先進制造技術

關于先進制造技術緒論先進制造技術第2頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

★制造業(yè)的地位

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟增長發(fā)動機，是高技術產(chǎn)業(yè)化的載體和推動者，是吸納勞動力就業(yè)和擴大出口的關鍵產(chǎn)業(yè)，是國家安全的重要保證。

★我國制造業(yè)的水平

我國已成為制造業(yè)大國，但還不是制造業(yè)強國。

★制造業(yè)強國的標志國際水平的技術標準與法規(guī)國際水平的人才與教育體制自主技術創(chuàng)新及開發(fā)能力國際水平的制造企業(yè)國際水平的制造中心國際水平的先進裝備制造緒論一、本門課程的作用第3頁,共55頁，2024年2月25日，星期天制造業(yè)的主體功能二、制造業(yè)涉及的主體功能設計制造材料信息管理緒論第4頁,共55頁，2024年2月25日，星期天三、本課程的有關說明

1.學時

本課程教材總學時大約45學時，課堂講授30學時。

2.特點

本門課程的特點可歸納為：新、多、雜、變幾個字。新是指本課程的內(nèi)容大都是近10余年發(fā)展起來的技術。多和雜是指本課程內(nèi)容多而且龐雜，結構不是十分清晰。變是指隨著制造技術的發(fā)展，本教材中的一些內(nèi)容，甚至是概念都有可能發(fā)生變化?；谏鲜鎏攸c，同學們除了進行課堂學習之外，還需要進行適當時間的自學，并要不斷地了解先進制造技術新的發(fā)展。緒論第5頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論先進制造技術第6頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章目錄★第一節(jié)制造行為的“三域”活動

★第二節(jié)制造理念的更新★第三節(jié)制造技術的創(chuàng)新策略★第四節(jié)自適應企業(yè)策略

第7頁,共55頁，2024年2月25日，星期天

制造業(yè)是一切生產(chǎn)和裝配成品的企業(yè)群體的總稱，制造業(yè)共包括30行業(yè)。

制造是指：第一節(jié)制造行為的“三域”活動第8頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論制造過程中的行為活動

加工物流

信息流三域

第9頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論一、加工域活動加工域活動是指直接改變零件形狀、尺寸和性能的行為活動（工藝過程），是制造行為的基礎域活動。

1.機械制造技術的主要類別增量制造立體光刻SLA分層實體制造LOM選擇性激光燒結SLS熔融沉積成形FDM其它使用激光照射光敏樹脂固化成形使用激光或刀片切割粘性層片層疊成形使用激光燒結粉末材料成形將熱塑料通過噴嘴擠出后固化成形其它成形方式第10頁,共55頁，2024年2月25日，星期天減量制造切削加工電火花加工電化學加工其它

通過去除材料，獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件。這一類別的制造方法，仍是目前機械制造中應用最為普遍的。等量制造軋制板料成形擠壓鍛造熱軋、冷軋如彎曲、拉延、翻邊等通過模具擠壓成形通過塑性變形，形成所需要的毛坯第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第11頁,共55頁，2024年2月25日，星期天相變過程鑄造注塑成形熱處理將熔化的金屬注入鑄型中凝固成形將熔融的塑料注入模腔成形通過熱處理改變材料的性能第一章制造業(yè)與先進制造技術概論表面處理鍍層表面合金化改變殘余應力狀態(tài)離子濺射……用化學或物理方法在基體表面鍍上涂層如滲碳、滲氮等如噴丸、表面擠壓或滾壓等用離子束從表面去除材料或注入材料第12頁,共55頁，2024年2月25日，星期天固化聯(lián)結粉末冶金復合材料焊接粘接金屬粉末成形并燒結如碳纖維復合材料通過局部熔化而形成材料的連接使用粘接劑進行密封或連接第一章制造業(yè)與先進制造技術概論仿生加工原子操作技術克隆制造定向生長這一類的技術涉及生物技術、生命科學、材料科學等多學科領域，是目前最前沿的技術領域之一，也是研究最為活躍的領域之一。第13頁,共55頁，2024年2月25日，星期天在硅基板上定向生長的碳納米管用48個鐵原子排列在銅表面上形成一個圓形圍欄第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第14頁,共55頁，2024年2月25日，星期天納米小車納米機器人納米差分齒輪納米泵第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第15頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論2.機械制造技術發(fā)展的主要特點傳統(tǒng)加工減材加工制造死物他成形特種加工增材加工制造活物自成形第16頁,共55頁，2024年2月25日，星期天3.先進制造技術的發(fā)展趨勢

數(shù)字化發(fā)展的核心高速化、精密化發(fā)展的關鍵極端化發(fā)展的焦點自動化發(fā)展的條件集成化發(fā)展的方法網(wǎng)絡化發(fā)展的道路智能化發(fā)展的前景綠色化發(fā)展的必然第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第17頁,共55頁，2024年2月25日，星期天4.大制造的涵義由下圖可知，制造已不僅僅指基本制造功能，還包含市場分析、生產(chǎn)計劃、營銷、服務等功能，這就是所謂的大制造的涵義。人/組織機構生產(chǎn)管理局網(wǎng)外網(wǎng)門戶網(wǎng)站網(wǎng)絡經(jīng)營管理決策系統(tǒng)產(chǎn)品CAPP機床量儀刀具工具CAD/CAM/CAE第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第18頁,共55頁，2024年2月25日，星期天二、物流域活動物流是物料的流動。物流按物料的性質(zhì)不同分為工件流、工具流和配套流三種。

1.物流的概念

第一章制造業(yè)與先進制造技術概論工件流由原材料、半成品、成品構成工具流由刀具、夾具等構成配套流由托盤、輔助材料、備件等構成第19頁,共55頁，2024年2月25日，星期天2.物流的發(fā)展趨勢

物流的5個“優(yōu)”（right）服務：把好的產(chǎn)品（Therightproduct）在規(guī)定的時間內(nèi)（Attherighttime）規(guī)定的地點（Intherightplace）以需要的數(shù)量（Intherightquantity）合適的價格（Attherightprice）客戶第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第20頁,共55頁，2024年2月25日，星期天3.物流域活動的主要裝備

①夾具夾具是用來對工件進行定位和夾緊的，這一過程稱為安裝或裝夾。夾具的發(fā)展方向是高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第21頁,共55頁，2024年2月25日，星期天②連續(xù)輸送裝置連續(xù)輸送裝置是用來將物料沿固定路線連續(xù)移動的裝置。如帶式輸送系統(tǒng)、槽式輸送系統(tǒng)、輥子輸送系統(tǒng)、隨行夾具返回裝置等。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第22頁,共55頁，2024年2月25日，星期天③吊車和卷揚機吊車和卷揚機是高架設備，可在有限范圍內(nèi)間歇地移動物品，如行車、懸臂吊、卷揚機等。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第23頁,共55頁，2024年2月25日，星期天④運貨車手推車或機動車能沿可變線路移動物料，如手推車、叉車、電瓶車等。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第24頁,共55頁，2024年2月25日，星期天⑤自動導向小車（AGV）

自動導向小車（AGVAutomatedGuidedVehicles）是一種由計算機控制并按一定程序自動完成運輸任務的運輸工具。

AGV的4項性能指標：最大載重、最高行駛速度、準停精度和制導方式。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第25頁,共55頁，2024年2月25日，星期天⑥自動化倉庫

柔性物流系統(tǒng)以自動化中央倉庫為中心，依據(jù)計算機管理系統(tǒng)的信息，實現(xiàn)毛坯、半成品、成品、配套件和工具等的自動存儲、自動檢索、自動輸送等功能。使用自動倉庫的優(yōu)勢：降低倉儲成本、提高保管質(zhì)量、增強市場響應能力、有利于環(huán)境保護。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第26頁,共55頁，2024年2月25日，星期天⑦機器人物流中應用機器人可用于裝卸工件、傳輸物料等第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第27頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論三、信息域活動

處在信息化時代的制造業(yè)及制造系統(tǒng)將會最大限度的“數(shù)字化”，信息域活動亦可認為是數(shù)字化活動。

1.設計過程的信息域活動

①設計的概念什么是設計？物體任一部分的設計都應滿足功能需求，且基于藝術與工程的結合。設計是創(chuàng)造一個迄今尚不存在的產(chǎn)品（硬件、軟件或一個系統(tǒng)）的過程。設計是一個決策過程。設計就是制作原始計劃、草圖和方案等。第28頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論

②設計過程信息域活動的內(nèi)容

設計過程信息域活動就是將概念、構思映射成數(shù)字化物理模型的過程，這需要CAD系統(tǒng)的支持。第29頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論2.加工過程的信息域活動

加工過程就是將設計對象物化的過程，在這一過程中，會產(chǎn)生大量諸如力、熱、變形、誤差等物理信息。對這些信息進行采集、處理和控制的過程就是加工過程信息域的活動。

CNC技術是目前最主要的先進制造設備，其原理如下圖所示：零件設計圖編制零件加工程序CNC伺服驅(qū)動X軸伺服驅(qū)動Y軸伺服驅(qū)動Z軸手工自動第30頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論

加工過程信息域的活動還包括虛擬加工中的數(shù)字化仿真與分析。第31頁,共55頁，2024年2月25日，星期天3.物流過程的信息域活動

物流過程的信息域活動，包括對傳輸裝置數(shù)量與布局的信息、被傳輸物料信息、經(jīng)濟效益信息等的監(jiān)控與管理。具體內(nèi)容如下：系統(tǒng)布局及設備、人員配備系統(tǒng)運行模式經(jīng)濟效益評估物流設備的類型、數(shù)量及布局；自動化中央倉庫的類型、庫容及布局刀庫、工件緩沖站的大小及布局；加工設備的類型、數(shù)量及布局物料的運輸路線；工件運輸?shù)恼{(diào)試策略系統(tǒng)內(nèi)托盤的最大數(shù)量運輸設備故障率；系統(tǒng)的持續(xù)運行時間系統(tǒng)的投資規(guī)模；系統(tǒng)的資金周轉；刀具、夾具、托盤的投資生產(chǎn)成本信息；投資效益評估等第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第32頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論4.管理中的信息域活動

管理中的信息域活動就是利用管理信息系統(tǒng)（MIS）對各種管理信息進行收集、傳輸、加工、存儲和使用的過程。制造企業(yè)的管理信息可分為三大類：企業(yè)管理人力資源管理財務管理物業(yè)資源管理第33頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論人力資源管理培訓計劃績效評估報酬管理人力資源管理人事管理人力資源測評……第34頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論財務管理固定資產(chǎn)管理成本管理工資管理總賬管理……第35頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論物業(yè)資源管理計劃管理車間管理制造技術管理庫存管理采購管理質(zhì)量管理設備管理銷售管理……第36頁,共55頁，2024年2月25日，星期天四、先進制造技術的內(nèi)涵與特征

先進制造技術（Advancedmanufacturingtechnology,AMT）尚無統(tǒng)一的定義，一般可以認為：AMT是制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)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、使用及服務乃至回收的全過程的新的制造技術的總稱。

AMT的主要特征是：集成性多學科滲透、交叉、融合動態(tài)性每一域的先進技術都在繼續(xù)發(fā)展數(shù)字化指模型數(shù)字化、信號數(shù)字化等可持續(xù)性能實現(xiàn)低消耗及綠色生產(chǎn)第一章制造業(yè)與先進制造技術概論第37頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)制造理念的更新一、制造模式

制造模式指的是制造系統(tǒng)的構成及運作方式。制造系統(tǒng)的構成及運作方式，依賴于制造技術的進步，也依賴于制造理念的更新?？梢园阎圃鞓I(yè)的發(fā)展劃分為3個階段：傳統(tǒng)制造、現(xiàn)代制造、后現(xiàn)代制造。其生產(chǎn)理念也隨之不斷更新。對比制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)代制造階段后現(xiàn)代制造階段傳統(tǒng)制造階段以“產(chǎn)”為本的理念以“人”為本的理念以環(huán)境為本的理念第38頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論不同制造理念的比較第39頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論二、加工工藝系統(tǒng)

在機械加工中，由機床、夾具、工件和刀具組成的系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)（machiningcomplex）。隨著制造模式的變化工藝系統(tǒng)的構成也有了新的變化（如圖所示）。在虛擬制造中整個工藝系統(tǒng)都存在于計算機系統(tǒng)中。計算機人機床工件夾具刀具機床工件夾具刀具計算機虛擬工藝系統(tǒng)第40頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論三、虛/實集成加工單元

V-CNC系統(tǒng)是一種通用的數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)，可對車、銑等數(shù)控加工進行仿真和分析。虛/實集成加工單元（VPIMPC）構成如圖1.2.3（P23）所示。第41頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論

應用虛/實集成加工單元的優(yōu)點是避免機床碰撞、消除零件試切、縮短生產(chǎn)周期、延長刀具壽命、提高生產(chǎn)率、增強競爭能力。應用實例第42頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論四、可持續(xù)制造

資源、環(huán)境和人口是當今全球關注的三大熱點問題。可持續(xù)發(fā)展已被公認為21世紀的生產(chǎn)發(fā)展模式?？沙掷m(xù)發(fā)展是指既能滿足社會當前的需求，又不危及子孫后代滿足其需求的一種發(fā)展模式?？沙掷m(xù)發(fā)展的程度可用人口、物質(zhì)生活水平及環(huán)境效率來定量描述：

其中：GDP/人口是指每個人平均享有的GDP，即人的物質(zhì)生活水平；環(huán)境/GDP表示環(huán)境效率，即產(chǎn)生一份GDP消耗的環(huán)境資源。第43頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論

要實現(xiàn)可持續(xù)制造，需要著重解決如下問題。

1.資源傳遞的延伸技術

通過再造工程延長機器、工具、零件等的傳遞周期，通過資源循環(huán)利用及廢棄物再利用，使資源得到充分利用，減少對環(huán)境的沖擊。2.生態(tài)型制造模式

所謂生態(tài)型制造模式就是在制造過程中對環(huán)境影響小，且資源消耗少的生產(chǎn)模式。

3.可持續(xù)制造工廠

可持續(xù)制造工廠的建立，各個國家都仍處在探索之中。它與傳統(tǒng)工廠相比應具有這樣一些特點：它是建立在高科技基礎上面向21世紀的，能極大地減少制造過程中對環(huán)境的沖擊，能最有效地使資源得到利用。第44頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論五、大量定制

電子商務的發(fā)展使數(shù)字化定制生產(chǎn)不僅變得必要，而且也成為可能。大量定制（masscustomization,MC）是21世紀的先進生產(chǎn)模式，它將定制生產(chǎn)與大量生產(chǎn)有機結合起來，在滿足用戶個性化需求的同時，保持較低的生產(chǎn)成本與較短的交貨期。

1.大批量生產(chǎn)與大量定制生產(chǎn)方式的對比第45頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論2.大量定制生產(chǎn)的理論和方法

大量定制生產(chǎn)是把多品種單件小批生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)的優(yōu)點集中起來，解決多品種單件小批生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)的缺點，適應現(xiàn)代市場經(jīng)濟的發(fā)展。大體上說，大規(guī)模定制生產(chǎn)主要是基于以下理論和方法得以實現(xiàn)其目標的，如下圖。大批量生產(chǎn)①批量大，品種少；②效率高，成本低。單件小批生產(chǎn)①批量小，品種多；②效率低，成本高。協(xié)同產(chǎn)品商務（CPC）大量定制生產(chǎn)①產(chǎn)品設計模塊化；②產(chǎn)品改進參數(shù)化；③組織機構扁平化；④生產(chǎn)制造客戶化；⑤采購銷售鏈接化；⑥競爭方式團隊化。融合第46頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論

3.組織大量定制生產(chǎn)應具備的條件組織大量定制生產(chǎn)應具備以下條件：①先進的技術和設備；②扁平的、合理的企業(yè)組織結構；

③全面支持產(chǎn)品開發(fā)和制造的集成信息系統(tǒng)；④協(xié)同產(chǎn)品商務(CPC)環(huán)境；⑤高素質(zhì)的員工。業(yè)務向?qū)Ц髯酉到y(tǒng)第47頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第一章制造業(yè)與先進制造技術概論

4.大量定制的分類

①協(xié)同定制通過企業(yè)與客戶的協(xié)同，共同確定定制的產(chǎn)品和服務。

②裝飾定制在標準產(chǎn)品的基礎上，根據(jù)客戶的不同要求，改變包裝和表面裝飾的定制，如個性掛歷、個性T恤衫等。

③調(diào)整定制（適應性定制）企業(yè)提供一種可調(diào)節(jié)的標準定制產(chǎn)品，用戶根據(jù)自己的需要進行適應性修改和重新配置。如可自己改變長度的褲子。

④預測定制（透明定制）在深入研究客戶需求的基礎上，根據(jù)預測為客戶分別提供所需的個性化產(chǎn)品，客戶并不參與定制過程。如左撇子鼠標。第48頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)制造技術的創(chuàng)新策略

人類在20世紀取得了令人矚目的制造技術成果，其中數(shù)控（NC）加工技術與生長型制造技術（MIM）是兩項突破性創(chuàng)新成果。面對21世紀，制造技術同樣受到可持續(xù)發(fā)展策略、知識經(jīng)濟、信息化、數(shù)字化技術的驅(qū)動，并將以新的面貌出現(xiàn)在世人面前，也迫使制造技術人員思考制造技術創(chuàng)新問題和創(chuàng)新策略?？茖W技術創(chuàng)新基礎（原創(chuàng)）型創(chuàng)新復合（集成）型創(chuàng)新改進型創(chuàng)新第49頁,共55頁，2024年2月25日，星期天一、制造技術創(chuàng)新的空間與動力

可持續(xù)發(fā)展是制造技術創(chuàng)新的動力與空間。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論我國制造業(yè)面臨的問題

產(chǎn)品檔次、技術含量低，制造業(yè)仍處在全球產(chǎn)業(yè)鏈的低端。在過去25年中，中國經(jīng)濟增長的75％來自原材料、勞動力和資本投入的增加，特別是制造業(yè)。與國際水平制造工廠有很大的差距。解決上述問題依靠制造業(yè)的技術創(chuàng)新第50頁,共55頁，2024年2月25日，星期天二、制造技術創(chuàng)新的基礎

知識是制造技術創(chuàng)新的基礎。第一章制造業(yè)與先進制造技術概論計算機技術信息技術網(wǎng)絡技術激光技術納米技術材料科學控制理論……集成融合改進新的制造技術第51頁,共55頁，2024年2月25日，星期天三、制造技術創(chuàng)新的手段

數(shù)字化是制造技術創(chuàng)新的主要手段。數(shù)字化的核心是離散化，如