先进制造技术总论.

先进制造技术概述清华大学制造工程研究所郁鼎文先进制造技术—概述制造业面临的竞争与挑战趋势中国制造业成就及其重大意义2134先进制造技术的现状和发展趋势先进制造技术的基本内容引言5知识环境下的先进制造技术6我国先进制造技术的对策71.1回顾：20世纪是一个伟大的世纪发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机、手机、原子弹等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式。1.引言1.2展望：制造业在21世纪将出现奇迹汽车:会跑，会飞；飞机:更快、更安全；高速列车和磁悬浮列车；智能仪器装备和智能机器人:按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；微型机器人:能进人血管清理垃圾、修补心脏；分子组装技术:组装出理想性能的微器件；1.引言1.3未来机械工程科学发展的总趋势交叉、综合化；柔性、集成化；智能、数字化；精密、微型化；高效、清洁化。1.引言2.1.1制造技术的演进制造技术定义是制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必须物质（包括生产资料和消费品）所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加价值的成品／半成品和技术服务的技术群。2.先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2、先进制造技术的基本内容2.1.1制造技术的演进制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素而决定的。影响其发展最主要的因素:技术推动和市场牵引。制造业的生产规模沿着“小批量、少品种大批量、多品种变批量”的方向发展。制造业的资源配置沿着“劳动密集、设备密集、信息密集、知识密集”的方向发展。制造技术的生产方式沿着“手工--机械--单机自动化--刚性流水自动化--柔性自动化--智能自动化”的方向发展。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2、先进制造技术的基本内容18世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发明。19世纪：电气技术发展，电气技术与制造技术融合。20世纪初：内燃机发明，引发了制造业的革命。二战后：计算机、微电子、信息和自动化技术。形成了一批新型先进制造单元技术，如NC技术、CNC、柔性制造单元（FMC）、CAD／CAM等。80年代：开拓了制造技术面向市场生产发展的新阶段：材料需求规划（MRP--I）、制造资源规划（MRP－II）、全面质量控制（TQC）、CAD／CAM。20世纪末的最后10年：以信息为主要特征，信息技术、人工智能技术的发展提供了高效能的技术手段。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2、先进制造技术的基本内容2.1.2先进制造技术的提出制造技术自18世纪后半叶发生的产业革命后获得了飞速发展，先进制造技术作为一个专用名词却是在20世纪80年代末期，由美国根据本国制造业面临的挑战与机遇；从技术发展角度，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，全面推进了制造技术的飞跃发展。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国70年代开始美国科技优势和经济竞争力衰退:“后工业化社会”，“夕阳工业”，80年代后期，国会议员、政策咨询和研究机构纷纷要求政府支持和重视产业技术的发展，1991年，美国白宫发表了《美国国家关键技术》的报告，明确将柔性计算机集成制造、智能加工设备、微米级和毫米级制造以及系统管理技术等，作为制造技术领域，列入总数为22项的国家关键技术中。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点1993年2月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术发展的六点行动加大资助，开发新一代汽车、新建筑技术、智能控制和传感器技术、快速原型设计及考虑环境的制造技术；支持灵活制造；建立全国制造技术推广中心网；促进本地区技术联盟的建立；促进制造工程教育的发展；促进考虑环境的制造技术的发展。美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点美国先进制造技术计划和制造技术中心计划先进制造技术计划：1994年度拨款14亿美元，三个重点领域：下一代“智能”制造系统、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具、基础设施工作。制造技术中心计划（MTC）：又称合作伙伴计划，指政府和企业在发展制造技术上进行密切合作。在全国建立170家制造技术中心，帮助企业通过技术进步节约。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点欧共体ERECA、ESPRIT、BRITE计划ERECA（尤里卡）计划：1988年拨款5亿美元资助16个欧洲国家600家企业的165个合作项目。ESPRIT（欧洲信息技术研究发展战略）计划：13个成员国向5500名研究人员提供资助。BRITE（欧洲工业基础研究）计划：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作等方面的研究。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点日本的政策和智能制造技术（IMS）计划日本产业技术政策:从重视应用研究转向加强基础研究，以便彻底摆脱“美国出创新概念，日本出创新产品”的局面。日本模式:技术引进--自主开发--独创性的自主开发--个性化、创造性的自主开发--加强基础研究的技术发展道路。国际共同研究计划。目标：要全面展望21世纪制造技术的发展趋势，致力于全球制造信息、制造技术的体系化、标准化。1995年1月正式启动，为期10年，总投资40亿美元。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点韩国的先进制造系统计划1991年底韩国提出了“高级先进技术国家计划”，通常称为G－7计划。目标：到2000年把韩国的技术实力提高到世界第一流工业发达国家的水平。已达到。G－7计划包括七项先进技术及七项基础技术。投资62亿美元。共性基础技术、下一代加工系统、集成技术、智能技术。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点我国对先进制造技术的发展给予充分重视1995年：“九五”计划和2010年远景目标的建议中明确要大力采用先进制造技术。国家各类攻关计划国家计委重视：如数控系统及装备研究等。国家自然科学基金会。S－863，973计划。“十五”规划中，先进制造技术是国家重点发展的第四关键领域。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项1.核心电子器件、高端适用芯片及基础软件产品2.极大规模集成电路制造装备及成套工艺3.新一代宽带无线移动通信网4.高档数控机床与基础制造装备5.大型油气田及煤层气开发6.大型先进压水堆及高温气冷堆核电站7.水体污染的控制与治理8.转基因生物新品种培育先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项9.重大新药创制10.艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治11.大型飞机12.中国第二代卫星导航系统13.高分辨率对地观测系统14.载人航天与探月工程15.高超声速飞行器科技工程16.惯性约束核聚变点火先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划5大战略抓住未来若干年内信息技术更新换代和新材料技术迅猛发展的难得机遇，把获取装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权，作为提高我国产业竞争力的突破口；先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.3先进制造技术内涵先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.4先进制造技术特点先进制造技术的实用性先进制造技术应用的广泛性先进制造技术的动态特征先进制造技术的集成性：制造工程先进制造技术的系统性：物质流、能量流和信息流的系统工程。实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产提高对产品市场的适应能力和竞争能力2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点一、定义:在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.制造.检测.管理.销售.使用.服务的制造全过程,以实现优质.高效.低耗.清洁.灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系面向制造的设计技术群产品/工艺设计计算机辅助设计工艺过程建模和仿真工艺规程设计系统工程基础快速成型技术并行工程制造工艺技术群材料生产工艺加工工艺联接与装配测试和检测环保技术维修技术其他信息技术接口技术集成技术人工智能数据库软件工程决策支持标准和框架数据标准工艺标准接口框架产品定义和标准检验标准机床和工具技术传感器和控制技术质量管理用户/供应商交互作用工作人员培训和教育全国监督和基准评测技术获取和利用主体技术群支撑技术群制造基础设施环境二体系结构(1)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系二体系结构(2)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系优质、高效、低耗、清洁基础制造技术CAD/CAM数控技术机器人技术生产管理技术清洁生产技术并行工程质量与可靠性技术系统管理技术MRPⅡCIMSAMIM集成技术激光新能源技术新材料技术信息技术系统工程与管理科学新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展）三先进设计技术设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系四、先进制造工艺技术精密、超精密加工技术精密加工：精度为3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度为0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm纳米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制造技术从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术高能束流加工（电子束、离子束、激光束、双光子）电加工（电解和电火花)超声波加工高压水加工多种能源的组合加工2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系五、制造自动化技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制柔性制造系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈质量控制2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系世界出现了多级化的新格局：政治冷战→经济热战国际竞争和对抗的焦点：由军备竞赛转向全球范围内的以科技为先导，经济为基础、军事为后盾的综合国力的较量；产业技术和经济实力成为政治对抗的重要资本；不计生产成本和代价的军品生产模式不适于新形势下的生产；“战略伙伴”关系中经济色彩突出提高制造业产品竞争能力，发展高技术，尤其是独具知识产权的产业技术成为未来抢占经济制高点、振兴国家经济的焦点3、制造业面临的竞争与挑战3.1国际形势的变化来源:Bullinger788082848688909294962时间46810平均产品寿命TL平均开发时间TDTDTL年数1）知识－技术－产品更新