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先进制造技术(AMT)AdvancedManufacturingTechnology•第一部分：概论•§1什么先进制造技术•先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，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的总称。•AMT概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。§2机械制造业发展简史人体（手、足）人脑加工对象人的感官干扰产品需求•原始制造工艺系统材料能量信息公元前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,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………材料的发展机构机器人脑加工对象人的感官干扰体力能量信息材料公元前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，风车动力与设备——动力的发展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反动式汽轮机《天工开物》上的中国水车蒸汽机•动力机械——加工母机的发展公元前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，卧式镗床公元前二千多年出现的树木车床是机床最早的雏形。工作时，脚踏绳索下端的套圈，利用树枝的弹性使工件由绳索带动旋转，手拿贝壳或石片等作为刀具，沿板条移动工具切削工件。中世纪的弹性杆棒车床运用的仍是这一原理。水力镗床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…,…,…,…,动力机械——加工母机的发展四轴联动加工中心加工设备人脑加工对象检测装置干扰干扰材料能量信息•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•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干扰材料能量信息•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§3制造业发展现状制造科学已成为多学科交叉的学科制造技艺→制造技术→制造科学；制造活动的社会性、制造系统的开放性→制造科学综合性；制造科学已不可能在孤立、封闭的状态下发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的道路；现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力，也不断丰富着现代制造科学的内涵和外延•先进制造技术是工业发达国家的国家级关键技术和优先发展领域国别/地区科技计划美国先进制造技术计划关键技术(制造)计划敏捷制造使能技术计划日本智能制造技术国际合作计划欧共体尤里卡计划信息技术研究发展战略计划德国制造2000计划韩国高级先进技术国家计划(G-7)•1993年，美国政府批准了由联邦科学、工程与技术协调委员会（FCCSET）主持实施的先进制造技术计划（AdvancedManufac-turingTechnology－AMT•美国AMT计划目标是：•研究开发世界领先的先进制造技术，以满足美国制造业对先进制造技术的需求，提高制造业的竞争力；通过教育与培训计划提高劳动力素质；促进具有环境意识的制造等。•1995年11月美国正式发布了敏捷制造使能技术战略发展计划（TechnologiesEnab-lingAgileManufacturingStrategicplan，TEAM）。•每年投资3000万美元，该计划到2020年结束。美国国防部、美国国家标准与技术研究所、美国国家科学基金会等部门都参加到TEAM计划实施。有3000多家私营企业、60多家公司、16所大学和国际财团以及许多政府机构直接参与了此项计划。•20世纪80年代，面对美国、日本日益激烈的竞争，西欧国家制定了一项在尖端科学领域内开展联合研究与开发的计划，即“尤里卡计划”。•它的目标主要是提高欧洲企业的国家竞争能力，进一步开拓国际市场。尤里卡（EURECA）是“欧洲研究协调机构”（EuropeanResearchCoordinationAgency）的英文缩写。•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制造业(共8项主题)(26)基础件和通用部件(27)数字化和智能化设计制造(28)流程工业的绿色化、自动化及装备(29)可循环钢铁流程工艺与装备(30)大型海洋工程技术与装备(31)基础原材料(32)新一代信息功能材料及器件(33)军工配套关键材料及工程化国家中长期科学与技术发展主题摘要先进制造技术（共3小项）(12)极端制造技术(13)智能服务机器人(14)重大产品和重大设施寿命预测技术国家中长期科学与技术发展主题摘要——前沿技术§4发展趋势竞争形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竞争形势•制造业的市场特征：多变性市场国际化市场虚拟市场新兴产品市场产品本身“质”、“量”生产模式快速响应、快速重组增产方式（资源消耗）粗放型（知识创新）集约型网络化、全球化、知识化、智能化生产要求实用、价廉、物美价廉、物美、交货期短、服务好、文化含量高学科基础力学、经验多学科及其最新成就立足之本设备、技术高素质人才竞争形势制造行业的巨变竞争形势满足客户化要求；快速响应、快速重组、低成本；竟争、合作、全球化；虚拟技术应用；本土化与国际化交互；企业文化加强；“以人为本”作为核心。制造企业特征发展趋势先进制造技术发展的总趋势•制造产品：“精”“极”“文”•制造过程：“快”“省”“效”•制造方法：“自”“集”“网”“智”“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：•“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：“精”“极”“文”微电子芯片100万千瓦汽轮机船用螺旋桨•关于微电子芯片制造1.巨大的投资建一座生产1000兆位存储器的芯片制造厂，需要投资150亿美元2.当前的芯片制造设备（1）超净：尘埃颗粒直径0.1微米颗粒数0.1个/立方英尺空气（2）超纯：有害杂质含量达到ppb（十亿分之一）（3）超精加工：钠米级我国的“龙芯”。日本日立公司（2006）报导：集成电路小如尘粒：长、宽150μm，厚7.5μm发展趋势——制造产品：“精”“极”“文”•“文”是发展的新义——人文化–工业产品，“实用”，物质层面；–艺术产品，（人文）文化含量高，“物美”，精神层面，环境协调，爽心悦目，经得起“看”，经得起“想”——“工业设计”–制造过程、制造方法——“文明化”生产。发展趋势——制造产品：“精”“极”“文”•“绿”是发展的必然——绿色–“天人合一”与“无为”；–制造各阶段都必须充分计及环境保护：自然环境，社会环境、生产环境、生产者的身心健康；–制造必然要走向“绿色”制造，这是实现国民经济可持续发展的重要条件。制造业发展思路有三，其一就是“积极发展绿色制造”.发展趋势——制造过程：“绿”“快”“省”“效”•“快”是发展的动力——快速–对市场的快速响应–对生产的快速重组生产模式：高度柔性与高度敏捷性推动着制造技术的进步与制造方法的发展发展趋势——制造过程：“绿”“快”“省”“效”•“省”是发展的原则——节省市场经济必然的要求制造过程必须节省、节约、节俭制造过程的优化制造资源的优化配置发展趋势——制造过程：“绿”“快”“省”“效”•“效”是发展的追求——高效、高生产率个性化大生产、大规模定制快速响应市场需求的应有推论与含义生产效率提高￫生产力发展￫社会进步高效、低耗、无污染发展趋势——制造过程：“绿”“快”“省”“效”•“数”是发展的核心——数字化–“信息化”的核心是“数字化”–数字制造是制造技术与信息技术（包含计算机技术、网络技术）等交叉、发展与应用的结果–数字化设计、数字化控制、数字化管理以及贯穿始终的“虚拟”技术–数字化技术必将导致制造技术的重大发展与变革发展趋势——制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”•“自”是发展的条件——自动化–自动化是强化、延伸甚至取代人劳动（体力、脑力）的技术或手段–自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高水平的自动化发展趋势——制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”•“集”是发展的方法——集成化–技术集成、管理集成、技术与管理集成–本质：知识和信息集成，集成也包含了“交叉”–现代制造科学技术的发展离不开“集成”和“交叉”CIMS，从实际情况与发展前景来看，整个产品的生产确系一个计算机集成生产系统，而且与网络化不可分割。发展趋势——制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”传感技术信号处理技术控制技术随动技术精密机械技术系统集成技术发展趋势——制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”机电一体化•“网”是发展的道路——网络化–现代新型制造模式实施的基础设施，现代制造企业生产活动必不可少运行环境–网络化既是制造企业信息化、集成化的基础，又是企业信息化、集成化的进一步发展–网络化将制造业走向全球化、整体化、有序化发展趋势——制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”–本世纪核心学科发展的趋势：从信息科学到生命科学（21世纪中叶）转向认知科学（21世纪70年代）–“知识经济”的本质是“智力经济”–制造智能——制造系统/单元/装备适应环境变化的能力，