制造業(yè)與先進(jìn)制造技術(shù)(PPT 55頁)

1、先進(jìn)制造技術(shù)上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 機械工程學(xué)院 鄭 剛課程名稱：先進(jìn)制造技術(shù)上課時間：周一 1，2節(jié)，周三7，8節(jié)上課地點：一教H405任課教師：鄭 剛辦公地址：第一學(xué)科樓A317答疑時間：考核方式：平時成績(30%)+考試成績(70%)先進(jìn)制造技術(shù)的特征在于： 先進(jìn)制造技術(shù)不是一項具體的技術(shù)，而是一項綜合系統(tǒng)的技術(shù)； 先進(jìn)制造技術(shù)的先進(jìn)性是建立在不斷地汲取其他相關(guān)領(lǐng)域新技術(shù)的基礎(chǔ)上的，是動態(tài)的、相對的； 創(chuàng)新是先進(jìn)制造技術(shù)的靈魂，并貫穿于制造全過程(產(chǎn)品創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝過程創(chuàng)新、生產(chǎn)手段創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、組織創(chuàng)新及市場創(chuàng)新)； 技術(shù)與管理的結(jié)合是先進(jìn)制造技術(shù)的一個突破，新的

2、制造模式的層出不窮是人類生產(chǎn)活動的一大進(jìn)步； 市場和工業(yè)界的需求是先進(jìn)制造技術(shù)的出發(fā)點與歸宿，是先進(jìn)制造技術(shù)的動力和目標(biāo)。先進(jìn)制造技術(shù)成果的成敗取決于市場檢驗，企業(yè)是先進(jìn)制造技術(shù)的創(chuàng)新主體。 先進(jìn)制造技術(shù)的范疇一般包括以下五個部分：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)；先進(jìn)制造工藝技術(shù)；制造自動化技術(shù)；現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù);先進(jìn)生產(chǎn)制造模式。期刊：The International Journal of Advanced Manufacturing TechnologyComputer aided designRobotics; Artificial intelligence; Lasers and other adva

3、nced processes; Flexible manufacturing systems; Computer integrated manufacturing; High-speed machiningNumerical control; Automatic test equipment;Reverse engineeringProduction planning and control; Supply chain management; 第一章 制造業(yè)與先進(jìn)制造技術(shù)1.1 制造業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)1.2 先進(jìn)制造技術(shù)的提出和進(jìn)展1.3 先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和體系結(jié)構(gòu) 包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工

4、裝配、質(zhì)量保證、生產(chǎn)管理、市場營銷全過程1.1.1 制造與制造業(yè)原材料產(chǎn)品工藝 能源知識 技能 工具制造與物流有關(guān)的加工和裝配過程狹義制造廣義制造制造系統(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(jīng)營規(guī)劃、開發(fā)研制、加工制造和控制管理等過程生產(chǎn)設(shè)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、各種制造信息等制造業(yè)可供人們使用和消費的產(chǎn)品行業(yè)，是所有與制造有關(guān)的企業(yè)群體類別 構(gòu)成比例類別 構(gòu)成比例 類別 構(gòu)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6.9

5、08電器設(shè)備5.125家 具1.542有色冶金2.120電子設(shè)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(gòu)成1）用機器代替手工，從作坊形成工廠 19世紀(jì)機器在英國誕生，先后傳入法國、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：以勞動分工和計件工資制為基礎(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)、計算機集成制造系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化制造、智能制造系統(tǒng)、及時生產(chǎn)、精良生產(chǎn)、敏捷制造制造業(yè)發(fā)展的歷程1.1.2 制造業(yè)的地位和作用三大產(chǎn)業(yè)農(nóng)

6、林牧業(yè),工業(yè)，服務(wù)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)農(nóng)林牧業(yè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、蓄禽業(yè)、水產(chǎn)業(yè)服務(wù)業(yè)商業(yè)、金融、房地產(chǎn)、經(jīng)貿(mào)等一個國家經(jīng)濟發(fā)展的支柱國民經(jīng)濟收入的重要來源工業(yè)經(jīng)濟年代經(jīng)濟增長的“發(fā)動機”一個國家經(jīng)濟強大、經(jīng)濟騰飛的重要基礎(chǔ)制造業(yè)地位提供人們衣、食、住、行物質(zhì)消費決定全社會的長遠(yuǎn)效益和經(jīng)濟的持續(xù)增長國際商品貿(mào)易的保證（美國78%，日本96%，我國81%-1995年）農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位的物質(zhì)保障，服務(wù)業(yè)發(fā)展的重要條件信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)；農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移和就業(yè)的重要途徑為科技和教育發(fā)展提供經(jīng)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

7、業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍一、 第一次產(chǎn)業(yè)革命：1733-18781）又稱為：蒸汽革命。2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：瓦特發(fā)明的蒸汽機。3）英國的制造業(yè)孕育和實現(xiàn)了瓦特的發(fā)明4）制造業(yè)和瓦特的發(fā)明推動了熱力學(xué)理論 的誕生。制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍二、第二次產(chǎn)業(yè)革命：1879-19451）又稱為：電氣革命。2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：電燈（愛迪生）、電話（貝爾）、電機（西門子）等電氣化產(chǎn)品。3）制造業(yè)促使了電的應(yīng)用，而后才有麥克斯韋電動力學(xué)理論的誕生。4）麥克斯韋電動力學(xué)理論推動了20世紀(jì)初開始的無線電、微波、雷達(dá)、合成孔徑、微波成像、衛(wèi)星通信、宇宙微波探測等技術(shù)的發(fā)展。5）牛頓力學(xué)和電動力學(xué)又為量子力學(xué)的發(fā)展指引了道

8、路，導(dǎo)致了量子場論的創(chuàng)立。制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍三、第三次產(chǎn)業(yè)革命：1945-19721）又稱為：電子（原子）革命。2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：原子彈（1945）、電子計算機（1946）、晶體管（1948）、集成電路、微電子技術(shù)等。3）微電子制造技術(shù)開創(chuàng)了全新的信息時代。制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍四、第四次產(chǎn)業(yè)革命：1973-1）又稱為：高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命。2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：眾多高新技術(shù)產(chǎn)品，如微電子產(chǎn)品、電腦、新一代通信產(chǎn)品、新一代汽車、磁懸浮列車、新一代飛機、機器人、生物工程產(chǎn)品、新一代藥物、綠色食品、轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品等等。3）微器件制造工藝，如拉單晶、摻雜、擴散、離子注入、外延、濺射、化學(xué)沉積（CVD

9、）、光刻、表面貼裝、自動化組裝、進(jìn)而到納米器件制造工藝將把高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命推向頂峰。從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到技術(shù)發(fā)明科學(xué)發(fā)明年份技術(shù)發(fā)明年份孕育過程(年）電磁感應(yīng)原理1831發(fā)電機187241內(nèi)燃機原理1862汽油內(nèi)燃機188321電磁波通訊原理1895公眾廣播電臺192126噴氣推進(jìn)原理1906噴氣發(fā)動機193529雷達(dá)原理1925制出雷達(dá)193510青霉素原理1928制出青霉素194315鈾核裂變1938制出原子彈19457發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體1948半導(dǎo)體收音機19546集成電路設(shè)計思想1952單片集成電路19597光纖通信原理1966光纖電纜19704無線移動通信設(shè)想1974蜂窩移動電話19784多媒體設(shè)想

10、1987多媒體電腦19914新一代設(shè)計芯片90年代新一代芯片90年代1.53、二十一世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢20世紀(jì)改變世界的重要機電產(chǎn)品序產(chǎn)品發(fā)明時間（年）發(fā)明者1汽車1885/1903德國奔馳/美國福特2飛機1903美國萊特兄弟3火箭1903俄國齊奧爾科夫斯基4電冰箱1917美國5電影機1919/36德國福格特6電視機1927/40美國貝爾7噴氣發(fā)動機1937英國惠特爾8原子彈1945美國 日本9計算機1946美國 莫切利埃克特10晶體管1948美國肖克利11核電站1951美國12數(shù)控機床1951美國MIT13氫彈1952美國特勒3、二十一世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢20世紀(jì)改變世界的重要機電

11、產(chǎn)品序產(chǎn)品發(fā)明時間（年）發(fā)明者14機器人1954美國戴沃爾15人造衛(wèi)星1957蘇聯(lián)16宇宙飛船1961蘇聯(lián)加加林17飛船登月1969美國阿波羅18載人航天飛機1977美國19磁懸浮列車1965日本 時速400500公里/時20光纖通信設(shè)備1968美國21芯片1971/1999美國intel 950萬晶體管/片22掃描隧道顯微鏡1986日本工業(yè)技術(shù)院23掌上電腦1992美國APPLE newton 24手機90年代初美國25信息高速公路1993美國 national information infrastruture （Nii）3、二十一世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢第二節(jié) 先進(jìn)制造技術(shù)的提出和進(jìn)展

12、1.2.1 制造技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展 1.2.2 先進(jìn)制造技術(shù)產(chǎn)生背景 1.2.3 各國對先進(jìn)制造技術(shù)的響應(yīng) 及其發(fā)展計劃先進(jìn)制造技術(shù)計劃：1994年預(yù)算14億美元，圍繞“智能制造系統(tǒng)”、“集成工具”、“基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”三個重點領(lǐng)域開展研究；制造技術(shù)中心計劃：在一個地區(qū)設(shè)立一個制造技術(shù)中心，建立技術(shù)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(shù)和裝備、組織培訓(xùn)、幫助企業(yè)了解和選用最新技術(shù)和裝備。 1.2.3 各國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展美 國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(shè)計、生產(chǎn)

13、、物流直至經(jīng)營管理的全過程中，做到生產(chǎn)設(shè)備自律化生產(chǎn)設(shè)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 本尤里卡計劃（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(shù)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(shè)計原理、工廠自動化、生產(chǎn)過程管理三大課題。歐洲工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)研究計劃（BRITE）：重點資助材料、制造加工、設(shè)計以及工廠系統(tǒng)運作方式等研究。歐 共 體第三節(jié) 先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和體系結(jié)構(gòu) 1.3.1先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和特點 1.3.2先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及其分類1、定義

14、: 在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收機械.電子.信息.材料.能源和現(xiàn)代管理等方面的成果,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)的制造全過程,以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì).高效.低耗.清潔.靈活的生產(chǎn),提高對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)總稱,也是取得理想技術(shù)經(jīng)濟效果的制造技術(shù)的總稱.先進(jìn)制造技術(shù)的定義與體系結(jié)構(gòu)1.3.1 先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和特點傳統(tǒng)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)性僅駕馭生產(chǎn)過程物質(zhì)流和能量流能駕馭生產(chǎn)過程物質(zhì)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(chǎn)品設(shè)計、加工制造到產(chǎn)品銷售的整個過程集成性學(xué)科專業(yè)單一、獨立，相互間界限分明專業(yè)和學(xué)科不斷滲透、交叉

15、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(biāo)和內(nèi)容不同實用性注重實踐效果，促進(jìn)經(jīng)濟增長，提高綜合競爭力先進(jìn)制造技術(shù)的定義與體系結(jié)構(gòu)面向制造的設(shè)計技術(shù)群 產(chǎn)品/工藝設(shè)計 計算機輔助設(shè)計 工藝過程建模和仿真 工藝規(guī)程設(shè)計 系統(tǒng)工程基礎(chǔ) 快速成型技術(shù) 并行工程制造工藝技術(shù)群 材料生產(chǎn)工藝 加工工藝 聯(lián)接與裝配 測試和檢測 環(huán)保技術(shù) 維修技術(shù) 其他 信息技術(shù) 接口技術(shù) 集成技術(shù) 人工智能 數(shù)據(jù)庫 軟件工程 決策支持 標(biāo)準(zhǔn)和框架 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 工藝標(biāo)準(zhǔn) 接口框架 產(chǎn)品定義和標(biāo)準(zhǔn) 檢驗標(biāo)準(zhǔn) 機床和工具技術(shù) 傳感器和控制技術(shù) 質(zhì)量管理 用戶/供應(yīng)商交互作用 工作人員培訓(xùn)和教育 全國監(jiān)

16、督和基準(zhǔn)評測 技術(shù)獲取和利用主體技術(shù)群支撐技術(shù)群制造基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境2、體系結(jié)構(gòu)1、先進(jìn)設(shè)計技術(shù)設(shè)計方法現(xiàn)代化產(chǎn)品動態(tài)分析和設(shè)計產(chǎn)品可靠性可維護性及安全設(shè)計產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計快速響應(yīng)設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計智能設(shè)計仿真與虛擬設(shè)計價值工程設(shè)計模塊化設(shè)計先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容設(shè)計手段計算機化有限元法優(yōu)化設(shè)計計算機輔助設(shè)計反求工程技術(shù)CAD/CAM一體化技術(shù)工程數(shù)據(jù)庫向全壽命周期設(shè)計發(fā)展由單純考慮技術(shù)因素轉(zhuǎn)向綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟和社會因素2、先進(jìn)制造工藝技術(shù)精密、超精密加工技術(shù)精密加工：精度為30.3m Ra0.30.03 m超精密加工：精度為0.30.03m Ra0.30.005 m納米加工：精度高于0.03m Ra小于

17、0.30.005 m先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容精密成型制造技術(shù)從制造工件的毛坯、從接近零件形狀向直接制成工件的方向發(fā)展特種加工技術(shù)高能束流加工（電子束、離子束、激光束）電加工（電解和電火花)超聲波加工高壓水加工多種能源的組合加工3、制造自動化技術(shù)數(shù)控技術(shù)數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)主軸系統(tǒng)NC程序編制工業(yè)機器人機器人操作機控制系統(tǒng)傳感器生產(chǎn)線總線控制先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)調(diào)度與控制故障診斷自動檢測與信號識別技術(shù)信號識別數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)處理特征提取與識別過程設(shè)備工況監(jiān)測與控制過程監(jiān)視系統(tǒng)在線反饋質(zhì)量控制4、先進(jìn)制造系統(tǒng)先進(jìn)制造生產(chǎn)模式計算機集成制造系統(tǒng)CIMS敏捷制造系統(tǒng)AMS智能制造系

18、統(tǒng)IMS精良生產(chǎn)LP并行工程CE集成管理技術(shù)企業(yè)資源管理ERP基于作業(yè)的成本管理ABC現(xiàn)代質(zhì)量保障體系生產(chǎn)率工程制造資源快速有效集成先進(jìn)制造技術(shù)的學(xué)科內(nèi)容生產(chǎn)組織方法虛擬公司理論與組織企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變革以人為本的團隊建設(shè)企業(yè)重組工程精密化是機械制造發(fā)展的核心先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代超精密機械對精度的要求采用硅微工藝刻蝕制造的微機械手加工精度及其發(fā)展1車、銑2磨 3CNC機床4研磨、工具磨5光學(xué)磨、金剛石車、磨 6金剛石超精車、磨、 電解 加工7衍射光柵刻線機 8電子束、離子束、X射線9分子束生長、離子注 10 掃描隧道技術(shù)細(xì)微與納米加工技術(shù)可達(dá)的水平自動化是機械工程發(fā)展的途徑先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)

19、展趨勢1.自動化是機械工程綜合化的核心和目標(biāo)2.機電一體化工程(Mechatronic Engineering）是高技術(shù)裝備的基礎(chǔ)3.先進(jìn)制造系統(tǒng)以綜合（集成、整合）為手段4.特種加工技術(shù)與裝備是典型的綜合技術(shù)與裝備制造中的自動化技術(shù)1.CAD/CAM技術(shù)(包括CAT/CAE/-CAX)2.數(shù)字控制技術(shù)3.機電一體化技術(shù)(包括光、液、氣)4.傳感器與測試技術(shù)5.伺服驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)6.自動機技術(shù)(包括輸送、存儲、裝卸及機器人)7.加工、裝配和檢驗中的自動化技術(shù)8.制造系統(tǒng)技術(shù)9.管理信息化技術(shù)10.回收與維修中的自動化技術(shù)結(jié)論：制造自動化技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)字技術(shù)先進(jìn)制造系統(tǒng)以綜合為手段(一)近二十年來

20、，世界各國共提出數(shù)十種先進(jìn)制造系統(tǒng)，其中較重要的有38種：(1)CAD/CAM/CAE(計算機輔助設(shè)計/計 算機輔助制造/計算機輔助工程);(2)成組技術(shù)(Group Technology)(GT);(3)全面質(zhì)量管理(Total Quality Manufacturing)(TQM);(4)材料需求計劃(Material Requisite Planning)(MRP-I);先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(5)制造資源計劃(Manufacturing Resource Planning)(MRP- II);(6)柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)(FMS);(7)

21、準(zhǔn)時生產(chǎn)制(Just In Time) (JIT);(8)計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP); 先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(9) 為了制造的(裝配的，試驗的)設(shè)計 (DFMA,DFA,DFTDFX);(10)計算機集成制造系統(tǒng)(Computer IntegratedManufacturing System)（CIMS);(11)用戶驅(qū)動生產(chǎn)(Customer Driven Production)(CDP);(12)企業(yè)重組(Business Reengineering)(BR);(13)并行工程(Concurrent Engineering)(CE);先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(14)環(huán)境友好生產(chǎn)(Environ

22、ment Friendly Manufacturing)(EFM);(15)精益生產(chǎn)(Lean Production)(LP);(16)敏捷制造(Agile Manufacturing)(AM);(17)多智能體制造系統(tǒng)(Multi-Agent Manufacturing System)(MAMS); 先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(18)虛擬制造(Virtual Manufacturing)(VM);(19)增廣現(xiàn)實制造(Augmented Reality Manufacturing)(ARM);(20)協(xié)同制造(Holonic Manufacturing)(HM);(21)生物型制造(Biologic

23、al Manufacturing)(BM);(22)壽命周期工程(Life Cycle Engineering)(LCE);(23)綠色制造(Green Manufacturing)(GM);先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(24)網(wǎng)絡(luò)合作制造(Network-Collaborative Manufacturing)(NCM);(25)遙遠(yuǎn)制造(Remote Manufacturing)(RM);(26)全面生產(chǎn)維護(Total Production Maintenance)(TPM);(27)開放結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)(Open Architecture Manufacturing System)(OAMS);(2

24、8)智能制造(Intelligent Manufacturing)(IM); 先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(29)分形企業(yè)(Fractal Enterprise)(FE);(30)預(yù)計生產(chǎn)改進(jìn)系統(tǒng)(Pre-Planned Product Improvement system)(P3IS);(31)企業(yè)資源計劃(Enterprise Resource Planning)(ERP);(33)快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturing)(RPM);(34)自組織生產(chǎn)系統(tǒng)(Self-Organised Production System)(SOPS);先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(35)可重組制造系統(tǒng)(Reconfigurable Manufacturing System)(RCMS);(36)大規(guī)模定制(Mass Customization)(MC);(37)全球制造(Global Manufacturing)(GM);(38)下一代制造系統(tǒng)(Next Generation Manufacturing System)(NGMS)信息化是機械工程發(fā)展的急需先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢我國信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（1）2000年上網(wǎng)戶數(shù)為2250萬戶，2001年為4000萬戶，2008年5月底為2.2億戶, （2