先进制造技术导论导论(1)78

先进制造技术导论第一章先进制造技术概述学习目标：理解制造技术的基本概念了解制造业的特点以及面临的挑战掌握先进制造技术的基本体系结构熟悉先进制造技术的发展趋势重点：先进制造技术的内涵、体系结构及分类学习内容制造技术的概念及发展概况121世纪制造业的主要特点221世纪制造业面临的挑战3内涵及体系结构5先进制造技术发展趋势64先进制造技术的提出和进展1.1制造技术的基本概念与发展概况（1）制造1.1.1制造与制造业狭义：指生产车间内与物流有关的加工和装配过程。广义：包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。1.1制造技术的基本概念与发展概况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。国际生产工程学会1990年定义：1.1制造技术的基本概念与发展概况（2）制造业制造业是指将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。1.1制造技术的基本概念与发展概况1996年我国制造业的分类和构成类别构成比例类别构成比例金属制品3.395%服装5.018%一般机械8.625%家具1.542%运输机械6.424%文教用品4.292%电器设备5.125%油加工3.870%电子设备4.588%化工15.586%仪器仪表0.998%建材7.299%食品工业15.335%黑色金属6.908%纺织7.193%有色金属2.120%其他制造1.681%（1）制造系统制造系统人员制造过程硬件软件产品的经营规划、开发研制、加工制造和控制管理的过程包括生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置制造理论、制造工艺和方法及各种制造信息1.1.2制造系统与制造技术1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1制造技术的基本概念与发展概况制造技术是制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必须物资（包括生产资料和消费品）所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其它生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。(2)制造技术1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1.3制造系统分类制造系统人的作用品种和批量工艺类型系统柔性自动化程度智能程度人机一体化无人化多品种，小批量少品种，大批量连续型离散型刚性制造系统柔性制造系统手动制造系统半自动制造系统自动制造系统智能制造系统常规制造系统特点特点特点特点特点特点1.1制造技术的基本概念与发展概况人机一体化制造系统：人机结合，充分发挥人的主导作用；系统容易实现，容易受人的情绪影响。无人化制造系统：追求无人化生产，系统结构复杂，可靠性差，难以实现。返回1.1制造技术的基本概念与发展概况多品种，小批量制造系统：适合形势发展需求，但要求系统的柔性很大。少品种，大批量制造系统：曾经对提高生产率，提高质量，降低成本，发挥过重要作用。正在被多品种，小批量制造系统所替代。返回连续型制造系统：制造对象呈“连绵不断”状态。离散型制造系统：制造对象相互分离，制造对象按单个对象进行。1.1制造技术的基本概念与发展概况返回1.1制造技术的基本概念与发展概况刚性制造系统：难于适应制造对象的改变，适合少品种，大批量制造。柔性制造系统：具有较宽的制造对象变化范围，适合多品种，小批量生产。返回手动制造系统：设计和制造以普通机床为主，过程主要靠手工，自动化成分很少。半自动化制造系统：一部分工作由工人完成，一部分工作由机床完成，但在系统的设计和运行方式上与以人为中心的制造系统有本质的区别。自动制造系统：可以刚性自动化，也可以是人机一体化，也可以是无人化制造系统。1.1制造技术的基本概念与发展概况返回智能制造系统：将人工智能与自动化集成制造相结合的人机一体化系统。常规制造系统：与智能制造系统相对而言，常需要人类专家的大量干预。1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1.4制造业在国民经济中的地位制造业为人类的文明创造着辉煌的物质文明。它是一个国家经济发展的支柱，在整个国民经济中一直处于十分重要的地位，是国民经济收入的重要来源。有人将制造业称之为工业经济年代一个国家经济增长的“发动机”。1.1制造技术的基本概念与发展概况在先进的工业化国家中，国民经济总收入的60％以上来源于制造业。从就业人口比例来看，约有1／4的人口从事于制造业，而在非制造业部门中，又有约半数人员的工作性质与制造业密切相关。据美国国家生产力委员会调查，在企业生产力构成中，制造技术的作用约占62％。1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1.5传统制造业及其技术的发展1.1制造技术的基本概念与发展概况二战结束之前的制造技术，可以统称为传统的制造技术从单件生产方式发展成大量生产方式用机器代替手工，从作坊形成工厂柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术123影片技术核心：机械——电力技术技术特点：●单件小作坊+高度的个人制造技巧，大量的机械化刚性规模化生产加一体化的组织生产模式，再加细化的专业分工。●制造技术的界限分明及其专业的相互独立。●制造技术一般仅指加工制造的工艺方法，即制造全过程中某一环节的技术方法。●制造技术一般只能控制生产过程中的物质流和能量流。●制造技术与制造生产管理的分离。1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1.6现代制造及其技术的发展二战结束之后，进入20世纪下半叶以来，各个国家、各个地区由于发展经济和增强国防的需要，也由于剧烈的市场竞争的刺激，纷纷将传统的制造技术与新发展起来的科技成就相结合，发展了现代制造技术。这些新兴的科技成就主要包括：——微电子技术、信息技术与计算机技术；——自动化与自动控制技术；——人工智能技术；——现代设计理论与技术；——材料加工、成形的新技术；——现代管理科学与技术。1.1制造技术的基本概念与发展概况现代制造技术发展特点：1.1制造技术的基本概念与发展概况生产规模：少品种大批量单件小批量多品种变批量生产方式：劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型变化。制造装备：手工机械化单机自动化刚性自动线柔性自动线智能自动化。制造技术和工艺方法：重视必不可少的辅助工序；重视工艺装备；重视物流、检验、包装及储藏；吸收微电子、计算机和自动化等成果。引入工业工程和并行工程概念，引入先进的管理模式，使制造技术包含物质流、能量流和信息流。1.1制造技术的基本概念与发展概况1.221世纪制造业的主要特点1.2.121世纪制造业的市场特征12345不确定性市场的国际化和全球化新兴产业的崛起市场质的短缺和动态的非均衡虚拟市场和代理制1.2.221世纪的产品特征1.221世纪制造业的主要特点12345未来产品的内涵产品的个性化和多样化产品寿命周期趋短智能化绿色是未来产品的必备特征1.2.3未来制造型企业的特征1.221世纪制造业的主要特点1)满足顾客的个性需求2)工艺、设备和工厂的可重构性3)人力资源是未来企业资源的核心要素4)制造企业全球化特征5)虚拟企业和团队能力建设是核心优势6)企业文化氛围的形成和创新7)本土化是21世纪企业的重要特征1.2.4我国未来制造业的特点1制造业走向高技术化2制造业的产品日益多样化3制造业企业对市场反应敏捷化4制造业全球化1.221世纪制造业的主要特点1.321世纪制造业面临的挑战1)快速响应市场能力的挑战——全部制造环节并行的实现2)打破传统经营所面临的组织、地域和时间壁垒的挑战——技术资源的集成3)信息时代的挑战——信息向知识的转变1.3.121世纪制造业面临的挑战美国国家科学研究委员会对2020年制造业提出了6大挑战：4)有限的资源和日益增长环保压力的挑战——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——全新制造工艺和产品的开发1.321世纪制造业面临的挑战（1）我国机械制造业的发展1.3.2我国机械制造业的发展与差距1.321世纪制造业面临的挑战从2002年起，我国机械工业经历了连续三年的超高速增长期，每年工业总产值增长幅度都达到了25%以上，经过“十五”期间的高速发展，我国已成为机械产品生产大国。2001年至2004年机械工业总产值年均增长16.1%,产业规模已达世界机械工业的5%以上，位居世界第五位。2004年发电产量7137.89万千瓦,为“十五”,2005年目标1700万千瓦的4.2倍，并突破了美国（上世纪80年代）最高年产量4420千瓦的世界纪录。“十五”计划2005年生产数控机床2.5万-3万台，实际执行结果，03年产量36813台，提前2年实现了目标；04年产量51861台，为05年目标产量的1.7倍。“十五”计划2005年生产汽车320万辆，其中轿车110万辆，这个目标提前3年突破，02年汽车和轿车的产量分别为,328.68万辆和110.7万辆；2004年的实际产量分别为507.05万辆和231.63万辆，为“十五”计划2005年的1.58倍和2.1倍。1.321世纪制造业面临的挑战（2）我国机械制造业存在的差距（1）在产业结构上，中国的技术密集型产业明显落后于工业发达的大国，仍停留在以数量换质量的水平。中国是制造大国，但不是制造强国。与美、德、日等工业发达大国相比，中国制造业差距至少在15-20年以上。1=20-30万1.321世纪制造业面临的挑战1.321世纪制造业面临的挑战（2）在生产经营规模上，在全球500家最大的工业企业中，美国超过30%，日本占27%，中国迄今还没有一家工业制造企业进入世界500强。（3）在新技术新产品研发能力上，2000年中国研发总投入１０７亿美元，占国内生产总值的１％，而西门子公司每年的研发投入即达１００亿美元。(4)企业生产管理技术落后，我国大部分企业的生产管理依旧停留在过去计划经济管理方式上，先进管理模式和手段未能得到实施。1.4先进制造技术的提出和进展1.4.1先进制造技术（AMT）的提出AMT首先由美国于20世纪80年代末提出。20世纪70年代20世纪80年代东芝事件1991白宫1993硅谷1.4先进制造技术的提出和进展1.4.2各国先进制造技术（AMT）的发展1美国AMT计划(1)为美国工人创造更多的高技术、高工资的就业机会，促进美国经济增长。(2)不断提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境。(3)使美国的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。(4)使教育系统对每位学生进行更具有挑战性的教育。(5)鼓励科技界把确保国家安全以及提高全民生活质量作为核心目标。1.4先进制造技术的提出和进展1.4.2各国先进制造技术（AMT）的发展1美国制造技术中心计划政府与企业在共同发展制造技术上进行密切合作，针对美国35万家中小企业，帮助他们掌握先进技术.该计划要求在每个地区设立一个制造技术中心，为中小企业展示新的制造技术和装备，组织不同类型的培训，帮助企业了解和选用最新的或最适合于他们使用的技术和装备。1994在全美共计建立了约30个制造技术中心。汽车2mm工程，使轿车车身精度达到丰田水平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，…效果显著1.4先进制造技术的提出和进展爱国者导弹1.4先进制造技术的提出和进展1.4先进制造技术的提出和进展2日本的智能制造技术计划自二次世界大战之后，日本在数控机床、机器人、精密制造、微电子工艺领域取得了世界领先的进展。1987年，日本十位工业界代表着手一项五年规划，讨论日本制造业的未来，主题是智能制造技术计划。该规划的核心是如何将分散的制造单元变成有机的整