先进制造技术(第1章)Stu.ppt

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1、第一章 先进制造技术概述,先进制造技术是传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术与管理科学等多学科先进技术的综合，并应用于制造工程之中所形成的一个新的学科体系。它的发展趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。在以知识为基础、以创新为动力的新经济体系中，制造业正面临着严峻的挑战与机遇。,第一章 先进制造技术概述,第一节 制造技术的基本概念与发展概况第二节 面向知识经济的制造业第三节 21世纪制造业的主要特点第四节 21世纪对制造业的挑战第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构第六节 制造业信息化的进展第七节 先进制造技术的发展趋势,第一章 先进制造

2、技术概述,第一节 制造技术的基本概念与发展概况第二节 面向知识经济的制造业第三节 21世纪制造业的主要特点第四节 21世纪对制造业的挑战第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构第六节 制造业信息化的进展第七节 先进制造技术的发展趋势,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,制造业的主要任务是：制造产品和创造价值，产生物质财富和新的知识，并国民经济、国防和科学技术进步发展提供先进的手段和装备。制造业是我国经济发展的战略重点，机电一体化的设备制造是我国工业在“十五”期间重点发展的三大方向之一。工业化国家约7080的物质财富来自制造业，因此，很多国家特别是美国把制定制造业发展战略列为重中之重。原因是：

3、世界经济发展的趋势表明，制造业是一个国家经济发展的基石，也是增强国家竞争力的基础；制造业是解决就业矛盾的一个重要领域，也是21世纪提高一个国家整体就业水平的重要基础；制造业不仅是高新技术的载体，而且也是高新技术发展的动力。,第一章 之,一、制造系统与制造技术 二、传统制造业及其技术的发展三、现代制造及其技术的发展四、制造业发展过程中竞争的焦点和策略五、先进制造技术与制造模式的发展历程,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,制造是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明 进步的动力。从狭义上可将“制造”理解为机电产品的机械加工工艺过程。随着人类生产力的发展，“制造”的概念和内涵在

4、“范围”和“过程”两个方面大大拓展。国际生产工程学会1990年给“制造”下的定义是：制造是一个涉及制造 工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场 销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。制造技术则是按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，使原材料转变为产品的技术总称。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,一、制造系统与制造技术,19世纪末20世纪初，内

5、燃机的发明，自动机床、自动线的相继问世，以及产品部件化、部件标准化和科学管理思想的提出，掀起制造业革命的新浪潮。20世纪中期，电力电子技术和计算机技术的迅猛发展及其在制造领域所产生的强大的辐射效应，极大地促进了制造模式的演变和产品设计与制造工艺的紧密结合，也推动了制造系统的发展和管理方式的变革。同时，制造技术的新发展也为现代制造科学的形成创造了条件。从蒸汽机出现到今天，主要经历了以下三个发展阶段：（1）用机器代替手工，从作坊形成工厂 20世纪初，各种金属切削加工工艺方法陆续形成，近代制造技术已成体系。但是机器(包括汽车)的生产方式是作坊式的单件生产。它产生于英国，在19世纪先后传到法国、德国和

6、美国，并在美国首先形成了小型的机械工厂，使这些国家的经济得到了发展，国力大大增强。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,二、传统制造业及其技术的发展,（2）从单件生产方式发展成大量生产方式 推动这种根本变革的是两位美国人：泰勒和福特。泰勒首先提出了以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理，成为制造工程科学的奠基人。福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求来加工(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，实现了以刚性自动化生产线为特征的大量生产方式，它对社会结构、劳动分工、教育制度和经济发展，都产生了重大的作用。20世纪50年代产生了工业技术的革命和创新，传统制

7、造业及其大工业体系也随之建立和逐渐成熟。近代传统制造工业技术体系的形成，其特点是以机械一电力技术为核心的各类技术相互联结和依存的制造工业技术体系。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,二、传统制造业及其技术的发展,（3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术20世纪80年代以来所产生的现代制造技术沿着4个方向发展：传统制造技术的革新、拓展；精密工程；非传统加工方法；制造系统的柔性化、集成化、智能化和网络化。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,二、传统制造业及其技术的发展,自然科学的进步促进了新技术的发展和传统技术的革新、发展及完善，产生了：新兴材料技术（新冶

8、炼技术、新合金材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等)；新切削加工技术(数控机床、新刀具、超高速和精密加工)；大型发电和传输技术，核能技术，微电子技术(集成电路、计算机、电视、广播和雷达)；自动化技术，激光技术，生物技术和系统工程技术。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,三、现代制造及其技术的发展,另外，人类社会在跨人20世纪后，物质需求不断提高，在科学和技术进步的同时，受到地球有限资源和环境条件约束，随着市场全球化的形成，世界范围内的竞争日益加剧，日益提高的生活质量要求与世界能源的减少和人口增长的矛盾更加突出。因此，社会发展对其经济支撑行业制造业及其技术体系提出了更高的

9、需求，要求制造业具有更加快速和灵活的市场响应、更高的产品质量、更低的成本和能源消耗以及良好的环保特性。这一需求促使传统制造业在20世纪开始了又一次新的革命性的变化和进步，传统制造开始向现代制造发展。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,三、现代制造及其技术的发展,现代制造及其技术的形成和发展特点是：(1)在制造的生产规模上，从少品种大批量单件小批量多品种变批量的发展。(2)生产方式上，呈现出从劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型变化。(3)制造装备的发展过程是：手工机械化单机自动化刚性自动生产线柔性自动生产线智能自动化。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,三、

10、现代制造及其技术的发展,现代制造及其技术的形成和发展特点是：(4)在制造技术和工艺方法上的特征是：重视必不可少的辅助工序，如加工前后处理；重视工艺装备，使制造技术成为集工艺方法、工艺装备和工艺材料为一体的成套技术；重视物流、检验、包装及储藏，使制造技术成为覆盖加工全过程(设计、生产准备、加工制造、检验、销售和维修，甚至再生回收)的综合技术，不断发展优质高效低耗的工艺及加工方法，以取代落后工艺；不断吸收微电子、计算机和自动化等高新技术成果，形成CAD、CAM、CAPP、CAT、CAE、NC、CNC、MIS、FMS、CIMS、IMT、IMS等一系列现代制造技术，并实现上述技术的局部或系统集成，形成

11、从单机到自动生产线等不同档次的自动化制造系统。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,三、现代制造及其技术的发展,现代制造及其技术的形成和发展特点是：(5)引人工业工程和并行工程概念，强调系统化及其技术和管理的集成，将技术和管理有机地结合在一起，引入先进的管理模式，使制造技术及制造过程成为覆盖整个产品生命周期，包含物质流、能量流和信息流的系统工程。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,三、现代制造及其技术的发展,市场竞争是制造业永恒的话题。从100多年前福特汽车的生产线开始，为提高企业的整体效益，针对不同时期的竞争焦点，产生和应用不同的技术和管理模式(见表11)。20

12、世纪是制造业空前发展的重要时期，制造系统的集成活动异常活跃，制造模式不断更新。制造技术在广泛吸收高新技术的优秀成果，并且相互渗透、融合和衍生，产生急剧的变化，并不断用于改造制造业，其目标是使所制造的产品(Product)达到功能(Function)、交货期(Time t。Ma卜ket)、质量(Quamy)、价格、(Cost)、服务(Selwice)均为优良。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,四、制造业发展过程中竞争的焦点和策略,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,四、制造业发展过程中竞争的焦点和策略,20世纪末，以微电子、信息、新材料、系统科学等为代表的新一代科

13、学与技术的迅猛发展及其在控制领域中的广泛渗透、应用和衍生，极大地拓展了制造活动的深度和广度，急剧地改变了现代制造业的产品设计方法、产品结构、生产方式、生产工艺和设备以及生产组织结构，产生一大批新的制造技术和制造模式(图11)。现代制造业已成为发展速度快、技术创新能力强、技术密集和知识密集的行业。由于国内外市场竞争加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，使得机械制造业向多品种小批量生产方式发展。为适应这种情况的变化，美国、日本等工业化国开展了大量的对策研究。提出了许多新观点、新思想、新概念：先进制造技术、模式与系统，例如柔性制造系统、CIMS、并行工程、精良生产

14、、智能制造系统、敏捷制造系统、全能制造系统、虚拟制造系统、全球制造系统等。图11从企业运行空间和技术演变的角度展示了先进制造技术与制造模式的发展历程。,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,五、先进制造技术与制造模式的发展历程,第一节 制造技术的基本概念与发展概况,第一章 之,五、先进制造技术与制造模式的发展历程,第一章 先进制造技术概述,第一节 制造技术的基本概念与发展概况第二节 面向知识经济的制造业第三节 21世纪制造业的主要特点第四节 21世纪对制造业的挑战第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构第六节 制造业信息化的进展第七节 先进制造技术的发展趋势,随着信息技术和计算机网

15、络技术的发展，世界经济正经历着一场深刻的革命，极大地改变着世界经济面貌，专家们称之为“新经济”、“网络经济”或“知识经济”。各国的经济离不开与国际市场的信息、技术、资源和产品的交换。这一方面开阔了企业的市场，另一方面也给企业带来了全球范围的竞争压力。新经济也是全球性经济，生产过程不再局限于一国范围，而是形成“无国界的经济实体”。企业间竞争与合作、开放与限制并存的局面，必将引起世界经济结构与组织结构的重大变化，从而带来制造业的一场革命。,第二节 面向知识经济的制造业,第一章 之,一、知识经济的特征与对制造业的影响 二、知识经济条件下制造业面临的机遇和挑战,第二节 面向知识经济的制造业,第一章 之

16、,知识经济的特征：目前，全球经济正处于一个根本性的变革时期，人类社会正在由工业经济时代步人知识经济时代，在以高技术为主要产业支柱，以智力资源为主要依托的知识经济条件下，高科技的知识经济促使制造业发生了革命性的变化。与农业经济、工业经济不同，知识经济是以知识为基础的经济，它直接依赖于知识和信息的生产、扩散和应用。知识经济是工业化演进的必然结果，是一种比工业经济更高级的经济形态。在工业经济时代，生产要素主要是资本和劳动力；而在知识经济时代，知识、资本、劳动力成为生产要素的共同组成部分，而且知识在其中起核心作用。知识被认为是提高生产率和实现经济增长的驱动器。,第二节 面向知识经济的制造业,第一章 之

17、,一、知识经济的特征与对制造业的影响,对制造业的影响：对产品和消费观念的改变，产品设计和制造过程的数字化和智能化，以及经营和制造活动的全球化等。在知识经济条件下，制造技术正在发生质的飞跃。制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。同时，支撑制造技术的电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光及管理科学等也逐步成为制造业的新兴技术与新兴工业的综合体。在知识经济条件下，制造业是参与市场竞争的主体。按照世界经济发展规律，国际上越来越多的人们已开始认识到一个没有工业基础和制造业的城市是没有根基的城市。制造业能极大地推动金融、贸易、保险、房地产和服务业的发展。没有制造业作为

18、基础，无论哪一个产业都将失去存在和发展的条件。（中国与印度）,第二节 面向知识经济的制造业,第一章 之,一、知识经济的特征与对制造业的影响,传统的制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模、生产批量、产品结 构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率。其生产赢利是靠机器取代人力、复杂的专业加工取代人的技能来获取的。在此条件下，机器的非柔性、要求标准的产品设计以获得高产出，但却难以满足市场对产品花色品种和交货期的要求，为此工业经济时代对传统制造业也提出了严峻的挑战。在知识经济时代，制造业面临着新的历史性发展机遇和更加严峻的挑战。其特点是：(1)产品生命周期缩短。

19、现代科技以日新月异的速度发展，新产品层出不穷。产品的生命周期(一个产品从开发设计到被市场淘汰所经历的时间)大大缩短。(2)用户需求多样化。用户追求多样化和个性化已逐渐成为世界的潮流。,第二节 面向知识经济的制造业,第一章 之,二、知识经济条件下制造业面临的机遇和挑战,(3)大市场和大竞争。世界市场的开放程度越来越大。随着计算机通信技术的迅速发展和信息高速公路的建立，使得全球集成制造有实现的可能。这样可以使资源更充分地利用，原料和产品的运输距离得以更显著地缩短，交货期也能得到进一步缩短，产业分工的国际化已成为发展潮流。(4)交货期成为竞争的第一要素。根据客户对产品需求的变化，要求迅速作出反应，已

20、经成为压倒一切的竞争要素。(5)信息化和智能化。计算机技术的发展和广泛的应用，使企业的控制进一步信息化和智能化，使企业的工作内容、对象和方法发生了根本的改变。(6)人的知识、素质和需求的变化。企业职工的知识、素质有较大提高，对工作内容和环境有更高要求。(7)环境保护意识的增强与可持续发展。人类发展与环境的矛盾日益加深和尖锐。作为人类经济活动反思的重大成果之一，国际社会于1992年确立了21世纪议程，一致提出要遵循可持续发展模式。,第二节 面向知识经济的制造业,第一章 之,二、知识经济条件下制造业面临的机遇和挑战,第一章 先进制造技术概述,第一节 制造技术的基本概念与发展概况第二节 面向知识经济

21、的制造业第三节 21世纪制造业的主要特点第四节 21世纪对制造业的挑战第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构第六节 制造业信息化的进展第七节 先进制造技术的发展趋势,是什么因素在推动制造业不断采用先进制造技术和制造模式?答案是显而易见的：市场竞争。最近二十多年来，由于宏观环境因素，特别是经济、技术、自然和社会环境因素的影响，世界制造业已进入了一个巨大变革时期，这一变革主要特点是：(1)生产能力(包括资本、信息)在世界范围内迅速提高和扩散，已形成全球市场激烈竞争格局。(2)先进生产技术的出现正在急剧地改变着现代制造业的产品结构和生产过程。(3)传统的管理、劳动方式、组织结构和决策准则都在经历新

22、的变化。,第三节 21世纪制造业的主要特点,第一章 之,这些既为制造业带来了市场竞争的压力，同时也带来了机遇。21世纪制造业竞争的特点，将是以知识为基础的新产品竞争。过去那种传统的相对稳定的市场已变成动态的多变的市场，21世纪制造业的主要特点是：(1)产品生命周期缩短，产品更新加快。这是21世纪市场环境和用户消费观所要求的，也是赢得竞争的关键所在。这一点从美国制造业策略的变化可以看出。美国制造业的策略从20世纪50年代的“规模效益第一”，经过70年代和80年代的“价格竞争第一”和“质量竞争第一”，发展到90年代的“市场速度第一”，时间因素被提到了首要位置(图1-2)。(2)具备赢得竞争，提高市

23、场占有率的四种基本能力：时间竞争能力，产品上市快、生产周期短、交货及时；质量竞争能力，产品不仅可靠性高，而且使用户在各方面都满意；价格竞争能力，产品生成成本低，销售价格适中；创新竞争能力。产品有特色、生产有柔性、竞争有策略。这四种能力中最重要的是创新竞争能力，企业的创新不仅指产品设计和生产工艺上的创新，还要包括制造观念的更新、组织的重构、经营的重组。历史证明，综合创新能力是推动企业发展抱动力和最强大的竞争武器。,第三节 21世纪制造业的主要特点,第一章 之,第三节 21世纪制造业的主要特点,第一章 之,21世纪制造业的主要特点是：(3)制造全球化和贸易自由化。随着世界自由贸易体制进一步完善以及

24、全球交通运输体系和通信网络建立，国际经济合作和交往日趋紧密，全球产业界进入结构大调整的重要时期，世界正在成为一个统一的大市场。制造产业、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，并使得经济竞争在国际范围内愈演愈烈。(4)人类正迈向信息社会。以微电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、新材料、系统科学为代表的新一代科学与技术的迅猛发展及其在制造领域中的广泛渗透、应用和衍生，极大地拓展了制造活动的深度和广度，急剧地改变了现代制造业的设计方法、产品结构、生产方式、生产工艺和设备以及生产组织结构，产生了一大批新的制造技术和制造模式。现代制造业已成为发展速度快、技术创

25、新能力强、技术密集甚至是知识密集的部门。许多产品的技术含量和附加值增大，进入了高技术产品的行列。,第三节 21世纪制造业的主要特点,第一章 之,21世纪制造业的主要特点是：(5)环境保护意识的增强与可持续发展。随着可持续发展思想的深入，制造业及其产品将越来越受到环境方面的制约。这种制约主要通过社会压力(整个社会和每一个公民都不会容忍浪费资源和污染环境的行为)、国家政策或立法以及经济手段具体体现，如安全标准不断提高、对废弃物的排放标准日趋严格、对能源更节约地使用、劳动者和公共健康的严格保护、“绿色”产品标志许可制度、废物污染记帐制度等等。一个企业的环境适应性如何，直接关系到其竞争能力、应变能力甚

26、至生存能力。因此，面向可持续发展的生态安全型和资源节约型制造技术将是制造领域亟待解决的一个重要课题。,第三节 21世纪制造业的主要特点,第一章 之,第一章 先进制造技术概述,第一节 制造技术的基本概念与发展概况第二节 面向知识经济的制造业第三节 21世纪制造业的主要特点第四节 21世纪对制造业的挑战第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构第六节 制造业信息化的进展第七节 先进制造技术的发展趋势,人类进入21世纪后，社会与政治环境、市场需求、技术创新预示着制造业将发生巨大变化。美国国家科学研究委员会工程技术委员会、制造与工程设计院“制造业挑战展望委员会”，对2020年制造业所面临的形势提出了如下

27、六大挑战或基本目标：（1）快速响应市场竞争的挑战实现制造环节并行 并行制造将显著缩短产品从概念到实现的时间。在合作企业中，各外围企业 不同区段的核心能力和知识将动态组合，通过精确的估算、优化以及对产品成本利润的跟踪，将大大减小投资风险。并行制造将使人们组织各层次研究、开发、生产的方式发生革命性的变化。并行制造是一个重大的挑战，不仅在通信和数据处理方面需要重要的新技术，而且需要制造企业有新的社会与文化氛围。这对于全球性的、多学科的、多文化的、高度瞬态变化的组织极为重要。,第四节 21世纪对制造业的挑战,第一章 之,（2）全球化竞争的挑战技术资源集成 制造者面对全球竞争将承受巨大的竞争压力。为此企

28、业必须具有敏捷性，以保持对时间和技术的控制，把时间和技术视为对生产率的挑战，不管制造企业是合作企业的一部分，还是网络的一部分，他们都必须是小型的、柔性的。具备有强大竞争力的制造企业将需要集成系统和自动运动的功能。有三个主要的因素促使技术资源的集成：(1)为满足市场需求，企业必须快速响应那些具有不同期望和多 种选择的顾客。(2)快速响应环境要求在组织的各个层次上进行高效的通信，特别是与顾客、供应者和合作者的通信。(3)新技术的快速吸收要求整个企业具有快速的学习能力。,第四节 21世纪对制造业的挑战,第一章 之,（3）信息时代的挑战信息向知识的转变 制造业已基本上依赖于信息技术，未来这种依赖的趋势

29、将更趋强烈，包括信息的收集、贮存、分析、发布和应用。如果计算机和信息技术(硬件和软件)保持目前的指数增长速率，到2020年将能满足制造业的需求。主要的两个挑战是：“及时”捕获、贮存数据和信息，并将其转化为有用的知识；在任何地点、任何时间需要时，用户能用熟悉的语言和格式“及时”得到有用的知识。从各种资源中，将信息及时地转变为有用的知识并作出有效决策是21世纪的重大挑战。,第四节 21世纪对制造业的挑战,第一章 之,（4）环境保护压力的挑战可持续发展 2020年世界人口将从今天的56亿增至80亿。随着人口的增长以及目前技术的不断开发，全球生态系统将受到严重的制约。这一挑战是把生产废弃物及产品对环境

30、的影响减少到“接受于零”。开发不影响环境的、成本低且有竞争力的产品和工艺，尽可能利用回收材料作原料，在能源、材料或人才资源各方面不造成大的浪费。（5）制造全球化和贸易自由化的挑战可重组工程 随着世界自由贸易体制的进一步完善及全球通信网络的建立，国际经济技术合作交往日趋紧密，全球产业界进入了结构大调整的重要时期，世界正在形成一个统一的大市场，在全球范围内基于柔性、临时合作模式的格局正在逐步形成。,第四节 21世纪对制造业的挑战,第一章 之,（6）技术创新的挑战全新制造工艺及产品的开发 这一挑战采用制造单元工艺这一全新的概念，它将导致生产能力的急剧变化。由于设计和制造的产品的尺寸愈来愈小(最终可达

31、分子级和原子级的水平)，制造工艺可能取得巨大的进步。2020年，技术创新的单元将在以下诸方面发挥巨大的能力：(1)多单元工艺技术集成为单一工艺将显著减少投资、检验时间、搬运和加工时间。(2)全部可编程的、不需要硬工装的工艺，将使产品的制造迅速转产成为可能。(3)自我导引工艺的创建将简化工装和编程的要求，并提供更大的加工柔。(4)对分子或原子级的处理将导致新材料的产生，取消分散件联接与装配操作，允许在一个零件中材料成分产生变化。,第四节 21世纪对制造业的挑战,第一章 之,第一章 先进制造技术概述,第一节 制造技术的基本概念与发展概况第二节 面向知识经济的制造业第三节 21世纪制造业的主要特点第

32、四节 21世纪对制造业的挑战第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构第六节 制造业信息化的进展第七节 先进制造技术的发展趋势,先进制造技术是信息时代工业规模生产的技术支柱，是世界高科技竞争在制造领域的最新体现，也是制造技术最新发展动向。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,一、先进制造技术的定义二、先进制造技术体系结构三、先进制造技术的学科内容,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,先进制造技术是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、

33、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的总称，也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,一、先进制造技术的定义,1994年初，美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FCCSET)下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组提出将先进制造技术分为三个技术群：主体技术群，包括面向制造的设计技术群和制造工艺技术群；支撑技术群；制造基础设施(制造技术环境)。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,二、先进制造技术体系结构,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,二、先进制造技术体系

34、结构,先进制造技术已不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科，包含了从产品设计、加工制造到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域。根据先进制造技术的功能和研究对象，可将先进制造技术归纳如下几个学科方面：（1）先进设计技术 产品设计是制造业的灵魂。先进设计技术的主要内容和发展趋势是：设计方法现代化。设计方法包括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，模块化设计等。新的设计思想和方法不断出现，如并行设计、健壮设计(Robust

35、 Design)、优化设计(Optimal Design)、反求工程技术(Reverse Engineering)等。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,三、先进制造技术的学科内容,设计手段计算机化。表现在广泛应用有限元法、优化设计、计算机辅助设计、反求工程技术、CADCAM一体化技术、工程数据库。当前突出反映在数值仿真或虚拟现实技术在设计中的应用，以及现代产品建模理论的发展上，并且向智能化设计方向发展。向全寿命周期设计发展。传统的设计只限于产品设计，全寿命周期设计则由简单的、具体的、细节的设计转向复杂的总体设计和决策，要通盘考虑包括设计、制造、检测、销售、使用、维修、报废

36、等阶段的产品的整个生命周期。由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素，注意考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面的影响。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,三、先进制造技术的学科内容,（2）先进制造工艺技术 先进制造工艺技术包括精密和超精密加工、精密成形与特种加工技术等几个方面。精密、超精密加工技术。指对工件表面材料进行去除，使工件的尺寸、表面性能达到产品要求所采取的技术措施。精密成形制造技术。指从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工件即精密成形或称净成形的方向发展。据国际机械加工技术协会预测，到21世纪初，塑性成形与磨削加工相结合，将取代大部分中小零

37、件的切削加工。主要包括热处理及表面工程各项技术。主要发展趋势是通过各种新型精密热处理和复合处理达到零件组织性能精确、形状尺寸精密以及获得各种特殊性能要求的表面(涂)层，同时大大减少能耗及完全消除对环境的污染。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,三、先进制造技术的学科内容,特种加工技术。指那些不属于常规加工范畴的加工，如高能束流(电子束、离子束、激光束)加工、电加工(电解和电火花加工)、超声波加工、高压水加工以及多种能源的组合加工。先进制造工艺技术的一个重要发展趋势是：工艺设计由经验判断走向定量分析，加工工艺由技艺发展为工程科学。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第

38、一章 之,三、先进制造技术的学科内容,（3）制造自动化技术 制造自动化是指用机电设备工具取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。制造自动化技术涉及到数控技术、工业机器人技术和柔性制造技术，是机械制造业最重要的基础技术之一。数控技术。包括数控装置，进给系统和主轴系统，数控机床的程序编制。工业机器人。包括机器人操作机，机器人控制系统，机器人传感器，机器人生产线总体控制。柔性制造系统(FMS)。包括FMS的加工系统，FMS的物流系统，FMS的调度与控制，FMS的故障诊断。自动检测及信号识别技术。包括自动检测CA

39、T，信号识别系统，数据获取，数据处理，特征提取，识别。过程设备工况监测与控制。包括过程监视控制系统，在线反馈质量控制。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,三、先进制造技术的学科内容,（4）先进生产制造模式和制造系统 先进生产制造模式和制造系统是面向企业生产全过程，是将现代信息技术与生产技术相结合的一种新思想、新哲理，其功能覆盖企业的预测、产品设计、加工制造、信息与资源管理直至产品销售和售后服务等各项活动，是制造业的综合自动化的新模式。先进制造生产模式。包括现代集成制造系统(CIMS)，敏捷制造系统(AMS)，智能制造系统(IMS)以及精良生产(LP)，并行工程(CE)等先进

40、的生产组织管理和控制方法。集成管理技术。包括并行工程，MRP与JIT的集成一生产组织方法，基于作业的成本管理(ABC)，现代质量保障体系，现代管理信息系统，生产率工程，制造资源的快速有效集成。生产组织方法。包括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。,第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构,第一章 之,三、先进制造技术的学科内容,现代制造集成技术智能机器人技术 极端制造技术 重大产品和重大设施寿命与预测技术,数字化设计方法与技术制造过程与工艺数字化 数字化管理与集成技术,技术领域,技术专题,2008年技术方向,机器人机构 机器人驱动与控制 机器人及自动化成套

41、装备,新型高性能微纳加工与封装 新型微流控器件与系统 光MEMS器件与系统,寿命和可靠性设计与试验技术 系统故障诊断与安全分析技术,我国863计划先进制造技术领域,第一章 先进制造技术概述,第一节 制造技术的基本概念与发展概况第二节 面向知识经济的制造业第三节 21世纪制造业的主要特点第四节 21世纪对制造业的挑战第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构第六节 制造业信息化的进展第七节 先进制造技术的发展趋势,在人类社会生产发展的历史长河中，蒸汽机和电机的应用延伸了人的体力劳动，催生了工业革命，而以计算机技术为核心的信息技术的应用则延伸了人的脑力劳动，导致了一次新的工业革命制造业信息化。从19

42、46年第一台电子计算机问世以来的半个多世纪的时期中，计算机的应用几乎扩展到制造业生产经营活动的所有领域，使传统制造业从工业社会的专业化社会生产向信息的专业化、信息化社会生产发展。以信息化带动工业化，使信息化与工业化融为一体，互相促进，共同发展，是具有中国特色的跨越式发展之路。制造业信息化的目的是把信息变成知识，将知识变成决策，把决策变成利润，从而帮助企业抓住机遇，快速响应市场需求，提高经济效益。,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,一、信息化、知识化的制造二、制造业信息化的定义三、制造业信息化的成效四、企业信息化系统的内容五、制造业信息化的意义,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,制造

43、过程中涉及的硬件(物料、设备、工具和能源等)、软件(制造理论、加工工艺、管理理论和信息等)和人员组成一个将制造资源转变为产品(含半成品)的有机整体。制造过程中最主要的三大要素之间的关系发生了巨大变化，信息所起的作用越来越大。如今的产品包含了大量信息，如一台普通电话机的制造，首先根据顾客对外形、颜色和功能的要求进行设计，根据自己的专业知识，将其转化成可制造的图样和工艺；再参考所掌握的供应商信息，选用可靠供应商的元件；最后按自己的标准和经验组织生产。这其中包含了企业对通讯市场、通讯技术、供应商和制造技术的知识和信息的掌握，所以现代制造的实质就是在能量的协助下将信息作用于无序无规律的物质，使其有序有

44、规律，产品越复杂需要的信息量便越大。,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,一、信息化、知识化的制造,制造业信息化定义为：将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用到企业产品生命周期全过程和企业运行管理的各个环节，从而提高企业市场竞争能力的过程。从上述定义可见，通俗地说，制造业信息化就是用0和1的数字编码来表示、处理和传输制造业生产经营的一切信息。企业生产经营的产品信息、工艺信息、物料信息、生产信息、财务信息和市场营销信息等一切信息不仅能够用0和1这两个数字编码来表示和处理，而且能够以光的速度在光缆中传送，使企业生产经营的信息流实现数字化，从而使制造业的生产经营达到前所未有的高节奏和高

45、效益。因此，制造业信息化的基本特点是制造业信息流的数字化，其重要特征是：,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,二、制造业信息化的定义,制造业信息化的基本特点是制造业信息流的数字化，特征：(1)制造信息数字化。工程图样是传统制造业的制造依据，称之为工程师的语言。然而计算机在工程设计中的应用导致了工程图样向产品定义数据发展(图1-5)。工程设计正在经历着从人工绘图，计算机绘图到“无纸”设计的变化。(2)制造过程数控化。传统制造业的加工、成形、装配、测量等制造过程是由手工来控制的，计算机在制造过程中的应用实现了数字指令控制，产生了“无纸”制造的变化。,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,二、

46、制造业信息化的定义,制造业信息流的数字化使制造业生产力的发展产生了新的飞跃。美国西雅图波音(Boeing)公司设计制造的大型客机波音777是20世纪90年代制造业信息化最杰出的成果。波音777是基于分布式CADCAM系统在8台IBM大型计算机的支持下实现了产品全数字化定义，用数字样机取代原型机的研制，用数字化发现零件的干涉2500处，减少工程更改50以上。波音777组成了包括设计、工艺、制造以及供应商和潜在用户在内的238个协同工作组共7000多人参加研制，采用了并行工程的工作模式，在Inter-net网把三家发动机供应商GE、惠普和诺依斯罗斯联在一起进行数据交换和异地设计制造。在航空工业发展

47、史上第一次把波音机研制可能出现的问题解决在制造装配前和试飞前，63m长的波音777装配准误差仅为0.58mm，确保按时研制成功。设计制造信息化和现代管理技术的应用，使波音公司由757、767研制周期9-10年时间缩短为波音777研制周期为4年多时间，给波音公司创造了显著的经济效益和市场竞争能力。从制造业信息流的数字化和制造过程的数控化到波音777飞机的“无纸”设计和制造，都无可置辨地表明，制造业信息化是以制造业信息流数字化为基本特征的一次新的工业革命。,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,三、制造业信息化的成效,企业信息化从体系结构上讲分为三个层次：生产作业层的信息化、企业管理层(中间层)

48、的信息化、领导决策层的信息化。这三个层次必须统一规划、统一设计、统一标准和统一接口，实现企业物资流、资金流和信息流的有机统一。企业信息化是一项长期的、综合的系统工程，广义地讲，它的任务包括硬件建设、软件建设和应用系统建设等方面。(1)硬件方面。包括因特网(Internet)的连通，企业内部网(Intranet)的构建，科研、生产、营销、办公等各种应用软件系统的集成或开发，企业内外部信息资源的挖掘与综合利用，信息中心的组建以及信息技术开发与管理人才的培养。(2)软件方面。包括相关的标准规范问题以及安全保密问题的研究与解决，信息系统的使用与操作以及数据的录入与更新的制度化，全体员工信息化意识的教育

49、与信息化技能的培训，与信息化相适应的管理机制、经营模式和业务流程的调整或变革。,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,四、企业信息化系统的内容,(3)应用系统方面。具体内容包括网络平台、信息资源、应用软件建设三大部分。其逻辑结构如图1-6所示。企业信息化在应用层应有的主要系统是：技术信息系统，管理信息系统，办公自动化系统，企业网站系统，企业电子商务系统等。这些应用软件系统必须有相应的企业综合信息资源系统的支持。这些都要有相应的数据维护管理系统。所有系统要建立在计算机网络平台之上，并要配有网络资源管理系统和信息安全监控系统。,第六节 制造业信息化的进展,第一章 之,四、企业信息化系统的内容,在

50、信息社会中，企业获取利用信息的能力越来越成为企业生存和发展的最重 要的能力，企业的信息化决定企业的生存。信息化可以为制造企业带来：(1)有利于迎接加入WTO后的挑战，适应国际化竞争。加入WTO以后，企 业将更直接地面对国际竞争的挑战，在全球知识经济和信息化高速发展的今天，信息化是决定企业成败的关键因素，也是企业实现跨地区、跨行业、跨所有制，特别是跨国经营的重要前提。(2)有利于抓住新世纪的良好发展机遇。我们正处在知识经济迅速崛起，全 球信息化迅速发展的时代。对信息的采集、共享、利用和传播，不仅成为决定企业竞争力的关键因素，也成为决定国家生产力水平和经济增长的关键因素。,第六节 制造业信息化的进