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先进制造技术主讲：魏效玲河北工程大学机电学院AdvancedManufacturingTechnology目录•第一章先进制造技术概述•第二章先进制造技术软件应用•第三章先进制造模式•第四章先进制造工艺技术•第五章现代生产管理技术•第六章LGMAZAK加工中心第一章先进制造技术1.1先进制造技术的定义及特点1.2先进制造技术的分类1.3先进制造技术的发展趋势1.4制造业在先进工业化国家的应用1.5制造业面临的竞争和挑战1.1先进制造技术的定义及特点。1、先进制造技术的定义:制造业的主要任务是制造人类社会所需的一切产品，工业化国家约70％～80％的物质财富来自制造业。从本质上看，可以说：传统制造技术+信息技术+自动化技术+现代管理技术=先进制造技术先进制造技术（advancedmanufacturingtechnology,AＭT），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,用于制造产品的技术、设备和系统的总称,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总称。第一章先进制造技术概述第一章先进制造技术概述2、先进制造技术的特点（1）先进制造技术不是一成不变的，而是个动态技术。它是一个相对的、动态的概念，是为了适应时代要求，提高竞争能力，对制造技术不断优化所形成的。它要不断吸收各种高新技术成果（机械、电子、计算机与通信、控制理论、人工智能等、能源及现代系统管理），将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及其全部过程，并且实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。第一章先进制造技术概述2、先进制造技术的特点（2）.先进制造技术是面向新世纪的技术系统，它的目的很明确，即提高制造业的综合效益（包括经济效益、社会效益和环境生态效益），赢得激烈的国际市场竞争。（3）.先进制造技术并不抛弃传统技术，而是不断用科技新手段去研究它，并运用科技新成果去改造它，充实它。特别是利用先进技术研究传统工艺的成形原理，建立数学模型，并利用优化设计技术进行传统工艺方法的优化。第一章先进制造技术概述2、先进制造技术的特点（4）.先进制造技术并不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后售前服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。（5）.先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术和现代系统管理技术，在产品设计、制造和生产组织管理等方面的应用。（6）.先进制造技术特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理三者的有机结合。第一章先进制造技术概述2、先进制造技术的特点（7）.先进制造技术不是一项具体技术，它是利用系统工程技术将各种相关技术集成的一个有机整体。（8）.先进制造技术特别强调环境保护，既要求其产品是所谓的“绿色商品”，又要求产品的生产过程是环保型的。第一章先进制造技术概述3.先进制造技术特点的具体体现（1）.高效率在提高生产效率方面，提高自动化程度是各国致力发展的方向。近些年来，计算机数控（CNC）、计算机辅助设计与制造（CAD∕CAM）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）发展非常迅速。各种新理论层出不穷，如敏捷制造、快速原型制造、并行工程、及时生产、虚拟制造，集成相关信息和资源，其本质均是实现高效率、自动化生产的思想。就应用于实践的CNC、FMC、FMS来看，已有力地显示出其有柔性化、自动化、资源共享和高效率的强大生命力。第一章先进制造技术概述（2）、高精度在提高精度方面，从精密加工发展到超精密加工，这是世界各主要工业发达国家致力发展的方向。例如，超大规模集成电路、导弹火控系统、惯导陀螺、精密仪器、精密雷达、精密机床等都需要采用超精密加工技术。众所周知，在飞机、潜艇等军事设施中使用的精密陀螺、复印机的磁鼓、大型天文望远镜以及大规模集成电路的硅片等高新技术产品都需要超精密加工技术的支持。精密加工是指加工精度在0.1-1µm之间，表面粗糙度Ra在0.1µm以下的加工方法；而加工精度控制在0.1µm以下，表面粗糙度Ra在0.02µm以下的加工方法则称为超精密加工。第一章先进制造技术概述（3）、多样化随着难加工材料（高强度、高韧性、高脆性、耐高温及磁性材料）及精密、细小、形状复杂的零件需求迅速发展，与此相适应的制造技术出日新月异并多样化。许多产品要求具备很高的强度重量比；有些产品在精度、工作速度、功率及小型化方面要求很高；有些产品则要求在高温、高压和腐蚀环境中能可靠地进行工作。为了适应上述要求，新结构、新材料和复杂形状的精密零件不断出现，其结构形状愈来愈复杂，材料韧性愈来愈强，零件精度愈来愈高。这些需求使激光加工、电子束和离子束加工等新方法应运而生，并得到迅速发展。第一章先进制造技术概述近年来，以本身形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机械的研究和应用受到了广泛的重视并得到了快速的发展。微机械具有很多特点，如体积小、精度高、重量轻；性能稳定，可靠性高；能耗低，灵敏性和工作效率高；多功能和智能化；制造成本低廉，适于大批量生产等。正是由于微机械能够在狭小空间进行作业，又不扰乱工作环境和对象，因而在航空天、精密仪器和生物医学等领域具有广阔应用的潜力。第一章先进制造技术概述（4）、综合化当前，制造技术正沿着综合化方向发展。例如，在切削区引入声、光、电、磁等能量之后，可以形成超声振动切削、激光辅助切削、带电切削、磁化切削等组合化特种切削工艺。对最基本的切削工艺加以复合，可以组成诸如电化学与机械加工的复合、电火花与机械加工复合、电化学与超声波加工复合、电化学与电火花加工复合等。不同的特种工艺出可能相互复合。复合工艺的特点在于发挥各自的优势，不仅提高了质量，而且提高了工效，并求得加工能力和经济效益的统一。大力研究和应用特种工艺，尤其是复合工艺，对于航空、航天、精密仪器材料加工难度越来越大，零件形状越来越复杂，质量要求越来越高的待业有着十分重要的意义。4、先进制造技术的内容先进制造技术包括数控技术、激光技术、新型材料、机器人、微型机械、纳米技术、CAD／CAPP/CAM技术、精益生产、柔性制造系统、虚拟装配和网络化制造、计算机集成制造系统CIMS、智能制造系统、并行工程CE、敏捷制造AM以及利用计算机进行生产任务和各种管理技术等内容。第一章先进制造技术概述第一章先进制造技术概述1、先进设计技术设计方法现代化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产品动态分析和设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计1、2先进制造技术的分类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命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素第一章先进制造技术概述2、先进制造工艺技术精密、超精密加工技术精密加工：精度为3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度为0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm纳米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制造技术从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展特种加工技术高能束流加工（电子束、离子束、激光束）电加工（电解和电火花)超声波加工高压水加工多种能源的组合加工第一章先进制造技术概述3、制造自动化技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统传感器生产线总线控制柔性制造系统加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈质量控制第一章先进制造技术概述4、先进制造系统先进制造生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系统IMS精良生产LP并行工程CE集成管理技术企业资源管理ERP基于作业的成本管理ABC现代质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成生产组织方法虚拟公司理论与组织企业组织结构的变革以人为本的团队建设企业重组工程第一章先进制造技术概述1.3先进制造技术的发展趋势发展趋势：精密化柔性化网络化虚拟化智能化清洁化集成化全球化1、集合多学科成果形成一个完整的制造体系传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术、先进的管理科学2、先进制造技术的动态发展过程不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不同时期、不同区域有各自的重点和内容。3、信息技术对先进制造技术的发展作用越来越重要。CIMS、CE、AM、虚拟企业、虚拟制造；4、向超精微细领域扩展，上世纪初精密加工的误差是10μm，至今达0.001μm，而且不断向超精微细领域扩展。如：微型机械，纳米测量、微米/纳米加工制造；5、制造过程集成化产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一体化。CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM(产品数据管理)/ERP(企业资源管理)集成精密成形工艺6、制造科学与制造技术、生产管理的融合制造科学是制造系统和制造过程知识的系统描述。数字描述、仿真、优化、设计理论和方法、运动学、动力学、结构强度、摩擦学制造技术包含在制造科学之中，制造科学体现在制造技术里，技术和管理由生产模式结合在一起。第一章先进制造技术概述第一章先进制造技术概述7、绿色制造，是综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源使用效率最高。如：绿色产品设计技术。绿色制造技术产品的回收和循环再制造8、虚拟现实技术，是以系统建模和仿真技术为基础，由多学科知识形成的一种综合系统技术。如：虚拟制造技术；虚拟企业。9、制造全球化，随着“网络全球化”、“市场全球化”、“竞争全球化”、“经营全球化”的出现，全球化制造的研究和应用发展迅速。制造企业在世界范围内的重组与集成制造技术信息和知识的协调、合作和共享全球制造的体系结构、制造产品及市场的分布及协调。第一章先进制造技术概述1.4制造业在先进工业化国家的应用1、美国1)上个世纪70年代,美国不重视制造业,把制造业称为“夕阳工业”,结果导致美国80年代的经济衰退。2)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。3)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。这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。第一章先进制造技术概述1.4制造业在先进工业化国家的应用2、日本1）在上个世纪70-80年代，日本非常重视制造业，特别大抓了汽车制造和微电子制造，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，特别是大举进入了美国市场。2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。1991年海湾战争结束后，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。第一章先进制造技术概述1.4制造业在先进工业化国家的应用3、东南亚经济危机的启示1）1998年爆发的东南亚经济危机，从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要。一个国家，如果把经济的基础放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上，而无自己的制造业，这个国家的经济就容易形成泡沫经济，一有风吹草动就会产生经济危机。2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经济危机的影响小一些。第一章先进制造技术概述1.4制造业在先进工业化国家的应用4、瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？1）瑞士是一个仅700万人口的小国，但瑞士的制造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍，瑞士的手表世界第一，连小小的军刀，也风靡全世界。2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上,居