先进制造概论.pptx

先进制造技术的特征在于：先进制造技术的特征在于：先进制造技术不是一项具体的技术，而是一项综合系统的技术；先进制造技术的先进性是建立在不断地汲取其他相关领域新技术的基础上的，是动态的、相对的；创新是先进制造技术的灵魂，并贯穿于制造全过程(产品创新、生产工艺过程创新、生产手段创新、管理创新、组织创新及市场创新)；技术与管理的结合是先进制造技术的一个突破，新的制造模式的层出不穷是人类生产活动的一大进步；市场和工业界的需求是先进制造技术的出发点与归宿，是先进制造技术的动力和目标。先进制造技术成果的成败取决于市场检验，企业是先进制造技术的创新主体。先进制造技术的范畴一般包括以下五个部分：先进制造技术的范畴一般包括以下五个部分：现代设计技术；现代设计技术；先进制造工艺技术；先进制造工艺技术；制造自动化技术；制造自动化技术；现代生产管理技术现代生产管理技术;先进生产制造模式。先进生产制造模式。第一章 制造业与先进制造技术1.1 制造业的发展与挑战1.2 先进制造技术的提出和进展1.3 先进制造技术的内涵和体系结构包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程1.1.1制造与制造业原材料产品工艺 能源知识 技能工具制造与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造制造系统具有特定功能的有机整体制造过程硬件制造过程软件硬件人员经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置软件制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等制造业可供人们使用和消费的产品行业，是所有与制造有关的企业群体类别构成比例类别构成比例类别构成比例金属制品3.395食品工业15.335化 工15.586一般机械8.625纺 织7.193建 材7.299运输机械6.424服 装5.018黑色冶金6.908电器设备5.125家 具1.542有色冶金2.120电子设备4.588文教用品4.292其他制造1.681仪器仪表0.998油 加 工3.870我国制造分类和构成1 1）用机器代替手工，从作坊形成工厂）用机器代替手工，从作坊形成工厂 1919世纪机器在英国诞生，先后传入法国、德国和美国。世纪机器在英国诞生，先后传入法国、德国和美国。2 2）从单件生产方式发展成大量生产方式）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。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，福特：零件互换技术，19131913年建立了具有划时代意义的年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线。汽车装配生产线。3 3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术制造技术 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制造业发展的历程1.1.2制造业的地位和作用三大产业农林牧业,工业，服务业工业（52%）制造业（45%）、建筑业、采掘业以及电力、煤气、水的生产供应业农林牧业农业、林业、蓄禽业、水产业服务业商业、金融、房地产、经贸等一个国家经济发展的支柱支柱国民经济收入的重要来源重要来源工业经济年代经济增长的“发动机发动机”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础重要基础制造业制造业地位地位提供人们衣、食、住、行物质消费决定全社会的长远效益和经济的持续增长国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件信息产业发展的物质基础；农业劳动力转移和就业的重要途径为科技和教育发展提供经费支持和实验装备实现军事现代化和国家安全的保障制造业的作用制造业的作用制造业是产业革命的主力军制造业是产业革命的主力军一、一、第一次产业革命：第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。）又称为：蒸汽革命。2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。的诞生。制造业是产业革命的主力军制造业是产业革命的主力军二、第二次产业革命：二、第二次产业革命：1879-19451 1）又称为：电气革命。）又称为：电气革命。2 2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。机（西门子）等电气化产品。3 3）制造业促使了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理）制造业促使了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。论的诞生。4 4）麦克斯韦电动力学理论推动了）麦克斯韦电动力学理论推动了2020世纪初开始的无线电、世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。波探测等技术的发展。5 5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量子场论的创立。导致了量子场论的创立。制造业是产业革命的主力军制造业是产业革命的主力军三、第三次产业革命：三、第三次产业革命：1945-19721 1）又称为：电子（原子）革命。）又称为：电子（原子）革命。2 2）产业革命的标志：原子弹（）产业革命的标志：原子弹（19451945）、电子计算机）、电子计算机（19461946）、晶体管（）、晶体管（19481948）、集成电路、微电子）、集成电路、微电子技术等。技术等。3 3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。）微电子制造技术开创了全新的信息时代。制造业是产业革命的主力军制造业是产业革命的主力军四、第四次产业革命：四、第四次产业革命：1973-1 1）又称为：高新技术产业革命。）又称为：高新技术产业革命。2 2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。转基因产品等等。3 3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（延、溅射、化学沉积（CVDCVD）、光刻、表面贴装、自动化组）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。顶峰。从科学发现到技术发明从科学发现到技术发明科学发明科学发明年份年份技术发明技术发明年份年份孕育过程孕育过程(年）年）电磁感应原理电磁感应原理1831发电机发电机187241内燃机原理内燃机原理1862汽油内燃机汽油内燃机188321电磁波通讯原理电磁波通讯原理1895公众广播电台公众广播电台192126喷气推进原理喷气推进原理1906喷气发动机喷气发动机193529雷达原理雷达原理1925制出雷达制出雷达193510青霉素原理青霉素原理1928制出青霉素制出青霉素194315铀核裂变铀核裂变1938制出原子弹制出原子弹19457发现半导体发现半导体1948半导体收音机半导体收音机19546集成电路设计思想集成电路设计思想1952单片集成电路单片集成电路19597光纤通信原理光纤通信原理1966光纤电缆光纤电缆19704无线移动通信设想无线移动通信设想1974蜂窝移动电话蜂窝移动电话19784多媒体设想多媒体设想1987多媒体电脑多媒体电脑19914新一代设计芯片新一代设计芯片90年代新一代芯片新一代芯片90年代1.53 3、二十一世纪科学技术发展的总趋势、二十一世纪科学技术发展的总趋势2020世纪改变世界的重要机电产品世纪改变世界的重要机电产品序序产品产品发明时间（年）发明时间（年）发明者发明者1 1汽车汽车1885/19031885/1903德国奔驰德国奔驰/美国福特美国福特2 2飞机飞机19031903美国莱特兄弟美国莱特兄弟3 3火箭火箭19031903俄国齐奥尔科夫斯基俄国齐奥尔科夫斯基4 4电冰箱电冰箱19171917美国美国5 5电影机电影机1919/361919/36德国福格特德国福格特6 6电视机电视机1927/401927/40美国贝尔美国贝尔7 7喷气发动机喷气发动机19371937英国惠特尔英国惠特尔8 8原子弹原子弹19451945美国美国 日本日本9 9计算机计算机19461946美国美国 莫切利埃克特莫切利埃克特1010晶体管晶体管19481948美国肖克利美国肖克利1111核电站核电站19511951美国美国1212数控机床数控机床19511951美国美国MITMIT1313氢弹氢弹19521952美国特勒美国特勒3 3、二十一世纪科学技术发展的总趋势、二十一世纪科学技术发展的总趋势2020世纪改变世界的重要机电产品世纪改变世界的重要机电产品序序产品产品发明时间（年）发明时间（年）发明者发明者1414机器人机器人19541954美国戴沃尔美国戴沃尔1515人造卫星人造卫星19571957苏联苏联1616宇宙飞船宇宙飞船19611961苏联加加林苏联加加林1717飞船登月飞船登月19691969美国阿波罗美国阿波罗1818载人航天飞机载人航天飞机19771977美国美国1919磁悬浮列车磁悬浮列车19651965日本日本 时速时速400400500500公里公里/时时2020光纤通信设备光纤通信设备19681968美国美国2121芯片芯片1971/19991971/1999美国美国intel 950intel 950万晶体管万晶体管/片片2222扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜19861986日本工业技术院日本工业技术院2323掌上电脑掌上电脑19921992美国美国APPLE newton APPLE newton 2424手机手机9090年代初年代初美国美国2525信息高速公路信息高速公路19931993美国美国 national information national information infrastruture infrastruture（NiiNii）3 3、二十一世纪科学技术发展的总趋势、二十一世纪科学技术发展的总趋势第二节 先进制造技术的提出和进展 1.2.1 制造技术的进步和发展 1.2.2 先进制造技术产生背景 1.2.3 各国对先进制造技术的响应 及其发展计划先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开展研究；制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装备。1.2.3 1.2.3 各国先进制造技术的发展各国先进制造技术的发展美美 国国1990年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿大、澳大利亚等国参加，投资10亿美元实施智能制造计划目的：通过国际共同研究，使制造业在接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中，做到生产设备自律化生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时决策变更作业过程 日日 本本尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工厂自动化、生产过程管理三大课题。欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。欧欧 共共 体体第三节 先进制造技术的内涵和体系结构 1.3.1先进制造技术的内涵和特点 1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类1 1、定义、定义:在传统制造技术基础上不断吸收机械在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子电子.信息信息.材料材料.能源和现代管理等方面的能源和现代管理等方面的成果成果,并将其综合应用于产品并将其综合应用于产品设计设计.制造制造.检检测测.管理管理.销售销售.使用使用.服务服务的制造全过程的制造全过程,以以实现优质实现优质.高效高效.低耗低耗.清洁清洁.灵活的生产灵活的生产,提提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称的制造技术总称,也是取得理想技术经济效也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称果的制造技术的总称.先进制造技术的定义与体系结构先进制造技术的定义与体系结构1.3.1 1.3.1 先进制造技术的内涵和特点先进制造技术的内涵和特点传统制造技术先进制造技术系统性仅驾驭生产过程物质流和能量流能驾驭生产过程物质流、信息流和能量流广泛性仅指将原材料变为成品的加工工艺贯穿从产品设计、加工制造到产品销售的整个过程集成性学科专业单一、独立，相互间界限分明专业和学科不断渗透、交叉融合，其界限逐渐淡化甚至消失动态性不同时期、不同国家，其特点、重点、目标和内容不同实用性注重实践效果，促进经济增长，提高综合竞争力先进制造技术的定义与体系结构先进制造技术的定义与体系结构面向制造的设计技术群 产品/工艺设计 计算机辅助设计 工艺过程建模和仿真 工艺规程设计 系统工程基础 快速成型技术 并行工程制造工艺技术群 材料生产工艺 加工工艺 联接与装配 测试和检测 环保技术 维修技术 其他 信息技术信息技术 接口技术接口技术 集成技术集成技术 人工智能人工智能 数据库数据库 软件工程软件工程 决策支持决策支持 标准和框架标准和框架 数据标准数据标准 工艺标准工艺标准 接口框架接口框架 产品定义和标准产品定义和标准 检验标准检验标准 机床和工具技术机床和工具技术 传感器和控制技术传感器和控制技术 质量管理质量管理 用户用户/供应商交互作用供应商交互作用 工作人员培训和教育工作人员培训和教育 全国监督和基准评测全国监督和基准评测 技术获取和利用技术获取和利用主主体体技技术术群群支撑支撑技术群技术群制造基础制造基础设施环境设施环境2 2、体系结构、体系结构1、先进设计技术设计方法现代化l产品动态分析和设计l产品可靠性l可维护性及安全设计l产品优化设计l快速响应设计l创新设计l智能设计l仿真与虚拟设计l价值工程设计l模块化设计先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容设计手段计算机化l有限元法l优化设计l计算机辅助设计l反求工程技术lCAD/CAM一体化技术l工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素2、先进制造工艺技术精密、超精密加工技术l精密加工：精度为30.3m Ra0.30.03 ml超精密加工：精度为0.30.03m Ra0.30.005 ml纳米加工：精度高于0.03m Ra小于0.30.005 m先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容精密成型制造技术l从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术l高能束流加工（电子束、离子束、激光束）l电加工（电解和电火花)l超声波加工l高压水加工l多种能源的组合加工3、制造自动化技术数控技术l数控装置l进给系统l主轴系统lNC程序编制工业机器人l机器人操作机l控制系统l传感器l生产线总线控制先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容柔性制造系统l加工系统l物流系统l调度与控制l故障诊断自动检测与信号识别技术l信号识别l数据获取l数据处理l特征提取与识别过程设备工况监测与控制l过程监视系统l在线反馈质量控制4、先进制造系统先进制造生产模式l计算机集成制造系统CIMSl敏捷制造系统AMSl智能制造系统IMSl精良生产LPl并行工程CE集成管理技术l企业资源管理ERPl基于作业的成本管理ABCl现代质量保障体系l生产率工程l制造资源快速有效集成先进制造技术的学科内容先进制造技术的学科内容生产组织方法l虚拟公司理论与组织l企业组织结构的变革l以人为本的团队建设l企业重组工程精密化是机械制造发展的核心精密化是机械制造发展的核心先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势现代超精密机械对精度的要求现代超精密机械对精度的要求加工精度及其发展加工精度及其发展1车、铣车、铣2磨磨 3CNC机床机床4研磨、工具磨研磨、工具磨5光学磨、金刚石车、磨光学磨、金刚石车、磨 6金刚石超精车、磨、金刚石超精车、磨、电解电解 加工加工7衍射光栅刻线机衍射光栅刻线机 8电子束、离子束、电子束、离子束、X射线射线9分子束生长、离子注分子束生长、离子注 10 扫描隧道技术扫描隧道技术细微与纳米加工技术可达的水平细微与纳米加工技术可达的水平自动化是机械工程发展的途径自动化是机械工程发展的途径先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势制造中的自动化技术制造中的自动化技术1.CAD/CAM技术技术(包括包括CAT/CAE/-CAX)2.数字控制技术数字控制技术3.机电一体化技术机电一体化技术(包括光、液、气包括光、液、气)4.传感器与测试技术传感器与测试技术5.伺服驱动系统技术伺服驱动系统技术6.自动机技术自动机技术(包括输送、存储、装卸及机器人包括输送、存储、装卸及机器人)7.加工、装配和检验中的自动化技术加工、装配和检验中的自动化技术8.制造系统技术制造系统技术9.管理信息化技术管理信息化技术10.回收与维修中的自动化技术回收与维修中的自动化技术结论：制造自动化技术的基础是数字技术结论：制造自动化技术的基础是数字技术先进制造系统以综合为手段先进制造系统以综合为手段(一一)近二十年来，世界各国共提出数十种先进制造近二十年来，世界各国共提出数十种先进制造系统，其中较重要的有系统，其中较重要的有38种种：(1)CAD/CAM/CAE(计算机辅助设计计算机辅助设计/计计 算机辅助制造算机辅助制造/计算机辅助工程计算机辅助工程);(2)成组技术成组技术(Group Technology)(GT);(3)全面质量管理全面质量管理(Total Quality Manufacturing)(TQM);(4)材料需求计划材料需求计划(Material Requisite Planning)(MRP-I);先进制造系统先进制造系统(续续)(5)制造资源计划制造资源计划(Manufacturing Resource Planning)(MRP-II);(6)柔性制造系统柔性制造系统(Flexible Manufacturing System)(FMS);(7)准时生产制准时生产制(Just In Time)(JIT);(8)计算机辅助工艺规划（计算机辅助工艺规划（CAPP);先进制造系统先进制造系统(续续)(9)为了制造的为了制造的(装配的，试验的装配的，试验的)设计设计 (DFMA,DFA,DFTDFX);(10)计算机集成制造系统计算机集成制造系统(Computer IntegratedManufacturing System)（CIMS);(11)用户驱动生产用户驱动生产(Customer Driven Production)(CDP);(12)企业重组企业重组(Business Reengineering)(BR);(13)并行工程并行工程(Concurrent Engineering)(CE);先进制造系统先进制造系统(续续)(14)环境友好生产环境友好生产(Environment Friendly Manufacturing)(EFM);(15)精益生产精益生产(Lean Production)(LP);(16)敏捷制造敏捷制造(Agile Manufacturing)(AM);(17)多智能体制造系统多智能体制造系统(Multi-Agent Manufacturing System)(MAMS);先进制造系统先进制造系统(续续)(18)虚拟制造虚拟制造(Virtual Manufacturing)(VM);(19)增广现实制造增广现实制造(Augmented Reality Manufacturing)(ARM);(20)协同制造协同制造(Holonic Manufacturing)(HM);(21)生物型制造生物型制造(Biological Manufacturing)(BM);(22)寿命周期工程寿命周期工程(Life Cycle Engineering)(LCE);(23)绿色制造绿色制造(Green Manufacturing)(GM);先进制造系统先进制造系统(续续)(24)网络合作制造网络合作制造(Network-Collaborative Manufacturing)(NCM);(25)遥远制造遥远制造(Remote Manufacturing)(RM);(26)全面生产维护全面生产维护(Total Production Maintenance)(TPM);(27)开放结构制造系统开放结构制造系统(Open Architecture Manufacturing System)(OAMS);(28)智能制造智能制造(Intelligent Manufacturing)(IM);先进制造系统先进制造系统(续续)(29)分形企业分形企业(Fractal Enterprise)(FE);(30)预计生产改进系统预计生产改进系统(Pre-Planned Product Improvement system)(P3IS);(31)企业资源计划企业资源计划(Enterprise Resource Planning)(ERP);(33)快速原型制造快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturing)(RPM);(34)自组织生产系统自组织生产系统(Self-Organised Production System)(SOPS);先进制造系统先进制造系统(续续)(35)可重组制造系统可重组制造系统(Reconfigurable Manufacturing System)(RCMS);(36)大规模定制大规模定制(Mass Customization)(MC);(37)全球制造全球制造(Global Manufacturing)(GM);(38)下一代制造系统下一代制造系统(Next Generation Manufacturing System)(NGMS)信息化是机械工程发展的急需信息化是机械工程发展的急需先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势我国信息产业已驶上高速路我国信息产业已驶上高速路（1）2000年上网户数为年上网户数为2250万户，万户，2001年为年为4000万户，万户，2008年年5月底为月底为2.2亿户亿户,（2）2006年我国手机年生产能力是年我国手机年生产能力是3.8亿部，全球的亿部，全球的50%，2003年统计年统计,国内月销售量达国内月销售量达500万部，万部，2008年年3.5亿。亿。（3）十五期间，）十五期间，中国的信息产业继续保持中国的信息产业继续保持20%的高的高速增长速增长，市场规模比，市场规模比2000年翻一番，固定、移动电话年翻一番，固定、移动电话网规模容量将跃居世界第一位，电话用户总数达到网规模容量将跃居世界第一位，电话用户总数达到5亿户，全国电话普及率达到亿户，全国电话普及率达到40%。到。到2010年，信息产年，信息产业市场规模再翻一番。也就是说，业市场规模再翻一番。也就是说，未来十年，信息产未来十年，信息产业将翻两番。业将翻两番。2011年，我国彩电、手机、计算机等主要电子产品产量占全球出货量的比重分别达到48.8%、70.6%和90.6%，均名列世界第一中国国家统计局2月22日发布数据称，2011年，中国完成邮电业务总量13379亿元人民币，比上年增长16.5%。当年新增移动电话用户12725万户，年末达到98625万户，其中3G移动电话用户12842万户。互联网上网人数5.13亿人，互联网普及率达到38.3%。智能化是机械工程发展的方向智能化是机械工程发展的方向先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势为什么说智能化是机械工程发展的方向为什么说智能化是机械工程发展的方向?1.1.“知识经济知识经济”的本质是的本质是“智力经济智力经济”2.2.本世纪中心学科发展的趋势：从信息科学到本世纪中心学科发展的趋势：从信息科学到 生生命命科科学学（2121世世纪纪中中叶叶）再再转转向向认认知知科科学学（2121世世纪纪7070年代）。年代）。3.3.信息化、网络化的实质是智能化。信息化、网络化的实质是智能化。4.4.国民经济各部门的智能化已露端倪国民经济各部门的智能化已露端倪,智能化成智能化成 为各行各业发展的趋向，如：智能计算机、为各行各业发展的趋向，如：智能计算机、智智能能车车辆辆、智智能能机机器器、智智能能仪仪表表、智智能能控控制制、智智能能材材料料甚至智能大厦。甚至智能大厦。小结小结介绍了制造、制造系统与制造业基本概念，阐述了制造业在国民经济中作用地位，分析了制造业在新世纪所面临的6大机遇与挑战以及市场特征；先进制造技术与传统制造技术比较具有系统性、广泛性、集成性、动态性、实用性特征。先进制造技术被分为：现代设计技术、先进制造工艺、工自动化技术、现代生产管理技术、先进制造生产模式。