先進制造技術主講制造業(yè)制造系統制造制造技術制造技術制造業(yè)制造系統制造第二節(jié)先進制造技術本節(jié)課內容先進制造技術的產生背景先進制造技術的定義和特點先進制造技術的體系結構和分類先進制造技術發(fā)展趨勢（1）消費需求：主題化、個性化和多樣化，產品壽命周期縮短。（2）全球性產業(yè)結構調整：制造商之間既有激烈競爭，又有基于實力的合作。（3）快速響應市場：滿足已有和潛在顧客需求，主動適應市場，引導市場，是贏得競爭，獲取最大利潤的關鍵。先進制造技術產生的背景1.社會經濟發(fā)展背景2.科學技術發(fā)展背景（1）制造技術在向宏觀(制造系統)和微觀(超精密加工)兩個方向發(fā)展（2）現代制造業(yè)成為技術密集、知識密集型產業(yè)（3）信息成為制造業(yè)決定性因素，Intranet/Internet對制造業(yè)產生重大影響資源匱泛，污染嚴重；環(huán)境問題不能以犧牲今后幾代人的利益為代價；由粗放經營、掠奪式開發(fā)向集約型、可持續(xù)發(fā)展轉變先進制造技術產生的背景3.可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略先進制造技術概念的提出20世紀80年代末，國際上提出了先進制造技術（AdvancedManufacturingTechnology，AMT）的新概念。AMT最早源于美國。由于美國長期受強調基礎研究的影響，忽視制造技術的發(fā)展，到20世紀70年代日本和德國經濟恢復時，美國制造業(yè)遇到了強有力的挑戰(zhàn)；20世紀80年代初期，美國一批有識之士相繼發(fā)表言論，對美國制造業(yè)的衰退進行了反思，強調了制造技術與國民經濟及國力的至關重要的相依關系，強調了制造技術的重要性?？肆诸D政府制定了國家關鍵技術計劃，并對其技術政策做了重大調整。先進制造技術也就是在這樣一個社會經濟背景下出臺了。AMT在諸多國家和地區(qū)得到廣泛的應用。1.美國1988年,美國政府投資進行大規(guī)?！?1世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略”研究，并于其后不久提出了“先進制造技術”發(fā)展目標，制定并實施了“先進制造技術計劃（ATP）”和“制造技術中心計劃（MTC）”。各國先進制造技術的發(fā)展為美國人提供更多高技術、高工資就業(yè)機會，促進美國經濟增長；提高能源效益，減少污染，創(chuàng)造更加清潔的環(huán)境；使美國私人制造業(yè)在世界市場上更具有競爭力，保持美國的競爭地位；鼓勵科技界把確保國家安全和提高全民生活質量作為核心目標。先進制造技術計劃（ATP）由美國聯邦政府科學、工程和技術協調委員會（FCCSET）提出，1994年度預算為14億美元。圍繞“智能制造系統”、“集成工具”、“基礎設施建設”三個重點領域開展研究。ATP目標:

又稱“合作伙伴計劃”，由美國國家標準與技術研究院（NIST）牽頭制定的。目標：35萬家中小企業(yè)(沒有開發(fā)能力，且資金不足)，和技術擁有者（通常為政府的研究機構、國家實驗室、大學）建立合作的橋梁，使中小企業(yè)掌握先進制造技術。制造技術中心計劃（MTC）1991年，白宮科學技術政策辦公室發(fā)表“美國國家關鍵技術”報告，重新確立了制造業(yè)的地位；1993年，克林頓在硅谷發(fā)表題為“促進美國經濟增長的技術——增強經濟實力的新方向”的演說，對制造業(yè)給予了實質性強有力的支持。1994年，美國汽車產量重新超過日本，重新占領歐、美市場；美國Inter公司成為世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生產也不敵日本，包括海灣戰(zhàn)爭中大出風頭的“愛國者”導彈上使用的芯片也是日本制造的）；20世紀90年代，經濟持續(xù)增長，失業(yè)率降低到歷史最低水平；提出了一系列先進制造技術的新理論、新思想，如：CE，LP，AM，…CE-ConcurrentEngineering并行工程LP-leanProduction精良生產AM-AgileManufacturing

敏捷制造2.日本1990年提出了智能制造計劃，由美國、歐共體、加拿大、澳大利亞等國參加，投資10億美元實施智能制造計劃目的：通過國際共同研究，使制造業(yè)在接受訂貨、開發(fā)、設計、生產、物流直至經營管理的全過程中，做到生產設備自律化生產設備自律化：能夠根據環(huán)境變化自主判斷并及時決策變更作業(yè)過程

3.歐共體

尤里卡計劃（EREKA）：1988年用5億美元資助16個歐洲國家、600家公司的165個合作性高科技研究開發(fā)項目。

信息技術研究發(fā)展戰(zhàn)略計劃（ESPRIT）：在13個成員國向5500名研究人員提供了資助，明確設計原理、工廠自動化、生產過程管理三大課題。

歐洲工業(yè)技術基礎研究計劃（BRITE）：重點資助材料、制造加工、設計以及工廠系統運作方式等研究。1995年5月中共中央《關于加速科技進步的決定》中指出：為提高工業(yè)增長的質量和效益，要重點開發(fā)推廣電子信息技術、先進制造技術、節(jié)能降耗技術、清潔生產和環(huán)保技術。2001年中國工程院組織25位院士和40多位專家對我國制造業(yè)的現狀、作用、地位及發(fā)展趨勢和對策進行了調查研究，向國務院及有關部委提交了：《新世紀如何提高和發(fā)展我國制造業(yè)的研究報告》4.中國4.先進制造技術在我國的發(fā)展狀況具體表現在以下10個方面：熱加工工藝模擬優(yōu)化技術取得重要進展，使材料熱加工由“技藝”走向“科學”。精密成形與加工技術水平顯著提高，在汽車零部件、重大裝配制造中獲得廣泛應用?？焖僭椭圃旒夹g由起步邁向成熟，應用初具規(guī)模。計算機輔助設計（CAD）技術普及化。激光加工在基礎研究和技術開發(fā)方面有實質性進展，產業(yè)應用獲得經濟效益。數控技術取得重要進展，國內市場占有率有所提高?，F場總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進展，應用已有一定的基礎。微型機械研究進展迅速，標志著先進制造技術正向微觀領域擴展?，F代集成制造系統研究和應用取得突破，在國際上占有一席之地。新生產模式的研究和實踐具有特色，推動了中國制造業(yè)的技術進步和管理現代化。4.先進制造技術在我國的發(fā)展狀況先進制造技術的定義及特點先進制造技術AMT：是制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息、能源及和現代系統管理技術的先進成果，綜合應用于產品設計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對市場的適應能力和競爭力的制造技術的總稱。

目標提高制造企業(yè)對市場的適應能力和競爭力強調信息技術、現代管理技術與制造技術的有機結合信息技術、現代管理技術在整個制造過程中綜合應用傳統制造技術+信息技術+自動化技術+現代管理技術=先進制造技術傳統制造技術先進制造技術系統性僅駕馭生產過程物質流和能量流能駕馭生產過程物質流、信息流和能量流廣泛性僅指將原材料變?yōu)槌善返募庸すに囏灤漠a品設計、加工制造到產品銷售的整個過程集成性學科專業(yè)單一、獨立，相互間界限分明專業(yè)和學科不斷滲透、交叉融合，其界限逐漸淡化甚至消失動態(tài)性不同時期、不同國家，其特點、重點、目標和內容不同實用性注重實踐效果，促進經濟增長，提高綜合競爭力AMT特征先進制造技術的特點1.先進性

先進制造技術的核心和基礎是經過優(yōu)化的先進工藝（優(yōu)質、高效、低耗、清潔工藝），它從傳統制造工藝發(fā)展起來，并與新技術實現了局部或系統集成。

2.廣泛性

先進制造技術不是單獨分割在制造過程的某一環(huán)節(jié)，而是將其綜合運用于制造的全過程，它覆蓋了產品設計、生產設備、加工制造、銷售使用、維修服務，甚至回收再生的整個過程。

3.實用性

先進制造技術的發(fā)展針對某一具體制造目標（如汽車制造、電子工業(yè)）的需求，而發(fā)展起來的先進、適用技術，有明確的需求導向；不以追求技術高新度為目的，注重最好的實踐效果，提高企業(yè)競爭力和促進國家經濟增長和綜合實力為目標。4.集成性

先進制造技術由于專業(yè)、學科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術趨于系統化、集成化，已發(fā)展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術為一體的新興交叉學科，因此可以稱其為“制造工程”。5.系統性

隨著微電子、信息技術的引入，先進制造技術能駕馭信息生成、采集、傳遞、反饋、調整的信息流動過程。先進制造技術是可以駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流的系統工程。6.動態(tài)性

不斷地吸收各種高新技術成果，將其滲透到企業(yè)生產的所有領域和產品壽命循環(huán)的全過程，實現優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產。先進制造技術的特點先進制造技術的體系結構及分類美國聯邦政府科學、工程和技術協調委員會（FCCSET）于1994年提出AMT的分類目錄，指出“AMT是制造技術和現代高技術結合而產生的一個完整的技術群”。主體技術群設計技術群（產品和工藝設計技術群）制造工藝技術群（加工和裝配技術群）支撐技術群AMT結構體系管理技術群先進制造技術的體系結構面向制造的設計技術群

產品/工藝設計

計算機輔助設計工藝過程建模和仿真工藝規(guī)程設計系統工程基礎

快速成型技術并行工程制造工藝技術群

材料生產工藝加工工藝聯接與裝配測試和檢測環(huán)保技術維修技術其他

信息技術

接口技術集成技術人工智能

數據庫軟件工程決策支持

標準和框架

數據標準工藝標準接口框架

產品定義和標準檢驗標準

機床和工具技術傳感器和控制技術

質量管理用戶/供應商交互作用工作人員培訓和教育

全國監(jiān)督和基準評測技術獲取和利用主體技術群支撐技術群制造基礎設施環(huán)境國內學者對先進制造技術的劃分現代制造工程設計技術群現代制造系統管理技術群物料處理和設備技術群支撐技術群先進制造技術的分類現代設計技術先進制造工藝技術制造自動化技術系統管理技術現代設計技術(1)計算機輔助設計技術有限元法、優(yōu)化設計、反求工程、模糊智能CAD、工程數據庫等。(2)性能優(yōu)良設計基礎技術可靠性設計；安全性設計；動態(tài)分析與設計；防斷裂設計；疲勞設計；防腐蝕設計；減摩和耐磨損設計；健壯設計；耐環(huán)境設計；維修性設計和維修性保障設計；測試性設計；人機工程設計等。計算機繪圖工業(yè)產品造型設計結構與裝配設計計算機仿真結構分析熱分析流動分析電磁場分析(3)競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術快速響應設計；智能設計；仿真與虛擬設計；工業(yè)設計；價值工程設計；模塊化設計等。(4)全壽命周期設計技術并行設計；面向制造的設計；全壽命周期設計。(5)可持續(xù)性發(fā)展產品設計技術

主要有綠色設計(6)設計試驗技術產品可靠性試驗；產品環(huán)保性能試驗與控制、仿真試驗與虛擬試驗現代設計技術先進制造工藝技術(1)精密潔凈鑄造成形工藝外熱沖天爐熔煉、處理、保護成套技術；鋼液精煉與保護技術；近代化學固化砂鑄造工藝；高效金屬型鑄造工藝與設備；氣化膜鑄造工藝與設備：鑄造成形工藝模擬和工藝CAD。(2)精確高效塑性成形工藝熱鍛生產線成套技術；精密輥鍛和楔橫軋技術；大型覆蓋件沖壓成套技術；精密沖裁工藝；超塑和等溫成形工藝；鍛造成形模擬和工藝CAD等。(3)優(yōu)質高效焊接及切割技術新型焊接電源及控制技術；激光焊接技術；優(yōu)質高效低稀釋率堆焊技術；精密焊接技術；焊接機器人；現代切割技術；焊接過程的模擬仿真與專家系統。(4)優(yōu)質低耗潔凈熱處理技術可控氣氛熱處理；真空熱處理；離子熱處理；激光表面合金化；可控冷卻。(5)高效高精機械加工工藝精密加工和超精密加工；高速磨削；變速切削；復雜型面的數控加工；游離磨料的高效加工等。(6)現代特種加工工藝激光加工；復合加工；微細加工和納米技術；水力加工等。先進制造工藝技術190019201940196019802000加工精密/μm1021011010-110-310-210-510-40.005μm年份10μm10μm10μm5μm1μm1μm0.1μm0.1μm0.05μm0.01μm0.005μm0.001μm精超密加工工加密精工加普通測量儀器（檢測設備）（系統誤差和隨機誤差）超精密研磨機（電子束掃描裝置）超高精密磨床超高精密研磨機車床、銑床游標卡尺精密車床磨床、研磨機機械比較儀測微儀千分尺電子、氣動測微儀光學比較儀精密坐標鏜床坐標磨床精密磨床精密研磨機光學透鏡磨床精密金剛石磨床光學磁尺電動比較儀電子比較儀（非接觸式）激光測長儀光纖技術圓度測量儀表面測量儀光學透鏡精磨床間歇轉發(fā)器精密金剛石磨床超精密磨床激光高精度測長儀（多普勒多重干涉儀）臺階測量儀超精密研磨機（電子束掃描裝置）超高精密磨床超高精密研磨機原子分子離子束加工原子分子沉積加工掃描電鏡、透射電鏡電子束衍射離子分析儀X射線測微分析儀俄歇分析儀、ESCAR超晶格物質合成加工機床（加工設備）加工精度的進展超精密加工技術的發(fā)展精密磨削加工及其成品零件精密磨削可獲得加工精度為1～0.1m和表面粗糙度Ra為0.2～0.025m超精密磨削的概念超精密磨削是指加工精度達到0.1m以下、表面粗糙度低于Ra0.025m的砂輪磨削方法，是一種亞微米級的加工方法，并正向納米級發(fā)展，適宜于對鋼、鐵材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。近年來，超精密磨削的發(fā)展很快，出現了一些與超精密磨削有關的磨削加工，如鏡面磨削、微細磨削、高速磨削等。鏡面磨削是指加工精度達到Ra0.02～0.01μm、表面光澤如鏡的磨削方法，其屬于超精密磨削范疇。精密、超精密磨削與鏡面磨削形成的零散刻痕

超精密切削加工主要指金剛石刀具超精密切削，主要用于加工軟金屬材料，如銅、鋁等非鐵金屬及其合金，以及光學玻璃、大理石和碳素纖維板等非金屬材料。超精密切削加工金剛石車床的主要生產廠家：美國的莫爾精密機床公司、普奈莫精密公司和日本東芝機械公司；金剛石車床的價格十分昂貴，推廣普及應用有一定難度。各國正在積極研究開發(fā)低成本的金剛石車削機床。精密金剛石快速切削機床天然單晶金剛石刀具人工合成金剛石刀具(如美國GE公司生產的COMPAX牌金剛石刀具)－聚晶金剛石(PCD)（切割后焊在刀片上）－金剛石膜（厚膜焊接在刀片上，薄膜涂層涂覆在超硬刀具基體上）金剛石刀具超精密加工技術在國際上處于領先地位的國家有美國、英國和日本。

美國主要研究以發(fā)展國防尖端技術為主要目標。日本的研究以民品應用為主要對象。我國的超精密加工技術在70年代末期有了長足進步，80年代中期出現了具有世界水平的超精密機床和部件。Ra=0.0078μm。在超精密加工的效率、精度可靠性，特別是規(guī)格和技術配套性方面與國外比還有相當大的差距。激光加工技術激光特點激光有四大特性：高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。加工特點：可以對多種金屬、非金屬加工，特別是加工高硬度、高脆性及高熔點的材料；激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。激光加工工藝LWS-400激光加工機床特種加工工藝激光加工技術激光切割加工技術激光打標樣品激光焊接樣品牛仔影像激光噴花特種加工工藝皮革面料激光標花電子束焊接層流等離子噴涂特種加工工藝水力切割機水力加工水力切割過程水刀機切割加工微納米加工單根有機微納米線自組裝微型磁粒機器人蜘蛛俠3中的沙人微納米技術微型藝術小型化和微型化也已成為藝術創(chuàng)作的一種時尚微納科技與藝術的高度結合圖4則顯示的是美國麥克馬斯特大學RayLaPierre教授采用所謂的“鎵離子束聚焦”刻蝕工藝，在頭發(fā)絲表面“刻劃”的麥克馬斯特大學?；請D5所示的日本學者松井真二采用FIB-CVD（聚焦離子束-化學氣相沉積）技術在發(fā)絲表面上構造的三維體育場發(fā)絲表面藝術(7)新型材料成形與加工工藝新型材料的鑄造成形；新型材料的塑性成形；新型材料的焊接；新型材料的熱處理；新型材料的機械加工。(8)優(yōu)質清潔表面工程新技術化學鍍非晶態(tài)技術；新型節(jié)能表面涂裝技術；鋁及鋁合金表面強化處理技術；超聲速噴涂技術；熱噴涂激光表面重熔復合處理技術；等離子化學氣相沉積技術；離子輔助沉積技術。(9)快速模具制造技術鍛模CAD／CAM一體化技術；快速原型制造技術等。先進制造工藝技術

快速成形技術（RP技術），是九十年代發(fā)展起來的一項先進制造技術，其基本原理是“分層制造，逐層疊加”?？焖俪尚蜗到y被形象地比作是一臺“立體打印機”。RP技術用“增長法”替代傳統的“去除法”，實現無模制造，對制造業(yè)發(fā)展產生具有革命性的意義?？焖俪尚蜗到y快速成形技術快速成型制件制造自動化技術制造自動化是指用機電設備工具取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲、運輸、加工、裝配和檢驗等各個生產環(huán)節(jié)的自動化，是機械制造業(yè)最重要的基礎技術之一。(1)數控技術數控裝置；送給系統和主軸系統；數控機床的程序編制。(2)工業(yè)機器人機器人操作機；機器人控制系統；機器人傳感器；機器人生產線總體控制。數控加工生產線生產汽車的機器人自動焊接生產線汽車生產機器人自動焊接機器人噴涂汽車車身油漆(3)柔性制造系統（FMS）FMS的加工系統；FMS的物流系統；FMS的調度與控制，FMS的故障

診斷。(4)自動檢測及信號識別技術自動檢測CAT；信號識別系統；數據獲?。粩祿幚?；特征提?。?/p>

識別。(5)過程設備工況監(jiān)測與控制過程監(jiān)視控制系統；在線反饋質量控制。制造自動化技術系統管理技術(1)先進制造生產模式現代集成制造系統CIMS、敏捷制造系統AMS、智能制造系統IMS、精良生產LP以及并行工程CE等先進的生產組織管理和控制方法。(2)集成管理技術并行工程CE；物料需求計劃MRP與準時制生產JIT的集成—生產組織方法；基于作業(yè)的成本管理ABC；現代質量保障體系；現代管理信息系統；生產率工程；制造資源的快速有效集成。(3)生產組織方法虛擬公司理論與組織；企業(yè)組織結構的變革；以人為本的團隊建設；企業(yè)重組工程。MRP-MaterialRequirementsPlanning物料需求計劃MRPⅡ

-ManufacturingResourcesPlanning制造資源規(guī)劃ERP-EnterpriseResourcesPlanning企業(yè)資源規(guī)劃TQM-TotalQualityManagement全面質量管理DNC-DistributeNumericalControl分布式數控CNC-ComputerNumericalControl計算機數控FMC-FlexibleManufacturingCell柔性制造單元FMS-FlexibleManufacturingSystem柔性制造系統CIMS-ComputerIntegratedManufacturingSystem計算機集成制造系統DFM-DesignforManufacturing

面向制造的設計DFA-DesignforAssembly面向裝配的設計DFU-DesignforUnasembly面向拆卸的設計DFT-DesignforTesting面向檢測的設計先進制造技術的發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢精密化柔性化網絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化1.向高效化方向發(fā)展

隨著精度補償、應用軟件、傳感器、自動控制、新材料和機電一體化等技術的發(fā)展，工藝裝備在數控化的基礎上進一步向生產自動化、作業(yè)柔性化、控制智能化方向發(fā)展，可對傳統工藝技術加以優(yōu)化和革新。2.向敏捷化方向發(fā)展

進入20世紀90年代以來，因為競爭全球化、貿易自由化、需求多樣化，產品生產朝多品種小批量方向發(fā)展，面向并行工程的設計、虛擬制造的設計、全壽命周期設計、CAD／CAM／CAPP一體化技術等敏捷設計制造技術與系統將在今后若干年內得到長足發(fā)展。3.向清潔化方向發(fā)展

保護環(huán)境、節(jié)約資源已成為全球密切關注的焦點，為此發(fā)達國家正積極倡導“綠色制造”和“清潔生產”，大力研究開發(fā)生態(tài)安全型、資源節(jié)約型制造技術。先進制造技術的發(fā)展趨勢3.向精密化方向發(fā)展

加工技術向高精度發(fā)展是制造技術的一個重要發(fā)展方向。精密加工和超精密加工、微型機械的微細和超微細加工等精密工程是當今也是未來制造技術的基礎，其中納米級的超精密加工技術和微型機械技術被認為是21世紀的核心技術和關鍵技術。

4.向多樣化方向發(fā)展

為適應制造業(yè)對新型或特種功能材料以及精密、細小、大型、復雜零件的需要，發(fā)達國家正大力研究與開發(fā)各種原理不同、方法各異的加工與成形方法。

5.向復合化方向發(fā)展

由于材料加工難度越來越大，工件形狀越來越復雜，加工質量要求越來越高，國外正在研究多種能量的復合加工方法以及常規(guī)加工與特種加工的組合加工工藝。目前，兩種能量的復合工藝已得到廣泛應用，而多種能量的復合加工工藝也正在探索之中。

先進制造技術的發(fā)展趨勢6.向柔性化方向發(fā)展

制造業(yè)自動化系統正沿著數控化→柔性化→集成化→智能化→全球化之螺旋式階梯攀緣而上，柔性化程度越來越高。

7.向集成化方向發(fā)展

向CIMS發(fā)展，構成一個覆蓋企業(yè)制造全過程（產品訂貨、設計、制造、管理、營銷），能對企業(yè)“三流”（即物質流、資金流、信息流）進行有效控制和集成管理的完整系統，實現全局動態(tài)綜合優(yōu)化、協調運作和整體高柔性、高質量、高效率，從而創(chuàng)造出巨大生產力。先進制造技術的發(fā)展趨勢8.向智能化方向發(fā)展

智能化是柔性化、集成