先进制造技术概述29

第一章绪论1.1先进制造技术概念及其主要特点1.2先进制造技术的构成及分类1.3先进制造技术的现状及发展趋势复习思考题第一章绪论西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社第一章绪论包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程原材料产品工艺能源知识技能工具制造与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造1.1先进制造技术及其主要特点1.1.1制造、制造技术、制造业与现代制造业背景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、各种制造信息等制造业可供人们使用和消费的产品行业，是所有与制造有关的企业群体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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1.1.2先进制造技术的定义先进制造技术(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)是一个相对的、动态的概念，是为了适应时代要求，提高竞争能力，对制造技术不断优化所形成的。定义：“先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面的成果，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，提高对动态多变的产品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。”1.1.3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1.2先进制造技术的构成及分类1.2.1先进制造技术的构成先进制造技术对我国而言，它是一个多层次的技术群。先进制造技术的内涵、层次及其技术构成如图1-1所示。图中从内层到外层分别为基础技术、新型单元技术和集成技术，下面将分别论述。图1-1先进制造技术的内涵、层次及其技术构成先进技术基础方法清洁生产技术极限加工技术工艺模拟及工艺设计技术制造业自动化单元技术新材料成型与加工技术激光等特种加工技术质量与可靠性技术系统管理技术优质、高效、低耗、清洁的基础制造技术(基础技术)FMSCIMSIMS集成技术新材料技术微电子及计算机应用技术新型产业及市场需求带动(重大装备、高新产业、社会协调发展)系统工程及管理科学激光等新能源技术1.基础技术图1-1的最内层是优质、高效、低耗、少或无污染(清洁)的基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。2.新型单元技术中间层是新型的先进制造单元技术。它是在市场需求及新兴产业的带动下，将制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新的制造技术，如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、先进技术基础方法、清洁生产技术、新材料成型与加工技术、激光等特种加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。3.集成技术最外层是先进制造集成技术。它是应用信息、计算机和系统管理技术对上述两个层次的技术局部或系统集成而形成的先进制造技术的高级阶段，如FMS、CIMS、IMS等。国际上，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制造技术环境。表1-1先进制造技术体系结构主体技术群支撑技术群制造技术环境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1.2.2先进制造技术的分类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、柔性制造技术等现代生产管理技术:MRPII\ERP\PDM\JIM手工→机械化→单机自动化→刚性自动化→柔性自动化→智能自动化制造技术的进步和发展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1.3先进制造技术的现状及发展趋势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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1.3.1世界制造业现状日本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。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。1.3.2先进制造技术在我国的发展1.我国制造业相对优势与先进制造技术的发展(1)我国制造技术经建国以来50余年的发展已形成较完整的技术体系。(2)通过对引进技术的消化吸收和对企业现有技术的深化改造，不少企业已经掌握了一批相对先进的制造技术和管理方法，不少产品已成功地打入国际市场。(3)在制造技术基础研究的许多方面我国已具有很高水平，制造学科已发展成为一个重要的支柱学科。近百所高等工科院校设有机械制造、机电一体化等相关专业；国家有关部委也设有制造工艺与技术研究所。(4)先进制造技术应用情况。①1993年国家科委组织实施“CAD应用工程”，原机械部又将1997年定为CAD推广年，现在机械工业系统的骨干企业中CAD应用的普及率达到35％，但绝大多数只是“甩图板”。②1958年开始研制数控机床，到20世纪80年代通过引进、消化、吸收国外成熟技术开发出具有自主知识产权的数控系统；到80年代中期，已开始引进和自行研制柔性制造系统，数控机床的生产也实现了产业化。但在金属切削机床总产量中，数控化率只有5%左右。③我国在20世纪70年代中期研制成功了直接数控(群控)系统并应用于生产，现在已拥有柔性制造系统和柔性制造单元等自动化制造系统。④我国在20世纪80年代末就注意引进先进管理模式。据有关资料报导，我国企业已先后投入大约80亿元购买了MRPⅡ软件来建立现代生产管理系统或MIS系统。2.我国机械制造业的差距(1)产品品种少、档次低。(2)制造工艺落后，装备陈旧。(3)生产专业化水平低。(4)管理技术落后。1.3.3先进制造技术的发展趋势当前先进制造技术的发展方向大致有以下九个方面：(1)信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代制造生产模式将得到不断发展；(2)设计技术与手段更现代化；(3)成型及制造技术精密化，制造过程实现低消耗；(4)形成新型特种加工方法；(5)开发新一代超精密、超高速制造装备；（精密化）(6)加工工艺由技艺型发展为工程科学型；(7)实施无污染绿色制造；（绿色化）(8)虚拟现实技术将在制造业中广泛应用；（虚拟化）(9)制造过程中将贯彻以人为本的概念。（人性化）复习思考题1-1论述先进制造技术及其主要特点。1-2叙述先进制造技术的分类及主要技术。1-3描述我国机械制造业的发展目标。