第一章先进制造技术概述57

机械制造技术导论河海大学机电工程学院苑明海1.制造业和制造技术的概念定义1：制造业是将各种原材料加工制造成可使用的工业制成品的工业。地位：制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十分重要的位置，是国民经济的支柱产业。美国68%的财富来源于制造业；日本国民总产值的49%由制造业提供；中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例。没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。0.1制造业和制造技术1.制造业和制造技术的概念作用：目前，作为我国国民经济的支柱产业,制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托,制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。制造技术：是使原材料变成产品的技术的总称，是国民经济得以发展、制造业本身赖以生存的关键基础技术。0.1制造业和制造技术电子制造业汽车制造业2.机械制造科学的研究内容机械制造设备和工艺装备的设计和制造，新的设备和工装的设计。机械的制造工艺过程：热加工工艺过程及冷加工工艺过程，它们都是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。机械制造(冷加工)工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程。因此，机械制造科学也是研究机械加工和装配工艺过程及方法的科学。据统计，目前在机械制造中采用的工艺方法已经达到4-500种以上。各种工艺方法的规律、特点和适用范围，新的先进制造工艺手段，也是机械制造科学的重要研究内容之一。0.2机械制造科学的概念与研究内容1.机械制造科学的概念为国民经济各部门进行简单再生产和扩大再生产提供技术装备的各类制造业，统称为装备制造业。机械制造业是装备制造业的核心。研究机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学称为机械工程学。机械系统从构思到实现要经历设计和制造两大不同性质的阶段，与之相应，机械工程学被分成两大分支：机械学和机械制造科学。机械制造科学是研究机械制造系统、机械制造过程和机械制造手段(工艺)的科学。0.2机械制造科学的概念与研究内容2、先进制造技术的基本内容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。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点advancedmanufacturingtechnology2、先进制造技术的基本内容2.1.2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。2.1先进制造技术的提出、内涵及特点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。2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点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。美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点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。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点欧共体ERECA、ESPRIT、BRITE计划ERECA（尤里卡）计划：1988年拨款5亿美元资助16个欧洲国家600家企业的165个合作项目。ESPRIT（欧洲信息技术研究发展战略）计划：13个成员国向5500名研究人员提供资助。BRITE（欧洲工业基础研究）计划：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作等方面的研究。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点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。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。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点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。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点究竟依靠什么产业来强国？是依靠第三产业来强国，还是依靠制造业来强国？美国的教训1)上个世纪70年代,美国不重视制造业,把制造业称为“夕阳工业”,结果导致美国80年代的经济衰退。2)80年代后期，美国政府开始协调和支持制造产业的发展，1991年，布什政府期间，美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术，其中制造技术占4项，标志着美国科技政策的转变。3)克林顿上台后，对制造业大力支持。日本的经验1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，特别大抓了汽车制造和微电子制造，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，特别是大举进入了美国市场。2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。学习的榜样——瑞士瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？1）瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居世界第一。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”规划中，先进制造技术是国家重点发展的第四关键领域。先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项1.核心电子器件、高端适用芯片及基础软件产品2.极大规模集成电路制造装备及成套工艺3.新一代宽带无线移动通信网4.高档数控机床与基础制造装备5.大型油气田及煤层气开发6.大型先进压水堆及高温气冷堆核电站7.水体污染的控制与治理8.转基因生物新品种培育先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划16个重大专项9.重大新药创制10.艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治11.大型飞机12.中国第二代卫星导航系统13.高分辨率对地观测系统14.载人航天与探月工程15.高超声速飞行器科技工程16.惯性约束核聚变点火先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点国家中长期科技规划5大战略抓住未来若干年内信息技术更新换代和新材料技术迅猛发展的难得机遇，把获取装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权，作为提高我国产业竞争力的突破口；先进制造技术得到重视2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.3先进制造技术内涵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、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点2.1.4先进制造技术特点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2、先进制造技术的基本内容2.1先进制造技术的提出、内涵及特点一、定义:在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.制造.检测.管理.销售.使用.服务的制造全过程,以实现优质.高效.低耗.清洁.灵活的生产,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总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系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二体系结构(1)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系二体系结构(2)2、先进制造技术的基本内容2.2先进制造技术的体系优质、高效、低耗、清洁基础制造技术CAD/CAM数控技术机器人技术生产管理技术清洁生产技术并行工程质量与可靠性技术系统管理技术MRPⅡCIMSAMIM集成技术激光新能源技术新材料技术信息技术系统工程与管理科学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）三先进设计技术设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CA