先进制造技术138

先进制造技术与知识经济心回顾：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。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；掌上工具:计算机、可视电话、电视、音响和网络的集成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。主要内容一、先进制造技术的基本内容二、国际先进制造技术的现状三、国内先进制造技术的现状四、国际先进制造技术发展趋势五、国内先进制造技术发展趋势六、知识经济下的先进制造技术一、先进制造技术的基本内容先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术（AMT-AdvancedManufacturingTechnology）先进制造生产系统(一)先进制造技术的提出、重视1、制造技术的演进和先进制造技术提出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。制造业及制造技术只有200年历史先进制造技术的提出仅20年。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。制造技术经历六个发展阶段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。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。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。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。2、先进制造技术得到重视“先进制造技术”一经提出，除美国外，立即获得欧洲各国、日本及亚洲新兴工业化国家（如韩国）等的响应，我国近年来也十分重视先进制造技术的发展。2．1．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。2．2．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。日本智能制造计划（IntelligentManufacturingSystem—IMS）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。2．3．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。2．4．欧共体研究开发计划将很大一部分资金投入到设计、制造以及有关对其有支撑作用的信息技术和基础技术研究中。2．5．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”和“十一五”规划中，先进制造技术是国家重点发展的第四关键领域。(二)先进制造技术的内涵及特点1、先进制造技术的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3、先进制造技术的主要内容现代设计技术现代制造工艺技术制造自动化技术现代管理技术现代生产制造系统1）现代设计技术现代设计技术是根据产品功能要求，应用现代技术和科学知识，制定方案并使方案付诸实施的技术。它是一门多学科、多专业而且相互交叉的综合性很强的基础技术。它的重要性在于使机械产品设计建立在科学的基础上，促使产品由低级向高级转化，促进产品功能不断发展，质量不断提高。现代设计技术包含如下内容：现代设计方法：产品动态分析和设计，产品摩擦学设计，产品防蚀设计，产品可靠性、可维护性及安全设计，产品优化设计，智能设计等。设计自动化技术：指应用计算机技术，进行产品造型和工艺设计，进行工程计算分析、模拟仿真，进行多变量动态优化，达到整体最优功能目标，实现设计自动化。工业设计技术：2）现代制造工艺技术精密和超精密加工技术精密成型技术特种加工技术表面改性、制膜和涂层技术精密和超精密加工技术分为三个不同的档次：精密加工：精度为3～0．3um，表面粗糙度值为Ra0.3～0.03um；超精密加工：精度为0．3～0．03um，表面粗糙度值为Ra0.03～0.005um，或称亚微米加工；纳米加工：精度高于0．03um，表面粗糙度值小于Ra0.005um。精密成型技术精密成型技术是生产局部或全部无余量或少余量半成品的工艺方法的统称。包括精密凝聚成型技术、精密塑性加工技术、粉末材料构件精密成型技术、精密焊接技术及其复合成型技术等。发展方向是精密化、高效化、强韧化和轻量化。特种加工技术特种加工技术是指那些不属于常规加工范畴的加工高能束流（电子束、离子束、激光束）加工电加工（电解和电火花加工）超声波加工高压水加工多种能源的组合加工表面改性、制膜和涂层技术表面改性、制膜和涂层技术是采用物理、化学、金属学、高分子化学、电学、光学和机械学等技术及其组合技术对产品表面进行改性、制膜和涂层，赋予产品耐磨、耐蚀、耐（隔）热、抗疲劳、耐辐射以及光、热、磁、电等特殊功能，从而达到提高产品质量、延长使用寿命和赋于新性能的新技术统称，是表面工程的重要组成部分，是提高机械产品性能和少化钱多办事的高新技术。3）制造自动化技术制造自动化是指用机电设备工具取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业。包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。制造自动化技术涉及到数控技术、工业机器人技术和柔性制造技术，是机械制造业最重要的基础技术之一。4）现代管理技术现代管理技术是指企业在从市场开发、产品设计、生产制造、质量控制到销售服务等一系列的生产经营活动中，为了使制造资源（材料、设备、能源、技术、信息以及人力）得到总体配置优化和充分利用，使企业的综合效益（质量、成本、交货期）得到提高而采取的各种计划、组织、控制及协调的方法和技术的总称。5）现代生产制造系统将现代信息技术与生产技术相结合的一种新思想、新哲理，其功能覆盖企业的预测、产品设计、加工制造、信息与资源管理直至产品销售和售后服务等各项活动，是制造业的综合自动化的新的模式。它包括计算机集成制造系统（CIMS）、敏捷制造系统（AMS）；智能制造系统（IMS）以及精良生产（LP）、并行工程（CE）等。(三)先进制造技术1、CAD/CAM集成技术2、数控技术3、柔性制造技术4、快速原型制造技术5、虚拟制造技术6、高速精密机械加工技术7、纳米技术1、CAD／CAM集成技术CAD／CAM集成系统：将CAD和CAM作为一个整体来规划和开发，使这两个不同的功能模块的数据和信息相互传递和共享，用电子信息代替传统的工程图样联接设计和制造这两个生产部门，这就是所谓的CAD／CAM集成系统。CAD/CAM集成系统模式CAD／CAM系统集成的关键技术产品造型技术工程数据管理技术数据交换接口技术集成的执行控制技术产品造型技术一个完善的产品设计模型是CAD／CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD／CAM系统中共享数据的核心。将特征概念引入CAD/CAM系统，使之成了CAD／CAM系统集成的纽带。所谓特征是一组具有特定属性的实体。特征反映了一个实际工程零部件特定的几何形状和特定的加工功能要求。特征的分类形状特征：指具有特定工艺功能的几何形体，如凸台、退刀槽、键槽、同轴孔等。精度特征：形位公差、表面粗糙度等非几何信息。材料特征：包括材料类型、强度、延展性、热导性等装配特征：装配体中的各零件的位置关系、公差配合、功能要素、动力学关系等。分析特征：如有限元分析中的梁和板特征等。工程数据管理技术随着CAD／CAM技术的自动化、集成化、智能化和柔性化程度的不断提高，集成系统中的数据管理问题日益复杂。数据交换接口技术CAD／CAM系统之间的孤岛现象建立各CAD／CAM系统软件都应遵守的数据交换规范。如：IGES、VDA-FS、SET、PDES、STEP等。集成的执行控制程序协调各模块之间的信息传输。2、数控技术数控技术内涵及技术地位数控装置的组成数控技术的发展数控技术内涵及技术地位数控技术：指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的自动化技术。控制量是位置、角度、速度等机械量，也有温度、压力、流量、颜色等物理量。数控机床：是装有程序控制系统的机床。数控机床的特点能加工复杂型面零件；加工精度高，加工尺寸精度可达0．005mm以上，加工效率高，自动化程度高，减轻劳动强度，可以实现一机多用，实现柔性自动化生产；但是数控机床初期投资和维护保养费用高数控技术的地位数控技术是实现制造过程自动化的基础，是自动化柔性系统的核心，是现代集成制造系统的重要组成部分。世界上近20年来，数控机床的数量增加了10倍，日本的数控机床品种已达1300多种，机床产