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先进制造技术AdvancedManufacturingTechnologyHenanUniversityofScience&Technology河南省精品课程“先进制造技术”1第1章概述本章要点制造技术的概念先进制造技术的特点先进制造技术的体系结构制造系统2第1章概述Introduction1.1制造技术与制造系统ManufacturingTechnologyandManufacturingSystem河南省精品课程“先进制造技术”3广义制造：不仅包括了具体的工艺过程，还包括市场分析、产品设计、质量控制、生产过程管理、营销、售后服务直至产品报废处理等在内的整个产品寿命周期的全过程。狭义制造：生产过程从原材料→成品直接起作用的那部分工作内容。制造业是将制造资源，包括物料、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和社会使用和利用的工业产品或生活消费品的行业。制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。制造制造业1.1.1制造与制造技术制造一词来源于拉丁语词根manu(手)和facere(做)。41.1.1制造与制造技术表1.1我国制造业的分类序号行业名称序号行业名称13农副食品加工业28化学纤维制造业14食品制造业29橡胶制品业15饮料制造业30塑料制品业16烟草制造业31非金属矿物制品业17纺织业32黑色金属冶炼及压延加工业18纺织服装、鞋、帽制造业33有色金属冶炼及压延加工业19皮革、毛皮、羽毛（绒）制造业34金属制品业20木材加工及木、竹、藤、棕、草制造业35通用设备制造业21家具制造业36专用设备制造业22造纸及纸制品业37交通运输设备制造业23印刷业和记录媒介的复制38电气机械及器材制造业24文教体育用品制造业39通信设备、计算机及其它电子设备制造业25石油加工、炼焦及核燃料加工业40仪器仪表及文化、办公用机械制造业26化学原料及化学制品制造业41工艺品及其它制造业27医药制造业42废弃资源和废旧材料回收加工业5第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业第二产业航天航空纺织、服装汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料化工、石油精炼计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品玻璃、陶瓷、造纸制药橡胶、塑料制品能源、电力出版第三产业银行、金融服务、保险通讯、资讯教育、医疗、保健娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产修理与维护商业（零售、批发）交通、运输表1.2第一、二、三产业的划分1.1.1制造与制造技术6制造技术在产品生产中，使原材料转化为产品过程所施行的各种手段的总和，称为制造技术。运用一定的知识、技能操纵可以利用的物质、工具采取有效的方法……手段包括与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。1.1.1制造与制造技术7制造系统结构图1-2制造系统功能结构经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流用户、市场与外部环境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造（加工、装配、检验、输送、存储…）质量控制1.1.2制造系统8制造系统特性软件硬件图1-3制造系统结构特性结构特性制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效能，必须有软件支持。1.1.2制造系统9转变特性主要从技术角度出发，如何使转变过程更有效进行。获取阶段转变阶段分配阶段图1-4制造系统的物质流原材料供应者原材料库存零件加工零件库存装配成品库存最终用户1.1.2制造系统10压力加工油漆车身装配内部装饰驱动桥装配变速箱装配轮胎装配底盘装配车身安装最后试验发动机装配发动机试验机械加工热处理锻造熔化造型浇铸压铸油漆机械加工自动线热处理图1-5汽车生产物流示意图1.1.2制造系统11需求订货信息生产计划信息进度计划信息作业计划信息生产结果数据生产控制信息生产技术信息产品设计信息综合生产计划生产进度计划作业计划生产实施生产控制产品设计工艺过程计划工艺过程信息计划阶段实施阶段控制阶段图1-6制造系统的程序特性程序特性程序——一系列按时间和逻辑安排的步骤制造系统可视为生产离散型产品的工作程序（图1-6）研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使生产活动达到最佳化。1.1.2制造系统12制造系统的物质流与信息流误差流物流资金流规划控制需求信息流实施（车间或现场）原材料产品与服务能源能量流图1-7制造系统的五种流1.1.2制造系统13第1章概述Introduction1.2制造技术的发展及其在国民经济中的地位DevelopmentofManufacturingIndustryandit’sPositioninNationalEconomy河南省精品课程“先进制造技术”141.2.1制造技术的发展制造技术的进步和发展制造技术是制造业所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。影响其发展的最主要因素是技术的推动和市场的牵引。人类科学技术的每次革命必然引起制造技术的不断发展，因而也推动了制造业的不断发展和进步。近百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量→少品种大批量→多品种变批量”的方向发展。在科学技术高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集”的方向发展。与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工→机械化→单机自动化→刚性流水自动化→柔性自动化→智能自动化”的方向发展。151.2.1制造技术的发展制造技术发展的五个时期◆工业化规模生产时期19世纪电气技术得到发展，由于电气技术与其他制造技术的融合，开辟了崭新的电气化新时代，制造业得到了飞速发展，制造技术实现了批量生产、工业化规范生产的新局面。与此同时，互换性原理和公差制度应运而生。◆工场式生产时期18世纪七十年代，以蒸汽机和纺纱机的诞生，引发第一次工业革命，从手工业作坊式生产到以机械加工和分工原则为中心的工厂生产，机器代替手工。16刚性自动化发展时期20世纪初，内燃机的发明，引起了制造业的革命，流水生产线和泰勒式工作制及其科学管理方法得到了应用。特别是第二次世界大战期间，以大批量生产为模式，以降低成本为目的的刚性自动化制造技术和科学管理方式得到了很大发展。福特汽车制造公司用大规模刚性生产线代替手工作业，使汽车的价格在几年内降低到原价格的1/8，促进了汽车进入家庭。柔性自动化发展时期20世纪中期，计算机、微电子、信息和自动化技术有了迅速的发展，逐步形成了数控技术（NC）、计算机数控（CNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）等先进的制造单元技术和全面质量管理（TQM）、准时生产（JIT）等科学的管理理念和方法，为单一产品大批量刚性自动化生产向多品种小批量柔性自动化生产方向发展提供了技术基础。1.2.1制造技术的发展17综合自动化发展时期自20世纪80年代以来，设计、制造和管理在内的单元自动化技术逐渐成熟和完善，如计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助检测（CAT）；在经营管理领域内的物流需求规划（MRP）、制造资源规划（MRPⅡ）、企业资源规划（ERP）；在加工制造领域内的直接或分布式数控（DNC）、工业机器人（ROBOT）等。以计算机为中心的集成制造技术从根本上改变了制造技术的面貌和水平，体现新的制造模式的计算机集成制造系统（CIMS）、并行工程（CE）以及精良生产（LP）得到实践、应用和推广。此外，精密成形技术与装备、快速成形技术与系统、少无切削技术与装备、激光加工技术与装备等进入了一个空前发展的阶段。1.2.1制造技术的发展181.2.2制造业在国民经济中的地位制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机美国：68%的财富来源于制造业；日本：49%的国民生产总值（GNP）来源于制造业；中国：2001年制造业增加值：37613.1亿元占国民生产总值的39.21%，占工业生产总值的77.61%。上交税金4398.17亿元，占国家税收总额的30%和财政收入的27%。制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重基石20世纪兴起的核技术、空间技术、信息技术、生物医学技术等高新技术无一不是通过制造业的发展而产生并转化为规模生产力的。其直接结果是导致诸如集成电路、计算机、提动通信设备、国际互联网、机器人、核电站、航天飞机等产品相继问世，并由此形成了制造业中的高新技术产业。191.2.2制造业在国民经济中的地位纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械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制造业图1-8当今制造业的社会功能◆图1-8显示了当今制造业的社会功能。20制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的关键产业美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。中国：2001年制造业全部从业人员8083万人，约占全国工业从业人员总数的90.13%，全国全部从业人口的11.1%。中国：2001年制造业出口创汇2398亿元。占全国外贸出口总额90%。制造业是国家安全的重要保障美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。20世纪80年代，发生了轰动一时的“东芝事件”。美国重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。1.2.2制造业在国民经济中的地位211.2.2制造业在国民经济中的地位1963年1983年美日两国汽车产量在世界市场所占份额图1-9美日两国汽车产量变化22东芝事件图1-10多轴数控机床改进核潜艇性能1.2.2制造业在国民经济中的地位23典型案例案例1半导体、晶体管是美国发明的，由此兴起的微电子工业也可以说纯粹是美国的首创工业。然而在70~80年代间不到十年的时间里，其半导体的市场份额由60%降到了40%，消费电子产品则几乎全军覆没。电视机仅有15%的国内市场，其余全部被日本占领。24典型案例案例2汽车的大批大量生产方式出自美国，汽车工业也成为美国的最大工业。1955年：美国进口汽车仅占1%；1987年：美国进口汽车上升到31%；1989年：美国汽车世界市场占有率从75%下降到25%；案例3在机床行业：美国：1980年NC机床自给率80%，1981~1987年，机床企业从1400家减少到500家，进口率达50%；日本：1988年机床产值居世界首位，占世界总量1/4；25第1章概述Introduction1.3先进制造技术的特点和发展趋势CharacteristicsofAdvancedManufacturingTechnologyAndItsDevelopingTrend河南省精品课程“先进制造技术”261.3.1先进制造技术产生的背景消费观念的变革和市场竞争日益激烈自20世纪60年代以来，世界市场的特征由传统的相对稳定逐渐演变成为动态多变，由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争；行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈。在六、七十年代，市场主要是卖方市场，企业制造战略由追求生产规模转向降低生产成本。20世纪80年代，由于产品供过于求，市场转变为买方市场，企业向提高产品质量的制造战略转变。20世纪90年代以来，消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，产品的生产和服务界限越来越不明显，市场变化周期越来越短，而其具有不确定性。这就要求制造企业不仅要降低生产成本、提高产品质量、及时响应市场变化，还要追求创新和新颖。271.3.1先进制造技术产生的背景制造全球化和贸易自由化制造业、制造产品和制造技术走向国际化，导致制造业格局在全球的重新分布和组合，并使得经济竞争在全球范围内愈演愈烈。随着世界自由贸易体制进一步完善，以及全球交通运输体系和通信网络的建立，全球采购与