《先进制造技术》--第一章-概论28

第一章先进制造技术李艳第一章教学内容安排第一章制造业与先进制造技术第二章现代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现代生产管理技术第六章先进生产制造模式本书共有六章节第一章本课程的有关说明1.学时本课程教材总学时40学时，课堂讲授40学时。2.特点本门课程的特点可归纳为：新、多、杂、变几个字。新是指本课程的内容大都是近10余年发展起来的技术。多和杂是指本课程内容多而且庞杂，结构不是十分清晰。变是指随着制造技术的发展，本教材中的一些内容，甚至是概念都有可能发生变化。第一章第一章制造业与先进制造技术1.1制造业的发展与挑战1.2先进制造技术的提出和进展1.3先进制造技术的内涵和体系结构复习思考题第一章1.1制造业的发展与挑战1.1.1制造与制造业包括市场分析、经营决策、产品设计、工艺设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销、维修服务，以及产品报废后的回收处理等整个产品周期原材料产品工艺能源知识技能工具制造生产车间的加工和装配过程狭义制造广义制造第一章制造系统具有特定功能的有机整体制造过程硬件制造过程软件硬件人员经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置软件制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等第一章制造业将制造资源通过制造过程转化为社会所需的产品的行业类别构成比例类别构成比例类别构成比例金属制品3.395食品工业15.335化工15.586一般机械8.625纺织7.193建材7.299运输机械6.424服装5.018黑色冶金6.908电器设备5.125家具1.542有色冶金2.120电子设备4.588文教用品4.292其他制造1.681仪器仪表0.998油加工3.870我国制造分类和构成第一章1.1.2制造业的地位和作用三大产业农林牧业,工业，服务业工业（52%）制造业（45%）、建筑业、采掘业以及电力、煤气、水的生产供应业农林牧业农业、林业、蓄禽业、水产业服务业商业、金融、房地产、经贸等第一章一个国家经济发展的支柱国民经济收入的重要来源工业经济年代经济增长的“发动机”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础制造业地位第一章•提供人们衣、食、住、行物质消费•决定全社会的长远效益和经济的持续增长•国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）•农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件•信息产业发展的物质基础；•农业劳动力转移和就业的重要途径•为科技和教育发展提供经费支持和实验装备•实现军事现代化和国家安全的保障制造业的作用第一章1.1.321世纪制造业面临的挑战1、快速响应市场竞争的挑战――实现制造环节并行2、全球化竞争的挑战――技术资源的集成有三个主要的因素促使技术资源的集成：（1）为满足市场需求，企业必须快速响应那些具有不同期望和多种选择的顾客。（2）快速响应环境要求在组织的各个层次上进行高效的通信，特别是与顾客、供应者和合作者的通信。（3）新技术的快速吸收要求整个企业具有快速的学习能力。第一章3、信息时代的挑战――信息向知识的转变4、环境保护压力的挑战――可持续发展5、制造全球化和贸易自由化的挑战――可重组工程6、技术创新的挑战――全新制造工艺及产品的开发2020年，技术创新的单元将在以下诸方面发巨大的能力：（——制造单元工艺）1）多单元工艺技术集成为单一工艺将显著减少投资、检验时间、搬运和加工时间。2）全部可编程、不需要硬工装的工艺，将使产品的制造、迅速转产成为可能。第一章•个性化和多样化产品制造智能化包括产品自身智能和生产定制化、模块化，满足不同消费者喜好•寿命周期不断缩短摩尔定律-芯片性能每18个月提高1倍，价格却保持不变•智能化包括产品自身智能和生产设施工具的智能•绿色产品全寿命周期无污染、低资源消耗和可回收利用21世纪制造业的产品特征第一章1.2先进制造技术的提出和进展1.2.1制造技术的进步和发展手工→机械化→单机自动化→刚性自动化→柔性自动化→智能自动化制造业生产方式制造业资源配置劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集制造技术小批量→少品种大批量→多品种变批量第一章制造技术的发展阶段工场式生产时期--18世纪后半叶，完成手工作坊到以分工原则的工厂生产的转变工业化规模生产时期--19世纪，实现了批量工业化规范生产刚性自动化发展时期--20世纪初，以大批量生产为模式的刚性自动化柔性自动化发展时期--二战之后，多品种小批量柔性自动化生产模式，包括NC、CNC、FMC、FMS等。综合自动化发展时期-自80年代,CAD/CAM/CAP/CAE/CAT；MRP,MRPⅡ,ERP,TQM；DNC,CNC,FMC/FMS,ROBOT；CIMS,CE,LP第一章1.2.2先进制造技术产生背景1）社会经济发展背景消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短全球性产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场，是赢得竞争，获取最大利润的关键第一章3)可持续发展战略资源匮泛，污染严重环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变2)科学技术发展背景制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展现代制造业成为技术密集、知识密集型产业信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响第一章•先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开展研究；•制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装备。美国1.2.3各国先进制造技术的发展第一章•1990年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿大、澳大利亚等国参加，投资10亿美元实施•智能制造计划目的：通过国际共同研究，使制造业在接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中，做到生产设备自律化•生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时决策变更作业过程日本第一章•尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。•欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工厂自动化、生产过程管理三大课题。•欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。欧共体第一章1.3先进制造技术的定义先进制造技术是在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源、材料以及现代管理技术等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技术总称。第一章1.3.1先进制造技术的特点传统制造技术先进制造技术系统性仅控制生产过程物质流和能量流能控制生产过程物质流、信息流和能量流广泛性仅指将原材料变为成品的加工工艺贯穿从产品设计、加工制造到产品销售的整个过程集成性学科专业单一、独立，相互间界限分明专业和学科不断渗透、交叉融合，其界限逐渐淡化甚至消失动态性不同时期、不同国家，其特点、重点、目标和内容不同实用性注重实践效果，促进经济增长，提高综合竞争力第一章1.3.2先进制造技术的构成先进制造技术在不同发展水平的国家和同一国家的不同发展阶段，有着不同的技术内涵。1994年美国联邦科学、工程和技术协调委员会将先进制造技术分为三个技术群：①主体技术群；②支撑技术群；③管理技术群。这三个技术群相互联系、相互促进，组成一个完整的体系。表1-1给出了先进制造技术的体系结构。第一章表1-1先进制造技术体系结构主体技术群支撑技术群管理技术群面向制造的设计技术群①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·系统工程设计·工作环境设计②快速成型技术③并行工程制造工艺技术群①材料生产工艺②加工工艺③连接和装配④测试和检验⑤环保技术⑥维修技术⑦其他①信息技术·接口和通信·数据库·集成框架·软件工程·人工智能·决策支持②标准和框架·数据标准·产品定义标准·工艺标准·检验标准·接口框架③机床和工具技术④传感器和控制技术①质量管理②用户/供应商交互作用③工作人员培训和教育④全国监督和基准评设⑤技术获取和利用第一章国内学者对先进制造技术的划分现代制造工程设计技术群现代制造系统管理技术群物料处理和设备技术群支撑技术群第一章•现代设计技术:现代设计方法、产品可信性设计、设计自动化技术•先进制造工艺:高效精密成形技术、高效高精度切削加工工艺、现代特种加工工艺、现代表面工程技术。•加工自动化技术:数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术•现代生产管理技术:MRPII\ERP\PDM\JIM•先进制造生产模式:CIM、CE、AM、IM、LP先进制造技术的分类第一章本章小结•介绍了制造、制造系统与制造业基本概念，阐述了制造业在国民经济中作用地位，分析了制造业在新世纪所面临的6大机遇与挑战以及市场特征；•制造技术从18世纪至今经历了5个发展时期。20世纪80年代末，在市场激烈竞争背景下首先由美国提出了先进制造技术策略，迅速得到各工业国家的响应。•先进制造技术与传统制造技术比较具有系统性、广泛性、集成性、动态性、实用性特征。•先进制造技术被分为：现代设计技术、先进制造工艺、工自动化技术、现代生产管理技术、先进制造生产模式。第一章本章小结•介绍了制造、制造系统与制造业基本概念，阐述了制造业在国民经济中作用地位，分析了制造业在新世纪所面临的6大机遇与挑战以及市场特征；•制造技术从18世纪至今经历了5个发展时期。20世纪80年代末，在市场激烈竞争背景下首先由美国提出了先进制造技术策略，迅速得到各工业国家的响应。•先进制造技术与传统制造技术比较具有系统性、广泛性、集成性、动态性、实用性特征。•先进制造技术被分为：现代设计技术、先进制造工艺、工自动化技术、现代生产管理技术、先进制造生产模式。