项目八 现代制造技术简介

项目八现代制造技术简介【项目描述】制造业创造了人类的物质文明，而今天的先进制造技术又是人类物质文明所创造的最伟大的奇迹之一。本项目将带领你到一个神奇的领域中去游览。这个领域与你的关系是如此之密切，以致于你每时每刻都在与它打交道。可是，对于这一领域，你可能又知之甚少，感到十分陌生。对于这一领域的突飞猛进的发展，对它所创造的令人惊异的奇迹与辉煌，你应该有所了解。这个领域就是制造领域。本项目将向您讲述当代先进制造技术的各方面知识,这些内容，将会令你惊叹，让你着迷，鼓励你开拓新的知识疆界，帮助你提高适应新世纪的能力。【学习目标】了解现代制造技术概念【项目内容】了解先进制造工艺技术和制造自动化技术现代科学技术的发展与交叉融合，给制造技术提出了新的要求，也给予了强大支持。因此，涌现了许多先进制造技术。超高速切削、超精密加工、微机械制造等技术近年来有了长足的发展。制造自动化涉及技术：数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术，制造自动化涉及技术是机械制造业最重要的基础技术之一。快速响应制造技术主要包括产品的快速设计、快速开发、快速制造及生产系统的快速组成。先进制造技术的许多重要概念都与快速响应密切相关。其中主要有快速成形制造，并行工程、虚拟制造、CIMS、敏捷制造、动态联盟与虚拟公司等。图8-1汽车后桥齿轮箱加工自动线任务1先进制造技术概述【任务要求】了解先进制造技术的基本概念、学科内容与发展概况【基本活动】一、先进制造技术的基本概念1、先进制造技术的定义先进制造技术(AMT)是在传统制造技术基础上不断吸收传统制造技术、信息技术、计算机技术、、自动化技术、材料、能源和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称。2、先进制造技术体系结构1994年初，美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FCCSET)下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组提出将先进制造技术分为三个技术群：主体技术，包括面向制造的设计技术群和制造工艺技术群；支撑技术群和制造基础设施(制造技术环境)。3、先进制造技术的学科内容先进制造技术不是单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科，包含了从产品设计、加工制造到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域。根据先进制造技术的功能和研究对象，可将先进制造技术归纳如下几个学科方面：（1）先进设计技术产品设计是制造业的灵魂。先进设计技术的主要内容和发展趋势是：1)设计方法现代化设计方法包括:产品动态分析和设计，产品可靠性、可维护性及安全设计，产品优化设计，快速响应设计，创新设计，智能设计，仿真与虚拟设计，价值工程设计，模块化设计等。新的设计思想和方法不断出现，如并行设计、面向“X”的设计(DesignForX，DFX)、优化设计(OptimalDesign)、反求工程技术(ReverseEngineering)等。2)设计手段计算机化表现在广泛应用有限元法、优化设计、计算机辅助设计、反求工程技术、CAD／CAM一体化技术、工程数据库。当前突出反映在数值仿真或虚拟现实技术在设计中的应用。现代产品建模理论发展，向智能化设计方向发展。3)向全寿命周期设计发展传统的设计只限于产品设计，全寿命周期设计则由简单的、具体的、细节的设计发展为复杂的总体设计和决策，通盘考虑包括：设计、制造、检测、销售、使用、维修、报废等阶段的产品的整个生命周期。4)由单纯考虑技术因素转向综合考虑经济技术、经济与社会因素。（2）先进制造工艺技术先进制造工艺技术包括精密和超精密加工、精密成形与特种加工技术等几个方面。1)精密、超精密加工技术。指去除工件表面材料，使工件的尺寸、表面性能达到产品要求的技术措施。A、精密加工，精度为3—0．3μm，表面粗糙度值为Ra0．3—0．03μm；B、超精密加工，精度为0．3—0．03μm，表面粗糙度值为Ra0．3—0．005μm；C、纳米加工，精度高于0．03μm，表面粗糙度值小于Ra0.005μm。2)精密成形制造技术指从制造工件的毛坯、加工成零件形状向直接制成工件即精密成形或称净成形的方向发展。国际机械加工技术协会预测，到21世纪初，塑性成形与磨削加工相结合，将取代大部分中小零件的切削加工。3)特种加工技术指那些不属于常规加工范畴的加工，如高能束流(电子束、离子束、激光束)加工、电加工(电解和电火花加工)、超声波加工、高压水加工及多种能源的组合加工。先进制造工艺技术的一个重要发展趋势是：工艺设计由经验判断走向定量分析，加工工艺由技艺发展为工程科学。（3）制造自动化技术制造自动化是指用机电设备工具取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。制造自动化涉及数控技术、工业机器人技术和柔性制造技术，是机械制造业最重要的基础技术之一。1)数控技术包括数控装置，进给系统和主轴系统，数控机床的程序编制。2)工业机器人包括机器人操作机，机器人控制系统，机器人传感器，机器人生产线总体控制。3)柔性制造系统(FMS)包括FMS的加工系统，FMS的物流系统，FMS的调度与控制，FMS的故障诊断。4)自动检测及信号识别技术包括自动检测CAT，信号识别系统，数据获取，数据处理，特征提取，识别。5)过程设备工况监测与控制包括过程监视控制系统，在线反馈质量控制。二、先进制造技术的发展趋势当前先进制造技术的发展趋势大致有以下几个方面：1、集多学科成果成一个完整的制造体系先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术与先进的管理科学的结合。它不是若干独立学科的先进技术的简单组合和累加，而是按照新生产组织和管理哲理建立起的体系。2、先进制造技术的动态发展过程先进制造技术本身是在针对一定的应用目标，不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。反映在不同的时期，先进制造技术有其自身的特点。反映在不同的国家和地区，先进制造技术也有其本身重点发展的目标和内容。通过重点内容的发展以实现这个国家和地区制造技术的跨越式发展。3、信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用信息化是当今社会发展的趋势，信息技术正在以人们想象不到的速度向前发展。信息技术正在向制造技术注入和融合，促进着制造技术的不断发展。信息技术应用于先进制造技术，提高了制造技术的技术含量，使传统制造技术发生质的变化。信息技术对制造技术发展，起第一促进作用。在21世纪对先进制造技术的各方面发展将起着更重要的作用。具体地说信息技术促进着设计技术的现代化；加工制造的精密化、快速化；自动化技术的柔性化、智能化；整个制造过程的网络化、全球化。各种先进生产模式的发展，如CIMS、并行工程、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也以信息技术的发展为支撑。4、先进制造技术向超精微细领域扩展微型机械、纳米量测、微米／纳米加工制造发展使制造工程科学的内容和范围进一步扩大必须用更新、更广的知识来解决这一领域的新课题。5、制造过程的集成化产品的加工、检测、物流、装配过程走向一体化。例如CAD、CAE、CAM使设计、制造成为一体；精密成形技术的发展，使热加工零件接近最终形状、尺寸，它与磨削加工相结合，将覆盖大部分零件的加工，淡化了冷热加工的界限；机器人加工工作站及FMS，使加工过程、检测过程、物流过程融为一体；现代制造系统使得自动化技术与传统工艺密不可分；很多新型材料的配制与成形是同时完成的，很难划清材料应用与制造技术的界限。在生产上专业车间的概念逐渐淡化，将多种不同专业的技术集成在：一台设备、一条生产线、一个工段或车间里的生产方式逐渐增多。6、制造科学与制造技术、生产管理的融合制造科学是从制造工艺、技术发展而来的，是以信息为代表的现代科技与制造结合的产物。制造科学是支撑制造技术理论体系的外在表现。制造技术包含在制造科学之中，制造科学体现在制造技术里。7、绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征绿色制造业显得越来越重要，是21世纪制造业的重要特征。绿色制造技术将获得快速的发展。主要体现在：(1)绿色产品设计技术使产品在生命周期符合环保、人类健康、能耗低、资源利用率高的要求。(2)绿色制造技术制造过程对环境负面影响最小，废弃物和有害物质的排放最小，资源利用效率最高。(3)产品的回收和循环再制造例如：汽车等产品的拆卸和回收技术，以及生态工厂的循环式制造技术。8、虚拟现实技术在制造业中越来越多的应用虚拟现实技术(VirtualRealityTechnology)主要包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。虚拟制造技术将从根本上改变了设计、试制、修改设计、组织生产的传统制造模式。做法：在产品真正制出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（SoftPrototype)代替传统的硬样品(HardPrototype)进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价。效果：缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。8、制造全球化(ManufacturingGlobalization)先进制造技术的竞争正在导致制造业在全球范围内的重新分布和组合。新的制造模式将不断出现，更强调实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。制造产品、市场的国际化及全球通信网络的建立，形成国际竞争与协作氛围，21世纪制造国际化是发展的必然趋势。【知识链接】面向知识经济的制造业随着信息技术和计算机网络技术的发展，各国的经济离不开与国际市场的信息、技术、资源和产品的交换。由此，一方面开阔了企业的市场，另一方面也给企业带来了全球范围的竞争压力。新经济也是全球性经济，生产过程不再局限于一国范围，而是形成“无国界的经济实体”。企业间竞争与合作、开放与限制并存的局面，必将引起世界经济结构与组织结构的重大变化，从而带来制造业的一场革命。没有制造业作为基础，无论哪一个产业都将失去存在和发展的条件。制造技术的水平和制造工业的发达程度突出地反映了一个国家、一个地区的经济实力，人民的生活质量、国防能力和社会的发展程度。一个国家如果不重视发展先进制造技术和制造工业，必然要吃亏、上当、挨打。以下仅举两个比较突出的事例来说明。美国在二战以前一直是制造大国，轿车工业为支柱，在全球制造业中居于执牛耳的地位。20世纪50年代以后，因军备需要，偏重高新技术和军用技术发展，放松一般制造业。进入70年代后期，“第三次浪潮’’论在美国流传开来，认为美国进入“后工业社会”。劳动力将从工业转移到信息行业和服务行业。认为制造业已成为正在走向没落的“夕阳工业”，制造技术的发展受到冷遇。大学里不再开设制造技术和制造科学课程，也少有相关研究课题。放弃了关于制造工程和制造科学方面的教育和研究工作。所谓“第三次浪潮’’即信息革命，“后工业社会”就是知识经济社会。这些都是正确的论断。劳动力的第二次大转移也是正在发生的事实。问题出在将制造业视为正在走向没落的“夕阳工业”，过于简单和轻率，不符合其后经济发展的事实。事实证明，知识经济的发展，不是要放弃制造业，而是要按照知识经济的特点和要求来改造制造业，使传统的制造业发展成为先进制造业，为现代社会经济的发展发挥不可替代的作用。“夕阳工业’’论对于美国制造业和美国经济的负面影响。20世纪的70-80年代在微电子工业、汽车工业的国际市场竞争中，日本的高质量和高技术含量的产品，如汽车、摩托车、机床、录相机、照相机、电视机等产品以及亚洲和拉美国家的一些廉价产品夺走了相当一部分原属美国产品的国际市场，乃至于部分美国的国内市场。美国机床工业放弃了原已占领的53％的市场，其年产值在12年间从57亿美元跌落到38亿美元。1986年，该国仍有一半机床需要进口。1973年石油危机，日本的节能型轿车大举进入美国，占领了相当一部分美国国内市场。直到90年代初，美国仍有1／4以上的国内汽车市场被日本汽车占领。在那