,原子的最短距离为,1nm,。,一般将尺寸在,1m1mm,（可放宽至,10mm,）之间的机械称为微型机,械，将尺寸在,1nm1m,（可放宽至,10m,）之间的机械称为纳米机,械或超微型机械。将微型机械与微型电子器件或微型光电器件结,合起来，便得到微机电系统（,Micro-Electro-Mechanical,System,，简称,MEMS,）。将纳米机械与纳米电子器件或纳米光电器,件结合起来，便得到纳机电系统（,Nano,-Electro-Mechanical,System,，简称,NEMS,）。,(五)微/纳制造（2）,MEMS,与,NEMS,集传感、传动、控制、执行，动力、显示、信息处理,于一体，可以输出各种物理量，因此将在,21,世纪获得广泛应用。,特别在超速、超密电路和光路中，将会取得突破性的进展。,科学界认为，,纳米科学技术的成熟应用可能还要,20,年，,但这几年,的研究情况表明，纳米技术的前景看好，研究力度在逐年加大。据美国全国科学基金会预测，未来年，全球纳米技术市场规,模将达到约万亿美元。,美国,IBM,公司首席科学家,Armstrong,在,1991,年就曾作过一个重要的,评论，他说：,“我相信纳米科技将在信息时代的下一个阶段占中,心地位，并发挥革命的作用，正如微米科技从,20,世纪,70,年代初以,来所起的作用那样。”,(五)微/纳制造（3）,纳米科技的研究主要还是与信息技术、生物技术、认,知科学相结合。纳米技术的基础研究与应用基础研究,主要在纳米材料、纳米物理学、纳米化学、纳米力学,（包括纳米摩擦学）和纳米生物学等方面。,值得注意的是：,在最近的未来，纳米技术应用的最成,功的突破，将可能发生在,20,纳米线宽的微电子芯片的,制造。,应该特别指出的是：纳米技术是,NBICM,汇聚技术,的基础，只有纳米制造技术的研究与应用成熟了，才,能导致以,NBICM,汇聚技术为基础的新的产业革命的爆,发。,(六)能源设备制造（1）,能源危机迫在眉睫，,世界可支配的石油储量，大约为,11801510,亿吨，以,1995,年世界石油的年开采量,33.2,亿吨计算，大约在,2050,年左右宣告枯竭。全球天然气储备估计为,131800,152900,兆立方米。年开采量维持在,2300,兆立方米，将在,5765,年内枯竭。煤的储量约为,5600,亿吨。以,1995,年煤炭开采量,33,亿吨计，还可以供应,169,年。铀的年开采量目前为,6,万吨，根据,1993,年世界能源委员会的估计，可维持到,21,世纪,30,年代中期。核聚变到,2050,年还没有实现的希望。,我国从,1993,年起成为能源纯进口国，,2002,年进口原油,7000,多万吨，,2003,年进口原油,7500,万吨，,2004,年达,8000,万吨以上。到,2020,年，预计消耗量将达到,4,亿吨，国内最多只能生产,1.72,亿吨，需进口,2.3,亿吨，,对外依存度高达,60%,。,(六)能源设备制造（2）,2004,年中国对外购买原油要多支付,88,亿美元，这使我国的,GDP,下 降了,0.75,个百分点。如果在能源危机来临之前，我们不作紧迫应对，必将严重地影响我国经济的可持续发展，,全国人大代表认 为，没有能源保障,中国实现现代化将拖后,50,年。,制造科技与制造业应急国家之所急，为解决我国的能源供应问题 做出自己的贡献。,首先要研制大型水电、火电和核电的发电机组设备。其次要解决石油运输的大型油船问题，我国现在进口石油的运输，,90%,依靠的是外国油船，一旦外国油船拒运，我们便一 筹莫展。此外，还要研制利用各种可再生能源的机械，如风力发电机、太阳能利用设备、生物质能源利用设备、氢能源利用设 备、光热地热利用设备、氢燃料电池以及各种节能设备等。,(七)重大型装备制造（1）,重大型装备与重大型制造装备长期以来一直是制约我国国民经济 发展的瓶颈。,我国农业、能源、交通、资源、环境、医疗、建筑 等部门以及制造业自身都需要许多重大型装备，但这些装备却主 要依赖进口。,十六大报告提出要“大力振兴装备制造业”，,国务院公布的,国家 中长期科学和技术发展规划纲要（,2006-2020,）,也把振兴装备制造业放在非常重要的位置。,2006,年,2,月,13,日国务院发出,8,号文件,国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见,，更就如何加快振兴我国装备制造业做了全面部署。我国装备制造业的发展和振兴正面临一个新的机遇期。,(七)重大型装备制造（2）,我们要选好一批对国民经济和国防建设有重大影响的,重大装备，,加大资金和政策支持，组织联合攻关，力求实现重大突破。,这些重大装备有：,300MW,级的大型燃气轮机、,600MW,级的超超临界 火电机组、百万千瓦级核电机组、,75,万伏级交流输变电设备、,500,万吨以上大型煤矿井下采掘设备、大型煤化工设备、,300km/h,等级高速铁路成套设备、,30,万吨级以上大型油气运输船、超大型 油船、电动汽车、高速客船、深海油气开发装备、百万吨级乙 生产设备、大型垃圾焚烧发电成套设备、高效节水农业装备、型施工机械、可锻,450,吨锻件的重型锻造机、大型薄板冷热连轧 成套设备、重型数控机床、超强激光装置等。,还必须高度重视,大型飞机、载人航天、探月工程、核电站,等,规 划纲要,中列出的重大专项及其大型制造装备、高性能基础零部 件、元器件、功能部件和仪器仪表等的研制。,(八)制造自动化与数字制造（1）,用信息技术不断提升制造技术水平是振兴制造业的重要途径，也是当前制造自动化的重要途径。,制造业信息化的主要内容是：,计算机辅助设计,CAD,、计算机辅助 工程,CAE,、计算机辅助工艺,CAPP,、计算机辅助加工,CAM,、计算机辅助检测,CAT,、计算机数字控制,CNC,、直接数字控制,DNC,、柔性制造 系统,FMS,、计算机集成制造系统,CIMS,、敏捷制造,AM,、虚拟制造,VR,、增广现实制造,ARM,、协同制造,HM,、寿命周期工程,LCE,、生物制 造,BM,、快速成型,RP,、逆向工程,RE,、数字化样机,DMU,、产品数据管 理,PDM,、并行工程,CE,、精益生产,LP,、可重组制造系统,RCMS,、大规 模定制,MC,、自组织生产系统,SOPS,、开放结构制造系统,OAMS,、准时 生产制,JIT,、制造资源计划,MRP-,、企业资源计划,ERP,、遥远制造,RM,、网络合作制造,NCM,、智能制造,IM,等等以及包括各种最新发展 的先进设计制造技术、方法、工具和相关设施等在内的数字制造,DM,。,(八)制造自动化与数字制造（2）,数字制造,DM,是制造业信息化的基础，,它贯穿于制造业信息化的全 过程，是制造企业的神经系统和关键技术。,数字制造从某种程度上看，是现代工业技术水平的标志。,在数字 制造技术中，数字建模、数字模拟仿真技术和数控技术是其核心 技术。,在,A380,和,Boeing777,大型客机设计、制造中，为了更快、更 好、更可靠、更经济地创造产品，已广泛应用了数字模拟制造技 术。我国,ART,客机设计、制造也应用了数字模拟仿真制造技术。,现在，基于知识的数字产品,/,过程设计、基于知识的虚拟企业、灵境虚拟技术、基于智能体（,Agent,）的制造技术、远程网络化 制造技术、智能网格技术等等新的信息化制造技术不断出现，但,所有这些技术都要以数字制造技术为基础。,(九)智能制造,认知科学技术是本世纪的第三个中心科学技术。,目前,智能化的趋势已经显露，,各部门的智能化产品不断出现，如：智能仪表、智能车辆、智能机器、智能机器人、智能材料、智能大厦等等。,现代生产和经营系统中大量采用智能技术，如智能制造系统、智 能物流系统、虚拟企业、电子商务等等。现代管理系统在更快地 实现着智能化，如智能铁路运输管理系统、智能交通管制系统、智能财务结算系统、智能金融管理系统、智能物资管理系统、各种智能数据管理系统等等。,前已所述，智能化是消灭三大差别、实现理想的共产主义社会的 前提，智能化是各行各业的发展方向。所以，,智能化也是制造科 技和制造业的发展方向。,现代装备制造,我国装备制造业的机遇与发展,装备是制造业健康发展的保障,装备向高速、精密发展,超高速切削与装备,超精密加工,装备制造技术的自主研发,content,一、装备是制造业健康发展的保障,制造业的核心是装备制造，发展制造业的关键是发展装备制造技术。,制造业的核心,装备制造业主要包含以下主要工业领域,机械加工设备（数控机床），能源动力，矿山冶金，建筑运输，石油化工，农业设施，科学仪器，医疗设备，航天航空，军事装备以及大规模集成电路及电子制造设备等等。,什么是装备制造业？,（定义？）,装备制造是综合国力的体现,装备制造业先进与否反映了国民经济制造业整体水平乃至一个国家的综合实力。这就是为什么我们国家在“十二”五规划中特别强调要全面提升我国装备制造业整体水平的原因。,我国现代装备制造业发展过程,第一次浪潮：家电业发展全套引进,第二次浪潮：汽车制造业家狗与野狗之说,第三次浪潮：飞机制造业垄断与合作,发展途经：引进设备、引进技术、引进资金,发展代价：劳动力、消费者及长远利益,装备制造机遇与发展方向,中国的市场培育了中国的制造业,价值链所处地位及自主能力取决于装备制造（IT产业、机床）,呼唤：用中国装备来装备中国,装备制造业及自主技术是否同步发展，决定了付出的代价，机遇往往是无法弥补的,装备制造如何由仿制走向科学设计,是否敢于攻克核心技术：如大飞机、IC装备、高档机床、燃气轮机,我国装备制造业面临的挑战,我国的对外技术依存度依然达50%以上（发达国家均在30%以下，美国、日本则仅有5%左右）。,我国光纤制造装备的100%，集成电路芯片制造设备的85%，石油化工装备的80%，轿车工业设备、数控机床、胶印装备的70%，都要依靠进口。,。,重点领域对高端制造装备的需求,发电设备制造领域,透平机叶片及水轮机叶片精密加工,核电大型复杂构件制造，需要重型复合加工机床重型复合加工机床及新型成形（锻造、焊接）装备,风电增速箱的大型齿轮加工与检测,重点领域对高端制造装备的需求,航空、航天制造领域,铝合金大型复杂薄壁结构整体高速加工,难加工材料结构（钛合金、高强度及高温合金钢、工程陶瓷）加工,复合材料结构成形与机械加工。,装配的数字化、自动化、柔性化,重点领域对高端制造装备的需求,船舶制造领域,大型柴油机的机架、机座、缸体加工,船用低速柴油机曲轴制造、连杆和活塞杆加工,满足螺旋桨推进器的加工需求,满足船体制造所需厚钢板激光切割、曲面弯曲成型、加工,对高性能数控机床的需求,超精密装备,集成电路光刻机22nm 曝光系统,运动平台定位误差 2-3nm,光学镜型面精度1-3纳米，硅片粗糙度0.5A,平台工作环境：近真空,工艺运行环境,恒温：温度波动0.01K,隔振：振幅2nm,固有频率1Hz,超净:100级,技术需求:,机翼肋板等机身大件筋厚仅为1mm,材料切除率9597,精度要求高,高速切削工艺,航空航天领域：,能源行业：精密、难加工,难加工材料,精度要求高,亚表面质量要求,难加工材料切削,近净成形技术与装备,技术需求:,汽车工业：,高速、精密、复杂,大量生产，追求高效、精密,日本汽车工业，加工效率是我国的8倍,每年投资1400亿元自技术需求动生产线,生产线的工艺研究与数字化控制,模具工业：,精密、复杂,直接加工淬硬模具一次过技术,快速低成本，是模具行业核心竞争力及生存手段,制造装备在国民经济的地位,制造装备的使命：,机械工业的总工艺师,汽车工业（复合机床与生产线）,飞机制造（复合材料、装配机）,冶金工业（高速精密、发动机）,能源装备（重型燃气轮机）,新产业发展的关键,微电子、国防工业、微纳制造、,二、装备向高速、精密发展,高速电主轴等部件,30KW,以上的,100,进口，价值占机床总值,30,国外轴承寿命也低,轴承、动平衡,刀具,初配置为机床值,30,难点,：刀具材料与结构,整机集成设计,国内产品形似神不似,结合面非线性是集成的瓶颈，国际难题,机床核心技术,世界第一机床消费大国：,07,年机床工具消费,2747.7,亿元,（不完全统计）,近五年，年增长率,25,30,机床是汽车、航空航天、能源、交通、军工各行业的工作母机,高档数控机床及基础制造装备,已列为中长期规划,16,个重大专项之一,，为,大飞机,、,IC,制造装备,等多项重大专项急需的重要装备,国家战略和经济发展的基础装备国家战略和经济发展的基础装备,制造装备的技术发展趋势,发展趋势,高速：超高速切削、微电子、轧钢,精密：微电子、微纳制造、生物医疗,重型:大型铸锻设备、发电动力装备、,分子测量机,三、高速切削与装备,超高速加工的技术优势,高速加工提高材料去除率，工效提高,3-10,倍,切削力大大减小，短流程制造，节能,每刀齿切削力下降为,3-5%,，切削变形小,避开了低频振动，切削热,90,被切屑带走，提高了加工精度,汽车工业竞争力的重要标志,我国汽车工业产值2000亿元，十五进口机床1000亿元,日本汽车工业，切削速度每五年提高28，中日设备台数比，300万台：90万台设备，产值比1：8。,模具工业的革命及生存手段,直接加工淬硬模具，是,“一次过技术”,模具行业所需的数控机床进口产品占总量的一半以上。,模具高速加工效益,高速机床是各工业领域重要支撑装备,0.001,0.010,0.100,1.000,高速加工,粗加工,粗加工,手工工序,10.00,加工余量mm,制作时间比率,100,缩短制作时间,传统模具制作过程