先進制造技術培訓課程

1、第一章先進制造技術先進制造技術李 艷第一章 教學內容安排教學內容安排第一章第一章 制造業(yè)與先進制造技術制造業(yè)與先進制造技術第二章第二章 現(xiàn)代設計技術現(xiàn)代設計技術第三章第三章 先進制造工藝技術先進制造工藝技術第四章第四章 制造自動化技術制造自動化技術第五章第五章 現(xiàn)代生產管理技術現(xiàn)代生產管理技術第六章第六章 先進生產制造模式先進生產制造模式本書共有六章節(jié)本書共有六章節(jié)第一章 本課程的有關說明本課程的有關說明 1. 1. 學時學時 本課程教材總學時本課程教材總學時4040學時，課堂講授學時，課堂講授4040學時。學時。 2. 2. 特點特點 本門課程的特點可歸納為：本門課程的特點可歸納為：新、多、

2、雜、變新、多、雜、變幾幾個字。個字。新新是指是指本課程的內容大都是近本課程的內容大都是近1010余年發(fā)展起余年發(fā)展起來的技術來的技術。多多和和雜雜是指本課程內容多而且龐雜，結是指本課程內容多而且龐雜，結構不是十分清晰。構不是十分清晰。變變是指隨著制造技術的發(fā)展，本是指隨著制造技術的發(fā)展，本教材中的一些內容，甚至是概念都有可能發(fā)生變化。教材中的一些內容，甚至是概念都有可能發(fā)生變化。 第一章第一章 制造業(yè)與先進制造技術 1.1 1.1 制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn) 1.2 1.2 先進制造技術的提出和進展先進制造技術的提出和進展 1.3 1.3 先進制造技術的內涵和體系結構先進制造技術的內

3、涵和體系結構 復習思考題復習思考題 第一章1.1 1.1 制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)1.1.1 1.1.1 制造與制造業(yè)制造與制造業(yè) 包括市場分析、經營決策、產品設計、工藝設計、加工裝配、質量保證、生產管理、市場營銷、維修服務，以及產品報廢后的回收處理等整個產品周期原材料產品工藝 能源知識 技能 工具制造生產車間的加工和裝配過程狹義制造廣義制造第一章制造系統(tǒng)具有特定功能的有機整體制造過程硬件制造過程軟件硬件人員經營規(guī)劃、開發(fā)研制、加工制造和控制管理等過程生產設備、工具和材料、能源以及各種輔助裝置軟件制造理論、制造工藝和方法、各種制造信息等第一章制造業(yè)將制造資源通過制造過程轉化為社會所

4、需的產品的行業(yè)類別 構成比例類別 構成比例 類別 構成比例 金屬制品3.395食品工業(yè)15.335化 工15.586一般機械8.625紡 織7.193建 材7.299運輸機械6.424服 裝5.018黑色冶金6.908電器設備5.125家 具1.542有色冶金2.120電子設備4.588文教用品4.292其他制造1.681儀器儀表0.998油 加 工3.870我國制造分類和構成第一章1.1.2 1.1.2 制造業(yè)的地位和作用制造業(yè)的地位和作用三大產業(yè)農林牧業(yè),工業(yè)，服務業(yè)工業(yè)（52%）制造業(yè)（45%）、建筑業(yè)、采掘業(yè)以及電力、煤氣、水的生產供應業(yè)農林牧業(yè)農業(yè)、林業(yè)、蓄禽業(yè)、水產業(yè)服務業(yè)商業(yè)、金

5、融、房地產、經貿等第一章一個國家經濟發(fā)展的國民經濟收入的工業(yè)經濟年代經濟增長的“”一個國家經濟強大、經濟騰飛的制造業(yè)地位第一章 提供人們衣、食、住、行物質消費 決定全社會的長遠效益和經濟的持續(xù)增長 國際商品貿易的保證（美國78%，日本96%，我國81%-1995年） 農業(yè)基礎地位的物質保障，服務業(yè)發(fā)展的重要條件 信息產業(yè)發(fā)展的物質基礎； 農業(yè)勞動力轉移和就業(yè)的重要途徑 為科技和教育發(fā)展提供經費支持和實驗裝備 實現(xiàn)軍事現(xiàn)代化和國家安全的保障制造業(yè)的作用制造業(yè)的作用第一章1.1.3 211.1.3 21世紀制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)世紀制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn) 1 1、快速響應市場競爭的挑戰(zhàn)、快速響應市場競爭的挑戰(zhàn)

6、實現(xiàn)制造環(huán)節(jié)并行實現(xiàn)制造環(huán)節(jié)并行2 2、全球化競爭的挑戰(zhàn)、全球化競爭的挑戰(zhàn)技術資源的集成技術資源的集成 有三個主要的因素促使技術資源的集成：有三個主要的因素促使技術資源的集成：（1 1）為滿足市場需求，企業(yè)必須快速響應那些具有不）為滿足市場需求，企業(yè)必須快速響應那些具有不 同期望和多種選擇的顧客。同期望和多種選擇的顧客。（2 2）快速響應環(huán)境要求在組織的各個層次上進行高效）快速響應環(huán)境要求在組織的各個層次上進行高效 的通信，特別是與顧客、供應者和合作者的通信。的通信，特別是與顧客、供應者和合作者的通信。（3 3）新技術的快速吸收要求整個企業(yè)具有快速的學）新技術的快速吸收要求整個企業(yè)具有快速的學

7、 習能力。習能力。第一章3 3、信息時代的挑戰(zhàn)、信息時代的挑戰(zhàn)信息向知識的轉變信息向知識的轉變4 4、環(huán)境保護壓力的挑戰(zhàn)、環(huán)境保護壓力的挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展5 5、制造全球化和貿易自由化的挑戰(zhàn)、制造全球化和貿易自由化的挑戰(zhàn)可重組工程可重組工程6 6、技術創(chuàng)新的挑戰(zhàn)、技術創(chuàng)新的挑戰(zhàn)全新制造工藝及產品的開發(fā)全新制造工藝及產品的開發(fā) 20202020年，技術創(chuàng)新的單元將在以下諸方面發(fā)巨大年，技術創(chuàng)新的單元將在以下諸方面發(fā)巨大的能力：的能力： （制造單元工藝）制造單元工藝） 1 1）多單元工藝技術集成為單一工藝將顯著減少投資、）多單元工藝技術集成為單一工藝將顯著減少投資、 檢驗時間、搬運和加工時間

8、。檢驗時間、搬運和加工時間。 2 2）全部可編程、不需要硬工裝的工藝，將使產品的）全部可編程、不需要硬工裝的工藝，將使產品的 制造、迅速轉產成為可能。制造、迅速轉產成為可能。第一章個性化和多樣化個性化和多樣化 產品制造產品制造智能化智能化 包括產品自身智能和生包括產品自身智能和生產定制化、模塊化，滿足不同消費者喜好產定制化、模塊化，滿足不同消費者喜好壽命周期不斷縮短壽命周期不斷縮短 摩爾定律摩爾定律- -芯片性能每芯片性能每1818個月提高個月提高1 1倍，倍，價格卻保持不變價格卻保持不變智能化智能化 包括產品自身智能和生產設施工具的智能包括產品自身智能和生產設施工具的智能綠色產品綠色產品 全

9、壽命周期無污染、低資源消耗和可回收利用全壽命周期無污染、低資源消耗和可回收利用2121世紀制造業(yè)的產品特征世紀制造業(yè)的產品特征第一章1.2 1.2 先進制造技術的提出和進展先進制造技術的提出和進展 1.2.1 1.2.1 制造技術的進步和發(fā)展制造技術的進步和發(fā)展 手工機械化單機自動化剛性自動化柔性自動化智能自動化 制造業(yè)生產方式制造業(yè)資源配置勞動密集設備密集信息密集知識密集制造技術小批量少品種大批量多品種變批量第一章制造技術的發(fā)展階段制造技術的發(fā)展階段工場式生產時期-18世紀后半葉，完成手工作坊到以分 工原則的工廠生產的轉變工業(yè)化規(guī)模生產時期-19世紀，實現(xiàn)了批量工業(yè)化規(guī)范 生產剛性自動化發(fā)展

10、時期-20世紀初，以大批量生產為模式 的剛性自動化柔性自動化發(fā)展時期-二戰(zhàn)之后，多品種小批量柔性自 動化生產模式，包括NC、CNC、FMC、FMS等。綜合自動化發(fā)展時期-自80年代,CAD/CAM/CAP/CAE/CAT； MRP,MRP,ERP,TQM；DNC,CNC,FMC/FMS,ROBOT； CIMS,CE,LP第一章1.2.2 1.2.2 先進制造技術產生背景先進制造技術產生背景1 1）社會經濟發(fā)展背景）社會經濟發(fā)展背景l(fā)消費需求：消費需求：主題化、個性化和多樣化，產品壽命周主題化、個性化和多樣化，產品壽命周期縮短期縮短l全球性產業(yè)結構調整：全球性產業(yè)結構調整：制造商之間既有激烈競爭

11、，制造商之間既有激烈競爭，又有基于實力的合作。又有基于實力的合作。l快速響應市場：快速響應市場：滿足已有和潛在顧客需求，主動適滿足已有和潛在顧客需求，主動適應市場，引導市場，是贏得競爭，獲取最大利潤的應市場，引導市場，是贏得競爭，獲取最大利潤的關鍵關鍵第一章3)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略l 資源匱泛，污染嚴重資源匱泛，污染嚴重l 環(huán)境問題不能以犧牲今后幾代人的利益為代價環(huán)境問題不能以犧牲今后幾代人的利益為代價l 由粗放經營、掠奪式開發(fā)向集約型、可持續(xù)發(fā)展由粗放經營、掠奪式開發(fā)向集約型、可持續(xù)發(fā)展轉變轉變2)科學技術發(fā)展背景科學技術發(fā)展背景l(fā) 制造技術制造技術在向宏觀在向宏觀(制造系統(tǒng)制造系統(tǒng)

12、)和微觀和微觀(超精密加工超精密加工)兩兩個方向發(fā)展個方向發(fā)展l 現(xiàn)代制造業(yè)現(xiàn)代制造業(yè)成為技術密集、知識密集型產業(yè)成為技術密集、知識密集型產業(yè)l 信息信息成為制造業(yè)決定性因素成為制造業(yè)決定性因素，Intranet/Internet對制對制造業(yè)產生重大影響造業(yè)產生重大影響第一章 先進制造技術計劃：1994年預算14億美元，圍繞“智能制造系統(tǒng)”、“集成工具”、“基礎設施建設”三個重點領域開展研究； 制造技術中心計劃：在一個地區(qū)設立一個制造技術中心，建立技術擁有者與需要者之間的橋梁，為中小企業(yè)展示新制造技術和裝備、組織培訓、幫助企業(yè)了解和選用最新技術和裝備。 美美 國國1.2.3 1.2.3 各國先

13、進制造技術的發(fā)展各國先進制造技術的發(fā)展第一章 1990年提出了智能制造計劃，由美國、歐共體、加拿大、澳大利亞等國參加，投資10億美元實施 智能制造計劃目的：通過國際共同研究，使制造業(yè)在接受訂貨、開發(fā)、設計、生產、物流直至經營管理的全過程中，做到生產設備自律化 生產設備自律化：能夠根據(jù)環(huán)境變化自主判斷并及時決策變更作業(yè)過程 日日 本本第一章 尤里卡計劃（EREKA）：1988年用5億美元資助16個歐洲國家、600家公司的165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（ESPRIT）：在13個成員國向5500名研究人員提供了資助，明確設計原理、工廠自動化、生產過程管理三大課題。

14、歐洲工業(yè)技術基礎研究計劃（BRITE）：重點資助材料、制造加工、設計以及工廠系統(tǒng)運作方式等研究。歐歐 共共 體體第一章1.3 先進制造技術的定義先進制造技術的定義先進制造技術是在先進制造技術是在傳統(tǒng)制造技術基礎傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷吸收上不斷吸收機械機械、電電子、信息子、信息(計算機與通信、控制理論、人工智能等計算機與通信、控制理論、人工智能等)、能源、能源、材料以及現(xiàn)代管理技術材料以及現(xiàn)代管理技術等方面的成果，并將其綜合應用于等方面的成果，并將其綜合應用于產產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程全過程，以實現(xiàn)，以實現(xiàn)優(yōu)

15、質、高效、低耗、清潔、靈活生產優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力并取得理想經濟效果對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力并取得理想經濟效果的制造技術總稱。的制造技術總稱。第一章1.3.1 1.3.1 先進制造技術的特點先進制造技術的特點傳統(tǒng)制造技術先進制造技術系統(tǒng)性僅控制生產過程物質流和能量流能控制生產過程物質流、信息流和能量流廣泛性僅指將原材料變?yōu)槌善返募庸すに囏灤漠a品設計、加工制造到產品銷售的整個過程集成性學科專業(yè)單一、獨立，相互間界限分明專業(yè)和學科不斷滲透、交叉融合，其界限逐漸淡化甚至消失動態(tài)性不同時期、不同國家，其特點、重點、目標和內容不同實用

16、性注重實踐效果，促進經濟增長，提高綜合競爭力第一章1.3.2 1.3.2 先進制造技術的構成先進制造技術的構成 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，有著不同的技術內涵。 1994年美國聯(lián)邦科學、工程和技術協(xié)調委員會將先進制造技術分為三個技術群：主體技術群；支撐技術群；管理技術群。這三個技術群相互聯(lián)系、相互促進，組成一個完整的體系。表1-1給出了先進制造技術的體系結構。 第一章表表1-1 先進制造技術體系結構先進制造技術體系結構 第一章國內學者對先進制造技術的劃分國內學者對先進制造技術的劃分l現(xiàn)代制造工程設計技術群現(xiàn)代制造工程設計技術群l現(xiàn)代制造系統(tǒng)管理技術群現(xiàn)代制造系統(tǒng)管理技術群l物料處理和設備技術群物料處理和設備技術群l支撐技術群支撐技術群第一章 現(xiàn)代設計技術現(xiàn)代設計技術:現(xiàn)代設計方法、產品可信性設計、設計自動化技術 先進制造工藝先進制造工藝:高效精密成形技術、高效高精度切削加工工藝、現(xiàn)代特種加工工藝、現(xiàn)代表面工程技術。 加工自動化技術加工自動化技術:數(shù)控技術、工業(yè)機器人技術、柔性制造技術 現(xiàn)代生產管理技術現(xiàn)代生產管理技術:MRPIIERPPDMJIM 先進制造生產模式先進制造生產模式:CIM