先进制造技术(第1章)Stu

1/74第一章先进制造技术概述先进制造技术是传统制造技术、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新的学科体系。它的发展趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。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。2/74第一章先进制造技术概述第一节制造技术的基本概念与发展概况第二节面向知识经济的制造业第三节21世纪制造业的主要特点第四节21世纪对制造业的挑战第五节先进制造技术的基本内容与体系结构第六节制造业信息化的进展第七节先进制造技术的发展趋势3/74第一章先进制造技术概述第一节制造技术的基本概念与发展概况第二节面向知识经济的制造业第三节21世纪制造业的主要特点第四节21世纪对制造业的挑战第五节先进制造技术的基本内容与体系结构第六节制造业信息化的进展第七节先进制造技术的发展趋势4/74第一节制造技术的基本概念与发展概况制造业的主要任务是：制造产品和创造价值，产生物质财富和新的知识，并国民经济、国防和科学技术进步发展提供先进的手段和装备。制造业是我国经济发展的战略重点，机电一体化的设备制造是我国工业在“十五”期间重点发展的三大方向之一。工业化国家约70％～80％的物质财富来自制造业，因此，很多国家特别是美国把制定制造业发展战略列为重中之重。原因是：①世界经济发展的趋势表明，制造业是一个国家经济发展的基石，也是增强国家竞争力的基础；②制造业是解决就业矛盾的一个重要领域，也是21世纪提高一个国家整体就业水平的重要基础；③制造业不仅是高新技术的载体，而且也是高新技术发展的动力。第一章之5/74一、制造系统与制造技术二、传统制造业及其技术的发展三、现代制造及其技术的发展四、制造业发展过程中竞争的焦点和策略五、先进制造技术与制造模式的发展历程第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之6/74制造是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。从狭义上可将“制造”理解为机电产品的机械加工工艺过程。随着人类生产力的发展，“制造”的概念和内涵在“范围”和“过程”两个方面大大拓展。国际生产工程学会1990年给“制造”下的定义是：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。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软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。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。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之一、制造系统与制造技术7/7419世纪末20世纪初，内燃机的发明，自动机床、自动线的相继问世，以及产品部件化、部件标准化和科学管理思想的提出，掀起制造业革命的新浪潮。20世纪中期，电力电子技术和计算机技术的迅猛发展及其在制造领域所产生的强大的辐射效应，极大地促进了制造模式的演变和产品设计与制造工艺的紧密结合，也推动了制造系统的发展和管理方式的变革。同时，制造技术的新发展也为现代制造科学的形成创造了条件。从蒸汽机出现到今天，主要经历了以下三个发展阶段：（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陆续形成，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工厂，使这些国家的经济得到了发展，国力大大增强。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之二、传统制造业及其技术的发展8/74（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：泰勒和福特。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。福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求来加工(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生产线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。20世纪50年代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。近代传统制造工业技术体系的形成，其特点是以机械一电力技术为核心的各类技术相互联结和依存的制造工业技术体系。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之二、传统制造业及其技术的发展9/74（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年代以来所产生的现代制造技术沿着4个方向发展：传统制造技术的革新、拓展；精密工程；非传统加工方法；制造系统的柔性化、集成化、智能化和网络化。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之二、传统制造业及其技术的发展10/74自然科学的进步促进了新技术的发展和传统技术的革新、发展及完善，产生了：新兴材料技术（新冶炼技术、新合金材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等)；新切削加工技术(数控机床、新刀具、超高速和精密加工)；大型发电和传输技术，核能技术，微电子技术(集成电路、计算机、电视、广播和雷达)；自动化技术，激光技术，生物技术和系统工程技术。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之三、现代制造及其技术的发展11/74另外，人类社会在跨人20世纪后，物质需求不断提高，在科学和技术进步的同时，受到地球有限资源和环境条件约束，随着市场全球化的形成，世界范围内的竞争日益加剧，日益提高的生活质量要求与世界能源的减少和人口增长的矛盾更加突出。因此，社会发展对其经济支撑行业——制造业及其技术体系提出了更高的需求，要求制造业具有更加快速和灵活的市场响应、更高的产品质量、更低的成本和能源消耗以及良好的环保特性。这一需求促使传统制造业在20世纪开始了又一次新的革命性的变化和进步，传统制造开始向现代制造发展。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之三、现代制造及其技术的发展12/74现代制造及其技术的形成和发展特点是：(1)在制造的生产规模上，从少品种大批量——单件小批量——多品种变批量的发展。(2)生产方式上，呈现出从劳动密集型——设备密集型——信息密集型——知识密集型变化。(3)制造装备的发展过程是：手工——机械化——单机自动化——刚性自动生产线——柔性自动生产线——智能自动化。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之三、现代制造及其技术的发展13/74现代制造及其技术的形成和发展特点是：(4)在制造技术和工艺方法上的特征是：重视必不可少的辅助工序，如加工前后处理；重视工艺装备，使制造技术成为集工艺方法、工艺装备和工艺材料为一体的成套技术；重视物流、检验、包装及储藏，使制造技术成为覆盖加工全过程(设计、生产准备、加工制造、检验、销售和维修，甚至再生回收)的综合技术，不断发展优质高效低耗的工艺及加工方法，以取代落后工艺；不断吸收微电子、计算机和自动化等高新技术成果，形成CAD、CAM、CAPP、CAT、CAE、NC、CNC、MIS、FMS、CIMS、IMT、IMS等一系列现代制造技术，并实现上述技术的局部或系统集成，形成从单机到自动生产线等不同档次的自动化制造系统。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之三、现代制造及其技术的发展14/74现代制造及其技术的形成和发展特点是：(5)引人工业工程和并行工程概念，强调系统化及其技术和管理的集成，将技术和管理有机地结合在一起，引入先进的管理模式，使制造技术及制造过程成为覆盖整个产品生命周期，包含物质流、能量流和信息流的系统工程。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之三、现代制造及其技术的发展15/74市场竞争是制造业永恒的话题。从100多年前福特汽车的生产线开始，为提高企业的整体效益，针对不同时期的竞争焦点，产生和应用不同的技术和管理模式(见表1—1)。20世纪是制造业空前发展的重要时期，制造系统的集成活动异常活跃，制造模式不断更新。制造技术在广泛吸收高新技术的优秀成果，并且相互渗透、融合和衍生，产生急剧的变化，并不断用于改造制造业，其目标是使所制造的产品(Product)达到功能(Function)、交货期(Timet。Ma卜ket)、质量(Quamy)、价格、(Cost)、服务(Selwice)均为优良。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之四、制造业发展过程中竞争的焦点和策略16/74第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之四、制造业发展过程中竞争的焦点和策略17/7420世纪末，以微电子、信息、新材料、系统科学等为代表的新一代科学与技术的迅猛发展及其在控制领域中的广泛渗透、应用和衍生，极大地拓展了制造活动的深度和广度，急剧地改变了现代制造业的产品设计方法、产品结构、生产方式、生产工艺和设备以及生产组织结构，产生一大批新的制造技术和制造模式(图1－1)。现代制造业已成为发展速度快、技术创新能力强、技术密集和知识密集的行业。由于国内外市场竞争加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，使得机械制造业向多品种小批量生产方式发展。为适应这种情况的变化，美国、日本等工业化国开展了大量的对策研究。提出了许多新观点、新思想、新概念：先进制造技术、模式与系统，例如柔性制造系统、CIMS、并行工程、精良生产、智能制造系统、敏捷制造系统、全能制造系统、虚拟制造系统、全球制造系统等。图1－1从企业运行空间和技术演变的角度展示了先进制造技术与制造模式的发展历程。第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之五、先进制造技术与制造模式的发展历程18/74第一节制造技术的基本概念与发展概况第一章之五、先进制造技术与制造模式的发展历程19/74第一章先进制造技术概述第一节制造技术的基本概念与发展概况第二节面向知识经济的制造业第三节21世纪制造业的主要特点第四节21世纪对制造业的挑战第五节先进制造技术的基本内容与体系结构第六节制造业信息化的进展第七节先进制造技术的发展趋势20/74随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界经济正经历着一场深刻的革命，极大地改变着世界经济面貌，专家们称之为“新经济”、“网络经济”或“知识经济”。各国的经济离不开与国际市场的信息、技术、资源和产品的交换。这一方面开阔了企业的市场，另一方面也给企业带来了全球范围的竞争压力。新经济也是全球性经济，生产过程不再局限于一国范围，而是形成“无国界的经济实体”。企业间竞争与合作、开放与限制并存的局面，必将引起世界经济结构与组织结构的重大变化，从而带来制造业的一场革命。第二节面向知识经济的制造业第一章之21/74一、知识经济的特征与对制造业的影响二、知识经济条件下制造业面临的机遇和挑战第二节面向知识经济的制造业第一章之22/74知识经济的特征：目前，全球经济正处于一个根本性的变革时期，人类社会正在由工业经济时代步人知识经济时代，在以高技术为主要产业支柱，以智力资源为主要依托的知识经济条件下，高科技的知识经济促使制造业发生了革命性的变化。与农业经济、工业经济不同，知识经济是以知识为基础的经济，它直接依赖于知识和信息的生产、扩散和应用。知识经济是工业化演进的必然结果，是一种比工业经济更高级的经济形态。在工业经济时代，生产要素主要是资本和劳动力；而在知识经济时代，知识、资本、劳动力成为生产要素的共同组成部分，而且知识在其中起核心作用。知识被认为是提高生产率和实现经济增长的驱动器。第二节面向知识经济的制造业第一章之一、知识经济的特征与对制造业的影响23/74对制造业的影响：对产品和消费观念的改变，产品设计和制造过程的数字化和智能化，以及经营和制造活动的全球化等。在知识经济条件下，制造技术正在发生质的飞跃。制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。同时，支撑制造技术的电子、光学、信息科学、材料科学、生物科