第一讲先进制造技术概论-49

《机械加工新发展》讲义1第一讲先进制造技术SectionAAdvancedManufacturingTechnology南京航空航天大学机电学院CollegeofMechanical&ElectronicEngineeringNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics《机械加工新发展》讲义2什么是“制造”?制造(Manufacturing)来源于17世纪的两个拉丁语Manu:手（byhand),Facture:制作(facere:tomake)„是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。„狭义：为机电产品的机械加工工艺过程„广义：国际生产工程学会1990年：制造是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。《机械加工新发展》讲义3Manufacturing:Past,Present,andFutureEarly18thCentury19thCentury20thCentury21stCenturyApersonwithananvilandhammerPoorlyunderstoodprocessCraftspeopleCottageindustrySteam-poweredmachineryImprovedunderstandingofprocessesFactoryconditionsincitiesComputeraideddesign,planning,andmanufacturingLimitedprocessmodelsusingclosedloopcontrolIncreasedfactoryautomationSystemwidenetworksandinformationRobustprocessesandintelligentcontrolGlobalenterprisesandvirtualmanufacturingcorporations制造技术的演进《机械加工新发展》讲义4制造技术的演进20,000B.C.~1770A.D.TheArtofManufacturingLeonardoDaVinci1770s~1970sTheTechnologyofManufacturing1980s~presentAScienceofManufacturing《机械加工新发展》讲义5制造技术的演进1）用机器代替手工，从作坊形成工厂19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。2）从单件生产方式发展成大量生产方式泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造……《机械加工新发展》讲义6制造科学与技术研究的重要性3.克林顿上台后，对制造业大力支持，他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连续8年取得了2-3%的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业率。这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。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，美国的一些国会议员、政府要员纷纷要求政府出面，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。《机械加工新发展》讲义71.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。制造科学与技术研究的重要性日本的经验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”。《机械加工新发展》讲义81.1998年爆发的动南亚经济危机，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。制造科学与技术研究的重要性东南亚经济危机的启示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。《机械加工新发展》讲义91.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。制造科学与技术研究的重要性瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？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。《机械加工新发展》讲义10制造科学与技术研究的重要性科学技术产业制造制造制造制造业的重大意义制造技术科学技术生产力《机械加工新发展》讲义11制造科学与技术研究的重要性人大常委会副委员长宋健指出：“制造业是实现现代化工业的水之源、木之本，是实现工业化的保障和原动力，是国家实力的脊梁，是支持共和国大厦的基石。没有强大制造能力的国家永远成不了经济强国。”《机械加工新发展》讲义12先进制造技术的提出影响AMT发展昀主要的因素是:技术的推动市场的牵引生产规模：小批量一少品种大批量一多品种变批量资源配置：劳动密集一设备密集一信息密集一知识密集生产方式：手工一机械化一单机自动化一刚性流水自动化一柔性自动化一智能自动化《机械加工新发展》讲义13来源来源::BullingerBullinger7880828486889092994962时间46810平均产品寿命TL平均开发时间TDTDTL年数知识－技术－产品更新的周期更短先进制造技术的提出（续）Why？《机械加工新发展》讲义14研制周期交付周期研制周期01234567891070772773774775776777751596263727290年57646871828194.5(年)波音各种机型研制交付周期比较先进制造技术的提出（续）《机械加工新发展》讲义15“中心”的变化以产品为中心以顾客为中心以市场为中心先进制造技术的提出（续）《机械加工新发展》讲义16„„产品批量产品批量更小；更小；汽车生产：大批量生产汽车生产：大批量生产→→大批量定制生产；大批量定制生产；„„顾客对产品功能、性能、质量的要求顾客对产品功能、性能、质量的要求更高；更高；„„能参与全球竞争的企业能参与全球竞争的企业更多；更多；„„跨国公司的垄断性跨国公司的垄断性更明显；更明显；„„企业的兼并重组企业的兼并重组更激烈、更动荡；更激烈、更动荡；„„一般水平的产品及制造能力一般水平的产品及制造能力严重过剩；严重过剩；„„人口老龄化人口老龄化更严重；更严重；„„环保意识、绿色制造呼声环保意识、绿色制造呼声更强。更强。先进制造技术的提出（续）《机械加工新发展》讲义17先进制造技术的提出（续）提出先进制造技术（20世纪80年代末期）美国：先进制造技术计划制造技术中心计划日本：智能制造技术计划韩国：先进制造系统计划《机械加工新发展》讲义18“十五”规划中确定的八个最具战略影响的领域:1)信息技术2)生物技术3)新材料技术4)先进制造与自动化技术5)资源环境技术6)航空航天技术7)能源技术8)先进防御技术其中，先进制造与自动化技术又是实现各种高新技术的保障技术。先进制造技术的提出（续）《机械加工新发展》讲义19先进制造技术的提出（续）国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）重点领域1．能源2．水和矿产资源3．环境4．农业5．制造业6．交通运输业7．信息产业及现代服务业8．人口与健康9．城镇化与城市发展10．公共安全11．国防重大专项核心电子器件、高端通用芯片及基础软件，极大规模集成电路制造技术及成套工艺，新一代宽带无线移动通信，高档数控机床与基础制造技术，大型油气田及煤层气开发，大型先进压水堆及高温气冷堆核电站，水体污染控制与治理，转基因生物新品种培育，重大新药创制，艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治，大型飞机，高分辨率对地观测系统，载人航天与探月工程《机械加工新发展》讲义20先进制造技术的提出（续）国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）前沿技术1．生物技术2．信息技术3．新材料技术4．先进制造技术5．先进能源技术6．海洋技术7．激光技术8．空天技术（1）人类健康与疾病的生物学基础（2）农业生物遗传改良和农业可持续发展中的科学问题（3）人类活动对地球系统的影响机制（4）全球变化与区域响应（5）复杂系统、灾变形成及其预测控制（6）能源可持续发展中的关键科学问题（7）材料设计与制备的新原理与新方法（8）极端环境条件下制造的科学基础（9）航空航天重大力学问题（10）支撑信息技术发展的科学基础面向国家重大战略需求的基础研究《机械加工新发展》讲义21先进制造技术的内涵贯穿于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程。目的是实现优质、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。计算机技术、信息技术、自动化技术、现代管理技术与传统制造技术有机结合的产物。《机械加工新发展》讲义22先进制造技术的主要内容涵盖产品设计、制造、管理的各环节涉及处理物质、能量、信息的诸问题现代设计技术先进制造工艺系统管理技术《机械加工新发展》讲义23面向制造的设计技术群ƒ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ƒ快速成型技术ƒ并行工程制造工艺技术群ƒ材料生产工艺ƒ加工工艺ƒ联接与装配ƒ测试和检测ƒ环保技术ƒ维修技术ƒ其他ƒ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ƒ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ƒ机床和工具技术ƒ传感器和控制技术ƒ质量管理ƒ用户/供应商交互作用ƒ工作人员培训和教育ƒ全国监督和基准评测ƒ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先进制造技术的体系结构《机械加工新发展》讲义24先进制造技术的发展趋势ƒ精密化ƒ柔性化ƒ网络化ƒ虚拟化ƒ智能化ƒ清洁化ƒ集成化ƒ全球化《机械加工新发展》讲义25TopicA-1现代产品设计制造：以产品为中心以顾客为中心设计：经验设计知识设计面向制造的设计面向产品全生命周期设计设计：制造业的灵魂《机械加工新发展》讲义26现代产品设计（续）面向产品的全生命周期的设计DesignForXƒ产品功能ƒ产品模型ƒ工艺性ƒ可靠性ƒ维修性ƒ测试性ƒ保障性ƒ安全性ƒ拆卸性ƒ人机接口ƒ风俗、伦理、心理等在设计阶段就预见到产品的整个生命周期的设计，是具备高度预见性和预防性的设计。《机械加工新发展》讲义27现代产品设计（续）并行工程ConcurrentEngineering技术支撑要求：(1)一个完备的公共数据库(2)一个计算机网络系统(3)一套切合实际的计算机仿真模型和软件《机械加工新发展》讲义28N图纸合格？加工零件合格？装配整机合格？销售与售后服务用户满意？Y继续生产NNN设计修改设计改进加工改进装配改进售后服务传统的产品串行开发与生产过程加工仿真满意？装配仿真使用仿真维修仿真YN设计修改设计修改加工工艺改进装配工艺修改维修服务满意？N满意？N交付生产YY并行设计过程《机械加工新发展》讲义29录像PTQ波音777装配过程《机械加工新发展》讲义30现代产品设计（续）虚拟制造VirtualManufacturing将虚拟现实技术与产品制造过程的计算机仿真和预测技术相结合，就形成了虚拟制造技术虚拟现实VirtualReality借助于多媒体计算机的声像技术及先进的传感技术，虚构一种场景，给人以身临其境的“真实”感受。《机械加工新发展》讲义31TopicA-2系统管理技术从大批量生产MassProduction到顾客化大生产MassCustomi