先進制造技術培訓課程 課件

先進制造技術機械與運載工程學院先進成形與表面工程研究所主講教師：劉繼常教授先進制造技術機械與運載工程學院主講教師：劉繼常教授1課程目的接受一個理念——與時俱進的技術系統(tǒng)開拓視野——多種技術及其交叉立足新的高度——把握本學科最前沿、最有前景的技術融會貫通——善于借鑒多學科知識，碰撞出新的火花課程目的接受一個理念——與時俱進的技術系統(tǒng)2課程要點何謂先進制造技術？其內(nèi)涵與外延是什么？如何學習、掌握、應用先進制造技術？上述問題將貫穿整個課程學習過程和同學們今后的學習工作過程。根據(jù)課程特點，確定本課程的學習探討方式和考核方式。課程要點何謂先進制造技術？其內(nèi)涵與外延是什么？根據(jù)課程特點，3課程主要內(nèi)容第一章概述——制造業(yè)與先進制造技術第二章現(xiàn)代設計技術第三章先進制造工藝技術第四章先進制造自動化技術第五章先進制造模式課程主要內(nèi)容第一章概述——制造業(yè)與先進制造技術4概 述先進制造技術是制造業(yè)為了適應現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)境及市場的動態(tài)變化，在傳統(tǒng)制造技術基礎上通過不斷吸收科學技術的最新成果而逐漸發(fā)展起來的，是傳統(tǒng)制造技術、信息技術、計算機技術、自動化技術與管理科學等多學科先進技術的綜合，并應用于制造工程之中所形成的一個學科體系。概 述先進制造技術是制造業(yè)為了適應現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)境及市場的動態(tài)變5第一節(jié)制造業(yè)的發(fā)展概況制造（Manufacturing）：一種將物料、能量、資金、人力資源、信息等有關資源，按照社會的需求，轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌?、有更高應用價值的有形物質(zhì)產(chǎn)品和無形軟件、服務等產(chǎn)品資源的行為和過程。制造系統(tǒng)（MS）：制造過程及其所涉及的硬件（包括人員、生產(chǎn)設備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關的軟件（包括制造理論、制造工藝、制造方法和制造信息等），組成了一個具有特定功能的有機整體，稱之為制造系統(tǒng)。一、幾個基本概念第一節(jié)制造業(yè)的發(fā)展概況制造（Manufacturing）：6國際生產(chǎn)工程研究學會（CIRP）定義：“制造是一個涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱?！?/p>

制造系統(tǒng)是制造業(yè)中形成制造生產(chǎn)的有機整體，在機電工程生產(chǎn)中，制造系統(tǒng)具有設計、生產(chǎn)、發(fā)運和銷售的一體化功能?？梢詮娜嗽谙到y(tǒng)中的作用、零件品種和批量、零件及其工藝類型、系統(tǒng)的柔性、系統(tǒng)的自動化程度及系統(tǒng)的智能程度等方面對制造系統(tǒng)進行分類。國際生產(chǎn)工程研究學會（CIRP）定義：可以從人在系統(tǒng)中的作7分類標準類別特征人在制造系統(tǒng)中的作用人機一體化制造系統(tǒng)人機結(jié)合，充分發(fā)揮人的主導作用；系統(tǒng)容易實現(xiàn)，容易受人的情緒影響無人化制造系統(tǒng)追求無人化生產(chǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，可靠性差，難于實現(xiàn)品種和批量多品種小批量制造系統(tǒng)適合形勢發(fā)展需要，但要求系統(tǒng)的柔性很大少品種大批量制造系統(tǒng)曾對提高生產(chǎn)率、降低成本、提高質(zhì)量發(fā)揮過重要作用，正在被多品種小批量制造系統(tǒng)所替代工藝類型連續(xù)型制造系統(tǒng)制造對象是“連綿不斷”狀態(tài)離散型制造系統(tǒng)制造對象相互分離，制造過程按單個對象進行分類標準類別特征人在制造系統(tǒng)中的作用人機一體化制造系統(tǒng)人機結(jié)8分類標準類別特征系統(tǒng)柔性剛性制造系統(tǒng)難于適應制造對象的改變，適合少品種大批量生產(chǎn)柔性制造系統(tǒng)有較寬的制造對象變化范圍，適合多品種小批量生產(chǎn)自動化程度手動制造系統(tǒng)以普通機床為主，設計和制造過程主要靠手工，很少自動化成分半自動制造系統(tǒng)一部分工作由人完成，一部分工作由機器完成，但在系統(tǒng)的設計和運行方式上與以人為中心的制造系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別自動制造系統(tǒng)可以是剛性自動化，也可以是人機一體化，也可以是無人化制造系統(tǒng)智能程度智能制造系統(tǒng)將人工智能與自動化集成制造相結(jié)合的人機一體化系統(tǒng)常規(guī)制造系統(tǒng)與智能制造系統(tǒng)相對而言，常需要人類專家的大量干預分類標準類別特征系統(tǒng)柔性剛性制造系統(tǒng)難于適應制造對象的改變，9制造技術（ManufacturingTechnology）：按照人們所需的目的，運用知識和技能，利用客觀物質(zhì)工具，使原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的技術總稱。也可以說是完成制造活動所需的一切手段的總和。制造業(yè)（Manufactury）：是所有與制造活動有關的實體或企業(yè)機構(gòu)的總稱。制造技術（ManufacturingTechnology）10制造業(yè)的作用：一方面創(chuàng)造價值，生產(chǎn)物質(zhì)財富和新的知識，另一方面為國民經(jīng)濟各個部門包括國防和科學技術的進步提供先進的手段和裝備。既是國民經(jīng)濟和綜合國力的支柱產(chǎn)業(yè)，又是一個國家經(jīng)濟增長的“發(fā)動機”。制造業(yè)產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值的約45％。制造業(yè)的作用：11第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、礦業(yè)、采石業(yè)、石油業(yè)第二產(chǎn)業(yè)航天航空；紡織、服裝；汽車；冶金、鋼鐵；食品、飲料；建材、家具；化工、石油精煉；計算機、半導體；建筑；日用消費品；電器；裝備、重型機械；金屬制品；玻璃、陶瓷；造紙；制藥；塑料制品；能源、電力；出版；橡膠。第三產(chǎn)業(yè)銀行、通信、教育、娛樂、金融服務、政府、醫(yī)療保健、旅館、咨詢、保險、法律機構(gòu)、房地產(chǎn)、修理與維護、餐飲、商業(yè)（零售業(yè)和批發(fā)業(yè)）、旅游、交通運輸。第一、二、三產(chǎn)業(yè)的劃分第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、礦業(yè)、采石業(yè)、石油業(yè)第二產(chǎn)12制造業(yè)的社會功能制造業(yè)建筑機械交通工具環(huán)保設備軍事裝備醫(yī)療設備機器制造農(nóng)業(yè)機械化工設備家用電器通訊設備出版印刷網(wǎng)絡媒體文化娛樂冶金機械動力機械紡織服裝制造業(yè)的社會功能制造業(yè)建筑機械交通工具環(huán)保設備軍事裝備醫(yī)療設13二、整個制造業(yè)及其技術的發(fā)展時期工具制造特征對象制造模式農(nóng)業(yè)社會石器銅器鐵器自然界地表層的天然物質(zhì)資源手工制造工業(yè)社會機器地下的石油、礦產(chǎn)資源、生活生產(chǎn)用品機器制造、機械化流水線制造、自動化制造信息社會計算機新技術有形資源：分子、原子、納米級；無形資源：信息、知識現(xiàn)代制造、柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造、納米制造、生物制造二、整個制造業(yè)及其技術的發(fā)展時期工具制造特征對象制造模式農(nóng)業(yè)14一）從生產(chǎn)靈活性看制造模式的變遷生產(chǎn)靈活性年份手工生產(chǎn)英式系統(tǒng)美式系統(tǒng)大批量制造泰勒制造統(tǒng)計過程控制數(shù)控柔性制造計算機集成制造未來制造系統(tǒng)180018311900195019701987199121世紀初云制造一）從生產(chǎn)靈活性看制造模式的變遷生產(chǎn)靈活性年份手工生產(chǎn)英式系15二）制造業(yè)近代的三個發(fā)展階段1、機器代替手工，從作坊形成工廠18世紀后半葉，以蒸汽機和工具機的發(fā)明為特征的產(chǎn)業(yè)革命，揭開了近代工業(yè)的歷史，促成了制造企業(yè)的雛形——工場式生產(chǎn)的出現(xiàn)。標志著制造業(yè)已完成從手工業(yè)作坊式生產(chǎn)到以機械加工廠和分工原則為中心的工廠生產(chǎn)的艱難轉(zhuǎn)變。20世紀初，各種金屬切削加工工藝方法逐漸形成，近代制造技術已成體系。但是機器的生產(chǎn)方式是作坊式的單件生產(chǎn)，它產(chǎn)生于英國，在19世紀先后傳到德國和美國，并在美國首先形成了小型的機械加工廠。二）制造業(yè)近代的三個發(fā)展階段1、機器代替手工，從作坊形成工廠162、從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式泰勒首先提出了以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理，成為制造工程科學的奠基人。福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求來加工（零件互換技術），實現(xiàn)了以剛性自動化為特征的大量生產(chǎn)方式，它對社會結(jié)構(gòu)、勞動分工、教育制度和經(jīng)濟發(fā)展，都產(chǎn)生了重大的作用。20世紀50年代，零件互換技術發(fā)展到了頂峰。2、從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式173、柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術→云制造云制造以實現(xiàn)敏捷化、服務化、綠色化和智能化為重要目標,是網(wǎng)絡化制造的一種新發(fā)展,是面向服務制造理念的具體體現(xiàn)。信息集成過程集成企業(yè)間集成3、柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術→云制造云制18三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在市場需求不斷變化的驅(qū)動下，制造的生產(chǎn)規(guī)模沿著以下方向發(fā)展：小批量→少品種大批量→多品種變批量；在科技高速發(fā)展的推動下，制造業(yè)的資源配置呈現(xiàn)出從勞動密集型→設備密集型→信息密集型→知識密集型變化；生產(chǎn)方式上，其發(fā)展過程是：手工→機械化→單機自動化→剛性流水自動線→柔性自動線→智能自動化。三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在市場需求不斷變化的驅(qū)動下，制19三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在制造技術和工藝方法上，現(xiàn)代制造在發(fā)展中，表現(xiàn)為：重視必不可少的輔助工序，如加工前后處理；重視工藝裝備，使制造技術成為集工藝方法、工藝裝備和工藝材料為一體的成套技術；重視物流、檢驗、包裝及儲藏，使制造技術成為覆蓋加工全過程（設計、生產(chǎn)準備、加工制造、銷售和維修，甚至再生回收）的綜合技術，不斷發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效低耗的工藝及加工方法，以取代落后工藝；不斷吸收微電子、計算機和自動化等高新技術成果，并實現(xiàn)上述技術的局部或系統(tǒng)集成。形成從單機到自動生產(chǎn)線等不同檔次的自動化制造系統(tǒng)。三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在制造技術和工藝方法上，現(xiàn)代20三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點引入工業(yè)工程和并行工程（ConcurrentEngineering，CE）概念，強調(diào)系統(tǒng)化及其技術和管理的集成，將技術和管理有機地結(jié)合在一起，引入先進的管理模式，使制造技術及制造過程成為覆蓋整個產(chǎn)品生命周期，包含物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點引入工業(yè)工程和并行工程（Con21三、先進制造技術產(chǎn)生的背景1980年代末，國際上提出先進制造技術(Advanced

ManufacturingTechnology，AMT）的新概念。AMT最早源于美國。由于美國長期受強調(diào)基礎研究的影響，忽視制造技術發(fā)展，到1970年代日本和德國經(jīng)濟恢復時，美國制造業(yè)遇到了強有力的挑戰(zhàn)。20世紀80年代初期，美國一批有識之士相繼發(fā)表言論，對美國制造業(yè)的衰退進行了反思，強調(diào)了制造技術與國民經(jīng)濟及國力的至關重要的相依關系。克林頓政府制定了國家關鍵技術計劃，并對其技術政策做了重大調(diào)整。先進制造技術也就是在這樣一個社會經(jīng)濟背景下出臺了。AMT在諸多國家和地區(qū)得到廣泛的應用。三、先進制造技術產(chǎn)生的背景1980年代末，國際上提出先進制造22四、先進制造技術在我國的發(fā)展狀況具體表現(xiàn)在以下10個方面：計算機輔助設計（CAD）技術普及化；快速原型制造技術由起步邁向成熟，應用初具規(guī)模；精密成形與加工技術水平顯著提高，在汽車零部件、重大裝配制造中獲得廣泛應用；熱加工工藝模擬優(yōu)化技術取得重要進展，使材料熱加工由“技藝”走向“科學”；激光加工在基礎研究和技術開發(fā)方面有實質(zhì)性進展，產(chǎn)業(yè)應用獲得經(jīng)濟效益；

四、先進制造技術在我國的發(fā)展狀況具體表現(xiàn)在以下10個方面：23數(shù)控技術取得重要進展，國內(nèi)市場占有率有所提高；現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進展，應用已有一定的基礎；微型機械研究進展迅速，標志著先進制造技術正向微觀領域擴展；現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)研究和應用取得突破，在國際上占有一席之地；新生產(chǎn)模式的研究和實踐具有特色，推動了中國制造業(yè)的技術進步和管理現(xiàn)代化。

數(shù)控技術取得重要進展，國內(nèi)市場占有率有所提高；24第二節(jié)先進制造技術的內(nèi)涵及特點一、先進制造技術的定義

“先進制造技術是制造業(yè)不斷吸收信息技術及現(xiàn)代化管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱”。第二節(jié)先進制造技術的內(nèi)涵及特點一、先進制造技術的定義25二、先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成內(nèi)涵：“使原材料成為產(chǎn)品而采用的一系列先進技術”。外延：是一個不斷發(fā)展更新的技術體系，不是固定模式，它具動態(tài)性和相對性，因此，不能簡單地理解為就是CAD、CAM、FMS、CIMS等各項具體的技術。先進制造技術在不同發(fā)展水平的國家和同一國家的不同發(fā)展階段，有不同的技術內(nèi)涵和構(gòu)成，對我國而言，它是一個多層次的技術群。其內(nèi)涵和層次及其技術構(gòu)成如圖。二、先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成內(nèi)涵：26先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成27先進制造技術構(gòu)成1、基礎技術第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔的基礎制造技術。經(jīng)過優(yōu)化的基礎工藝如鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等。2、新型的制造單元技術第二個層次是新型的先進制造單元技術。這是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術結(jié)合而形成的嶄新的制造技術。先進制造技術構(gòu)成1、基礎技術283、集成技術第三個層次是先進制造集成技術。這是應用信息、計算機和系統(tǒng)管理技術對上述兩個層次的技術局部或系統(tǒng)集成而形成的先進制造技術的高級階段。如：FMS、CIMS、IMS等。

以上三層次都是先進制造技術的組成部分，但其中每一個層次都不等于先進制造技術的全部。3、集成技術29三、先進制造技術的特點1、先進性先進制造技術的核心和基礎是經(jīng)過優(yōu)化的先進工藝（優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔工藝），它從傳統(tǒng)制造工藝發(fā)展起來，并與新技術實現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成。2、廣泛性先進制造技術不是單獨分割在制造過程的某一環(huán)節(jié)，而是將其綜合運用于制造的全過程，它覆蓋了產(chǎn)品設計、生產(chǎn)設備、加工制造、銷售使用、維修服務，甚至回收再生的整個過程。三、先進制造技術的特點1、先進性303、實用性先進制造技術的發(fā)展針對某一具體制造目標（如汽車制造、電子工業(yè)）的需求，而發(fā)展起來的先進、適用技術，有明確的需求導向；不以追求技術高新度為目的，注重最好的實踐效果，提高企業(yè)競爭力和促進國家經(jīng)濟增長和綜合實力為目標。4、集成性先進制造技術由于專業(yè)、學科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術趨于系統(tǒng)化、集成化，已發(fā)展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術為一體的新興交叉學科，因此可以稱其為“制造工程”。3、實用性315、系統(tǒng)性隨著微電子、信息技術的引入，先進制造技術能駕馭信息生成、采集、傳遞、反饋、調(diào)整的信息流動過程。先進制造技術是可以駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。6、動態(tài)性它不斷地吸收各種高新技術成果，將其滲透到企業(yè)生產(chǎn)的所有領域和產(chǎn)品壽命循環(huán)的全過程，不斷進步，不斷孕育出新的制造工藝，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)。5、系統(tǒng)性32第三節(jié)先進制造技術的體系結(jié)構(gòu)及分類三個技術群：①主體技術群；②支撐技術群；③制造技術環(huán)境。這三個技術群相互聯(lián)系、相互促進，組成一個完整的體系，每個部分均不可缺少，否則就很難發(fā)揮預期的整體功能效益。一、體系結(jié)構(gòu)第三節(jié)先進制造技術的體系結(jié)構(gòu)及分類三個技術群：一、體系結(jié)構(gòu)33主體技術群面向制造的設計技術群制造工藝技術群支撐技術群產(chǎn)品、工藝設計計算機輔助設計工藝過程建模與仿真工藝規(guī)程設計系統(tǒng)工程集成工作環(huán)境設計快速原型技術并行工程材料生產(chǎn)工藝加工工藝連接與裝配測試和檢驗環(huán)保技術維修技術其他信息技術接口與通信集成框架人工智能數(shù)據(jù)庫軟件工程決策支持機床和工具技術標準和框架數(shù)據(jù)標準工藝標準接口標準產(chǎn)品定義和標準檢驗標準傳感器和控制技術制造技術環(huán)境質(zhì)量管理工作人員培訓和教育并行工程用戶和供應商交互作用國內(nèi)外監(jiān)督和基準評測主體技術群面向制造的設計技術群制造工藝技術群支撐技術群產(chǎn)品、34二、先進制造技術的分類現(xiàn)代設計技術先進制造工藝技術制造自動化技術系統(tǒng)管理技術二、先進制造技術的分類現(xiàn)代設計技術351、現(xiàn)代設計技術1）計算機輔助設計技術有限元法，優(yōu)化設計，反求工程，模糊智能CAD，工程數(shù)據(jù)庫等。2）性能優(yōu)良設計基礎技術可靠性設計，安全性設計，動態(tài)分析與設計，防斷裂設計，疲勞設計，防腐蝕設計，減摩和耐磨損設計，健壯設計，耐環(huán)境設計，維修性設計和維修性保障設計，測試性設計，人機工程設計等。1、現(xiàn)代設計技術1）計算機輔助設計技術363）競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術快速響應設計，智能設計，仿真與虛擬設計，工業(yè)設計，價值工程設計，模塊化設計等。4）全壽命周期設計技術并行設計，面向制造的設計，全壽命周期設計數(shù)據(jù)管理技術。5）可持續(xù)性發(fā)展產(chǎn)品設計技術

主要有綠色設計。6）設計試驗技術產(chǎn)品可靠性試驗，產(chǎn)品環(huán)保性能試驗與控制，仿真試驗與虛擬試驗。3）競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術372、先進制造工藝技術1）精密潔凈鑄造成形工藝熔煉、處理、保護成套技術，近代化學固化砂鑄造工藝，高效金屬型鑄造工藝與設備，氣化膜鑄造工藝與設備，鑄造成形工藝模擬和工藝CAD，等等。2）精確高效塑性成形工藝熱鍛生產(chǎn)線成套技術，精密輥鍛和楔橫軋技術，大型覆蓋件沖壓成套技術，精密沖裁工藝，超塑和等溫成形工藝，鍛造成形模擬和工藝CAD等。整體上可劃分為三大類：新工藝、高新技術改造的傳統(tǒng)工藝、傳統(tǒng)工藝自身的新突破。2、先進制造工藝技術1）精密潔凈鑄造成形工藝整體上可劃分為三382、先進制造工藝技術（續(xù)）3）優(yōu)質(zhì)高效焊接及切割技術新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，優(yōu)質(zhì)高效低稀釋率堆焊技術，精密焊接技術，焊接機器人，現(xiàn)代切割技術，焊接過程的模擬仿真與專家系統(tǒng)。4）優(yōu)質(zhì)低耗潔凈熱處理技術可控氣氛熱處理，真空熱處理，離子熱處理，激光表面合金化，可控冷卻熱處理。5）高效高精機械加工工藝精密加工和超精密加工，高速磨削，變速切削，復雜型面的數(shù)控加工，游離磨料的高效加工等。2、先進制造工藝技術（續(xù)）3）優(yōu)質(zhì)高效焊接及切割技術392、先進制造工藝技術（續(xù)）6）現(xiàn)代特種加工工藝激光加工（除熔覆、合金化、淬火外，還有其他激光加工工藝），電火花加工，電子束加工，水力加工，復合加工等。7）極端加工工藝極大、極小零件的加工工藝（如微納加工）。

8）新型材料成形與加工工藝新型材料的鑄造，新型材料的塑性成形，新型材料的焊接，新型材料的熱處理，新型材料的機械加工。2、先進制造工藝技術（續(xù)）6）現(xiàn)代特種加工工藝402、先進制造工藝技術（續(xù)）9）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程新技術化學鍍非晶態(tài)技術，新型節(jié)能表面涂裝技術，鋁及鋁合金表面強化處理技術，超聲速噴涂技術，熱噴涂激光表面重熔復合處理技術，等離子化學氣相沉積技術，離子輔助沉積技術。10）快速制造技術鍛模CAD/CAM一體化技術，快速原型制造技術等。11）生物制造與仿生制造技術生物醫(yī)學植入物的制造，器官（干細胞）制造，快速原型制造技術等。2、先進制造工藝技術（續(xù)）9）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程新技術413、制造自動化技術制造自動化是指用機電設備工具取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲、運輸、加工、裝配和檢驗等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化。是機械制造業(yè)最重要的基礎技術之一。包括：1）數(shù)控技術數(shù)控裝置，進給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)，數(shù)控機床的程序編制。2）工業(yè)機器人機器人操作機，機器人控制系統(tǒng)，機器人傳感器，機器人生產(chǎn)線總體控制。3、制造自動化技術制造自動化是指用機電設備工具取代或放大人的423、制造自動化技術（續(xù)）3）柔性制造系統(tǒng)（FMS）FMS的加工系統(tǒng)，F(xiàn)MS的物流系統(tǒng)，F(xiàn)MS的調(diào)度與控制，F(xiàn)MS的故障診斷。4）自動檢測及信號識別技術自動檢測CAT，信號識別系統(tǒng)，數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)處理，特征提取、識別。5）過程設備工況監(jiān)測與控制過程監(jiān)視控制系統(tǒng)，在線反饋質(zhì)量控制。3、制造自動化技術（續(xù)）3）柔性制造系統(tǒng)（FMS）434、系統(tǒng)管理技術1）先進制造模式現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)CIMS，敏捷制造系統(tǒng)AMS，智能制造系統(tǒng)IMS，精益生產(chǎn)LP，網(wǎng)絡化制造，再制造，綠色制造，云制造等。2）集成管理技術并行工程CE，物料需求計劃MRP，基于作業(yè)的成本管理ABC，現(xiàn)代質(zhì)量保證體系，現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)，生產(chǎn)率工程。3）生產(chǎn)組織方法虛擬公司理論與組織，準時生產(chǎn)，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變革，以人為本的團隊建設，企業(yè)重組工程。4、系統(tǒng)管理技術1）先進制造模式44第四節(jié)先進制造技術的發(fā)展趨勢未來制造業(yè)發(fā)展的重要特征是全球化、網(wǎng)絡化、虛擬化。未來先進制造技術發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、虛擬化、網(wǎng)絡化、智能化、敏捷化、清潔化、集成化及管理創(chuàng)新的方向發(fā)展。進入綠色、清潔、低碳發(fā)展的新階段。第四節(jié)先進制造技術的發(fā)展趨勢未來制造業(yè)發(fā)展的重要特征是45趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展1、向高效化方向發(fā)展隨著精度補償、應用軟件、傳感器、自動控制、新材料和機電一體化等技術的發(fā)展，工藝裝備在數(shù)控化的基礎上進一步向生產(chǎn)自動化、作業(yè)柔性化、控制智能化方向發(fā)展，可對傳統(tǒng)工藝技術加以優(yōu)化和革新。2、向清潔化方向發(fā)展保護環(huán)境、節(jié)約資源已成為全球密切關注的焦點，為此發(fā)達國家正積極倡導“綠色制造”和“清潔生產(chǎn)”，大力研究開發(fā)生態(tài)安全型、資源節(jié)約型制造技術。趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展1、向高46趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展（續(xù)）3、向敏捷化方向發(fā)展進入20世紀90年代以來，因為競爭全球化、貿(mào)易自由化、需求多樣化，產(chǎn)品生產(chǎn)朝多品種小批量方向發(fā)展，面向并行工程的設計、虛擬制造的設計、全壽命周期設計、CAD／CAM／CAPP一體化技術等敏捷設計制造技術與系統(tǒng)將在今后若干年內(nèi)得到長足發(fā)展。趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展（續(xù)）347趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展1、向精密化方向發(fā)展精密加工和超精密加工、微型機械的微細和超微細加工等精密工程是當今也是未來制造技術的基礎，其中納米級的超精密加工技術和微型機械技術被認為是21世紀的核心技術和關鍵技術。2、向多樣化方向發(fā)展為適應制造業(yè)對新型或特種功能材料以及精密、細小、大型、復雜零件的需要，正大力研究與開發(fā)各種原理不同、方法各異的加工與成形方法。趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展1、向48趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展（續(xù)）3、向復合化方向發(fā)展由于材料加工難度越來越大，工件形狀越來越復雜，加工質(zhì)量要求越來越高，國外正在研究多種能量的復合加工方法以及常規(guī)加工與特種加工的組合加工工藝。目前，兩種能量的復合工藝已得到廣泛應用，而多種能量的復合加工工藝也正在探索之中。趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展（續(xù)）349趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠色方向發(fā)展1、向柔性化方向發(fā)展制造業(yè)自動化系統(tǒng)正沿著數(shù)控化→柔性化→集成化→智能化→全球化之螺旋式階梯攀緣而上，柔性化程度越來越高。2、向集成化方向發(fā)展向CIMS發(fā)展，構(gòu)成一個覆蓋企業(yè)制造全過程（產(chǎn)品訂貨、設計、制造、管理、營銷），能對企業(yè)“三流”（即物質(zhì)流、資金流、信息流）進行有效控制和集成管理的完整系統(tǒng)，實現(xiàn)全局動態(tài)綜合優(yōu)化、協(xié)調(diào)運作和整體高柔性、高質(zhì)量、高效率，從而創(chuàng)造出巨大生產(chǎn)力。趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠50趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠色方向發(fā)展(續(xù))3、向智能化方向發(fā)展智能化是柔性化、集成化的拓展和延伸，未來的智能機器將是機器智能與人類專家智能的有機結(jié)合，未來的制造自動化將是高度集成化與高度智能化的融合。4、向全球化方向發(fā)展制造業(yè)將得以借助全球互聯(lián)網(wǎng)絡、計算機通信和多媒體技術實現(xiàn)全球或異地制造資源（知識、人才、資金、軟件、設備等）的共享與互補，制造業(yè)、制造產(chǎn)品和制造技術走向國際化，制造自動化系統(tǒng)也進一步向網(wǎng)絡化、全球化方向發(fā)展?；贗nternet的敏捷制造、全球制造已經(jīng)成為現(xiàn)實。趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠51第五節(jié)制造業(yè)現(xiàn)狀與對策一）現(xiàn)狀全球知名咨詢公司艾睿鉑最新發(fā)布的研究報告認為，美國的制造業(yè)競爭力近來有所提升。美國的制造業(yè)競爭力同其他的國家差距都有所縮小，其中縮小最明顯的是同中國的距離。艾睿鉑發(fā)布的《2011美國制造業(yè)外包指數(shù)》分析了各種產(chǎn)品以及這些產(chǎn)品在包含美國在內(nèi)的13個國家的制造成本。這項研究涵蓋了包括墨西哥、中國、印度、俄羅斯、羅馬尼亞和越南等新興國家。受益于美元的走弱，以及原本被視作低成本國家出現(xiàn)了工資上漲，美國制造業(yè)的競爭優(yōu)勢在增加。一、國際現(xiàn)狀與對策第五節(jié)制造業(yè)現(xiàn)狀與對策一）現(xiàn)狀一、國際現(xiàn)狀與對策52報告說，全球制造業(yè)競爭力局勢已明顯改變：2005年，按照制造業(yè)成本優(yōu)勢排序，中國排列第一，其次是印度、越南、俄羅斯和墨西哥。但是，到2010年，該排名已經(jīng)被打破，墨西哥成為制造業(yè)成本最低的國家，接著是越南、印度、俄羅斯和中國。由于勞動力成本急速上漲及人民幣對美元升值，中國制造業(yè)優(yōu)勢下滑明顯。預計這種趨勢將可能持續(xù)下去，中國將面對經(jīng)濟發(fā)展過程中帶來的挑戰(zhàn)。不過，中國制造業(yè)仍將在美國經(jīng)濟中扮演重要角色。艾睿鉑認為，貨幣匯率和運輸成本將會決定美國制造業(yè)外包決策的腳步和速度，如工廠選址。報告還顯示，墨西哥仍然因成本優(yōu)勢成為美國制造業(yè)外包的首選國家。報告說，全球制造業(yè)競爭力局勢已明顯改變：2005年，按照制造53二）美、日、歐、韓等的相應對策1、美國的先進制造技術計劃和制造技術中心計劃先進制造技術計劃圍繞如下三個重點領域開展研究：①下一代的“智能”制造系統(tǒng)；②為產(chǎn)品、工藝過程和整個企業(yè)的設計提供集成工具；③基礎設施建設，包括擴展和聯(lián)合已有的各種推廣應用機構(gòu)、建立地域性的技術聯(lián)盟(技術聯(lián)合體)、制定有關國家制造技術發(fā)展趨勢的監(jiān)督和分析機制、制定評測準則和評測指標體系等。制造技術中心計劃又稱為合作伙伴計劃，指政府與企業(yè)在共同發(fā)展制造技術上進行密切合作，政府幫助企業(yè)掌握先進技術，使他們具有識別、選擇適用于自己技術的能力。二）美、日、歐、韓等的相應對策1、美國的先進制造技術計劃和制542、日本提出了智能制造計劃約請美國、歐共體、加拿大、澳大利亞等國參加研究，形成一個大型國際共同研究項目。該計劃目標：要全面展望21世紀制造技術的發(fā)展趨勢，先行開發(fā)未來的主導持術，并同時致力于全球信息、制造技術的體系化、標準化。該計劃目的：通過各發(fā)達國家之間的國際共同研究，使制造業(yè)在接受訂貨、開發(fā)、設計、生產(chǎn)、物流直至經(jīng)營管理的全過程中，做到使各個裝備和生產(chǎn)線的自律化，自律化的裝備和生產(chǎn)線在系統(tǒng)整體上能夠做到協(xié)調(diào)和集成，由此來適應和迎接當今世界制造全球化的發(fā)展趨勢，減少龐大的重復投資，并通過先進、靈活的制造過程的實現(xiàn)來解決制造系統(tǒng)中的人為因素。2、日本提出了智能制造計劃553、歐共體制定了“尤里卡計劃”、“歐洲信息技術研究發(fā)展戰(zhàn)略計劃”和“歐洲工業(yè)技術基礎研究”等一系列發(fā)展計劃尤里卡計劃涉及近200個合作性高科技研究開發(fā)項目。歐洲信息技術研究發(fā)展戰(zhàn)略計劃抓好CIM的設計原理、工廠自動化所需的先進微電子系統(tǒng)以及實時顯示系統(tǒng)進行生產(chǎn)過程管理的三大課題。歐洲工業(yè)技術基礎研究計劃重點資助材料、制造加工、設計以及工廠系統(tǒng)運作方式等方面的研究。3、歐共體制定了“尤里卡計劃”、“歐洲信息技術研究發(fā)展戰(zhàn)略計564、韓國的先進制造系統(tǒng)計劃1991年韓國提出了“高級先進技術國家計劃”，包括七項先進技術和七項基礎技術，其中的“先進制造系統(tǒng)”是一個將市場需求、設計、車間制造和營銷集成在一起的系統(tǒng)，旨在改善產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，最終建立起全球競爭能力。該項目由三部分組成：(1)共性的基礎研究，包括集成的開放系統(tǒng)、標難化及性能評價。(2)下一代加工系統(tǒng)，包括加工設備、加工技術、操作過程技術。(3)電子產(chǎn)品的裝配和檢驗系統(tǒng)，包括下一代印制電路板裝配和檢驗系統(tǒng)、高性能裝配機構(gòu)和制造系統(tǒng)、先進裝配基礎技術、系統(tǒng)操作集成技術、智能技術。4、韓國的先進制造系統(tǒng)計劃57二、我國現(xiàn)狀與政策一）現(xiàn)狀：成績：工程機械異軍突起：世界上最大噸位的履帶式起重機、臂架最長的泵車；世界最大的8萬噸級大型模鍛壓機；殲20戰(zhàn)斗機；其他。二、我國現(xiàn)狀與政策一）現(xiàn)狀：58問題：我國是世界制造大國，但還不是制造強國；制造技術基礎薄弱，創(chuàng)新能力不強；產(chǎn)品以低端為主；制造過程資源、能源消耗大，污染嚴重。問題：59二）我國相關政策《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》把制造業(yè)作為發(fā)展的“重點領域”，把“高檔數(shù)控機床與基礎制造技術”作為16個重大專項之一；《國家“十二五”科學和技術發(fā)展規(guī)劃》把先進制造技術（尤其是綠色制造技術、智能制造技術）作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，提升到十分重要的地位。二）我國相關政策《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》把制造業(yè)60《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》有關制造業(yè)的發(fā)展思路：提高裝備設計、制造和集成能力。以促進企業(yè)技術創(chuàng)新為突破口，通過技術攻關，基本實現(xiàn)高檔數(shù)控機床、工作母機、重大成套技術裝備、關鍵材料與關鍵零部件的自主設計制造。積極發(fā)展綠色制造。加快相關技術在材料與產(chǎn)品開發(fā)設計、加工制造、銷售服務及回收利用等產(chǎn)品全生命周期中的應用，形成高效、節(jié)能、環(huán)保和可循環(huán)的新型制造工藝。制造業(yè)資源消耗、環(huán)境負荷水平進入國際先進行列。用高新技術改造和提升制造業(yè)。大力推進制造業(yè)信息化，積極發(fā)展基礎原材料，大幅度提高產(chǎn)品檔次、技術含量和附加值，全面提升制造業(yè)整體技術水平?！秶抑虚L期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》有關制造業(yè)的發(fā)展思路：61《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》有關制造業(yè)的優(yōu)先主題：

基礎件和通用部件數(shù)字化和智能化設計制造流程工業(yè)的綠色化、自動化及裝備可循環(huán)鋼鐵流程工藝與裝備大型海洋工程技術與裝備基礎原材料新一代信息功能材料及器件軍工配套關鍵材料及工程化《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》有關制造業(yè)的優(yōu)先主題：62國家和地方各級政府科技部門通過多個科技計劃支持自主先進制造技術的研究與應用：科技支撐計劃；863計劃；973計劃；自然科學基金重大研究計劃；重大專項；其他。國家和地方各級政府科技部門通過多個科技計劃支持自主先進制造技63《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》有關制造業(yè)的前沿技術

信息技術

智能感知技術

自組織網(wǎng)絡技術

虛擬現(xiàn)實技術先進制造技術

極端制造技術

智能服務機器人

重大產(chǎn)品和重大設施壽命預測技術《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》有關制造業(yè)的前沿技術

64演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！65先進制造技術機械與運載工程學院先進成形與表面工程研究所主講教師：劉繼常教授先進制造技術機械與運載工程學院主講教師：劉繼常教授66課程目的接受一個理念——與時俱進的技術系統(tǒng)開拓視野——多種技術及其交叉立足新的高度——把握本學科最前沿、最有前景的技術融會貫通——善于借鑒多學科知識，碰撞出新的火花課程目的接受一個理念——與時俱進的技術系統(tǒng)67課程要點何謂先進制造技術？其內(nèi)涵與外延是什么？如何學習、掌握、應用先進制造技術？上述問題將貫穿整個課程學習過程和同學們今后的學習工作過程。根據(jù)課程特點，確定本課程的學習探討方式和考核方式。課程要點何謂先進制造技術？其內(nèi)涵與外延是什么？根據(jù)課程特點，68課程主要內(nèi)容第一章概述——制造業(yè)與先進制造技術第二章現(xiàn)代設計技術第三章先進制造工藝技術第四章先進制造自動化技術第五章先進制造模式課程主要內(nèi)容第一章概述——制造業(yè)與先進制造技術69概 述先進制造技術是制造業(yè)為了適應現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)境及市場的動態(tài)變化，在傳統(tǒng)制造技術基礎上通過不斷吸收科學技術的最新成果而逐漸發(fā)展起來的，是傳統(tǒng)制造技術、信息技術、計算機技術、自動化技術與管理科學等多學科先進技術的綜合，并應用于制造工程之中所形成的一個學科體系。概 述先進制造技術是制造業(yè)為了適應現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)境及市場的動態(tài)變70第一節(jié)制造業(yè)的發(fā)展概況制造（Manufacturing）：一種將物料、能量、資金、人力資源、信息等有關資源，按照社會的需求，轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌?、有更高應用價值的有形物質(zhì)產(chǎn)品和無形軟件、服務等產(chǎn)品資源的行為和過程。制造系統(tǒng)（MS）：制造過程及其所涉及的硬件（包括人員、生產(chǎn)設備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關的軟件（包括制造理論、制造工藝、制造方法和制造信息等），組成了一個具有特定功能的有機整體，稱之為制造系統(tǒng)。一、幾個基本概念第一節(jié)制造業(yè)的發(fā)展概況制造（Manufacturing）：71國際生產(chǎn)工程研究學會（CIRP）定義：“制造是一個涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱?！?/p>

制造系統(tǒng)是制造業(yè)中形成制造生產(chǎn)的有機整體，在機電工程生產(chǎn)中，制造系統(tǒng)具有設計、生產(chǎn)、發(fā)運和銷售的一體化功能?？梢詮娜嗽谙到y(tǒng)中的作用、零件品種和批量、零件及其工藝類型、系統(tǒng)的柔性、系統(tǒng)的自動化程度及系統(tǒng)的智能程度等方面對制造系統(tǒng)進行分類。國際生產(chǎn)工程研究學會（CIRP）定義：可以從人在系統(tǒng)中的作72分類標準類別特征人在制造系統(tǒng)中的作用人機一體化制造系統(tǒng)人機結(jié)合，充分發(fā)揮人的主導作用；系統(tǒng)容易實現(xiàn)，容易受人的情緒影響無人化制造系統(tǒng)追求無人化生產(chǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，可靠性差，難于實現(xiàn)品種和批量多品種小批量制造系統(tǒng)適合形勢發(fā)展需要，但要求系統(tǒng)的柔性很大少品種大批量制造系統(tǒng)曾對提高生產(chǎn)率、降低成本、提高質(zhì)量發(fā)揮過重要作用，正在被多品種小批量制造系統(tǒng)所替代工藝類型連續(xù)型制造系統(tǒng)制造對象是“連綿不斷”狀態(tài)離散型制造系統(tǒng)制造對象相互分離，制造過程按單個對象進行分類標準類別特征人在制造系統(tǒng)中的作用人機一體化制造系統(tǒng)人機結(jié)73分類標準類別特征系統(tǒng)柔性剛性制造系統(tǒng)難于適應制造對象的改變，適合少品種大批量生產(chǎn)柔性制造系統(tǒng)有較寬的制造對象變化范圍，適合多品種小批量生產(chǎn)自動化程度手動制造系統(tǒng)以普通機床為主，設計和制造過程主要靠手工，很少自動化成分半自動制造系統(tǒng)一部分工作由人完成，一部分工作由機器完成，但在系統(tǒng)的設計和運行方式上與以人為中心的制造系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別自動制造系統(tǒng)可以是剛性自動化，也可以是人機一體化，也可以是無人化制造系統(tǒng)智能程度智能制造系統(tǒng)將人工智能與自動化集成制造相結(jié)合的人機一體化系統(tǒng)常規(guī)制造系統(tǒng)與智能制造系統(tǒng)相對而言，常需要人類專家的大量干預分類標準類別特征系統(tǒng)柔性剛性制造系統(tǒng)難于適應制造對象的改變，74制造技術（ManufacturingTechnology）：按照人們所需的目的，運用知識和技能，利用客觀物質(zhì)工具，使原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的技術總稱。也可以說是完成制造活動所需的一切手段的總和。制造業(yè)（Manufactury）：是所有與制造活動有關的實體或企業(yè)機構(gòu)的總稱。制造技術（ManufacturingTechnology）75制造業(yè)的作用：一方面創(chuàng)造價值，生產(chǎn)物質(zhì)財富和新的知識，另一方面為國民經(jīng)濟各個部門包括國防和科學技術的進步提供先進的手段和裝備。既是國民經(jīng)濟和綜合國力的支柱產(chǎn)業(yè)，又是一個國家經(jīng)濟增長的“發(fā)動機”。制造業(yè)產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值的約45％。制造業(yè)的作用：76第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、礦業(yè)、采石業(yè)、石油業(yè)第二產(chǎn)業(yè)航天航空；紡織、服裝；汽車；冶金、鋼鐵；食品、飲料；建材、家具；化工、石油精煉；計算機、半導體；建筑；日用消費品；電器；裝備、重型機械；金屬制品；玻璃、陶瓷；造紙；制藥；塑料制品；能源、電力；出版；橡膠。第三產(chǎn)業(yè)銀行、通信、教育、娛樂、金融服務、政府、醫(yī)療保健、旅館、咨詢、保險、法律機構(gòu)、房地產(chǎn)、修理與維護、餐飲、商業(yè)（零售業(yè)和批發(fā)業(yè)）、旅游、交通運輸。第一、二、三產(chǎn)業(yè)的劃分第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、礦業(yè)、采石業(yè)、石油業(yè)第二產(chǎn)77制造業(yè)的社會功能制造業(yè)建筑機械交通工具環(huán)保設備軍事裝備醫(yī)療設備機器制造農(nóng)業(yè)機械化工設備家用電器通訊設備出版印刷網(wǎng)絡媒體文化娛樂冶金機械動力機械紡織服裝制造業(yè)的社會功能制造業(yè)建筑機械交通工具環(huán)保設備軍事裝備醫(yī)療設78二、整個制造業(yè)及其技術的發(fā)展時期工具制造特征對象制造模式農(nóng)業(yè)社會石器銅器鐵器自然界地表層的天然物質(zhì)資源手工制造工業(yè)社會機器地下的石油、礦產(chǎn)資源、生活生產(chǎn)用品機器制造、機械化流水線制造、自動化制造信息社會計算機新技術有形資源：分子、原子、納米級；無形資源：信息、知識現(xiàn)代制造、柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造、納米制造、生物制造二、整個制造業(yè)及其技術的發(fā)展時期工具制造特征對象制造模式農(nóng)業(yè)79一）從生產(chǎn)靈活性看制造模式的變遷生產(chǎn)靈活性年份手工生產(chǎn)英式系統(tǒng)美式系統(tǒng)大批量制造泰勒制造統(tǒng)計過程控制數(shù)控柔性制造計算機集成制造未來制造系統(tǒng)180018311900195019701987199121世紀初云制造一）從生產(chǎn)靈活性看制造模式的變遷生產(chǎn)靈活性年份手工生產(chǎn)英式系80二）制造業(yè)近代的三個發(fā)展階段1、機器代替手工，從作坊形成工廠18世紀后半葉，以蒸汽機和工具機的發(fā)明為特征的產(chǎn)業(yè)革命，揭開了近代工業(yè)的歷史，促成了制造企業(yè)的雛形——工場式生產(chǎn)的出現(xiàn)。標志著制造業(yè)已完成從手工業(yè)作坊式生產(chǎn)到以機械加工廠和分工原則為中心的工廠生產(chǎn)的艱難轉(zhuǎn)變。20世紀初，各種金屬切削加工工藝方法逐漸形成，近代制造技術已成體系。但是機器的生產(chǎn)方式是作坊式的單件生產(chǎn)，它產(chǎn)生于英國，在19世紀先后傳到德國和美國，并在美國首先形成了小型的機械加工廠。二）制造業(yè)近代的三個發(fā)展階段1、機器代替手工，從作坊形成工廠812、從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式泰勒首先提出了以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理，成為制造工程科學的奠基人。福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求來加工（零件互換技術），實現(xiàn)了以剛性自動化為特征的大量生產(chǎn)方式，它對社會結(jié)構(gòu)、勞動分工、教育制度和經(jīng)濟發(fā)展，都產(chǎn)生了重大的作用。20世紀50年代，零件互換技術發(fā)展到了頂峰。2、從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式823、柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術→云制造云制造以實現(xiàn)敏捷化、服務化、綠色化和智能化為重要目標,是網(wǎng)絡化制造的一種新發(fā)展,是面向服務制造理念的具體體現(xiàn)。信息集成過程集成企業(yè)間集成3、柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術→云制造云制83三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在市場需求不斷變化的驅(qū)動下，制造的生產(chǎn)規(guī)模沿著以下方向發(fā)展：小批量→少品種大批量→多品種變批量；在科技高速發(fā)展的推動下，制造業(yè)的資源配置呈現(xiàn)出從勞動密集型→設備密集型→信息密集型→知識密集型變化；生產(chǎn)方式上，其發(fā)展過程是：手工→機械化→單機自動化→剛性流水自動線→柔性自動線→智能自動化。三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在市場需求不斷變化的驅(qū)動下，制84三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在制造技術和工藝方法上，現(xiàn)代制造在發(fā)展中，表現(xiàn)為：重視必不可少的輔助工序，如加工前后處理；重視工藝裝備，使制造技術成為集工藝方法、工藝裝備和工藝材料為一體的成套技術；重視物流、檢驗、包裝及儲藏，使制造技術成為覆蓋加工全過程（設計、生產(chǎn)準備、加工制造、銷售和維修，甚至再生回收）的綜合技術，不斷發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效低耗的工藝及加工方法，以取代落后工藝；不斷吸收微電子、計算機和自動化等高新技術成果，并實現(xiàn)上述技術的局部或系統(tǒng)集成。形成從單機到自動生產(chǎn)線等不同檔次的自動化制造系統(tǒng)。三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點在制造技術和工藝方法上，現(xiàn)代85三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點引入工業(yè)工程和并行工程（ConcurrentEngineering，CE）概念，強調(diào)系統(tǒng)化及其技術和管理的集成，將技術和管理有機地結(jié)合在一起，引入先進的管理模式，使制造技術及制造過程成為覆蓋整個產(chǎn)品生命周期，包含物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。三）現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展特點引入工業(yè)工程和并行工程（Con86三、先進制造技術產(chǎn)生的背景1980年代末，國際上提出先進制造技術(Advanced

ManufacturingTechnology，AMT）的新概念。AMT最早源于美國。由于美國長期受強調(diào)基礎研究的影響，忽視制造技術發(fā)展，到1970年代日本和德國經(jīng)濟恢復時，美國制造業(yè)遇到了強有力的挑戰(zhàn)。20世紀80年代初期，美國一批有識之士相繼發(fā)表言論，對美國制造業(yè)的衰退進行了反思，強調(diào)了制造技術與國民經(jīng)濟及國力的至關重要的相依關系?？肆诸D政府制定了國家關鍵技術計劃，并對其技術政策做了重大調(diào)整。先進制造技術也就是在這樣一個社會經(jīng)濟背景下出臺了。AMT在諸多國家和地區(qū)得到廣泛的應用。三、先進制造技術產(chǎn)生的背景1980年代末，國際上提出先進制造87四、先進制造技術在我國的發(fā)展狀況具體表現(xiàn)在以下10個方面：計算機輔助設計（CAD）技術普及化；快速原型制造技術由起步邁向成熟，應用初具規(guī)模；精密成形與加工技術水平顯著提高，在汽車零部件、重大裝配制造中獲得廣泛應用；熱加工工藝模擬優(yōu)化技術取得重要進展，使材料熱加工由“技藝”走向“科學”；激光加工在基礎研究和技術開發(fā)方面有實質(zhì)性進展，產(chǎn)業(yè)應用獲得經(jīng)濟效益；

四、先進制造技術在我國的發(fā)展狀況具體表現(xiàn)在以下10個方面：88數(shù)控技術取得重要進展，國內(nèi)市場占有率有所提高；現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進展，應用已有一定的基礎；微型機械研究進展迅速，標志著先進制造技術正向微觀領域擴展；現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)研究和應用取得突破，在國際上占有一席之地；新生產(chǎn)模式的研究和實踐具有特色，推動了中國制造業(yè)的技術進步和管理現(xiàn)代化。

數(shù)控技術取得重要進展，國內(nèi)市場占有率有所提高；89第二節(jié)先進制造技術的內(nèi)涵及特點一、先進制造技術的定義

“先進制造技術是制造業(yè)不斷吸收信息技術及現(xiàn)代化管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱”。第二節(jié)先進制造技術的內(nèi)涵及特點一、先進制造技術的定義90二、先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成內(nèi)涵：“使原材料成為產(chǎn)品而采用的一系列先進技術”。外延：是一個不斷發(fā)展更新的技術體系，不是固定模式，它具動態(tài)性和相對性，因此，不能簡單地理解為就是CAD、CAM、FMS、CIMS等各項具體的技術。先進制造技術在不同發(fā)展水平的國家和同一國家的不同發(fā)展階段，有不同的技術內(nèi)涵和構(gòu)成，對我國而言，它是一個多層次的技術群。其內(nèi)涵和層次及其技術構(gòu)成如圖。二、先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成內(nèi)涵：91先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成先進制造技術的內(nèi)涵及技術構(gòu)成92先進制造技術構(gòu)成1、基礎技術第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔的基礎制造技術。經(jīng)過優(yōu)化的基礎工藝如鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等。2、新型的制造單元技術第二個層次是新型的先進制造單元技術。這是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術結(jié)合而形成的嶄新的制造技術。先進制造技術構(gòu)成1、基礎技術933、集成技術第三個層次是先進制造集成技術。這是應用信息、計算機和系統(tǒng)管理技術對上述兩個層次的技術局部或系統(tǒng)集成而形成的先進制造技術的高級階段。如：FMS、CIMS、IMS等。

以上三層次都是先進制造技術的組成部分，但其中每一個層次都不等于先進制造技術的全部。3、集成技術94三、先進制造技術的特點1、先進性先進制造技術的核心和基礎是經(jīng)過優(yōu)化的先進工藝（優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔工藝），它從傳統(tǒng)制造工藝發(fā)展起來，并與新技術實現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成。2、廣泛性先進制造技術不是單獨分割在制造過程的某一環(huán)節(jié)，而是將其綜合運用于制造的全過程，它覆蓋了產(chǎn)品設計、生產(chǎn)設備、加工制造、銷售使用、維修服務，甚至回收再生的整個過程。三、先進制造技術的特點1、先進性953、實用性先進制造技術的發(fā)展針對某一具體制造目標（如汽車制造、電子工業(yè)）的需求，而發(fā)展起來的先進、適用技術，有明確的需求導向；不以追求技術高新度為目的，注重最好的實踐效果，提高企業(yè)競爭力和促進國家經(jīng)濟增長和綜合實力為目標。4、集成性先進制造技術由于專業(yè)、學科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術趨于系統(tǒng)化、集成化，已發(fā)展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術為一體的新興交叉學科，因此可以稱其為“制造工程”。3、實用性965、系統(tǒng)性隨著微電子、信息技術的引入，先進制造技術能駕馭信息生成、采集、傳遞、反饋、調(diào)整的信息流動過程。先進制造技術是可以駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。6、動態(tài)性它不斷地吸收各種高新技術成果，將其滲透到企業(yè)生產(chǎn)的所有領域和產(chǎn)品壽命循環(huán)的全過程，不斷進步，不斷孕育出新的制造工藝，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)。5、系統(tǒng)性97第三節(jié)先進制造技術的體系結(jié)構(gòu)及分類三個技術群：①主體技術群；②支撐技術群；③制造技術環(huán)境。這三個技術群相互聯(lián)系、相互促進，組成一個完整的體系，每個部分均不可缺少，否則就很難發(fā)揮預期的整體功能效益。一、體系結(jié)構(gòu)第三節(jié)先進制造技術的體系結(jié)構(gòu)及分類三個技術群：一、體系結(jié)構(gòu)98主體技術群面向制造的設計技術群制造工藝技術群支撐技術群產(chǎn)品、工藝設計計算機輔助設計工藝過程建模與仿真工藝規(guī)程設計系統(tǒng)工程集成工作環(huán)境設計快速原型技術并行工程材料生產(chǎn)工藝加工工藝連接與裝配測試和檢驗環(huán)保技術維修技術其他信息技術接口與通信集成框架人工智能數(shù)據(jù)庫軟件工程決策支持機床和工具技術標準和框架數(shù)據(jù)標準工藝標準接口標準產(chǎn)品定義和標準檢驗標準傳感器和控制技術制造技術環(huán)境質(zhì)量管理工作人員培訓和教育并行工程用戶和供應商交互作用國內(nèi)外監(jiān)督和基準評測主體技術群面向制造的設計技術群制造工藝技術群支撐技術群產(chǎn)品、99二、先進制造技術的分類現(xiàn)代設計技術先進制造工藝技術制造自動化技術系統(tǒng)管理技術二、先進制造技術的分類現(xiàn)代設計技術1001、現(xiàn)代設計技術1）計算機輔助設計技術有限元法，優(yōu)化設計，反求工程，模糊智能CAD，工程數(shù)據(jù)庫等。2）性能優(yōu)良設計基礎技術可靠性設計，安全性設計，動態(tài)分析與設計，防斷裂設計，疲勞設計，防腐蝕設計，減摩和耐磨損設計，健壯設計，耐環(huán)境設計，維修性設計和維修性保障設計，測試性設計，人機工程設計等。1、現(xiàn)代設計技術1）計算機輔助設計技術1013）競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術快速響應設計，智能設計，仿真與虛擬設計，工業(yè)設計，價值工程設計，模塊化設計等。4）全壽命周期設計技術并行設計，面向制造的設計，全壽命周期設計數(shù)據(jù)管理技術。5）可持續(xù)性發(fā)展產(chǎn)品設計技術

主要有綠色設計。6）設計試驗技術產(chǎn)品可靠性試驗，產(chǎn)品環(huán)保性能試驗與控制，仿真試驗與虛擬試驗。3）競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術1022、先進制造工藝技術1）精密潔凈鑄造成形工藝熔煉、處理、保護成套技術，近代化學固化砂鑄造工藝，高效金屬型鑄造工藝與設備，氣化膜鑄造工藝與設備，鑄造成形工藝模擬和工藝CAD，等等。2）精確高效塑性成形工藝熱鍛生產(chǎn)線成套技術，精密輥鍛和楔橫軋技術，大型覆蓋件沖壓成套技術，精密沖裁工藝，超塑和等溫成形工藝，鍛造成形模擬和工藝CAD等。整體上可劃分為三大類：新工藝、高新技術改造的傳統(tǒng)工藝、傳統(tǒng)工藝自身的新突破。2、先進制造工藝技術1）精密潔凈鑄造成形工藝整體上可劃分為三1032、先進制造工藝技術（續(xù)）3）優(yōu)質(zhì)高效焊接及切割技術新型焊接電源及控制技術，激光焊接技術，優(yōu)質(zhì)高效低稀釋率堆焊技術，精密焊接技術，焊接機器人，現(xiàn)代切割技術，焊接過程的模擬仿真與專家系統(tǒng)。4）優(yōu)質(zhì)低耗潔凈熱處理技術可控氣氛熱處理，真空熱處理，離子熱處理，激光表面合金化，可控冷卻熱處理。5）高效高精機械加工工藝精密加工和超精密加工，高速磨削，變速切削，復雜型面的數(shù)控加工，游離磨料的高效加工等。2、先進制造工藝技術（續(xù)）3）優(yōu)質(zhì)高效焊接及切割技術1042、先進制造工藝技術（續(xù)）6）現(xiàn)代特種加工工藝激光加工（除熔覆、合金化、淬火外，還有其他激光加工工藝），電火花加工，電子束加工，水力加工，復合加工等。7）極端加工工藝極大、極小零件的加工工藝（如微納加工）。

8）新型材料成形與加工工藝新型材料的鑄造，新型材料的塑性成形，新型材料的焊接，新型材料的熱處理，新型材料的機械加工。2、先進制造工藝技術（續(xù)）6）現(xiàn)代特種加工工藝1052、先進制造工藝技術（續(xù)）9）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程新技術化學鍍非晶態(tài)技術，新型節(jié)能表面涂裝技術，鋁及鋁合金表面強化處理技術，超聲速噴涂技術，熱噴涂激光表面重熔復合處理技術，等離子化學氣相沉積技術，離子輔助沉積技術。10）快速制造技術鍛模CAD/CAM一體化技術，快速原型制造技術等。11）生物制造與仿生制造技術生物醫(yī)學植入物的制造，器官（干細胞）制造，快速原型制造技術等。2、先進制造工藝技術（續(xù)）9）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程新技術1063、制造自動化技術制造自動化是指用機電設備工具取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲、運輸、加工、裝配和檢驗等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化。是機械制造業(yè)最重要的基礎技術之一。包括：1）數(shù)控技術數(shù)控裝置，進給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)，數(shù)控機床的程序編制。2）工業(yè)機器人機器人操作機，機器人控制系統(tǒng)，機器人傳感器，機器人生產(chǎn)線總體控制。3、制造自動化技術制造自動化是指用機電設備工具取代或放大人的1073、制造自動化技術（續(xù)）3）柔性制造系統(tǒng)（FMS）FMS的加工系統(tǒng)，F(xiàn)MS的物流系統(tǒng)，F(xiàn)MS的調(diào)度與控制，F(xiàn)MS的故障診斷。4）自動檢測及信號識別技術自動檢測CAT，信號識別系統(tǒng)，數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)處理，特征提取、識別。5）過程設備工況監(jiān)測與控制過程監(jiān)視控制系統(tǒng)，在線反饋質(zhì)量控制。3、制造自動化技術（續(xù)）3）柔性制造系統(tǒng)（FMS）1084、系統(tǒng)管理技術1）先進制造模式現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)CIMS，敏捷制造系統(tǒng)AMS，智能制造系統(tǒng)IMS，精益生產(chǎn)LP，網(wǎng)絡化制造，再制造，綠色制造，云制造等。2）集成管理技術并行工程CE，物料需求計劃MRP，基于作業(yè)的成本管理ABC，現(xiàn)代質(zhì)量保證體系，現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)，生產(chǎn)率工程。3）生產(chǎn)組織方法虛擬公司理論與組織，準時生產(chǎn)，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變革，以人為本的團隊建設，企業(yè)重組工程。4、系統(tǒng)管理技術1）先進制造模式109第四節(jié)先進制造技術的發(fā)展趨勢未來制造業(yè)發(fā)展的重要特征是全球化、網(wǎng)絡化、虛擬化。未來先進制造技術發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、虛擬化、網(wǎng)絡化、智能化、敏捷化、清潔化、集成化及管理創(chuàng)新的方向發(fā)展。進入綠色、清潔、低碳發(fā)展的新階段。第四節(jié)先進制造技術的發(fā)展趨勢未來制造業(yè)發(fā)展的重要特征是110趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展1、向高效化方向發(fā)展隨著精度補償、應用軟件、傳感器、自動控制、新材料和機電一體化等技術的發(fā)展，工藝裝備在數(shù)控化的基礎上進一步向生產(chǎn)自動化、作業(yè)柔性化、控制智能化方向發(fā)展，可對傳統(tǒng)工藝技術加以優(yōu)化和革新。2、向清潔化方向發(fā)展保護環(huán)境、節(jié)約資源已成為全球密切關注的焦點，為此發(fā)達國家正積極倡導“綠色制造”和“清潔生產(chǎn)”，大力研究開發(fā)生態(tài)安全型、資源節(jié)約型制造技術。趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展1、向高111趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展（續(xù)）3、向敏捷化方向發(fā)展進入20世紀90年代以來，因為競爭全球化、貿(mào)易自由化、需求多樣化，產(chǎn)品生產(chǎn)朝多品種小批量方向發(fā)展，面向并行工程的設計、虛擬制造的設計、全壽命周期設計、CAD／CAM／CAPP一體化技術等敏捷設計制造技術與系統(tǒng)將在今后若干年內(nèi)得到長足發(fā)展。趨勢一：傳統(tǒng)制造工藝向高效化、敏捷化、清潔化方向發(fā)展（續(xù)）3112趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展1、向精密化方向發(fā)展精密加工和超精密加工、微型機械的微細和超微細加工等精密工程是當今也是未來制造技術的基礎，其中納米級的超精密加工技術和微型機械技術被認為是21世紀的核心技術和關鍵技術。2、向多樣化方向發(fā)展為適應制造業(yè)對新型或特種功能材料以及精密、細小、大型、復雜零件的需要，正大力研究與開發(fā)各種原理不同、方法各異的加工與成形方法。趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展1、向113趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展（續(xù)）3、向復合化方向發(fā)展由于材料加工難度越來越大，工件形狀越來越復雜，加工質(zhì)量要求越來越高，國外正在研究多種能量的復合加工方法以及常規(guī)加工與特種加工的組合加工工藝。目前，兩種能量的復合工藝已得到廣泛應用，而多種能量的復合加工工藝也正在探索之中。趨勢二：新的制造工藝向精密化、多樣化、復合化方向發(fā)展（續(xù)）3114趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠色方向發(fā)展1、向柔性化方向發(fā)展制造業(yè)自動化系統(tǒng)正沿著數(shù)控化→柔性化→集成化→智能化→全球化之螺旋式階梯攀緣而上，柔性化程度越來越高。2、向集成化方向發(fā)展向CIMS發(fā)展，構(gòu)成一個覆蓋企業(yè)制造全過程（產(chǎn)品訂貨、設計、制造、管理、營銷），能對企業(yè)“三流”（即物質(zhì)流、資金流、信息流）進行有效控制和集成管理的完整系統(tǒng)，實現(xiàn)全局動態(tài)綜合優(yōu)化、協(xié)調(diào)運作和整體高柔性、高質(zhì)量、高效率，從而創(chuàng)造出巨大生產(chǎn)力。趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠115趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠色方向發(fā)展(續(xù))3、向智能化方向發(fā)展智能化是柔性化、集成化的拓展和延伸，未來的智能機器將是機器智能與人類專家智能的有機結(jié)合，未來的制造自動化將是高度集成化與高度智能化的融合。4、向全球化方向發(fā)展制造業(yè)將得以借助全球互聯(lián)網(wǎng)絡、計算機通信和多媒體技術實現(xiàn)全球或異地制造資源（知識、人才、資金、軟件、設備等）的共享與互補，制造業(yè)、制造產(chǎn)品和制造技術走向國際化，制造自動化系統(tǒng)也進一步向網(wǎng)絡化、全球化方向發(fā)展?；贗nternet的敏捷制造、全球制造已經(jīng)成為現(xiàn)實。趨勢三：制造系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化、全球化、復合化、綠116第五節(jié)制造業(yè)現(xiàn)狀與對策一）現(xiàn)狀全球知名咨詢公司艾睿鉑最新發(fā)布的研究報告認為，美國的制造業(yè)競爭力近來有所提升。美國的制造業(yè)競爭力同其他的國家差距都有所縮小，其中縮小最明顯的是同中國的距離。艾睿鉑發(fā)布的《2011美國制造業(yè)外包指數(shù)》分析了各種產(chǎn)品以及這些產(chǎn)品在包含美國在內(nèi)的13個國家的制造成本。這項研究涵蓋了包括墨西哥、中國、印度、俄羅斯、羅馬尼亞和越南等新興國家。受益于美元的走弱，以及原本被視作低成本國家出現(xiàn)