第一章先進(jìn)制造技術(shù)緒論

先進(jìn)制造技術(shù)孫燕華著電子工業(yè)出版社北京·BEIJING全國高職高專規(guī)劃教材·精品與示范系列第一章緒論第一節(jié)先進(jìn)制造技術(shù)及其主要特點(diǎn)第二節(jié)先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成及分類

第三節(jié)先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

第一節(jié)先進(jìn)制造技術(shù)及其主要特點(diǎn)1.1概念

制造（Manufacturing):

是人類所有經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基石，是人類歷史發(fā)展和文明進(jìn)步的動(dòng)力。狹義：為機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)械加工工藝過程廣義：國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)1990年：

制造是涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、物料選擇、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務(wù)的一系列相關(guān)活動(dòng)和工作的總稱。1、制造的概念制造技術(shù)（ManufacturingTechnology)

按照人們所需的目的，運(yùn)用知識(shí)和技能，利用客觀物資工具，將原材料物化為人類所需產(chǎn)品的工程技術(shù)。即：使原材料成為產(chǎn)品而使用的一系列技術(shù)的總稱制造過程產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維修、報(bào)廢、回收等的全過程，也稱為產(chǎn)品生命周期。制造業(yè)

將制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、資金、信息、人力等）利用制造技術(shù)，通過制造過程，轉(zhuǎn)化為供人們使用或利用的工業(yè)品或生活消費(fèi)品的行業(yè)。1、制造的概念1.2制造系統(tǒng)

制造系統(tǒng)是制造業(yè)的基本組成實(shí)體。結(jié)構(gòu)：是制造過程所涉及的硬件（物料、設(shè)備、工具、能源等）、軟件（制造理論、工藝、信息等）、人員所組成的具有特定功能的有機(jī)整體。功能：輸入制造系統(tǒng)的資源（原材料、能源、信息、人力...）通過制造過程輸出產(chǎn)品過程：制造生產(chǎn)的運(yùn)行過程，包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、制造裝配、檢驗(yàn)出廠、產(chǎn)品銷售、售后服務(wù)、報(bào)廢、回收、再利用等。1、制造的概念1）用機(jī)器代替手工，從作坊形成工廠

19世紀(jì)機(jī)器在英國誕生，先后傳人法國、德國和美國。2）從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式泰勒：以勞動(dòng)分工和計(jì)件工資制為基礎(chǔ)的科學(xué)管理。福特：零件互換技術(shù)，1913年建立了具有劃時(shí)代意義的汽車裝配生產(chǎn)線3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化制造、智能制造系統(tǒng)、及時(shí)生產(chǎn)、精良生產(chǎn)、敏捷制造……制造業(yè)發(fā)展的歷程工業(yè)由制造業(yè)、采掘業(yè)以及電力、燃?xì)狻⒑退纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)構(gòu)成，制造指第二產(chǎn)業(yè)中除采掘業(yè)、電力、燃?xì)饧捌渖a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、建筑業(yè)以外的所有行業(yè)。工業(yè)的概念先進(jìn)制造技術(shù)定義制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的全過程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動(dòng)態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應(yīng)能力和競爭能力并取得理想經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)總稱。三、先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)

系統(tǒng)性集成性廣泛性高精度實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)第二節(jié)

先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成及分類

先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成（我國）現(xiàn)代制造造技術(shù)體體系結(jié)構(gòu)構(gòu)（美國國）二、先先進(jìn)制造造技術(shù)的的分類現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)技術(shù)先進(jìn)制造造工藝自動(dòng)化技技術(shù)系統(tǒng)管理理技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)計(jì)方法設(shè)計(jì)自動(dòng)動(dòng)化技術(shù)術(shù)工業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)技術(shù)先進(jìn)制造造工藝精密和超超精密加加工技術(shù)術(shù)精密成型型技術(shù)特種加工工技術(shù)表面改性性、制膜膜和涂層層技術(shù)自動(dòng)化技技術(shù)數(shù)控技術(shù)術(shù)工業(yè)機(jī)器器人技術(shù)術(shù)柔性制造造技術(shù)計(jì)算機(jī)集集成制造造技術(shù)傳感技術(shù)術(shù)自動(dòng)檢測測及信號(hào)號(hào)識(shí)別技技術(shù)過程設(shè)備備工況監(jiān)監(jiān)測與控控制技術(shù)術(shù)等系統(tǒng)管理理技術(shù)工程管管理質(zhì)量管管理管理信信息系系統(tǒng)現(xiàn)代制制造模模式（（如精精益生生產(chǎn)、、CIMS、敏捷捷制造造、智智能制制造等等）集成化化的管管理技技術(shù)、、企業(yè)業(yè)組織織結(jié)構(gòu)構(gòu)與虛虛擬公公司等等生產(chǎn)產(chǎn)組織織方法法。先進(jìn)制制造技技術(shù)的的特點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)品開開發(fā)周周期短短、上上市時(shí)時(shí)間快快；提高市市場競競爭力力；柔性化化（快快速重重組））；質(zhì)量保保證；；組織形形式：：跨地地區(qū)、、跨國國家的的虛擬擬公司司、動(dòng)動(dòng)態(tài)聯(lián)聯(lián)盟；；生產(chǎn)過過程精精良；；人員素素質(zhì)提提高；；智能化化；環(huán)保；；分布、、并行行、集集成并并存。。先進(jìn)制制造領(lǐng)領(lǐng)域的的關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)集成化化技術(shù)術(shù)；智能化化技術(shù)術(shù)；網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)；；分布式式并行行處理理技術(shù)術(shù)；多學(xué)科科、多多功能能綜合合產(chǎn)品品開發(fā)發(fā)技術(shù)術(shù)；虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技技術(shù)；；人——機(jī)——環(huán)境系系統(tǒng)技技術(shù)。。第三節(jié)節(jié)先先進(jìn)制制造技技術(shù)的的現(xiàn)狀狀及發(fā)發(fā)展趨趨勢制造科科學(xué)已成為為多學(xué)科科交叉叉的學(xué)科科制造技技藝→制造技技術(shù)→制造科科學(xué)；；制造活活動(dòng)的的社會(huì)會(huì)性、、制造造系統(tǒng)統(tǒng)的開開放性性→制造科科學(xué)綜綜合性性；制造科科學(xué)已已不可可能在在孤立立、封封閉的的狀態(tài)態(tài)下發(fā)發(fā)展，，必然然走兼兼采百百家之之長、、交叉叉融合合的道道路；；現(xiàn)代物物理、、數(shù)學(xué)學(xué)、化化學(xué)、、生命命、信信息、、材料料、管管理和和系統(tǒng)統(tǒng)等科科學(xué)的的發(fā)展展，為為制造造科學(xué)學(xué)不斷斷提供供新的的推動(dòng)動(dòng)力，，也不不斷豐豐富著著現(xiàn)代代制造造科學(xué)學(xué)的內(nèi)內(nèi)涵和和外延延。發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀世界制制造業(yè)業(yè)的現(xiàn)現(xiàn)狀：：先進(jìn)制制造技技術(shù)是是工業(yè)業(yè)發(fā)達(dá)達(dá)國家家的國國家級級關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)和優(yōu)優(yōu)先發(fā)發(fā)展領(lǐng)領(lǐng)域國別/地區(qū)科技計(jì)劃美國先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃關(guān)鍵技術(shù)(制造)計(jì)劃敏捷制造使能技術(shù)計(jì)劃日本智能制造技術(shù)國際合作計(jì)劃歐共體尤里卡計(jì)劃信息技術(shù)研究發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃德國制造2000年計(jì)劃韓國高級先進(jìn)技術(shù)國家計(jì)劃(G-7)世界制制造業(yè)業(yè)的現(xiàn)現(xiàn)狀：：數(shù)控NC計(jì)算機(jī)機(jī)數(shù)控控CNC直接數(shù)數(shù)控DNC柔性制制造單單元FMC柔性制制造系系統(tǒng)FMS計(jì)算機(jī)機(jī)輔助助設(shè)計(jì)計(jì)與制制造CAD/CAM世界制制造業(yè)業(yè)的現(xiàn)現(xiàn)狀：：計(jì)算機(jī)機(jī)集成成制造造系統(tǒng)統(tǒng)CIMS準(zhǔn)時(shí)JIT生產(chǎn)制造資資源規(guī)規(guī)劃MRPⅡ精良生生產(chǎn)LP敏捷制制造AM許多高高技術(shù)術(shù)我國國尚未未掌握握，許許多重重大裝裝備我我國不不能自自主制制造，，缺乏自主創(chuàng)創(chuàng)新能力是制造大國國，不是制制造強(qiáng)國發(fā)電設(shè)備、、機(jī)床、汽汽車、電子子制造等產(chǎn)產(chǎn)品產(chǎn)量居居世界前列列，卻沒有有一家裝備備制造企業(yè)業(yè)能躋身世世界500強(qiáng)關(guān)鍵裝備大大多依賴進(jìn)進(jìn)口光電子制造造設(shè)備的100%IC制造裝備的的85%高檔數(shù)控機(jī)機(jī)床的70%我國制造業(yè)業(yè)現(xiàn)狀原創(chuàng)性的技技術(shù)和成果果缺乏，企企業(yè)的核心心競爭力不不足，制造造科學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)研究相對對薄弱我國機(jī)械工工業(yè)發(fā)展目標(biāo)2000年，制造技技術(shù)水平總總體上達(dá)到到工業(yè)先進(jìn)進(jìn)國家80年代末90年代初的水水平。優(yōu)質(zhì)、高效效、低耗、、少或無污污染的現(xiàn)代代制造技術(shù)術(shù)普及率，，由目前的的不足10%提高到2000年20%，2010年提高到50%。形成一批高高科技產(chǎn)業(yè)業(yè)：★四個(gè)加工產(chǎn)產(chǎn)業(yè)——精密成型加加工、精密密加工、激激光加工、、表面處理理加工；★三個(gè)自動(dòng)化化硬件產(chǎn)業(yè)業(yè)——數(shù)控系統(tǒng)、、工業(yè)機(jī)器器人、傳感感器和測試試設(shè)備；★三個(gè)軟件產(chǎn)產(chǎn)業(yè)——CAD、CAM、MIS。先進(jìn)制造技技術(shù)的發(fā)展趨勢精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化發(fā)展趨勢（1）先進(jìn)制造技術(shù)術(shù)制造技術(shù)+信信息技術(shù)+管管理科學(xué)+有有關(guān)科學(xué)技術(shù)術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)術(shù)發(fā)展的總趨趨勢制造產(chǎn)品：“精”“極”“文”制造過程：“綠”“快”“省”“效”制造方法：“數(shù)”“自”“集”“網(wǎng)”“智”發(fā)展趨勢（2）“精”是發(fā)展的關(guān)鍵鍵“極”是發(fā)展的焦點(diǎn)點(diǎn)“文”是發(fā)展的新義義“綠”是發(fā)展的必然然“快”是發(fā)展的動(dòng)力力“省”是發(fā)展的原則則“效”是發(fā)展的追求求“數(shù)”是發(fā)展的核心心“自”是發(fā)展的條件件“集”是發(fā)展的方法法“網(wǎng)”是發(fā)發(fā)展展的的道道路路“智”是發(fā)發(fā)展展的的前前景景制造造產(chǎn)產(chǎn)品品：制造造過過程程：制造造方方法法：“精”是發(fā)發(fā)展展的的關(guān)關(guān)鍵鍵———精確確化化加工工精精度度精精密密化化人造衛(wèi)星星的儀表表軸承，，其圓度度、圓柱柱度、表表面粗糙糙度等均均達(dá)納米米級；操作尺度度細(xì)微化化基因操作作機(jī)械，，移動(dòng)距距離為納納米級，，移動(dòng)精精度為0.1納納米級物理性能能精確化化＿物理性性能、力力學(xué)性能能、化學(xué)學(xué)性能、、生化性性能等等等控制要求求納米化化發(fā)展趨勢勢——制造產(chǎn)品品：“精”“極”“文”電子制造造中高精度：：控制趨趨于納米米級加工趨于于亞納米米級超微細(xì)：：芯片線線寬＜100nm運(yùn)動(dòng)副間間隙＜12nm高加速度度：封裝裝運(yùn)動(dòng)＞＞12g高可靠性性：芯片片千小時(shí)時(shí)失效率率＜1/109發(fā)展趨勢勢——制造產(chǎn)品品：“精”“極”“文”超精密加加工20世紀(jì)初：：10微米30年代：1微米50年代：0.1微米70-80年代：0.01微米目前：0.001微米（納米加工））發(fā)展趨勢——制造產(chǎn)品：“精”“極”“文”“極”是發(fā)展的焦點(diǎn)點(diǎn)——極端、極限幾何形體上，，極大、極小小、極厚、極極薄、極平、、極柔、極圓圓、極方、奇奇形怪狀；在物理性能上上，極高硬度度、極高塑性性、極大彈性性、極大脆性性、極強(qiáng)磁性性、極強(qiáng)輻射射性、極強(qiáng)腐腐蝕性，奇性性怪能；MEMS（Micro-Electro-Mechanical_System)技術(shù)和產(chǎn)品是是典型極端、、極限技術(shù)和和產(chǎn)品。發(fā)展趨勢——制造產(chǎn)品：“精”“極”“文”關(guān)于微電子芯片制造1.巨大的的投資建一座生產(chǎn)1000兆位位存儲(chǔ)器的芯芯片制造廠，，需要投資150億美元元2.當(dāng)前的的芯片制造設(shè)設(shè)備（1）超凈：：塵埃顆粒直直徑<0.1微米顆粒數(shù)<0.1個(gè)/立方方英尺空氣（2）超純：：有害雜質(zhì)含含量達(dá)到ppb（十億分之一））（3）超精加加工：鈉米級級我國的“龍芯”。日本日立公司司（2006）報(bào)導(dǎo)：集成成電路小如塵塵粒：長、寬150μm，厚7.5μm發(fā)展趨勢——制造產(chǎn)品：““精”“極”“文”2002年原原子子級納米“晶體管”（電極相距1nm）2003年世界最小的電電動(dòng)機(jī)——納米電動(dòng)機(jī)（（直徑500nm）量子計(jì)算機(jī)基基本電路（1/500mm，近°K工作）2004年能停或暫停的的分子馬達(dá)用核磁共振觀觀測到單個(gè)電電子2005年超超大容量量納米級信信息存儲(chǔ)材材料2006年世世界最小小的發(fā)電機(jī)機(jī)——納米發(fā)電機(jī)機(jī)發(fā)展趨勢——制造產(chǎn)品：：“精”“極”“文”“文”是發(fā)展的新新義——人文化工業(yè)產(chǎn)品，，“實(shí)用”，物質(zhì)層面面；藝術(shù)產(chǎn)品，，（人文））文化含量量高，“物美”，精神層面面，環(huán)境協(xié)協(xié)調(diào)，爽心心悅目，經(jīng)經(jīng)得起“看”，經(jīng)得起“想”——“工業(yè)設(shè)計(jì)”制造過程、、制造方法法——“文明化”生產(chǎn)。發(fā)展趨勢——制造產(chǎn)品：：“精”“極”“文”“綠”是發(fā)展的必必然——綠色“天人合一”與“無為”；“保護(hù)環(huán)境，，就是保護(hù)護(hù)生產(chǎn)力；；改善環(huán)境境，就是發(fā)發(fā)展生產(chǎn)力力”——江澤民制造各階段段都必須充充分計(jì)及環(huán)環(huán)境保護(hù)：：自然環(huán)境境，社會(huì)環(huán)環(huán)境、生產(chǎn)產(chǎn)環(huán)境、生生產(chǎn)者的身身心健康；；制造必然要要走向“綠色”制造，這是是實(shí)現(xiàn)國民民經(jīng)濟(jì)可持持續(xù)發(fā)展的的重要條件件。發(fā)展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“快”是發(fā)展的動(dòng)動(dòng)力——快速對市場的快快速響應(yīng)對生產(chǎn)的快快速重組生產(chǎn)模式：：高度柔性性與高度敏敏捷性推動(dòng)著制造造技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步與制造造方法的發(fā)發(fā)展發(fā)展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“省”是發(fā)展的原原則——節(jié)省市場經(jīng)濟(jì)必必然的要求求制造過程必必須節(jié)省、、節(jié)約、節(jié)節(jié)儉制造過程的的優(yōu)化制造資源的的優(yōu)化配置置發(fā)展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“效”是發(fā)展的追追求——高效、高高生產(chǎn)率個(gè)性化大生生產(chǎn)、大規(guī)規(guī)模定制快速響應(yīng)市市場需求的的應(yīng)有推論論與含義生產(chǎn)效率提提高?生產(chǎn)產(chǎn)力發(fā)展??社會(huì)進(jìn)步步高效、低耗耗、無污染染發(fā)展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“數(shù)”是發(fā)展的核核心——數(shù)字化“信息化”的核心是“數(shù)字化”數(shù)字制造是是制造技術(shù)術(shù)與信息技技術(shù)（包含含計(jì)算機(jī)技技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)）等等交叉、發(fā)發(fā)展與應(yīng)用用的結(jié)果數(shù)字化設(shè)計(jì)計(jì)、數(shù)字化化控制、數(shù)數(shù)字化管理理以及貫穿穿始終的“虛擬”技術(shù)數(shù)字化技術(shù)術(shù)必將導(dǎo)致致制造技術(shù)術(shù)的重大發(fā)發(fā)展與變革革發(fā)展趨勢——制造方法：：“數(shù)”“自”“集”“網(wǎng)”“智”“自”是發(fā)展的條條件——自動(dòng)化自動(dòng)化是強(qiáng)強(qiáng)化、延伸伸甚至取代代人勞動(dòng)（（體力、腦腦力）的技技術(shù)或手段段自動(dòng)控制、、自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)、自動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償、自動(dòng)動(dòng)辨識(shí)等發(fā)發(fā)展到自學(xué)學(xué)習(xí)、自組組織、自維維護(hù)、自修修復(fù)等更高高水平的自自動(dòng)化發(fā)展趨勢——制造方法：：“數(shù)”“自”“集”“網(wǎng)”“智”1870-1980：加工過程效效率20倍管理效率1.8-2.2倍設(shè)計(jì)效率1.2倍CAX技術(shù)術(shù)———腦力力勞勞動(dòng)動(dòng)自自動(dòng)動(dòng)化化。。制造造業(yè)業(yè)中中NC的重重大大基基礎(chǔ)礎(chǔ)作作用用。。發(fā)展展趨趨勢勢———制造造方方法法：：“數(shù)”“自”“集”““網(wǎng)”““智”“集”是發(fā)發(fā)展展的的方方法法———集成成化化技術(shù)術(shù)集集成成、、管管理理集集成成、、技技術(shù)術(shù)與與管管理理集集成成本質(zhì)質(zhì)：：知知識(shí)識(shí)和和信信息息集集成成，，集集成成也也包包含含了了“交叉叉”現(xiàn)代代制制造造科科學(xué)學(xué)技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展離離不不開開“集成”和“交叉”CIMS，從實(shí)際情況況與發(fā)展前景景來看，整個(gè)個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)確系一個(gè)計(jì)計(jì)算機(jī)集成生生產(chǎn)系統(tǒng)，而而且與網(wǎng)絡(luò)化化不可分割。。發(fā)展趨勢——制造方法：“數(shù)”“自”“集”“網(wǎng)”“智”傳感技術(shù)信號(hào)處理技術(shù)術(shù)控制技術(shù)隨動(dòng)技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)術(shù)發(fā)展趨勢——制造方法：“數(shù)”“自”“集”“網(wǎng)”“智”機(jī)電一一體化化“網(wǎng)”是發(fā)展展的道道路——網(wǎng)絡(luò)化化現(xiàn)代新新型制制造模模式實(shí)實(shí)施的的基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)施施，現(xiàn)現(xiàn)代制制造企企業(yè)生生產(chǎn)活活動(dòng)必必不可可少運(yùn)運(yùn)行環(huán)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)化化既是是制造造企業(yè)業(yè)信息息化、、集成成化的的基礎(chǔ)礎(chǔ)，又又是企企業(yè)信信息化化、集集成化化的進(jìn)進(jìn)一步步發(fā)展展網(wǎng)絡(luò)化化將制制造業(yè)業(yè)走向向全球球化、、整體體化、、有