第五章第五章先进制造技术先进制造技术提 纲引引言言4.先进制造模式与管理技术先进制造模式与管理技术1.概述概述2.先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.自动化制造系统自动化制造系统引引言言制制制制造造造造的的的的几几几几个个个个基基基基本本本本概概概概念念念念v制造（制造（Manufacturing）：狭义上可将“制造”理解为机电产品的机械加工工艺过程。随着人类生产力的发展，“制造”的概念和内涵在“范围”和“过程”两个方面大大拓展。国际生产工程学会1990年给“制造”下的定义是：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。 v制造技制造技术（Manufacturing Technology）：）：完成制造活动所需的一切手段的总和。（按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，使原材料转变为产品的技术总称）v制造系制造系统（Manufacturing System）：）：制造过程及其所涉及的硬件（原材料、设备、工具和能源等）、软件（制造理论、制造工艺和制造信息等）和人员组成的一个将制造资源转变为产品的有机整体，如下图所示。 v制造制造业（Manufacturing Industry）：）：以制造技术为主导进行产品制造的行业。它的主要任务是制造人类社会在生产和生活中所需的一切产品，一方面创造价值，产生物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门，包括国防和科学技术的进步和发展提供先进的手段和装备。制造业的发达和先进程度是国家工业化的表征。 1）人从猿进化而来, 人猿分离, 是由于人学会双足行走和用手制造并使用工具。2）中国的元谋人（170万年前的南方古猿）、非洲人早在160万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始制造业。饮食改善促进了脑的发展。200万年前的猿人 脑容量约为700毫升，100万年前的直立人脑容量约为1000毫升，50万年前增加到1200毫升，1929年发现的57万年前的北京（直立）猿人为1050毫升， 而现代人的脑容量平均为1450毫升，现代人的大脑皮层褶皱面积为 1700-2200平方厘米，是黑猩猩的3倍。3）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。动物所做到的最多是收集,而人则从事生产。”制制制制造造造造业业业业创创创创造造造造了了了了人人人人类类类类1 1）用机器代替手工，从作坊形成工厂）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 2）从单件生产方式发展成大量生产方式）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 3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术）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、敏捷制造制制制制造造造造业业业业发发发发展展展展的的的的历历历历程程程程波音波音777777的设计和制造的设计和制造 全数字化定义全数字化定义无纸生产无纸生产 数字化预装配数字化预装配无金属样机的生无金属样机的生产产（虚拟制造的一部分）（虚拟制造的一部分） 广域网上的异地设计、异地制造广域网上的异地设计、异地制造 基于基于STEPSTEP的数据交换的数据交换协同工作小组协同工作小组Team work 238Team work 238个个设计制造周期大大缩短：设计制造周期大大缩短：4 4年年（而波音（而波音757757、767767约约9-109-10年）年）更大的利润，每架更大的利润，每架777777，$1.4$1.4亿亿基于分布式基于分布式CAD/CAMCAD/CAM系统在系统在8 8台台IBMIBM大型计算机大型计算机ES/9000ES/9000和和IBM5080IBM508050865086图形终端，图形终端，发现零件干涉发现零件干涉25002500处，减少处，减少工程更改工程更改5050以上以上设计、工艺、制造、供应商、设计、工艺、制造、供应商、潜在用户的工作小组，潜在用户的工作小组，70007000人人参加，采用并行工程的模式。参加，采用并行工程的模式。InternetInternet将发动机供应商将发动机供应商GEGE、HPHP和诺依斯罗斯联在一起。和诺依斯罗斯联在一起。63M63M长的波音长的波音777777，装配准误差，装配准误差仅仅0.58mm.0.58mm.先先先先进进进进制制制制造造造造技技技技术术术术的的的的典典典典型型型型应应应应用用用用人类文明有三大物质支柱：材料、能源和信息。这三大支柱都离人类文明有三大物质支柱：材料、能源和信息。这三大支柱都离不开人类的制造活动。没有不开人类的制造活动。没有“制造制造”，就没有人类。，就没有人类。18世纪后半叶，世纪后半叶，以蒸汽机和工具机的发明为特征的产业革命促成了工场式生产方式以蒸汽机和工具机的发明为特征的产业革命促成了工场式生产方式的出现，标志制造业从的出现，标志制造业从手工作坊生产到以机械加工和分工原则为中手工作坊生产到以机械加工和分工原则为中心的工厂生产心的工厂生产的转变；的转变；19世纪世纪电气技术电气技术的发展开辟了电气化的新时的发展开辟了电气化的新时代，实现了制造技术代，实现了制造技术批量化生产批量化生产；20世纪初，世纪初，内燃机内燃机的发明引起了的发明引起了制造业的革命，制造业的革命，流水线生产和泰勒式工作制及其科学管理流水线生产和泰勒式工作制及其科学管理方法得到方法得到了应用；自二次世界大战到了应用；自二次世界大战到20世纪世纪70年代，年代，计算机、微电子、信息计算机、微电子、信息和自动化技术和自动化技术的迅速发展推动了生产方式由的迅速发展推动了生产方式由大、中批量生产向多品大、中批量生产向多品种小批量柔性生产自动化种小批量柔性生产自动化的转变；近的转变；近20年来，随着现代高技术的迅年来，随着现代高技术的迅猛的发展，制造业的内涵和外延出现了许多新的特点和发展趋势。猛的发展，制造业的内涵和外延出现了许多新的特点和发展趋势。1980年代后期，信息技术、新材料技术和现代管理思想对传统的制年代后期，信息技术、新材料技术和现代管理思想对传统的制造技术理念的强力渗透与集成，使传统机械技术发生革命性变革，造技术理念的强力渗透与集成，使传统机械技术发生革命性变革，形成了所谓的形成了所谓的“先进制造技术先进制造技术”(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)。一一.概概述述 先进制造技术是集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型学科。先进制造技术的概念自20世纪80年代被提出来后至今没有一个很明确的定义，近来普遍公认的含义是：先进制造技术是在传统制造技术基础上，以人为主体，以计算机为重要工具，不断吸收机械、光学、电子、信息(计算机和通信、控制理论、人工智能等)、材料、环保、生物以及现代系统管理等最新科技成果，涵盖产品生产的整个生命周期的各个环节的先进工程技术的总称，它面向包括机械制造、电子产品制造、材料制造、石油、化工、冶金以及民用消费品制造等在内的“大制造业”。1.先进制造技术的定义先进制造技术的定义2.先进制造技术的特点先进制造技术的特点1先进性 先进制造技术的核心和基础是优质、灵活、高效、清洁和低耗的工艺，这些工艺既保留了传统制造技术中的有效要素，又吸收了各种高科技的最新成果。2广泛性 先进制造技术与各学科不断渗透、交叉、融合，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科，它覆盖了产品设计生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程。3实用性 先进制造技术是顺应制造业的需求而发展起来的一项面向工业应用的新技术，讲究实用性，有明确的需求导向，它是注重产生最好的实践效果，以提高企业竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。 4系统集成性 先进制造技术是现代信息技术、自动化技术、管理技术与传统制造技术的有机合成而成的新技术。它不是上述各个单项技术的叠加，而是有效的集成，已发展成集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科。5动态性 先进制造技术不是一成不变的，而是一门动态技术。它要不断地吸收各种高新技术，将其渗透到企业生产的所有领域和产品寿命循环的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。3.先进制造技术的体系结构先进制造技术的体系结构（1 1）AMST多层次先进制造技术体系结构多层次先进制造技术体系结构（2 2）FCCSETFCCSET先进制造技术体系结构先进制造技术体系结构4.先进制造技术的分类先进制造技术的分类 1现代设计技术现代设计技术 是在传统设计的基础上继承和发展起来的 包括了有关的各项工程技术。设计方法现代化设计方法现代化产品动态分析和设计产品动态分析和设计产品可靠性产品可靠性可维护性及安全设计可维护性及安全设计产品优化设计产品优化设计快速响应设计快速响应设计创新设计创新设计智能设计智能设计仿真与虚拟设计仿真与虚拟设计价值工程设计价值工程设计模块化设计模块化设计设计手段计算机化设计手段计算机化l有限元法有限元法l优化设计优化设计l计算机辅助设计计算机辅助设计l反求工程技术反求工程技术lCAD/CAM一体化技术一体化技术l工程数据库工程数据库向全寿命周期设计发展向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济向综合考虑技术、经济和社会因素和社会因素2先进制造工艺先进制造工艺 随着机械工业的发展和科学技术的进步，新型加工方法不断出现和发展，主要的新型加工方法类型有：精密加工和超精密加工、超高速加工、微细加工、特种加工及高密度能源加工、快速原型制造技术、新型材料加工、大件及超大件加工及复合加工等加工方法。 精密、超精密加工技术精密加工：精度为30.3m Ra0.30.03 m超精密加工：精度为0.30.03m Ra0.30.005 m纳米加工：精度高于0.03m Ra小于0.30.005 m精密成型制造技术l从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术l高能束流加工（电子束、离子束、激光束）l电加工（电解和电火花)l超声波加工l高亚水加工l多种能源的组合加工3制造自动化技术制造自动化技术数控技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人工业机器人机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制柔性制造系统l加工系统l物流系统l调度与控制l故障诊断自动检测与信号识别技术l信号识别l数据获取l数据处理l特征提取与识别过程设备工况监测与控制l过程监视系统l在线反馈质量控制先进制造生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系统IMS精良生产LP并行工程CE集成管理技术企业资源管理ERP基于作业的成本管理ABC现代质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成生产组织方法l虚拟公司理论与组织l企业组织结构的变革l以人为本的团队建设l企业重组工程4先进制造生产模式和管理先进制造生产模式和管理二二.先进制造工艺技先进制造工艺技术术 根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速加工通常指切削速度超过传统切削速度5倍10倍的切削加工。高速加工包括高速铣削、高速车削、高速钻孔与高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削。A.A.高速加工的主要特点：高速加工的主要特点：高速加工的主要特点：高速加工的主要特点：(1)(1)加工效率高。加工效率高。加工效率高。加工效率高。(2)(2)切削力小。切削力小。切削力小。切削力小。(3)(3)热变形小。热变形小。热变形小。热变形小。(4)(4)加工精度高、加工质量好。加工精度高、加工质量好。加工精度高、加工质量好。加工精度高、加工质量好。(5)(5)加工过程稳定。加工过程稳定。加工过程稳定。加工过程稳定。(6)(6)能加工各种难加工材料。能加工各种难加工材料。能加工各种难加工材料。能加工各种难加工材料。1.高速加工技术高速加工技术B.B.高速切削加工的关键技术高速切削加工的关键技术高速切削加工的关键技术高速切削加工的关键技术(1)高速主轴系统高速主轴系统(2)快速进给系统快速进给系统(3)高速高速CNC控制系统控制系统(4)高速切削刀具技术高速切削刀具技术(5)高速切削加工的安全防护和实时监控系高速切削加工的安全防护和实时监控系统统C.高速切削加工的应用高速切削加工的应用 高速加工在航空航天、汽车、模具制造、电子工业等领域得到越来越广泛的应用。在航空航天制造业中主要是解决零件大余量材料去除、薄壁零件加工、高精度零件加工、难切削材料加工以及生产效率等问题；在模具制造业中采用高速铣削，可加工硬度达50HRC60HRC的淬硬材料，可取代部分电火花加工，并减少钳工修磨工序，缩短模具加工周期；高速加工在电子印刷线路板打孔和汽车大规模生产中也得到广泛应用。目前，适合于高速加工的材料有铝合金、钛合金、铜合金、不锈钢、淬硬钢、石墨和石英玻璃等。2.快速原型制造技术快速原型制造技术 快速成形制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing，RPM ）是20世纪80年代后期起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造技术，是近20年来制造技术领域的一项重大突破。是利用光、热、电等物理手段(其中激光是经常应用的)实现材料的转移与堆积。A.RP技术的主要特点技术的主要特点高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体； CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化； 成形过程无需专用夹具或工具； 无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程； 成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；B.快速原型制造的原理快速原型制造的原理快速原型制造的基本原理快速原型制造的基本原理快速原型制造的基本过程快速原型制造的基本过程 快速原型制造的工艺过程快速原型制造的工艺过程 光固化成形工艺光固化成形工艺(StereoLithographyApparatus,SLA)原理原理1成形零件成形零件2紫外激光器紫外激光器3光敏树脂光敏树脂4刮平器刮平器5液面液面6升降台升降台C.快速原型制造工艺快速原型制造工艺分层实体制造分层实体制造(LaminatedObjectManufacturing，LOM)工艺原理工艺原理1供料辊供料辊2料带料带3控制计算机控制计算机4热压辊热压辊5CO2激光器激光器6加工平面加工平面7升降工作台升降工作台8收料辊收料辊SLS工艺原理工艺原理 FDM工艺原理工艺原理 3.超精密加工技术超精密加工技术A.超精密加工的主要加工方法超精密加工的主要加工方法(1)(1)超精密切削超精密切削超精密切削超精密切削：主要是借助锋利的金刚石刀具对工件进：主要是借助锋利的金刚石刀具对工件进：主要是借助锋利的金刚石刀具对工件进：主要是借助锋利的金刚石刀具对工件进行机械制造车削和铣削，可用于加工要求高表面质量和行机械制造车削和铣削，可用于加工要求高表面质量和行机械制造车削和铣削，可用于加工要求高表面质量和行机械制造车削和铣削，可用于加工要求高表面质量和高形状精度的有色金属和非金属零件。高形状精度的有色金属和非金属零件。高形状精度的有色金属和非金属零件。高形状精度的有色金属和非金属零件。(2)(2)超精密磨削超精密磨削超精密磨削超精密磨削：该技术是在一般精密磨削基础上发展起：该技术是在一般精密磨削基础上发展起：该技术是在一般精密磨削基础上发展起：该技术是在一般精密磨削基础上发展起来的。超紧密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度，还来的。超紧密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度，还来的。超紧密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度，还来的。超紧密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度，还要保证获得精确的几何形状和尺寸。要保证获得精确的几何形状和尺寸。要保证获得精确的几何形状和尺寸。要保证获得精确的几何形状和尺寸。(3)(3)超精密研磨超精密研磨超精密研磨超精密研磨：研磨是在被加工表面和研磨工具之间放：研磨是在被加工表面和研磨工具之间放：研磨是在被加工表面和研磨工具之间放：研磨是在被加工表面和研磨工具之间放上游离的磨料和润滑液，使被加工表面和研磨工具产生上游离的磨料和润滑液，使被加工表面和研磨工具产生上游离的磨料和润滑液，使被加工表面和研磨工具产生上游离的磨料和润滑液，使被加工表面和研磨工具产生相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除表面凸处，使被加工表面的精度得以提高，表面粗糙度表面凸处，使被加工表面的精度得以提高，表面粗糙度表面凸处，使被加工表面的精度得以提高，表面粗糙度表面凸处，使被加工表面的精度得以提高，表面粗糙度值得以降低。值得以降低。值得以降低。值得以降低。(4)(4)超微细加工超微细加工超微细加工超微细加工：主要用于微小零件和微小尺寸的加工，多以集：主要用于微小零件和微小尺寸的加工，多以集：主要用于微小零件和微小尺寸的加工，多以集：主要用于微小零件和微小尺寸的加工，多以集成电路和微型机械为对象，与微电子技术联系密切。成电路和微型机械为对象，与微电子技术联系密切。成电路和微型机械为对象，与微电子技术联系密切。成电路和微型机械为对象，与微电子技术联系密切。 (5)(5)光整与精整加工光整与精整加工光整与精整加工光整与精整加工：光整加工强调了表面粗糙度值的降低及：光整加工强调了表面粗糙度值的降低及：光整加工强调了表面粗糙度值的降低及：光整加工强调了表面粗糙度值的降低及去除毛刺。去除毛刺。去除毛刺。去除毛刺。B.超精密加工设备超精密加工设备超精密加工机床是超精密加工水平的标志，其结构、超精密加工机床是超精密加工水平的标志，其结构、超精密加工机床是超精密加工水平的标志，其结构、超精密加工机床是超精密加工水平的标志，其结构、精度、稳定性等均对加工质量有直接影响，因此，它应满足精度、稳定性等均对加工质量有直接影响，因此，它应满足精度、稳定性等均对加工质量有直接影响，因此，它应满足精度、稳定性等均对加工质量有直接影响，因此，它应满足以下一些要求：以下一些要求：以下一些要求：以下一些要求：(1)(1)高精度。高精度。高精度。高精度。(2)(2)高刚度。高刚度。高刚度。高刚度。(3)(3)高稳定性。高稳定性。高稳定性。高稳定性。(4)(4)抗振性好。抗振性好。抗振性好。抗振性好。(5)(5)高自动化。高自动化。高自动化。高自动化。C.超精密加工技术的发展应用超精密加工技术的发展应用 在国防工业国防工业中： 陀螺仪的加工 在信息产业中： 计算机上的芯片、磁盘和磁头，录像机的磁鼓，复印机的感光鼓、光盘和激光头，激光打印机的多面体，喷墨打印机的喷墨头等 在民用产品中： 摄像机、照相机等4.微制造技术微制造技术A.微系统概念微系统概念微系统具有体积小、耗能低、能够在狭小空微系统具有体积小、耗能低、能够在狭小空微系统具有体积小、耗能低、能够在狭小空微系统具有体积小、耗能低、能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，它大致可以分为两大类：一类称之为微机械电子它大致可以分为两大类：一类称之为微机械电子它大致可以分为两大类：一类称之为微机械电子它大致可以分为两大类：一类称之为微机械电子系统（系统（系统（系统（MicroElectroMicroElectroMechanicalSystemMechanicalSystem， MEMSMEMS），侧重于集成电路可兼容技术加工制造），侧重于集成电路可兼容技术加工制造），侧重于集成电路可兼容技术加工制造），侧重于集成电路可兼容技术加工制造的元器件；另一类就是微缩后的传统机械。的元器件；另一类就是微缩后的传统机械。的元器件；另一类就是微缩后的传统机械。的元器件；另一类就是微缩后的传统机械。B.微系统的关键技术微系统的关键技术（1 1）微系统设计技术）微系统设计技术）微系统设计技术）微系统设计技术 它主要是指微结构设计数据它主要是指微结构设计数据它主要是指微结构设计数据它主要是指微结构设计数据库、有限元和边界分析、库、有限元和边界分析、库、有限元和边界分析、库、有限元和边界分析、CAD/CAMCAD/CAM仿真和拟实技仿真和拟实技仿真和拟实技仿真和拟实技术、微系统建模等。术、微系统建模等。术、微系统建模等。术、微系统建模等。（2 2）微细加工技术）微细加工技术）微细加工技术）微细加工技术 它主要是指高深度比、多层微它主要是指高深度比、多层微它主要是指高深度比、多层微它主要是指高深度比、多层微结构的硅表面加工和体加工技术。结构的硅表面加工和体加工技术。结构的硅表面加工和体加工技术。结构的硅表面加工和体加工技术。（3 3）微系统组装和封装技术）微系统组装和封装技术）微系统组装和封装技术）微系统组装和封装技术 它主要是指黏结材料它主要是指黏结材料它主要是指黏结材料它主要是指黏结材料的粘接、硅玻璃静电封装、硅键合技术和自对准的粘接、硅玻璃静电封装、硅键合技术和自对准的粘接、硅玻璃静电封装、硅键合技术和自对准的粘接、硅玻璃静电封装、硅键合技术和自对准组装技术。组装技术。组装技术。组装技术。（4 4）微系统的表征和测试技术）微系统的表征和测试技术）微系统的表征和测试技术）微系统的表征和测试技术 它主要指结构材料它主要指结构材料它主要指结构材料它主要指结构材料特性测试技术，微小力学、电学等物理量的测量特性测试技术，微小力学、电学等物理量的测量特性测试技术，微小力学、电学等物理量的测量特性测试技术，微小力学、电学等物理量的测量技术，微器件和微系统性能的表征和测试技术，技术，微器件和微系统性能的表征和测试技术，技术，微器件和微系统性能的表征和测试技术，技术，微器件和微系统性能的表征和测试技术，微器件和微系统微器件和微系统微器件和微系统微器件和微系统可靠性的测量与评价技术。可靠性的测量与评价技术。C.微制造技术微制造技术（1）半导体加工技术）半导体加工技术 半导体加工技术即半导体的表面和立体的微细加工，指半导体加工技术即半导体的表面和立体的微细加工，指在以硅为主要材料的基片上进行沉积、光刻与腐蚀的工艺过程。在以硅为主要材料的基片上进行沉积、光刻与腐蚀的工艺过程。它可以分为光刻加工与体微机械加工技术、表面微机械加工技术它可以分为光刻加工与体微机械加工技术、表面微机械加工技术两种。两种。a.光刻加工与体微机械加工技术：光刻加工与体微机械加工技术：光刻加工是用照相复印的方光刻加工是用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印制在涂有光致抗蚀剂法将光刻掩模上的图形印制在涂有光致抗蚀剂(光刻胶光刻胶)的薄膜或的薄膜或基材表面，然后进行选择性腐蚀，刻蚀出规定的图形。基材表面，然后进行选择性腐蚀，刻蚀出规定的图形。b.表面微机械加工技术：表面微机械加工技术：表面微机城加工技术是在硅表面根据需表面微机城加工技术是在硅表面根据需要可生长多层薄膜，采用选择性腐蚀技术，去除部分不需要的膜要可生长多层薄膜，采用选择性腐蚀技术，去除部分不需要的膜层，在硅平面上形成所需要的形状，甚至是可动部件，去除的部层，在硅平面上形成所需要的形状，甚至是可动部件，去除的部分膜层一般称为分膜层一般称为“牺牲层牺牲层”，整个加工过程都在硅片表面层上进，整个加工过程都在硅片表面层上进行，其核心技术是行，其核心技术是“牺牲层牺牲层”技术。技术。(2)LIGA和准和准LIGA技术技术LIGA技术是技术是20世纪世纪80年代初产生的，该技术是一年代初产生的，该技术是一种由半导体光刻工艺派生出来的采用光刻方法一次生种由半导体光刻工艺派生出来的采用光刻方法一次生成三维空间微机械构件的方法，成三维空间微机械构件的方法，LIGA技术的机理是由技术的机理是由深层深层X射线光刻、电铸成形及注塑成形射线光刻、电铸成形及注塑成形3个工艺组成。个工艺组成。在用在用LIGA技术进行光刻过程中，一张预先制作的模板技术进行光刻过程中，一张预先制作的模板上的图形被映射到一层光刻掩膜上，掩膜中被光照射上的图形被映射到一层光刻掩膜上，掩膜中被光照射部分的性质发生变化，在随后的冲洗过程被熔解，剩部分的性质发生变化，在随后的冲洗过程被熔解，剩余的掩膜即是待生成的微结构的负体，在接下来的电余的掩膜即是待生成的微结构的负体，在接下来的电镀成形过程中，从电解液中析出的金属填充到光刻出镀成形过程中，从电解液中析出的金属填充到光刻出的空间而形成金属微结构。的空间而形成金属微结构。 (3)超微机械加工技术和电火花线切割加工技术超微机械加工技术和电火花线切割加工技术用小型精密金属切削机床及电火花、线切割用小型精密金属切削机床及电火花、线切割等加工方法，制作毫米级尺寸左右的微型机械零等加工方法，制作毫米级尺寸左右的微型机械零件，是一种三维实体加工技术。件，是一种三维实体加工技术。微细电火花加工利用微型微细电火花加工利用微型EDM电极对工件进行电电极对工件进行电火花加工，可以对金属、聚晶金刚石、单晶硅等火花加工，可以对金属、聚晶金刚石、单晶硅等导体、半导体材料做垂直工件表面的孔、槽、异导体、半导体材料做垂直工件表面的孔、槽、异型成形表面的加工。型成形表面的加工。4.特种加工技术特种加工技术特种加工是指切削加工以外的一切新的去特种加工是指切削加工以外的一切新的去除加工方法，它与切削加工有着明显的区别：除加工方法，它与切削加工有着明显的区别：（1 1）切削加工是）切削加工是）切削加工是）切削加工是靠机械能来切除多余材料靠机械能来切除多余材料靠机械能来切除多余材料靠机械能来切除多余材料的，而特种的，而特种的，而特种的，而特种加工是加工是加工是加工是以电能、化学能、光能、声能等以电能、化学能、光能、声能等以电能、化学能、光能、声能等以电能、化学能、光能、声能等来实现对零件来实现对零件来实现对零件来实现对零件材料的加工的。材料的加工的。材料的加工的。材料的加工的。（2 2）特种加工用的工具材料硬度可以低于被加工工件）特种加工用的工具材料硬度可以低于被加工工件）特种加工用的工具材料硬度可以低于被加工工件）特种加工用的工具材料硬度可以低于被加工工件材料的硬度，甚至不用加工工具。材料的硬度，甚至不用加工工具。材料的硬度，甚至不用加工工具。材料的硬度，甚至不用加工工具。（3 3）特种加工过程中）特种加工过程中）特种加工过程中）特种加工过程中工具与工件之间不存在明显的机工具与工件之间不存在明显的机工具与工件之间不存在明显的机工具与工件之间不存在明显的机械切削力械切削力械切削力械切削力。 A.电火花加工电火花加工电火花加工（电火花加工（ElectricalDischargeMachining，EDM）是利用工具和工件之间脉冲性电火花放电时的电腐蚀现象）是利用工具和工件之间脉冲性电火花放电时的电腐蚀现象来除去工件上多余金属以实现加工目的。来除去工件上多余金属以实现加工目的。EDM加工原理如下图加工原理如下图：11直流脉冲电源直流脉冲电源直流脉冲电源直流脉冲电源 22工件工件工件工件 33工作夜工作夜工作夜工作夜 44工具电极工具电极工具电极工具电极 55进给调节装置进给调节装置进给调节装置进给调节装置 B。电化学加工。电化学加工电化学加工（电化学加工（Electro-ChemicalMachining,ECM）是当前）是当前迅速发展的一种特种加工方式，是利用金属在电解液中的迅速发展的一种特种加工方式，是利用金属在电解液中的“阳极阳极溶解溶解”作用使工件加工成形的，其原理如下图所示。作用使工件加工成形的，其原理如下图所示。 11直流电源直流电源直流电源直流电源 22进给机构进给机构进给机构进给机构 33工具工具工具工具 44工件工件工件工件 55电解液泵电解液泵电解液泵电解液泵 66电解液电解液电解液电解液C.激光加工激光加工激光加工的实质是将激光束照射到待加工材料的表面，利激光加工的实质是将激光束照射到待加工材料的表面，利激光加工的实质是将激光束照射到待加工材料的表面，利激光加工的实质是将激光束照射到待加工材料的表面，利用激光束的能量熔合材料或去除材料以及改变材料的表面性能用激光束的能量熔合材料或去除材料以及改变材料的表面性能用激光束的能量熔合材料或去除材料以及改变材料的表面性能用激光束的能量熔合材料或去除材料以及改变材料的表面性能从而达到加工目的。从而达到加工目的。从而达到加工目的。从而达到加工目的。激光加工的特点：激光加工的特点：激光加工的特点：激光加工的特点：(1)(1)激光加工属于无接触加工。激光加工属于无接触加工。激光加工属于无接触加工。激光加工属于无接触加工。(2)(2)加工质量好，精度高。加工质量好，精度高。加工质量好，精度高。加工质量好，精度高。(3)(3)加工效率高。加工效率高。加工效率高。加工效率高。(4)(4)材料利用率高，经济效益高。材料利用率高，经济效益高。材料利用率高，经济效益高。材料利用率高，经济效益高。激光加工的应用：激光加工的应用：激光加工的应用：激光加工的应用：（1 1）激光焊接。）激光焊接。）激光焊接。）激光焊接。（2 2）激光切割。）激光切割。）激光切割。）激光切割。（3 3）激光打孔。）激光打孔。）激光打孔。）激光打孔。（4 4）激光打标与激光雕刻。）激光打标与激光雕刻。）激光打标与激光雕刻。）激光打标与激光雕刻。D.超声波加工超声波加工当频率超过当频率超过当频率超过当频率超过16000Hz16000Hz的声波就称为超声波。利用工具端面作的声波就称为超声波。利用工具端面作的声波就称为超声波。利用工具端面作的声波就称为超声波。利用工具端面作1625kHz1625kHz的超声频振动，使工作液中悬浮磨粒对工件表面撞击的超声频振动，使工作液中悬浮磨粒对工件表面撞击的超声频振动，使工作液中悬浮磨粒对工件表面撞击的超声频振动，使工作液中悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工，称为超声加工。其共振原理如下图所示。抛磨来实现加工，称为超声加工。其共振原理如下图所示。抛磨来实现加工，称为超声加工。其共振原理如下图所示。抛磨来实现加工，称为超声加工。其共振原理如下图所示。11超声波发生器超声波发生器超声波发生器超声波发生器 22换能器换能器换能器换能器 33振幅扩大棒振幅扩大棒振幅扩大棒振幅扩大棒 44工作夜工作夜工作夜工作夜 55工件工件工件工件 66工具工具工具工具E.高能束流加工高能束流加工高能束流高能束流高能束流高能束流(HighEnergyDensityBeam)(HighEnergyDensityBeam)加工技术是利用激加工技术是利用激加工技术是利用激加工技术是利用激光束、电子束、离子束和高压水射流等高能量密度的束流光束、电子束、离子束和高压水射流等高能量密度的束流光束、电子束、离子束和高压水射流等高能量密度的束流光束、电子束、离子束和高压水射流等高能量密度的束流( (其中其中其中其中高压水射流是冷切割加工技术高压水射流是冷切割加工技术高压水射流是冷切割加工技术高压水射流是冷切割加工技术) )，对材料或构件进行特种加工的，对材料或构件进行特种加工的，对材料或构件进行特种加工的，对材料或构件进行特种加工的技术。它的主要技术领域有：技术。它的主要技术领域有：技术。它的主要技术领域有：技术。它的主要技术领域有：1 1）电子束加工）电子束加工）电子束加工）电子束加工22）电子束焊接）电子束焊接）电子束焊接）电子束焊接3 3）电子束物理气相沉积）电子束物理气相沉积）电子束物理气相沉积）电子束物理气相沉积(EBPVD)(EBPVD)4 4）电子束打孔）电子束打孔）电子束打孔）电子束打孔5 5）电子束表面改性）电子束表面改性）电子束表面改性）电子束表面改性6 6）电子束固化技术）电子束固化技术）电子束固化技术）电子束固化技术7 7）离子束加工）离子束加工）离子束加工）离子束加工8 8）离子束刻蚀）离子束刻蚀）离子束刻蚀）离子束刻蚀9 9）离子束精微加工）离子束精微加工）离子束精微加工）离子束精微加工1010）离子镀和离子溅射镀膜）离子镀和离子溅射镀膜）离子镀和离子溅射镀膜）离子镀和离子溅射镀膜1111）离子注入技术）离子注入技术）离子注入技术）离子注入技术三三.自动化制造系统自动化制造系统1.1.柔性制造系统（柔性制造系统（柔性制造系统（柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem,FMSFlexibleManufacturingSystem,FMS）关于柔性制造系统的定义很多，权威性的关于柔性制造系统的定义很多，权威性的定义定义定义定义有：有： 美国国家标准局定义为：“由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他联结装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。” 国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化生产制造系统，在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系统的柔性通常受到系统设计时所考虑的产品族的限制。” 我国国家军用标准则定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。” 简单地说，FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。 FMSFMS具有具有特点特点特点特点如下如下： v机床连续机床连续2424小时运行；小时运行； v减少直接劳动工人数；减少直接劳动工人数；v缩短生产周期，提高了生产率；缩短生产周期，提高了生产率； v减少在制品库存量；减少在制品库存量； v减少刀具和夹具；减少刀具和夹具；v柔性高，适用于多品种、中小批量生产。柔性高，适用于多品种、中小批量生产。 FMSFMS具有具有功能功能功能功能如下如下：v自动进行零件的批量生产；自动进行零件的批量生产；v简单地改变软件，便能制造某一零件族中的任何零件；简单地改变软件，便能制造某一零件族中的任何零件； v自动进行物料的运输和存储；自动进行物料的运输和存储； v能解决多台设备状态下零件的混合比，无须额外增加费用。能解决多台设备状态下零件的混合比，无须额外增加费用。 以物流系统输送设备为例输送机输送机：结构形式多为滚子输送机、链式输送机和直结构形式多为滚子输送机、链式输送机和直线电动机输送机，具有连续输送和单位时间输送量大线电动机输送机，具有连续输送和单位时间输送量大的特点。的特点。 输送小车：输送小车：分为有轨小车（地轨和天轨）和无轨小车分为有轨小车（地轨和天轨）和无轨小车（有线导向、光电导向、激光导向和无线电遥控等多（有线导向、光电导向、激光导向和无线电遥控等多种形式）两大类。种形式）两大类。工业机器人：工业机器人：是一种可编程的、多功能操作手，用于是一种可编程的、多功能操作手，用于物料、工件和工具的搬运，通过可变编程完成多种任物料、工件和工具的搬运，通过可变编程完成多种任务。由机器人本体、执行机构、控制机构和传感器构务。由机器人本体、执行机构、控制机构和传感器构成。具有工作灵活性强且有其他运输工具不具有的视成。具有工作灵活性强且有其他运输工具不具有的视觉和触觉能力，以及工作精度高等一系列优点。觉和触觉能力，以及工作精度高等一系列优点。 采用激光导航技术，保证了采用激光导航技术，保证了AGVAGV快速运行，精确定位，实现快速运行，精确定位，实现了工作区域内全方位自由行走，自动安全避让等功能，已大规了工作区域内全方位自由行走，自动安全避让等功能，已大规模应用于汽车装配柔性生产系统。模应用于汽车装配柔性生产系统。自动导引车（自动导引车（Automated Guided Vehicles） 5kg搬运机器人，采用五轴伺服电机驱动控制，实现搬运机器人，采用五轴伺服电机驱动控制，实现五轴空间联动，配置不同工具包可实现搬运、码垛、焊接、五轴空间联动，配置不同工具包可实现搬运、码垛、焊接、装配等工作，具有较高的柔性自动化水平。装配等工作，具有较高的柔性自动化水平。ROBOTECHROBOTECH直角坐标机器人直角坐标机器人设备主要参数：设备主要参数：驱动方式：交流伺服驱动方式：交流伺服轴数：最大轴数：最大4 4轴（轴（X X、Y Y、Z Z、轴）轴）最大速度：最大速度：X X、Y Y、Z Z轴为轴为1m/s 1m/s 轴为轴为360360度度/s/s重复精度：重复精度：X X、Y Y、Z Z轴为轴为0.02mm 0.02mm 轴为轴为0.030.03度度工作范围：根据用户要求确定工作范围：根据用户要求确定用途：搬运、装配、上下料用途：搬运、装配、上下料ROBOTECH SCARA ROBOTECH SCARA 机器人机器人设备主要参数设备主要参数驱动方式：交流伺服驱动方式：交流伺服轴数：最大轴数：最大4 4轴轴重复精度：重复精度：0.02-0.02-0.05mm 0.05mm 工作范围：工作范围：600mm-1000mm 600mm-1000mm 用途：搬运、装配、上下料用途：搬运、装配、上下料2.2.计算机集成制造系统计算机集成制造系统计算机集成制造系统计算机集成制造系统(ComputerIntegrated(ComputerIntegratedManufacturingManufacturingSystem,CIMSSystem,CIMS) ) CIMS是现代制造企业的一种生产、经营和管理模式，是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合技术，其核心是集成。CIMS的基本结构轮图1993年美国制造工程协会（SME)提出一个现代制造业的模型新型制造企业进步之轮新型制造企业进步之轮，这是以顾客为核心的模型，共分为六层：(1)第一层是驱动轮子的轴心顾客(市场)，即企业任何活动的最终目的，应该是为用户服务。(2)第二层是企业组织中的人员和群体的工作方法，突出企业的成败关键不是技术，而是人和组织。 (3)第三层是信息共享系统现代制造企业，要建立一个以微机网络为基础、有可参与性、 操作方便使用可靠的信息和知识的共享系统。从而提高企业的生产和工作效率。 (4)第四层是企业的活动层，划分为三大部门和15个功能区。 (5)第五层是企业管理层，其任务是合理配置资源，承担经营责任，是很薄的但卓有成效的一层。 (6)第六层是企业的外部环境，把企业置身于市场环境中去作出发展决策。 综观我国综观我国CIMS应用示范工程近应用示范工程近10年的实施情况，年的实施情况，实施实施CIMS的企业大多数都获得了明显的经济效益和社的企业大多数都获得了明显的经济效益和社会效益。从会效益。从1994年开始设立中国年开始设立中国“CIMS应用领先奖应用领先奖”以来，已先后有六家企业获此殊荣。以来，已先后有六家企业获此殊荣。 成都飞机有限公司成都飞机有限公司 沈阳鼓风机厂沈阳鼓风机厂 北京第一机床厂北京第一机床厂 山西经纬纺织机械股份有限公司山西经纬纺织机械股份有限公司 福建炼油化工有限公司福建炼油化工有限公司 南京金城集团南京金城集团 CIMS案例四四.先进制造模式与管理技术先进制造模式与管理技术1.敏捷制造敏捷制造 企业的敏捷性可被理解为企业在不断变化和不可预测的全球化竞争环境中获得市场成功的一种主动型综合应变能力，这种综合应变能力涵盖了： 企业对市场需求的快速响应性；企业对市场需求的快速响应性；企业组织形态的动态可重组性、可重用性与可扩展性；企业组织形态的动态可重组性、可重用性与可扩展性；企业管理方式的自适应性；企业管理方式的自适应性；制造资源的分布性、可配置性及可重构性；制造资源的分布性、可配置性及可重构性；制造系统的柔性及集成性；制造系统的柔性及集成性；制造活动的协同性。制造活动的协同性。A.概念概念敏捷制造敏捷制造使企业在涉及到产品生使企业在涉及到产品生命周期的各种制造活动命周期的各种制造活动中具备敏捷性或涵盖上中具备敏捷性或涵盖上述六大特征的综合应变述六大特征的综合应变能力的一种制造哲理。能力的一种制造哲理。B.特点特点AMAM是自主制造系统：是自主制造系统：是自主制造系统：是自主制造系统： 每个工件和加工过程、设备的利用以及人员的投入都由本单元自己掌握和决定 。AMAM是虚拟制造系统：是虚拟制造系统：是虚拟制造系统：是虚拟制造系统： 能够随环境的变化迅速地动态重构，对市场的变化做出快速的反应，实现生产的柔性自动化。AMAM是可重构的制造系统：是可重构的制造系统：是可重构的制造系统：是可重构的制造系统： AM系统设计不是预先按规定的需求范围建立某过程，而是使制造系统从组织结构上具有可重构性、可重用性和可扩充性三方面的能力。C.敏捷制造的发展现状敏捷制造的发展现状从从1991年开始，以美国为首的各发达国家对敏捷制造进行年开始，以美国为首的各发达国家对敏捷制造进行了大量广泛的研究。了大量广泛的研究。1992年，由美国国会和工业界在里海大学年，由美国国会和工业界在里海大学建立了美国敏捷制造企业协会建立了美国敏捷制造企业协会(AMEF)。该协会每年召开一次有该协会每年召开一次有关敏捷制造的国际会议。关敏捷制造的国际会议。1993年，美国国家自然科学基金会和年，美国国家自然科学基金会和国防部联合在国防部联合在NewYork,Illinois,Texas等州建立了等州建立了3个敏捷制个敏捷制造国家研究中心，分别研究电子工业、机床工业和航天国防工造国家研究中心，分别研究电子工业、机床工业和航天国防工业中的敏捷制造问题。从业中的敏捷制造问题。从1994年开始，由年开始，由AMEF牵头，有近百牵头，有近百家公司和大学研究机构就敏捷制造的家公司和大学研究机构就敏捷制造的6个领域进行了研究与实践个领域进行了研究与实践相结合的深入工作。相结合的深入工作。敏捷制造的研究是在两个层次上进行的，第一层侧重从企业敏捷制造的研究是在两个层次上进行的，第一层侧重从企业组织、结构和管理、营销策略的角度研究敏捷制造的实现；第组织、结构和管理、营销策略的角度研究敏捷制造的实现；第二层则侧重从技术的角度研究敏捷制造的实现方法和关键使能二层则侧重从技术的角度研究敏捷制造的实现方法和关键使能技术。技术。国外典型研究国外典型研究有：有：1994年美国能源部提出了年美国能源部提出了“敏捷制造的使敏捷制造的使能技术能技术(TEAM)”；“全美工厂网络全美工厂网络（FAN）”建立于建立于1995年；年；1995年洛克海德年洛克海德马丁航空公司建立马丁航空公司建立“制造系统的敏捷制造系统的敏捷基础设施网络基础设施网络AIMSnet”，利用国际互联网支持和管理敏捷利用国际互联网支持和管理敏捷企业的供应链；美国通用电器研究和开发部的企业的供应链；美国通用电器研究和开发部的“计算机辅助计算机辅助制造网络（制造网络（CAMnet）”建立于建立于1996年。这些网络主要为大年。这些网络主要为大公司的成员和客户提供服务。公司的成员和客户提供服务。国内学术界国内学术界有关敏捷制造的研究起步于有关敏捷制造的研究起步于90年代初，主要在企年代初，主要在企业组织和结构层次上，研究取得了一定的成果，但在技术层业组织和结构层次上，研究取得了一定的成果，但在技术层次上的研究还未见报导。国内的主要研究有：虚拟异地合作次上的研究还未见报导。国内的主要研究有：虚拟异地合作设计组织：主要强调在产品设计和开发中，获取设计知识的设计组织：主要强调在产品设计和开发中，获取设计知识的异地合作。分散网络化生产系统，异地合作。分散网络化生产系统，强调生产系统的网络化。强调生产系统的网络化。 目前，美国已有上百个公司、企业在进行敏捷制造实践活目前，美国已有上百个公司、企业在进行敏捷制造实践活动。欧洲也有不少公司进行企业改造和重组。举实例如下：动。欧洲也有不少公司进行企业改造和重组。举实例如下：美国美国美国美国IngersollIngersoll-R-R公司公司公司公司主要生产工业压缩机，原来开发新产主要生产工业压缩机，原来开发新产品仅设计就耗时品仅设计就耗时812个月，从样机制造到试验评定花个月，从样机制造到试验评定花1年到年到1年半，耗资年半，耗资50万美元。万美元。1988年建立动态公司采用敏捷制造过年建立动态公司采用敏捷制造过程后，开发技术水平更高的压缩机只需原来的程后，开发技术水平更高的压缩机只需原来的1/31/2时间，时间，花费只是花费只是12.5万到万到25万美元。万美元。美国康柏公司美国康柏公司美国康柏公司美国康柏公司1996年启动虚拟生产计划，与台湾制造商形年启动虚拟生产计划，与台湾制造商形成合作关系，由台湾制造商在其深圳分厂附近建设新厂，其成合作关系，由台湾制造商在其深圳分厂附近建设新厂，其产品质量、技术、研究开发、运送、存货都要符合康柏公司产品质量、技术、研究开发、运送、存货都要符合康柏公司全球统一标准，连员工的技术水平和工作态度也要达到其要全球统一标准，连员工的技术水平和工作态度也要达到其要求。这种虚拟生产方式使其计算机产品每台成本平均降低求。这种虚拟生产方式使其计算机产品每台成本平均降低57美元。美元。D.敏捷制造的应用敏捷制造的应用2.虚拟制造虚拟制造虚拟制造 (Virtual Manufacturing，VM) 虚拟制造是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集成现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。A.概念概念(1)建模技术。建模技术。(2)仿真技术。仿真技术。(3)虚拟现实技术虚拟现实技术(VirtualRealityTechnology，VRT)。B.虚拟制造的关键技术虚拟制造的关键技术以模型为核心：产品模型、过程模型、以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模型、资源模型活动模型、资源模型模模型型产品模型：产品信息在计算机上的表示。产品模型：产品信息在计算机上的表示。过程模型：设计过程、工艺规划过程、加工制造过程过程模型：设计过程、工艺规划过程、加工制造过程 装配过程、性能分析过程。装配过程、性能分析过程。活动模型：对企业生产组织和经营活动建立的模型活动模型：对企业生产组织和经营活动建立的模型资源模型：对企业人力、物力建立的模型资源模型：对企业人力、物力建立的模型C.虚拟制造特点虚拟制造特点虚虚虚虚拟拟拟拟环环环环境境境境与与与与工工工工具具具具D.虚拟制造的应用虚拟制造的应用虚虚虚虚拟拟拟拟产产产产品品品品建建建建模模模模太太太太原原原原机机机机车车车车厂厂厂厂的的的的工工工工程程程程作作作作业业业业车车车车外外外外形形形形设设设设计计计计波波波波音音音音7 77 77 7飞飞飞飞机机机机数数数数字字字字化化化化装装装装配配配配虚拟加工虚拟加工虚拟加工过程虚拟加工过程3.智能制造智能制造智能制造(Intelligent Manufacturing ，IM)A.概念概念 19881988年，赖特和伯恩出版了智能制造研究领域的首年，赖特和伯恩出版了智能制造研究领域的首本专著本专著智能制造智能制造。他们在这本书中提出智能机床的。他们在这本书中提出智能机床的设想：采用拟人化的方法将智能机床制成能模仿熟练机设想：采用拟人化的方法将智能机床制成能模仿熟练机械师技能的加工机器，根据给定的输入，自动完成加工械师技能的加工机器，根据给定的输入，自动完成加工任务，并输出所希望的产品。智能机床与熟练机械师操任务，并输出所希望的产品。智能机床与熟练机械师操作普通机床具有同样的功能，因而具有智能。智能机床作普通机床具有同样的功能，因而具有智能。智能机床具有目标理解，信息感知，通信，适应控制等功能。具有目标理解，信息感知，通信，适应控制等功能。 智能制造系统智能制造系统（Intelligent Manufacturing System-IMS）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统，它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集化系统，它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时，收集、存储、完善、共享、继人的部分脑力劳动，同时，收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。承和发展人类专家的制造智能。 B.虚拟制造特点虚拟制造特点(1)(1)广泛性。广泛性。广泛性。广泛性。(2)(2)自组织能力。自组织能力。自组织能力。自组织能力。(3)(3)集成性。集成性。集成性。集成性。(4)(4)系统性。系统性。系统性。系统性。(5)(5)动态特性。动态特性。动态特性。动态特性。(6)(6)实用性。实用性。实用性。实用性。(7)(7)开放性。开放性。开放性。开放性。(8)(8)绿色性。绿色性。绿色性。绿色性。C.智能制造的关键技术智能制造的关键技术知识库的建立知识库的建立代替人类工作的机器人的研究代替人类工作的机器人的研究能代替人类思考一些问题的智能系统能代替人类思考一些问题的智能系统 智能制造系统与人类的知识积累密切相关，归纳起来包括智能制造系统与人类的知识积累密切相关，归纳起来包括以下几个方面以下几个方面 智能设计智能设计智能机器人智能机器人智能诊断智能诊断自适应功能自适应功能智能管理系统智能管理系统 D.智能制造的应用智能制造的应用 智能加工中心是智能制造系统中一种典型的智能加工智能加工中心是智能制造系统中一种典型的智能加工机器。作为以机器。作为以IMC为主的智能加工单元，其任务为感知、为主的智能加工单元，其任务为感知、决策、加工、控制与学习决策、加工、控制与学习 。数控加工中心的实时智能控制，表现为三个方面 第一是第一是远程控制远程控制第二是第二是故障识别与处理故障识别与处理第三是第三是自适应控制自适应控制智能加工中心智能加工中心感知功能 决策功能 控制功能 通信功能 学习功能 智能加工中心的主要功能：在智能加工中心中，智智能加工中心的主要功能：在智能加工中心中，智能数控系统是能数控系统是IMC的神经中枢，其智能化程度，直接决的神经中枢，其智能化程度，直接决定了整个智能制造系统的智能水平。定了整个智能制造系统的智能水平。 主要功能主要功能4.网络化制造网络化制造网络化制造(Networked Manufacturing，NM) 网络化制造是指面对市场需求与机遇，针对某一个特定产品，利用以因特网为标志的信息高速公路，灵活而快速地组织社会制造资源(人力、设备、技术、市场等)，按资源优势互补原则，迅速地组成一种跨地域的、靠电子网络联系的、统一指挥的运营实体网络联盟。 A.概念概念B.网络化制造特点网络化制造特点敏捷化敏捷化敏捷化敏捷化表现为其对市场环境快速变化带来的不确定性作出快速响应能力；表现为其对市场环境快速变化带来的不确定性作出快速响应能力；表现为其对市场环境快速变化带来的不确定性作出快速响应能力；表现为其对市场环境快速变化带来的不确定性作出快速响应能力；分散化分散化分散化分散化表现为资源的分散性和生产经营管理决策的分散性；表现为资源的分散性和生产经营管理决策的分散性；表现为资源的分散性和生产经营管理决策的分散性；表现为资源的分散性和生产经营管理决策的分散性；动态化动态化动态化动态化表现为依据市场机遇存在性而决定网络联盟的存在性；表现为依据市场机遇存在性而决定网络联盟的存在性；表现为依据市场机遇存在性而决定网络联盟的存在性；表现为依据市场机遇存在性而决定网络联盟的存在性；协作化协作化协作化协作化表现为动态网络联盟中合作伙伴之间的紧密配合，共同快速响应市表现为动态网络联盟中合作伙伴之间的紧密配合，共同快速响应市表现为动态网络联盟中合作伙伴之间的紧密配合，共同快速响应市表现为动态网络联盟中合作伙伴之间的紧密配合，共同快速响应市 场和完成共同的目标；场和完成共同的目标；场和完成共同的目标；场和完成共同的目标；集成化集成化集成化集成化表现为制造系统中各种分散资源能够实时地高效集成；表现为制造系统中各种分散资源能够实时地高效集成；表现为制造系统中各种分散资源能够实时地高效集成；表现为制造系统中各种分散资源能够实时地高效集成；数字化数字化数字化数字化表现为借助信息技术来实现真正完全的无图样化虚拟设计和虚拟制表现为借助信息技术来实现真正完全的无图样化虚拟设计和虚拟制表现为借助信息技术来实现真正完全的无图样化虚拟设计和虚拟制表现为借助信息技术来实现真正完全的无图样化虚拟设计和虚拟制造；造；造；造；网络化网络化网络化网络化表现为依靠电子网络作为支撑环境。表现为依靠电子网络作为支撑环境。表现为依靠电子网络作为支撑环境。表现为依靠电子网络作为支撑环境。 网络化制造的关键技术主要包括综合技术、使网络化制造的关键技术主要包括综合技术、使能技术、基础技术和支撑技术。其中，综合技术主要能技术、基础技术和支撑技术。其中，综合技术主要包括产品全生命周期管理、协同产品商务、大量定制包括产品全生命周期管理、协同产品商务、大量定制和并行工程等。和并行工程等。 C.网络化制造的关键技术网络化制造的关键技术5.绿色制造绿色制造绿色制造(Green Manufacturing，GM) 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期内，对环境的影响(负面作用)为零或者极小，资源消耗尽可能小，并使企业经济效益和社会效益协调优化。 A.概念概念B.绿色制造的内容绿色制造的内容绿色设计绿色设计绿色生产绿色生产绿色包装绿色包装绿色使用绿色使用绿色回收和处理绿色回收和处理C.绿色产品的认证绿色产品的认证绿色标志绿色标志德国是最早使用绿色标志的国家，1978年开始采用了“蓝色天使(BheAngd)”的绿色标志。 从1988年开始，加拿大、日本、法国等国也相继建立自己的绿色标志认证制度。 丹麦、芬兰、冰岛、挪威和瑞典等北欧国家于1989年开始实行国家之间统一的北欧绿色标志。 我国于1993年5月成立了“中国环境标志产品认证委员会”并实行绿色标志认证制度。 德国蓝色天使德国蓝色天使北欧白天鹅北欧白天鹅加拿大环境选择加拿大环境选择欧洲之花生态标志欧洲之花生态标志香港环保标志香港环保标志台湾环保标志台湾环保标志旧版环境标志旧版环境标志新版环境标志新版环境标志D.典型的绿色产品典型的绿色产品绿色汽车绿色汽车绿色电脑绿色电脑绿色冰箱绿色冰箱其它绿色产品其它绿色产品BMWBMWBMWBMW的清洁燃料车的清洁燃料车的清洁燃料车的清洁燃料车 6.并行工程并行工程无法加工无法加工装配困难！装配困难！ “抛过墙抛过墙”的产品开发方式的产品开发方式问题：问题：问题：问题：这种方式有什么缺点？并行工程的产生并行工程的产生并行工程(Concurrent Engineering，CE) CE指对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。 A.概念概念B.并行工程的特点并行工程的特点结构特点：结构特点：CE采用的是分布式的组织结构，采用的是分布式的组织结构，其基本组织结构是产品开发组。其基本组织结构是产品开发组。工作特点：工作特点：CE的工作过程是集成化的产品的工作过程是集成化的产品设计、制造、经销过程。设计、制造、经销过程。管理特点：管理特点：CE的管理体制中强调人的作用。的管理体制中强调人的作用。CE实质上是合作、协同的过程，人的相互实质上是合作、协同的过程，人的相互合作和协同是最重要的。合作和协同是最重要的。C.并行工程关键技术并行工程关键技术团队团队（TeamWork）技术技术经营过程重组（经营过程重组（BusinessProcessReengineer，BPR）质量功能部署（质量功能部署（QualityFunctionDeployment，QFD）面向全生命周期的设计（面向全生命周期的设计（DesignforX-ability，DFX）计算机支持协同工作（计算机支持协同工作（ComputerSupportCooperativeWork，CSCW）产品数据管理（产品数据管理（ProductDataManagement，PDM）美国洛克希德导弹与空间公司美国洛克希德导弹与空间公司改进产品开发流程改进产品开发流程实现信息集成与共享实现信息集成与共享利用产品数据管理系统辅助并行设计利用产品数据管理系统辅助并行设计1992年年10月接受了美国国防部（月接受了美国国防部（DOD）用于用于“战区高空领域战区高空领域防御防御”（Thaad）的新型号导弹开发。的新型号导弹开发。开发周期由过去的开发周期由过去的5年缩短到年缩短到24个月个月缩短了设计评审与检查的时间缩短了设计评审与检查的时间提高了检查和设计的质量。提高了检查和设计的质量。 实施实施实施实施效益效益效益效益D.并行工程的应用并行工程的应用日本横河日本横河HP公司公司开发制造生产网络（开发制造生产网络（MPN）网络化计算环境网络化计算环境实时的全局工程数据库等实时的全局工程数据库等CE的的方法和技术方法和技术实施实施实施实施效益效益效益效益新产品上市周期缩短新产品上市周期缩短30技术部门生产率上升技术部门生产率上升30总体生产能力增加总体生产能力增加30 西安飞机工业有限公司西安飞机工业有限公司实施实施实施实施效益效益效益效益适用于飞机内装饰的适用于飞机内装饰的CAID系统、系统、DEA系系统和模具的统和模具的CAD/CAE/CAM系统系统通过了过程建模与通过了过程建模与PDM实施，工业设计，实施，工业设计，DFA，并行工程环境下的模具并行工程环境下的模具CAD/CAMY7-700AY7-700A飞机内装饰工程中，研制周期从飞机内装饰工程中，研制周期从1.51.5年年缩短到缩短到1 1年，减少设计更改年，减少设计更改6060以上，降低产以上，降低产品研制成本品研制成本2020以上以上波音波音737-700737-700垂直尾翼转包生产，研制周期缩垂直尾翼转包生产，研制周期缩短短3 3个月；费用大大减少；提高数控编程速度个月；费用大大减少；提高数控编程速度4 45 5倍，减少数控零件试切时间倍，减少数控零件试切时间4040；工艺设；工艺设计效率提高计效率提高1.51.5倍倍 7.精益生产精益生产 精益生产的原则是：团队作业，交流，有效利用资源并消除一切浪费，不断改进及改善。精益生产与大量生产相比只需要：1/2劳动力，1/2占地面积，1/2投资，1/2工程时间，1/2新产品开发时间。 精益生产(Lean Production，LP）A.概念概念强调强调人的作用和以人的作用和以“人人”为中心为中心在需求驱动下，以在需求驱动下，以简化为手段，追求实效简化为手段，追求实效的生产方式的生产方式不断改进，以不断改进，以“尽善尽美尽善尽美”为最终目标为最终目标B.精益生产的特征精益生产的特征日本的汽车工业日本的汽车工业及其它工业由于采用这种新的生产方及其它工业由于采用这种新的生产方式式，而很快达到了今天领先的地位。，而很快达到了今天领先的地位。30多年来，日本多年来，日本产品逐渐把许多美国产品挤出了市场。产品逐渐把许多美国产品挤出了市场。最先推广精益生产方式的是最先推广精益生产方式的是美国的制造业美国的制造业，如美国通，如美国通用汽车公司、福特汽车公司，并逐步完善了自已的精用汽车公司、福特汽车公司，并逐步完善了自已的精益生产体制。益生产体制。美国宇航业美国宇航业采用精益生产方式生产战斗机、战斗运输采用精益生产方式生产战斗机、战斗运输机、导弹和卫星产品后，其研制周期大大缩短，费用机、导弹和卫星产品后，其研制周期大大缩短，费用也明显降低。也明显降低。德国德国也在也在1992年宣布要以精益生产方式统一制造技术年宣布要以精益生产方式统一制造技术的发展方向，已有的发展方向，已有3/4的企业准备全面推行精益生产方的企业准备全面推行精益生产方式。式。C.精益生产的应用精益生产的应用目前，精益生产方式已先后在目前，精益生产方式已先后在一汽集团、上海大众、一汽集团、上海大众、跃进汽车集团，唐山爱信齿轮有限公司跃进汽车集团，唐山爱信齿轮有限公司推广实行的推广实行的及时生产、减少库存、看板管理等活动都取得了很及时生产、减少库存、看板管理等活动都取得了很好的效果。好的效果。精益生产也应用于我国的精益生产也应用于我国的卫星集成化生产卫星集成化生产过程中，过程中，在产品开发初期阶段推行并行工程进行产品设计，在产品开发初期阶段推行并行工程进行产品设计，利用成组技术进行快速变异设计，在制造阶段则利利用成组技术进行快速变异设计，在制造阶段则利用成组技术进行生产重组，打破生产类型界限，按用成组技术进行生产重组，打破生产类型界限，按及时生产组织生产，并在产品开发全过程中实施全及时生产组织生产，并在产品开发全过程中实施全面质量管理，从而降低了卫星的生产成本，缩短开面质量管理，从而降低了卫星的生产成本，缩短开发周期，提高产品质量，增强我国的卫星的市场竞发周期，提高产品质量，增强我国的卫星的市场竞争力。争力。8.产品数据管理产品数据管理A.概念概念产品数据管理 PDM(Product Data Management)目前对目前对目前对目前对PDMPDM技术尚未有严格统一的定义，技术尚未有严格统一的定义，技术尚未有严格统一的定义，技术尚未有严格统一的定义，CIMdataCIMdata公司公司公司公司对对对对PDMPDM的定义是：的定义是：的定义是：的定义是：“ “PDMPDM是一门用来管理所有与产品相关信息是一门用来管理所有与产品相关信息是一门用来管理所有与产品相关信息是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、（包括零件信息、配置、文档、（包括零件信息、配置、文档、（包括零件信息、配置、文档、CADCAD文件、结构等）和所有文件、结构等）和所有文件、结构等）和所有文件、结构等）和所有产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术” ”。GartnerGartnerGroupGroup公司公司公司公司把把把把PDMPDM定义为：定义为：定义为：定义为：“ “PDMPDM是为企业设计和生产构筑一是为企业设计和生产构筑一是为企业设计和生产构筑一是为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境的关键使能技术。一个成熟的个并行产品艺术环境的关键使能技术。一个成熟的个并行产品艺术环境的关键使能技术。一个成熟的个并行产品艺术环境的关键使能技术。一个成熟的PDMPDM系统系统系统系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个产品能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个产品能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个产品能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个产品信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据” ”。 B.PDM的应用范围的应用范围C.PDM的体系结构的体系结构PDMPDM系统主要包括了以下的功能模块：系统主要包括了以下的功能模块：系统主要包括了以下的功能模块：系统主要包括了以下的功能模块：电子仓库（电子仓库（电子仓库（电子仓库（VaultVault）。）。）。）。工程文档管理（工程文档管理（工程文档管理（工程文档管理（EngineeringDocumentManagementEngineeringDocumentManagement）工作流程管理（工作流程管理（工作流程管理（工作流程管理（WorkfloworProcessManagementWorkfloworProcessManagement）。）。）。）。分类和检索（分类和检索（分类和检索（分类和检索（ClassificationandRetrievalClassificationandRetrieval）。）。）。）。产品配置管理（产品配置管理（产品配置管理（产品配置管理（ProductConfigurationManagementProductConfigurationManagement）。）。）。）。项目管理（项目管理（项目管理（项目管理（ProjectManagementProjectManagement）。）。）。）。电子协作功能。电子协作功能。电子协作功能。电子协作功能。工具和集成件功能。工具和集成件功能。工具和集成件功能。工具和集成件功能。D.PDM系统的功能系统的功能