第1章先进制造技术概述

1邱辰[e-mail]公共邮箱：[e-mail]密码：xdzzjs2先进制造技术教案20133第1章先进制造技术概述41.1制造技术的基本概念与发展（1）1.1.1制造与制造业概念制造的原意——手工制作。天工开物：明末科学家宋应星（1587-1661），字长庚，江西奉新人）撰。51.1.1制造与制造业概念制造的原意——手工制作。现在理解为——制造企业的生产活动。制造的过程：制造应包括从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输、售后服务直至产品报废处理的全过程。1.1制造技术的基本概念与发展61.1.1制造与制造业概念制造的定义制造业1.1制造技术的基本概念与发展7产业的划分第一产业第二产业第三产业1.1制造技术的基本概念与发展8制造业在国民经济中的地位用几个简单的数字说明：在先进的工业化国家中：国民经济总收入的60％以上来源于制造业。从就业人口比例来看，约有1／4的人口从事于制造业，而在非制造业部门中，又有约半数人员的工作性质与制造业密切相关。据美国国家生产力委员会调查，在企业生产力构成中，制造技术的作用约占62％。1.1制造技术的基本概念与发展9表1.1制造业及其发展概况(10)构成分类制造业的构成(％)1987年1992年1996年金属制品一般机械运输机械电器设备电子设备仪器仪表食品工业纺织服装家具文教用品油加工化工建材黑色冶金有色冶金其他制造3．37213．4234．1854．4793．0781．07712．44510．8983．0321．3863．9974．48215．0037．4807．9162．1591．5872．98911．3886.0854．5913．2780．93913．0588．7363．3441．0153．5923．67816．2927．8359．3082．2721．6013．3958．6256．4245．1254．5880．99815．3357．1935．0181．5424．2923．87015．5867．2996．9082．1201．68110评价方法：用制造业占国内生产总值（GDP）的比率表示。年度范围美国年度范围日本GDP增长率制造业增长率制造业的贡献GDP增长率制造业增长率制造业的贡献1870～19133.945.121940～19551.200.201913～19502.843.3923.801955～19658.9614.501950～19704.044.8237.701965～19806.407.8041.401970～19802.803.9535.301980～19924.105.8041.O01980～19922.332.0420.101992～20002.722.6625.4011年度范围美国日本中国195031.6％9.2％197025.0％36.0％28.0％198022.0％29.0％37.3％199018.7％29.0％45.7％199518.0％24.0％35.2％由上表可见制造业在国民经济中的地位。下表：制造业占GDP的比重121.1.2制造技术的发展人类文明的发展与制造业的进步密切相关。石器时代青铜器和铁器时代18世纪70年代，第一次工业革命1.1制造技术的基本概念与发展131.1.2制造技术的发展人类文明的发展与制造业的进步密切相关。19世纪中叶，电磁场理论的建立；发电机、电动机；电气化时代；互换性原理和公差制度。20世纪初，内燃机的发明；汽车；自动生产线；泰勒科学管理理论；大批量生产(MassProduction)的时代。1.1制造技术的基本概念与发展141.1.2制造技术的发展二次世界大战后，通信技术；电子计算机、集成电路；运筹学、现代控制论、系统工程等软科学；数控机床；中小批量生产自动化；小小批量生产。1.1制造技术的基本概念与发展151.1.2制造技术的发展制造技术三个发展阶段用机器代替手工，从作坊形成工厂；从单件生产方式发展成大量生产方式；柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术。1.1制造技术的基本概念与发展161.1.3现代制造及其技术的发展制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。影响其发展主要的因素是技术的推动、市场的牵引和人类的需求不断变化。（归纳）两百年来，制造业的生产规模的发展方向：小批量——少品种大批量——多品种变批量制造业的资源配置的发展方向：劳动密集——设备密集——信息密集——知识密集制造技术的生产方式的发展方向：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1.1制造技术的基本概念与发展171.1.3现代制造及其技术的发展在制造技术和工艺方法上：重视必不可少的辅助工序；重视工艺装备重视物流、检验、包装及储藏，不断吸收微电子、计算机和自动化等高新技术成果，并实现上述技术的局部或系统集成。1.1制造技术的基本概念与发展181.1.4先进制造技术产生的背景AMT首先由美国于20世纪80年代末提出。二次世界大战及稍后时期，美国制造业，霸主地位；20世纪70年代，制造业，夕阳工业，贸易逆差剧增，日本家电、汽车；20世纪80年代，“东芝事件”、“美国经济衰退己威胁到国家安全”、“技术是经济的发动机”“2l世纪制造企业战略”。1.1制造技术的基本概念与发展191.1.4先进制造技术产生的背景1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关键技术”报告，重新确立了制造业的地位。1993年，克林顿在硅谷发表题为“促进美国经济增长的技术——增强经济实力的新方向”的演说，对制造业给予了实质性强有力的支持。1.1制造技术的基本概念与发展201.1.5先进制造技术在我国的发展状况●国家计委、国家科委、国家经贸委在联合编制《全国科技发展“九五”计划和到2010年长期规划》中明确将先进制造技术专项列入高技术研究与发展专题。●在“九五”计划的实施中，国家科学技术部的“国家科技攻关计划”、“国家高新技术研究发展计划”、“国家基础研究重大项目计划(攀登计划预选项目)”、“国家技术创新技术”都列入有关项目并付诸实施。1.1制造技术的基本概念与发展211.1.5先进制造技术在我国的发展状况计算机辅助设计（CAD）技术普及化快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模精密成形与加工技术水平显著提高，在汽车零部件、重大装配制造中获得广泛应用。热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”。激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效益。数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高。1.1制造技术的基本概念与发展221.1.5先进制造技术在我国的发展状况现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定的基础。微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术正向微观领域扩展。现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际上占有一席之地。新生产模式的研究和实践具有特色，推动了中国制造业的技术进步和管理现代化20世纪90年代，中国在汽车制造业中首先推广精良生产。1.1制造技术的基本概念与发展231.2.1先进制造技术的定义至今尚无公认的定义。可以认为：先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，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。对上述定义进行分析，可归纳出如下要点：①先进制造技术的核心：是信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合；②先进制造技术的结果：是生产各项指标得到提高；③先进制造技术的目标：是提高制造业对市场的适应能力和竞争力；1.2先进制造技术的内涵及特点241.2.2先进制造技术的内涵及技术构成1.2先进制造技术的内涵及特点251.2.3先进制造技术的特点先进性广泛性实用性集成性系统性动态性1.2先进制造技术的内涵及特点261.3先进制造技术的体系结构及分类1.3.1先进制造技术的体系结构1．美国科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）AMT包括主体技术群、支撑技术群和制造技术环境三个部分。271.3先进制造技术的定义和体系结构(3)先进制造技术的体系结构主体技术群面向制造的设计技术群①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联接与装配④测试和检测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．数据标准．产品定义和标准．工艺标准．检验标准．接口框架③机床和工具技术④传感器和控制技术制造技术环境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技术获取和利用281.3先进制造技术的体系结构及分类1.3.2先进制造技术的分类现代设计技术计算机辅助设计技术性能优良设计基础技术竞争优势创建技术全寿命设计技术可持续性发展产品设计技术设计试验技术先进制造工艺技术精密洁净铸造成形精确高效塑性成形工艺优质高效焊接及切割技术优质低耗洁净热处理技术高效高精机械加工工艺现代特种加工工艺新型材料成形与加工工艺优质清洁表面工程新技术快速模具制造技术制造自动化技术数控技术工业机器人柔性制造系统（FMS）自动检测及信号识别技术过程设备工况监测与控制制造自动化技术先进制造生产模式集成管理技术生产组织方法291.4先进制造技术发展趋势传统制造技术向高效化、敏捷化、清洁化方向发展向高效化方向发展向敏捷化方向发展向清洁化方向发展先进制造技术向精密化、多样化、复合化方向发展向精密化方向发展向多样化方向发展向复合化方向发展301.4先进制造技术发展趋势制造系统向柔性化、集成化、智能化、全球化方向发展向柔性化方向发展向集成化方向发展向智能化方向发展向全球化方向发展制造科学、技术与管理向交叉化、综合化方向发展向交叉化方向发展向综合化方向发展311.4先进制造技术的特点和发展趋势(6)1.4.2先进制造技术的发展趋势1．制造自动化技术向纵深方向发展制造自动化经历了由刚性自动化、可编程自动化和综合自动化的发展过程。发展趋势：1)集成化2)柔性化3)网络化4)虚拟化5)智能化321.4先进制造技术的特点和发展趋势(7)比较项目刚性自动化可编程自动化综合自动化实现目标减轻劳动强度，节省劳动力，保证质量．降低成本减轻劳动强度，节省劳动力，保证质量，降低成本，缩短产品制造周期减轻劳动强度，节省劳动力，保证质量，降低成本，缩短产品制造周期，提高设计工作与管理正作效率和质量，提高对巾场的响应能力控制对象物流物流物流，信息流特点通过机、电、液、气等硬件控制方式实现，因而是刚性的，变动困难以硬件为基础，以软件为支持，改变程序即可实现所需的转变，因而是柔性的不仅针对具体操作和工人的体力劳动，而且涉及脑力劳动以及设计、经营管理等各方面关键技术继电器程序控制技术、经典控制论数控技术、计算机控制、现代控制沦系统工程、信息技术、计算机技术、管理技术典型系统与装备自动机床、组合机床、机械手、自动生产线NC机床、加工中心、工业机器人、DNCFMS、CAD／CAM系统、MRPII、CIMS应用范围大批大量生产多品种、中小批量生户各种生产类型331.4先进制造技术的特点和发展趋势(8)1)集成化集成化的发展将使制造企业各部门之间以及制造活动各阶段之间的界限逐渐淡化，并最终向一体化的目标迈进。CAD／CAPP／CAM系统的出现，使设计、制造不再是截然分开的两个阶段；FMC、FMS的发展，使加工过程、检测过程、控制过程、物流过程融为一体；而计算机集成制造(CIM)的核心更是通过信息集成，使一个个自动化孤岛有机地联系在一起，以发挥更大的效益：并行工程(CE)则强调产品及其相关过程设计的集