先进制造技术

先进制造技术目录第一章绪论第二章先进设计技术第三章先进制造工艺技术第四章制造自动化技术第五章先进制造模式第六章先进管理技术课程总体简介本书是根据现阶段模具、数控专业培养方案的指导思想和最新的教学计划编写的。全书共6章，包括绪论、先进设计技术、先进制造工艺技术、制造自动化技术、先进制造模式以及先进管理技术等，本书侧重阐述适用的先进制造技术的基本概念、应用领域和关键技术。本书既可作为中等职业学校模具制造专业、数控技术应用专业及相关专业的教学用书，也可作为高等职业学校机电类专业的教材或相关岗位培训教材。课程简介本书是根据现阶段模具、数控专业培养方案的指导思想和最新的教学计划编写的。主要以中等职业学校模具设计与制造专业、数控技术应用专业应用型人才培养为对象，从先进设计技术、先进制造工艺技术、制造自动化技术、先进制造模式以及先进管理技术等方面，系统介绍各类先进的适用技术，阐述每项技术的基本概念、应用领域和关键技术，拓宽学生的知识面，了解各类制造技术的发展现状和趋势，以增强对学生创新能力的培养。本书内容新颖、实用，突出中职教育的实用性和应用性，力求做到深入浅出、图文并茂，知识性与通俗性的统一。本书具有以下主要特点：1）注重系统性和完整性，章节之间既有联系，又独立成章，方便教学。2）注重工程实用，介绍典型先进制造技术。前言3）配以典型应用案例，加强实用性与参考性。4）链接相关背景知识，拓宽知识面。本课程教学共需38学时左右，学时分配可参考表0-1第一章绪论学习目标：通过本章的学习，应对制造业的发展进程有一个初步的了解。对先进制造技术的特点、发展历程、现状及其今后的发展趋势有所认识。第一节制造业的发展概况一、概念（1）制造(Manufacturing)制造是一种将物料、能量、资金、人力资源、信息等有关资源，按照社会的需求转变为新的、有更高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源的行为和过程。国际生产工程研究学会(CIRP)的定义：“制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称”。（2）制造系统(ManufacturingSystem)制造过程及其所涉及的硬件（包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置）以及有关的软件（包括制造理论、制造工艺、制造方法和制造信息等)，组成了一个具有特定功能的有机整体，称为制造系统。CIRP的定义：“制造系统是制造业中形成制造生产的有机整体，在机电工程生产中，制造系统具有设计、生产、发运和销售的一体化功能”。（3）制造技术(ManufacturingTechnology)制造技术则是按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，使原材料转变为产品的技术总称。也可以说是完成制造活动所需的一切手段的总和。（4）制造业(Manufactury)制造业是所有与制造活动有关的实体或企业机构的总称。二、制造业的发展社会的进步和发展，是伴随着制造业的革新和发展而进行的。科技的进步和制造业的发展，是推动社会发展的主要动力。每一个社会发展阶段，都会出现与之相匹配的加工制造技术。社会各个时期制造业的发展进程，见表1-1。表1-1社会时期的制造发展制造模式的变迁，如图1-1所示。制造发展的概况，如图1-2所示。各年代达到的加工精度，如图1-3所示。精密车床磨床、抛光机床机械比较仪测微仪千分表光学比较仪电、气测微仪坐标磨床精密镗床金刚石加工透镜机床精密磨床精密研磨机精密金刚石车床电动比较仪电子比较仪光学、磁尺激光测长仪光导纤维超精密磨床精密金刚石磨床光学透镜研磨机超精密研磨机超精密磨床超高精密研磨机测长仪激光高精度扫描电镜透射电镜电子衍射离子分析原子分子离子束加工原子分子离子加工(物质合成加工)线、俄歇分析卡尺车床铣床机床测量仪器年份210192019001940196019802000加工精度μm0.01μm0.05μm10μm0.1μm0.005μm0.001μm1μm5μm普通加工精密加工超精密加工10101010-1-21010-3-41010-5制造业在近代的发展，主要经历了三个发展阶段：1．用机器代替手工，从作坊形成工厂20世纪初，各种金属切削加工工艺方法逐渐形成，近代制造技术已成体系。但是机器(包括汽车)的生产方式是作坊式的单件生产，它产生于英国，在19世纪先后传到法国、德国和美国，并在美国首先形成了小型的机械加工厂。2．从单件生产方式发展成大量生产方式推动这种根本变革的是两位美国人：弗雷德里克·泰勒(FrederickWTaylor)和亨利·福特（Henryford）。泰勒首先提出了以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理，成为制造工程科学的奠基人。福特首先推行零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线，实现了以刚性自动化为特征的大量生产方式，它对社会结构、劳动分工、教育制度和经济发展，都产生了重大的作用。零件互换技术20世纪50年代发展到了顶峰，产生了工业技术的革命和创新，传统制造业及其大工业体系也随之建立和逐渐成熟。3．柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术20世纪80年代以来，现代制造技术逐步成为加工制造业的主要方法。随着现代加工技术的不断完善，其应用体系与技术也正日益成熟，其中主要的发展方向有：1）对传统制造技术的不断革新与拓展。2）对非传统加工方法的应用。3）朝精密化工程发展。4）制造系统朝柔性化、集成化、智能化和网络化方向发展。其中，制造业各阶段的具体生产模式和经营策略，见表1-2。表1-2制造业各主要发展阶段的生产模式和经营策略制造型企业运行模型，如图1-4所示。三、制造业的发展趋势及特点随着计算机、微电子、信息和自动化技术的迅速发展，给制造业在产品设计、工艺与装备、生产管理和企业经营带来了重大变革，先后诞生了一系列新制造技术和新制造模式,见表1-3。而在新材料方面，随着高强质轻合金、工程塑料、复合材料、陶瓷材料、新型合金等材料的应用，使产品用材有了显著变化，又促进了新的加工工艺和成形方法的发展。出现了多种精密加工、复合加工、特种加工、材料改性等新工艺，提高了加工质量和效率。加工装备走向一机多能、粗精加工一体化、加工检测集成、人机一体化，出现了智能化加工单元。专家预测，社会趋势将相继是纳米时代和生物时代，以分子、原子等为对象的纳米制造和以基因技术为核心的生物制药闪亮登场，制造的主要对象将扩大到基因资源和微观领域的各种资源。预言称：将用纳米科技“营造自然界尚不存在的新的物质体系”；将用基因技术“重塑世界”。表1-3制造新技术和新模式名称代号总之，现代制造将以先进制造技术为主要支撑，以资源和资源转换为对象，以现代制造科学与技术为基础，以制造系统为载体，以信息化、网络化、生态化和全球化为环境和背景，追求社会经济的持续快速发展。基于因特网Internet的供应链制造系统模型，如图1-5所示。人物介绍1．泰勒弗雷德里克·泰勒(FrederickW.Taylor，1856~1915)是美国古典管理学家、科学管理的主要倡导人，被人称为“科学管理之父”。“泰勒（Taylor）制”的工程哲理：即将产品的开发的过程尽可能细地划分为一系列串联的工作步骤，由不同的部门承担，依次执行。实质上是“串行工程”(严格制定操作规程、动作、频率等，计算在规定时间内的劳动量进行管理）2．福特亨利·福特（Henryford，1863~1947）世界著名的“汽车大王”，终生致力于汽车的研究和制造，使汽车成为人人买得起的商品。福特首先推行了零件互换技术、建立汽车装配生产线、实现大量生产方式等，它对社会结构、劳动分工、教育制度和经济发展，都产生了重大的影响。一个人可以轻易地失败，但只有他付出所有的一切和所能做的一切时，他才有可能成功。正因为这一点，才使得成功如此艰难和宝贵。————亨利·福特第二节先进制造技术概述一、概念先进制造技术(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)是传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术与管理科学等多学科先进技术的综合，并应用于制造工程之中所形成的一个学科体系。AMT是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，能实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，提高市场的适应能力和竞争能力，以期取得理想的技术经济效果。因此，AMT呈现出精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化等特点。在以知识为基础、以创新为动力的新经济体系中，制造业正面临着严峻的挑战与机遇。因此，研究和推广应用先进制造技术无疑是十分重要的。二、体系结构1994年初，美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FCCSET)下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组提出将先进制造技术分为三个技术群：①主体技术群，包括面向制造的设计技术群和制造工艺技术群；②支撑技术群；③制造基础设施(制造技术环境)。FCCSET提出的先进制造技术的体系结构及主要内容，见表1-4所示。三、特点与作用1．特点先进制造技术除具有精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化等特点之外，还具备以下特征：表1-4先进制造技术的体系结构（1）集合多学科成果形成一个完整的制造体系先进制造技术是多种科学及方法的整合。但它决不是若干独立学科先进技术的简单累加，而是按照新的生产组织和管理哲理建立起的体系，先进制造体系要实现自身的先进性，保证“时、空、人、物、信息、处理及决策”的正确性，就离不开先进的信息技术、自动化技术和先进的管理科学，并且要将这些技术和科学应用于制造工程之中，形成一个有机的完整体系。（2）先进制造技术的发展是一个动态过程由于先进制造技术本身是在针对一定的应用目标，不断地吸收各种高新技术逐渐形成、不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。具体反映在不同的时期，先进制造技术有其自身阶段性的特点；反映在不同的国家和地区，先进制造技术也有其本身侧重发展的目标和内容。（3）先进制造技术的重要支撑是信息技术信息技术正在向制造技术注入和融合，促进着制造技术的不断发展，使传统制造技术发生着质的变化。目前，信息技术对制造技术发展的作用已占第一位。信息技术促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化，整个制造过程的网络化、全球化。各种先进生产模式的发展，如：计算机集成制造系统、并行工程、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。2．作用统计表明，制造业为工业化国家创造了60％～80％的社会财富，是国际贸易中主要交易物品的源泉。综观世界各国的发展历程，可以发现：如果一个国家的制造业发达，它的经济必然强大，国家的综合实力也得以提升。人类社会的发展史，特别是近几十年世界经济的发展状况就是有力的证明。高质量、高水平的制造业必然要以先进的制造技术做后盾。世界上各个工业化国家经济上的竞争主要是制造技术的竞争。在各个国家的企业生产力的构成中，制造技术的作用一般占55％～65％。亚洲部分国家（如日本、韩国等）的发展在很大程度上就是因其重视制造技术，通过制造技术形成产品，依靠产品占领世界市场，从而实现经济乃至国力的迅速崛起、腾飞。第三节先进制造技术发展趋势一、先进制造技术向超精微细领域扩展微型机械、纳米量测、微米／纳米加工制造的发展使制造工程科学的内容和范围进一步扩大，要求用更新、更广的知识来解决这一领域的新课题。二、制造过程的集成化产品的加工、检测、物流、装配过程走向一体化。计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助制造的出现，使设计、制造成为一体；精密成形技术的发展，使热加工可直接提供接近最终形状、尺寸的零件，它与磨削加工相结合，有可能覆盖大部分零件的加工，淡化了冷热加工的界限；机器人加工工作站及柔性制造系统的出现，使加工过程、检测过程、物流过程融为一体；现代制造系统使得自动化技术与传统工艺密不可分；很多新型材料的