先进制造技术课件

程涛深圳大学机电与控制工程学院二零零七年三月第一章先进制造技术的发展及体系结构第一节制造业的发展与挑战一、制造与制造业二、制造业的地位和作用三、知识经济条件下制造业面临的挑战、特征与变革四、我国机械制造业的发展与差距第二节先进制造技术的提出和进展一、制造技术的进步和发展二、先进制造技术产生背景三、各国先进制造技术的发展概况第三节先进制造技术的内涵和体系结构一、先进制造系统的定义二、先进制造技术的内涵/技术构成及特点三、先进制造技术的体系结构及其分类四、先进制造技术发展趋势第一章先进制造技术的发展及体系结构（续）要求理解与熟练掌握的重点内容有：制造系统的定义和内涵先进制造技术的定义、内涵及体系结构要求一般理解与掌握的内容有：制造业的发展与在新世纪的挑战我国制造业的发展与差距先进制造技术的提出及工业化国家制造业的发展战略我国先进制造技术的发展概况先进制造技术的发展趋势，先进制造技术的技术前沿第一节制造业的发展与挑战一、制造与制造业二、制造业的地位和作用三、知识经济条件下制造业面临的挑战、特征与变革四、我国机械制造业的发展与差距一、制造与制造业⒈制造(Manufacturing)概念Manufacturing，起源于拉丁文词根manu(手)和facere(做)，这说明近百年来人们把制造理解为用手来做。

随着社会的进步和制造活动的发展，其概念也在不断地发展进化是人类按照所需目的、运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可利用的客观物质工具，采用有效的方法，将制造资源(物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等)，通过制造过程（即变换、储存、输送），转化为具有规定功能和性能的、可供人们使用与利用的工业品与消费品，并投放市场的全过程一、制造与制造业（续）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一、制造与制造业（续）狭义又称为“小制造”，是指产品的制作过程，是是原材料在屋里性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程传统上，把制造理解为为(机电)产品的机械加工工艺过程或机械加工与装配过程生产车间内与物流有关的加工与装配过程广义（国际生产工程学会CIRP1990年）又称为“大制造”或“现代制造”，制造是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Manufacturing is series of interrelated activities and operations involving the design，planning，production，quality assurance，management and marketing of the products of the manufacturing industries一、制造与制造业（续）广义制造包含4个过程概念过程，产品设计、工艺设计、生产计划物理过程，加工、装配、检测等物质（原材料、毛坯和产品等）的转移过程产品报废与在造过程广义制造有3个特点全过程包括毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析、产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以及产品全生命周期中的管理过程大范围从产品类别上看不仅仅是机械产品的制造，还包括光机电产品等其他工业品的制造高技术包含机械科学与技术、管理科学与技术、材料科学与技术、控制科学与技术、信息科学与技术等一、制造与制造业（续）⒉制造技术（Manufacturing Technology）按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。

即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称制造技术是制造业的基础一、制造与制造业（续）⒊制造过程（Manufacturing Processes）产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全过程，也称为产品生命周期包括市场调研和预测、产品设计与开发、选材和工艺规划与设计、生产加工、质量保证、营销、售前与售后服务、生产与营运过程管理等产品生命周期内一系列相互联系的活动一、制造与制造业（续）⒋制造系统（Manufacturing System）制造系统是制造业的基本组成实体，实际上就是一个工厂企业所包含的生产资源和组织机构，通常意义上的MS是指一个加工系统一、制造与制造业（续）结构：是制造过程所涉及的硬件（是制造活动所涉及到的有形的、物质的（原）材料、工具、器具、装备、厂房、能源等）、软件（制造理念、制造理论、制造工艺和方法及各种制造数据、制造信息、制造知识等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体功能：输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人力...）通过制造过程输出产品过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、产品的经营规划、产品设计、工艺规划、加工制造装配、控制管理、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等一、制造与制造业（续）⒌制造业(Manufacturing Industry)将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业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业涉及机械、食品工业、化工、建材、冶金、纺织、电子电器、运输机械等国民经济行业几个概念辨析制造（Manufacturing）指产品的全生命周期过程的全部活动，包括市场分析、产品开发、生产技术准备（产品设计、工艺编制、设计和制造工艺装备）、产品的生产（加工与装配）、生产组织与计划管理（含物流控制和仓储）、质量保证、包装和发送及报废后的回收和再利用等加工（Machining）把原材料变换成产品的直接物理过程制造与加工的比较狭义的制造包含加工和装配，加工是制造中的关键活动，加工系统是制造系统的一个主要子系统长期以来人们并为规范两者的含义生产（Production）原指人们使用工具来创造各种生产资料和生活资料的活动现指各种生产要素的输入转变为产品的输出过程生产过程包含生产对象、生产劳动、生产资料和生产信息四个要素制造与生产的比较一直没有明确的界定，manufacturing时常被译成“制造”或者“生产”，有的认为生产是加工、制造的同义词，如“生产制造”或“制造生产”根据CIRP的定义制造包含了生产，生产过程是制造过程中的一个基本活动；而根据狭义制造的概念，制造系统是生产系统的一个组成部分从词语使用范围来看，制造是工程学中的一个常用术语，而生产则是经济学中一个常用术语总之，两者的区别是：制造一般仅指有形产出，即实物产品的生产，较多用于工程技术领域；生产通常包含有形和无形两种产出，更多地被用于经济管理领域二、制造业的地位和作用制造业的内涵是所有与制造有关的企业生产机构的总称或者，它是对原材料加工或再加工以及对零部件装配工业的总称有消费品制造业和装备制造业、轻型制造业和重型制造业、民用制造业和军工制造业、传统制造业和现代制造业之分制造业的构成一个产业部分是由许多经济活动内容（产品品种和服务类型）相似的企业构成的，称为一个行业二、制造业的地位和作用（续）二、制造业的地位和作用（续）二、制造业的地位和作用（续）可将如表1-1所示的28个行业归为三类轻工纺织制造业在我国制造业中占30.54%资源（包括原材料和能源）加工工业在我国制造业中占33.48%机械电子制造业在我国制造业中占35.98%可分为装备制造业和消品制造业装备制造业是为国民经济和国防建设提供投资类产品企业的总称美国国家研究委员会（NRC）则把制造业分为两大类物质企业将原材料和可重复利用的毛坯件转变成分立的半成品和最终物件的企业，如钢铁厂、化工厂产品企业即把分立的半成品和物件转变或装配成整机的企业制造业的发展恩格斯在《自然辩证法》中讲道：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的”制造业的发展可以分为3个时代：古代、近代和现代纵观历史，人类社会已经走过了原始社会、农业社会、工业社会，并正迈入信息社会，制造业经历了工具化、机械化、电气化、自动化、计算机化、网络化、信息化、知识化的发展变化古代制造业的发展大约600万年前人与猿分离，是由于人学会了双足行走和用手制造并使用工具，这是人类进化的关键一步。

动物所做到的最多是搜集，而人则从事生产。

人类最初制造的工具是石刀、石斧和石锤。

原始的工具制造是人类社会制造业的最早萌芽。

随着狩猎和采集技术的改进，人们制造的工具日趋精细，种类越来越多，出现了有组织的石料开采和加工，形成了原始制造、忆在1万年前新石器时代。

人类从采集和狩猎转向耕作和畜牧。

到了5000年前青铜器和之后的铁器时代，为了满足以农业为主的自然经济的需要，制造以手工作坊的形式出现，主要是利用人力进行纺织、冶炼、铸造各种农耕器具等原始制造活动。

图1-3弓形钻是公元前3000年以前(史前期)的重要工具。

它由燧石钻头、钻杆、窝座和弓弦等组成。

町用来钻孔、扩孔和取火。

弓形钻后来又发展成为弓形钻床(见图1-4)和弓形车床(见图1-5)。

公元953年我国已能铸造重达40t的特大型铸件，如河北沧卅l铁狮子(见图l-6)，长5 3m，高5 4m，宽3m多。

图l-6 沧卅铁狮子近代制造业的发展8世纪蒸汽机的发明给制造业提供了动力，制造了满足不同行业需求的各种机器，初步形成了传统的大机器制造业及其制造技术体系。

到19世纪，工业革命继续发展，生产规模逐渐扩大，产品需求对制造材料的质量要求提高，使早期的传统制造技术体系与社会发展和需求之问产牛矛盾。

19世纪发明和完善了新型冶炼技术、内燃机技术、电气技术。

近代中国规模最大的制造系统是江南制造局(见图l-7)，从I 865年成立到1891年已拥有13个工厂，它制造了中国第一艘近代兵轮，炼出中国第一炉钢水，并最早引进国外先进技术。

图l-7在20世纪上半叶，源于兵器工业和汽车工业的大量生产方式，以流水线为典型，显著地提高了生产效率，创造，制造业的辉煌。

20~30年代的制造系统是机群式牛产线，即按工序特征组织生产40~50年代，制造系统以能量驯动型的刚肚生产线为代表，其特点是高牛产率、刚性结构，很难适应产品的品种变化。

以机电自动化为基础的制造自动化在这一时期达到了当高的水平市场需求、科技和生产力发展水平，决定了近代制业的发展重点主要是以机床、工艺、刀具和检测为主体的机械制造技术。

由于往这种生产方式中把人和机器等同地发挥效能，也引发出新的矛盾。

图l-8 流水线和生产线二战后，市场需求模式发生重人变化，制造模式和制造技术必然随之发生变化。

1948年数字计算机融入制造领域；1952年美国推出了数控机床，并很在工业中推广应用。

自此世界开始迈进了数字化制造时代。