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先进制造技术概述先进制造技术—概述中国制造业成就及其重大意义213制造业面临的竞争和挑战制造系统的发展制造的基本概念4先进制造技术56先进制造技术在我国的发展状况1.1制造制造（Manufacturing):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。狭义：机电产品的机械加工工艺过程广义：国际生产工程学会1990年：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。制造（Manufacturing）：是一种将物料、能量、资金、人力资源、信息等有关资源，按照社会的需求，转变为新的、有更高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源的行为和过程。1、制造的概念1.2制造系统制造系统是制造业的基本组成实体。结构：包括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）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。功能：输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人力...）通过制造过程输出产品过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。1、制造的概念产品制造的全过程市场需求调研产品设计开发产品制造售后服务回收产品销售狭义制造1.3制造技术（ManufacturingTechnology)按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料转化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称1.4制造过程产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期。1.5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。是所有与制造活动有关的实体或企业机构的总称。1、制造的概念制造业的社会功能制造业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家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械动力机械纺织服装2.1材料及制造方法的发展2.2加工质量的发展2.3制造自动化的发展2、制造系统的发展随着产品性能和结构的发展，材料也不断的发展蒸汽机时代：主要材料是低碳钢和铸铁汽轮机时代：主要材料是耐磨、耐热的合金钢发展飞机和卫星的需要：钛和钛合金目前随着产品的发展，各种新材料，如陶瓷、复合材料、超高强度合金材料、各种涂层材料以及智能材料。材料的发展促进了刀具材料及制造方法的发展对高强度、耐热合金材料，传统的切削加工方法难以加工，出现了新的加工方法，如电火花加工、电化学加工、电子束加工及激光加工等对高性能非金属材料、复合材料，出现了射流加工、超声加工、化学加工、光蚀加工、生物制造等技术。2.1材料及制造方法的发展保证零件的加工质量是机械加工方法要解决的首要问题，加工质量中最重要的是加工精度，要提高加工精度必须减少加工误差。（要求提高机器的工作精度和运转精度。）19世纪中期：机床20世纪初：精密加工20世纪50年代：超精密加工2.2加工质量的发展制造自动化技术经历了五个阶段刚性加工：适用于大批量生产（在一定公差范围内互换）数控加工：适用于多品种中小批量生产柔性制造：适用于多品种中小批量生产计算机集成制造：适用于大批量生产未来制造自动化技术大发展趋势：（1）制造集成化：从制造系统内部的信息和功能集成发展到实现整个产品生产周期全过程的集成，最终的发展趋势是全球制造的全局集成。2.3制造自动化的发展（2）制造智能化：由智能机器和人类专家系统组成一体化智能系统，使制造系统具有自适应能力、自学习能力和自组织能力（3）制造敏捷化（柔性和重构能力）（4）制造虚拟化（能够进行系统建模和仿真）（5）制造网络化（异地设计和制造）（6）制造全球化（实现了制造企业在全球范围内的重组与集成，制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用）地球村（7）制造绿色化（综合考虑环境影响因素和资源利用率，目标是对环境的影响最小，资源利用效率最高）3、中国制造业的成就及其重大意义3.12001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8043万3.2改革开放20年来中国制造业的进步：1）引进国外先进技术2500多项，占全国的1/3以上。近几年发展的新产品，50%达到80年代中后期的世界水平。2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车280万辆以上（其中轿车120万辆以上），大中型发电设备1200万千瓦以上（火电1000万千瓦，水电200万千瓦），大中型拖拉机11万台以上，金切机床10万台以上。3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。4）成功开发生产了运七、运八、新舟60等支线飞机。5）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人等产品，清华大学制造工程研究所研制开发的并联构型机床。3、中国制造业的成就及其重大意义3.3制造业的重大意义1）在发达国家中,制造业创造了约60%的社会财富、约45%的国民经济收入。2）据统计，美国68%的社会财富来自于制造业。3）在一个国家生产力的构成中，制造技术的作用一般占55%-65%。4）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。3、中国制造业的成就及其重大意义“十五”规划中确定的八个最具战略影响的领域:1)信息技术2)生物技术3)新材料技术4)先进制造与自动化技术5)资源环境技术6)航空航天技术7)能源技术8)先进防御技术，其中，先进制造与自动化技术又是实现各种高新技术的保障技术。3、中国制造业的成就及其重大意义3、中国制造业的成就及其重大意义4、制造业面临的竞争和挑战4.1国际形势的变化产业技术和经济实力成为政治对抗的重要资本；不计生产成本和代价的军品生产模式不适于新形势下的生产；“战略伙伴”关系中经济色彩突出提高制造业产品竞争能力，发展高技术，尤其是独具知识产权的产业技术成为未来抢占经济制高点、振兴国家经济的焦点。4、制造业面临的竞争和挑战4.2制造业市场竞争的新特点来源:Bullinger788082848688909294962时间46810平均产品寿命TL平均开发时间TDTDTL年数1）知识－技术－产品更新的周期更短4、制造业面临的竞争和挑战2）产品批量（多品种小批量）更小；汽车生产：大批量生产→大批量定制生产；3）顾客对产品功能、性能、质量的要求更高；4）能参与全球竞争的企业更多；5）跨国公司的垄断性更明显；6）企业的兼并重组更激烈、更动荡；7）一般水平的产品及制造能力严重过剩；8）环保意识、绿色制造呼声更强。4、制造业面临的竞争和挑战2、制造业市场竞争的新特点4、制造业面临的竞争和挑战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市场影响因素的变化Pine和B.JosephII“MassCustomization,TheNewFrontierinBusinessCompetition.”Boston:HarvardBusinessSchoolPress,4、制造业面临的竞争和挑战“中心”的变化以产品为中心以顾客为中心以市场为中心4、制造业面临的竞争和挑战消费观念的变化消费者的行为更具选择性顾客化产品：批量生产的产品逐步被个性化、多样化产品所代替制造业“服务”：产品生产与产品服务的界限越来越模糊、不满足感增加：“新三年、旧三年、缝缝补补又三年”的观念逐步消失对生产及产品的影响产品订货批量下降，单件、小批产品寿命周期减短：5-10年-3-5年甚至更短产品生产周期缩短所谓的虚拟企业（VirtualEnterprise），是当市场出现新机遇时，具有不同资源与优势的企业为了共同开拓市场，共同对付其他的竞争者而组织的、建立在信息网络基础上的共享技术与信息，分担费用，联合开发的、互利的企业联盟体。4、制造业面临的竞争和挑战企业的竞争优势竞争核心产品发展战略技术方面的重点过程方面的重点组织方面的重点利润市场份额有竞争优势的产品的市场规模产品上市时间产品创新较低的成本生产力数据共享知识管理串行的设计过程并行工程企业间合作面向部门面向过程虚拟企业Source:GartnerGroup4、制造业面临的竞争和挑战4.3制造全球化和贸易自由化原因：世界自由贸易体制进一步完善全球交通运输进一步完善全球通讯网络建立国际经济合作与交往日益紧密导致：全球产业界结构大调整世界逐步形成一个统一的大市场使得：供应与需求国家化、国际化，不同时间、地区、国家，市场需求有波动对于同一用户、同一产品，可供选择的市场国际化、竞争国际化4、制造业面临的竞争和挑战•跨国公司的生产总值占工业化国家生产总值的•跨国公司的贸易占世界贸易总值的•跨国公司的工业研制费占世界总值的•跨国公司操纵了世界技术转让的•跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的40%50%80%75%90%2006年美国商报的统计结果：4、制造业面临的竞争和挑战4.4、科技进步与信息社会从微电子、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能等）、新材料、系统科学所代表的新一代工程科学与技术的迅猛发展在制造领域中的广泛渗透、应用、衍生，极大的拓展了制造活动的深度和广度，急剧的改变了现代设计方法、产品结构、生产方式、生产工艺、设备以及生产组织结构，产生了一大批新的制造技术和制造模式。高新技术的综合作用促进了制造技术在宏观(制造系统集成）和微观（精密、超精密、微纳米加工检测）两个方向上的蓬勃发展，成为一门涵盖整个生产过程的各个环节（市场分析、产品设计、工艺规划、加工准备、制造装配、监控检测、质量保证、生产管理、售后服务、回收再利用等）、包括人、机器、能量、信息等多种资源的组织、控制与管理，横跨多个学科的集成技术。4、制造业面临的竞争和挑战4.5环境保护意识的增强与可持续发展环境问题（绿色制造）大量消耗资源和破坏环境的传统工业发展模式与工艺技术系统引起了严重的环境问题可持续发展思想：（具有持续创新的能力）重视环境方面对制造业及其产品的制约结论:面向可持续发展的生态安全型和资源节约型的制造技术将是制造领域中亟待解决的一个重要问题.•个性化和多样化产品制造智能化包括产品自身智能和生产定制化、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21世纪制造业的产品特征5.1先进制造技术的内涵及特点5.2先进制造技术的体系结构及分类5.3先进制造技术的分类5.4先进制造技术的发展趋势5、先进制造技术5.1先进制造技术的内涵及特点1、定义: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.内涵：“使原材料成为产品而采用的一系列先进技术”，其外延则是一个不断发展更新的技术体系，不是固定模式，它具动态性和相对性，因此，不能简单