先进制造技术

先进制造技术青海大学机械工程学院课程介绍•一、本课程的性质、教学目的与任务•课程性质：机械设计制造及其自动化专业必选的专业课程。•教学目的：使学生了解先进制造技术的特点、技术前沿及发展趋势；初步掌握FMS、RPM、CIMS等先进制造技术手段。•教学任务：先进制造技术的概念、特点和发展趋势，柔性制造系统技术，快速成形制造技术，计算机集成制造系统技术，并行工程技术，纳米加工技术、敏捷制造技术，虚拟制造技术和绿色制造技术。•课程学分：2分•课程学时：32学时讲课：32学时；实验：0学时•课程性质：专业课，必选，考查。•二、本课程的特点•1、内容宽泛•由于先进制造技术是集制造技术、电子技术、信息技术、自动化技术、材料科学及现代管理技术等众多技术的交叉，所以内容很宽泛，本课程侧重内容的前沿性、综合性和交叉性。在课程学时允许下，尽量多介绍更多类型的技术。•2、掌握程度•一般为了解，但对与本学科联系较紧密的制造自动化技术要求较深程度的掌握。•3、注重介绍相对成熟的技术•如：FMS，RPM•三、本课程主要内容•总学时数：32讲授：32实验：0•第1章绪论•第2章制造自动化技术（FMS）•第3章先进制造工艺技术（RPM、MIMS）•第4章现代生产管理技术（MRP、ERP、PDM）•第5章先进制造生产模式（CE、LP、VMS、AMS、CIMS、GMS）•四、考核方式•该课程为考查课，成绩评定方法：期末考试（60%）+平时（40%），平时成绩由考勤、作业等组成。•五、参考教材及主要参考书•[1]王隆太.先进制造技术[M].北京：机械工业出版社,2003年.3月,第一版•[2]李伟.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社,2007,第一版•[3]周凯,刘成颖.现代制造系统[M].北京：清华大学出版社,2005年.8月,第一版第一章绪论1.1概述1.2先进制造技术的内涵、体系和特点1.3先进制造技术的发展状况1.4先进制造技术的技术前沿1.5先进制造技术的发展趋势当前科技的发展一个兴起：纳米科技二个问题：资源安全科技环境安全科技三个关注：空间科技海洋科技地球科技四个支撑：信息科技材料科技生命科技制造科技1.1概述一、制造的定义二、制造业的战略地位三、制造的发展历程四、制造的发展现状五、制造的发展趋势包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程一、制造的定义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业可供人们使用和消费的产品行业，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二、制造业的战略地位三大产业农林牧业,工业，服务业工业（52%）制造业（45%）、建筑业、采掘业以及电力、煤气、水的生产供应业农林牧业农业、林业、蓄禽业、水产业服务业商业、金融、房地产、经贸等•1、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%•2、制造业是国民经济发展的支柱产业2001年制造业占中国社会经济活动门类的比例大类的33%中类的46%小类的64%全部就业人数的11.1%工业就业人数的90.5%2001年制造业就业人数所占的比例工业税收的78.93%总税收的28.74%2001年全国制造业的税收05101520平均GDP增长工业增长制造业增长平均GDP增长率工业增加值年均增长率制造业增加值年均增长率7.8%11.9%17.6%1953至1998年宇航生物工程微电子光电子信息技术核技术空间技术•制造业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%•3、制造业是国家安全的重要保障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)19制造业在国民经济中的地位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三、制造的发展历程人体（手、足）人脑加工对象人的感官干扰产品需求•1、原始制造工艺系统材料能量信息•2、材料的发展、金属工具的出现公元前3000年：美索不达米亚、埃及，青铜器公元前2800年：中国甘肃马家窑文化，锡青铜公元前1400年：中国河北叶城、北京平谷，热锻铁器小亚细亚赫第王国，铁器公元前1000年：中国，铁犁公元前476年：中国河北易县，淬火钢公元前113年：中国河北满城，渗碳钢………公元1898年：美国，泰勒、怀特，高速钢公元1932年：德国，施勒特尔，硬质合金公元1938年：德国，德古萨公司，陶瓷刀具………机构机器人脑加工对象人的感官干扰产品需求体力材料能量信息•3、动力机械、加工设备的发展公元前100年：罗马，水车；中国，水轮机雏形公元1世纪：亚力山大，希罗，反动式汽轮机雏形公元25-221年：中国，杜诗，冶铸鼓风用水排公元265-420年：中国，杜预，水轮驱动的水转连磨公元700年：波斯，风车1127年：中国，水转纺车1131年：中国，燃汽机雏形1629年：意大利，冲动式汽轮机雏形1698年：意大利，萨弗里，首次将蒸汽用于工业动力1705年：英国，纽科门，活塞式蒸汽机1769年：英国，瓦特，实用蒸汽机专利1838年：俄国，雅可比，直流电动机1897年：美国，西屋公司，两相交流感应电动机公元前2000年：埃及，树木车床公元前400年：我国，公输班，磨公元1395年：法国，杆棒车床…,…,…,…,1774年：英国，威尔金森，炮筒镗床1790年：英国，边沁，刨床、铣床、钻床1797年：英国，莫效，螺纹车床1807年：英国，步律内尔，圆锯机1817年：美国，惠特尼，卧式镗床1820年：英国，怀特，（圆柱、圆锥）齿轮加工机床1835年：英国，惠特沃斯，滚齿机1842年：英国，内史密斯，蒸汽锤1845年：英国，菲奇，六角车床1873年：美国，斯潘塞，单轴、多轴自动机床…,…,…,…,1952年：美国，帕森斯公司，数控机床1958年：美国，卡尼-特雷克公司,加工中心1976年：日本，柔性制造单元…,…,…,…,加工设备人脑加工对象检测装置干扰产品需求干扰材料能量信息•4、信息检测与控制技术的发展加工设备控制器加工对象检测装置干扰产品指令干扰材料能量信息•（1）信息检测与控制技术发展（计算机的应用）加工设备计算机加工对象检测装置干扰产品指令干扰材料能量信息•（2）信息检测与控制技术发展（设备状态与制造过程的监测）加工设备计算机加工对象监测系统干扰产品指令干扰材料能量信息四、制造的发展现状提高生产率，实现经济增长的驱动器工业经济时代工业经济时代知识经济时代当前时代知识经济时代生产要素：资本和劳动力生产要素：知识、资本和劳动力知识32•许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力是制造大国，不是制造强国发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强关键装备大多依赖进口–光电子制造设备的100%–IC制造装备的85%–高档数控机床的70%原创性的技术和成果缺乏，企业的核心竞争力不足，制造科学基础研究相对薄弱60年代-生产规模的扩大70年代-生产成本的降低80年代-产品质量的提高90年代-市场响应速度21世纪-技术创新制造型企业追求的目标•不确定性：消费需求非大量化、分散化、个性化；技术更新换代加快；市场不可控制因素增多•市场的国际化和全球化：世界贸易组织的成立、欧元计划的启动、亚大经济合作组织、北美经济一体化联盟•新兴产业的崛起：如：软件产业、环境产业的发展•市场质的短缺和动态的非均衡：未来市场的调节表现为价格和质量的权衡，依赖于新产品出现后价格的调整•虚拟市场和代理制是未来市场重要形式：网络销售目前制造业的市场特征个性化和多样化产品制造定制化、模块化，满足不同消费者喜好寿命周期不断缩短摩尔定律-芯片性能每18个月提高1倍，价格却保持不变智能化包括产品自身智能和生产设施工具的智能绿色产品全寿命周期无污染、低资源消耗和可回收利用目前制造业的产品特征•满足个性需求成为企业经营宗旨•制造硬件资源可重构性成为企业装备的显著特点•人力资源是未来企业资源的核心要素•企业的国际化是发挥自身优势，实现专业化生产的前提•虚拟企业和团队能力是21世纪企业的核心竞争优势•企业文化氛围的形成和创新充分体现人的价值，将成为本世纪企业永恒的追求•本土化是21世纪企业的重要特征五、制造的发展趋势科学技术突飞猛进知识经济初见端倪国际竞争日趋激烈1.2先进制造技术的内涵和体系结构一、先进制造技术的内涵二、先进制造技术的体系三、先进制造技术的特点一、先进制造技术的内涵传统制造技术先进制造技术系统性仅驾驭生产过程物质流和能量流能驾驭生产过程物质流、信息流和能量流广泛性仅指将原材料变为成品的加工工艺贯穿从产品设计、加工制造到产品销售的整个过程集成性学科专业单一、独立，相互间界限分明专业和学科不断渗透、交叉融合，其界限逐渐淡化甚至消失动态性不同时期、不同国家，其特点、重点、目标和内容不同实用性注重实践效果，促进经济增长，提高综合竞争力•内涵：•在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.制造.检测.管理.销售.使用.服务的制造全过程,以实现优质.高效.低耗.清洁.灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.二、先进制造技术的体系1994年美国联邦科学工程技术委员会将先进制造技术分为：主体技术群设计技术群制造工艺技术群支撑技术群管理基础技术群1、体系结构国内学者对先进制造技术的划分•现代制造工程设计技术群•现代制造系统管理技术群•物料处理和设备技术群•支撑技术群•现代设计技术:现代设计方法、产品可信性设计、设计自动化技术•先进制造工艺:高效精密成形技术、高效高精度切削加工工艺、现代特种加工工艺、现代表面工程技术。•加工自动化技术:数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术•现代生产管理技术:MRPII\ERP\PDM\JIM•先进制造生产模式:CIM、CE、AM、IM、LP2、分类（1）先进设计技术•设计方法现代化产品动态分析和设计产品可靠性可维护性及安全设计产品优化设计快速响应设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法优化设计计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿