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先进制造技术上海应用技术学院机械工程学院郑刚课程名称：先进制造技术上课时间：周一1，2节，周三7，8节上课地点：一教H405任课教师：郑刚（13917507932）办公地址：第一学科楼A317答疑时间：考核方式：平时成绩(30%)+考试成绩(70%)先进制造技术的特征在于：①先进制造技术不是一项具体的技术，而是一项综合系统的技术；②先进制造技术的先进性是建立在不断地汲取其他相关领域新技术的基础上的，是动态的、相对的；③创新是先进制造技术的灵魂，并贯穿于制造全过程(产品创新、生产工艺过程创新、生产手段创新、管理创新、组织创新及市场创新)；④技术与管理的结合是先进制造技术的一个突破，新的制造模式的层出不穷是人类生产活动的一大进步；⑤市场和工业界的需求是先进制造技术的出发点与归宿，是先进制造技术的动力和目标。先进制造技术成果的成败取决于市场检验，企业是先进制造技术的创新主体。先进制造技术的范畴一般包括以下五个部分：现代设计技术；先进制造工艺技术；制造自动化技术；现代生产管理技术;先进生产制造模式。期刊：TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology•Computeraideddesign•Robotics;•Artificialintelligence;•Lasersandotheradvancedprocesses;•Flexiblemanufacturingsystems;•Computerintegratedmanufacturing;•High-speedmachining•Numericalcontrol;•Automatictestequipment;•Reverseengineering•Productionplanningandcontrol;•Supplychainmanagement;第一章制造业与先进制造技术1.1制造业的发展与挑战1.2先进制造技术的提出和进展1.3先进制造技术的内涵和体系结构包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程1.1.1制造与制造业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1）用机器代替手工，从作坊形成工厂19世纪机器在英国诞生，先后传入法国、德国和美国。2）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。3）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……制造业发展的历程1.1.2制造业的地位和作用三大产业农林牧业,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、经贸等一个国家经济发展的支柱国民经济收入的重要来源工业经济年代经济增长的“发动机”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础制造业地位•提供人们衣、食、住、行物质消费•决定全社会的长远效益和经济的持续增长•国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）•农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件•信息产业发展的物质基础；•农业劳动力转移和就业的重要途径•为科技和教育发展提供经费支持和实验装备•实现军事现代化和国家安全的保障制造业的作用制造业是产业革命的主力军一、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。制造业是产业革命的主力军二、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）制造业促使了电的应用，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。制造业是产业革命的主力军三、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。制造业是产业革命的主力军四、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。从科学发现到技术发明科学发明年份技术发明年份孕育过程(年）电磁感应原理1831发电机187241内燃机原理1862汽油内燃机188321电磁波通讯原理1895公众广播电台192126喷气推进原理1906喷气发动机193529雷达原理1925制出雷达193510青霉素原理1928制出青霉素194315铀核裂变1938制出原子弹19457发现半导体1948半导体收音机19546集成电路设计思想1952单片集成电路19597光纤通信原理1966光纤电缆19704无线移动通信设想1974蜂窝移动电话19784多媒体设想1987多媒体电脑19914新一代设计芯片90年代新一代芯片90年代1.53、二十一世纪科学技术发展的总趋势20世纪改变世界的重要机电产品序产品发明时间（年）发明者1汽车1885/1903德国奔驰/美国福特2飞机1903美国莱特兄弟3火箭1903俄国齐奥尔科夫斯基4电冰箱1917美国5电影机1919/36德国福格特6电视机1927/40美国贝尔7喷气发动机1937英国惠特尔8原子弹1945美国日本9计算机1946美国莫切利埃克特10晶体管1948美国肖克利11核电站1951美国12数控机床1951美国MIT13氢弹1952美国特勒3、二十一世纪科学技术发展的总趋势20世纪改变世界的重要机电产品序产品发明时间（年）发明者14机器人1954美国戴沃尔15人造卫星1957苏联16宇宙飞船1961苏联加加林17飞船登月1969美国阿波罗18载人航天飞机1977美国19磁悬浮列车1965日本时速400～500公里/时20光纤通信设备1968美国21芯片1971/1999美国intel950万晶体管/片22扫描隧道显微镜1986日本工业技术院23掌上电脑1992美国APPLEnewton24手机90年代初美国25信息高速公路1993美国nationalinformationinfrastruture（Nii）3、二十一世纪科学技术发展的总趋势第二节先进制造技术的提出和进展1.2.1制造技术的进步和发展1.2.2先进制造技术产生背景1.2.3各国对先进制造技术的响应及其发展计划先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开展研究；制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装备。1.2.3各国先进制造技术的发展美国•1990年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿大、澳大利亚等国参加，投资10亿美元实施•智能制造计划目的：通过国际共同研究，使制造业在接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中，做到生产设备自律化•生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时决策变更作业过程日本•尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。•欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工厂自动化、生产过程管理三大课题。•欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。欧共体第三节先进制造技术的内涵和体系结构1.3.1先进制造技术的内涵和特点1.3.2先进制造技术的体系结构及其分类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.先进制造技术的定义与体系结构1.3.1先进制造技术的内涵和特点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，提高综合竞争力先进制造技术的定义与体系结构面向制造的设计技术群产品/工艺设计计算机辅助设计工艺过程建模和仿真工艺规程设计系统工程基础快速成型技术并行工程制造工艺技术群材料生产工艺加工工艺联接与装配测试和检测环保技术维修技术其他信息技术接口技术集成技术人工智能数据库软件工程决策支持标准和框架数据标准工艺标准接口框架产品定义和标准检验标准机床和工具技术传感器和控制技术质量管理用户/供应商交互作用工作人员培训和教育全国监督和基准评测技术获取和利用主体技术群支撑技术群制造基础设施环境2、体系结构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先进制造技术的学科内容•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先进制造技术的学科内容•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先进制造技术的学科内容•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