专家报告先进制造技术概论课件.ppt

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1、2022/12/6,专家报告先进制造技术概论,专家报告先进制造技术概论,专家报告先进制造技术概论,回顾：20世纪是一个伟大的世纪,发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式。,专家报告先进制造技术概论,展望：制造业在21世纪将出现奇迹,汽车:会跑，会飞；飞机:更快、更安全；高速列车和磁悬浮列车；智能仪器装备和智能机器人:按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；微型机器人:能进人血管清理垃圾、修补心脏；分子组装技术:组装出理想性能的微器件；掌上工具:计算机、可视电话、电视、音响和网络的集成,专家报告先进制造技术概论,

2、会飞的汽车,专家报告先进制造技术概论,专家报告先进制造技术概论,磁悬浮列车,专家报告先进制造技术概论,微型机器人战队,专家报告先进制造技术概论,机器人大赛,机器狗,专家报告先进制造技术概论,可视电话,专家报告先进制造技术概论,平板电脑,专家报告先进制造技术概论,第1章 先进制造技术概论,先进制造技术（AMT，Advanced Manufacturing Technology）,源于20世纪80年代，指在制造过程和制造系统中融合电子、信息和管理技术，以及新工艺、新材料等现代科学技术，使材料转换为产品的过程更有效、成本更低、更及时满足市场需求的先进的工程技术的总称。,专家报告先进制造技术概论,第1

3、章 先进制造技术概论,1.1 制造、制造系统和制造业1.2 先进制造技术的发展1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,专家报告先进制造技术概论,1.1 制造、制造系统和制造业,1.1.1 制造、制造系统和制造业1.1.2 制造业的地位和作用,下一页,返回,专家报告先进制造技术概论,1.1 制造、制造系统和制造业,1.1.1 制造、制造系统和制造业制造（manufacturing）是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。制造的概念有广义和狭义之分：狭义的制造，是指生产车间内与物流

4、有关的加工和装配过程；而广义的制造，则包含市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。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。,下一页,返回,专家报告先进制造技术概论,包括市场分析、产品设计、加工装配、质量保证、生产管理、市场营销全过程,原材料,产品,工艺 能源,知识 技能 工具,制造,与物流有关的加工和装配过程,狭义制造,广义制造,1.1.1 制造、制造系统和制造业,1.1 制造、制造系统和制造业,专家报告先进制造技术概论,制造系统,具有特定功能的有机

5、整体,制造过程,硬件,制造过程,软件,硬件,人员,经营规划、开发研制、加工制造和控制管理等过程,生产设备、工具和材料、能源以及各种辅助装置,软件,制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等,专家报告先进制造技术概论,制造系统的物质流与信息流,专家报告先进制造技术概论,汽车生产物流示意图,专家报告先进制造技术概论,制造业,以制造技术为主导技术进行产品制造的行业，是所有与制造有关的企业群体,我国制造分类和构成,专家报告先进制造技术概论,表1.1 第一、二、三产业的划分,1.1 制造、制造系统和制造业,专家报告先进制造技术概论,一个国家经济发展的支柱国民经济收入的重要来源工业经济年代经济增长的“发动机

6、”一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础,制造业地位,1.1 制造、制造系统和制造业,专家报告先进制造技术概论,提供人们衣、食、住、行物质消费决定全社会的长远效益和经济的持续增长国际商品贸易的保证（美国78%，日本96%，我国81%-1995年）农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要条件信息产业发展的物质基础；农业劳动力转移和就业的重要途径为科技和教育发展提供经费支持和实验装备实现军事现代化和国家安全的保障,制造业的作用,专家报告先进制造技术概论,制造是人类文明的物质支柱之一,直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。 恩格斯 自然辩证法 ,人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。 毛泽东

7、 贺新郎读史 ,人类社会发展所依赖的物质文明支柱除了材料、能源、信息外，还应包括“制造”。没有制造，就没有人类。制造是“永远不落的太阳”。,专家报告先进制造技术概论,物质财富是人类社会生存和发展的基础，制造是人类创造物质财富最基本、最重要的手段,直接创造国民生产总值的1/3,制造业对国民经济的贡献,占整个工业生产的4/5,为国家财政提供1/3以上的收入,对出口总额的贡献率90%,专家报告先进制造技术概论,宇航,生物工程,微电子,光电子,为科技和教育发展提供经费支持和实验装备 -是国家高新技术产业的基础和载体,电子设备IC成本：军舰22%，战车24%，飞机33%， 导弹45%，航天器66%,制造

8、业的作用,专家报告先进制造技术概论,实现军事现代化和国家安全的保障,现代武器装备是先进制造技术的载体；尖端制造技术和装备一直是西方国家技术封锁和限制的重点;保证就业率稳定，缓解就业压力，保障社会稳定。 例：东芝事件(1982.121983.6) 考克斯报告 (90年代) 控制高技术机床出口(2000),制造业的作用,专家报告先进制造技术概论,东芝事件,多轴数控机床改进核潜艇性能,专家报告先进制造技术概论,综上所述,制造业是国家的战略性产业,高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件,高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的重要标志,高度发达的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键

9、因素,制造业战略地位,专家报告先进制造技术概论,1.2 先进制造技术的发展,1.2.1 先进制造技术产生背景先进制造技术(Advanced Manufacturing TechnologyAMT)的产生不仅是科学技术范畴的事情，而且也是人类历史发展和文明进步的必然结果。无论是发达国家、新兴工业国家还是发展中国家，都将制造业的发展作为提高竞争力，振兴国家经济的战略手段来看待，先进制造技术应运而生。先进制造技术的产生和发展有其自身的社会经济、科学技术以及可持续发展的根源和背景。,下一页,返回,专家报告先进制造技术概论,1. 社会经济发展背景,消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短全球性

10、产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场，是赢得竞争，获取最大利润的关键,1.2.1 先进制造技术产生背景,专家报告先进制造技术概论,制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展现代制造业成为技术密集、知识密集型产业信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响,2. 科学技术发展背景,1.2.1 先进制造技术产生背景,专家报告先进制造技术概论,资源匮泛，污染严重环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变,3. 可持续发展战

11、略,1.2.1 先进制造技术产生背景,专家报告先进制造技术概论,1.2 先进制造技术的发展,鉴于上述社会、经济、科学技术，以及环境资源保护的历史背景，各国政府和企业界都在寻求对策，以获取全球范围内的竞争优势，传统的制造技术已变得越来越不适应当今快速变化的形势，而先进的制造技术，尤其是计算机技术和信息技术在制造业中的广泛应用，使人们正在或已经摆脱传统观念的束缚，使人类跨人制造业的新纪元。先进制造技术作为一个专用名词的出现，却是在20世纪80年代末由美国根据本国制造业面临的挑战与机遇，对其制造业存在的问题进行深刻反省，为了加强其制造业的竞争力和促进本国国民经济的增长而提出来的。先进制造技术的提出是

12、制造业新技术发展实际进程的反映，它一经提出，立即得到欧洲各国、日本、以及亚洲新兴工业化国家的响应。,上一页,下一页,返回,专家报告先进制造技术概论,1.2 先进制造技术的发展,1.2.2 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。制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。 纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是： 技术的推动：人类科学技术的每次革命必然引起制造技术的不断发展； 市场的牵引：随着人类的不断进步，人类的需求不断产生变化，因而也推动

13、了制造业的不断发展，促进了制造业的不断进步。,上一页,下一页,返回,专家报告先进制造技术概论,1.2 先进制造技术的发展,近两百年来，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。 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。自18世纪以来，制造技术的发展经历了五个发展时期。,上一页,下一页,返回,专家报告先进制造技术概论,制造技术的发展阶段,工场式生产时期-18世纪后半叶，完成手工作坊到以分 工原则

14、的工厂生产的转变（蒸汽机和工具机）工业化规模生产时期-19世纪，实现了批量工业化规范 生产（电气化驱动）刚性自动化发展时期-20世纪初，以大批量生产为模式 的刚性自动化（内燃机）柔性自动化发展时期-二战之后，多品种小批量柔性自 动化生产模式，包括NC、CNC、FMC、FMS等。综合自动化发展时期-自80年代,CAD/CAM/CAP/CAE/CAT； MRP,MRP,ERP,TQM；DNC,CNC,FMC/FMS,ROBOT； CIMS,CE,LP,1.2 先进制造技术的发展,专家报告先进制造技术概论,1.2 先进制造技术的发展,综上所述，从传统的制造技术发展成为当代的先进制造技术是社会进步与技

15、术进步的必然结果，是世界各民族竞争与合作在制造领域的体现，也是制造技术发展的主方向。90年代以来，各工业发达国家和新兴工业化国家纷纷调整其技术政策，大力发展先进制造技术，力图在国际大市场中多分享一份。其中具有代表性的是美国的先进制造技术、关键技术（制造）计划、敏捷制造使能技术计划（TEAM）， 日本的智能制造技术（IMS），韩国的高级先进制造技术计划(G-7)和德国的制造2000计划等。,上一页,下一页,返回,专家报告先进制造技术概论,1.2 先进制造技术的发展,1.2.3 先进制造技术的发展趋势,上一页,下一页,返回,“精”是发展的关键“极”是发展的焦点 “文”是发展的新义,“绿”是发展的必

16、然“快”是发展的动力“省”是发展的原则 “效”是发展的追求,“数”是发展的核心 “自”是发展的条件 “集”是发展的方法“网”是发展的道路“智”是发展的前景,制造产品：,制造过程：,制造方法：,专家报告先进制造技术概论,“精”是发展的关键精确化 加工精度精密化人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级；操作尺度细微化基因操作机械，其移动距离为纳米级，移动精度为0.1纳米级 物理性能精确化物理性能、力学性能、化学性能、生化性能等等控制要求纳米化,发展趋势 制造产品：“精”“极”,专家报告先进制造技术概论,电子制造中高精度：控制趋于纳米级加工趋于亚纳米级超微细：芯片线宽100nm运动

17、副间隙12nm高加速度：封装运动12g高可靠性：芯片千小时失效率1/109,发展趋势 制造产品：“精”“极”,专家报告先进制造技术概论,超精密加工,20世纪初： 10微米30年代： 1微米 50年代： 0.1微米70-80年代： 0.01微米 目前： 0.001微米 （纳米加工）,发展趋势 制造产品：“精”“极”,专家报告先进制造技术概论,“极”是发展的焦点极端、极限,几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极圆、极方、奇形怪状；在物理性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强磁性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能；MEMS（Micro-Electro-Mechanical_

18、System)技术和产品是典型极端、极限技术和产品。,发展趋势 制造产品：“精”“极”,专家报告先进制造技术概论,关于微电子芯片制造1. 巨大的投资 建一座生产1000兆位存储器的芯片制造厂，需要投资150亿美元2. 当前的芯片制造设备 （1）超净：尘埃颗粒直径0.1微米 颗粒数0.1个/立方英尺空气 （2）超纯：有害杂质含量达到ppb（十亿分之一） （3）超精加工：钠米级 我国的“龙芯”。 日本日立公司（2006）报导：集成电路小如尘粒： 长、宽150m，厚7.5m,发展趋势 制造产品：“精”“极”,专家报告先进制造技术概论,2002年原子级纳米“晶体管”（电极相距1nm）2003年世界最小

19、的电动机纳米电动机（直径500nm）量子计算机基本电路（1/500mm，近K 工作）2004年 能停或暂停的分子马达用核磁共振观测到单个电子2005年超大容量纳米级信息存储材料2006年世界最小的发电机纳米发电机,发展趋势 制造产品：“精”“极”,专家报告先进制造技术概论,“绿”是发展的必然绿色 “天人合一” 与 “无为”； “保护环境，就是保护生产力；改善环境，就是发展生产力” 江泽民制造各阶段都必须充分计及环境保护：自然环境，社会环境、生产环境、生产者的身心健康；制造必然要走向“绿色”制造，这是实现国民经济可持续发展的重要条件。纲要制造业发展思路有三，其一就是“积极发展绿色制造”.,发展趋

20、势 制造过程：“绿”,专家报告先进制造技术概论,“数”是发展的核心数字化 “信息化”的核心是“数字化”数字制造是制造技术与信息技术（包含计算机技术、网络技术）等交叉、发展与应用的结果数字化设计、数字化控制、数字化管理以及贯穿始终的“虚拟”技术数字化技术必将导致制造技术的重大发展与变革,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,专家报告先进制造技术概论,“自”是发展的条件自动化 自动化是强化、延伸甚至取代人劳动（体力、脑力）的技术或手段自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高水平的自动化,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,专家

21、报告先进制造技术概论,1870-1980：加工过程效率 20倍管理效率 1.8-2.2倍设计效率 1.2倍CAX技术脑力劳动自动化。制造业中NC的重大基础作用。,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,专家报告先进制造技术概论,“集”是发展的方法集成化 技术集成、管理集成、技术与管理集成本质：知识和信息集成，集成也包含了“交叉”现代制造科学技术的发展离不开“集成”和“交叉” CIMS，从实际情况与发展前景来看，整个产品的生产确系一个计算机集成生产系统，而且与网络化不可分割。,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,专家报告先进制造技术概论,传感技术信号处理技术控制技术随

22、动技术精密机械技术系统集成技术,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,机电一体化,专家报告先进制造技术概论,“网”是发展的道路网络化 现代新型制造模式实施的基础设施，现代制造企业生产活动必不可少运行环境网络化既是制造企业信息化、集成化的基础，又是企业信息化、集成化的进一步发展网络化将制造业走向全球化、整体化、有序化,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,专家报告先进制造技术概论,“知识经济”的本质是“智力经济” 本世纪核心学科发展的趋势：从信息科学到生命科学（21世纪中叶）转向认知科学（21世纪70年代）制造智能制造系统/单元/装备适应环境变化的能力，处理海量信息、

23、不完整信息、不确定信息、错误信息的能力，自诊断、自修复能力，自组织、自重构能力，主动协调和协同能力，非逻辑处理能力等。智能化各行各业发展的趋向，如：智能计算机、智能车辆、智能机器、智能仪表、智能控制、智能材料，甚至智能大厦等。网络化的实质是走向智能化,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,“智”是发展的前景智能化,专家报告先进制造技术概论,1.3 先进制造技术的内涵和体系结构,先进制造技术的内涵,下一页,返回,先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、

24、灵活生产，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。,内涵,专家报告先进制造技术概论,先进制造技术的三个层次,第一层次：基础技术 优质、高效、低耗、清洁基础制造技术 第二层次：新型单元技术 新型的先进制造单元技术 第三层次：集成技术 先进制造集成技术,1.3.1 先进制造技术的内涵及技术构成,专家报告先进制造技术概论,优质、高效、低耗清洁基础制造技术（基础技术）,MRPII,CADCAM,数控技术,机器人技术,FMC,清洁生产技术,并行工程,质量与可靠性技术,系统管理技术,集成技术,CIMS,IMS,FMS,新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展）,系统工

25、程及管理科学,激光等新能源的技术,微电子及计算机应用技术,新材料技术,1.3.1 先进制造技术的内涵及技术构成,先进制造技术的内涵、层次及其技术构成示意图,专家报告先进制造技术概论,1.3.2 先进制造技术的特点,专家报告先进制造技术概论,1.3.3 先进制造技术的体系结构及分类,面向制造的设计技术群 产品/工艺设计 计算机辅助设计 工艺过程建模和仿真 工艺规程设计 系统工程基础 快速成型技术 并行工程,制造工艺技术群 材料生产工艺 加工工艺 联接与装配 测试和检测 环保技术 维修技术 其他,信息技术 接口技术 集成技术 人工智能,数据库 软件工程 决策支持,标准和框架 数据标准 工艺标准 接

26、口框架,产品定义和标准 检验标准 机床和工具技术 传感器和控制技术,质量管理 用户/供应商交互作用 工作人员培训和教育,全国监督和基准评测 技术获取和利用,主体技术群,支撑技术群,管理技术群,1、体系结构,专家报告先进制造技术概论,1.3.3 先进制造技术的体系结构及分类,2、先进制造技术的分类,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为如下几个大类。,专家报告先进制造技术概论,现代设计方法。包括有模块化设计、系统化设计、价值工程、模糊设计、面向对象的设计、反求工程、并行设计、绿色设计、工业设计等。,产品可信性设计。包括可靠性设计、安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、防疲劳设

27、计、耐环境设计、健壮设计、维修设计和维修保障设计等。,设计自动化技术。包括产品的造型设计、工艺设计、工程图生成、有限元分析、优化设计、模拟仿真虚拟设计、工程数据库等内容。,1.3.3 先进制造技术的体系结构及分类,专家报告先进制造技术概论,高效精密成形技术,精密洁净铸造成形工艺； 精确高效塑性成形工艺 ；优质高效焊接及切割技术；优质低耗洁净热处理技术；快速成形和制造技术,现代特种加工工艺 高能束加工； 电加工 ； 超声波加工； 水射流加工；纳米技术及微细加工。,高效高精度切削加工工艺 精密和超精密加工； 高速切削和磨削； 复杂型面的数控加工；游离磨粒的高效加工。,1.3.3 先进制造技术的体系

28、结构及分类,表面改性、制膜和涂层技术 化学镀层处理； 非晶态合金技术； 节能表面涂装技术 表面强化处理技术； 热喷涂技术； 激光表面熔复处理技术 等离子化学气相沉积技术,专家报告先进制造技术概论,61,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件的切削加工。改性技术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

29、染。,专家报告先进制造技术概论,精密加工和超精密加工技术,精密、超精加工和超精密加工技术是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。根据加工的尺寸精度和表面粗糙度，可大致分为三个不同的层次：,表2 精密加工的尺寸精度和表面粗糙度,专家报告先进制造技术概论,63,(3)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。,专家报告先进制造技术概论,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。 工业机器人技术:包括机器入操作机，机器人控

30、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:包括加工系统，物流系统，调度与控制，故阵诊断。 自动检测及信号识别技术：包括自动检测CAT，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。,1.3.3 先进制造技术的体系结构及分类,专家报告先进制造技术概论,柔性制造系统 FMS,专家报告先进制造技术概论,制造型企业在从市场开发、产品设计、生产制造、质量控制到销售服务等一系列的生产经营活动中，为了使制造资源（材料、设备、能源、技术、信息以及人力资源）得到总体配置优化和充分利用，使企业的综合效益（质量、成本、交货期）得

31、到提高而采取的各种计划、组织、控制及协调的方法和技术的总称。 现代管理信息系统； 物流系统管理； 工作流管理； 产品数据管理； 质量保障体系。,1.3.3 先进制造技术的体系结构及分类,专家报告先进制造技术概论,计算机集成制造（CIM）: 通过计算机网络将企业的各个生产和管理环节的数据集成管理，从而达到降低库存、提高生产效率和管理水平。,并行工程（CE）,敏捷制造（AM）,智能制造（IM）,精良生产（LP）,1.3.3 先进制造技术的体系结构及分类,专家报告先进制造技术概论,并行工程串行工程示意图,需求分析,产品设计,过程设计,原型试制,需求分析,产品设计,过程设计,原型试制,并行工程,串行工程,2022/12/6,专家报告先进制造技术概论,演讲完毕，谢谢听讲!,再见，see you again,