第1章-先进制造技术概述

先进制造技术王建正[e-mail]先进制造技术课程大纲一、课程的内容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。现代设计技术先进制造工艺技术制造自动化技术先进制造管理技术先进制造技术课程大纲二、课程的特点集机械、电子、信息、材料和管理等学科于一体的新兴交叉学科。综合性系统性先进性创新性先进制造技术课程大纲三、课程的要求掌握先进制造技术的概念了解先进制造的前沿技术和发展趋势；掌握目前常用先进制造技术与管理及其特点。先进制造技术课程大纲四、参考教材1先进制造技术与管理李健等天津大学出版社2009.12先进制造技术刘忠伟等国防工业出版社2007.93先进制造技术何涛等北京大学出版社2006.1相关网站www.e-works.com.cnwww.863.org.cn先进制造技术课程大纲第一章先进制造技术概述学习目标：理解制造技术的基本概念了解制造业的特点以及面临的挑战掌握先进制造技术的基本体系结构熟悉先进制造技术的发展趋势重点：先进制造技术的概念、内涵、体系结构及分类学习内容制造技术的概念及发展概况121世纪制造业的主要特点221世纪制造业面临的挑战3内涵及体系结构5先进制造技术发展趋势64先进制造技术的提出和进展1.1制造技术的基本概念与发展概况（1）制造1.1.1制造与制造业狭义：指生产车间内对物料进行的加工和装配过程。定义：人类按照所需目的、运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或客观物质工具，采用有效的方法，将原材料转化为最终物质产品，并投放市场的全过程。1.1制造技术的基本概念与发展概况制造概念的理解制造不是单指加工过程，而是包括市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。1.1制造技术的基本概念与发展概况（2）制造业制造业是指将制造资源，包括物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。1.1制造技术的基本概念与发展概况1996年我国制造业的分类和构成类别构成比例类别构成比例金属制品3.395%服装5.018%一般机械8.625%家具1.542%运输机械6.424%文教用品4.292%电器设备5.125%油加工3.870%电子设备4.588%化工15.586%仪器仪表0.998%建材7.299%食品工业15.335%黑色金属6.908%纺织7.193%有色金属2.120%其他制造1.681%（1）制造系统制造系统人员制造过程硬件软件产品的经营规划、开发研制、加工制造和控制管理的过程包括生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置制造理论、制造工艺和方法及各种制造信息1.1.2制造系统与制造技术1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1制造技术的基本概念与发展概况制造技术是制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必须物资（包括生产资料和消费品）所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其它生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。(2)制造技术1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1.3制造系统分类制造系统人的作用品种和批量工艺类型系统柔性自动化程度智能程度人机一体化无人化多品种，小批量少品种，大批量连续型离散型刚性制造系统柔性制造系统手动制造系统半自动制造系统自动制造系统智能制造系统常规制造系统特点特点特点特点特点特点1.1制造技术的基本概念与发展概况人机一体化制造系统：人机结合，充分发挥人的主导作用；系统容易实现，容易受人的情绪影响。无人化制造系统：追求无人化生产，系统结构复杂，难以实现。返回1.1制造技术的基本概念与发展概况多品种，小批量制造系统：适合形势发展需求，但要求系统的柔性很大。少品种，大批量制造系统：曾经对提高生产率，提高质量，降低成本，发挥过重要作用。正在被多品种，小批量制造系统所替代。返回连续型制造系统：制造对象呈“连绵不断”状态。离散型制造系统：制造对象相互分离，制造对象按单个对象进行。1.1制造技术的基本概念与发展概况返回1.1制造技术的基本概念与发展概况刚性制造系统：难于适应制造对象的改变，适合少品种，大批量制造。柔性制造系统：具有较宽的制造对象变化范围，适合多品种，小批量生产。返回手动制造系统：设计和制造以普通机床为主，过程主要靠手工，自动化成分很少。半自动化制造系统：一部分工作由工人完成，一部分工作由机床完成，但在系统的设计和运行方式上与以人为中心的制造系统有本质的区别。自动制造系统：可以刚性自动化，也可以是人机一体化，也可以是无人化制造系统。1.1制造技术的基本概念与发展概况返回智能制造系统：将人工智能与自动化集成制造相结合的人机一体化系统。常规制造系统：与智能制造系统相对而言，常需要人类专家的大量干预。1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1.4制造业在国民经济中的地位制造业为人类的文明创造着辉煌的物质文明。它是一个国家经济发展的支柱，在整个国民经济中一直处于十分重要的地位，是国民经济收入的重要来源。有人将制造业称之为工业经济年代一个国家经济增长的“发动机”。1.1制造技术的基本概念与发展概况2001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8043万1.1.4制造业在国民经济中的地位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）美国68%的社会财富来自于制造业。3）在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。1.1.4制造业在国民经济中的地位1.1.5制造技术的演进制造技术经历的五个发展时期：1）工场式生产时期1765年，瓦特发明蒸汽机，揭开了近代工业的历史；从手工作坊式生产---〉以机械加工和分工原则为中心的工厂生产。1.1制造技术的基本概念与发展概况2）工业化规模生产时期19世纪，电气技术发展，开辟了电气化新时代。1820年，奥斯特发现电磁效应，安培提出电流相互作用定律；1831年，法拉第提出电磁感应定律；1864年，麦克斯韦尔电磁场理论；为发电机、电动机的发明奠定了科学基础。1.1制造技术的基本概念与发展概况3）刚性自动化发展时期20世纪初，内燃机发明；流水生产线；泰勒式工作制及科学管理；大批量生产，降低成本。典型案例：福特汽车泰勒：美国著名管理学家，科学管理理论奠基人，“科学管理之父”。代表作《计件工资制》、《车间管理》、《科学管理原理》。1.1制造技术的基本概念与发展概况4）柔性自动化发展时期技术上：二战后，计算机、微电子、信息和自动化技术。形成了柔性制造技术，如数控技术（NumericalControl）、柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）。管理上：系统论、运筹学准时生产（JustInTime)全面质量管理（TotalQualityManagement）1.1制造技术的基本概念与发展概况5）现代制造发展时期20世纪80年代以来，计算机、信息技术、通讯技术计算机辅助设计（ComputerAidedDesign)计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing)计算机辅助工艺规划(ComputerAidedPlanning)物料需求计划(MaterialRequirementplanning)企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning)产品数据管理(ProductDatamanagement)并行工程（ConcurrentEngineering)精益生产（LeanProduction)1.1制造技术的基本概念与发展概况1.1.6现代制造及其技术的发展20世纪下80年代以来，各个国家、各个地区由于发展经济和增强国防的需要，也由于剧烈的市场竞争的刺激，纷纷将传统的制造技术与新发展起来的科技成就相结合，发展了现代制造技术。这些新兴的科技成就主要包括：——微电子技术、信息技术与计算机技术；——自动化与自动控制技术；——人工智能技术；——现代设计理论与技术；——材料加工、成形的新技术；——现代管理科学与技术。1.1制造技术的基本概念与发展概况现代制造技术发展特点：1.1制造技术的基本概念与发展概况生产规模：小批量少品种大批量多品种变批量生产方式：劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型变化。制造装备：手工机械化单机自动化刚性自动线柔性自动线智能自动化。制造技术和工艺方法：重视必不可少的辅助工序；重视工艺装备；重视物流、检验、包装及储藏；吸收微电子、计算机和自动化等成果。引入工业工程和并行工程概念，引入先进的管理模式，使制造技术包含物质流、能量流和信息流。1.1制造技术的基本概念与发展概况1.221世纪制造业的主要特点1.2.121世纪制造业的市场特征12345不确定性市场的国际化和全球化新兴产业的崛起市场动态/非均衡虚拟市场和代理制1.2.221世纪的产品特征1.221世纪制造业的主要特点12345未来产品的内涵产品的个性化和多样化产品寿命周期趋短智能化绿色是未来产品的必备特征1.2.3未来制造型企业的特征1.221世纪制造业的主要特点1)满足顾客的个性需求2)工艺、设备和工厂的可重构性3)人力资源是未来企业资源的核心要素4)制造企业全球化特征5)虚拟企业和团队能力建设6)企业文化氛围的形成和创新7)本土化是21世纪企业的重要特征1.2.4我国未来制造业的特点1制造业走向高技术化2制造业的产品日益多样化3制造业企业对市场反应敏捷化4制造业全球化1.221世纪制造业的主要特点1.321世纪制造业面临的挑战1)快速响应市场能力的挑战——全部制造环节并行的实现2)打破传统经营所面临的组织、地域和时间壁垒的挑战——技术资源的集成3)信息时代的挑战——信息向知识的转变1.3.121世纪制造业面临的挑战美国国家科学研究委员会对2020年制造业提出了6大挑战：4)有限的资源和日益增长环保压力的挑战——可持续发展5)制造全球化和贸易自由化的挑战——可重组工程6)技术创新的挑战——全新制造工艺和产品的开发1.321世纪制造业面临的挑战（1）我国机械制造业的发展1.3.2我国机械制造业的发展与差距1.321世纪制造业面临的挑战从2002年起，我国机械工业经历了近5年的超高速增长期，每年工业总产值增长幅度都达到了25%以上，经过“十五”期间的高速发展，我国已成为机械产品生产大国。2008年世界500强（制造业）宝钢259一汽303联想4992009年中国汽车产量已超过日本、美国和德国，位居世界第一。2009年2008年日本：7931156万辆中国：1379934美国：571870德国：5206041.321世纪制造业面临的挑战（2）我国机械制造业存在的差距1）在产业结构上，中国的技术密集型产业明显落后于工业发达的大国，仍停留在以数量换质量的水平。中国是制造大国，但不是制造强国。与美、德、日等工业发达大国相比，中国制造业差距至少在15-20年以上。1=？1.321世纪制造业面临的挑战1.321世纪制造业面临的挑战2）在生产经营规模上，在全球500家最大的工业企业中，美国超过30%，日本占27%。3）在新技术新产品研发能力上，2000年中国研发总投入１０７亿美元，占国内生产总值的１％，而西门子公司每年的研发投入即达１００亿美元。4)企业生产管理技术落后，我国大部分企业的生产管理依旧停留在过去计划经济管理方式上，先进管理模式和手段未能得到实施。1.4先进制造技术的提出和进展1.4.