先進(jìn)制造技術(shù)教案

1、教案授課時間月 日 至 月 日課時數(shù)授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課 上機(jī)課 技能課 其他授課單元第一章 制造業(yè)與先進(jìn)制造技術(shù)（第一節(jié) 制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)、第二節(jié) 先進(jìn)制造技術(shù)的提出和進(jìn)展）目的與要求1掌握制造、制造業(yè)、制造系統(tǒng)、制造技術(shù)等基本概念2. 了解先進(jìn)制造技術(shù)的提出和各國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)與難點(diǎn)制造、制造業(yè)、制造系統(tǒng)、制造技術(shù)的概念主要內(nèi)容第一節(jié) 制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)制造、制造業(yè)、制造系統(tǒng)、制造技術(shù)等基本概念；制造業(yè)地位和作用；21世紀(jì)制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和特征；中國制造業(yè)的成就及與世界發(fā)達(dá)國家的差距第二節(jié) 先進(jìn)制造技術(shù)的提出和進(jìn)展 制造技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展；先進(jìn)制造技術(shù)產(chǎn)生的背景；

2、先進(jìn)制造技術(shù)的提出、各國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展教學(xué)方法手段（教具）教師講授；多媒體和板書相結(jié)合；運(yùn)用啟發(fā)式、案例分析式教學(xué)方法講授本節(jié)內(nèi)容。參考資料1.盛曉敏著先進(jìn)制造技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000。2.孫大涌著先進(jìn)制造技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999。3.張根保著先進(jìn)制造技術(shù)重慶：重慶大學(xué)出版社，1996。 4.中國機(jī)械工程、機(jī)械工程學(xué)報(bào)、制造技術(shù)與機(jī)床等科技核心期刊。思考題、作業(yè) 講稿第一節(jié) 制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)一、制造與制造業(yè)1. 制造（Manufacturing）原材料產(chǎn)品工藝 能源知識 技能 工具制造 是人類運(yùn)用知識和技能，利用某種工具，采用某種方法，將原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的全過程。 狹

3、義的制造（小制造）：指生產(chǎn)車間內(nèi)與物流有關(guān)的加工和裝配過程。廣義的制造（大制造）：包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工裝配、質(zhì)量保證、生產(chǎn)管理、市場營銷全過程以及報(bào)廢后的回收處理等整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)一系列相互聯(lián)系的生產(chǎn)活動。2. 制造技術(shù)（Manufacturing Technology） 在產(chǎn)品生產(chǎn)中，使原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品過程所施行的各種手段的總和，稱為制造技術(shù)。運(yùn)用一定的知識、技能操縱可以利用的物質(zhì)、工具采取有效的方法3.制造系統(tǒng) 制造系統(tǒng)是制造業(yè)的基本組成實(shí)體。人員軟件硬件制造過程具有特定功能的有機(jī)整體制造系統(tǒng) 制造過程： 經(jīng)營規(guī)劃、開發(fā)研制、加工制造和控制管理等過程硬件：生產(chǎn)設(shè)備、工具和材料、能

4、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4. 制造業(yè) （1）定義：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)。 可供人們使用和消費(fèi)的產(chǎn)品行業(yè)，是所有與制造有關(guān)的企業(yè)群體 三大產(chǎn)業(yè)： 農(nóng)林牧業(yè),工業(yè)，服務(wù)業(yè)；農(nóng)林牧業(yè)：農(nóng)業(yè)、林業(yè)、蓄禽業(yè)、水產(chǎn)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(chǎn)供應(yīng)業(yè)服務(wù)業(yè)： 商業(yè)、金融、房地產(chǎn)、經(jīng)貿(mào)等17個行業(yè)：食品工業(yè)15.335，金屬制品3.395，一般機(jī)械8.625，運(yùn)輸機(jī)械6.424，電器設(shè)備5.125，電子設(shè)備4.5

5、88，儀器儀表0.998，紡織7.193，服裝5.018，家具1.542，文教用品4.292油加工3.870，化工15.586，建材7.299，黑色冶金6.908，有色冶金2.120；其他制造1.681。5.制造業(yè)地位和作用提供人們衣、食、住、行物質(zhì)消費(fèi)（1）制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長的發(fā)動機(jī) 國民經(jīng)濟(jì)收入的重要來源。一個國家經(jīng)濟(jì)強(qiáng)大、經(jīng)濟(jì)騰飛的重要基礎(chǔ)。美國：68% 的財(cái)富來源于制造業(yè)； 日本：49% 的國民生產(chǎn)總值（GDP）來源于制造業(yè)； 中國：2001年制造業(yè)增加值：37613.1 億元占國民生產(chǎn)總值的 39.21%，占工業(yè)生產(chǎn)總值的 77.61%。上交稅金4398.17億元，

6、占國家稅收總額的30%和財(cái)政收入的27%。（2）制造業(yè)是農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移和就業(yè)的重要途徑、國際商品貿(mào)易的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè) 2001年我國制造業(yè)全部從業(yè)人員 8083 萬人，約占全國工業(yè)從業(yè)人員總數(shù)的 90.13%，全國全部從業(yè)人口的11.1%。2001年我國制造業(yè)出口創(chuàng)匯2398億元。占全國外貿(mào)出口總額90%。（3）制造業(yè)是農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位的物質(zhì)保障，服務(wù)業(yè)發(fā)展的重要條件；為科技和教育發(fā)展提供經(jīng)費(fèi)支持和實(shí)驗(yàn)裝備；實(shí)現(xiàn)軍事現(xiàn)代化和國家安全的保障二、21世紀(jì)制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和特征當(dāng)前時代：工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代 知識經(jīng)濟(jì)時代。知識：提高生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長的驅(qū)動器工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代：生產(chǎn)要素，資本和勞動力；知識經(jīng)濟(jì)時代： 生產(chǎn)

7、要素，知識、資本和勞動力。1. 21世紀(jì)制造業(yè)面臨的六大挑戰(zhàn)（1）快速響應(yīng)市場能力的挑戰(zhàn)全部制造環(huán)節(jié)并行實(shí)現(xiàn)（2）打破組織、地域和時間壁壘的挑戰(zhàn)技術(shù)資源的集成（3）信息時代的挑戰(zhàn)信息向知識的轉(zhuǎn)變（信息的收集、儲存、分析、發(fā)布和應(yīng)用）（4）有限的資源和日益增長的環(huán)保壓力的挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展（減少污染、合理資源利用）（5）制造全球化和貿(mào)易自由化的挑戰(zhàn)可重組工程（6）技術(shù)創(chuàng)新的挑戰(zhàn)全新制造工藝和產(chǎn)品的開發(fā)2. 制造型企業(yè)追求的目標(biāo)60年代-生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大；70年代-生產(chǎn)成本的降低；80年代-產(chǎn)品質(zhì)量的提高；90年代-市場響應(yīng)速度；21世紀(jì)-技術(shù)創(chuàng)新。3. 21世紀(jì)制造業(yè)的市場特征（1）不確定性：消費(fèi)需求

8、非大量化、分散化、個性化；技術(shù)更新?lián)Q代加快；市場不可控制因素增多；（2）市場的國際化和全球化：世界貿(mào)易組織的成立、歐元計(jì)劃的啟動、亞大經(jīng)濟(jì)合作組織、北美經(jīng)濟(jì)一體化聯(lián)盟；（3）新興產(chǎn)業(yè)的崛起：如：軟件產(chǎn)業(yè)、環(huán)境產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ；（4）市場質(zhì)的短缺和動態(tài)的非均衡：未來市場的調(diào)節(jié)表現(xiàn)為價格和質(zhì)量的權(quán)衡，依賴于新產(chǎn)品出現(xiàn)后價格的調(diào)整；（5）虛擬市場和代理制是未來市場重要形式：網(wǎng)絡(luò)銷售。4. 21世紀(jì)制造業(yè)的產(chǎn)品特征（1）個性化和多樣化：產(chǎn)品制造定制化、模塊化，滿足不同消費(fèi)者喜好（2）壽命周期不斷縮短： 摩爾定律-芯片性能每18個月提高1倍，價格卻保持不變；（3）智能化：包括產(chǎn)品自身智能和生產(chǎn)設(shè)施

9、工具的智能；（4）綠色產(chǎn)品： 全壽命周期無污染、低資源消耗和可回收利用5. 未來制造型企業(yè)的特征（1）滿足個性需求成為企業(yè)經(jīng)營宗旨；（2）制造硬件資源可重構(gòu)性成為企業(yè)裝備的顯著特點(diǎn)；（3）人力資源是未來企業(yè)資源的核心要素；（4）企業(yè)的國際化是發(fā)揮自身優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)的前提；（5）虛擬企業(yè)和團(tuán)隊(duì)能力是21世紀(jì)企業(yè)的核心競爭優(yōu)勢；（6）企業(yè)文化氛圍的形成和創(chuàng)新充分體現(xiàn)人的價值，將成為本世紀(jì)企業(yè)永恒的追求三、中國制造業(yè)的成就及與世界發(fā)達(dá)國家的差距1.改革開放20年來中國制造業(yè)的進(jìn)步 1）一些重要產(chǎn)品的年生產(chǎn)能力已躍居世界前列： 汽車，2001年，達(dá)到225.5萬輛（其中轎車120萬輛以上），居世

10、界第八位。 大中型發(fā)電設(shè)備1200萬千瓦以上（火電1000萬千瓦，水電200萬千瓦），居世界第三位。 機(jī)床的產(chǎn)值1993年為29.70億美元，居世界第四位。 2）我國已成為世界最大的服裝紡織品出口國。 3）成功開發(fā)生產(chǎn)了運(yùn)七、運(yùn)八、新舟60等支線飛機(jī)。 4）一些新產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)世界領(lǐng)先或先進(jìn)水平： 如沈陽機(jī)床集團(tuán)的電主軸高速臥式加工中心、激光切割機(jī)床； 沈陽變壓器廠的50萬伏超高壓變壓器； 黎明航發(fā)集團(tuán)的中國第一臺擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的航空發(fā)動機(jī)、 燃?xì)廨啓C(jī)； 沈陽新松機(jī)器人自動化有限公司的6000米水下機(jī)器人； 清華大學(xué)制造工程研究所研制開發(fā)的并聯(lián)機(jī)床。2. 我國機(jī)械制造業(yè)與世界發(fā)達(dá)國家的差

11、距Ø 產(chǎn)品檔次低，高水平產(chǎn)品所占比例小：主導(dǎo)產(chǎn)品達(dá)到當(dāng)代國際水平不到5上世紀(jì)90年代占25上世紀(jì)80年代占40上世紀(jì)6070年代占30Ø 創(chuàng)新開發(fā)能力差，新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率低： 2000多種主導(dǎo)產(chǎn)品的平均生命周期為10.5年，而美國僅有34年，在75期間開發(fā)的92種典型產(chǎn)品中有57%來于國外，企業(yè)創(chuàng)新能力較低。Ø 專業(yè)化生產(chǎn)水平低： 專業(yè)化水平與國外先進(jìn)國家有很大的差距。我國鑄造專業(yè)化比例為30%，鍛造15%，熱處理20%，而美國、日本的專業(yè)化水平為75%95%。Ø 企業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)落后： 我國大部分企業(yè)的生產(chǎn)管理依舊停留在過去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的管理模式上，先進(jìn)管理模

12、式?jīng)]有能應(yīng)用。 目前，我國制造企業(yè)的技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平比較，差距達(dá)20年左右。 2005年，我國GDP達(dá)到22350億美元，占世界約5%，居世界第四位，僅次于美國、日本和德國。人均1703美元，相當(dāng)于美國的1/25，日本的1/21和世界平均水平的1/4，排第110位，與烏克蘭、摩洛哥相當(dāng)。是經(jīng)濟(jì)大國，不是經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國。第二節(jié) 先進(jìn)制造制造技術(shù)的提出和發(fā)展一、制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展制造業(yè)生產(chǎn)方式：小批量少品種大批量多品種變批量制造業(yè)資源配置：勞動密集設(shè)備密集信息密集知識密集制造技術(shù)：手工機(jī)械化單機(jī)自動化剛性自動化柔性自動化智能自動化1. 制造技術(shù)的發(fā)展階段（1）工場式生產(chǎn)時期：18世紀(jì)，瓦特發(fā)明蒸

13、汽機(jī)，標(biāo)志第一次工業(yè)革命興起。手工作坊到以機(jī)械加工為中心的工廠生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變。（2）工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)時期：19世紀(jì)，麥克斯韋建立電磁場理論，電氣化時代開始。電氣技術(shù)與其他制造技術(shù)的融合。實(shí)現(xiàn)了批量、工業(yè)化規(guī)范生產(chǎn)。（3）剛性自動化發(fā)展時期： 20世紀(jì)初，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明。以大批量生產(chǎn)為模式的剛性自動化。福特汽車生產(chǎn)線，泰勒科學(xué)管理方法，標(biāo)志自動化時代到來（4）柔性自動化發(fā)展時期： 二戰(zhàn)后，計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)，信息技術(shù)及自動化技術(shù)的發(fā)展，多品種小批量柔性自動化生產(chǎn)模式。包括NC、CNC、FMC、FMS等（5）綜合自動化發(fā)展時期：20世紀(jì)80年代以來，制造技術(shù)向自動化、柔性化、集成化的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)和

14、其他應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，促進(jìn)了制造業(yè)中的設(shè)計(jì)、制造和管理在內(nèi)的單元自動化技術(shù)。 2. 社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景（1）消費(fèi)需求：主題化、個性化和多樣化，產(chǎn)品壽命周期縮短（2）全球性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整：制造商之間既有激烈競爭，又有基于實(shí)力的合作。（3）快速響應(yīng)市場：滿足已有和潛在顧客需求，主動適應(yīng)市場，引導(dǎo)市場，是贏得競爭，獲取最大利潤的關(guān)鍵3.科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景（1）制造技術(shù)在向宏觀(制造系統(tǒng))和微觀(超精密加工)兩個方向發(fā)展（2）現(xiàn)代制造業(yè)成為技術(shù)密集、知識密集型產(chǎn)業(yè)（3）信息成為制造業(yè)決定性因素，Intranet/Internet對制造業(yè)產(chǎn)生重大影響4. 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略資源匱泛，污染嚴(yán)重；環(huán)境問題不能以犧牲今后

15、幾代人的利益為代價；由粗放經(jīng)營、掠奪式開發(fā)向集約型、可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變二、先進(jìn)制造技術(shù)產(chǎn)生背景（1）20世紀(jì)80年代以前，美國政府只對基礎(chǔ)研究、衛(wèi)生、國防技術(shù)等給予經(jīng)費(fèi)支持，而對產(chǎn)業(yè)技術(shù)不予支持，主張產(chǎn)業(yè)技術(shù)通過市場競爭，由企業(yè)自主發(fā)展； （2）20世紀(jì)70年代，一批美國學(xué)者不斷鼓吹美國已進(jìn)入“后工業(yè)化社會”，認(rèn)為制造業(yè)是“夕陽工業(yè)”，主張經(jīng)濟(jì)重心由制造業(yè)轉(zhuǎn)向高科技產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)。結(jié)果：導(dǎo)致美國在經(jīng)濟(jì)上競爭力下降，貿(mào)易逆差巨增，日本家電、汽車大量涌入并占領(lǐng)了美國市場。（20世紀(jì)60年代美國汽車產(chǎn)量占世界汽車總產(chǎn)量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）。20世紀(jì)80年代,美國政府開始認(rèn)識到問題的

16、嚴(yán)重性：AMT首先由美國于20世紀(jì)80年代末提出。三、各國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展1. 美國1991年，白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表“美國國家關(guān)鍵技術(shù)”報(bào)告，重新確立了制造業(yè)的地位； 1993年，克林頓在硅谷發(fā)表題為“促進(jìn)美國經(jīng)濟(jì)增長的技術(shù) 增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的新方向”的演說，對制造業(yè)給予了實(shí)質(zhì)性強(qiáng)有力的支持。 1988年,美國政府投資進(jìn)行大規(guī)?！?1世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略”研究，并于其后不久提出了“先進(jìn)制造技術(shù)”發(fā)展目標(biāo)，制定并實(shí)施了“先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）”和“制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）”；（1）先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）：由美國聯(lián)邦政府科學(xué)、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)委員會（FCCSET）提出，1994年度預(yù)算為1

17、4億美元，圍繞“智能制造系統(tǒng)”、“集成工具”、“基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”三個重點(diǎn)領(lǐng)域開展研究； （2）制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）：又稱“合作伙伴計(jì)劃”，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）牽頭制定的。MTC目標(biāo)： 35 萬家中小企業(yè)（他們不像大企業(yè)有自己的開發(fā)能力，且資金不足），和技術(shù)擁有者（通常為政府的研究機(jī)構(gòu)、國家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)）建立合作的橋梁，使中小企業(yè)掌握先進(jìn)制造技術(shù)。MTC方法： 一個地區(qū)設(shè)立一個中心（至 95 年已建立了 30 個中心），為中小企業(yè)展示新的制造技術(shù)和設(shè)備，并進(jìn)行培訓(xùn)，幫助他們選用。 ATP & MTC 效果：1994 年，美國汽車產(chǎn)量重新超過日本，重新占領(lǐng)歐、美市場； 美國Inter公司成為世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生產(chǎn)也不敵日本，包括海灣戰(zhàn)爭中大出風(fēng)頭的“愛國者”導(dǎo)彈上使用的芯片也是日本制造的）； 20世紀(jì)90年代，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，失業(yè)率降低到歷史最低水平； 提出了一系列先進(jìn)制造技術(shù)的新理論、新思想，如：CE，LP，AM，2. 日本1990年提出了智能制造計(jì)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(shí)施智