先进制造技术概述高教课堂

先进制造技术先进制造技术概述概述清华大学清华大学制造工程研究所制造工程研究所郁鼎文郁鼎文1教学运用先进制造技术先进制造技术概述概述制造业面临的竞争与挑战趋势制造业面临的竞争与挑战趋势 1 先进制造技术的基本内容先进制造技术的基本内容引言引言 7 2教学运用1.1 回顾：回顾：20世纪是一个伟大的世纪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、手机、原子弹等成箭、芯片、计算机、电视机、手机、原子弹等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式。式和生活方式。3教学运用1.2 展望：制造业在展望：制造业在21世纪将出现奇迹世纪将出现奇迹n汽车汽车:会跑，会飞；会跑，会飞；n飞机飞机:更快、更安全；更快、更安全；n高速列车和磁悬浮列车；高速列车和磁悬浮列车；n智能仪器装备和智能机器人智能仪器装备和智能机器人:按照人们的要求高按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；效率、高质量地制造产品；n微型机器人微型机器人:能进人血管清理垃圾、修补心脏；能进人血管清理垃圾、修补心脏；n分子组装技术分子组装技术:组装出理想性能的微器件组装出理想性能的微器件；1.1.引言引言4教学运用1.3 未来机械工程科学发展的总趋势未来机械工程科学发展的总趋势n交叉、综合化；交叉、综合化；n柔性、集成化；柔性、集成化；n智能、数字化；智能、数字化；n精密、微型化；精密、微型化；n高效、清洁化。高效、清洁化。1.1.引言引言5教学运用2.1.1 制造技术的演进制造技术的演进 制造技术定义制造技术定义 是制造业为国民经济建设和人民生活生是制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必须物质（包括生产资料和消费品）产各种必须物质（包括生产资料和消费品）所使用的一切生产技术的所使用的一切生产技术的总称总称，是将原材料，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使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价值的成品半成品和技用的具有较高附加价值的成品半成品和技术服务的术服务的技术群技术群。2.2.先进制造技术的基本内容先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点6教学运用2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1.1 制造技术的演进制造技术的演进n制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素而决定的。素而决定的。n影响其发展最主要的因素影响其发展最主要的因素:技术推动和市场牵引。技术推动和市场牵引。n制造业的制造业的生产规模生产规模沿着沿着“小批量、少品种大批量、小批量、少品种大批量、多品种变批量多品种变批量”的方向发展。的方向发展。n制造业的制造业的资源配置资源配置沿着沿着“劳动密集、设备密集、信劳动密集、设备密集、信息密集、知识密集息密集、知识密集”的方向发展。的方向发展。n制造技术的制造技术的生产方式生产方式沿着沿着“手工手工-机械机械-单机自动单机自动化化-刚性流水自动化刚性流水自动化-柔性自动化柔性自动化-智能自动化智能自动化”的方向发展。的方向发展。2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点7教学运用2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容n1818世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发明。世纪后半叶：蒸汽机和工具机的发明。n1919世纪：电气技术发展，电气技术与制造技术融合。世纪：电气技术发展，电气技术与制造技术融合。n2020世纪初：内燃机发明，引发了制造业的革命。世纪初：内燃机发明，引发了制造业的革命。n二战后：计算机、微电子、信息和自动化技术。形成了一二战后：计算机、微电子、信息和自动化技术。形成了一批新型先进制造单元技术，如批新型先进制造单元技术，如NCNC技术、技术、CNCCNC、柔性制造单元、柔性制造单元（FMCFMC）、）、CADCADCAMCAM等。等。n8080年代：开拓了制造技术面向市场生产发展的新阶段：材年代：开拓了制造技术面向市场生产发展的新阶段：材料需求规划（料需求规划（MRP-IMRP-I）、制造资源规划（）、制造资源规划（MRPMRPIIII）、全面）、全面质量控制（质量控制（TQCTQC）、）、CADCADCAMCAM。n2020世纪末的最后世纪末的最后1010年：以信息为主要特征，信息技术、人年：以信息为主要特征，信息技术、人工智能技术的发展提供了高效能的技术手段。工智能技术的发展提供了高效能的技术手段。2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点8教学运用2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1.2 2.1.2 先进制造技术的提出先进制造技术的提出n制造技术自制造技术自1818世纪后半叶发生的产业革命后世纪后半叶发生的产业革命后获得了飞速发展，获得了飞速发展，n先进制造技术作为一个专用名词却是在先进制造技术作为一个专用名词却是在2020世世纪纪8080年代末期，由美国根据本国制造业面临年代末期，由美国根据本国制造业面临的挑战与机遇；从技术发展角度，以计算机的挑战与机遇；从技术发展角度，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，全面推进为中心的新一代信息技术的发展，全面推进了制造技术的飞跃发展。了制造技术的飞跃发展。2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点9教学运用美国是世界上头号工业强国美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国也是制造业头号强国n7070年代开始美国科技优势和经济竞争力衰退年代开始美国科技优势和经济竞争力衰退:“后工后工业化社会业化社会”，“夕阳工业夕阳工业”，n8080年代后期，国会议员、政策咨询和研究机构纷纷年代后期，国会议员、政策咨询和研究机构纷纷要求政府支持和重视产业技术的发展，要求政府支持和重视产业技术的发展，n19911991年，美国白宫发表了年，美国白宫发表了美国国家关键技术美国国家关键技术的的报告，明确将柔性计算机集成制造、智能加工设备、报告，明确将柔性计算机集成制造、智能加工设备、微米级和毫米级制造以及系统管理技术等，作为制微米级和毫米级制造以及系统管理技术等，作为制造技术领域，列入总数为造技术领域，列入总数为2222项的国家关键技术中。项的国家关键技术中。2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点10教学运用1993年年2月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术月，克林顿在硅谷提出了促进先进制造技术发展的六点行动发展的六点行动n加大资助，开发新一代汽车、新建筑技术、智能控加大资助，开发新一代汽车、新建筑技术、智能控制和传感器技术、快速原型设计及考虑环境的制造制和传感器技术、快速原型设计及考虑环境的制造技术；技术；n支持灵活制造；支持灵活制造；n建立全国制造技术推广中心网；建立全国制造技术推广中心网；n促进本地区技术联盟的建立；促进本地区技术联盟的建立；n促进制造工程教育的发展；促进制造工程教育的发展；n促进考虑环境的制造技术的发展。促进考虑环境的制造技术的发展。美国是世界上头号工业强国美国是世界上头号工业强国,也是制造业头号强国也是制造业头号强国2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点11教学运用美国先进制造技术计划和制造技术中心计划美国先进制造技术计划和制造技术中心计划n先进制造技术计划：先进制造技术计划：1994年度拨款年度拨款14亿美元，三个亿美元，三个重点领域：下一代重点领域：下一代“智能智能”制造系统、为产品、工制造系统、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具、基础设艺过程和整个企业的设计提供集成的工具、基础设施工作。施工作。n制造技术中心计划（制造技术中心计划（MTC）：又称）：又称合作伙伴计划合作伙伴计划，指政府和企业在发展制造技术上进行密切合作。在指政府和企业在发展制造技术上进行密切合作。在全国建立全国建立170家制造技术中心，帮助企业通过技术家制造技术中心，帮助企业通过技术进步节约。进步节约。先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点12教学运用欧共体欧共体ERECA、ESPRIT、BRITE计划计划nERECA（尤里卡）计划：（尤里卡）计划：1988年拨款年拨款5亿美元资助亿美元资助16个欧洲国家个欧洲国家600家企业家企业的的165个合作项目。个合作项目。nESPRIT（欧洲信息技术研究发展战略）计划：（欧洲信息技术研究发展战略）计划：13个成员国向个成员国向5500名研究人员提供资助。名研究人员提供资助。nBRITE（欧洲工业基础研究）计划：（欧洲工业基础研究）计划：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作等方面的研究。作等方面的研究。先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点13教学运用日本的政策和智能制造技术（日本的政策和智能制造技术（IMSIMS）计划）计划日本产业技术政策日本产业技术政策:从重视从重视应用研究应用研究转向加强转向加强基础研究基础研究，以便彻底摆脱，以便彻底摆脱“美美国出创新概念，日本出创新产品国出创新概念，日本出创新产品”的局面。的局面。日本模式日本模式:技术引进技术引进-自主开发自主开发-独创性的自主开发独创性的自主开发-个性化、创个性化、创造性的自主开发造性的自主开发-加强基础研究的技术发展道路。加强基础研究的技术发展道路。国际共同研究计划。国际共同研究计划。目标：要全面展望目标：要全面展望21世纪制造技术的发展趋势，致力于全世纪制造技术的发展趋势，致力于全球制造信息、制造技术的球制造信息、制造技术的体系化体系化、标准化标准化。1995年年1月正式启动，为期月正式启动，为期10年，总投资年，总投资40亿美元。亿美元。先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点14教学运用韩国的先进制造系统计划韩国的先进制造系统计划1991年底韩国提出了年底韩国提出了“高级先进技术国家计划高级先进技术国家计划”，通，通常称为常称为G7计划。计划。目标：到目标：到2000年把韩国的技术实力提高到世界第一流年把韩国的技术实力提高到世界第一流工业发达国家的水平。工业发达国家的水平。已达到已达到。G7计划包括七项先进技术及七项基础技术。投资计划包括七项先进技术及七项基础技术。投资62亿美元。亿美元。共性基础技术、下一代加工系统、集成技术、智能技共性基础技术、下一代加工系统、集成技术、智能技术。术。先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点15教学运用我国对先进制造技术的发展给予充分重视我国对先进制造技术的发展给予充分重视 1995年：年：“九五九五”计划和计划和2010年远景目标的建议年远景目标的建议中明确要大力采用先进制造技术。中明确要大力采用先进制造技术。n国家各类攻关计划国家各类攻关计划n国家计委重视：如数控系统及装备研究等。国家计委重视：如数控系统及装备研究等。n国家自然科学基金会。国家自然科学基金会。nS863，973计划。计划。n“十五十五”规划中，先进制造技术是国家重点发展的规划中，先进制造技术是国家重点发展的第四关键领域。第四关键领域。先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点16教学运用国家中长期科技规划国家中长期科技规划16个重大专项个重大专项 1.1.核心电子器件、高端适用芯片及基础软件产品核心电子器件、高端适用芯片及基础软件产品 2.2.极大规模集成电路制造装备及成套工艺极大规模集成电路制造装备及成套工艺 3.3.新一代宽带无线移动通信网新一代宽带无线移动通信网 4.4.高档数控机床与基础制造装备高档数控机床与基础制造装备 5.5.大型油气田及煤层气开发大型油气田及煤层气开发 6.6.大型先进压水堆及高温气冷堆核电站大型先进压水堆及高温气冷堆核电站 7.7.水体污染的控制与治理水体污染的控制与治理 8.8.转基因生物新品种培育转基因生物新品种培育先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点17教学运用国家中长期科技规划国家中长期科技规划16个重大专项个重大专项 9.9.重大新药创制重大新药创制 10.10.艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治 11.11.大型飞机大型飞机 12.12.中国第二代卫星导航系统中国第二代卫星导航系统 13.13.高分辨率对地观测系统高分辨率对地观测系统 14.14.载人航天与探月工程载人航天与探月工程 15.15.高超声速飞行器科技工程高超声速飞行器科技工程 16.16.惯性约束核聚变点火惯性约束核聚变点火先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点18教学运用国家中长期科技规划国家中长期科技规划5大战略大战略 抓住未来若干年内信息技术更新换代和新材料技术迅猛发展的难得机遇，把获取装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权，作为提高我国产业竞争力的突破口；先进制造技术得到重视先进制造技术得到重视2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点19教学运用2.1.3 先进制造技术内涵先进制造技术内涵n先进制造技术是制造业不断吸收先进制造技术是制造业不断吸收信息信息技术技术和现代和现代管理管理技术的成果，技术的成果，n并将其综合应用于产品设计、加工、检测、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管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，全过程，n以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，产，n提高对动态多变的市场的适应能力和竞争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能力的制造技术的总称。2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点20教学运用2.1.4 先进制造技术特点先进制造技术特点n先进制造技术的先进制造技术的实用性实用性n先进制造技术应用的先进制造技术应用的广泛性广泛性n先进制造技术的先进制造技术的动态特征动态特征n先进制造技术的先进制造技术的集成性集成性：制造工程：制造工程n先进制造技术的先进制造技术的系统性系统性：物质流、能量流和信：物质流、能量流和信息流的系统工程。息流的系统工程。n实现实现优优质、质、高高效、效、低低耗、耗、清清洁、洁、灵灵活的生产活的生产n提高对产品市场的适应能力和竞争提高对产品市场的适应能力和竞争能力能力2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.1 2.1 先进制造技术的提出、内涵及特点先进制造技术的提出、内涵及特点21教学运用一、定义一、定义:在传统制造技术基础上不断吸收机械在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子电子.信息信息.材料材料.能源和现代管理等方面能源和现代管理等方面的成果的成果,并将其综合应用于产品设计并将其综合应用于产品设计.制造制造.检测检测.管理管理.销售销售.使用使用.服务的制造全过程服务的制造全过程,以实现优质以实现优质.高效高效.低耗低耗.清洁清洁.灵活的生产灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争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总称能力的制造技术总称,也是取得理想技术也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称经济效果的制造技术的总称.2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.2 2.2 先进制造技术的体系先进制造技术的体系22教学运用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 技术获取和利用主主体体技技术术群群支撑支撑技术群技术群制造基础制造基础设施环境设施环境二二 体体系系结结构构(1)(1)2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.2 2.2 先进制造技术的体系先进制造技术的体系23教学运用二二 体体系系结结构构(2)(2)2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.2 2.2 先进制造技术的体系先进制造技术的体系24教学运用三 先进设计技术n设计方法现代化设计方法现代化l产品动态分析和设计产品动态分析和设计l产品可靠性产品可靠性l可维护性及安全设计可维护性及安全设计l产品优化设计产品优化设计l快速响应设计快速响应设计l创新设计创新设计l智能设计智能设计l仿真与虚拟设计仿真与虚拟设计l价值工程设计价值工程设计l模块化设计模块化设计n设计手段计算机化设计手段计算机化l有限元法有限元法l优化设计优化设计l计算机辅助设计计算机辅助设计l反求工程技术反求工程技术lCAD/CAMCAD/CAM一体化技术一体化技术l工程数据库工程数据库n向全寿命周期设计发展向全寿命周期设计发展n由单纯考虑技术因素转由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济向综合考虑技术、经济和社会因素和社会因素2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.2 2.2 先进制造技术的体系先进制造技术的体系25教学运用四、先进制造工艺技术四、先进制造工艺技术n精密、超精密加工技精密、超精密加工技术术l精密加工：精度为精密加工：精度为3 30.30.3m Ra0.3m Ra0.30.03 0.03 m ml超精密加工：精度为超精密加工：精度为0.30.30.030.03m Ra0.3m Ra0.30.005 0.005 m ml纳米加工：精度高于纳米加工：精度高于0.030.03m Ram Ra小于小于0.30.30.005 0.005 m mn精密成型制造技术精密成型制造技术l从制造工件的毛坯、从接从制造工件的毛坯、从接近零件形状向直接制成工近零件形状向直接制成工件的方向发展件的方向发展n特种加工技术特种加工技术l高能束流加工（电子束、高能束流加工（电子束、离子束、激光束、双光子）离子束、激光束、双光子）l电加工（电解和电火花电加工（电解和电火花)l超声波加工超声波加工l高压水加工高压水加工l多种能源的组合加工多种能源的组合加工2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.2 2.2 先进制造技术的体系先进制造技术的体系26教学运用五、制造自动化技术五、制造自动化技术n数控技术数控技术l数控装置数控装置l进给系统进给系统l主轴系统主轴系统lNCNC程序编制程序编制n工业机器人工业机器人l机器人操作机机器人操作机l控制系统控制系统l传感器传感器l生产线总线控制生产线总线控制n柔性制造系统柔性制造系统l加工系统加工系统l物流系统物流系统l调度与控制调度与控制l故障诊断故障诊断n自动检测与信号识别技术自动检测与信号识别技术l信号识别信号识别l数据获取数据获取l数据处理数据处理l特征提取与识别特征提取与识别n过程设备工况监测与控制过程设备工况监测与控制l过程监视系统过程监视系统l在线反馈质量控制在线反馈质量控制2 2、先进制造技术的基本内容、先进制造技术的基本内容2.2 2.2 先进制造技术的体系先进制造技术的体系27教学运用世界出现了多级化的新格局：世界出现了多级化的新格局：政治冷战政治冷战经济热战经济热战国际竞争和对抗的焦点：国际竞争和对抗的焦点：由军备竞赛转向全球范围内的以科技为先导，经济为基础由军备竞赛转向全球范围内的以科技为先导，经济为基础、军事为后盾的综合国力的较量；、军事为后盾的综合国力的较量；产业技术和经济实力成为政治对抗的重要资本；产业技术和经济实力成为政治对抗的重要资本；不计生产成本和代价的军品生产模式不适于新形势下的生产；不计生产成本和代价的军品生产模式不适于新形势下的生产；“战略伙伴战略伙伴”关系中经济色彩突出关系中经济色彩突出 提高制造业产品竞争能力，发展高技术，尤其是独具知识提高制造业产品竞争能力，发展高技术，尤其是独具知识产权的产业技术成为未来抢占经济制高点、振兴国家经济的焦产权的产业技术成为未来抢占经济制高点、振兴国家经济的焦点点3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.1 3.1 国际形势的变化国际形势的变化28教学运用 78 80 828486 88 90 924 962时间时间46810平均产品寿命平均产品寿命 TL平均开发时间平均开发时间 TDTD TL年数年数1）知识技术产品更新的周期更短）知识技术产品更新的周期更短3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.2 3.2 制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点29教学运用3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.2 3.2 制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点30教学运用3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.2 3.2 制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点31教学运用0255075100低高扰动程度80年代年代90年代年代54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674/质量意识质量意识价格意识价格意识服务水平服务水平对替代品的脆弱性对替代品的脆弱性产品生命周期产品生命周期经济循环依赖水平经济循环依赖水平流行流行 时尚意识时尚意识竞争强度竞争强度消费者需求及欲望的变化程度消费者需求及欲望的变化程度购买者能力购买者能力技术变化率技术变化率饱和水平饱和水平愿望的一致程度愿望的一致程度需求水平稳定性需求水平稳定性需求及消费者欲望的确定性需求及消费者欲望的确定性必需品必需品 奢侈品奢侈品价格竞争价格竞争 产品的差异性产品的差异性市场影响因素的变化市场影响因素的变化&Pine和 B.Joseph II “Mass Customization,The New Frontier in Business Competition.”Boston:Harvard Business School Press,3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.2 3.2 制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点32教学运用“中心中心”的变化的变化以产品为中心以产品为中心以顾客为中心以顾客为中心以市场为中心以市场为中心3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.2 3.2 制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点33教学运用消费观念的变化消费观念的变化消费者的行为更具选择性消费者的行为更具选择性 顾客化产品：批量生产的产品逐步被个性化、多顾客化产品：批量生产的产品逐步被个性化、多样化产品所代替样化产品所代替 制造业制造业“服务服务”：产品生产与产品服务的界限越：产品生产与产品服务的界限越来越模糊来越模糊 不满足感增加：不满足感增加：“新三年、旧三年、缝缝补补又三新三年、旧三年、缝缝补补又三年年”的观念逐步消失的观念逐步消失对生产及产品的影响对生产及产品的影响 产品订货批量下降，单件、小批产品订货批量下降，单件、小批 产品寿命周期减短：产品寿命周期减短：5-105-10年年-3-5-3-5年甚至更短年甚至更短 产品生产周期缩短产品生产周期缩短3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.2 3.2 制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点34教学运用企业的竞争优势企业的竞争优势产品发展战略产品发展战略技术方面的重点技术方面的重点过程方面的重点过程方面的重点组织方面的重点组织方面的重点产品上市时间产品上市时间产品创新产品创新较低的成本较低的成本生产力生产力数据共享数据共享知识管理知识管理串行的设计过程串行的设计过程并行工程并行工程企业间合作企业间合作面向部门面向部门面向过程面向过程虚拟企业虚拟企业Source:Gartner Group3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.2 3.2 制造业市场竞争的新特点制造业市场竞争的新特点35教学运用3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战 美国国家科学研究委员会组建美国国家科学研究委员会组建“制造业挑战展望制造业挑战展望委员会委员会”，对，对20202020年制造业所面临的形势提出年制造业所面临的形势提出6 6项挑项挑战：战：1 1、快速响应市场的挑战、快速响应市场的挑战 2 2、打破传统经营所面临的组织、地域和时间壁垒、打破传统经营所面临的组织、地域和时间壁垒的挑战的挑战 3 3、信息时代的挑战、信息时代的挑战 4 4、有限资源和日益增长的环保压力的挑战、有限资源和日益增长的环保压力的挑战 5 5、技术创新的挑战、技术创新的挑战 6 6、制造全球化和贸易自由化的挑战、制造全球化和贸易自由化的挑战36教学运用快速响应市场能力的挑战快速响应市场能力的挑战3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战 并行制造将显著缩短产品从概念到实现的时间并行制造将显著缩短产品从概念到实现的时间37教学运用打破传统经营所面临的组织、地域和时间壁垒的挑战打破传统经营所面临的组织、地域和时间壁垒的挑战3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战 技术资源的集成技术资源的集成38教学运用信息时代的挑战信息时代的挑战3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战 信息向知识的转变信息向知识的转变39教学运用有限的资源和日益增长的环保压力的挑战有限的资源和日益增长的环保压力的挑战3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战 可持续发展可持续发展40教学运用技术创新的挑战技术创新的挑战3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战 全新制造工艺和产品开发全新制造工艺和产品开发41教学运用 世界自由贸易体制进一步完善世界自由贸易体制进一步完善 全球交通运输进一步完善全球交通运输进一步完善 全球通讯网络建立全球通讯网络建立 国际经济合作与交往日益紧密国际经济合作与交往日益紧密 全球产业界结构大调整全球产业界结构大调整 世界逐步形成一个统一的大市场世界逐步形成一个统一的大市场 供应与需求国家化、国际化，不同时间、地区、国家，市场供应与需求国家化、国际化，不同时间、地区、国家，市场需求有波动需求有波动 对于同一用户、同一产品，可供选择的市场和竞争国际化对于同一用户、同一产品，可供选择的市场和竞争国际化 任何国家、地区，任何国家、地区，不论实行怎样的社会制不论实行怎样的社会制度，不可能离开世界市度，不可能离开世界市场而独立谋求发展场而独立谋求发展;制制造业发展应该进入国家造业发展应该进入国家目标层次，才能促进经目标层次，才能促进经济增长济增长3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战制造全球化和贸易自由化的挑战制造全球化和贸易自由化的挑战42教学运用 跨国公司的生产总值占工业化国家生产总值的跨国公司的生产总值占工业化国家生产总值的 跨国公司的贸易占世界贸易总值的跨国公司的贸易占世界贸易总值的 跨国公司的工业研制费占世界总值的跨国公司的工业研制费占世界总值的 跨国公司操纵了世界技术转让的跨国公司操纵了世界技术转让的 跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的40%40%50%50%80%80%75%75%90%90%3 3、制造业面临的竞争与挑战制造业面临的竞争与挑战3.3 213.3 21世纪制造业面临的挑战世纪制造业面临的挑战制造全球化和贸易自由化的挑战制造全球化和贸易自由化的挑战43教学运用4 4、中国制造业的成就及其重大意义、中国制造业的成就及其重大意义先进工业化国家，先进工业化国家，国民经济总收入国民经济总收入6060，就业人口的就业人口的2525 ；中国中国20022002年的调查结论年的调查结论:中国制造业占国民生产总值的中国制造业占国民生产总值的1/3 1/3 占整个工业生产的占整个工业生产的4/54/5 为国家财政提供为国家财政提供1/31/3以上的收入以上的收入 贡献出口总额的贡献出口总额的90%90%就业人员就业人员80438043万万44教学运用改革开放改革开放2020多年来中国制造业的进步：多年来中国制造业的进步：1 1）引进国外先进技术）引进国外先进技术25002500多项，占全国的多项，占全国的1/31/3以上。近几年发展的新产品，以上。近几年发展的新产品，50%50%达到达到8080年代中后期的世界水平。年代中后期的世界水平。2 2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车280280万辆以上（其中万辆以上（其中轿车轿车120120万辆以上），大中型发电设备万辆以上），大中型发电设备12001200万千瓦以上（火电万千瓦以上（火电10001000万千瓦，万千瓦，水电水电200200万千瓦），大中型拖拉机万千瓦），大中型拖拉机1111万台以上，金切机床万台以上，金切机床1010万台以上。万台以上。3 3）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并）我国已成为世界最大的服装纺织品出口国；与日本、马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国。称世界消费类电子产品四大生产国。4 4）成功开发生产了运七、运八、新舟）成功开发生产了运七、运八、新舟6060等支线飞机。等支线飞机。5 5）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电）一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，沈阳变压器厂的5050万伏超高压万伏超高压变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、变压器，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的60006000米水下机器人等产品，米水下机器人等产品，清华大学制造工程研究所研制开发的并联构型机床。清华大学制造工程研究所研制开发的并联构型机床。4 4、中国制造业的成就及其重大意义、中国制造业的成就及其重大意义45教学运用存在差距存在差距 与国际先进水平比较，总体上差距与国际先进水平比较，总体上差距2020年。年。1 1）产品档次低，高水平产品所占比例小）产品档次低，高水平产品所占比例小 当代国际先进水平小于当代国际先进水平小于5 5，9090年代年代2525，8080年代年代4040。2 2）创新开发能力差，新产品贡献率低）创新开发能力差，新产品贡献率低 产品平均生命周期：我国产品平均生命周期：我国1010年，美国年，美国3 34 4年年 新产品贡献率：我国新产品贡献率：我国6 6（9797年），美国年），美国5252（9595年）年）3 3）专业化生产水平低）专业化生产水平低 基础零部件、产品配套、基础工艺专业化基础零部件、产品配套、基础工艺专业化4 4）生产管理技术水平落后）生产管理技术水平落后 计划经济，手工管理，计划经济，手工管理，4 4、中国制造业的成就及其重大意义、中国制造业的成就及其重大意义46教学运用世界上世界上7080以上的产品是制造出来的：如美以上的产品是制造出来的：如美国、瑞士。国、瑞士。高科技的发展需要先进制造技术，特别是精密制造高科技的发展需要先进制造技术，特别是精密制造技术：火箭、导弹等。技术：火箭、导弹等。信息技术的发展，给机械制造技术带来了新的活力：信息技术的发展，给机械制造技术带来了新的活力：柔性制造技术、集成制造系统、并行工程柔性制造技术、集成制造系统、并行工程 等。等。必须将基础科学研究与工程研究更紧密结合起来。必须将基础科学研究与工程研究更紧密结合起来。必须从实际出发必须从实际出发：如：如CIMS的经验。的经验。5 5、先进制造技术的现状与发展趋势先进制造技术的现状与发展趋势5.1 5.1 国际现状国际现状47教学运用5.2 5.2 国内现状国内现状传统机械仍占主导位置。传统机械仍占主导位置。先进制造系统与技术的研究，总体上看尚处先进制造系统与技术的研究，总体上看尚处在跟踪阶段，创新不多。在跟踪阶段，创新不多。5 5、先进制造技术的现状与发展趋势先进制造技术的现状与发展趋势5.2 5.2 国内现状国内现状48教学运用信息技术与制造技术的融合。信息技术与制造技术的融合。科学技术的综合是当前技术发展的一个重要特点。科学技术的综合是当前技术发展的一个重要特点。如：仿生学研究。如：仿生学研究。绿色制造是近年来发展最快的重点研究领域之一。绿色制造是近年来发展最快的重点研究领域之一。加强对机械制造学科的基础规律、机理的研究。加强对机械制造学科的基础规律、机理的研究。测量在现代制造技术中占有极重要的地位。如：虚测量在现代制造技术中占有极重要的地位。如：虚拟测量技术。拟测量技术。“可重组的制造系统可重组的制造系统”提出了一个值得注意的问题。提出了一个值得注意的问题。5 5、先进制造技术的现状与发展趋势先进制造技术的现状与发展趋势5.3 5.3 国际发展趋势国际发展趋势49教学运用微加工技术、绿色制造技术微加工技术、绿色制造技术网络制造技术网络制造技术（E-manufacturing）制造技术与信息技术的集成制造技术与信息技术的集成大批量定制生产大批量定制生产纳米技术、机器人纳米技术、机器人数字化（工厂：数字化（工厂：CAX/PDM）知识化：技术创新；产品及企业模块化知识化：技术创新；产品及企业模块化微小化、绿色化、智能化微小化、绿色化、智能化5 5、先进制造技术的现状与发展趋势先进制造技术的现状与发展趋势5.3 5.3 国际发展趋势国际发展趋势50教学运用21世纪的企业面临世纪的企业面临“管理革命管理革命”（1）分散网络化制造：以订单为纽带进行资源重组，企业）分散网络化制造：以订单为纽带进行资源重组，企业间动态联盟。如：香港。间动态联盟。如：香港。（2）“中场产业中场产业”的兴起的兴起（3）企业间从单纯竞争走向既有竞争、又有结盟之路）企业间从单纯竞争走向既有竞争、又有结盟之路绿色制造将成为绿色制造将成为21世纪制造技术重要特征。世纪制造技术重要特征。以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术得到超速发展以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术得到超速发展和应用：并行工程，快速原型制造技术。和应用：并行工程，快速原型制造技术。虚拟制造技术将广泛应用。虚拟制造技术将广泛应用。5 5、先进制造技术的现状与发展趋势先进制造技术的现状与发展趋势5.4 5.4 国内发展趋势国内发展趋势51教学运用制造业信息化：制造技术和制造业是一切技术制造业信息化：制造技术和制造业是一切技术的载体和的载体和“物化物化”手段，当然包括信息技术，手段，当然包括信息技术，但现代制造业的发展离不开信息技术。但现代制造业的发展离不开信息技术。含义含义：生产过程的自动化和信息化，制造业的：生产过程的自动化和信息化，制造业的企业管理信息化；包括数字化设计、数字化企业管理信息化；包括数字化设计、数字化加工、数字化装备、数字化管理，形成数字加工、数字化装备、数字化管理，形成数字化企业。化企业。5 5、先进制造技术的现状与发展趋势先进制造技术的现状与发展趋势5.4 5.4 国内发展趋势国内发展趋势52教学运用n6060年代全世界的各种刊物、书籍或各种媒体年代全世界的各种刊物、书籍或各种媒体所发布的知识、信息为所发布的知识、信息为7272万亿字符。万亿字符。n8080年代猛增加到年代猛增加到500500万亿字符。万亿字符。n19951995年发布的知识、信息总量则为年发布的知识、信息总量则为19851985年的年的24002400倍。即倍。即19951995年平均每天产生的信息量就年平均每天产生的信息量就等于十年前全年产生信息量的等于十年前全年产生信息量的6.576.57倍。倍。n20052005年我国网页总数约为年我国网页总数约为24.024.0亿个，同期相亿个，同期相比增幅为比增幅为269%269%，网页字节总数约为，网页字节总数约为67,300GB67,300GB，一年内增长一年内增长46,763GB46,763GB，同期相比增长率达到，同期相比增长率达到227.7%227.7%。6 6、知识经济下的先进制造技术知识经济下的先进制造技术6.1 6.1 知识爆炸知识爆炸53教学运用n1996年全球信息产业的总投资额为年全球信息产业的总投资额为6100亿美元。亿美元。n知识经济的产业基础正在形成。全美有知识经济的产业基础正在形成。全美有4万多家软件公司与万多家软件公司与300多家芯片公司。多家芯片公司。n1996年美国新增产值中，估计有年美国新增产值中，估计有13是由信息产业创造的。是由信息产业创造的。n86-96年间，美国上市公司投资回报率最高的年间，美国上市公司投资回报率最高的17家公司几乎全家公司几乎全是计算机软件开发、芯片制造和生物、医药方面的公司。是计算机软件开发、芯片制造和生物、医药方面的公司。n1986-1997的的12年期间，生产年期间，生产CPU的英特尔公司的股价上升了的英特尔公司的股价上升了2950%。n2001年，在美国约年，在美国约1/4的人口从事制造业，的人口从事制造业，70-80%的物质财富的物质财富来自制造业。而我国制造业仅占工业总产值的来自制造业。而我国制造业仅占工业总产值的42.75%。6 6、知识经济下的先进制造技术知识经济下的先进制造技术6.2 6.2 高新技术产业发展迅速高新技术产业发展迅速54教学运用从科学发现到技术发明从科学发现到技术发明科学发明科学发明年份年份技术发明技术发明年份年份孕育过程孕育过程(年）年）电磁感应原理电磁感应原理1831发电机发电机187241内燃机原理内燃机原理1862汽油内燃机汽油内燃机188321电磁波通讯原理电磁波通讯原理1895公众广播电台公众广播电台192126喷气推进原理喷气推进原理1906喷气发动机喷气发动机193529雷达原理雷达原理1925制出雷达制出雷达193510青霉素原理青霉素原理1928制出青霉素制出青霉素194315铀核裂变铀核裂变1938制出原子弹制出原子弹19457发现半导体发现半导体1948半导体收音机半导体收音机19546集成电路设计思想集成电路设计思想1952单片集成电路单片集成电路19597光纤通信原理光纤通信原理1966光纤电缆光纤电缆19704无线移动通信设想无线移动通信设想1974蜂窝移动电话蜂窝移动电话19784多媒体设想多媒体设想1987多媒体电脑多媒体电脑19914新一代设计芯片新一代设计芯片90年代新一代芯片新一代芯片90年代1.56 6、知识经济下的先进制造技术知识经济下的先进制造技术6.3 6.3 从科学到技术的距离缩短从科学到技术的距离缩短55教学运用n创造：发达国家用于研究和开发的经费已占创造：发达国家用于研究和开发的经费已占其其GDP的的2.8。n传输：信息高速公路。传输：信息高速公路。n利用：现代生产设备，如数控机床、柔性制利用：现代生产设备，如数控机床、柔性制造系统等处理信息与知识的能力很强。造系统等处理信息与知识的能力很强。6 6、知识经济下的先进制造技术知识经济下的先进制造技术6.4 6.4 创造、传输和处理知识能力空前增强创造、传输和处理知识能力空前增强56教学运用n世界富豪的交椅逐渐由石油大王、汽车皇帝向电脑世界富豪的交椅逐渐由石油大王、汽车皇帝向电脑奇才或芯片专家转移。靠知识致富的比尔奇才或芯片专家转移。靠知识致富的比尔盖茨已经盖茨已经连续五年荣登世界富豪的榜首。连续五年荣登世界富豪的榜首。n世界人才市场所青睐的是具有与高新技术相关的专世界人才市场所青睐的是具有与高新技术相关的专门技能和知识、受过良好教育的人员，而对于非技门技能和知识、受过良好教育的人员，而对于非技术人员或仅能从事一般重复性操作的人员的需求量术人员或仅能从事一般重复性操作的人员的需求量则明显减小。则明显减小。n在泰勒时代，在泰勒时代，10名工人中有名工人中有9名是干体力活的，到名是干体力活的，到90年代则只有两名在干体力活，预计到年代则只有两名在干体力活，预计到2010年将只有年将只有一名干体力活。一名干体力活。n世界各发达国家都在认真地发展教育，尤其是高等世界各发达国家都在认真地发展教育，尤其是高等教育和职业教育。教育和职业教育。6 6、知识经济下的先进制造技术知识经济下的先进制造技术6.5 6.5 知识正在成为最主要的社会财富知识正在成为最主要的社会财富57教学运用n知识经济的发展主要依赖于知识（或信息）的创造、知识经济的发展主要依赖于知识（或信息）的创造、传输与应用，自然资源的投入只起次要的作用。传输与应用，自然资源的投入只起次要的作用。n创新和发明是知识经济的灵魂。创新和发明是知识经济的灵魂。n创新包括：创新包括：原始创新、集成创新、引进消化再创新原始创新、集成创新、引进消化再创新 案例：海尔、华为、奇瑞案例：海尔、华为、奇瑞6 6、知识经济下的先进制造技术知识经济下的先进制造技术6.6 6.6 知识经济的关键是创新知识经济的关键是创新58教学运用“十一五十一五”期间，期间，863计划将以信息技术、计划将以信息技术、生物和医药技术、新材料技术、生物和医药技术、新材料技术、先进制造技先进制造技术术、先进能源技术、资源环境技术、海洋技、先进能源技术、资源环境技术、海洋技术、现代农业技术、现代交通技术和地球观术、现代农业技术、现代交通技术和地球观测与导航技术等关键高技术领域为重点。测与导航技术等关键高技术领域为重点。科技部网址：863计划网址： 7.7.59教学运用 863计划计划先进制造技术先进制造技术领域以瞄准先进制领域以瞄准先进制造技术发展的前沿，结合国民经济和国防建造技术发展的前沿，结合国民经济和国防建设的重大需求，从提高设计、制造和集成能设的重大需求，从提高设计、制造和集成能力入手，研究先进制造的关键技术、单元产力入手，研究先进制造的关键技术、单元产品与集成系统为指导思想。以推进制造业信品与集成系统为指导思想。以推进制造业信息化、自动化，发展节能、降耗、环保、高息化、自动化，发展节能、降耗、环保、高效制造业，用高新技术和先进适用技术改造效制造业，用高新技术和先进适用技术改造制造业，整体提升我国先进制造技术的研发制造业，整体提升我国先进制造技术的研发水平和自主创新能力为主要目标。水平和自主创新能力为主要目标。7.7.60教学运用n专题一、现代制造集成技术专题专题一、现代制造集成技术专题 离散制造业离散制造业n智能设计方法与技术智能设计方法与技术 n产品数字化定义及数据管理技术产品数字化定义及数据管理技术n产品性能驱动的优化设计技术产品性能驱动的优化设计技术 n制造系统建模与优化制造系统建模与优化 n工艺规划与制造过程仿真工艺规划与制造过程仿真 n制造质量预测与控制制造质量预测与控制 n业务驱动的协同管理技术业务驱动的协同管理技术 n异构数字化系统的集成方法与技术异构数字化系统的集成方法与技术n复杂产品协同设计仿真平台复杂产品协同设计仿真平台 n基于实时信息的制造系统基于实时信息的制造系统 n业务驱动的多企业信息系统集成业务驱动的多企业信息系统集成 7.7.61教学运用n专题一、现代制造集成技术专题专题一、现代制造集成技术专题 流程工业流程工业n传感器信息处理及软测量技术传感器信息处理及软测量技术 n过程数据校正与挖掘利用技术过程数据校正与挖掘利用技术 n先进过程控制与优化技术先进过程控制与优化技术 n生产过程智能计划与调度技术生产过程智能计划与调度技术 n流程过程性能监测与预警技术流程过程性能监测与预警技术 n面向节能降耗目标的优化控制技术面向节能降耗目标的优化控制技术 n全流程多尺度综合自动化集成应用平台技术全流程多尺度综合自动化集成应用平台技术 n以节能降耗为目标的典型行业生产过程集成控制应用以节能降耗为目标的典型行业生产过程集成控制应用 7.7.62教学运用n专题二、智能机器人技术专题专题二、智能机器人技术专题 n机器人智能技术机器人智能技术 n新型机构与驱动技术新型机构与驱动技术 n交互与网络遥操作技术交互与网络遥操作技术 n仿生机器人技术仿生机器人技术 n微机器人与微操作机器人技术微机器人与微操作机器人技术 n多机器人协调技术多机器人协调技术 n仿人机器人技术仿人机器人技术 n特殊环境应用的机器人技术特殊环境应用的机器人技术 7.7.63教学运用n专题三、极端制造技术专题专题三、极端制造技术专题 n微纳设计与工具技术微纳设计与工具技术 n微纳米加工技术微纳米加工技术 n微纳测试技术微纳测试技术n微纳制造设备技术微纳制造设备技术 n新型微纳器件与系统新型微纳器件与系统 n生化检测微纳系统生化检测微纳系统 n人体植入与介入医用微系统人体植入与介入医用微系统 n汽车车载微传感器汽车车载微传感器 7.7.64教学运用专题四、重大产品和重大设施寿命预测技术专题专题四、重大产品和重大设施寿命预测技术专题 n寿命和可靠性设计与分析技术寿命和可靠性设计与分析技术 n寿命和可靠性试验方法与评估技术寿命和可靠性试验方法与评估技术 n故障诊断与维修决策技术故障诊断与维修决策技术 n风险控制与安全分析技术风险控制与安全分析技术 7.7.65教学运用