先進(jìn)制造技術(shù)第一章

先進(jìn)制造技術(shù)

AdvancedManufacturingTechnologyHenanUniversityofScience&Technology

1教材：“十一五”規(guī)劃教材《先進(jìn)制造技術(shù)》主編：任小中

參考教材：《先進(jìn)制造技術(shù)》王隆太，機(jī)械工業(yè)出版社

《先進(jìn)制造技術(shù)》盛曉敏，機(jī)械工業(yè)出版社

課程安排34學(xué)時(shí)＝授課32學(xué)時(shí)＋考試2學(xué)時(shí)考試70％考勤、作業(yè)、答疑30％成績(jī)?cè)u(píng)定2第1章概述本章要點(diǎn)制造技術(shù)的概念先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)3第1章

概述

Introduction1.1

制造技術(shù)與制造系統(tǒng)ManufacturingTechnologyandManufacturingSystem4

廣義制造：不僅包括了具體的工藝過程，還包括市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)過程管理、營(yíng)銷、售后服務(wù)直至產(chǎn)品報(bào)廢處理等在內(nèi)的整個(gè)產(chǎn)品壽命周期的全過程

。

狹義制造：生產(chǎn)過程從原材料→成品直接起作用的那部分工作內(nèi)容，指生產(chǎn)車間與物流有關(guān)的加工和裝配。制造業(yè)是將制造資源，包括物料、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等，通過制造過程轉(zhuǎn)化為可供人和社會(huì)使用和利用的工業(yè)產(chǎn)品或生活消費(fèi)品的行業(yè)。制造業(yè)是所有與制造有關(guān)的企業(yè)群體的總稱。制造制造業(yè)1.1.1制造與制造技術(shù)制造一詞來源于拉丁語詞根manu(手)和facere(做)。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。5制造技術(shù)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(shí)、技能操縱可以利用的物質(zhì)、工具采取有效的方法、策略……手段包括1.1.1制造與制造技術(shù)6制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1-2制造系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)經(jīng)營(yíng)管理信息流生產(chǎn)管理信息流技術(shù)信息流物質(zhì)流用戶、市場(chǎng)與外部環(huán)境經(jīng)營(yíng)管理市場(chǎng)與銷售研究與開發(fā)資源管理財(cái)務(wù)生產(chǎn)管理工程設(shè)計(jì)采購(gòu)車間制造（加工、裝配、檢驗(yàn)、輸送、存儲(chǔ)…）質(zhì)量控制1.1.2制造系統(tǒng)7制造系統(tǒng)特性軟件硬件圖1-3制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性

結(jié)構(gòu)特性制造系統(tǒng)可視為若干硬件的集合體。為使硬件充分發(fā)揮效能，必須有軟件支持。1.1.2制造系統(tǒng)8

轉(zhuǎn)變特性主要從技術(shù)角度出發(fā)，如何使轉(zhuǎn)變過程更有效進(jìn)行。獲取階段轉(zhuǎn)變階段分配階段圖1-4制造系統(tǒng)的物質(zhì)流原材料供應(yīng)者原材料庫(kù)存零件加工零件庫(kù)存裝配成品庫(kù)存最終用戶1.1.2制造系統(tǒng)9壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅(qū)動(dòng)橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配車身安裝最后試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)機(jī)械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機(jī)械加工自動(dòng)線熱處理圖1-5汽車生產(chǎn)物流示意圖1.1.2制造系統(tǒng)10需求訂貨信息生產(chǎn)計(jì)劃信息進(jìn)度計(jì)劃信息作業(yè)計(jì)劃信息生產(chǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制信息生產(chǎn)技術(shù)信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息綜合生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃作業(yè)計(jì)劃生產(chǎn)實(shí)施生產(chǎn)控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝過程計(jì)劃工藝過程信息計(jì)劃階段實(shí)施階段控制階段圖1-6制造系統(tǒng)的程序特性程序特性程序——一系列列按時(shí)間和邏邏輯安排的步步驟制造系統(tǒng)可視視為生產(chǎn)離散散型產(chǎn)品的工工作程序（圖1-6））研究制造系統(tǒng)統(tǒng)程序特性，，主要從管理理角度出發(fā)如如何使生產(chǎn)活活動(dòng)達(dá)到最佳佳化。制制造系系統(tǒng)11制造系統(tǒng)的物物質(zhì)流與信息息流誤差流物流資金流規(guī)劃控制需求信息流實(shí)施（車間或現(xiàn)場(chǎng)）原材料產(chǎn)品與服務(wù)能源能量流圖1-7制造系統(tǒng)的五種流制制造系系統(tǒng)12第1章概述Introduction1.2制造技術(shù)的發(fā)展及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位DevelopmentofManufacturingIndustryandit’sPositioninNationalEconomy13一、美國(guó)的教教訓(xùn)1)上個(gè)世世紀(jì)70年代代,美國(guó)不重重視制造業(yè),把制造業(yè)稱稱為“夕陽工工業(yè)”,結(jié)果果導(dǎo)致美國(guó)80年代的經(jīng)經(jīng)濟(jì)衰退。2)80年年代后期，美美國(guó)的一些國(guó)國(guó)會(huì)議員、政政府要員紛紛紛要求政府出出面，協(xié)調(diào)和和支持制造產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，，1991年年，布什政府府期間，美國(guó)國(guó)白宮科學(xué)技技術(shù)政策辦公公室發(fā)表了總總數(shù)為22項(xiàng)項(xiàng)的美國(guó)國(guó)家家關(guān)鍵技術(shù)，，其中制造技技術(shù)占4項(xiàng)，，標(biāo)志著美國(guó)國(guó)科技政策的的轉(zhuǎn)變。3)克林頓頓上臺(tái)后，對(duì)對(duì)制造業(yè)大力力支持，他把把先進(jìn)制造技技術(shù)列為六大大國(guó)防關(guān)鍵技技術(shù)之首。結(jié)結(jié)果美國(guó)在機(jī)機(jī)械工業(yè)、汽汽車工業(yè)、航航空工業(yè)及信信息產(chǎn)業(yè)等方方面取得了明明顯的進(jìn)展，，使美國(guó)的經(jīng)經(jīng)濟(jì)連續(xù)8年年取得了2-3%的增長(zhǎng)長(zhǎng)率，而且還還同時(shí)保持低低通脹率和低低失業(yè)率。制造業(yè)發(fā)展的的教訓(xùn)14二、日本的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)1）在上個(gè)世世紀(jì)70-80年代，日日本非常重視視制業(yè)，特別別大抓了汽車車制造和微電電子制造，結(jié)結(jié)果日本的汽汽車和家用電電器占領(lǐng)了全全世界的市場(chǎng)場(chǎng)，特別是大大舉進(jìn)入了美美國(guó)市場(chǎng)。2）日本的微微電子芯片成成為美國(guó)高技技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)關(guān)鍵元件。1991年海海灣戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束束后，日本人人說美國(guó)贏得得這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)是是依靠的日本本的芯片，是是“日本的芯片打打敗了伊拉克克的鋼片”。制造業(yè)發(fā)展的的教訓(xùn)15三、東南亞經(jīng)經(jīng)濟(jì)危機(jī)的啟啟示1）1998年爆發(fā)的東東南亞經(jīng)濟(jì)危危機(jī)，從另一一個(gè)側(cè)面反映映了一個(gè)國(guó)家家發(fā)展制造業(yè)業(yè)的重要。一一個(gè)國(guó)家，如如果把經(jīng)濟(jì)的的基礎(chǔ)放在股股票、旅游、、金融、房地地產(chǎn)、服務(wù)業(yè)業(yè)上，而無自自己的制造業(yè)業(yè)，這個(gè)國(guó)家家的經(jīng)濟(jì)就容容易形成泡沫沫經(jīng)濟(jì)，一有有風(fēng)吹草動(dòng)就就會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)濟(jì)危機(jī)。2）新加坡、、臺(tái)灣都有自自己的制造業(yè)業(yè)，因此受經(jīng)經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影影響小一些。。制造業(yè)發(fā)展的的教訓(xùn)16四、瑞士依依靠什么使人人均產(chǎn)值居世世界第一？1）瑞士是一一個(gè)僅700萬人口的小小國(guó)，但瑞士士的制造業(yè)十十分發(fā)達(dá)，瑞瑞士的精密機(jī)機(jī)械產(chǎn)品的出出口量是我國(guó)國(guó)的8倍，瑞瑞士的手表世世界第一，連連小小的軍刀刀，也風(fēng)靡全全世界。2）現(xiàn)在瑞士士的年人均國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值值達(dá)到4.3萬美元以上上,居世界第第一。制造業(yè)發(fā)展的的教訓(xùn)17制制造技技術(shù)的發(fā)展制造技術(shù)的進(jìn)進(jìn)步和發(fā)展影響制造技術(shù)術(shù)發(fā)展的最主主要因素是技術(shù)的推動(dòng)和和市場(chǎng)的牽引引。人類科學(xué)技技術(shù)的每次革革命必然引起起制造技術(shù)的的不斷發(fā)展，，因而也推動(dòng)動(dòng)了制造業(yè)的的不斷發(fā)展和和進(jìn)步。近百年來，在在市場(chǎng)需求不不斷變化的驅(qū)驅(qū)動(dòng)下，制造造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)規(guī)模沿著“小批量→少少品種大批量量→多品種變變批量”的方向發(fā)展。。在科學(xué)技術(shù)術(shù)高速發(fā)展的的推動(dòng)下，制制造業(yè)的資源源配置沿著“勞動(dòng)密集→→設(shè)備密集→→信息密集→→知識(shí)密集””的方向發(fā)展。。與之相適應(yīng)應(yīng)，制造技術(shù)術(shù)的生產(chǎn)方式式沿著“手工→機(jī)械械化→單機(jī)自自動(dòng)化→剛性性流水自動(dòng)化化→柔性自動(dòng)動(dòng)化→智能自自動(dòng)化”的方向發(fā)展。。18一、第一次次產(chǎn)業(yè)革命：：1733-18781）又稱為：：蒸汽革命。。2）產(chǎn)業(yè)革命命的標(biāo)志：瓦瓦特發(fā)明的蒸蒸汽機(jī)。3）英國(guó)的制制造業(yè)孕育和和實(shí)現(xiàn)了瓦特特的發(fā)明4）制造業(yè)和和瓦特的發(fā)明明推動(dòng)了熱力力學(xué)理論的誕誕生。制造技術(shù)發(fā)展展四次產(chǎn)業(yè)革革命19二、第二次產(chǎn)產(chǎn)業(yè)革命：1879-19451）又稱為：：電氣革命。。2）產(chǎn)業(yè)革命命的標(biāo)志：電電燈（愛迪生生）、電話（（貝爾）、電電機(jī)（西門子子）等電氣化化產(chǎn)品。3）制造業(yè)肇肇始了電的應(yīng)應(yīng)用，而后才才有麥克斯韋韋電動(dòng)力學(xué)理理論的誕生。。4）麥克斯韋韋電動(dòng)力學(xué)理理論推動(dòng)了20世紀(jì)初開開始的無線電電、微波、雷雷達(dá)、合成孔孔徑、微波成成像、衛(wèi)星通通信、宇宙微微波探測(cè)等技技術(shù)的發(fā)展。。5）牛頓力學(xué)學(xué)和電動(dòng)力學(xué)學(xué)又為量子力力學(xué)的發(fā)展指指引了道路，，導(dǎo)致了量子子場(chǎng)論的創(chuàng)立立。20三、第三次產(chǎn)產(chǎn)業(yè)革命：1945-19721）又稱為：：電子（原子子）革命。2）產(chǎn)業(yè)革命命的標(biāo)志：原原子彈（1945）、電電子計(jì)算機(jī)（（1946））、晶體管（（1948））、集成電路路、微電子技技術(shù)等。3）微電子制制造技術(shù)開創(chuàng)創(chuàng)了全新的信信息時(shí)代。21四、第四次產(chǎn)產(chǎn)業(yè)革命：1973-1）又稱為：：高新技術(shù)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)革命。2）產(chǎn)產(chǎn)業(yè)革革命的的標(biāo)志志：眾眾多高高新技技術(shù)產(chǎn)產(chǎn)品，，如微微電子子產(chǎn)品品、電電腦、、新一一代通通信產(chǎn)產(chǎn)品、、新一一代汽汽車、、磁懸懸浮列列車、、新一一代飛飛機(jī)、、機(jī)器器人、、生物物工程程產(chǎn)品品、新新一代代藥物物、綠綠色食食品、、轉(zhuǎn)基基因產(chǎn)產(chǎn)品等等等。。3）微微器件件制造造工藝藝，如如拉單單晶、、摻雜雜、擴(kuò)擴(kuò)散、、離子子注入入、外外延、、濺射射、化化學(xué)沉沉積（（CVD））、光光刻、、表面面貼裝裝、自自動(dòng)化化組裝裝、進(jìn)進(jìn)而到到納米米器件件制造造工藝藝將把把高新新技術(shù)術(shù)產(chǎn)業(yè)業(yè)革命命推向向頂峰峰。22二十一一世紀(jì)紀(jì)科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的總總趨勢(shì)勢(shì)1中中心科科學(xué)技技術(shù)的的轉(zhuǎn)移移1）信信息科科學(xué)技技術(shù)目前是是發(fā)展展高峰峰期，，預(yù)計(jì)計(jì)其中中心科科學(xué)技技術(shù)的的地位位還可可持續(xù)續(xù)四十十年。。2）生生命科科學(xué)技技術(shù)現(xiàn)在已已開始始注重重其發(fā)發(fā)展與與應(yīng)用用，預(yù)預(yù)計(jì)21世世紀(jì)30年年代開開始逐逐步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉橹行男目茖W(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)。3）認(rèn)認(rèn)知科科學(xué)技技術(shù)智能化化趨勢(shì)勢(shì)現(xiàn)已已顯露露，預(yù)預(yù)計(jì)21世世紀(jì)70年年代開開始將將成為為科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的中中心23二十一一世紀(jì)紀(jì)科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的總總趨勢(shì)勢(shì)2世世界科科技中中心（（地區(qū)區(qū)或國(guó)國(guó)家））的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移中國(guó)（公元元3世世紀(jì)——公元元13世紀(jì)紀(jì))→→意大利利（1540年——1610年））→英國(guó)（1660年——1730年））→法國(guó)（1770年——1830年））→德國(guó)（1810年——1920年））→美國(guó)（1920年——））→→可能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向東東方（（日本本、中中國(guó)））243高高技術(shù)術(shù)及其其產(chǎn)業(yè)業(yè)領(lǐng)域域(1)信息科科學(xué)技技術(shù)（（包括括微電電子、、光電電子科科學(xué)技技術(shù)））(2)生物物科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)（包包括生生命科科學(xué)技技術(shù)））(3)新能能源科科學(xué)技技術(shù)（（包括括核能能科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)）(4)新材材料科科學(xué)技技術(shù)（（包括括納米米科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)）(5)環(huán)境境科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)（包包括地地球科科學(xué)技技術(shù)））(6)航空航航天科科學(xué)技技術(shù)（（包括括軍事事科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)）(7)海洋洋科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)（包包括地地球科科學(xué)技技術(shù)））(8)先進(jìn)制制造科科學(xué)技技術(shù)（（包括括微機(jī)機(jī)電系系統(tǒng)科科學(xué)技技術(shù)））(9)管理理科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)（包包括軟軟科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)）(10)認(rèn)認(rèn)知科科學(xué)技技術(shù)（（包括括人腦腦和智智能系系統(tǒng)科科學(xué)技技術(shù)））二十一一世紀(jì)紀(jì)科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的總總趨勢(shì)勢(shì)25二十一一世紀(jì)紀(jì)科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的總總趨勢(shì)勢(shì)科學(xué)物質(zhì)科科學(xué)生命科科學(xué)技術(shù)信息技技術(shù)生物技技術(shù)納米技技術(shù)4二二十一一世紀(jì)紀(jì)改變變?nèi)祟愵惖目瓶茖W(xué)與與技術(shù)術(shù)26從科學(xué)學(xué)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)到技技術(shù)發(fā)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(jī)187241內(nèi)燃機(jī)原理1862汽油內(nèi)燃機(jī)188321電磁波通訊原理1895公眾廣播電臺(tái)192126噴氣推進(jìn)原理1906噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)19546集成電路設(shè)計(jì)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(dòng)通信設(shè)想1974蜂窩移動(dòng)電話19784多媒體設(shè)想1987多媒體電腦19914新一代設(shè)計(jì)芯片90年代新一代芯片90年代1.5二十一一世紀(jì)紀(jì)科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的總總趨勢(shì)勢(shì)2720世世紀(jì)改改變世世界的的重要要機(jī)電電產(chǎn)品品序產(chǎn)品發(fā)明時(shí)間（年）發(fā)明者1汽車1885/1903德國(guó)奔馳/美國(guó)福特2飛機(jī)1903美國(guó)萊特兄弟3火箭1903俄國(guó)齊奧爾科夫斯基4電冰箱1917美國(guó)5電影機(jī)1919/36德國(guó)福格特6電視機(jī)1927/40美國(guó)貝爾7噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1937英國(guó)惠特爾8原子彈1945美國(guó)日本9計(jì)算機(jī)1946美國(guó)莫切利?？颂?0晶體管1948美國(guó)肖克利11核電站1951美國(guó)12數(shù)控機(jī)床1951美國(guó)MIT13氫彈1952美國(guó)特勒二十一一世紀(jì)紀(jì)科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的總總趨勢(shì)勢(shì)2820世世紀(jì)改改變世世界的的重要要機(jī)電電產(chǎn)品品序產(chǎn)品發(fā)明時(shí)間（年）發(fā)明者14機(jī)器人1954美國(guó)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(guó)阿波羅18載人航天飛機(jī)1977美國(guó)19磁懸浮列車1965日本時(shí)速400～500公里/時(shí)20光纖通信設(shè)備1968美國(guó)21芯片1971/1999美國(guó)intel950萬晶體管/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(guó)APPLEnewton24手機(jī)90年代初美國(guó)25信息高速公路1993美國(guó)nationalinformationinfrastruture（Nii）二十一一世紀(jì)紀(jì)科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展展的總總趨勢(shì)勢(shì)29制制造技技術(shù)的的發(fā)展展制造技技術(shù)發(fā)發(fā)展的的五個(gè)個(gè)時(shí)期期工場(chǎng)式式生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)期期18世世紀(jì)七七十年年代，，以蒸蒸汽機(jī)機(jī)和紡紡紗機(jī)機(jī)的誕誕生，，引發(fā)發(fā)第一一次工工業(yè)革革命，，從手手工業(yè)業(yè)作坊坊式生生產(chǎn)到到以機(jī)機(jī)械加加工和和分工工原則則為中中心的的工廠廠生產(chǎn)產(chǎn)，機(jī)器代代替手手工。工業(yè)化化規(guī)模模生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)期期19世世紀(jì)電電氣技技術(shù)得得到發(fā)發(fā)展，，由于于電氣氣技術(shù)術(shù)與其其他制制造技技術(shù)的的融合合，開開辟了了嶄新新的電電氣化化新時(shí)時(shí)代，，制造造業(yè)得得到了了飛速速發(fā)展展，制制造技技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)了了批量生生產(chǎn)、、工業(yè)業(yè)化規(guī)規(guī)范生生產(chǎn)的新局局面。。與此此同時(shí)時(shí)，互互換性性原理理和公公差制制度應(yīng)應(yīng)運(yùn)而而生。。30剛性自自動(dòng)化化發(fā)展展時(shí)期期20世世紀(jì)初初，內(nèi)內(nèi)燃機(jī)機(jī)的發(fā)發(fā)明，，引起起了制制造業(yè)業(yè)的革革命，，流水水生產(chǎn)產(chǎn)線和和泰勒勒式工工作制制及其其科學(xué)學(xué)管理理方法法得到到了應(yīng)應(yīng)用。。特別別是第第二次次世界界大戰(zhàn)戰(zhàn)期間間，以以大批量量生產(chǎn)產(chǎn)為模式式，以降降低成成本為為目的的的剛剛性自自動(dòng)化化制造造技術(shù)術(shù)和科科學(xué)管管理方方式得得到了了很大大發(fā)展展。福福特汽汽車制制造公公司用用大規(guī)規(guī)模剛剛性生生產(chǎn)線線代替替手工工作業(yè)業(yè)，使使汽車車的價(jià)價(jià)格在在幾年年內(nèi)降降低到到原價(jià)價(jià)格的的1/8，，促進(jìn)進(jìn)了汽汽車進(jìn)進(jìn)入家家庭。。柔性自自動(dòng)化化發(fā)展展時(shí)期期20世世紀(jì)中中期，，計(jì)算算機(jī)、、微電電子、、信息息和自自動(dòng)化化技術(shù)術(shù)有了了迅速速的發(fā)發(fā)展，，逐步步形成成了數(shù)數(shù)控技技術(shù)（（NC）、、計(jì)算算機(jī)數(shù)數(shù)控（（CNC））、柔柔性制制造單單元（（FMC））、柔柔性制制造系系統(tǒng)（（FMS））、計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)輔助助設(shè)計(jì)計(jì)與制制造（（CAD/CAM））等先先進(jìn)的的制造單單元技技術(shù)和全面面質(zhì)量量管理理（TQM）、、準(zhǔn)時(shí)時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)（JIT）等等科學(xué)學(xué)的管管理理理念和和方法法，為為單一一產(chǎn)品品大批批量剛剛性自自動(dòng)化化生產(chǎn)產(chǎn)向多品種種小批批量柔柔性自自動(dòng)化化生產(chǎn)產(chǎn)方向發(fā)發(fā)展提提供了了技術(shù)術(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)。制制造技技術(shù)的的發(fā)展展31綜合自自動(dòng)化化發(fā)展展時(shí)期期自20世紀(jì)紀(jì)80年代代以來來，設(shè)設(shè)計(jì)、、制造造和管管理在在內(nèi)的的單元元自動(dòng)動(dòng)化技技術(shù)逐逐漸成成熟和和完善善，如如計(jì)算算機(jī)輔輔助設(shè)設(shè)計(jì)與與制造造（CAD/CAM）、、計(jì)算算機(jī)輔輔助工工藝規(guī)規(guī)劃（（CAPP）、、計(jì)算算機(jī)輔輔助工工程（（CAE））、計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)輔助助檢測(cè)測(cè)（CAT）；；在經(jīng)經(jīng)營(yíng)管管理領(lǐng)領(lǐng)域內(nèi)內(nèi)的物物流需需求規(guī)規(guī)劃（（MRP））、制制造資資源規(guī)規(guī)劃（（MRPⅡⅡ）、、企業(yè)業(yè)資源源規(guī)劃劃（ERP）；；在加加工制制造領(lǐng)領(lǐng)域內(nèi)內(nèi)的直直接或或分布布式數(shù)數(shù)控（（DNC））、工工業(yè)機(jī)機(jī)器人人（ROBOT）等等。以以計(jì)算算機(jī)為為中心心的集集成制制造技技術(shù)從從根本本上改改變了了制造造技術(shù)術(shù)的面面貌和和水平平，體體現(xiàn)新新的制制造模模式的的計(jì)算算機(jī)集集成制制造系系統(tǒng)（（CIMS）、、并行行工程程（CE））以及及精良良生產(chǎn)產(chǎn)（LP））得到到實(shí)踐踐、應(yīng)應(yīng)用和和推廣廣。此此外，，精密密成形形技術(shù)術(shù)與裝裝備、、快速速成形形技術(shù)術(shù)與系系統(tǒng)、、少無無切削削技術(shù)術(shù)與裝裝備、、激光光加工工技術(shù)術(shù)與裝裝備等等進(jìn)入入了一一個(gè)空空前發(fā)發(fā)展的的階段段。制制造技技術(shù)的的發(fā)展展32制制造業(yè)業(yè)在國(guó)國(guó)民經(jīng)經(jīng)濟(jì)中中的地地位制造業(yè)業(yè)是國(guó)國(guó)民經(jīng)經(jīng)濟(jì)的的支柱柱產(chǎn)業(yè)業(yè)和經(jīng)經(jīng)濟(jì)增增長(zhǎng)的的發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)美國(guó)：：68%的的財(cái)財(cái)富來來源于于制造造業(yè)；；日本：：49%的的國(guó)國(guó)民生生產(chǎn)總總值（（GNP））來源源于制制造業(yè)業(yè)；中國(guó)：：2001年制制造業(yè)業(yè)增加加值：：37613.1億億元元占國(guó)國(guó)民生生產(chǎn)總總值的的39.21%，，占工工業(yè)生生產(chǎn)總總值的的77.61%。。上交交稅金金4398.17億億元，，占國(guó)國(guó)家稅稅收總總額的的30%和和財(cái)政政收入入的27%。制造業(yè)業(yè)是高高技術(shù)術(shù)產(chǎn)業(yè)業(yè)化的的載體體和實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)代化化的重重基石石20世世紀(jì)興興起的的核技技術(shù)、、空間間技術(shù)術(shù)、信信息技技術(shù)、、生物物醫(yī)學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)等高高新技技術(shù)無無一不不是通通過制制造業(yè)業(yè)的發(fā)發(fā)展而而產(chǎn)生生并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為規(guī)模模生產(chǎn)產(chǎn)力的的。其其直接接結(jié)果果是導(dǎo)導(dǎo)致諸諸如集集成電電路、、計(jì)算算機(jī)、、移動(dòng)動(dòng)通信信設(shè)備備、國(guó)國(guó)際互互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)、機(jī)機(jī)器人人、核核電站站、航航天飛飛機(jī)等等產(chǎn)品品相繼繼問世世，并并由此此形成成了制制造業(yè)業(yè)中的的高新新技術(shù)術(shù)產(chǎn)業(yè)業(yè)。33制制造業(yè)在國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中中的地位制造業(yè)是吸吸納勞動(dòng)就就業(yè)和擴(kuò)大大出口的關(guān)關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)美國(guó)：約1/4人口直接接從事制造造業(yè)，其余余人口中又又有約半數(shù)數(shù)人所做工工作與制造造業(yè)有關(guān)。。中國(guó)：2001年制制造業(yè)全部部從業(yè)人員員8083萬人人，約占全全國(guó)工業(yè)從從業(yè)人員總總數(shù)的90.13%，全國(guó)國(guó)全部從業(yè)業(yè)人口的11.1%。中國(guó)：2001年制制造業(yè)出口口創(chuàng)匯2398億元元。占全國(guó)國(guó)外貿(mào)出口口總額90%。制造業(yè)是國(guó)國(guó)家安全的的重要保障障美國(guó)在一段相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)忽視了制造技術(shù)的發(fā)展，結(jié)果導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)衰退，競(jìng)爭(zhēng)力下降，出現(xiàn)在家電、汽車等行業(yè)不敵日本的局面。20世紀(jì)80年代，發(fā)生了轟動(dòng)一時(shí)的“東芝事件”。美國(guó)重新關(guān)注制造業(yè)的發(fā)展，至1994年美國(guó)汽車產(chǎn)量重新超過日本。34第1章概述Introduction1.3先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)CharacteristicsofAdvancedManufacturingTechnologyAndItsDevelopingTrend35先先進(jìn)制造技技術(shù)產(chǎn)生的的背景消費(fèi)觀念的的變革和市市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日日益激烈在六、七十十年代，市市場(chǎng)主要是是賣方市場(chǎng)場(chǎng)，企業(yè)制制造戰(zhàn)略由由追求生產(chǎn)產(chǎn)規(guī)模轉(zhuǎn)向向降低生產(chǎn)成成本。20世紀(jì)紀(jì)80年代代，由于產(chǎn)產(chǎn)品供過于于求，市場(chǎng)場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橘I買方市場(chǎng)，，企業(yè)向提高產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量的制造戰(zhàn)略略轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)90年代以以來，消費(fèi)費(fèi)者需求日日趨主題化化、個(gè)性化化和多樣化化，產(chǎn)品的的生產(chǎn)和服服務(wù)界限越越來越不明明顯，市場(chǎng)場(chǎng)變化周期期越來越短短，而其具具有不確定定性。這就就要求制造造企業(yè)不僅僅要降低生生產(chǎn)成本、、提高產(chǎn)品品質(zhì)量、及及時(shí)響應(yīng)市場(chǎng)變變化，還要追求求創(chuàng)新和新穎穎。36先先進(jìn)制造技技術(shù)產(chǎn)生的的背景制造全球化化和貿(mào)易自自由化制造業(yè)、制制造產(chǎn)品和和制造技術(shù)術(shù)走向國(guó)際際化，導(dǎo)致致制造業(yè)格格局在全球球的重新分分布和組合合，并使得得經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)在全球范范圍內(nèi)愈演演愈烈。隨隨著世界自自由貿(mào)易體體制進(jìn)一步步完善，以以及全球交交通運(yùn)輸體體系和通信信網(wǎng)絡(luò)的建建立，全球采購(gòu)與與制造一體體化的格局已初初步形成，，國(guó)際經(jīng)濟(jì)濟(jì)合作與交交往日趨緊緊密?？茖W(xué)技術(shù)與與制造技術(shù)術(shù)的相互制制約和促進(jìn)進(jìn)計(jì)算機(jī)、微微電子、信信息、自動(dòng)動(dòng)化等技術(shù)術(shù)的相互滲滲透、融合合和衍生，，極大地促促進(jìn)了制造造技術(shù)在宏觀（制造系統(tǒng)統(tǒng)的建立））和微觀（精密、超超精密加工工）兩個(gè)方方向上的蓬蓬勃發(fā)展，，急劇地改改變了現(xiàn)代代制造業(yè)的的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)、生產(chǎn)方方式、生產(chǎn)產(chǎn)工藝和設(shè)設(shè)備以及生生產(chǎn)組織體體系，使現(xiàn)現(xiàn)代制造業(yè)業(yè)成為發(fā)展展速度快、、技術(shù)創(chuàng)新新能力強(qiáng)、、技術(shù)密集集甚至知識(shí)識(shí)密集型產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。37先先進(jìn)制造技技術(shù)產(chǎn)生的的背景有限的資源源和日益增增長(zhǎng)的環(huán)保保壓力制造業(yè)將制制造資源轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品品的制造過過程，以及及產(chǎn)品的使使用過程和和廢棄處理理過程中，，一方面消消耗大量人人類社會(huì)有有限的資源源，另一方方面也造成成了環(huán)境污污染。有限限的資源正正在威脅著著人類的繼繼續(xù)發(fā)展，，環(huán)境污染染正在威脅脅著人類的的生存。因因此，必須須迅速研制制節(jié)能環(huán)保保性產(chǎn)品及及其創(chuàng)新技技術(shù)、報(bào)廢廢產(chǎn)品的回回收處理技技術(shù)、生態(tài)態(tài)工廠的循循環(huán)制造技技術(shù)等綠色色制造技術(shù)術(shù)與裝備。。先進(jìn)制造技術(shù)的提出是美國(guó)根據(jù)據(jù)本國(guó)制造造業(yè)面臨的的來自世界界各國(guó)，特特別是亞洲洲國(guó)家的挑挑戰(zhàn)，為增增強(qiáng)制造業(yè)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力力，奪回美美國(guó)制造工工業(yè)的優(yōu)勢(shì)勢(shì)，促進(jìn)國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的的發(fā)展，于于20世紀(jì)紀(jì)80年代代末提出來來的。38定義先進(jìn)制造技技術(shù)是制造造業(yè)不斷吸吸收機(jī)械、、電子、信信息、材料料、能源和和現(xiàn)代管理理技術(shù)等方方面的成果果，將其綜綜合應(yīng)用與與產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)、加工、、檢測(cè)、管管理、銷售售、使用、、服務(wù)乃至至回收的制制造全過程程，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高高效、低耗耗、清潔、、靈活生產(chǎn)產(chǎn)，提高對(duì)對(duì)動(dòng)態(tài)多變變市場(chǎng)的適適應(yīng)能力和和競(jìng)爭(zhēng)力的的制造技術(shù)術(shù)的總稱。。先先進(jìn)制造技技術(shù)的特點(diǎn)點(diǎn)特點(diǎn)AMT是一一項(xiàng)綜合性性技術(shù)AMT將各各種與制造造相關(guān)的技技術(shù)集合成成一個(gè)整體體，并貫穿穿到從市場(chǎng)場(chǎng)分析、產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、、加工制造造、生產(chǎn)管管理、市場(chǎng)場(chǎng)營(yíng)銷、維維修服務(wù)直直至產(chǎn)品報(bào)報(bào)廢處理、、回收再生生的生產(chǎn)全全過程。AMT特別別強(qiáng)調(diào)計(jì)算算機(jī)技術(shù)、、信息技術(shù)術(shù)和現(xiàn)代管管理技術(shù)在在制造中的的綜合應(yīng)用用特別強(qiáng)調(diào)調(diào)人的主體體作用，強(qiáng)強(qiáng)調(diào)人、技技術(shù)、管理理的有機(jī)結(jié)結(jié)合。39特點(diǎn)AMT是一一項(xiàng)動(dòng)態(tài)發(fā)發(fā)展技術(shù)AMT沒有有一個(gè)固定定的模式，，AMT實(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模、、實(shí)現(xiàn)程度度、實(shí)現(xiàn)方方法以及側(cè)側(cè)重點(diǎn)要與與企業(yè)的具具體情況相相結(jié)合，并并與企業(yè)的的周邊環(huán)境境相適應(yīng)。。同時(shí)AMT也不是是一成不變變的，而是是動(dòng)態(tài)發(fā)展展的，它要要不斷地吸吸收和利用用各種高新新技術(shù)成果果，并將其其滲透到制制造系統(tǒng)的的各個(gè)部分分和制造活活動(dòng)的整個(gè)個(gè)過程，使使其不斷趨趨于完善。。AMT是面面向工業(yè)應(yīng)應(yīng)用的技術(shù)術(shù)AMT堅(jiān)持持以顧客為為核心，強(qiáng)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)集集成和整體體優(yōu)化，提提倡合理競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)與相互互信任，這這些都是制制造企業(yè)生生存和發(fā)展展的重要條條件。先先進(jìn)制造技技術(shù)的特點(diǎn)點(diǎn)40AMT是面面向全球競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)術(shù)為了贏得國(guó)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)，必須須提高企業(yè)業(yè)綜合效益益（包括經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益、、社會(huì)效益益和環(huán)境生生態(tài)效益））及對(duì)市場(chǎng)場(chǎng)的快速反反應(yīng)能力，，而采用先先進(jìn)制造技技術(shù)是達(dá)到到這一目標(biāo)標(biāo)的重要途途徑。AMT是面面向21世世紀(jì)的技術(shù)術(shù)AMT是制制造技術(shù)發(fā)發(fā)展的新階階段，它保保留了傳統(tǒng)統(tǒng)制造技術(shù)術(shù)中有效要要素，吸收收并充分利利用了一切切高新技術(shù)術(shù)，使其產(chǎn)產(chǎn)生了質(zhì)的的飛躍。AMT強(qiáng)調(diào)調(diào)環(huán)保技術(shù)術(shù)，突出能能源效益，，重視產(chǎn)品品的回收和和再利用，，符合可持持續(xù)發(fā)展的的戰(zhàn)略。先先進(jìn)進(jìn)制造技技術(shù)的特特點(diǎn)特點(diǎn)41制造自動(dòng)化技術(shù)向縱深方向發(fā)展數(shù)字化集成化精密化柔性化網(wǎng)絡(luò)化虛擬化智能化綠色化制造管理理技術(shù)現(xiàn)現(xiàn)代化先先進(jìn)進(jìn)制造技技術(shù)的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)42產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)傳統(tǒng)產(chǎn)品品設(shè)計(jì)方方法的改改進(jìn)主要要是CAD和CAE技技術(shù)的全全面應(yīng)用用。當(dāng)前前研究的的重點(diǎn)是是產(chǎn)品建建模理論論、創(chuàng)新新設(shè)計(jì)、、快速設(shè)設(shè)計(jì)（包包括快速速原型制制造）、、數(shù)值仿仿真、設(shè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)據(jù)管理技技術(shù)等。。近年來來，由于于計(jì)算機(jī)機(jī)輔助技技術(shù)的迅迅速發(fā)展展，不斷斷出現(xiàn)了了許多新新的設(shè)計(jì)計(jì)思想和和設(shè)計(jì)方方法，包包括并行行設(shè)計(jì)（（ConcurrentDesign））、面向向“X””的設(shè)計(jì)計(jì)（DesignforX—DFX））、健壯壯設(shè)計(jì)（（RobustDesign）、、優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)（OptimalDesign）、、反求工工程技術(shù)術(shù)（ReverseEngineering））等，并并已得到到實(shí)際應(yīng)應(yīng)用。傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷改進(jìn)，新型制造技術(shù)迅速發(fā)展先先進(jìn)進(jìn)制造技技術(shù)的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)43零件制造造●毛坯成形形技術(shù)的的改進(jìn)主主要集中中在提高高成形精精度上。。近年來來出現(xiàn)的的近凈成形形（NearNetShapeProcess）和和凈成形形（NetShapeProcess）技術(shù)術(shù)，使毛毛坯逐漸漸向最終終零件形形狀和尺尺寸逼近近。近凈凈成形與與凈成形形技術(shù)包包括近凈凈鑄造成成形、精精確塑性性成形、、精確連連接、精精密熱處處理改進(jìn)進(jìn)、表面面改進(jìn)、、高精度度模具等等專業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域。零件機(jī)械械加工技技術(shù)的改改進(jìn)主要要表現(xiàn)在在強(qiáng)力切切削/磨磨削與高高速切削削/磨削削技術(shù)的的迅速發(fā)發(fā)展。特特別是高高速切削削與超高高速切削削技術(shù)的的發(fā)展可可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)“以切代磨磨”，這不不僅可以以極大地地提高生生產(chǎn)效率率，而且且可以獲獲得較高高加工精精度，還還可以實(shí)實(shí)現(xiàn)難以以加工材材料的切切削加工工。傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷改進(jìn)，新型制造技術(shù)迅速發(fā)展先先進(jìn)進(jìn)制造技技術(shù)的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)44零件制造造●新型零件件制造方方法，又又稱特種種加工方方法，將將電、磁磁、聲、、光等物物理量及及化學(xué)能能量或其其組合直直接施加加在工件件被加工工的部位位上，從從而使材材料被去去除、累累加、變變形或改改變性能能等。精密制造造技術(shù)精密制造造技術(shù)包包括精密密與超精精密加工工、微細(xì)細(xì)與超微微細(xì)加工工以及微微型機(jī)械械等。目目前超精精密加工工的尺寸寸精度已已達(dá)到0.025μm，表面面粗糙度度Ra達(dá)達(dá)到0.005μm；；微細(xì)加加工通常常指1mm以下下微小尺尺寸零件件的加工工，超微微細(xì)加工工通常指指1μm以下超超微細(xì)尺尺寸零件件的加工工。目前前，微細(xì)細(xì)與超微微細(xì)加工工的精度度已達(dá)到到納米級(jí)級(jí)（0.1nm—100nm）。傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷改進(jìn)，新型制造技術(shù)迅速發(fā)展先先進(jìn)進(jìn)制造技技術(shù)的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)45綠色制造造將成為為21世世紀(jì)制造造業(yè)的重重要特征征綠色制造造技術(shù)是是指在保保證產(chǎn)品品的功能能、質(zhì)量量、成本本的前提提下，綜綜合考慮慮環(huán)境影影響和資資源效率率的一種種現(xiàn)代制制造模式式。對(duì)于于制造過過程而言言，綠色色制造從從原材料料投入到到產(chǎn)出成成品的全全過程，，包括節(jié)節(jié)約原材材料和能能源，替替代有毒毒原材料料，將一一切排放放物的數(shù)數(shù)量與毒毒性削減減在離開開生產(chǎn)過過程之前前。對(duì)于于產(chǎn)品而而言，綠綠色制造造覆蓋構(gòu)構(gòu)成產(chǎn)品品整個(gè)生生命周期期的各個(gè)個(gè)階段，，及從原原材料提提取到產(chǎn)產(chǎn)品的最最終處置置，包括括產(chǎn)品的的設(shè)計(jì)、、生產(chǎn)、、包裝、、運(yùn)輸、、流通、、消費(fèi)及及報(bào)廢等等，減少少對(duì)人類類和環(huán)境境的不利利影響。。傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷改進(jìn)，新型制造技術(shù)迅速發(fā)展先先進(jìn)進(jìn)制造技技術(shù)的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)46第1章概述Introduction1.4先進(jìn)制