現(xiàn)代制造技術

第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日制造技術概念制造技術，概括說：指實現(xiàn)設計技術原理的方法和手段。在產品生產中，具體指使原材料轉化為產品的過程中所施行的各種手段的總和。運用一定的知識、技能操縱可以利用的物質、工具采取有效的方法……

手段包括

對于制造技術的理解也有廣義和狹義之分。廣義理解制造技術涉及生產活動的各個方面和生產的全過程，制造技術被認為是一個從產品概念到最終產品的集成活動。狹義理解為機電產品的機械制造技術。廣義的概念已為越來越多的人所接受。1.1.1制造技術的演進2第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.1制造技術的演進

17世紀60年代，瓦特改進蒸汽機，標志第一次工業(yè)革命興起，工業(yè)化大生產從此開始；

18世紀中,麥克斯韋爾建立電磁場理論,開啟電氣化時代；

19世紀機器在英國誕生，先后傳入法國、德國和美國。用機器代替手工，從作坊形成工廠；

20世紀初，福特汽車生產線、泰勒以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理方法，標志著自動化時代到來（以大量生產為特征—MassProduction）；二戰(zhàn)后，隨著計算機、微電子技術，信息技術、自動控制技術的發(fā)展及市場需求的多樣性趨勢，出現(xiàn)了中小批量生產的自動化系統(tǒng)，并產生了綜合自動化和許多新的制造哲理與生產模式。例如：NC、FMS、

CAD/CAM等；進入21世紀，制造技術向自動化、柔性化、集成化、智能化、精密化和清潔化的方向發(fā)展。制造技術的演進3第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.2制造業(yè)發(fā)展的教訓上個世紀70年代,美國不重視制造業(yè),把制造業(yè)稱為“夕陽工業(yè)

”,結果導致美國80年代的經濟衰退。

80年代后期，美國的一些國會議員、政府要員紛紛要求政府出面協(xié)調和支持制造產業(yè)的發(fā)展，1991年布什政府期間，美國白宮科學技術政策辦公室發(fā)表了總數(shù)為22項的美國國家關鍵技術，其中制造技術占4項，標志著美國科技政策的轉變?？肆诸D上臺后，對制造業(yè)大力支持，他把現(xiàn)代制造技術列為六大國防關鍵技術之首。結果美國在機械工業(yè)、汽車工業(yè)、航空工業(yè)及信息產業(yè)等方面取得了明顯的進展，使美國的經濟連續(xù)8年取得了2-3%的增長率，而且還同時保持低通脹率和低失業(yè)率。這就是克林頓雖發(fā)生丑聞而未被彈劾的主要原因。美國的教訓4第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.2制造業(yè)發(fā)展的教訓

在上個世紀70-80年代，日本非常重視制造業(yè)，特別大抓了汽車制造和微電子制造，結果日本的汽車和家用電器占領了全世界的市場，特別是大舉進入了美國市場。

日本的微電子芯片成為美國高技術產品的關鍵元件。1991年海灣戰(zhàn)爭結束后，日本人說美國贏得這場戰(zhàn)爭依靠的是日本的芯片，是“日本的芯片打敗了伊拉克的鋼片”。日本的經驗5第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.2制造業(yè)發(fā)展的教訓1998年爆發(fā)的東南亞經濟危機，從另一個側面反映了一個國家發(fā)展制造業(yè)的重要。一個國家，如果把經濟的基礎放在股票、旅游、金融、房地產、服務業(yè)上，而無自己的制造業(yè)，這個國家的經濟就容易形成泡沫經濟，一有風吹草動就會產生經濟危機。新加坡、臺灣都有自己的制造業(yè)，因此受經濟危機的影響小一些。東南亞經濟危機的啟示6第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.2制造業(yè)發(fā)展的教訓瑞士依靠什么使人均產值居世界第一？瑞士是一個僅700萬人口的小國，但瑞士的制造業(yè)十分發(fā)達，瑞士的精密機械產品的出口量是我國的8倍，瑞士的手表世界第一，連小小的軍刀，也風靡全世界。瑞士的年人均國民生產總值達到4.3萬美元以上,居世界第一。7第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.3制造業(yè)在國民經濟中的地位

國民經濟的支柱產業(yè)，國民經濟總收入的60%以上來自制造業(yè)，世界發(fā)達國家無不具有強大的制造業(yè)。機械制造業(yè)是制造業(yè)的基礎,是重中之重。美國：約1/4人口直接從事制造業(yè)，其余人口中又有約半數(shù)人所做工作與制造業(yè)有關。

日本由于重視制造業(yè)，二次大戰(zhàn)后30年時間，發(fā)展成為世界經濟強國。與此相反，美國在一段相當長時間內忽視了制造技術的發(fā)展，結果導致經濟衰退，競爭力下降，出現(xiàn)了家電、汽車等行業(yè)不敵日本的局面。直至上世紀80年代初，美國才開始清醒，重新關注制造業(yè)的發(fā)展，至1994年美國汽車產量重新超過日本。8第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.2.3制造業(yè)在國民經濟中的地位

紡織機械動力機械家用電器通訊設備出版印刷網絡媒體文化娛樂冶金機械建筑機械交通工具環(huán)保設備軍事裝備醫(yī)療設備機器制造農業(yè)機械化工設備制造業(yè)◆

下圖顯示了當今制造業(yè)的社會功能。

9第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.4我國制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)我國制造業(yè)的現(xiàn)狀改革開放以來中國制造業(yè)發(fā)展迅速，成績矚目：（1）引進國外先進技術5000多項。近幾年發(fā)展的新產品，50%達到或接近世界先進水平。（2）一些重要產品的年生產能力已躍居世界前列，如汽車年產1000萬輛以上，數(shù)控機床年產15萬臺以上。（3）我國已成為世界最大的服裝紡織品出口國；與日本、馬來西亞和韓國并稱世界消費類電子產品四大生產國。（4）成功開發(fā)生產了多種運輸機和新舟60、AR21等支線飛機，大飛機研發(fā)正在進行；神州七號發(fā)射后，中國載人航天將轉向第三部戰(zhàn)略計劃：發(fā)射自己的空間站。（5）一些新產品的技術水平已達世界領先或先進水平，如沈陽機床集團的電主軸高速臥式加工中，沈陽變壓器廠的50萬伏超高壓變壓器，黎明航發(fā)集團的中國第一臺擁有完全知識產權的航空發(fā)動機、燃氣輪機，沈陽新松機器人自動化有限公司的6000米水下機器人，清華大學制造工程研究所研制開發(fā)的并聯(lián)構型機床等產品。10第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.4我國制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)我國制造業(yè)與世界發(fā)達國家的差距（1)總體規(guī)模仍然偏小，僅為美國的1/5、日本的1/4。（2)制造業(yè)的人均勞動生產率低，僅為美國的1/25、日本的1/26、德國的1/20。（3)產業(yè)結構不合理，產品低端、利潤微薄。表現(xiàn)在：

1）我國裝備制造業(yè)占整個制造業(yè)的比重不到30％，比發(fā)達國家的平均水平低５％以上，遠低于美國的41.9％、日本的43.6％、德國的46.4％。

2）我國裝備制造業(yè)至今依然處于國際產業(yè)鏈的低端，裝備制造業(yè)出口商品的80％~90％是貼牌加工。

3）在成套設備生產中缺乏具有系統(tǒng)設計、系統(tǒng)成套等能力的制造企業(yè)，導致我國僅具備生產設備的部分零件能力，使得企業(yè)在裝備制造業(yè)只能賺“小頭”。11第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.4我國制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)我國制造業(yè)與世界發(fā)達國家的差距（續(xù)）（4)技術創(chuàng)新能力和自主開發(fā)能力薄弱，突出表現(xiàn)為：

1）進口的各種基礎設備價值大致占我國進口總值的50％，其中光纖制造設備的100％，發(fā)電設備的90％，集成電路芯片制造設備的85％，石油化工設備的80％，轎車工業(yè)設備、數(shù)控機床、紡織機械、膠印設備的70％來自于進口產品。在大型飛機、大型醫(yī)療等領域，我國主要靠全盤進口。

2）產品開發(fā)周期較長，企業(yè)對市場的快速反應能力差。我國機械新產品的平均開發(fā)周期為18個月，而美國新產品設計周期為3個星期，試制周期3個月。

3）先進制造技術在國內尚處于初級開發(fā)階段，普及率較低，與發(fā)達國家存在著階段性差距。

中國是制造業(yè)大國---但不是制造業(yè)強國12第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.4我國制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)

困難：技術上落后，資金不足，資源短缺，管理體制、周邊環(huán)境還存在諸多問題（地方保護，信用危機…）

機遇：中國已加入WTO；制造業(yè)的世界格局正在發(fā)生重大變化，歐、亞、美三分天下局面正在形成，世界經濟重心開始出現(xiàn)向亞洲轉移的征兆，制造業(yè)的產品結構、生產模式也在迅速變革之中。

機遇與挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)與機遇并存。

13第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.5現(xiàn)代制造技術的提出

（ModernManufacturingTechnology）

MMT首先由美國于20世紀80年代末提出。也可稱先進制造技術（AMT）。

長期以來，美國政府只對基礎研究、衛(wèi)生健康、國防技術等給予經費支持，而對產業(yè)技術不予支持，主張產業(yè)技術通過市場競爭，由企業(yè)自主發(fā)展。

20世紀70年代，一批美國學者不斷鼓吹美國已進入“后工業(yè)化社會”，認為制造業(yè)是“夕陽工業(yè)”，主張經濟重心由制造業(yè)轉向高科技產業(yè)和第三產業(yè)。

結果：導致美國在經濟上競爭力下降，貿易逆差巨增，日本家電、汽車大量涌入并占領了美國市場。（20世紀60年代美國汽車產量占世界汽車總產量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）。14第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.5現(xiàn)代制造技術的提出

20世紀80年代,美國政府開始認識到問題的嚴重性。

白宮的一份報告稱“美國經濟衰退已威脅到國家安全”。

MIT(美國麻省理工學院)的一份報告寫到“經濟競爭歸根結底是制造技術和制造能力的競爭”，“一個國家要生活好，必須生產好”，表明美國知識界與政府之間取得了共識。

1988年,美國政府投資進行大規(guī)?！?1世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略”研究,并于其后不久提出了“先進制造技術”發(fā)展目標，制定并實施了“先進制造技術計劃（ATP）”和“制造技術中心計劃（MTC）”。

1991年，白宮科學技術政策辦公室發(fā)表“美國國家關鍵技術”報告，重新確立了制造業(yè)的地位。15第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日

先進制造技術計劃（ATP）為美國人提供更多高技術、高工資就業(yè)機會，促進美國經濟增長；提高能源效益，減少污染，創(chuàng)造更加清潔的環(huán)境；使美國私人制造業(yè)在世界市場上更具有競爭力，保持美國的競爭地位；使教育系統(tǒng)對每個學生進行更富有挑戰(zhàn)性的教育；鼓勵科技界把確保國家安全和提高全民生活質量作為核心目標。1.1.5現(xiàn)代制造技術的提出

由美國聯(lián)邦政府科學、工程和技術協(xié)調委員會（FCCSET）提出，1994年年度預算為14億美元。ATP目標:16第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日

又稱“合作伙伴計劃”，由美國國家標準與技術研究院（NIST）牽頭。

目標：面向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)，在技術擁有者（通常為政府的研究機構、國家實驗室、大學）與需要這些技術的中小企業(yè)之間建立合作的橋梁，使中小企業(yè)掌握先進制造技術，或使他們具有識別、選擇適用于自己企業(yè)的先進制造技術的能力。

方法：一個地區(qū)設立一個中心（至95年已建立了30個中心），為中小企業(yè)展示新的制造技術和設備，并進行培訓，幫助他們選用。

經費：國會撥款。1.1.5現(xiàn)代制造技術的提出制造技術中心計劃（MTC）17第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日

汽車2mm工程，使轎車車身精度達到豐田水平；1994年,美國汽車產量重新超過日本,重新占領歐美市場；美國Inter公司成為世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生產也不敵日本，包括海灣戰(zhàn)爭中大出風頭的“愛國者”導彈上使用的芯片也是日本制造的）；20世紀90年代，美國經濟持續(xù)增長，失業(yè)率降低到歷史最低水平；提出了一系列先進制造技術的新理論、新思想，如：并行工程，精益生產，敏捷制造，…1.1.5現(xiàn)代制造技術的提出ATP&MTC

效果顯著18第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日

現(xiàn)代制造技術一經提出，立即引起了世界各國的積極響應，紛紛制定了多種發(fā)展計劃，以支持發(fā)展現(xiàn)代制造技術。

美國：先進制造技術計劃(ATP)和制造技術中心計劃(MTC)

日本：智能制造技術計劃，即IMS計劃韓國：高級先進技術國家計劃，即G-7計劃歐共體：歐洲工業(yè)技術基礎研究計劃和歐洲信息技術研究發(fā)展戰(zhàn)略計劃我國：“九五”規(guī)劃和“863計劃”的重點發(fā)展內容。在“九五”期間，實施了一批發(fā)展現(xiàn)代制造技術的項目。例如：數(shù)控系統(tǒng)及裝備研究，自動測試系統(tǒng)及設備技術研究，現(xiàn)場總線、智能化儀器儀表研究，傳感器技術研究，“CIMS”等。1.1.5現(xiàn)代制造技術的提出19第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.6現(xiàn)代制造技術的內涵

至今尚無明確的和一致公認的定義，通過對其特征的分析和多年的實踐，可以認為：◆

MMT是制造業(yè)不斷吸收信息技術和現(xiàn)代管理技術的成果，并將其綜合應用于產品設計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭力的制造技術的總稱?！粢c：MMT定義

目標是提高制造企業(yè)對市場的適應能力和競爭力；強調信息技術、現(xiàn)代管理技術與制造技術的有機結合；是信息技術、現(xiàn)代管理技術在整個制造過程中綜合應用；20第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.7MMT的特點

◆

MMT是一項綜合性技術MMT不是一項具體的技術，而是利用系統(tǒng)工程思想和方法將各種相關技術集合成一個整體，它特別強調計算機技術、信息技術和現(xiàn)代管理技術在整個制造過程中的綜合應用，特別強調人的主體作用，強調人、技術、管理的有機結合。◆

MMT是一項動態(tài)技術

MMT沒有一個固定的模式，它要與企業(yè)的具體情況相結合。同時MMT也不是一成不變的，而是動態(tài)發(fā)展的，它要不斷地吸收和利用各種高新技術成果，并將其滲透到制造系統(tǒng)的各個部分和整個過程，使其不斷趨于完善。MMT特征21第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.1.7MMT的特點

◆

MMT是面向全球競爭的技術通過提高企業(yè)綜合效益和對市場的快速反應能力，達到提高競爭力的目標?！?/p>

MMT是面向21世紀的技術

MMT是制造技術發(fā)展的新階段，它保留了傳統(tǒng)制造技術中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技術，使其產生了質的飛躍。◆

MMT強調環(huán)保技術，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略◆

MMT是面向工業(yè)應用的技術

MMT有明顯的需求導向特征，不以追求技術高新度為目的，重在實際效果。22第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日現(xiàn)代制造技術第1章現(xiàn)代制造技術導論

1.2現(xiàn)代制造技術的體系結構23第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日美國機械科學研究院(AMST)提出的MMT輪圖

1.2.1AMST多層次現(xiàn)代制造技術體系TQCSE基礎制造技術CADCAM數(shù)控技術機器人技術FMC清潔生產技術質量與可靠性CE系統(tǒng)管理技術MRPⅡCIMSIMSAM集成技術新型產業(yè)及市場需求帶動（重大裝備、高新技術產業(yè)、社會協(xié)調發(fā)展）系統(tǒng)工程及管理科學信息技術

AMST（美國機械科學研究院）提出的體系圖

新材料技術新能源技術◆第二個層次是新型的制造單元技術。如制造業(yè)自動化單元技術、極限加工技術、質量與可靠性技術、系統(tǒng)管理技術、CAD／CAM、清潔生產技術、新材料成形加工技術、激光與高密度能源加工技術、工藝模擬及工藝設計優(yōu)化技術等?！舻谝粋€層次是優(yōu)質、高效、低耗、清潔基礎制造技術。包括精密下料、精密塑性成形、精密鑄造、精密加工、精密測量、毛坯強韌化、精密熱處理、優(yōu)質高效連接技術、功能性防護涂層及各種與設計有關的基礎技術、各種現(xiàn)代管理技術。◆第三個層次是先進制造集成技術。這是應用信息技術和系統(tǒng)管理技術，通過網絡與數(shù)據(jù)庫對上述兩個層次的技術集成而形成的。24第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.2.2FCCSET現(xiàn)代制造技術體系

美國聯(lián)邦政府科學、工程和技術協(xié)調委員會（FCCSET）于1994年提出MMT的分類目錄，指出“MMT是制造技術和現(xiàn)代高技術結合而產生的一個完整的技術群”。其結構體系見下圖。主體技術群面向制造的設計技術群(產品和工藝設計技術群）制造工藝技術群（加工和裝配技術群)支撐技術群制造技術基礎設施25第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.2.2FCCSET現(xiàn)代制造技術體系面向制造的設計技術群

產品/工藝設計

計算機輔助設計工藝過程建模和仿真工藝規(guī)程設計系統(tǒng)工程基礎

快速成型技術并行工程制造工藝技術群

材料生產工藝加工工藝聯(lián)接與裝配測試和檢測環(huán)保技術維修技術其他

信息技術

接口技術集成技術人工智能

數(shù)據(jù)庫軟件工程決策支持

標準和框架

數(shù)據(jù)標準工藝標準接口框架

產品定義和標準檢驗標準

機床和工具技術傳感器和控制技術

質量管理用戶/供應商交互作用工作人員培訓和教育

全國監(jiān)督和基準評測技術獲取和利用主體技術群支撐技術群制造基礎設施環(huán)境使先進制造技術適用于具體企業(yè)應用環(huán)境，充分發(fā)揮其功能，取得最佳效益的一系列措施，是先進制造技術生長的機制和土壤。其內容主要包括：26第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1.2.3現(xiàn)代制造技術的分類

現(xiàn)代制造技術的研究可分為四大領域，并形成一個有機整體：◆先進制造生產模式敏捷制造、精益生產、并行工程、精良生產、智能制造、虛擬制造等。◆現(xiàn)代設計技術

計算機輔助設計技術、仿真與虛擬設計、優(yōu)化設計、綠色設計、可靠性設計等。◆先進制造工藝技術特種加工技術、快速原型制造技術、超高速超精密加工、微型機械加工技術等?！糁圃熳詣踊夹g

數(shù)控技術、工業(yè)機器人、計算機集成制造系統(tǒng)、柔性制造系