先進制造技術(shù)課件第1章.ppt

1、先進制造技術(shù),教學(xué)內(nèi)容安排,第一章 概述 第二章 制造自動化技術(shù) 第三章 先進制造工藝技術(shù) 第四章 先進制造技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù),本書共有四章節(jié),本課程的有關(guān)說明 1. 學(xué)時 本課程教材總學(xué)時40學(xué)時，課堂講授40學(xué)時。 2. 特點 本門課程的特點可歸納為：新、多、雜、變幾個字。新是指本課程的內(nèi)容大都是近10余年發(fā)展起來的技術(shù)。多和雜是指本課程內(nèi)容多而且龐雜，結(jié)構(gòu)不是十分清晰。變是指隨著制造技術(shù)的發(fā)展，本教材中的一些內(nèi)容，甚至是概念都有可能發(fā)生變化,第一章 概 述,1.1 制造系統(tǒng)的基本概念和發(fā)展 1.2 先進制造技術(shù)的發(fā)展背景 1.3 先進制造技術(shù)的概念與特點 復(fù)習(xí)思考題,1.1 制造系統(tǒng)的基本

2、概念和發(fā)展,1.1.1 制造系統(tǒng)的基本概念,包括市場分析、經(jīng)營決策、產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、加工裝配、質(zhì)量保證、生產(chǎn)管理、市場營銷、維修服務(wù)，以及產(chǎn)品報廢后的回收處理等整個產(chǎn)品周期,原材料,產(chǎn)品,工藝 能源,知識 技能 工具,制造,生產(chǎn)車間的加工和裝配過程,狹義制造,廣義制造,制造過程,產(chǎn)品從設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維修、報廢、回收等的全過程、也稱為產(chǎn)品的生命周期,制造業(yè),將可用資源與能源通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人和社會利用的工業(yè)產(chǎn)品或生活消費品的行業(yè),制造系統(tǒng),構(gòu)成的有機整體,軟件,硬件,硬件,人、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工具和物料傳輸設(shè)備、輔助裝置等,軟件,生產(chǎn)信息、決策信息、生產(chǎn)方法、工藝手段和管理模式等,

3、目標,制造資源轉(zhuǎn)變成財富或產(chǎn)品,我 國 制 造 分 類 和 構(gòu) 成,1）制造業(yè)的地位和作用,三大產(chǎn)業(yè),農(nóng)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,1）在發(fā)達國家中,制造業(yè)創(chuàng)造了約60%的社會財富、約 45%的國民經(jīng)濟收入。 2）據(jù)統(tǒng)計，美國68%的社會財富來自于制造業(yè)。 3）CIRP在1999年的報告中指出：在國家生產(chǎn)力的構(gòu)成中，制造技

4、術(shù)的作用一般占55%-65%。 4）在許多國家的科技發(fā)展計劃中，先進制造技術(shù)都被列為優(yōu)先發(fā)展的科技,提供人們衣、食、住、行物質(zhì)消費 決定全社會的長遠效益和經(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,1）人從猿進化而來, 人猿分離, 是由于人學(xué)會雙足行走和用手制造并使用工具。 2）中國的元謀人（170萬年前的南方古猿）、非洲人早在160萬年前即開始用火，石料開采和加工

5、，形成了原始制造業(yè)。飲食改善促進了腦的發(fā)展。200萬年前的猿人 腦容量約為700毫升，100萬年前的直立人腦容量約為1000毫升，50萬年前增加到1200毫升，1929年發(fā)現(xiàn)的57萬年前的北京（直立）猿人為1050毫升， 而現(xiàn)代人的腦容量平均為1450毫升，現(xiàn)代人的大腦皮層褶皺面積為 1700-2200平方厘米，是黑猩猩的3倍。 3）恩格斯指出：“直立和勞動創(chuàng)造了人類，而勞動是從制造工具開始的。動物所做到的最多是收集,而人則從事生產(chǎn)。,1.1.2 制造系統(tǒng)的發(fā)展,制造業(yè)創(chuàng)造了人類,1）用機器代替手工，從作坊形成工廠 19世紀機器在英國誕生，先后傳人法國、德國和美國。 2）從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大

6、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,一、美國的教訓(xùn) 1) 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(jié)果導(dǎo)致美國80年代的經(jīng)濟衰退。 2) 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(diào)和支持制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，1991年，布什政府期間，美國白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表了總數(shù)為22項的美國國家關(guān)鍵技術(shù)，其中制造技術(shù)占

7、4項，標志著美國科技政策的轉(zhuǎn)變。 3) 克林頓上臺后，對制造業(yè)大力支持，他把先進制造技術(shù)列為六大國防關(guān)鍵技術(shù)之首。結(jié)果美國在機械工業(yè)、汽車工業(yè)、航空工業(yè)及信息產(chǎn)業(yè)等方面取得了明顯的進展，使美國的經(jīng)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,制造業(yè)發(fā)展的教訓(xùn),二、日本的經(jīng)驗 1）在上個世紀70-80年代，日本非常重視制業(yè)，特別大抓了汽車制造和微電子制造，結(jié)果日本的汽車和家用電器占領(lǐng)了全世界的市場，特別是大舉進入了美國市場。 2）日本的微電子芯片成為美國高技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)鍵元件。1991年海灣戰(zhàn)爭結(jié)束后，日本人說美國贏得這場戰(zhàn)爭是依靠

8、的日本的芯片，是“日本的芯片打敗了伊拉克的鋼片,三、東南亞經(jīng)濟危機的啟示 1）1998年爆發(fā)的東南亞經(jīng)濟危機，從另一個側(cè)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(jīng)濟的基礎(chǔ)放在股票、旅游、金融、房地產(chǎn)、服務(wù)業(yè)上，而無自己的制造業(yè)，這個國家的經(jīng)濟就容易形成泡沫經(jīng)濟，一有風(fēng)吹草動就會產(chǎn)生經(jīng)濟危機。 2）新加坡、臺灣都有自己的制造業(yè)，因此受經(jīng)濟危機的影響小一些,四、 瑞士依靠什么使人均產(chǎn)值居世界第一？ 1）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(chǎn)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(fēng)靡全世界。 2）現(xiàn)在瑞士的年人均國民生產(chǎn)總值達到4.3

9、萬美元以上,居世界第一,1.1.3 21世紀的企業(yè)特征,1、快速響應(yīng)市場競爭的挑戰(zhàn)實現(xiàn)制造環(huán)節(jié)并行 2、全球化競爭的挑戰(zhàn)技術(shù)資源的集成 有三個主要的因素促使技術(shù)資源的集成： （1）為滿足市場需求，企業(yè)必須快速響應(yīng)那些具有不 同期望和多種選擇的顧客。 （2）快速響應(yīng)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(yīng)者和合作者的通信。 （3）新技術(shù)的快速吸收要求整個企業(yè)具有快速的學(xué) 習(xí)能力,3、信息時代的挑戰(zhàn)信息向知識的轉(zhuǎn)變 4、環(huán)境保護壓力的挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展 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)全新制造工藝及產(chǎn)品的開發(fā) 2020年，技術(shù)創(chuàng)新的單元將在以下諸方面

10、發(fā)巨大 的能力： （制造單元工藝） 1）多單元工藝技術(shù)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。 2）全部可編程、不需要硬工裝的工藝，將使產(chǎn)品的 制造、迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)成為可能,個性化和多樣化 產(chǎn)品制造智能化 包括產(chǎn)品自身智能和生產(chǎn)定制化、模塊化，滿足不同消費者喜好 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 智能化 包括產(chǎn)品自身智能和生產(chǎn)設(shè)施工具的智能 綠色產(chǎn)品 全壽命周期無污染、低資源消耗和可回收利用,21世紀制造業(yè)的產(chǎn)品特征,1.2 先進制造技術(shù)的提出和進展 1.2.1 制造技術(shù)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)

11、生產(chǎn)方式,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),小批量少品種大批量多品種變批量,制造技術(shù)的發(fā)展階段,工場式生產(chǎn)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(chǎn)的轉(zhuǎn)變 工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)時期-19世紀，實現(xiàn)了批量工業(yè)化規(guī)范 生產(chǎn) 剛性自動化發(fā)展時期-20世紀初，以大批量生產(chǎn)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(chǎn)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

12、,1.2.2 先進制造技術(shù)產(chǎn)生背景 1）社會經(jīng)濟發(fā)展背景 消費需求：主題化、個性化和多樣化，產(chǎn)品壽命周期縮短 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，又有基于實力的合作。 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)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 資源匱泛，污染嚴重 環(huán)境問題不能以犧牲今后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,2)科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景 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 現(xiàn)代制造業(yè)成為技術(shù)密集、知識密集型產(chǎn)業(yè) 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

13、影響,先進制造技術(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,美 國,1.2.3 各國先進制造技術(shù)的發(fā)展,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)、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

14、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,1.3 先進制造技術(shù)的定義 先進制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收機械、電子、信息(計算機與通信、控制理論、人工智能等)、能源、材料以及現(xiàn)代管理技術(shù)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

15、用、服務(wù)乃至回收的全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力并取得理想經(jīng)濟效果的制造技術(shù)總稱,AT這一全新概念的提出，立即受到世界各國政府、企業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，并將其稱之為面向21世紀的技術(shù)。因為先進制造技術(shù)的主要特征是強調(diào)實用性，它以提高企業(yè)綜合經(jīng)濟效益為目的，所以被認為是提高制造業(yè)競爭能力的主要手段，對促進整個國民經(jīng)濟的發(fā)展有著不可估量的影響,1.3 先進制造技術(shù)的特點,1）先進制造技術(shù)不是一成不變的，而是個動態(tài)技術(shù)。它是一個相對的、動態(tài)的概念，是為了適應(yīng)時代要求，提高競爭能力，對制造技術(shù)不斷優(yōu)化所形成的。它要不斷吸收各種高新技術(shù)成果（機械

16、、電子、計算機與通信、控制理論、人工智能等、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理），將其滲透到產(chǎn)品的設(shè)計、制造、生產(chǎn)管理及市場營銷的所有領(lǐng)域及其全部過程，并且實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn),2）. 先進制造技術(shù)是面向新世紀的技術(shù)系統(tǒng)，它的目的很明確，即提高制造業(yè)的綜合效益（包括經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境生態(tài)效益），贏得激烈的國際市場競爭。 （3）.先進制造技術(shù)并不拋棄傳統(tǒng)技術(shù)，而是不斷用科技新手段去研究它，并運用科技新成果去改造它，充實它。特別是利用先進技術(shù)研究傳統(tǒng)工藝的成形原理，建立數(shù)學(xué)模型，并利用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)進行傳統(tǒng)工藝方法的優(yōu)化,1.3 先進制造技術(shù)的特點,1.3 先進制造技術(shù)的特點,4）.先進制造

17、技術(shù)并不僅限于制造過程本身，它涉及到產(chǎn)品從市場調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、加工制造、售后售前服務(wù)等產(chǎn)品壽命周期的所有內(nèi)容，并將它們結(jié)合成一個有機的整體。 （5）.先進制造技術(shù)特別強調(diào)計算機技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計、制造和生產(chǎn)組織管理等方面的應(yīng)用。 （6）. 先進制造技術(shù)特別強調(diào)人的主體作用，強調(diào)人、技術(shù)、管理三者的有機結(jié)合,7）.先進制造技術(shù)不是一項具體技術(shù)，它是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個有機整體。 （8）. 先進制造技術(shù)特別強調(diào)環(huán)境保護，既要求其產(chǎn)品是所謂的“綠色商品”，又要求產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是環(huán)保型的,1.3 先進制造技術(shù)的特點,3. 先進制造技術(shù)特點的具體體

18、現(xiàn) （1）.高效率 在提高生產(chǎn)效率方面，提高自動化程度是各國致力發(fā)展的方向。近些年來，計算機數(shù)控（CNC）、計算機輔助設(shè)計與制造（CADCAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）發(fā)展非常迅速。各種新理論層出不窮，如敏捷制造、快速原型制造、并行工程、及時生產(chǎn)、虛擬制造，集成相關(guān)信息和資源，其本質(zhì)均是實現(xiàn)高效率、自動化生產(chǎn)的思想。就應(yīng)用于實踐的CNC、FNC、FMS來看，已有力地顯示出其有柔性化、自動化、資源共享和高效率的強大生命力,2、高精度 在提高精度方面，從精密加工發(fā)展到超精密加工，這出是世界各主要工業(yè)發(fā)達國家致力發(fā)展的方向。例如，超大規(guī)模集成電路、導(dǎo)彈火控系統(tǒng)、慣導(dǎo)陀

19、螺、精密儀器、精密雷達、精密機床等都需要采用超精密加工技術(shù)。眾所周知，在飛機、潛艇等軍事設(shè)施中使用的精密陀螺、復(fù)印機的磁鼓、大型天文望遠鏡以及大規(guī)模集成電路的硅片等高新技術(shù)產(chǎn)品都需要超精密加工技術(shù)的支持。精密加工是指加工精度在0.1-1m之間，表面粗糙度Ra在0.1m以下的加工方法；而加工精度控制在0.1m以下，表面粗糙度Ra在0.02m以下的加工方法則稱為超精密加工,3、多樣化 隨著難加工材料（高強度、高韌性、高脆性、耐高溫及磁性材料）及精密、細小、形狀復(fù)雜的零件需求迅速嗇，與此相適應(yīng)的制造技術(shù)出日新月異并多樣化。許多產(chǎn)品要求具備很高的強度重量比；有些產(chǎn)品在精度、工作速度、功率及小型化方面要

20、求很高；有些產(chǎn)品則要求在高溫、高壓和腐蝕環(huán)境中能可靠地進行工作。為了適應(yīng)上述要求，新結(jié)構(gòu)、新材料和復(fù)雜形狀的精密零件不斷出現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)形狀愈來愈復(fù)雜，材料韌性愈來愈強，零件精度愈來愈高。這些需求使激光加工、電子束和離子束加工等新方法應(yīng)運而生，并得到迅速發(fā)展,4、綜合化 當前，制造技術(shù)正沿著綜合化方向發(fā)展。例如，在切削區(qū)引入聲、光、電、磁等能量之后，可以形成超聲振動切削、激光輔助切削、帶電切削、磁化切削等組合化特種切削工藝。對最基本的切削工藝加以復(fù)合，可以組成諸如電化學(xué)與機械加工的復(fù)合、電火花與機械加工復(fù)合、電化學(xué)與超聲波加工復(fù)合、電化學(xué)與電火花加工復(fù)合等。不同的特種工藝出可能相互復(fù)合。復(fù)合工藝的特點在于發(fā)揮各自的優(yōu)勢，不僅提高了質(zhì)量，而且提高了工效，并求得加工能力和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一。大力研究和應(yīng)用特種工藝，尤其是復(fù)合工藝，對