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先进制造技术AdvancedManufacturingTechnology机械工程学院周忆2010.11课程介绍先进制造技术概论先进制造技术的提出、构成、特点等先进制造加工技术精密与超精密加工技术超高速加工技术制造自动化技术微机械及其微细加工技术先进制造新概念先进制造模式、制造理念学习方式课堂讲授——讲授重点、难点自学——课程内容50％自学实践环节——收集资料并自选题目演讲、讨论考核方法考试或小论文课程介绍教材和参考文献参考教材王润孝主编.先进制造技术导论.科学出版社，2004年参考文献[1]张根保等.先进制造技术.重庆大学出版社，1996[2]MikellP.Groover.FundamentalsofModernManufacturing.JOHNWILEY&SONS,INC.2002[3]屈贤民主编.先进制造技术.机械工业出版社，2000[4]其它有关先进制造技术的文献资料第一章绪论1.1有关制造的几个基本概念1.2制造业的发展及其在国民经济中的地位1.3先进制造技术的内涵和特点狭义：生产过程中从原材料→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）。广义：制造=生产CIRP（国际生产工程学会1990年）定义：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。生产与制造制造：人类所有经济活动的基石，人类历史发展和文明进步的动力。1.1有关制造的几个基本概念生产的定义输入输出+-生产过程效益生产财富有形（产品）无形（服务）转变效率：生产率=输出/输入生产要素生产对象（原材料）生产资料（直接、间接）能源劳动力信息（知识、技能、情报…）资金从系统的观点，生产可以定义为将生产要素转变成生产财富并创造效益的输入输出系统。制造技术在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。运用一定的知识、技能操纵可以利用的物质、工具采取有效的方法……手段包括制造业和制造系统制造业：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，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。如机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等制造系统是制造业的基本组成实体第一、二、三产业的划分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、运输制造系统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…）质量控制制造系统特性软件硬件结构特性制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。转变特性研究制造系统转变特性，主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。获取阶段转变阶段分配阶段原材料供应者原材料库存零件加工零件库存装配成品库存最终用户制造系统特性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程序特性程序——一系列按时间和逻辑安排的步骤研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使生产活动达到最佳化。制造系统特性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制造业创造了人类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。”1.2制造业的发展及其在国民经济中的地位用机器代替手工，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。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……制造业发展的历史制造业在国民经济中的地位制造业是产业革命的主力军第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论的诞生。第二次产业革命：1879-19451）又称为：电气革命。2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。4）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量子场论的创立。制造业在国民经济中的地位制造业是产业革命的主力军第三次产业革命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。2）产业革命的标志：原子弹（1945）、电子计算机（1946）、晶体管（1948）、集成电路、微电子技术等。3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。制造业在国民经济中的地位制造业是产业革命的主力军1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）研制成功。由美国工程师莫奇负责。“埃尼阿克”共使用了18000个电子管，另加1500个继电器以及其它器件，其总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米。第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。制造业在国民经济中的地位制造业是产业革命的主力军制造业是国民经济的支柱产业国民经济总收入的60%以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。2001年中国工程院的调查:1）中国制造业占国民生产总值的1/32）占整个工业生产的4/53）为国家财政提供1/3以上的收入4）贡献出口总额的90%5）就业人员8043万制造业在国民经济中的地位2007年世界制造业增加值（MVA）份额（注：按2000年不变价格估算）制造业是国民经济各部门的装备部制造业在国民经济中的地位纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造业制造业面临的竞争和挑战来源:Bullinger788082848688909294962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制造业面临的竞争和挑战产品批量更小汽车生产：大批量生产→大批量定制生产；顾客对产品功能、性能、质量的要求更高能参与全球竞争的企业更多跨国公司的垄断性更明显企业的兼并重组更激烈、更动荡一般水平的产品及制造能力严重过剩人口老龄化更严重环保意识、绿色制造呼声更强制造业面临的竞争和挑战生产批量的变化单件订做价格高工业革命小批量生产价格高19001950大批量生产价格较低19501990中小批量生产价格中1990后单件订做小批、动态生产价格低制造业面临的竞争和挑战制造业市场竞争的新特点“要素”的变化“中心”的变化以产品为中心以顾客为中心以市场为中心制造业市场竞争的新特点“市场影响因素”的变化Pine和B.JosephII“MassCustomization,TheNewFrontierinBusinessCompetition.”Boston:HarvardBusinessSchoolPress,0255075100低高扰动程度80年代90年代54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674///质量意识价格意识服务水平对替代品的脆弱性产品生命周期经济循环依赖水平流行时尚意识竞争强度消费者需求及欲望的变化程度购买者能力技术变化率饱和水平愿望的一致程度需求水平稳定性需求及消费者欲望的确定性必需品奢侈品价格竞争产品的差异性制造业市场竞争的新特点先进制造技术的产生背景先进制造技术首先由美国于20世纪80年代末提出20世纪70年代，一批美国学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，认为制造业是“夕阳工业”，主张经济重心由制造业转向高科技产业和第三产业结果：导致美国在经济上竞争力下降，贸易逆差巨增，日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。（20世纪60年代美国汽车产量占世界汽车总产量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）1.3先进制造技术的内涵和特点1963年1983年美日两国汽车产量在世界市场所占份额多轴数控机床改进核潜艇性能先进制造技术的产生背景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。1988年，美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究,并于其后不久提出了“先进制造技术”发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP）”和“制造技术中心计划（MTC）”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。先进制造技术的产生背景先进制造技术计划（ATP）由美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）提出，1994年度预算为14亿美元ATP目标:为美国人提供更多高技术、高工资就业机会，促进美国经济增长；提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境；使美国私人制造业在世界市场上更具有竞争力，保持美国的竞争地位；使教育系统对每个学生进行更富有挑战性的教育；鼓励科技界把确保国家安全和提高全民生活质量作为核心目标。先进制造技术的产生背景又称“合作伙伴计划”，由美国国家标准与技术研究院（NIST）牵头目标：面向35万家中小企业(他们不像大企业有自己的开发能力，且资金不足)，在技术拥有者（通