1、先進制造技術,緒 論,先進制造技術, 制造業(yè)的地位,制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟增長發(fā)動機，是高技術產(chǎn)業(yè)化的載體和推動者，是吸納勞動力就業(yè)和擴大出口的關鍵產(chǎn)業(yè)，是國家安全的重要保證。, 我國制造業(yè)的水平,我國已成為制造業(yè)大國，但還不是制造業(yè)強國。, 制造業(yè)強國的標志,國際水平的技術標準與法規(guī),國際水平的人才與教育體制,自主技術創(chuàng)新及開發(fā)能力,國際水平的制造企業(yè),國際水平的制造中心,國際水平的先進裝備制造,緒 論,一、本門課程的作用,制造業(yè)的主體功能,二、制造業(yè)涉及的主體功能,設計,制造,材料,信息,管理,緒 論,三、本課程的有關說明 1. 學時 本課程教材總學時大約45學時，課堂講授30學

2、時。 2. 特點 本門課程的特點可歸納為：新、多、雜、變幾個字。 新是指本課程的內(nèi)容大都是近10余年發(fā)展起來的技術。多和雜是指本課程內(nèi)容多而且龐雜，結構不是十分清晰。變是指隨著制造技術的發(fā)展，本教材中的一些內(nèi)容，甚至是概念都有可能發(fā)生變化。 基于上述特點，同學們除了進行課堂學習之外，還需要進行適當時間的自學，并要不斷地了解先進制造技術新的發(fā)展。,緒 論,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,先進制造技術,第一章 目錄,第一節(jié) 制造行為的“三域”活動,第二節(jié) 制造理念的更新,第三節(jié) 制造技術的創(chuàng)新策略,第四節(jié) 自適應企業(yè)策略,制造業(yè)是一切生產(chǎn)和裝配成品的企業(yè)群體的總稱，制造業(yè)共包括30行業(yè)。 制造是

3、指：,第一節(jié) 制造行為的“三域”活動,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,一、加工域活動 加工域活動是指直接改變零件形狀、尺寸和性能的行為活動（工藝過程），是制造行為的基礎域活動。 1. 機械制造技術的主要類別,增 量 制 造,立體光刻SLA 分層實體制造LOM 選擇性激光燒結SLS 熔融沉積成形FDM 其它,使用激光照射光敏樹脂固化成形 使用激光或刀片切割粘性層片層疊成形 使用激光燒結粉末材料成形 將熱塑料通過噴嘴擠出后固化成形 其它成形方式,減 量 制 造,切削加工 電火花加工 電化學加工 其它,通過去除材料，獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件。 這一類別的

4、制造方法，仍是目前機械制造中應用最為普遍的。,等 量 制 造,軋制 板料成形 擠壓 鍛造,熱軋、冷軋 如彎曲、拉延、翻邊等 通過模具擠壓成形 通過塑性變形，形成所需要的毛坯,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,相 變 過 程,鑄造 注塑成形 熱處理,將熔化的金屬注入鑄型中凝固成形 將熔融的塑料注入模腔成形 通過熱處理改變材料的性能,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,表 面 處 理,鍍層 表面合金化 改變殘余應力狀態(tài) 離子濺射,用化學或物理方法在基體表面鍍上涂層 如滲碳、滲氮等 如噴丸、表面擠壓或滾壓等 用離子束從表面去除材料或注入材料,固 化 聯(lián) 結,粉末冶金 復合材料 焊接 粘接,金屬粉末成形

5、并燒結 如碳纖維復合材料 通過局部熔化而形成材料的連接 使用粘接劑進行密封或連接,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,仿 生 加 工,原子操作技術 克隆制造 定向生長,這一類的技術涉及生物技術、生命科學、材料科學等多學科領域，是目前最前沿的技術領域之一，也是研究最為活躍的領域之一。,在硅基板上定向生長的碳納米管,用48個鐵原子排列在銅表面上形成一個圓形圍欄,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,納米小車,納米機器人,納米差分齒輪,納米泵,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,2. 機械制造技術發(fā)展的主要特點,3. 先進制造技術的發(fā)展趨勢,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論

6、,4. 大制造的涵義 由下圖可知，制造已不僅僅指基本制造功能，還包含市場分析、生產(chǎn)計劃、營銷、服務等功能，這就是所謂的大制造的涵義。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,二、物流域活動 物流是物料的流動。物流按物料的性質(zhì)不同分為工件流、工具流和配套流三種。 1. 物流的概念,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,2. 物流的發(fā)展趨勢 物流的5個“優(yōu)”（right）服務：,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,3. 物流域活動的主要裝備 夾具 夾具是用來對工件進行定位和夾緊的，這一過程稱為安裝或裝夾。夾具的發(fā)展方向是高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,連續(xù)輸送裝置 連續(xù)

7、輸送裝置是用來將物料沿固定路線連續(xù)移動的裝置。如帶式輸送系統(tǒng)、槽式輸送系統(tǒng)、輥子輸送系統(tǒng)、隨行夾具返回裝置等。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,吊車和卷揚機 吊車和卷揚機是高架設備，可在有限范圍內(nèi)間歇地移動物品，如行車、懸臂吊、卷揚機等。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,運貨車 手推車或機動車能沿可變線路移動物料，如手推車、叉車、電瓶車等。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,自動導向小車（AGV） 自動導向小車（AGV Automated Guided Vehicles）是一種由計算機控制并按一定程序自動完成運輸任務的運輸工具。 AGV的4項性能指標：最大載重、最高行駛速度、準停精度和制導

8、方式。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,自動化倉庫 柔性物流系統(tǒng)以自動化中央倉庫為中心，依據(jù)計算機管理系統(tǒng)的信息，實現(xiàn)毛坯、半成品、成品、配套件和工具等的自動存儲、自動檢索、自動輸送等功能。 使用自動倉庫的優(yōu)勢：降低倉儲成本、提高保管質(zhì)量、增強市場響應能力、有利于環(huán)境保護。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,機器人 物流中應用機器人可用于裝卸工件、傳輸物料等,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,三、信息域活動 處在信息化時代的制造業(yè)及制造系統(tǒng)將會最大限度的“數(shù)字化”，信息域活動亦可認為是數(shù)字化活動。 1. 設計過程的信息域活動 設計的概念,什么是設計？,物體任

9、一部分的設計都應滿足功能需求，且基于藝術與工程的結合。,設計是創(chuàng)造一個迄今尚不存在的產(chǎn)品（硬件、軟件或一個系統(tǒng)）的過程。,設計是一個決策過程。,設計就是制作原始計劃、草圖和方案等。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,設計過程信息域活動的內(nèi)容 設計過程信息域活動就是將概念、構思映射成數(shù)字化物理模型的過程，這需要CAD系統(tǒng)的支持。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,2. 加工過程的信息域活動 加工過程就是將設計對象物化的過程，在這一過程中，會產(chǎn)生大量諸如力、熱、變形、誤差等物理信息。對這些信息進行采集、處理和控制的過程就是加工過程信息域的活動。 CNC技術是目前最主要的先進制造設備，其原理如下圖所

10、示：,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,加工過程信息域的活動還包括虛擬加工中的數(shù)字化仿真與分析。,3. 物流過程的信息域活動 物流過程的信息域活動，包括對傳輸裝置數(shù)量與布局的信息、被傳輸物料信息、經(jīng)濟效益信息等的監(jiān)控與管理。具體內(nèi)容如下：,系統(tǒng)布局及設備、人員配備,系統(tǒng)運行模式,經(jīng)濟效益評估,物流設備的類型、數(shù)量及布局；自動化中央倉庫的類型、庫容及布局 刀庫、工件緩沖站的大小及布局；加工設備的類型、數(shù)量及布局,物料的運輸路線；工件運輸?shù)恼{(diào)試策略 系統(tǒng)內(nèi)托盤的最大數(shù)量 運輸設備故障率；系統(tǒng)的持續(xù)運行時間,系統(tǒng)的投資規(guī)模；系統(tǒng)的資金周轉； 刀具、夾具、托盤的投資 生產(chǎn)成本信息；投資效益評估等,第一

11、章 制造業(yè)與先進制造技術概論,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,4. 管理中的信息域活動 管理中的信息域活動就是利用管理信息系統(tǒng)（MIS）對各種管理信息進行收集、傳輸、加工、存儲和使用的過程。 制造企業(yè)的管理信息可分為三大類：,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,四、先進制造技術的內(nèi)涵與特征 先進制造技術（Advanced manufacturing technology, AMT）尚無統(tǒng)一的定義，一般可以認為：AMT是制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷

12、售、使用及服務乃至回收的全過程的新的制造技術的總稱。 AMT的主要特征是：,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,第二節(jié) 制造理念的更新,一、制造模式 制造模式指的是制造系統(tǒng)的構成及運作方式。制造系統(tǒng)的構成及運作方式，依賴于制造技術的進步，也依賴于制造理念的更新。 可以把制造業(yè)的發(fā)展劃分為3個階段：傳統(tǒng)制造、現(xiàn)代制造、后現(xiàn)代制造。其生產(chǎn)理念也隨之不斷更新。,對比,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,不同制造理念的比較,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,二、加工工藝系統(tǒng) 在機械加工中，由機床、夾具、工件和刀具組成的系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)（machining complex）。隨著制造模式的變化工藝系統(tǒng)的構成

13、也有了新的變化（如圖所示）。在虛擬制造中整個工藝系統(tǒng)都存在于計算機系統(tǒng)中。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,三、虛/實集成加工單元Virtual/Practical Integrated Material Processing Cell V-CNC系統(tǒng)是一種通用的數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)，可對車、銑等數(shù)控加工進行仿真和分析。虛/實集成加工單元（VPIMPC）構成如圖1.2.3（P23）所示。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,應用虛/實集成加工單元的優(yōu)點是避免機床碰撞、消除零件試切、縮短生產(chǎn)周期、延長刀具壽命、提高生產(chǎn)率、增強競爭能力。,應用實例,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,四、可持續(xù)制造 資

14、源、環(huán)境和人口是當今全球關注的三大熱點問題?？沙掷m(xù)發(fā)展已被公認為21世紀的生產(chǎn)發(fā)展模式。 可持續(xù)發(fā)展是指既能滿足社會當前的需求，又不危及子孫后代滿足其需求的一種發(fā)展模式。 可持續(xù)發(fā)展的程度可用人口、物質(zhì)生活水平及環(huán)境效率來定量描述：,其中：GDP/人口是指每個人平均享有的GDP，即人的物質(zhì)生活水平；環(huán)境/GDP表示環(huán)境效率，即產(chǎn)生一份GDP消耗的環(huán)境資源。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,要實現(xiàn)可持續(xù)制造，需要著重解決如下問題。 1. 資源傳遞的延伸技術 通過再造工程延長機器、工具、零件等的傳遞周期，通過資源循環(huán)利用及廢棄物再利用，使資源得到充分利用，減少對環(huán)境的沖擊。 2. 生態(tài)型制造模式

15、 所謂生態(tài)型制造模式就是在制造過程中對環(huán)境影響小，且資源消耗少的生產(chǎn)模式。 3. 可持續(xù)制造工廠 可持續(xù)制造工廠的建立，各個國家都仍處在探索之中。它與傳統(tǒng)工廠相比應具有這樣一些特點：它是建立在高科技基礎上面向21世紀的，能極大地減少制造過程中對環(huán)境的沖擊，能最有效地使資源得到利用。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,五、大量定制 電子商務的發(fā)展使數(shù)字化定制生產(chǎn)不僅變得必要，而且也成為可能。 大量定制（mass customization, MC）是21世紀的先進生產(chǎn)模式，它將定制生產(chǎn)與大量生產(chǎn)有機結合起來，在滿足用戶個性化需求的同時，保持較低的生產(chǎn)成本與較短的交貨期。 1. 大批量生產(chǎn)與大量定

16、制生產(chǎn)方式的對比,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,2. 大量定制生產(chǎn)的理論和方法 大量定制生產(chǎn)是把多品種單件小批生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)的優(yōu)點集中起來，解決多品種單件小批生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)的缺點，適應現(xiàn)代市場經(jīng)濟的發(fā)展。大體上說，大規(guī)模定制生產(chǎn)主要是基于以下理論和方法得以實現(xiàn)其目標的，如下圖。,融合,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,3. 組織大量定制生產(chǎn)應具備的條件 組織大量定制生產(chǎn)應具備以下條件： 先進的技術和設備； 扁平的、合理的企業(yè)組織結構； 全面支持產(chǎn)品開發(fā)和制造的集成信息系統(tǒng)； 協(xié)同產(chǎn)品商務(CPC)環(huán)境； 高素質(zhì)的員工。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,4. 大量定制的分類 協(xié)同定制

17、通過企業(yè)與客戶的協(xié)同，共同確定定制的產(chǎn)品和服務。 裝飾定制 在標準產(chǎn)品的基礎上，根據(jù)客戶的不同要求，改變包裝和表面裝飾的定制，如個性掛歷、個性T恤衫等。 調(diào)整定制（適應性定制） 企業(yè)提供一種可調(diào)節(jié)的標準定制產(chǎn)品，用戶根據(jù)自己的需要進行適應性修改和重新配置。如可自己改變長度的褲子。 預測定制（透明定制） 在深入研究客戶需求的基礎上，根據(jù)預測為客戶分別提供所需的個性化產(chǎn)品，客戶并不參與定制過程。如左撇子鼠標。,第三節(jié) 制造技術的創(chuàng)新策略,人類在20世紀取得了令人矚目的制造技術成果，其中數(shù)控（NC）加工技術與生長型制造技術（MIM）是兩項突破性創(chuàng)新成果。 面對21世紀，制造技術同樣受到可持續(xù)發(fā)展策略

18、、知識經(jīng)濟、信息化、數(shù)字化技術的驅(qū)動，并將以新的面貌出現(xiàn)在世人面前，也迫使制造技術人員思考制造技術創(chuàng)新問題和創(chuàng)新策略。,一、制造技術創(chuàng)新的空間與動力 可持續(xù)發(fā)展是制造技術創(chuàng)新的動力與空間。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,我國制造業(yè)面臨的問題,解決上 述問題,依靠制造業(yè)的技術創(chuàng)新,二、制造技術創(chuàng)新的基礎 知識是制造技術創(chuàng)新的基礎。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,計算機技術 信息技術 網(wǎng)絡技術 激光技術 納米技術 材料科學 控制理論 ,集成 融合 改進,新的制造技術,三、制造技術創(chuàng)新的手段 數(shù)字化是制造技術創(chuàng)新的主要手段。 數(shù)字化的核心是離散化，如何將自然界的連續(xù)物理現(xiàn)象、模糊的不確定現(xiàn)象

19、，以及人的經(jīng)驗與技能等離散化，進而實現(xiàn)數(shù)字化。 繼計算幾何、計算力學問世之后，計算切削工學、計算制造、數(shù)字化制造、新型材料零件數(shù)字化設計與制造等陸續(xù)被提出，明顯地看出數(shù)字化是技術創(chuàng)新的重要手段，前述的20世紀兩大突破性創(chuàng)新，數(shù)字化也起到了重要的作用。 計算機網(wǎng)絡為數(shù)字化信息的傳遞、為實現(xiàn)“光速貿(mào)易”提供了技術手段。計算機網(wǎng)絡也為實現(xiàn)全球化制造，基于網(wǎng)絡的制造提供了物質(zhì)保證，這不僅有利于參與市場競爭，促進設備資源的共享，更有利于快速獲得制造技術信息，激發(fā)創(chuàng)新靈感，是實現(xiàn)數(shù)字化制造的重要保證。,第一章 制造業(yè)與先進制造技術概論,四、制造技術創(chuàng)新的模式 在技術創(chuàng)新中，模式主要是指技術創(chuàng)新過程中有關技術的產(chǎn)生、選擇、組織、應用與擴散方式的總和。 長江三角洲地區(qū)是我國技術創(chuàng)新能力和創(chuàng)