先進(jìn)制造技術(shù)概論備課講稿

先進(jìn)(xiānjìn)制造技術(shù)概論——講述(jiǎngshù)人：趙炳明第一頁，共51頁。1.1先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)及其主要特點1.1.1制造、制造技術(shù)、制造業(yè)與現(xiàn)代制造業(yè)背景制造(Manufacturing)是利用制造資源（設(shè)計方法、工藝、設(shè)備和人力等）將材料“轉(zhuǎn)變”為有用的物品的過程。制造是一個很大的概念。按制造的連續(xù)性可分為連續(xù)制造（如化工產(chǎn)品的制造）和離散制造（如家電產(chǎn)品的制造）；按行業(yè)又可分為機(jī)械制造、食品制造、化工制造、IT產(chǎn)品制造等。當(dāng)今，人們對制造的概念又加以擴(kuò)充，將體系管理(guǎnlǐ)和服務(wù)等也納入其中。制造是人類所有經(jīng)濟(jì)活動的基石，是人類歷史發(fā)展和文明進(jìn)步的動力。第二頁，共51頁。制造(zhìzào)技術(shù)(ManufacturingTechnology)制造技術(shù)是指制造活動所涉及的一系列技術(shù)總稱，是提高產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵，也是制造業(yè)賴以生存和發(fā)展的主體技術(shù)。傳統(tǒng)的制造技術(shù)僅強(qiáng)調(diào)工藝方法和加工設(shè)備?，F(xiàn)代的制造技術(shù)不僅重視工藝方法和設(shè)備，還注重設(shè)計方法、生產(chǎn)組織模式、制造與環(huán)境和諧統(tǒng)一、制造的可持續(xù)性，以及制造技術(shù)與其他科學(xué)技術(shù)的交叉(jiāochā)和融合，甚至還涉及制造技術(shù)與制造全球化、貿(mào)易自由化、軍備競爭等。第三頁，共51頁。制造業(yè)制造業(yè)是將可用資源（包括(bāokuò)能源）通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用和利用的工業(yè)品或生活消費品的產(chǎn)業(yè)。它涉及國民經(jīng)濟(jì)的大量行業(yè)，如機(jī)械、電子、化工、食品、軍工，等等。制造業(yè)已成為創(chuàng)造人類財富的支柱產(chǎn)業(yè)，是人類社會物質(zhì)文明和精神文明的基礎(chǔ)。制造能力也是人類區(qū)別于其他生物的一個重要特征。第四頁，共51頁。

根據(jù)國際通行的產(chǎn)業(yè)分類原則和我國的具體國情，2002年中國國家統(tǒng)計局公布的《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》，將我國制造業(yè)劃分為29個行業(yè)。它們分別是：1食品加工業(yè)；2食品制造業(yè)；3飲料制造業(yè)；4煙草制造業(yè)；5紡織業(yè)；6服裝及其他纖維制品制造業(yè)；7皮革毛皮羽絨及其制品業(yè)；8木材加工及竹藤棕草制品業(yè)；9家具制造業(yè)；10造紙及紙制品業(yè)；11印刷業(yè)記錄媒介的復(fù)制；12文教體育用品制造業(yè)；13石油加工及煉焦業(yè)；14化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)；15醫(yī)藥制造業(yè)；16化學(xué)纖維(huàxuéxiānwéi)制造業(yè)；17橡膠制品業(yè)；18塑料制品業(yè)；19非金屬礦物制品業(yè)；20黑色金屬礦物制品業(yè)；21有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)；22金屬制品業(yè)；23普通機(jī)械制造業(yè)；24專業(yè)設(shè)備制造業(yè)；25交通運輸設(shè)備制造業(yè)；26電氣機(jī)械及器材制造業(yè)；27電子及通信設(shè)備制造業(yè)；28儀器儀表及文化辦公用機(jī)械；29其他制造業(yè)。而這只是大的行業(yè)分類，如果再細(xì)分的話，制造業(yè)小的行業(yè)類別有300多個，而真正細(xì)分的行業(yè)超過1000個。第五頁，共51頁。時代背景自第一臺計算機(jī)的誕生至今的半個世紀(jì)，特別是近20年中，科學(xué)技術(shù)以前所未有的速度突飛猛進(jìn)，世界進(jìn)入了一個以信息科學(xué)為主導(dǎo)的全球化經(jīng)濟(jì)發(fā)展時代。特別是國際信息互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，給世界制造業(yè)帶來了翻天覆地的變化。在強(qiáng)大(qiángdà)的因特網(wǎng)(Internet)的支持下，國際合作已成為科技發(fā)展和推動各國制造業(yè)前進(jìn)的強(qiáng)大(qiángdà)動力。如果說以前是一個對抗性的競爭時代，現(xiàn)在則正在形成一個既競爭又合作的新時代。這就是現(xiàn)代制造業(yè)所面臨的時代背景。第六頁，共51頁。1.1.2先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)的定義先進(jìn)制造技術(shù)ATM(AdvancedManufacturingTechnology)先進(jìn)制造技術(shù)一詞出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代末，它是美國的學(xué)者根據(jù)當(dāng)時國內(nèi)制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，對其制造業(yè)中存在的問題進(jìn)行深刻的反省，重新認(rèn)識到制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用后提出的一個(yīɡè)新概念。由于以計算機(jī)為主體的信息技術(shù)迅速發(fā)展，全面推動了制造技術(shù)的飛躍提升，使現(xiàn)代制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)有了本質(zhì)上的區(qū)別，先進(jìn)制造技術(shù)的思想正是在這種背景下一步步形成的。先進(jìn)制造技術(shù)的概念提出以后，就得到了日本和歐洲各國的普遍認(rèn)同和響應(yīng)，紛紛制定了多種發(fā)展計劃，以支持發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)。而我國近幾年才充分認(rèn)識到發(fā)展、應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)的重要性和必要性。第七頁，共51頁。

先進(jìn)制造技術(shù)是一個(yīɡè)相對的、動態(tài)的概念，是為了適應(yīng)時代要求，提高競爭能力，對制造技術(shù)不斷優(yōu)化所形成的。雖然目前對先進(jìn)制造技術(shù)仍沒有一個(yīɡè)明確的、一致公認(rèn)的定義，但經(jīng)過對其內(nèi)涵和特征的分析研究，可以定義為：“先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、電子、信息（計算機(jī)與通信、控制理論、人工智能等）、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的全過程，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(yīng)能力和竟?fàn)幠芰Σ⑷〉美硐虢?jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)總稱?！钡诎隧?，共51頁。1.1.3先進(jìn)(xiānjìn)制造技術(shù)的特點與傳統(tǒng)制造技術(shù)比較，先進(jìn)制造技術(shù)有以下特點(tèdiǎn)1．系統(tǒng)性2．集成性3．廣泛性4．高精度5．實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)第九頁，共51頁。

系統(tǒng)性傳統(tǒng)(chuántǒng)制造技術(shù)一般只能駕馭生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流和能量流，先進(jìn)制造技術(shù)由于微電子、信息技術(shù)的引入，使制造技術(shù)成為一個能駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、信息流和能量流的系統(tǒng)工程。例如，柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)是先進(jìn)制造技術(shù)全過程控制物質(zhì)流、信息流和能量流的典型應(yīng)用案例。第十頁，共51頁。集成性傳統(tǒng)制造技術(shù)的學(xué)科，專業(yè)單一、界限分明，而現(xiàn)代制造技術(shù)使各專業(yè)、學(xué)科間不斷交叉、融合(rónghé)，其界限逐漸淡化甚至消失，發(fā)展成為集機(jī)械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新型交叉學(xué)科。例如，加工中引入聲、光、電、磁等特種切削工藝，并與機(jī)械加工復(fù)合組成復(fù)合加工工藝（超聲磨削、激光輔助切削等）。還有，生產(chǎn)技術(shù)與管理模式相結(jié)合產(chǎn)生新的生產(chǎn)方式：敏捷制造(AgileManufacturing，AM)、并行工程(ConcurrentEngineering，CE)、精益生產(chǎn)(LeanProduction，LP)等。集成技術(shù)顯示出高效率、多樣化、柔性化、自動化、資源共享等特點。第十一頁，共51頁。廣泛性傳統(tǒng)制造技術(shù)一般單指加工(jiāgōng)制造過程的工藝方法，而現(xiàn)代制造技術(shù)則貫穿了從產(chǎn)品設(shè)計、加工(jiāgōng)制造到產(chǎn)品銷售及用戶服務(wù)等整個產(chǎn)品生命周期全過程，成為“市場--產(chǎn)品設(shè)計--制造--市場”的大系統(tǒng)。第十二頁，共51頁。高精度現(xiàn)代制造對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，在飛機(jī)、潛艇等軍事設(shè)施中使用(shǐyòng)的精密陀螺、大型天文望遠(yuǎn)鏡及大規(guī)模集成電路的硅片等高新技術(shù)產(chǎn)品都需要超精密加工技術(shù)的支持。這些需求使激光加工、電子束加工、離子束加工、納米制造、微機(jī)械制造等新方法迅速發(fā)展。第十三頁，共51頁。實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活(línɡhuó)生產(chǎn)先進(jìn)制造技術(shù)的核心(héxīn)是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)等基礎(chǔ)制造技術(shù)，它是從傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展起來的，并與新技術(shù)實現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成。先進(jìn)制造技術(shù)除了通常追求的優(yōu)質(zhì)、高效外，還要針對21世紀(jì)人類面臨的有限資源與環(huán)保壓力，實現(xiàn)低耗、清潔。此外，還要應(yīng)對人類消費觀念的改變，滿足多樣化市場需求，實現(xiàn)靈活生產(chǎn)。第十四頁，共51頁。1.2先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)的構(gòu)成及分類1.2.1先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成先進(jìn)制造技術(shù)在不同發(fā)展水平的國家和同一國家的不同發(fā)展階段，有著不同的技術(shù)內(nèi)涵，對我國而言，它是一個多層次的技術(shù)群。先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和層次及其技術(shù)構(gòu)成如圖1—1所示。圖中從內(nèi)層到外層分別為基礎(chǔ)技術(shù)、新型單元技術(shù)、集成技術(shù)，下面(xiàmian)將分別論述。第十五頁，共51頁。

第十六頁，共51頁。1．基礎(chǔ)(jīchǔ)技術(shù)第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔的基礎(chǔ)制造技術(shù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面(biǎomiàn)保護(hù)、機(jī)械加工等基礎(chǔ)工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)，這些基礎(chǔ)工藝經(jīng)過優(yōu)化而形成的基礎(chǔ)制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心及重要組成部分。這些基礎(chǔ)技術(shù)主要有精密下料、精密成型、精密加工、精密測量、毛坯強(qiáng)韌化、無氧化熱處理、氣體保護(hù)焊、埋弧焊及功能性防護(hù)涂層等。第十七頁，共51頁。2．新型單元(dānyuán)技術(shù)第二個層次是新型的先進(jìn)制造單元技術(shù)。它是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術(shù)與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學(xué)(kēxué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新的制造技術(shù)。例如，制造業(yè)自動化單元技術(shù)、極限加工技術(shù)、質(zhì)量與可靠性技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計基礎(chǔ)與方法、清潔生產(chǎn)技術(shù)、新材料成型與加工技術(shù)、激光與高密度能源加工技術(shù)、工藝模擬及設(shè)計優(yōu)化技術(shù)等。第十八頁，共51頁。3．集成(jíchénɡ)技術(shù)第三個層次是先進(jìn)制造集成技術(shù)。它是應(yīng)用信息、計算機(jī)和系統(tǒng)管理技術(shù)對上述兩個層次的技術(shù)局部或系統(tǒng)集成而形成的先進(jìn)制造技術(shù)的高級階段，如FMS、CIMS、IMS等。國際上，美國聯(lián)邦科學(xué)、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)(xiétiáo)委員會(FCCSET)下屬的工業(yè)和技術(shù)委員會先進(jìn)制造技術(shù)工作組在1994年提出將先進(jìn)制造技術(shù)分為三個技術(shù)群：①主體技術(shù)群；②支撐技術(shù)群；③制造技術(shù)環(huán)境。這三個技術(shù)群相互聯(lián)系、相互促進(jìn)，組成一個完整的體系。表1-1給出了先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。第十九頁，共51頁。第二十頁，共51頁。1.2.2先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)的分類將目前各國掌握的制造技術(shù)系統(tǒng)化，對先進(jìn)制造技術(shù)的研究分為下述四大領(lǐng)域，它們橫跨多個學(xué)科，并組成一個有機(jī)(yǒujī)整體。1．現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)2．先進(jìn)制造工藝技術(shù)3．自動化技術(shù)4．系統(tǒng)管理技術(shù)第二十一頁，共51頁。1．現(xiàn)代設(shè)計(shèjì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)(jìshù)是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)(jìshù)和科學(xué)知識，制定方案并使方案付諸實施的技術(shù)(jìshù)。它是一門多學(xué)科、多專業(yè)相互交叉的綜合性很強(qiáng)的基礎(chǔ)技術(shù)(jìshù)。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)(jìshù)所包含的內(nèi)容有：(1)現(xiàn)代設(shè)計方法?，F(xiàn)代設(shè)計方法包括產(chǎn)品動態(tài)分析和設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、防蝕設(shè)計、可靠性和可維護(hù)性及安全設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計及智能設(shè)計等。(2)設(shè)計自動化技術(shù)(jìshù)。設(shè)計自動化技術(shù)(jìshù)指應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)(jìshù)，進(jìn)行產(chǎn)品造型和工藝設(shè)計、工程分析計算與模擬仿真、多變量動態(tài)優(yōu)化，從而達(dá)到整體最優(yōu)功能目標(biāo)，實現(xiàn)設(shè)計自動化。(3)工業(yè)設(shè)計技術(shù)(jìshù)。工業(yè)設(shè)計技術(shù)(jìshù)指開展機(jī)械產(chǎn)品色彩設(shè)計和中國民族特色與世界流派相結(jié)合的造型設(shè)計，增強(qiáng)產(chǎn)品的國際競爭力。第二十二頁，共51頁。2．先進(jìn)(xiānjìn)制造工藝技術(shù)現(xiàn)代制造工藝技術(shù)包括精密和超精密加工技術(shù)、精密成型技術(shù)及特種加工技術(shù)等。(1)精密和超精密加工技術(shù)。精密和超精密加工技術(shù)是采用去除加工（精密切削、磨削、研磨等）、結(jié)合加工（離子鍍、晶體生長、激光焊接、快速成型等）、變形加工（精鍛、精鑄等）的加工方法使工件的尺寸、表面性能(xìngnéng)達(dá)到極高的精度?，F(xiàn)在的精密和超精密加工已經(jīng)向納米技術(shù)發(fā)展。（2）精密成型技術(shù)。精密成型技術(shù)是生產(chǎn)局部或全部無余量或少余量半成品的工藝方法的統(tǒng)稱。包括精密凝聚成型技術(shù)、精密塑性加工技術(shù)、粉末材料構(gòu)件精密成型技術(shù)、精密焊接技術(shù)及復(fù)合成型技術(shù)等。其目的在于使成型的制品達(dá)到或接近成品形狀的尺寸，并達(dá)到提高質(zhì)量、縮短制造周期和降低成本的效果，其發(fā)展方向是精密化、高效化、強(qiáng)韌化和輕量化。第二十三頁，共51頁。（3）特種加工技術(shù)。特種加工技術(shù)是指那些不屬于常規(guī)加工范疇的加工，如高能束流（電子束、離子束、激光束）加工、電加工（電解和電火花加工）、超聲波加工、高壓水加工，以及多種能源的組合加工。特種加工技術(shù)由于其各自的獨特性能，在機(jī)械、電子、化工、輕工、航空、建筑、國防等行業(yè)，以及材料、能源和信息等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。（4）表面改性、制膜和涂層技術(shù)。表面改性、制膜和涂層技術(shù)是采用物理、化學(xué)、金屬學(xué)、高分子化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械學(xué)等技術(shù)及其組合技術(shù)對產(chǎn)品表面進(jìn)行改性、制膜和涂層，賦予產(chǎn)品耐磨、耐蝕、耐（隔）熱、抗疲勞、耐輻射，以及光、熱、磁、電等特殊功能，從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量(chǎnpǐnzhìliànɡ)、延長使用壽命和賦予新性能的新技術(shù)統(tǒng)稱，是表面工程的重要組成部分。第二十四頁，共51頁。3．自動化技術(shù)(jìshù)制造自動化是指用機(jī)電設(shè)備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。其目的在于減輕勞動強(qiáng)度(láodòngqiándù)、提高生產(chǎn)效率、減少在制品數(shù)量、節(jié)省能源消耗及降低生產(chǎn)成本。自動化技術(shù)主要包括數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計算機(jī)集成制造技術(shù)、傳感技術(shù)、自動檢測及信號識別技術(shù)、過程設(shè)備工況監(jiān)測與控制技術(shù)等。第二十五頁，共51頁。4．系統(tǒng)管理技術(shù)(jìshù)系統(tǒng)管理技術(shù)是指企業(yè)在市場開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制、銷售服務(wù)等一系列的生產(chǎn)經(jīng)營活動中，為了使制造資源（材料、設(shè)備、能源、技術(shù)、信息及人力）得到總體配置(pèizhì)優(yōu)化和充分利用，使企業(yè)的綜合效益（質(zhì)量、成本、交貨期）得到提高而采取的各種計劃、組織、控制及協(xié)調(diào)的方法和技術(shù)的總稱。它是現(xiàn)代制造技術(shù)體系中的重要組成部分，對企業(yè)的最終效益提高起著重要的作用。系統(tǒng)管理技術(shù)包括工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式（如精益生產(chǎn)、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技術(shù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與虛擬公司等生產(chǎn)組織方法。第二十六頁，共51頁。1.2.3先進(jìn)(xiānjìn)制造的關(guān)鍵技術(shù)（1）集成化技術(shù)(jìshù)。在過去制造系統(tǒng)中僅強(qiáng)調(diào)信息的集成，這是不夠的。現(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)技術(shù)(jìshù)、人和管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成、資源集成、過程集成及人員集成。(2)智能化技術(shù)(jìshù)。應(yīng)用人工智能技術(shù)(jìshù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)貨、支持用戶到產(chǎn)品報廢等）各個環(huán)節(jié)智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程（包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控制等）各個環(huán)節(jié)智能化，并實現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。第二十七頁，共51頁。

(3)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的實現(xiàn)。各種通信協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。(4)分布式并行處理技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)制造系統(tǒng)中各種問題的協(xié)同求解，獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解，進(jìn)而實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。(5)多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅涉及機(jī)械科學(xué)的理論與知識，而且還涉及電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還必須考慮經(jīng)濟(jì)、心理、環(huán)境、人文及社會等方面因素。機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)、全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求機(jī)電產(chǎn)品動靜特性(tèxìng)、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。第二十八頁，共51頁。

(6)虛擬現(xiàn)實技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機(jī)仿真技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造過程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真，采用多種介質(zhì)來存儲、表達(dá)、處理多種信息，融文字、語音、圖像、動畫于一體，給人一種真實感及身臨其境感。(7)人--機(jī)--環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。將人、機(jī)器和環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益(xiàoyì)。研究的重點是：人機(jī)環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機(jī)柔性交互技術(shù)、人機(jī)智能接口技術(shù)、清潔制造等。這些關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)了21世紀(jì)制造技術(shù)對CAD/CAM集成系統(tǒng)的要求，表達(dá)了CAD/CAM集成發(fā)展的方向。第二十九頁，共51頁。1.3先進(jìn)制造(zhìzào)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢1.3.1先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械制造業(yè)占整個國家制造業(yè)的60%以上，因而先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)與機(jī)械制造技術(shù)(jìshù)的關(guān)系密不可分。一方面，先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中的各個方面，使得先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)的技術(shù)(jìshù)理論得以具體應(yīng)用和實現(xiàn)，并推動機(jī)械制造業(yè)的迅猛發(fā)展；另一方面，機(jī)械制造業(yè)由于本身生產(chǎn)的需要，出現(xiàn)的各種新工藝、新技術(shù)(jìshù)又豐富和發(fā)展了先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)的理論，并可以推廣到其他制造領(lǐng)域。第三十頁，共51頁。1．在產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)(kāifā)中應(yīng)用了現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的最新成果在機(jī)械制造過程中．機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)已應(yīng)用了現(xiàn)代設(shè)計的思想和方法。綠色設(shè)計、并行工程、計算機(jī)輔助設(shè)計、可靠性設(shè)計、模糊設(shè)計及虛擬技術(shù)等現(xiàn)代方法和技術(shù)，從根本上改變了傳統(tǒng)設(shè)計的思想和方法。從設(shè)計內(nèi)容(nèiróng)上看，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計將設(shè)計過程劃分為方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和工藝設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容(nèiróng)過于狹窄。而現(xiàn)代設(shè)計的內(nèi)容(nèiróng)已擴(kuò)展到產(chǎn)品的規(guī)劃、制造、檢驗、營銷、維護(hù)、報廢、回收等全方位的設(shè)計。從設(shè)計方法來看，傳統(tǒng)設(shè)計往往是根據(jù)經(jīng)驗的累積、單一的知識、落后的工具來進(jìn)行的，而現(xiàn)代設(shè)計以計算機(jī)輔助設(shè)計為主體，以多種學(xué)科及技術(shù)為手段，實現(xiàn)設(shè)計過程的并行化、最優(yōu)化、精確化。第三十一頁，共51頁。2．在產(chǎn)品的制造(zhìzào)過程中涌現(xiàn)了大量的新工藝、新技術(shù)機(jī)械制造工藝是將原材料、半成品加工成機(jī)械產(chǎn)品的方法和過程，是整個(zhěnggè)機(jī)械制造全過程的主要部分。在這個過程中，由于先進(jìn)制造技術(shù)的滲透，結(jié)合生產(chǎn)實際的需要，已涌現(xiàn)了大量的新工藝、新技術(shù)。在毛坯制造方面，近幾年出現(xiàn)了鋼液精煉與保護(hù)成套技術(shù)、高效金屬型鑄造工藝及設(shè)備、新型焊接電源及控制技術(shù)、激光焊接與切割技術(shù)等高新技術(shù)。在機(jī)械加工方面，出現(xiàn)了精密加工、超精密加工技術(shù)，高速切削與高速磨削技術(shù)，難加工材料的切削技術(shù)，復(fù)雜型面的數(shù)控加工技術(shù)等。在熱處理方面，近幾年出現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人、真空熱處理、激光表面合金化等先進(jìn)技術(shù)。在自動化生產(chǎn)方面，已廣泛應(yīng)用機(jī)床數(shù)控技術(shù)、自動檢測及信號識別技術(shù)等。這些應(yīng)用技術(shù)不僅滿足了機(jī)械制造本身的需要，同時也支撐了先進(jìn)制造技術(shù)的體系。第三十二頁，共51頁。3．先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用引起(yǐnqǐ)了企業(yè)組織管理模式的重大變革在大批量生產(chǎn)方式下，企業(yè)的組織管理模式主要是功能專業(yè)化，采用剛性生產(chǎn)線，各個部門各司其職。當(dāng)今，機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式正向中、小批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，因而企業(yè)的組織和管理模式也必須與之相適應(yīng)。由于先進(jìn)制造技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用，企業(yè)的組織管理模式發(fā)生(fāshēng)了多方面的轉(zhuǎn)變。1）從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變；2）從按功能部門的固定組織形式向動態(tài)、自主管理的小組組織形式轉(zhuǎn)變；3）從金字塔式的多層次生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；4）從質(zhì)量第一的競爭策略向快速響應(yīng)市場的競爭策略轉(zhuǎn)變；5）從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變。第三十三頁，共51頁。1.3.2先進(jìn)制造技術(shù)在我國的發(fā)展(fāzhǎn)狀況近10年來，我國制造業(yè)的發(fā)展受到嚴(yán)重削弱，陷入了前所未有的困境。制造業(yè)的發(fā)展滯后已成為制約我國經(jīng)濟(jì)(jīngjì)發(fā)展的重要因素。據(jù)統(tǒng)計，全社會固定資產(chǎn)投資中，設(shè)備投資的2/3依賴進(jìn)口。目前，光纖制造裝備的l00%，集成電路芯片制造裝備的85%，石油化工裝備的80%，轎車工業(yè)裝備、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、膠印設(shè)備的70%被進(jìn)口產(chǎn)品占領(lǐng)，國產(chǎn)裝備的可靠性、自動化程度與國外產(chǎn)品有較大差距。第三十四頁，共51頁。

當(dāng)前，我國制造業(yè)的發(fā)展正處在十字路口。在經(jīng)濟(jì)全球化的大環(huán)境下，一國不可能包攬本國所需的全部裝備，但作為一個有13億人口的發(fā)展中大國，而且是社會主義主權(quán)的國家，其現(xiàn)代化、工業(yè)化是從國外買不來也買不起的，必然要通過制造業(yè)的發(fā)展得以實現(xiàn)(shíxiàn)工業(yè)化，并因有強(qiáng)大的制造業(yè)而成為工業(yè)化強(qiáng)國。第三十五頁，共51頁。

我國的制造業(yè)不斷采用先進(jìn)制造技術(shù)(jìshù)，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在一個階段性的整體上的差距。（1）設(shè)計方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和準(zhǔn)則，采用新的設(shè)計方法，廣泛采用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)(jìshù)(CAD/CAM)，大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)計和生產(chǎn)。我國采用CAD/CAM技術(shù)(jìshù)的比例較低。第三十六頁，共51頁。

(2)制造工藝方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家較廣泛地采用高精密加工、精細(xì)加工、微細(xì)加工、微型(wēixíng)機(jī)械和微米／納米技術(shù)、激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)及復(fù)合加工技術(shù)等新型加工方法。我國普及率不高，尚在開發(fā)、掌握之中。(3)管理方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛采用計算機(jī)管理，重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展，推出了準(zhǔn)時生產(chǎn)(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部采用了計算機(jī)輔助管理，多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管理階段。第三十七頁，共51頁。

(4)自動化技術(shù)方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用數(shù)控機(jī)床、加工中心，以及柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，實現(xiàn)了柔性自動化、知識(zhīshi)智能化、集成化。我國尚處在單機(jī)自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。第三十八頁，共51頁。1.3.3先進(jìn)(xiānjìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢在21世紀(jì)，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著市場需求個性化與多樣化，未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。當(dāng)前影響先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展因素(yīnsù)大致有以下幾點。第三十九頁，共51頁。1．“數(shù)”是發(fā)展(fāzhǎn)的核心數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它包含了三大部分：以設(shè)計為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。對制造設(shè)備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字化信號。對制造企業(yè)而言，各種信息（如圖形、數(shù)據(jù)、知識和技能等）均以數(shù)字形式通過網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)傳遞，以便根據(jù)市場信息，迅速收集資料信息，在虛擬現(xiàn)實、快速原型、數(shù)據(jù)庫、多媒體等多種數(shù)字化技術(shù)的支持下，對產(chǎn)品信息、工藝信息與資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃(guīhuà)與重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品功能的仿真，對加工過程與生產(chǎn)組織過程的仿真或完成原型制造，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的快速重組與對市場的快速響應(yīng)，以滿足客戶要求。還應(yīng)指出，制造知識（包括技能、經(jīng)驗）的獲取、表達(dá)、存儲、推理乃至系統(tǒng)化、公理化等，是使制造技術(shù)發(fā)展到制造科學(xué)的關(guān)鍵，而這又與數(shù)字化不可分開。第四十頁，共51頁。2．“精”是發(fā)展(fāzhǎn)的關(guān)鍵“精”是“精密化”，一方面是指對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高；另一方面是指對產(chǎn)品、零件的加工精度要求越來越高。20世紀(jì)初，超精密加工的誤差是10μm，30年代達(dá)1μm，50年代達(dá)O.lμm，七八十年代達(dá)O.Olμm，至今達(dá)O.OOlμm，即1nm。再由以下一組數(shù)據(jù)可以看到微電子產(chǎn)品對加工精度的依賴(yīlài)程度，電子元件制造誤差：一般晶體管為50μm，一般磁盤為5μm，一般磁頭磁鼓為0.5μm，集成電路為0.05μm，超大型集成電路達(dá)0.005μm，而合成半導(dǎo)體為1nm。第四十一頁，共51頁。3．“極”是發(fā)展(fāzhǎn)的焦點“極”即極端條件，就是指在極端條件下工作的或者有極端要求的產(chǎn)品，從而也是指這類產(chǎn)品的制造技術(shù)有“極”的要求。例如，在高溫、高壓、高濕、強(qiáng)磁場和強(qiáng)腐蝕等條件下工作，或有高硬度、大彈性等要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄和奇形怪狀的。顯然，這些產(chǎn)品都是科技前沿的產(chǎn)品。其中之一就是“微機(jī)電系統(tǒng)”(MEMS)，MEMS可以完成特種動作與實現(xiàn)特種功能，乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界，其深遠(yuǎn)意義難估量。可以說，“極”是前沿科技或前沿科技產(chǎn)品發(fā)展的一個焦點。例如，在信息領(lǐng)域中的分子存儲器、原子存儲器；生命領(lǐng)域中的克隆技術(shù)、基因(jīyīn)操作系統(tǒng)；軍事武器中的精確制導(dǎo)技術(shù)、精確打擊技術(shù)；航空航天領(lǐng)域中的微型飛機(jī)、微型衛(wèi)星、“納米”衛(wèi)星（0.1kg以內(nèi)）；微型機(jī)器人領(lǐng)域中的腦科手術(shù)等。第四十二頁，共51頁。4.“自”是發(fā)展(fāzhǎn)的條件“自”就是自動化，即減輕人的勞動，強(qiáng)化、延伸、取代人的有關(guān)勞動的技術(shù)或手段。自動化是先進(jìn)(xiānjìn)制造技術(shù)發(fā)展的前提條件。自動化總是伴隨有關(guān)機(jī)械或工具來實現(xiàn)的，可以說，機(jī)械是一切技術(shù)的載體，也是自動化技術(shù)的載體。據(jù)統(tǒng)計，從1870年至1980年，加工過程的效率提高了200倍，體力勞動得到了有效的解放；但管理效率只提高了118～212倍，設(shè)計效率只提高了112倍，這表明腦力勞動遠(yuǎn)沒有得到有效的解放?！白詣踊睆淖詣涌刂?、自動調(diào)節(jié)、自動補(bǔ)償、自動辨識等發(fā)展到自學(xué)習(xí)、自組織、自維護(hù)和自修復(fù)等更高的自動化水平，而且今天自動控制的內(nèi)涵與水平已今非昔比，控制理詮、控制技術(shù)、控制系統(tǒng)、控制元件都有著極大的發(fā)展。第四十三頁，共51頁。5.“集”是發(fā)展(fāzhǎn)的方法“集”就是集成化，包括技術(shù)的集成、管理的集成、技術(shù)與管理的集成。其本質(zhì)是知識的集成。如前所述，先進(jìn)制造技術(shù)就是制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理科學(xué)與有關(guān)科學(xué)技術(shù)的集成。目前，“集”主要指：現(xiàn)代技術(shù)的集成，如機(jī)電一體化等；加工技術(shù)的集成，特種加工技術(shù)及其裝備是個典型，如增材制造（即快速原型）、激光加工、高能束加工和電加工等；企業(yè)(qǐyè)集成，即管理的集成、全生命周期過程的集成等。當(dāng)然，管理的集成不可能不包含管理與技術(shù)的集成。從長遠(yuǎn)看，由生物技術(shù)與制造技術(shù)集成的“微制造的生物方法”或所謂的“生物制造”是一個嶄新的充滿著活力的領(lǐng)域，作用難以估量。第四十四頁，共51頁。6．“網(wǎng)”是發(fā)展(fāzhǎn)的道路“網(wǎng)”就是網(wǎng)絡(luò)化，制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必由之路，制造業(yè)走向整體化、有序化，這與人類社會發(fā)展是同步的。在制造技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化中，值得關(guān)注的是電子商務(wù)的應(yīng)用。它具有的優(yōu)點是商務(wù)的直接化與透明化，這對降低成本、加快流通、提高效率、增加商業(yè)機(jī)會大有好處，從而對企業(yè)內(nèi)部重組、經(jīng)營戰(zhàn)略與競爭模式有著深刻影響。但是，我國在電子商務(wù)的應(yīng)用上，還存在一系列問題，例如，在宏觀層面上不夠(bùgòu)統(tǒng)一，在企業(yè)層面上“用”、“體”分離，在社會服務(wù)體系上服務(wù)滯后，在軟環(huán)境上商務(wù)活動缺“法”又乏“誠”等。制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化不可阻擋，它的發(fā)展會導(dǎo)致一種新的制造模式，即虛擬制造組織。對我國而言，大力發(fā)展“中場產(chǎn)業(yè)”，使之具有精湛的最強(qiáng)有力的核心業(yè)務(wù)，不失為發(fā)展機(jī)械制造業(yè)的重要戰(zhàn)略之一。第四十五