先进制造技术_第二学时78

先进制造技术王赟AdvancedManufacturingTechnology(AMT)制造业制造系统制造制造技术制造技术制造业制造系统制造第二节先进制造技术本节课内容先进制造技术的产生背景先进制造技术的定义和特点先进制造技术的体系结构和分类先进制造技术发展趋势（1）消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短。（2）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。（3）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。先进制造技术产生的背景1.社会经济发展背景2.科学技术发展背景（1）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（2）现代制造业成为技术密集、知识密集型产业（3）信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响资源匮泛，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、可持续发展转变先进制造技术产生的背景3.可持续发展战略先进制造技术概念的提出20世纪80年代末，国际上提出了先进制造技术（AdvancedManufacturingTechnology，AMT）的新概念。AMT最早源于美国。由于美国长期受强调基础研究的影响，忽视制造技术的发展，到20世纪70年代日本和德国经济恢复时，美国制造业遇到了强有力的挑战；20世纪80年代初期，美国一批有识之士相继发表言论，对美国制造业的衰退进行了反思，强调了制造技术与国民经济及国力的至关重要的相依关系，强调了制造技术的重要性。克林顿政府制定了国家关键技术计划，并对其技术政策做了重大调整。先进制造技术也就是在这样一个社会经济背景下出台了。AMT在诸多国家和地区得到广泛的应用。1.美国1988年,美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究，并于其后不久提出了“先进制造技术”发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP）”和“制造技术中心计划（MTC）”。各国先进制造技术的发展为美国人提供更多高技术、高工资就业机会，促进美国经济增长；提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境；使美国私人制造业在世界市场上更具有竞争力，保持美国的竞争地位；鼓励科技界把确保国家安全和提高全民生活质量作为核心目标。先进制造技术计划（ATP）由美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）提出，1994年度预算为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。ATP目标:又称“合作伙伴计划”，由美国国家标准与技术研究院（NIST）牵头制定的。目标：35万家中小企业(没有开发能力，且资金不足)，和技术拥有者（通常为政府的研究机构、国家实验室、大学）建立合作的桥梁，使中小企业掌握先进制造技术。制造技术中心计划（MTC）1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关键技术”报告，重新确立了制造业的地位；1993年，克林顿在硅谷发表题为“促进美国经济增长的技术——增强经济实力的新方向”的演说，对制造业给予了实质性强有力的支持。1994年，美国汽车产量重新超过日本，重新占领欧、美市场；美国Inter公司成为世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生产也不敌日本，包括海湾战争中大出风头的“爱国者”导弹上使用的芯片也是日本制造的）；20世纪90年代，经济持续增长，失业率降低到历史最低水平；提出了一系列先进制造技术的新理论、新思想，如：CE，LP，AM，…CE-ConcurrentEngineering并行工程LP-leanProduction精良生产AM-AgileManufacturing敏捷制造2.日本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3.欧共体尤里卡计划（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。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。1995年5月中共中央《关于加速科技进步的决定》中指出：为提高工业增长的质量和效益，要重点开发推广电子信息技术、先进制造技术、节能降耗技术、清洁生产和环保技术。2001年中国工程院组织25位院士和40多位专家对我国制造业的现状、作用、地位及发展趋势和对策进行了调查研究，向国务院及有关部委提交了：《新世纪如何提高和发展我国制造业的研究报告》4.中国4.先进制造技术在我国的发展状况具体表现在以下10个方面：热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”。精密成形与加工技术水平显著提高，在汽车零部件、重大装配制造中获得广泛应用。快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模。计算机辅助设计（CAD）技术普及化。激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效益。数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高。现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用已有一定的基础。微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术正向微观领域扩展。现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际上占有一席之地。新生产模式的研究和实践具有特色，推动了中国制造业的技术进步和管理现代化。4.先进制造技术在我国的发展状况先进制造技术的定义及特点先进制造技术AMT：是制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及和现代系统管理技术的先进成果，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，提高对市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。目标提高制造企业对市场的适应能力和竞争力强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用传统制造技术+信息技术+自动化技术+现代管理技术=先进制造技术传统制造技术先进制造技术系统性仅驾驭生产过程物质流和能量流能驾驭生产过程物质流、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AMT特征先进制造技术的特点1.先进性先进制造技术的核心和基础是经过优化的先进工艺（优质、高效、低耗、清洁工艺），它从传统制造工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。2.广泛性先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，而是将其综合运用于制造的全过程，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程。3.实用性先进制造技术的发展针对某一具体制造目标（如汽车制造、电子工业）的需求，而发展起来的先进、适用技术，有明确的需求导向；不以追求技术高新度为目的，注重最好的实践效果，提高企业竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。4.集成性先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科，因此可以称其为“制造工程”。5.系统性随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。6.动态性不断地吸收各种高新技术成果，将其渗透到企业生产的所有领域和产品寿命循环的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。先进制造技术的特点先进制造技术的体系结构及分类美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）于1994年提出AMT的分类目录，指出“AMT是制造技术和现代高技术结合而产生的一个完整的技术群”。主体技术群设计技术群（产品和工艺设计技术群）制造工艺技术群（加工和装配技术群）支撑技术群AMT结构体系管理技术群先进制造技术的体系结构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支撑技术群先进制造技术的分类现代设计技术先进制造工艺技术制造自动化技术系统管理技术现代设计技术(1)计算机辅助设计技术有限元法、优化设计、反求工程、模糊智能CAD、工程数据库等。(2)性能优良设计基础技术可靠性设计；安全性设计；动态分析与设计；防断裂设计；疲劳设计；防腐蚀设计；减摩和耐磨损设计；健壮设计；耐环境设计；维修性设计和维修性保障设计；测试性设计；人机工程设计等。(3)竞争优势创建技术快速响应设计；智能设计；仿真与虚拟设计；工业设计；价值工程设计；模块化设计等。(4)全寿命周期设计技术并行设计；面向制造的设计；全寿命周期设计。(5)可持续性发展产品设计技术主要有绿色设计(6)设计试验技术产品可靠性试验；产品环保性能试验与控制、仿真试验与虚拟试验现代设计技术先进制造工艺技术(1)精密洁净铸造成形工艺外热冲天炉熔炼、处理、保护成套技术；钢液精炼与保护技术；近代化学固化砂铸造工艺；高效金属型铸造工艺与设备；气化膜铸造工艺与设备：铸造成形工艺模拟和工艺CAD。(2)精确高效塑性成形工艺热锻生产线成套技术；精密辊锻和楔横轧技术；大型覆盖件冲压成套技术；精密冲裁工艺；超塑和等温成形工艺；锻造成形模拟和工艺CAD等。(3)优质高效焊接及切割技术新型焊接电源及控制技术；激光焊接技术；优质高效低稀释率堆焊技术；精密焊接技术；焊接机器人；现代切割技术；焊接过程的模拟仿真与专家系统。(4)优质低耗洁净热处理技术可控气氛热处理；真空热处理；离子热处理；激光表面合金化；可控冷却。(5)高效高精机械加工工艺精密加工和超精密加工；高速磨削；变速切削；复杂型面的数控加工；游离磨料的高效加工等。(6)现代特种加工工艺激光加工；复合加工；微细加工和纳米技术；水力加工等。先进制造工艺技术激光加工技术激光特点激光有四大特性：高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。加工特点：可以对多种金属、非金属加工，特别是加工高硬度、高脆性及高熔点的材料；激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。激光加工工艺LWS-400激光加工机床特种加工工艺激光加工技术激光切割加工技术激光打标样品激光焊接样品牛仔影像激光喷花特种加工工艺皮革面料激光标花电子束焊接层流等离子喷涂特种加工工艺水力切割机水力加工水力切割过程水刀机切割加工微纳米加工单根有机微纳米线自组装微型磁粒机器人蜘蛛侠3中的沙人微纳米技术微型艺术小型化和微型化也已成为艺术创作的一种时尚微纳科技与艺术的高度结合图4则显示的是美国麦克马斯特大学RayLaPierre教授采用所谓的“镓离子束聚焦”刻蚀工艺，在头发丝表面“刻划”的麦克马斯特大学校徽图5所示的日本学者松井真二采用FIB-CVD（聚焦离子束-化学气相沉积）技术在发丝表面上构造的三维体育场发丝表面艺术(7)新型材料成形与加工工艺新型材料的铸造成形；新型材料