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先进制造技术AdvancedManufacturingTechnology河北工业大学机械学院张建辉回顾：20世纪是一个伟大的世纪发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式。展望：制造业在21世纪将出现奇迹汽车:会跑，会飞；飞机:更快、更安全；高速列车和磁悬浮列车；智能仪器装备和智能机器人:按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；微型机器人:能进人血管清理垃圾、修补心脏；分子组装技术:组装出理想性能的微器件；掌上工具:计算机、可视电话、电视、音响和网络的集成会飞的汽车磁悬浮列车微型机器人战队机器人大赛机器狗可视电话平板电脑第1章先进制造技术概论先进制造技术（AMT，——AdvancedManufacturingTechnology）源于20世纪80年代，指在制造过程和制造系统中融合电子、信息和管理技术，以及新工艺、新材料等现代科学技术，使材料转换为产品的过程更有效、成本更低、更及时满足市场需求的先进的工程技术的总称。第1章先进制造技术概论1.1制造、制造系统和制造业1.2先进制造技术的发展1.3先进制造技术的内涵和体系结构1.1制造、制造系统和制造业1.1.1制造、制造系统和制造业1.1.2制造业的地位和作用下一页返回1.1制造、制造系统和制造业1.1.1制造、制造系统和制造业制造（manufacturing）是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。制造的概念有广义和狭义之分：狭义的制造，是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程；而广义的制造，则包含市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。制造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。下一页返回包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程原材料产品工艺能源知识技能工具制造与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造1.1.1制造、制造系统和制造业1.1制造、制造系统和制造业制造系统具有特定功能的有机整体制造过程硬件制造过程软件硬件人员经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置软件制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等制造系统的物质流与信息流误差流物流资金流规划控制需求信息流实施（车间或现场）原材料产品与服务能源能量流制造系统的五种流压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配车身安装最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理汽车生产物流示意图制造业以制造技术为主导技术进行产品制造的行业，是所有与制造有关的企业群体类别构成比例类别构成比例类别构成比例金属制品3.395食品工业15.335化工15.586一般机械8.625纺织7.193建材7.299运输机械6.424服装5.018黑色冶金6.908电器设备5.125家具1.542有色冶金2.120电子设备4.588文教用品4.292其他制造1.681仪器仪表0.998油加工3.870我国制造分类和构成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（52%）制造业（45%）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、运输表1.1第一、二、三产业的划分1.1制造、制造系统和制造业一个国家经济发展的支柱国民经济收入的重要来源工业经济年代经济增长的“发动机”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础制造业地位1.1制造、制造系统和制造业提供人们衣、食、住、行物质消费决定全社会的长远效益和经济的持续增长国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件信息产业发展的物质基础；农业劳动力转移和就业的重要途径为科技和教育发展提供经费支持和实验装备实现军事现代化和国家安全的保障制造业的作用制造是人类文明的物质支柱之一直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。——恩格斯《自然辩证法》人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。——毛泽东《贺新郎·读史》人类社会发展所依赖的物质文明支柱除了材料、能源、信息外，还应包括“制造”。没有制造，就没有人类。制造是“永远不落的太阳”。物质财富是人类社会生存和发展的基础，制造是人类创造物质财富最基本、最重要的手段直接创造国民生产总值的1/3制造业对国民经济的贡献占整个工业生产的4/5为国家财政提供1/3以上的收入对出口总额的贡献率90%宇航生物工程微电子光电子信息技术核技术空间技术为科技和教育发展提供经费支持和实验装备----是国家高新技术产业的基础和载体制造业电子设备IC成本：军舰22%，战车24%，飞机33%，导弹45%，航天器66%制造业的作用实现军事现代化和国家安全的保障现代武器装备是先进制造技术的载体；尖端制造技术和装备一直是西方国家技术封锁和限制的重点;保证就业率稳定，缓解就业压力，保障社会稳定。例：①东芝事件(1982.12～1983.6)②《考克斯报告》(90年代)③《控制高技术机床出口》(2000)制造业的作用东芝事件多轴数控机床改进核潜艇性能综上所述——制造业是国家的战略性产业高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的重要标志高度发达的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素制造业战略地位1.2先进制造技术的发展1.2.1先进制造技术产生背景先进制造技术(AdvancedManufacturingTechnology—AMT)的产生不仅是科学技术范畴的事情，而且也是人类历史发展和文明进步的必然结果。无论是发达国家、新兴工业国家还是发展中国家，都将制造业的发展作为提高竞争力，振兴国家经济的战略手段来看待，先进制造技术应运而生。先进制造技术的产生和发展有其自身的社会经济、科学技术以及可持续发展的根源和背景。下一页返回1.社会经济发展背景消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短全球性产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场，是赢得竞争，获取最大利润的关键1.2.1先进制造技术产生背景制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展现代制造业成为技术密集、知识密集型产业信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响2.科学技术发展背景1.2.1先进制造技术产生背景资源匮泛，污染严重环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变3.可持续发展战略1.2.1先进制造技术产生背景1.2先进制造技术的发展鉴于上述社会、经济、科学技术，以及环境资源保护的历史背景，各国政府和企业界都在寻求对策，以获取全球范围内的竞争优势，传统的制造技术已变得越来越不适应当今快速变化的形势，而先进的制造技术，尤其是计算机技术和信息技术在制造业中的广泛应用，使人们正在或已经摆脱传统观念的束缚，使人类跨人制造业的新纪元。先进制造技术作为一个专用名词的出现，却是在20世纪80年代末由美国根据本国制造业面临的挑战与机遇，对其制造业存在的问题进行深刻反省，为了加强其制造业的竞争力和促进本国国民经济的增长而提出来的。先进制造技术的提出是制造业新技术发展实际进程的反映，它一经提出，立即得到欧洲各国、日本、以及亚洲新兴工业化国家的响应。上一页下一页返回1.2先进制造技术的发展1.2.2制造技术的进步和发展制造技术是制造业所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加值的成品（半成品）和技术服务的技术群。制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是：技术的推动：人类科学技术的每次革命必然引起制造技术的不断发展；市场的牵引：随着人类的不断进步，人类的需求不断产生变化，因而也推动了制造业的不断发展，促进了制造业的不断进步。上一页下一页返回1.2先进制造技术的发展近两百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量→少品种→大批量→多品种变批量”的方向发展。在科学技术高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集”的方向发展。制造技术的生产方式沿着“手工→机械化→单机自动化→刚性流水自动化→柔性自动化→智能自动化”的方向发展。自18世纪以来，制造技术的发展经历了五个发展时期。上一页下一页返回制造技术的发展阶段工场式生产时期--18世纪后半叶，完成手工作坊到以分工原则的工厂生产的转变（蒸汽机和工具机）工业化规模生产时期--19世纪，实现了批量工业化规范生产（电气化驱动）刚性自动化发展时期--20世纪初，以大批量生产为模式的刚性自动化（内燃机）柔性自动化发展时期--二战之后，多品种小批量柔性自动化生产模式，包括NC、CNC、FMC、FMS等。综合自动化发展时期-自80年代,CAD/CAM/CAP/CAE/CAT；MRP,MRPⅡ,ERP,TQM；DNC,CNC,FMC/FMS,ROBOT；CIMS,CE,LP1.2先进制造技术的发展1.2先进制造技术的发展综上所述，从传统的制造技术发展成为当代的先进制造技术是社会进步与技术进步的必然结果，是世界各民族竞争与合作在制造领域的体现，也是制造技术发展的主方向。90年代以来，各工业发达国家和新兴工业化国家纷纷调整其技术政策，大力发展先进制造技术，力图在国际大市场中多分享一份。其中具有代表性的是美国的先进制造技术、关键技术（制造）计划、敏捷制造使能技术计划（TEAM），日本的智能制造技术（IMS），韩国的高级先进制造技术计划(G-7)和德国的制造2000计划等。上一页下一页返回1.2先进制造技术的发展1.2.3先进制造技术的发展趋势上一页下一页返回“精”是发展的关键“极”是发展的焦点“文”是发展的新义“绿”是发展的必然“快”是发展的动力“省”是发展的原则“效”是发展的追求“数”是发展的核心“自”是发展的条件“集”是发展的方法“网”是发展的道路“智”是发展的前景制造产品：制造过程：制造方法：“精”是发展的关键——精确化加工精度精密化人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级；操作尺度细微化基因操作机械，其移动距离为纳米级，移动精度为0.1纳米级物理性能精确化＿物理性能、力学性能、化学性能、生化性能等等控制要求纳米化发展趋势——制造产品：“精”“极”电子制造中高精度：控制趋于纳米级加工趋于亚纳米级超微细：芯片线宽＜100nm运动副间隙＜12nm高加速度：封装运动＞12g高可靠性：芯片千小时失效率＜1/109发展趋势——制造产品：“精”“极”超精密加工20世纪初：10微米30年代：1微米50年代：0.1微米70-80年代：0.01微米目前：0.001微米（纳米加工）发展趋势——制造产品：“精”“极”“极”是发展的焦点——极端、极限几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极圆、极方、奇形怪状；在物理性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强磁性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能；MEMS（Micro-Electro-Mechanical_System)技术和产品是典型极端、极限技术和产品。发展趋势——制造产品：“