电子科技大学出版社 AMT专业课程 先进制造技术先进制造技术主编：徐翔民主编：徐翔民 电子科技大学出版社 AMT专业课程第一章：先进制造技术概论第一章：先进制造技术概论先进制造技术的内涵和体系结构先进制造技术的内涵和体系结构先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势2 213 34 4先进制造技术的提出和进展先进制造技术的提出和进展先进制造技术的提出和进展先进制造技术的提出和进展制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程1.1 1.1 1.1 1.1 概念概念概念概念 制造制造: :是人类所有经济活动的基石，是人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。类历史发展和文明进步的动力。狭义狭义：又称为小制造，是指产品的制作过程。：又称为小制造，是指产品的制作过程。广义广义：又称大制造或现代制造，是指产品的：又称大制造或现代制造，是指产品的全生命周期过程。全生命周期过程。国际生产工程学会国际生产工程学会19901990年：年： 制造是一个涉及制造工业中产品设计、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、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。动和工作的总称。1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程 制造技术制造技术制造技术制造技术 制造业为国民经济建设和人民生活生产各种制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必需物资必需物资( (包括生产资料和消费品包括生产资料和消费品) )所使用的一切所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其它生产要素经生产技术的总称，是将原材料和其它生产要素经济、合理地转化为可直接使用的具有高附加值的济、合理地转化为可直接使用的具有高附加值的成品成品/ /半成品和技术服务的技术群。半成品和技术服务的技术群。 制造过程制造过程制造过程制造过程 产品从设计、生产、使用、维修、报废、回产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。收等的全过程，也称为产品生命周期。 制造系统制造系统制造系统制造系统 是指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和是指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。人员组成的一个具有特定功能的有机整体。1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程制制造造系系统统图1-1制造系统功能结构经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流用户、市 场 与 外 部 环 境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造（加工、装配、检验、输送、存储 ）质量控制1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程n结构特征：结构特征：是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。、人员所组成的具有特定功能的有机整体。软件硬件图1-2制造系统结构特性制制造造系系统统的的特特征征1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程n 功能特征：功能特征：输入制造系统的资源（原材料、能源、输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人力信息、人力.）通过制造过程输出产品。制造系统）通过制造过程输出产品。制造系统的主要功能就是转变功能。的主要功能就是转变功能。1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战制制造造系系统统的的特特征征图1-4 从经济角度定义制造过程制造过程原材料中间产品最终产品增值产品制造过程机器工具原材料能源劳动力信息废物图1-3 从技术角度定义制造过程 电子科技大学出版社 AMT专业课程n程序特征：程序特征：是指一系列按照时间和逻辑安排的步骤。是指一系列按照时间和逻辑安排的步骤。它主要从管理角度研究如何使生产活动达到最佳化。它主要从管理角度研究如何使生产活动达到最佳化。需求订货信息生产计划信息进度计划信息作业计划信息生产结果数据生产控制信息生产技术信息产品设计信息综合生产计划生产进度计划作业计划生产实施生产控制产品设计工艺过程计划工艺过程信息计划阶段实施阶段控制阶段图1-5制造系统的程序特性制制造造系系统统的的特特征征1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 制造业制造业制造业制造业 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。 电子科技大学出版社 AMT专业课程第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业第二产业航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输第一、二、三产业的划分1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程表1.1 我国制造业的30个行业序号行业名称序号行业名称13农副食品加工业28化学纤维制造业14食品制造业29橡胶制品业15饮料制造业30塑料制品业16烟草制造业31非金属矿物制品业17纺织业32黑色金属冶炼及压延加工业18纺织服装、鞋、帽制造业33有色金属冶炼及压延加工业19皮革、毛皮、羽毛（绒）制造业34金属制品业20木材加工及木、竹、藤、棕、草制造业35通用设备制造业21家具制造业36专用设备制造业22造纸及纸制品业37交通运输设备制造业23印刷业和记录媒介的复制38电气机械及器材制造业24文教体育用品制造业39通信设备、计算机及其它电子设备制造业25石油加工、炼焦及核燃料加工业40仪器仪表及文化、办公用机械制造业26化学原料及化学制品制造业41工艺品及其它制造业27医药制造业42废弃资源和废旧材料回收加工业1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程绝对额（亿元）比去年同期增长（%）国内生产总值国内生产总值5193227.8第一产业第一产业523774.5农林牧渔业523774.5第二产业第二产业2353198.1工业(制造业占87.5%)1998607.9建筑业354599.3第三产业第三产业2316268.1交通运输、仓储和邮政业249607.0批发和零售业5024611.9住宿和餐饮业104347.8金融业286019.9房地产业290053.8其他服务业883807.3注：绝对额按现价计算，增长速度按不变价计算。20122012年国内生产总值初步核算数据年国内生产总值初步核算数据1. 1. 制造业的发展和挑战制造业的发展和挑战 电子科技大学出版社 AMT专业课程我国制造业的现状我国制造业的现状2001年中国工程院的调查结论年中国工程院的调查结论:1）中国制造业占国民生产总值的）中国制造业占国民生产总值的1/3 2）占整个工业生产的）占整个工业生产的4/53）为国家财政提供）为国家财政提供1/3以上的收入以上的收入4）贡献出口总额的）贡献出口总额的90%5）就业人员）就业人员8043万（万（2012年达到年达到10565万）万） 电子科技大学出版社 AMT专业课程改革开放改革开放3030年来中国制造业的进步：年来中国制造业的进步：1 1）引引进进国国外外先先进进技技术术25002500多多项项，占占全全国国的的1/31/3以以上上。近近几几年年发发展展的的新新产产品品，50%50%达达到到8080年年代代中中后后期期的的世世界界水平。水平。2 2）一一些些重重要要产产品品的的年年生生产产能能力力已已跃跃居居世世界界前前列列，20122012年年我我国国汽汽车车产产量量已已达达16001600余余万万辆辆，居居世世界界第第一一；至至20132013年年底底， 我我国国发发电电设设备备装装机机容容量量将将达达到到12.312.3亿亿千千瓦瓦，有有望望超超过过美美国国成成为为世世界界上上发发电电装装机机容容量量最最大大的的国国家家。我我国国机机床床的的产产值值自自20092009年年以以来来，已已连连续续三三年年世界第一。世界第一。3 3）我我国国已已成成为为世世界界最最大大的的服服装装纺纺织织品品出出口口国国；与与日日本本、马马来来西西亚亚和和韩韩国国并并称称世世界界消消费费类类电电子子产产品品四四大大生生产产国。国。4 4）成功开发生产了运七、运八、新舟）成功开发生产了运七、运八、新舟6060等支线飞机。等支线飞机。我国制造业的现状我国制造业的现状 电子科技大学出版社 AMT专业课程制造业的重大意义制造业的重大意义1 1）在发达国家中）在发达国家中, ,制造业创造了约制造业创造了约60%60%的社会财的社会财富、约富、约 45%45%的国民经济收入。的国民经济收入。2 2）据统计，美国）据统计，美国68%68%的社会财富来自于制造业。的社会财富来自于制造业。 20112011年，全球年，全球200200富豪榜，美国占富豪榜，美国占6060个。金个。金融融2121个，软件个，软件互联网互联网 传媒传媒1919个，传个，传统产业统产业1818个。个。3 3）CIRPCIRP在在19991999年的报告中指出：在国家生产力年的报告中指出：在国家生产力的构成中，制造技术的作用一般占的构成中，制造技术的作用一般占55%-65%55%-65%。4 4）在许多国家的科技发展计划中，先进制造技）在许多国家的科技发展计划中，先进制造技术都被列为优先发展的科技。术都被列为优先发展的科技。我国制造业的现状我国制造业的现状 电子科技大学出版社 AMT专业课程“十二五十二五”规划中确定的七个最具战略影响的领域规划中确定的七个最具战略影响的领域: : 1) 1)节能环保节能环保 2)2)信息技术信息技术 3)3)生物产业生物产业 4)4)高端装备制造产业高端装备制造产业 5)5)新能源新能源 6)6)新材料新材料 7)7)新能源汽车产业新能源汽车产业我国制造业的现状我国制造业的现状 电子科技大学出版社 AMT专业课程n自主创新能力明显薄弱自主创新能力明显薄弱n基础发展严重滞后基础发展严重滞后n现代制造服务业发展缓慢现代制造服务业发展缓慢n产业发展方式较为粗放产业发展方式较为粗放我国制造业存在的问题我国制造业存在的问题 电子科技大学出版社 AMT专业课程1 1）社会经济发展背景）社会经济发展背景l消消费费需需求求：主主题题化化、个个性性化化和和多多样样化化，产产品品寿命周期缩短。寿命周期缩短。l全全球球性性产产业业结结构构调调整整：制制造造商商之之间间既既有有激激烈烈竞争，又有基于实力的合作。竞争，又有基于实力的合作。l快快速速响响应应市市场场：满满足足已已有有和和潜潜在在顾顾客客需需求求，主主动动适适应应市市场场，引引导导市市场场，是是赢赢得得竞竞争争，获获取最大利润的关键。取最大利润的关键。2.2.先进制造技术的提出和进展先进制造技术的提出和进展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产产产产生生生生背背背背景景景景 电子科技大学出版社 AMT专业课程2)科学技术发展背景科学技术发展背景l制造技术制造技术在向宏观在向宏观(制造系统制造系统)和微观和微观(超精密加工超精密加工)两个方向发展两个方向发展l现代制造业现代制造业成为技术密集、知识密集型产业成为技术密集、知识密集型产业l信息信息成为制造业决定性因素成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对对制造业产生重大影响制造业产生重大影响3)可持续发展战略可持续发展战略l资源匮泛，污染严重资源匮泛，污染严重l环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价l由由粗粗放放经经营营、掠掠夺夺式式开开发发向向集集约约型型、可可持持续续发发展展转变转变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产产产产生生生生背背背背景景景景2.2.先进制造技术的提出和进展先进制造技术的提出和进展 电子科技大学出版社 AMT专业课程先进制造技术的提出先进制造技术的提出手工手工机械化机械化单机自动化单机自动化刚性自动化刚性自动化柔性自动化柔性自动化智能自动化智能自动化制造业制造业生产方式生产方式制造业制造业资源配置资源配置劳动密集劳动密集设备密集设备密集信息密集信息密集知识密集知识密集制造技术制造技术小批量小批量少品种大批量少品种大批量多品种变批量多品种变批量 电子科技大学出版社 AMT专业课程n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；n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。 各国先进制造技术的发展各国先进制造技术的发展美美 国国 电子科技大学出版社 AMT专业课程各国先进制造技术的发展各国先进制造技术的发展n1990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n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n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 日日 本本 电子科技大学出版社 AMT专业课程各国先进制造技术的发展各国先进制造技术的发展n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。n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。n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。欧欧 共共 体体 电子科技大学出版社 AMT专业课程3.3.先进制造技术的内涵与体系结构先进制造技术的内涵与体系结构定义定义先进制造技术是以提高综合效益为目的，以人为主体，以计算机技术为支柱，综合应用系统技术、自动化技术、信息、材料与工艺技术、能源与环保等高新技术以及现代系统管理技术，研究并改造制造过程作用于产品整个寿命周期的所有适用技术的总称。特点特点先进制造技术的集成性先进制造技术的集成性先进制造技术的系统性先进制造技术的系统性先进制造技术应用的广泛性先进制造技术应用的广泛性先进制造技术的动态性先进制造技术的动态性先进制造技术的实用性先进制造技术的实用性 电子科技大学出版社 AMT专业课程CAD/CAM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与管理信息技术激光新能源技术新材料技术优质、高效、低耗、清洁基础制造技术（基础制造技术）集成技术并行工程清洁生产技术PMC机器人技术数控技术质量与可靠性技术系统管理技术MRPCIMS3.3.先进制造技术的内涵与体系结构先进制造技术的内涵与体系结构体体体体系系系系结结结结构构构构 电子科技大学出版社 AMT专业课程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 技术获取和利用主主体体技技术术群群支撑支撑技术群技术群管理管理技术群技术群3.3.先进制造技术的内涵与体系结构先进制造技术的内涵与体系结构体体体体系系系系结结结结构构构构 电子科技大学出版社 AMT专业课程3.3.先进制造技术的内涵与体系结构先进制造技术的内涵与体系结构体体体体系系系系结结结结构构构构图1-8 先进制造技术体系结构之三相关支撑技术群制造工程设计技术群制造系统管理技术群物料处理方法及设备技术群先进制造技术 电子科技大学出版社 AMT专业课程1、先进设计技术n先进设计方法l模块化设计l系统化设计l价值工程l模糊设计l面向对象的设计l反求工程l并行设计l绿色设计l工业设计先进制造技术的分类先进制造技术的分类l动态分析与设计l放断裂设计l耐环境设计l健壮设计l维修设计和维修保障设计n设计自动化技术l有限元分析l优化设计l产品的造型设计l工艺设计l模拟仿真l虚拟设计l工程数据库n 产品可信性设计l 可靠性设计l 安全性设计 电子科技大学出版社 AMT专业课程2、先进制造工艺技术n高效精密成型技术l精密洁净铸造成形工艺l精确高效塑性成形工艺l优质高效焊接及切割技术l优质低耗洁净热处理技术n现代特种加工工艺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n高效高精度切削加工工艺l精密和超精密加工l高速切削和磨削l复杂型面的数控加工l游离磨粒的高效加工n表面改性、制膜和涂层技术l化学镀l热喷涂技术l等离子化学气相沉积技术l激光表面熔覆处理先进制造技术的分类先进制造技术的分类 电子科技大学出版社 AMT专业课程n数控技术l数控装置l进给系统l主轴系统lNC程序编制n工业机器人l机器人操作机l控制系统l传感器l生产线总线控制n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n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n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3 3、先进制造自动化技术、先进制造自动化技术先进制造技术的分类先进制造技术的分类 电子科技大学出版社 AMT专业课程4、先进制造模式l计算机集成制造系统CIMSl敏捷制造系统AMSl智能制造系统IMSl精益生产LPl并行工程CE5、先进管理技术l现代管理信息系统l物流系统管理l工作流管理l产品数据管理l质量保障体系先进制造技术的分类先进制造技术的分类 电子科技大学出版社 AMT专业课程精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化4. 4. 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势1、集合多学科成果形成一个完整的制造体系 传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术、先进的管理科学2、先进制造技术的动态发展过程 不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不同时期、不同区域有各自的重点和内容。3、信息技术对先进制造技术的发展作用 越来越重要。CIMS、CE、AM、虚拟企业、虚拟制造；4、设计技术不断现代化设计技术不断现代化设计手段的计算机化；新的设计方法、设计思想不断出设计手段的计算机化；新的设计方法、设计思想不断出现；向全生命周期设计发展现；向全生命周期设计发展 电子科技大学出版社 AMT专业课程5、向超精微细领域扩展 微型机械，纳米测量、微米/纳米加工制造；6、制造过程集成化 产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一体化。 CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成 精密成形工艺7、制造科学与制造技术、生产管理的融合 制造科学是制造系统和制造过程知识的系统描述。 制造技术包含在制造科学之中，制造科学体现在制造技术里，技术和管理由生产模式结合在一起。 精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化4. 4. 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势 电子科技大学出版社 AMT专业课程8、绿色制造 绿色产品设计技术。 绿色制造技术 产品的回收和循环再制造 9、虚拟现实技术 虚拟制造技术； 虚拟企业。10、制造全球化 制造企业在世界范围内的重组与集成 制造技术信息和知识的协调、合作和共享 全球制造的体系结构、制造产品及市场的分布及协调。 精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化4. 4. 先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势