第7章先进制造技术39

7.1概述7.1.1先进制造技术（AMT）产生背景第三十一讲1.社会经济发展背景近20多年来，市场环境发生了巨大变化，一方面表现为消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，另一方面全球性产业结构调整步伐加快。第七章先进制造技术简介2.科学技术发展背景计算机、微电子、信息、自动化等技术的渗透、衍生和应用，极大地促进了制造技术在宏观（制造系统的建立）和微观（精密、超精密加工）两个方向上的蓬勃发展，急剧地改变了现代制造业的产品结构、生产方式、生产工艺和设备及生产组织体系，使现代制造业成为发展速度快、技术创新能力强、技术密集甚至知识密集型产业。第三十一讲3.可持续发展战略联合国42届大会提出的“可持续发展”的思路，其定义是：既满足当代人的需求，又不对子孙后代满足其需要之生存环境构成危害的发展。即建立极少产生废料和污染物的工艺或技术系统。社会经济发展模式应由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变。第七章先进制造技术简介4.AMT首先由美国于20世纪80年代末提出20世纪70年代，一批美国学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，认为制造业是“夕阳工业”，主张经济重心由制造业转向高科技产业和第三产业。结果：导致美国在经济上竞争力下降，贸易逆差巨增，日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。（20世纪60年代美国汽车产量占世界汽车总产量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）第七章先进制造技术简介第三十一讲20世纪80年代,美国政府开始认识到问题的严重性白宫一份报告称“美国经济衰退已威胁到国家安全”MIT的一份报告写到“经济竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争”，“一个国家要生活好，必须生产好”，表明美国知识界与政府之间取得了共识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）”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第三十一讲第七章先进制造技术简介7.1.2AMT的内涵和体系结构1.定义◆AMT是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，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，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。◆要点：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第三十一讲第七章先进制造技术简介美国联邦政府科学、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”。其结构体系见图7-1。主体技术群面向制造的设计技术群（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）支撑技术群图7-1AMT结构体系制造技术基础设施第三十一讲第七章先进制造技术简介制造基础设施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全国监督和基准评测⑤技术获取合理用设计技术群①产品、工艺设计CAD工艺过程建模和仿真工艺规程设计系统工程集成工作环境设计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联接和装配④测试和检验⑤环保技术⑥维修技术⑦其他支撑技术群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传感器和控制技术主体技术群第三十一讲第七章先进制造技术简介AMST提出的AMT轮图TQCSE基础制造技术CADCAMNC技术ROBOTFMC清洁生产技术质量与可靠性CE系统管理技术MRPⅡCIMSIMSAM集成技术新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展）系统工程及管理科学信息技术图7-3AMST提出的先进制造技术体系图新材料技术新能源技术◆第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。包括精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。◆第二个层次是新型的制造单元技术。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、CAD／CAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。◆第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，如FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。第三十一讲第七章先进制造技术简介2.AMT特征◆AMT是一项综合性技术AMT不是一项具体的技术，而是利用系统工程思想和方法将各种相关技术集合成一个整体，它特别强调计算机技术、信息技术和现代管理技术在整个制造过程中的综合应用，特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理的有机结合。◆AMT是一项动态技术AMT没有一个固定的模式，它要与企业的具体情况相结合。同时AMT也不是一成不变的，而是动态发展的，它要不断地吸收和利用各种高新技术成果，并将其渗透到制造系统的各个部分和整个过程，使其不断趋于完善。第三十一讲第七章先进制造技术简介◆AMT是面向工业应用的技术AMT有明显的需求导向特征，不以追求技术高新度为目的，重在实际效果。◆AMT是面向全球竞争的技术通过提高企业综合效益和对市场的快速反应能力，达到提高竞争力的目标。◆AMT是面向21世纪的技术AMT是制造技术发展的新阶段，它保留了传统制造技术中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技术，使其产生了质的飞跃。AMT强调环保技术，符合可持续发展的战略。第三十一讲第七章先进制造技术简介AMT发展趋势◆信息技术对AMT发展起着越来越重要的作用信息技术是各种先进制造技术的重要支撑，信息技术向制造技术的注入与融合，必将促进AMT的不断发展。◆现代设计技术将迅速发展和不断完善包括CAD，CAE，DFX，健壮设计，优化设计，智能设计，反求工程，面向全生命周期的设计等。◆材料成形向精密、低耗、清洁方向发展材料成形技术将使毛坯从接近零件形状向直接制成工件精密成形或称净成形的方向发展。据国际机械加工技术协会预测，本世纪初，塑性成形与磨削加工相结合，将取代大部分中小零件的切削加工。运用改性技术，将获得各种特殊性能要求的表面（涂）层，同时减少能耗并消除污染。第三十一讲第七章先进制造技术简介◆加工技术向超精密、超高速方向发展◆绿色制造将成为21世纪制造业重要特征包括：绿色产品设计技术（产品在全生命周期符合环保、人类健康、能耗低、资源利用率高的要求）；绿色制造技术（在整个制造过程，对环境负面影响最小，废弃物和有害物质的排放最小，资源利用效率最高）；产品的回收和循环再制造（例如，汽车等产品的拆卸和回收技术，以及生态工厂的循环式制造技术等）。◆虚拟制造将获得广泛应用首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（SoftPrototype）代替传统的硬样品（HardPrototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低成本，提高系统快速响应市场变化的能力。7.2先进制造技术的内容7.2.1现代设计技术1）现代设计方法。包括有模块化设计、系统化设计、价值工程、模糊设计、面向对象的设计、反求工程、并行设计、绿色设计、工业设计等。第三十一讲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，制定设计方案并使方案付诸实施的技术，其重要性在于使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，促进产品功能不断完善，产品质量不断提高。现代设计技术包含如下内容：第七章先进制造技术简介2）产品可信性设计。可信性设计包括可靠性设计、安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、防疲劳设计、耐环境设计、健壮设计、维修设计和维修保障设计等。先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础，是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。先进制造工艺包括高效精密成形技术、高精度切削加工工艺、特种加工以及表面改性技术等内容。第三十一讲3）设计自动化技术。是指用计算机软硬件工具辅助完成设计任务和过程的技术，它包括产品的造型设计、工艺设计、工程图生成、有限元分析、优化设计、模拟仿真虚拟设计、工程数据库等内容。第七章先进制造技术简介7.2.2先进制造工艺1）高效精密成形技术。它是生产局部或全部无余量半成品工艺的统称，包括精密洁净铸造成形工艺、精确高效塑性成形工艺、优质高效焊接及切割技术、优质低耗洁净热处理技术、快速成形和制造技术等。制造自动化是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。制造过程自动化技术涉及到数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、传感技术、自动检测技术、信号处理和识别技术等内容。第三十一讲第七章先进制造技术简介2）高效高精度切削加工工艺。包括有精密和超精密加工、高速切削和磨削、复杂型面的数控加工、游离磨粒的高效加工等。3）现代特种加工工艺。它是指那些不属于常规加工范畴的加工工艺，如高能束加工（电子束、离子束、激光束）、电加工（电解和电火花）、超声波加工、高压水射流加工、多种能源的复合加工、纳米技术及微细加工等。7.2.3制造自动化技术第三十一讲第七章先进制造技术简介1）机床数控技术。数控技术（NumericalControlTechnology）是指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，它是制造业实现自动化、柔性化和集成化生产的基础技术。由于计算机应用技术的成熟，数控系统均采用了计算机数控（ComputerNumericalControl），简称CNC，以区别于传统的NC。数控机床（NumericalControlMachineTools）是用计算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。它是集计算机应用技术、自动控制、精密测量、微电子技术、机械加工技术于一体的机一种具有高效率、高精度、高柔性和高自动化的光机电一体化数控设备。第三十一讲第七章先进制造技术简介2）工业机器人技术机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。第三十一讲第七章先进制造技术简介3）柔性制造系统（FMS）柔性制造技术是集数控技术、计算机技术、机器人技术和现代管理技术于一体的先进制造技术。柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：（1）高柔性（2）高效率（3）高度自动化柔性制造系统一般可分为柔性制造单元、柔性制造系统和柔性制造生产线三种类型。第三十一讲第七章先进制造技术简介FMS应用品种图7-4零件品种、批量与自动化加工方式0101001000批量10,000100010010FMLFMCFMS数控机床通用机床刚性线第三十一讲第七章先进制造技术简介7.2.4先进生产管理技术先进生产管理技术是指制造型企业在从市场开发、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、信息以及人力资源）