现代加工技术-绪论课件

现代现代加工技术加工技术教授教授现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室本人信息蔡蔡 军军n办公室办公室:新主楼新主楼 A837n办公电话办公电话:8231-3931n手机手机 1352-052-7979nEmail:现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室课程简介l课程宗旨课程宗旨 掌握现代加工技术的基础知识、理论和方法。掌握现代加工技术的基础知识、理论和方法。培养分析和解决机械制造工程问题能力。培养分析和解决机械制造工程问题能力。了解现代加工技术的最新成就和发展趋势。了解现代加工技术的最新成就和发展趋势。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室课程简介l课程内容（课程内容（32h32h）第一部分第一部分 绪论绪论2h2h 第二部分第二部分 切削加工原理切削加工原理4h4h 第三部分第三部分 高速加工高速加工4h4h 第四部分第四部分 磨削与光整加工磨削与光整加工4h4h 第五部分第五部分 超声波加工超声波加工 2h2h 第六部分第六部分 电加工电加工 6h6h 第七部分第七部分 高能束流加工高能束流加工 6h6h 第八部分第八部分微纳加工微纳加工 4h4h现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室课程教材：1.左敦稳现代加工技术，北京：北京航空航天大学出版社，第2版或第3版.2.张辽远现代加工技术，机械工业出版社，2008参考书现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室其他参考书：张建华 精密与特种加工技术机械工业出版社 2003袁根福精密与特种加工技术 北京大学出版社 2007周兰英Modern machining technology北京理工大学出版社 2009王振龙微细加工技术国防工业出版社 2005参考书现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室第一章绪论现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室制造业的社会功能制造业制造业建筑机械建筑机械交通工具交通工具环保设备环保设备军事装备军事装备医疗设备医疗设备机器制造机器制造农业机械农业机械化工设备化工设备家用电器家用电器通讯设备通讯设备出版印刷出版印刷网络媒体网络媒体文化娱乐文化娱乐冶金机械冶金机械动力机械动力机械纺织服装纺织服装现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n制制造造（Manufacturing）：是是一一种种将将物物料料、能能量量、资资金金、人人力力资资源源、信信息息等等有有关关资资源源，按按照照社社会会的的需需求求，转转变变为为新新的的、有有更更高高应应用用价价值值的的有有形形物物质质产产品品和和无形软件、服务无形软件、服务等产品资源的等产品资源的行为和过程行为和过程。n国国际际生生产产工工程程研研究究院院（CIRPCIRP）定定义义：“制制造造是是一一个个涉涉及及制制造造工工业业中中产产品品设设计计、物物料料选选择择、生生产产计计划划、生生产产过过程程、质质量量保保证证、经经营营管管理理、市市场场销销售售和和服服务务的一系列相关活动和工作的总称的一系列相关活动和工作的总称”。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n制制造造技技术术（Manufacturing Technology）：是是按按照照人人们们所所需需的的目目的的，运运用用知知识识和和技技能能，利利用用客客观观物物质质工工具具，使使原原材材料料转转变变为为产产品品的的技技术术总总称称。也也可可以以说是完成制造活动所需的一切手段的总和。说是完成制造活动所需的一切手段的总和。n作作用用：一一方方面面创创造造价价值值，生生产产物物质质财财富富和和新新的的知知识识;另另一一方方面面为为国国民民经经济济各各个个部部门门包包括括国国防防和和科科学学技技术术的的进进步步提提供供先先进进的的手手段段和和装装备备。制制造造业业是是国国民民经经济和综合国力的支柱产业。济和综合国力的支柱产业。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术生产灵活性年份手工生产英式系统美式系统大批量制造泰勒制造统计过程控制数控柔性制造计算机集成制造1800183119001950197019871991先进制造（绿色、协同、网络化等）2001未来制造趋势：未来制造趋势：绿色、智能、绿色、智能、超常、融合、超常、融合、服务服务2011从生产灵活性看制造模式的变迁现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n先进制造技术产生的背景先进制造技术产生的背景n20世世 纪纪 80年年 代代 末末，国国 际际 上上 提提 出出 了了 先先 进进 制制 造造 技技 术术（Advanced Manufacturing Technology，AMT）的的新新概念。概念。nAMT最最早早源源于于美美国国。由由于于美美国国长长期期受受强强调调基基础础研研究究的的影影响响，忽忽视视制制造造技技术术的的发发展展，到到20世世纪纪70年年代代日日本本和和德德国国经济恢复时，美国制造业遇到了强有力的挑战；经济恢复时，美国制造业遇到了强有力的挑战；n20世世纪纪80年年代代初初期期，美美国国一一批批有有识识之之上上相相继继发发表表言言论论，对对美美国国制制造造业业的的衰衰退退进进行行了了反反思思，强强调调了了制制造造技技术术与与国国民民经经济济及及国国力力的的至至关关重重要要的的相相依依关关系系，强强调调了了制制造造技技术术的的重重要要性性。克克林林顿顿政政府府制制定定了了国国家家关关键键技技术术计计划划，并并对对其其技技术术政政策策做做了了重重大大调调整整。先先进进制制造造技技术术就就是是在在这这样样一一个社会经济背景下出台了。个社会经济背景下出台了。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n当当前前，AMT在在诸诸多多国国家家和和地地区区得得到到广广泛泛的的应应用用，并并且内涵不断发展。且内涵不断发展。n美国美国n2009年年制制定定了了重重振振美美国国制制造造业业框框架架，通通过过了了制制造造业促进法案业促进法案；n2011年年启启动动了了“先先进进制制造造伙伙伴伴计计划划（AMP）”，白白宫宫还还专门成立制造业政策办公室。专门成立制造业政策办公室。n2013 年年奥奥巴巴马马在在国国情情咨咨文文中中提提出出要要“确确保保下下一一次次制制造造业业革命在美国发生革命在美国发生”。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n欧洲欧洲n于于2009年年提提出出欧欧洲洲2020智智慧慧、可可持持续续、包包容容增增长长战战略略，重重点点发发展展信信息息、节节能能、新新能能源源和和以以智智能能为为标标志志的的先先进进制造业。制造业。n德国德国n德德国国一一直直专专注注于于创创新新工工业业科科技技产产品品的的科科研研和和开开发发，以以及及对对复复杂杂工工业业过过程程的的管管理理。德德国国制制造造工工业业在在世世界界上上拥拥有有领领头头羊羊的地位的地位。n2013年年提提出出以以网网络络智智能能制制造造为为核核心心实实现现产产业业升升级级的的“工工业业 4.0”目标。目标。n日本日本n拟拟通通过过发发展展协协同同式式机机器器人人、无无人人化化工工厂厂提提升升制制造造业业的的国国际际竞争力，创造新产业，开拓新市场。竞争力，创造新产业，开拓新市场。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n中国中国n“十十一一五五”国国家家战战略略性性新新兴兴产产业业发发展展规规划划把把能能源源、环环境境、制造制造放在十大优先发展领域的前三位；放在十大优先发展领域的前三位；n“十十二二五五”国国家家战战略略性性新新兴兴产产业业发发展展规规划划把把节节能能环环保保、信信息息技技术术、生生物物以以及及高高端端装装备备制制造造列列在在七七大大优优先先发发展展领领域域前前四位。四位。总之，世界科技与产业创新日新月异，新一代信息技术与新能源、新材料、先进制造、生物技术等深度融合，宽带无线、物联网、云计算、大数据、机器人、3D 打印等促进制造服务、经营管理的创新变革。绿色、智能、超常、融合和服务将成为全球制造技术和产业发展的关键词。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室原人大常委会副委员长宋健指出：原人大常委会副委员长宋健指出：“制制造造业业是是实实现现现现代代化化工工业业的的水水之之源源、木木之之本本，是是实实现现工工业业化化的的保保障障和和原原动动力力，是是国国家家实实力力的的脊脊梁梁，是是支支持持共共和和国国大大厦厦的的基基石石。没没有有强强大大制制造造能能力力的的国国家家永永远远成成不不了了经经济济强强国国。”我我国国制制造造装装备备（机机床床）业业又又得得到到了了一一次次难难得得的的历历史史发发展机遇。展机遇。1.0先进制造技术n中国中国现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n中国中国先进先进制造制造技术发展状况技术发展状况n1、计算机辅助设计（、计算机辅助设计（CAD）技术普及化）技术普及化n2、快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模、快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模n3、精精密密成成形形与与加加工工技技术术水水平平显显著著提提高高，在在汽汽车车零零部部件件、重大装配制造中获得广泛应用。重大装配制造中获得广泛应用。n4、热热加加工工工工艺艺模模拟拟优优化化技技术术取取得得重重要要进进展展，使使材材料料热热加加工由工由“技艺技艺”走向走向“科学科学”。n5、激激光光加加工工在在基基础础研研究究和和技技术术开开发发方方面面有有实实质质性性进进展展，产业应用获得经济效益。产业应用获得经济效益。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.0先进制造技术n中国中国先进先进制造制造技术发展状况技术发展状况n6、数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高。、数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高。n7、现现场场总总线线智智能能仪仪表表研研究究开开发发获获重重要要进进展展，应应用用已已有有一一定的基础。定的基础。n8、微微型型机机械械研研究究进进展展迅迅速速，标标志志着着先先进进制制造造技技术术正正向向微微观领域扩展。观领域扩展。n9、现现代代集集成成制制造造系系统统研研究究和和应应用用取取得得突突破破，在在国国际际上上占占有一席之地。有一席之地。n10、新新生生产产模模式式的的研研究究和和实实践践具具有有特特色色，推推动动了了中中国国制制造业的技术进步和管理现代化。造业的技术进步和管理现代化。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.1先进制造产品的发展趋势：精、极、文n“精精”应理解为应理解为“精确化精确化”。n几何形体几何形体及表面及表面要精密，几何要精密，几何“精度精度”越来越高越来越高；n产产品品性性能能(机机械械、理理化化、乃乃至至生生化化性性能能等等)要要精精确确，即即性性能能“精度精度”越来越高。越来越高。n“极极”指指“极端化极端化”。n几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平等平等；n物物理理性性能能上上，极极高高硬硬度度、塑塑性性、弹弹性性、磁磁性性、耐耐温温性性、抗抗腐蚀性腐蚀性等等；有时还得在极端条件下进行制造。；有时还得在极端条件下进行制造。n“文文”应理解为应理解为“人文化人文化”。n不不仅仅要要实实用用，还还要要美美观观；不不仅仅耐耐看看，还还有有内内涵涵。“工工业业设设计计”等学科即由此而生。等学科即由此而生。n文还可扩大文还可扩大至至文明化生产文明化生产，是先进制造技术发展的新义。是先进制造技术发展的新义。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.2先进制造过程的发展趋势：绿、快、省、效n“绿绿”是指是指“绿色绿色”n制制造造业业的的产产品品从从构构思思开开始始，到到设设计计、制制造造、销销售售、使使用用、维维修修，直直到到回回收收再再制制造造的的产产品品全全生生命命周周期期，都都必必须须考考虑虑自然、社会自然、社会环境环境等的等的保护。保护。n“快快”是指是指“快速化快速化”。n市场快速响应，生产快速重组市场快速响应，生产快速重组；n生产模式有高度柔性与高度敏捷性。生产模式有高度柔性与高度敏捷性。n“快快”是先进制造技术发展的是先进制造技术发展的“动力动力”。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.2先进制造过程的发展趋势：绿、快、省、效n“省省”是指是指“节省节省”n制制造造过过程程必必须须省省材材、省省能能、省省工工，这这是是市市场场经经济济必必然然的的要求。要求。n“省省”是先进制造技术发展的是先进制造技术发展的“原则原则”。n“效效”指指“高效高效”n要有要有“高生产率高生产率”：单位时间内生产的产品数量多。单位时间内生产的产品数量多。n“效效”是先进制造技术发展的是先进制造技术发展的“追求追求”。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.3先进制造方法的发展趋势：数、自、集、网、智n“数数”即指即指“数字化数字化”n“工工业业化化”发发展展的的核核心心是是“信信息息化化”，“信信息息化化”的的核核心是心是“数字化数字化”，因此，因此“数数”是核心。是核心。n其其发展必将导致制造技术的重大发展与变革。发展必将导致制造技术的重大发展与变革。n“自自”即指即指“自动化自动化”n“自自动动化化”已已从从一一般般的的自自动动控控制制、自自动动调调节节、自自动动补补偿偿等发展到自组织、自维护、自修复等更高的水平等发展到自组织、自维护、自修复等更高的水平。n“自自”是是实现实现先进制造的先进制造的前提前提。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.3先进制造方法的发展趋势：数、自、集、网、智n“集集”即指即指“集成化集成化”n先先进进制制造造技技术术就就是是制制造造技技术术、信信息息技技术术、管管理理科科学学与与有有关关科学技术的集成。科学技术的集成。n集成，就是交叉，是融合，是集成，就是交叉，是融合，是博采众长、博采众长、兼收并蓄兼收并蓄。DMG高速铣削与增材制造复合机床高速铣削与增材制造复合机床n“集集”是先进制造技术发展的是先进制造技术发展的“方法方法”。n“网网”即指即指“网络化网络化”n“网网络络化化”是是信信息息技技术术与与通通信信技技术术的的交交融融。网网络络化化既既是是制制造造业业信信息息化化、集集成成化化必必需需的的基基础础，又又是是制制造造业业信信息息化化、集集成成化化进进一一步步发发展展的的需需要要，这这将将使使制制造造企企业业走走向向全全球球化化、整整体化、有序化，资源互补共享。体化、有序化，资源互补共享。n“网网”是先进制造技术发展的是先进制造技术发展的“道路道路”。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.3先进制造方法的发展趋势：数、自、集、网、智n“智智”即指即指“智能化智能化”。n“智智能能化化”将将使使制制造造过过程程具具有有处处理理大大量量各各种种信信息息的的能能力力，具具有有强强大大的的自自诊诊断断、自自修修复复和和自自组组织织能能力力，主主动动协协调调与与协同能力以及非逻辑处理能力。协同能力以及非逻辑处理能力。n它它将将是是数数字字化化、自自动动化化、集集成成化化、网网络络化化的的有有机机交交融融与与高度发展。高度发展。n但但是是，这这决决不不意意味味完完全全取取代代人人，而而是是“人人”与与“机机”的的高度协调与有机一体。高度协调与有机一体。n所以，所以，“智智”是先进制造技术发展的是先进制造技术发展的“前景前景”。德国的德国的“工业工业4.04.0”就是智能化的典型代表就是智能化的典型代表现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产nIndustry 4.0 德国高科技战略计划首位德国高科技战略计划首位“工业4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产时间时间复复杂杂程程度度工业革命工业革命1.018世纪末1784工业革命工业革命2.020世纪初电气广泛应用蒸汽机工业革命工业革命3.0电子、IT、工业机器人工业革命工业革命4.0信息物联系统nIndustry 4.0 被誉为第四次工业革命被誉为第四次工业革命21世纪初20世纪中后期现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产智能化环境智能化环境嵌入式计算机嵌入式计算机智能工厂智能工厂智能手机智能手机智能卡智能卡90%的计算机的计算机都是嵌入式都是嵌入式多个计算机：多个计算机：1个用户个用户1个计算机：个计算机：1个用户个用户PC中央计算机中央计算机1个计算机：个计算机：多个用户多个用户基于物联网与服务的智能基于物联网与服务的智能环境发展过程环境发展过程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产高精度高精度高品质多品种小高品质多品种小批量的批量的智能产品智能产品绿色生产绿色生产：清洁：清洁、资源、资源利用率高的可持续发展利用率高的可持续发展智能工厂位于城市智能工厂位于城市的的城市生产城市生产工业工业4.04.0现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产nIndustry 4.0德国高科技战略计划德国高科技战略计划n两大主题：两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂、智能生产n智慧工厂智慧工厂p重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现n智能生产智能生产p主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产nIndustry 4.0德国高科技战略计划德国高科技战略计划n两大主题：两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂、智能生产n三个设想：三个设想：产品、设施、管理产品、设施、管理n产产品品：集集成成有有动动态态数数字字存存储储器器、感感知知和和通通信信能能力力，承承载载着着在在其其整整个个供供应应链链和和生生命命周周期期中中所所需需的的各各种种必必需信息需信息n设施：设施：由整个生产由整个生产价值链价值链所集成，可实现自组织所集成，可实现自组织n管理：管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程能够根据当前的状况灵活决定生产过程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂的架构智慧工厂的架构基于物联网和服务互联网基于物联网和服务互联网物联网物联网服务互联网服务互联网智能物料智能物料APP平台平台智能产品智能产品APP平台平台信息物理生产信息物理生产系统系统智慧工厂智慧工厂APP平台平台基于语义的基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP 智慧工厂让用户的个性定制化需求得以满足，这就意味着，即使是一次性的产品也可以通过颇具收益的方式制造出来。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂的流程智慧工厂的流程 基于云安全网络基于云安全网络智能物料智能物料智能产品智能产品云安全网络智慧工厂智慧工厂2N2N智慧工厂智慧工厂1 1智能智能机床机床1智能智能机床机床2面向机床的面向机床的APPAPP平台平台信息物理生产系统信息物理生产系统机床间通信机床间通信现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂的车间智慧工厂的车间 基于无线、基于无线、RFID、传感器和服务的架构、传感器和服务的架构现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0下的产品特点下的产品特点集成了信息存储、传感、无线通信功集成了信息存储、传感、无线通信功能能n产品是信息载体产品是信息载体p产品在整个完整的供应链和生命周期中产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带有自身信息都一直带有自身信息n产品是一个产品是一个agentp产品会影响其所在环境产品会影响其所在环境n产品具有自监测功能产品具有自监测功能p产品会对其自身状态和环境进行监测产品会对其自身状态和环境进行监测我生产于2010年4月30日，5月3日出厂请握中间已经打开2分钟了，请盖上 智能辅助系统可以把工人从单调、程式化的工作中智能辅助系统可以把工人从单调、程式化的工作中解放出来，使其能够将精力集中在创新和增值业务上。解放出来，使其能够将精力集中在创新和增值业务上。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n面向智慧工厂的室内精确定位面向智慧工厂的室内精确定位现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂中的增强现实技术智慧工厂中的增强现实技术2014年汉诺威工业博览会上展示的面向“工业4.0”的装配生产线模型现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂中的机器人技术智慧工厂中的机器人技术今天今天明天明天机器人不再被固定机器人不再被固定在安全在安全工作地工作地点，点，而是而是与人一起与人一起协同工作。协同工作。新一代轻新一代轻量化，量化，灵活的机器人与人类在智能灵活的机器人与人类在智能工厂工厂一起协同工作一起协同工作现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂中的智能装配智慧工厂中的智能装配DFKI研发的抽象产品研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配在头部安装立体在头部安装立体相机，在手臂靠相机，在手臂靠近物体的地方安近物体的地方安装装3D3D摄像头摄像头机器人利用左手内部天线从产品内存中读机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书从信息物理系统中获得产品装配说明书现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPS）n信信息息物物理理系系统统（CyberPhysicalSystem，CPS）强强调调物物理过程与信息间的反馈理过程与信息间的反馈。n2008年年美美国国加加利利福福利利亚亚大大学学的的Lee.E在在其其技技术术报报告告信信息息物物理理系系统统：设设计计挑挑战战中中指指出出：信信息息物物理理系系统统是是计计算算和和物物理理过过程程的的整整合合集集成成。嵌嵌入入式式计计算算机机和和网网络络对对物物理理过过程程进行监测和进行监测和控制控制。n从从自自动动化化技技术术的的观观点点看看，CPS是是一一种种工工程程系系统统，由由一一个个嵌嵌入入在在物物体体中中的的计计算算和和通通信信的的内内核核，以以及及物物理理环环境境中中的的结构监测结构监测和控制。（和控制。（KarlHenrikJohansson，2011）n以以信信息息物物理理生生产产系系统统CPPS为为模模型型构构建建智智慧慧工工厂厂，或或者者数数字化工厂字化工厂现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPS）算法算法文档文档三维三维模型模型工艺工艺数据数据CPS：系统中的物理对象和：系统中的物理对象和相应的虚拟相应的虚拟对对象通过泛在信息象通过泛在信息网络进行通信网络进行通信Cyber：算法和服务，服务的动态集成：算法和服务，服务的动态集成和服务提供商，并和服务提供商，并跨越边界进行信息跨越边界进行信息交流交流Cyber：包括包括3D模型，仿真模型，文档，模型，仿真模型，文档，关系关系，工作，工作条件条件等数据能够通过可变信息等数据能够通过可变信息网络在网络在任何地方和任何任何地方和任何时间进行搜集时间进行搜集Physcial：在生产系统中的人和自动化模块：在生产系统中的人和自动化模块具有智能化、自我解释、自我意识、自我具有智能化、自我解释、自我意识、自我诊断、交互评估能力诊断、交互评估能力CPS系统触发了工业自动化模式转变系统触发了工业自动化模式转变服务服务云云物理物理对象对象现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPS）通过价值链实现横向集成通过价值链实现横向集成跨整跨整个价个价值链值链的工的工程程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0自动化自动化-信息物理系统（信息物理系统（CPS）垂直集成与网络化制造垂直集成与网络化制造在在明天明天的智的智慧慧工厂工厂，生产结构，生产结构不会是不会是固定的，预定义的。相固定的，预定义的。相反，一组反，一组IT配置的配置的规则规则将被定义，可以根据具体将被定义，可以根据具体情况情况进行工进行工厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型，数据，通信，数据，通信和计算和计算算法的所有相关要求。算法的所有相关要求。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0战略重点关注以下战略重点关注以下8个方面内容个方面内容：n（1）标准化和参考架构建设）标准化和参考架构建设；n（2）管理）管理复杂系统的工具和方法复杂系统的工具和方法；n（3）宽带基础）宽带基础设施建设，实现互联互通设施建设，实现互联互通；n（4）信息安全和系统）信息安全和系统保护；保护；n（5）新）新的组织与工作设计的组织与工作设计，适应，适应智能化工厂时代智能化工厂时代；n（6）建建立立最最佳佳实实践践网网络络和和数数字字化化学学习习工工具具，推推进进终终身身学学习和个人的职业发展习和个人的职业发展；n（7）针对新的产业革命设计科学的管制框架）针对新的产业革命设计科学的管制框架；n（8）有效地提高资源利用效率，实现全方位的绿色化。）有效地提高资源利用效率，实现全方位的绿色化。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n智能产品案例智能产品案例-智能化汽车智能化汽车动力管理动力管理APP驾驶员辅助驾驶员辅助APP智能用户界面智能用户界面APP绿色驾驶绿色驾驶APP现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产n德国一些企业已经开始实施德国一些企业已经开始实施industry 4.0TRUMPF公司SAP公司WITTENSTEIN公司FESTO公司BOSCH公司现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.4工业4.0从智慧工厂到智能生产现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1 1、基础技术、基础技术 第第一一层层次次是是优优质质、高高效效、低低耗耗、清清洁洁基基础础制制造造技技术术。经经过过优优化化的的基基础础工工艺艺如如机机械械加加工工、铸铸造造、锻锻压压、焊焊接接、热热处处理理、表表面保护等。面保护等。2 2、新型的制造单元技术、新型的制造单元技术 第第二二个个层层次次是是新新型型的的先先进进制制造造单单元元技技术术。这这是是在在市市场场需需求求及及新新兴兴产产业业的的带带动动下下，制制造造技技术术与与电电子子、信信息息、新新材材料料、新新能能源源、环环境境科科学学、系系统统工工程程、现现代代管管理理等等高高新新技技术术结结合合而而形形成成的的崭新的制造技术。崭新的制造技术。1.5先进制造技术构成现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室3 3、集成技术、集成技术 第第三三个个层层次次是是先先进进制制造造集集成成技技术术。这这是是应应用用信信息息、计计算算机机和和系系统统管管理理技技术术对对上上述述两两个个层层次次的的技技术术局局部部或或系系统统集集成成而而形形成成的先进制造技术的高级阶段。如：的先进制造技术的高级阶段。如：FMS、CIMS、工业、工业4.0等。等。其其中中 基基础础技技术术 及及 新新型型的的制制造造单单元元技技术术 统统称称为为加加工工工工艺艺技技术，是制造技术的核心。术，是制造技术的核心。加加工工技技术术定定义义：采采用用某某种种工工具具（包包括括刀刀具具）或或能能量量流流通通过过变变形形、去去除除、连连接接、改改性性或或者者增增加加材材料料等等方方式式将将工工件件材材料料制制成成满满足足一一定定设设计计要要求求的的半半成成品品或或成成品品的的技技术术过过程程的的总总称称。目目的的是是获得一定的表面几何形状、几何精度和表面质量。获得一定的表面几何形状、几何精度和表面质量。1.5先进制造技术构成现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n加工加工技术的技术的地位地位n一一方方面面人人类类不不断断发发明明新新产产品品、新新材材料料，对对加加工工技技术术不不断断提出新的要求。提出新的要求。n另另一一方方面面新新的的加加工工方方法法不不断断出出现现，在在加加工工效效率率、精精度度、成本等诸多方面提高了人类开发和制造新产品的能力。成本等诸多方面提高了人类开发和制造新产品的能力。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n加工加工技术分类技术分类n分类方法一（按加工时是否加热）：分类方法一（按加工时是否加热）：p冷冷加加工工：车车、铣铣、刨刨、磨磨、抛抛、钻钻、拉拉、镗镗、铰铰、攻攻、滚滚插、冲、挤等。插、冲、挤等。p热加工：铸、煅、焊、热处理等。热加工：铸、煅、焊、热处理等。n分类分类方法二（按能量形式）：方法二（按能量形式）：p机机械械加加工工、电电加加工工、光光加加工工、声声加加工工、振振动动加加工工、热热加加工工、化学加工、生物加工。（物理、化学、生物，组合）化学加工、生物加工。（物理、化学、生物，组合）n分类分类方法三（按加工对象几何形状）：方法三（按加工对象几何形状）：p平平面面加加工工、槽槽加加工工、外外圆圆加加工工、孔孔加加工工、螺螺纹纹加加工工、齿齿轮轮加工、非圆曲面加工。（加工也决定设计）加工、非圆曲面加工。（加工也决定设计）n分类分类方法四（按加工前后材料增减变化）：方法四（按加工前后材料增减变化）：p去除（或者减材）加工、增材加工、变形加工、表面加工。去除（或者减材）加工、增材加工、变形加工、表面加工。p按按微微结结构构与与尺尺度度：表表面面加加工工、微微米米/纳纳米米加加工工、分分子子级级加加工工等。等。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n金属金属切削切削加工加工n用用刀刀具具或或磨磨具具去去除除工工件件余余量量，得得到到符符合合设设计计图图纸纸要要求求的的尺尺寸寸、精精度度、表表面面粗粗糙糙度度及及表表面面质质量量的的加加工工方方法法。它它是是机机械械制制造造最最基基本本的的加加工工方方法法。另另一一方方面面新新的的加加工工方方法法不不断断出出现现，在在加加工工效效率率、精精度度、成成本本等等诸诸多多方方面面提提高高了了人人类开发和制造新产品的能力。类开发和制造新产品的能力。钻头钻头铣刀铣刀车刀车刀现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n先进先进加工加工技术技术-分类分类：（与普通加工区别开）：（与普通加工区别开）n 高速高速高速切削高速切削n 高效高效高生产率高生产率n 精密精密精密、超精密精密、超精密n 微细微细工件特征尺寸小、刀具小工件特征尺寸小、刀具小n 自动化自动化数控机床代替普通机床、机动代替手动数控机床代替普通机床、机动代替手动n 绿色化绿色化环保、节能、循环环保、节能、循环现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n先进先进加工加工技术技术-加工加工精度的发展（精密化精度的发展（精密化）现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n先进加工技术先进加工技术-加工效率的发展（高速化加工效率的发展（高速化）n高速切削技术日益进步：高速切削技术日益进步：p 电主轴与直线进给电机速度已提高一个数量级。电主轴与直线进给电机速度已提高一个数量级。p 60000r/min，80KW主轴；主轴；100m/min，2g直线电机直线电机现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n先进加工技术先进加工技术-加工效率的发展（高速化加工效率的发展（高速化）n高速高速切削技术需求日益广泛：切削技术需求日益广泛：p 整整体体结结构构件件切切削削量量极极大大，使使加加工工时时间间减减小小50%，降降低低铣铣削削变形。变形。p 磨具制造业广泛采用高速铣削，加工效率成倍提高磨具制造业广泛采用高速铣削，加工效率成倍提高现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n先进加工技术先进加工技术-加工尺度的发展（极限化加工尺度的发展（极限化）n超小化：毫米级超小化：毫米级微米级微米级纳米级纳米级分子级分子级n超超大大化化：十十几几米米整整体体机机翼翼、几几米米模模锻锻壁壁板板、几几米米整整体体叶叶轮、几米镜头等轮、几米镜头等n复复杂杂化化：复复杂杂结结构构精精铸铸、复复杂杂结结构构数数控控铣铣、复复杂杂孔孔系系打打孔等孔等n集集 成成 化化：MEMS、Nano-MEMS、Photo-MEMS、Power-MEMS、Bio-MEMS等等现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n先进加工技术先进加工技术-加工智能的发展（智能化）加工智能的发展（智能化）n自动产生零部件的加工方案和初步的加工参数。自动产生零部件的加工方案和初步的加工参数。n 根据外部传感器信号的变化，实时监测加工过程的能力。根据外部传感器信号的变化，实时监测加工过程的能力。n 根据工件形状变化实时优化调整加工参数。根据工件形状变化实时优化调整加工参数。n 对机床故障进行自诊断、自排出、自修复。对机床故障进行自诊断、自排出、自修复。n 能为操作人员提供人机一体化的智能交互界面。能为操作人员提供人机一体化的智能交互界面。n 加工系统具有自学习、自积累的知识系统加工系统具有自学习、自积累的知识系统。工业工业4.0就是智能化的典型代表。就是智能化的典型代表。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室各种加工过程监测传感器各种加工过程监测传感器现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n先进加工技术先进加工技术-加工环境的发展（绿色化加工环境的发展（绿色化）n低能耗：降低切削力、减少工序。低能耗：降低切削力、减少工序。n 低低排排放放：较较少少切切削削液液、电电解解液液、电电镀镀液液、激激光光与与电电火火花花排排放。放。n 低材耗：精毛坯，少无屑加工，优化下料。低材耗：精毛坯，少无屑加工，优化下料。n 再制造：延长产品使用周期，修复再使用。再制造：延长产品使用周期，修复再使用。n 差差距距：制制造造业业产产品品耗耗能能和和产产值值能能耗耗约约占占全全国国一一次次能能耗耗的的60%，单单位位产产品品能能耗耗平平均均高高出出国国际际先先进进水水平平的的2030%；单单位产值产生的污染远高出发达国家位产值产生的污染远高出发达国家。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室1.6现代加工技术n切削切削加工的基本加工的基本问题问题n切削力与切削振动控制问题切削力与切削振动控制问题n切削温度与刀具磨损控制问题切削温度与刀具磨损控制问题n切屑控制问题切屑控制问题n表面完整性控制问题表面完整性控制问题n加工精度控制问题加工精度控制问题n加工效率控制问题加工效率控制问题n工艺优化问题工艺优化问题切削加工加工质量加工成本加工效率现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室录像展示现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室本节完本节完