1先进制造技术概述

GuangdongUniversityofTechnology机电工程学院Tel.:15322234530e-mail:[e-mail]:695480257先进制造技术AdvancedManufacturingTechnology（AMT）主讲：肖曙红课程安排本课程为机械类专业（包括机械制造、机械设计及机械电子工程专业等）硕士研究生的必修课，32学时，2学分。主要讲授内容：1.AMT概述2.先进制造哲理、管理方法、生产模式3.先进设计技术4.先进制造工艺5.先进制造技术的支撑技术考核：笔试(50%)＋写作练习(30%)+出勤情况（10％）+课堂演讲（10％）2写作练习结合研究方向，写一篇“先进制造技术”方面的综述性的文章字数：3000~5000字格式：参照《机械工程学报》题目：（自定）摘要关键词1引言（概述）1.1结束语参考文献（最少5篇）课程安排3[1]张世昌.《先进制造技术》.天津：天津大学出版社.2003[2]孙大涌主编.《先进制造技术》.北京：机械工业出版社.2002[3]王润孝主编.《先进制造技术导论》.北京：科学出版社.2004[4]李蓓智主编.《先进制造技术》.北京：高等教育出版社.2007[5]但斌,刘飞主编.《先进制造与管理》.北京：高等教育出版社.2008[6]中国科学院科学与技术预见系列报告《技术预见报告.2008》,北京：科学出版社，2008[7]国家自然科学基金委员会工程与材料科学部《机械与制造科学》，北京：科学出版社，2006[8]KatsundoHitomi（日）.ManufacturingSystemsEngineering.London：Taybr&Francis.1996[9]MikellP.Groover.Automation,ProductionSystems,andComputer-IntegratedManufacturing.JOHNWILEY&SONS,INC.2000教材及主要参考文献45第一章先进制造技术概述IntroductiontoAMT6第一章主要内容引言制造与制造技术先进制造技术的提出先进制造技术的内涵与结构体系先进制造技术的实施与发展趋势71.1引言Introduction8先进制造技术领域研究的课题中国科学院在06年5月，《中国未来20年技术预见研究》确定先进制造技术课题90项，分属以下9个子领域。数字化设计与制造9先进工艺与装备13传感与检测技术9机器人与智能控制12微纳米加工与极限加工12流程工业自动化7制造模式、系统和管理集成11绿色制造9生物制造技术89先进制造技术领域研究的课题国家自然科学基金委在06年《机械与制造科学》一书中确定的机械工程学科优先资助的领域。复杂机电系统机构与机器人摩擦学与表面工程机械结构强度与失效智能结构与系统机电产品现代设计理论与方法先进加工制造工艺与装备数字制造与数字装备机械系统和制造过程中传感、测量及仪器10先进制造技术领域研究的课题中国科学院在08年8月，《技术预见报告.2008》先进制造技术领域最重要的技术课题：超精密和纳米加工工艺与设备多学科设计优化MDO机电产品的绿色设计和再制造技术极大尺寸装备制造与大型零件复合成型工艺人体器官的人工制造特种合金精密制造技术微纳传感器技术现代集成制造系统现代流程工业综合自动化新一代工业机器人和服务机器人11先进制造技术领域研究的课题中国科学院在09年，《中国至2050年先进制造科技发展路线图》中提到：基于泛在信息的智能制造系统、环境友好的绿色制造。12://://://://未来制造——关键的11项先进制造技术近日，由奥巴马总统发起成立的“先进制造业合作委员会”，AdvancedManufacturingPartnership，就未来制造业的发展做出了展望，重点规划11个技术领域，认为这些领域将对制造业竞争力的决定起到关键作用，应当成为全国研发行动的重点。【增材制造】AdditiveManufacturing普遍称为3D打印的增材制造已经成为新一轮工业革命的旗帜。它明显不同于以往，专业人士和爱好者都可用上，但增材制造不过是未来几年有望给很多东西的制造方式带来重大变革的一系列新兴技术之一。甚至增材制造也非仅限于3D打印。一项刚刚崭露头角的工艺名叫“冷喷涂”，就是通过喷嘴喷射金属颗粒，由于速度很高，这些颗粒会相互结合、组成形状。通过精确控制喷嘴，机器操作员就可以像利用3D打印机打印一样制造出齿轮之类的三维金属物体。物体就像是通过喷绘画出来的一样，哪怕是用钛之类的不常见金属，也都是可以完成的。18【传感、测量和过程控制】AdvancingSensing,Measurement,andProcessControl几乎所有先进制造技术都有一个共通的东西：它们都由处理巨量数据的电脑驱动。正因如此，那些捕捉并记录数据的东西才如此重要，如监测湿度的传感器、确定位置的GPS跟踪器、测量材料厚度的卡尺等。这些设备不仅越来越多地用于智能手机的智能化，还使得智能、灵活、可靠、高效的制造技术成为可能。在一座现代化的工厂里面，传感器不仅有助于引导日益灵敏的机器，还提供管理整个工厂的运营所需要的信息。产品从诞生到送达都可以跟踪，某些情况下还可以跟踪到送达之后。在这个过程中，一旦有问题出现，比如在喷漆室的湿度不适宜喷涂的时候，传感器就会侦测出来，向机器操作者发送警报信号，甚至是向工厂管理者的手机发送警报信号。19【材料设计、合成与加工】AdvancedMaterialsDesign,Synthesis,andProcessing新机器将需要新材料，新材料将使新式机器的制造成为可能。随着将材料细分到原子或分子层级、几乎不需要经过漫长的实验室步骤就可以进行操纵的进展出现，涂层、复合材料和其他材料的开发正在加快。【数字制造技术】Visualization,Informatics,andDigitalManufacturingTechnologies工程师和设计师使用电脑辅助的建模工具已经有些年头，不仅用于设计产品，还以数字方式对产品进行检测、修正、改良，常常省略了更费钱、更费时的实体检验过程。云计算和低成本3D扫描仪（现在用iPhone就可以做一次简单的3D扫描）正在将这些方法从尖端实验室里搬出来，使之进入主流，让创业者能够用上。Autodesk制作了一套免费的的全功能CAD软件“123Design”，汽车制造商一度要用大型计算机才能完成的事情，个人拿这套软件就可以做了。20【可持续制造】SustainableManufacturing其目标即便不好实现，理解起来也还是很容易的，就是将每一丁点物质、每一焦耳能量最大化地用到生产当中，尽可能地减少浪费。高能效制造是其中的一个重点领域。比如，制造业工程师常常会说到“无灯”工厂的潜力，这种工厂在黑暗中持续运转，不需要加热或制冷，因为它们基本上都是由机器人或其他机器操作。随着规模更小、高度自动化的本地工厂变得更加普遍，再制造和回收或许会变得更加重要，本地供应的材料也会更受重视。21【纳米制造】Nanomanufacturing一纳米等于一米的10亿分之一，所以纳米制造的意思就是能够在分子、甚至原子层面操纵材料。预计纳米材料将来会在高效太阳能电池板、电池的生产过程中发挥作用，甚至会在基于生态系统的医学应用当中发挥作用，比如在体内安置传感器，可以告诉医生癌症已经消失。未来几代的电子设备和运算设备或许也会非常依赖于纳米制造。【柔性电子制造】FlexibleElectronicsManufacturing比如坐在上面的时候会产生弯曲的平板电脑，与体温连线、在你需要的时候提供制冷的衣服等。这些柔性技术已经在向主流进发，预计会定义下一代的消费设备和运算设备，成为未来10年增长最快的产品门类之一。但这需要极为先进的制造工艺。22【生物制造】BiomanufacturingandBioinformatics该领域利用生物有机体或生物有机体的一部分以人工方式生产产品，如开发药物和复方药。它可以用到很多领域，比如能效的提高、纳米制造新方法的创造等。【工业机器人】IndustrialRobotics工业机器人可以每天24小时、每周七天地运转，精度可重复且越来越高，时间上可以精确到几百分之一秒，空间上可以精确到人眼都看不到的程度。它们精确地汇报进展，在接受效率测试的时候做出改进，如果安装了先进的传感系统，还会变得更加灵巧（它们也很少发牢骚）。随着机器人变得越来越普遍，它们的经济性也在提高：据麦肯锡全球研究院(McKinseyGlobalInstitute)的一份报告，1990年以来与人工相比的机器人相关成本已经下降高达50%。另外，随着生物技术和纳米技术的进步，预计机器人能够做的事情将越来越精巧，如药品加工、培植完整人体器官等。23【先进成形与连接技术】AdvancedFormingandJoiningTechnologies当前大部分机器制造工艺基本上还是依靠传统技术、特别是针对金属的技术，如铸型、锻造、加工和焊接等。但专家认为，这个领域的创新时机已经成熟，可以用新的方法来连接更多种类的材料，同时提高能源和资源效率。比如冷成型技术就有可能作为一项修复技术或先进焊接技术而发挥重大作用。【先进的生产和检测装备】AdvancedManufacturingandTestingEquipment241.2制造与制造技术ManufacturingandManufacturingTechnology25制造与制造技术制造广义理解：制造=生产CIRP（InternationalInstitutionforProductionEngineeringResearch国际生产工程学会）定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。狭义理解：生产过程从原材料→成品直接起作用的那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。制造业欧洲：将离散型生产企业视为制造业。美国：将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。26制造与制造技术制造业制造业是指对原材料(采掘业的产品和农产品)进行加工或再加工，以及对零部件装配的工业的总称。制造业一般有消费品制造业和资本品制造业、轻型制造业和重型制造业、民用制造业和军工制造业、传统制造业和现代制造业之分，其中装备制造业越来越重要。装备制造业是指资本品的制造业，是为国民经济和国防建设提供投资类产品的企业的总称。27制造与制造技术表1-1第一、二、三产业的划分第一产业第二产业第三产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制