先进制造技术绪论2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,先进制造技术,Advanced Manufacturing Technology,课时安排,绪论 -3学时,高速与超高速加工技术 -3学时,高能束加工技术 -3学时,纳米技术 -3学时,快速原型制造及现代制造装备 -3学时,微机电系统 -3学时,现代制造模式与管理 -3学时,教材及考核方式,教材及参考书,教 材：吉卫喜主编，现代制造技术与装备（高等教育出版社）,参考书：庄品等主编，现代制造系统 （科学出版社）,成绩考核,习题作业占30%,读书报告（大作业）占70%,高速加工技术,21世纪科学技术发展的总趋势,中国制造业成就及其重大意义,2,1,3,4,制造业面临的竞争和挑战,制造技术的发展,制造的概念,5,先进制造技术,6,1、制造的概念,1.1 概念,制造（Manufacturing):,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。,狭义,：为机电产品的机械加工工艺过程,广义,：国际生产工程学会1990年：,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。),1、制造的概念,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,制造过程,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。,制造业,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。,制造系统,制造系统是制造业的基本组成实体。,结构：,是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、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、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。,1、制造的概念,2、制造技术的发展,2.1 制造创造了人类,2.2 制造业发展历程,2.3 制造业发展的经验与教训,2.4 制造业产业革命的生力军,2.1 制造业创造了人类,1）人从猿进化而来, 人猿分离, 是由于人学会双足行走和用手制造并使用工具。,2）中国的元谋人（170万年前的南方古猿）、非洲人早在160万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始制造业。饮食改善促进了脑的发展。200万年前的猿人 脑容量约为700毫升，100万年前的直立人脑容量约为1000毫升，50万年前增加到1200毫升，1929年发现的57万年前的北京（直立）猿人为1050毫升， 而现代人的脑容量平均为1450毫升，现代人的大脑皮层褶皱面积为 1700-2200平方厘米，是黑猩猩的3倍。,3）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。动物所做到的最多是收集,而人则从事生产。”,1）用机器代替手工，从作坊形成工厂,19世纪机器在英国诞生，先后传入法国、德国和美国。,2）从单件生产方式发展成大量生产方式,泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。,福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线,3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术,柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造,2.2 制造业发展的历程,2.3 制,造,造业发展的,经,经验与教训,一、美国,1) 上个,世,世纪70年,代,代,美国不,重,重视制造业,把制造业,称,称为“夕阳,工,工业”,结,果,果导致美国80年代的,经,经济衰退。,2) 80,年,年代后期，,美,美国的一些,国,国会议员、,政,政府要员纷,纷,纷要求政府,出,出面，协调,和,和支持制造,产,产业的发展,，,，1991,年,年，老布什,政,政府期间，,美,美国白宫科,学,学技术政策,办,办公室发表,了,了总数为22项的美国,国,国家关键技,术,术，其中制,造,造技术占4,项,项，标志着,美,美国科技政,策,策的转变。,3) 克林,顿,顿上台后，,对,对制造业大,力,力支持，他,把,把先进制造,技,技术列为六,大,大国防关键,技,技术之首。,结,结果美国在,机,机械工业、,汽,汽车工业、,航,航空工业及,信,信息产业等,方,方面取得了,明,明显的进展,，,，使美国的,经,经济连续8,年,年取得了2-3%的增,长,长率，而且,还,还同时保持,低,低通胀率和,低,低失业率。,这,这就是克林,顿,顿虽发生丑,闻,闻而未被弹,劾,劾的主要原,因,因。,2.3 制,造,造业发展的,经,经验与教训,二、日本,1）在上个,世,世纪70-80年代，,日,日本非常重,视,视制业，特,别,别大抓了汽,车,车制造和微,电,电子制造，,结,结果日本的,汽,汽车和家用,电,电器占领了,全,全世界的市,场,场，特别是,大,大举进入了,美,美国市场。,2）日本的,微,微电子芯片,成,成为美国高,技,技术产品的,关,关键元件。1991年,海,海湾战争结,束,束后，日本,人,人说美国赢,得,得这场战争,是,是依靠的日,本,本的芯片，,是,是“日本的芯片,打,打败了伊拉,克,克的钢片”。,三、东南亚,1）1998年爆发的,东,东南亚经济,危,危机，从另,一,一个侧面反,映,映了一个国,家,家发展制造,业,业的重要。,一,一个国家，,如,如果把经济,的,的基础放在,股,股票、旅游,、,、金融、房,地,地产、服务,业,业上，而无,自,自己的制造,业,业，这个国,家,家的经济就,容,容易形成泡,沫,沫经济，一,有,有风吹草动,就,就会产生经,济,济危机。,2）新加坡,、,、台湾都有,自,自己的制造,业,业，因此受,经,经济危机的,影,影响小一些,。,。,2.3 制,造,造业发展的,经,经验与教训,四、 瑞士,依,依靠什么使,人,人均产值居,世,世界第一？,1）瑞士是,一,一个仅700万人口的,小,小国，但瑞,士,士的制造业,十,十分发达，,瑞,瑞士的精密,机,机械产品的,出,出口量是我,国,国的8倍，,瑞,瑞士的手表,世,世界第一，,连,连小小的军,刀,刀，也风靡,全,全世界。,2）现在瑞,士,士的年人均,国,国民生产总,值,值达到4.3万美元以,上,上,居世界,第,第一。,2.3 制,造,造业发展的,经,经验与教训,2.4 制,造,造业是产业,革,革命的主力,军,军,一、 第一,次,次产业革命,：,：1733-1878,1）又称为,：,：蒸汽革命,。,。,2）产业革,命,命的标志：,瓦,瓦特发明的,蒸,蒸汽机。,3）英国的,制,制造业孕育,和,和实现了瓦,特,特的发明,4）制造业,和,和瓦特的发,明,明推动了热,力,力学理论,的诞生。,2.4 制,造,造业是产业,革,革命的主力,军,军,二、第二次,产,产业革命：1879-1945,1）又称为,：,：电气革命,。,。,2）产业革,命,命的标志：,电,电灯（爱迪,生,生）、电话,（,（贝尔）、,电,电机（西门,子,子）等电气,化,化产品。,3）制造业,肇,肇始了电的,应,应用，而后,才,才有麦克斯,韦,韦电动力学,理,理论的诞生,。,。,4）麦克斯,韦,韦电动力学,理,理论推动了20世纪初,开,开始的无线,电,电、微波、,雷,雷达、合成,孔,孔径、微波,成,成像、卫星,通,通信、宇宙,微,微波探测等,技,技术的发展,。,。,5）牛顿力,学,学和电动力,学,学又为量子,力,力学的发展,指,指引了道路,，,，导致了量,子,子场论的创,立,立。,2.4 制,造,造业是产业,革,革命的主力,军,军,三、第三次,产,产业革命：1945-1972,1）又称为,：,：电子（原,子,子）革命。,2）产业革,命,命的标志：,原,原子弹（1945）、,电,电子计算机,（,（1946,）,）、晶体管,（,（1948,）,）、集成电,路,路、微电子,技,技术等。,3）微电子,制,制造技术开,创,创了全新的,信,信息时代。,2.4 制,造,造业是产业,革,革命的主力,军,军,四、第四次,产,产业革命：1973-,1）又称为,：,：高新技术,产,产业革命。,2）产业革,命,命的标志：,众,众多高新技,术,术产品，如,微,微电子产品,、,、电脑、新,一,一代通信产,品,品、新一代,汽,汽车、磁悬,浮,浮列车、新,一,一代飞机、,机,机器人、生,物,物工程产品,、,、新一代药,物,物、绿色食,品,品、转基因,产,产品等等。,3）微器件,制,制造工艺，,如,如拉单晶、,掺,掺杂、扩散,、,、离子注入,、,、外延、溅,射,射、化学沉,积,积（CVD,）,）、光刻、,表,表面贴装、,自,自动化组装,、,、进而到纳,米,米器件制造,工,工艺将把高,新,新技术产业,革,革命推向顶,峰,峰。,3.1,中心科学技,术,术的转移,1）信息科,学,学技术,目前是发展,高,高峰期，预,计,计其中心科,学,学技术的地,位,位还可 持,续,续四十年。,2）生命科,学,学技术,现在已开始,注,注重其发展,与,与应用，预,计,计21世纪30年代开,始,始逐步转变,为,为中心科学,技,技术。,3）认知科,学,学技术,智能化趋势,现,现已显露，,预,预计21世,纪,纪70年代,开,开始将成为,科,科学技术发,展,展的中心,3、二十一,世,世纪科学技,术,术发展的总,趋,趋势,3.2,世界科技中,心,心（地区或,国,国家）的转,移,移,中国（公元3世,纪,纪公元13世纪),意大利（1540,年,年1610年）,英国（1660,年,年1730年）,法国（1770,年,年1830年）,德国（1810,年,年1920年）,美国（1920,年,年,）,）,可能转向东,方,方（日本、,中,中国）,3、二十一,世,世纪科学技,术,术发展的总,趋,趋势,3、二十一,世,世纪科学技,术,术发展的总,趋,趋势,3.3,高技术及其,产,产业领域,(1)信息科学技,术,术（包括微,电,电子、光电,子,子科学技术,）,）,(2)生物,科,科学技术（,包,包括生命科,学,学技术）,(3)新能,源,源科学技术,（,（包括核能,科,科学技术）,(4)新材,料,料科学技术,（,（包括纳米,科,科学技术）,(5)环境,科,科学技术（,包,包括地球科,学,学技术）,(6)航空航天科,学,学技术（包,括,括军事科学,技,技术）,(7)海洋,科,科学技术（,包,包括地球科,学,学技术）,(8)先进制造科,学,学技术（包,括,括微机电系,统,统科学技术,）,）,(9)管理,科,科学技术（,包,包括软科学,技,技术）,(10)认,知,知科学技术,（,（包括人脑,和,和智能系统,科,科学技术）,3、二十一,世,世纪科学技,术,术发展的总,趋,趋势,科学,物质科学,生命科学,技术,信息技术,生物技术,纳米技术,3.4 二,十,十一世纪改,变,变人类的科,学,学与技术,从科学发现,到,到技术发明,3、二十一,世,世纪科学技,术,术发展的总,趋,趋势,科学发明,年份,技术发明,年份,孕育过程(年）,电磁感应原理,1831,发电机,1872,41,内燃机原理,1862,汽油内燃机,1883,21,电磁波通讯原理,1895,公众广播电台,1921,26,喷气推进原理,1906,喷气发动机,1935,29,雷达原理,1925,制出雷达,1935,10,青霉素原理,1928,制出青霉素,1943,15,铀核裂变,1938,制出原子弹,1945,7,发现半导体,1948,半导体收音机,1954,6,集成电路设计思想,1952,单片集成电路,1959,7,光纤通信原理,1966,光纤电缆,1970,4,无线移动通信设想,1974,蜂窝移动电话,1978,4,多媒体设想,1987,多媒体电脑,1991,4,新一代设计芯片,90年代,新一代芯片,90年代,1.5,20世纪改,变,变世界的重,要,要机电产品,序,产品,发明时间（年）,发明者,1,汽车,1885/1903,德国奔驰/美国福特,2,飞机,1903,美国莱特兄弟,3,火箭,1903,俄国齐奥尔科夫斯基,4,电冰箱,1917,美国,5,电影机,1919/36,德国福格特,6,电视机,1927/40,美国贝尔,7,喷气发动机,1937,英国惠特尔,8,原子弹,1945,美国,9,计算机,1946,美国 莫切利埃克特,10,晶体管,1948,美国肖克利,11,核电站,1951,美国,12,数控机床,1951,美国MIT,13,氢弹,1952,美国特勒,3、二十一,世,世纪科学技,术,术发展的总,趋,趋势,20世纪改,变,变世界的重,要,要机电产品,序,产品,发明时间（年）,发明者,14,机器人,1954,美国戴沃尔,15,人造卫星,1957,苏联,16,宇宙飞船,1961,苏联加加林,17,飞船登月,1969,美国阿波罗,18,载人航天飞机,1977,美国,19,磁悬浮列车,1965,日本 时速400500公里/时,20,光纤通信设备,1968,美国,21,芯片,1971/1999,美国intel 950万晶体管/片,22,扫描隧道显微镜,1986,日本工业技术院,23,掌上电脑,1992,美国APPLE newton,24,手机,90年代初,美国,25,信息高速公路,1993,美国 national information infrastructure （Nii）,3、二十一,世,世纪科学技,术,术发展的总,趋,趋势,4、中国制,造,造业的成就,及,及其重大意,义,义,4.1,中,中国工程院,的,的调查结论:,1）中国制,造,造业占国民,生,生产总值的1/3,2）占整个,工,工业生产的4/5,3）为国家,财,财政提供1/3以上的,收,收入,4）贡献出,口,口总额的90%,5）,就,就业,人,人员8043,万,万,4.2,改,改,革,革开,放,放20年,来,来中,国,国制,造,造业,的,的进,步,步：,1）,引,引进,国,国外,先,先进,技,技术2500,多,多项,，,，占,全,全国,的,的1/3,以,以上,。,。近,几,几年,发,发展,的,的新,产,产品,，,，50%,达,达到80,年,年代,中,中后,期,期的,世,世界,水,水平,。,。,2）,一,一些,重,重要,产,产品,的,的年,生,生产,能,能力,已,已跃,居,居世,界,界前,列,列，,如,如汽,车,车280,万,万辆,以,以上,（,（其,中,中轿,车,车120,万,万辆,以,以上,）,），,大,大中,型,型发,电,电设,备,备1200万,千,千瓦,以,以上,（,（火,电,电1000万,千,千瓦,，,，水,电,电200,万,万千,瓦,瓦）,，,，大,中,中型,拖,拖拉,机,机11万,台,台以,上,上，,金,金切,机,机床10,万,万台,以,以上,。,。,3）,我,我国,已,已成,为,为世,界,界最,大,大的,服,服装,纺,纺织,品,品出,口,口国,；,；与,日,日本,、,、马,来,来西,亚,亚和,韩,韩国,并,并称,世,世界,消,消费,类,类电,子,子产,品,品四,大,大生,产,产国,。,。,4）,成,成功,开,开发,生,生产,了,了运,七,七、,运,运八,、,、新,舟,舟60等,支,支线,飞,飞机,。,。,5）,一,一些,新,新产,品,品的,技,技术,水,水平,已,已达,世,世界,领,领先,或,或先,进,进水,平,平，,如,如沈,阳,阳机,床,床集,团,团的,电,电主,轴,轴高,速,速卧,式,式加,工,工中,心,心、,激,激光,切,切割,机,机床,，,，沈,阳,阳变,压,压器,厂,厂的50,万,万伏,超,超高,压,压变,压,压器,，,，黎,明,明航,发,发集,团,团的,中,中国,第,第一,台,台拥,有,有完,全,全知,识,识产,权,权的,航,航空,发,发动,机,机、,燃,燃,气,气轮,机,机，,沈,沈阳,新,新松,机,机器,人,人自,动,动化,有,有限,公,公司,的,的6000米,水,水下,机,机器,人,人等,产,产品,，,，清,华,华大,学,学制,造,造工,程,程研,究,究所,研,研制,开,开发,的,的并,联,联构,型,型机,床,床。,4、,中,中国,制,制造,业,业的,成,成就,及,及其,重,重大,意,意义,4.3,制,制造,业,业的,重,重大,意,意义,1）,在,在发,达,达国,家,家中,制,造,造业,创,创造,了,了约60%的,社,社会,财,财富,、,、约45%,的,的国,民,民经,济,济收,入,入。,2）,据,据统,计,计，,美,美国68%的,社,社会,财,财富,来,来自,于,于制,造,造业,。,。,3）CIRP,在,在1999年,的,的报,告,告中,指,指出,：,：在,国,国家,生,生产,力,力的,构,构成,中,中，,制,制造,技,技术,的,的作,用,用一,般,般占55%-65%。,4）,在,在许,多,多国,家,家的,科,科技,发,发展,计,计划,中,中，,先,先进,制,制造,技,技术,都,都被,列,列为,优,优先,发,发展,的,的科,技,技。,4、,中,中国,制,制造,业,业的,成,成就,及,及其,重,重大,意,意义,“十,五,五”,规,规划,中,中确,定,定的,八,八个,最,最具,战,战略,影,影响,的,的领,域,域:,1),信,信,息,息技,术,术,2),生,生,物,物技,术,术,3),新,新,材,材料,技,技术,4),先,先,进,进制,造,造与,自,自动,化,化技,术,术,5),资,资,源,源环,境,境技,术,术,6),航,航,空,空航,天,天技,术,术,7),能,能,源,源技,术,术,8),先,先,进,进防,御,御技,术,术，,其中,，,，先,进,进制,造,造与,自,自动,化,化技,术,术又,是,是实,现,现各,种,种高,新,新技,术,术的,保,保障,技,技术,。,。,4、,中,中国,制,制造,业,业的,成,成就,及,及其,重,重大,意,意义,4、,中,中国,制,制造,业,业的,成,成就,及,及其,重,重大,意,意义,4、,中,中国,制,制造,业,业的,成,成就,及,及其,重,重大,意,意义,人大,常,常委,会,会副,委,委员,长,长宋,健,健指,出,出：,“制,造,造业,是,是实,现,现现,代,代化,工,工业,的,的水,之,之源,、,、木,之,之本,，,，是,实,实现,工,工业,化,化的,保,保障,和,和原,动,动力,，,，是,国,国家,实,实力,的,的脊,梁,梁，,是,是支,持,持共,和,和国,大,大厦,的,的基,石,石。,没,没有,强,强大,制,制造,能,能力,的,的国,家,家永,远,远成,不,不了,经,经济,强,强国,。,。”,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,5.1,国,国际,形,形势,的,的变,化,化,20,世,世纪90,年,年代,以,以来,，,，世,界,界出,现,现了,多,多级,化,化的,新,新格,局,局；,政治,冷,冷战,经,济,济热,战,战,国际,竞,竞争,和,和对,抗,抗的,焦,焦点,由,由军,备,备竞,赛,赛转,向,向全,球,球范,围,围内,的,的以,科,科技,为,为先,导,导，,经,经济,为,为基,础,础、,军,军事,为,为后,盾,盾的,综,综合,国,国力,的,的较,量,量；,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,5.1,国,国际,形,形势,的,的变,化,化,产业,技,技术,和,和经,济,济实,力,力成,为,为政,治,治对,抗,抗的,重,重要,资,资本,；,；,不计,生,生产,成,成本,和,和代,价,价的,军,军品,生,生产,模,模式,不,不适,于,于新,形,形势,下,下的,生,生产,；,；,“战,略,略伙,伴,伴”,关,关系,中,中经,济,济色,彩,彩突,出,出,提高,制,制造,业,业产,品,品竞,争,争能,力,力，,发,发展,高,高技,术,术，,尤,尤其,是,是独,具,具知,识,识产,权,权的,产,产业,技,技术,成,成为,未,未来,抢,抢占,经,经济,制,制高,点,点、,振,振兴,国,国家,经,经济,的,的焦,点,点,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,5.2,制,制造,业,业市,场,场竞,争,争的,新,新特,点,点,来源: Bullinger,78,80,82,84,86,88,90,92,9,4 96,2,时间,4,6,8,10,平均产品寿命 TL,平均开发时间 TD,TD TL,年数,1）知识技术产品更新的周期更短,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,20,世,世纪90,年,年代,制,制造,业,业的,标,标志,性,性进,展,展,波音777的,设,设计,和,和制,造,造,全数,字,字化,定,定义,无,无纸,生,生产,数字,化,化预,装,装配,无,无金,属,属样,机,机的,生,生产,（虚,拟,拟制,造,造的,一,一部,分,分）,广域,网,网上,的,的异,地,地设,计,计、,异,异地,制,制造,基于STEP,的,的数,据,据交,换,换,协同,工,工作,小,小组Teamwork238,个,个,设,计,计制,造,造周,期,期大,大,大缩,短,短：4年,（而,波,波音757、767约9-10,年,年）,更大,的,的利,润,润，,每,每架777，$1.4,亿,亿,基于,分,分布,式,式CAD/CAM,系,系统,在,在,8台IBM大,型,型计,算,算机ES/9000,和IBM5080,5086图,形,形终,端,端，,发现,零,零件,干,干涉2500,处,处，,减,减少,工程,更,更改50,以,上,上,设计,、,、工,艺,艺、,制,制造,、,、供,应,应商,、,、,潜在,用,用户,的,的工,作,作小,组,组，7000,人,人,参加,，,，采,用,用并,行,行工,程,程的,模,模式,。,。,Internet,将,将发,动,动机,供,供应,商,商GE、,HP,和,和诺,依,依斯,罗,罗斯,联,联在,一,一起,。,。,63M长,的,的波,音,音777,，,，装,配,配准,误,误差,仅0.58mm.,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,研制,周期,交付周期,研制周期,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,707,727,737,747,757,767,777,51,59,62,63,72,72,90年,57,64,68,71,82,81,94.5,(年),5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,1）,产,产品,批,批量更小,；,；,2）,顾,顾客,对,对产,品,品功,能,能、,性,性能,、,、质,量,量的,要,要求更高,；,；,3）,能,能参,与,与全,球,球竞,争,争的,企,企业更多,；,；,4）,跨,跨国,公,公司,的,的垄,断,断性更明,显,显；,5）,企,企业,的,的兼,并,并重,组,组更激,烈,烈、,更,更动,荡,荡；,6）,一,一般,水,水平,的,的产,品,品及,制,制造,能,能力严重,过,过剩,；,；,7）,人,人口,老,老龄,化,化更严,重,重；,8）,环,环保,意,意识,、,、绿,色,色制,造,造呼,声,声更强,。,。,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,0,25,50,75,100,低,高,扰动,程,程度,80,年,年代,90,年,年代,54,50,30,27,25,22,36,54,60,45,38,28,36,55,46,51,41,53,63,53,52,51,63,39,64,64,41,54,62,76,40,55,56,74,/,/,/,质量意识,价格意识,服务水平,对替代品的脆弱性,产品生命周期,经济循环依赖水平,流行,时尚意识,竞争强度,消费者需求及欲望的变化程度,购买者能力,技术变化率,饱和水平,愿望的一致程度,需求水平稳定性,需求及消费者欲望的确定性,必需品,奢侈品,价格竞争,产品的差异性,市场,影,影响,因,因素,的,的变,化,化,Pine,和,和B.JosephII,“,“MassCustomization,TheNewFrontierinBusinessCompetition.,”,”Boston:HarvardBusinessSchoolPress,5、,制,制造,业,业面,临,临的,竞,竞争,和,和挑,战,战,“中,心,心”,的,的变,化,化,以产品为,中,中心,以顾客为中心,以市场为,中,中心,5、制造,业,业面临的,竞,竞争和挑,战,战,消费观念,的,的变化,消费者的,行,行为更具,选,选择性,顾客化产,品,品：批量,生,生产的产,品,品逐步被,个,个性化、,多,多样化产,品,品所代替,制造业“,服,服务”：,产,产品生产,与,与产品服,务,务的界限,越,越来越模,糊,糊、不满,足,足感增加,：,：“新三,年,年、旧三,年,年、缝缝,补,补补又三,年,年”的观,念,念逐步消,失,失,对生产及,产,产品的影,响,响,产品订货,批,批量下降,，,，单件、,小,小批,产品寿命,周,周期减短,：,：5-10年-3-5年甚,至,至更短,产品生产,周,周期缩短,5、制造,业,业面临的,竞,竞争和挑,战,战,企业的竞,争,争优势,竞争核心,产品发展战略,技术方面的重点,过程方面的重点,组织方面的重点,利润,市场份额,有竞争优势的产品,的市场规模,产品上市时间,产品创新,较低的成本,生产力,数据共享,知识管理,串行的设计过程,并行工程,企业间合作,面向部门,面向过程,虚拟企业,Source: Gartner Group,5、制造,业,业面临的,竞,竞争和挑,战,战,5.3,制,制造全球,化,化和贸易,自,自由化,原因：,世界自由,贸,贸易体制,进,进一步完,善,善,全球交通,运,运输进一,步,步完善,全球通讯,网,网络建立,国际经济,合,合作与交,往,往日益紧,密,密,导致：,全球产业,界,界结构大,调,调整,世界逐步,形,形成一个,统,统一的大,市,市场,使得：,供应与需,求,求国家化,、,、国际化,，,，不同时,间,间、地区,、,、国家，,市,市场需求,有,有波动,对于同一,用,用户、同,一,一产品，,可,可供选择,的,的市场国,际,际化、竞,争,争国际化,任何国家,、,、地区，,不,不论实行,怎,怎样的社,会,会制度，,不,不可能离,开,开世界市,场,场而独立,谋,谋求发展;制造业,发,发展应该,进,进入国家,目,目标层次,，,，才能促,进,进经济增,长,长,5、制造,业,业面临的,竞,竞争和挑,战,战,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,跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的,40%,50%,80%,75%,90%,5、制造,业,业面临的,竞,竞争和挑,战,战,5.4、,科,科技进步,与,与信息社,会,会,从微电子,、,、信息（,计,计算机与,通,通信、控,制,制理论、,人,人工智能,等,等）、新,材,材料、系,统,统科学所,代,代表的新,一,一代工程,科,科学与技,术,术的迅猛,发,发展在制,造,造领域中,的,的广泛渗,透,透、应用,、,、衍生，,极,极大的拓,展,展了制造,活,活动的深,度,度和广度,，,，急剧的,改,改变了现,代,代设计方,法,法、产品,结,结构、生,产,产方式、,生,生产工艺,、,、设备以,及,及生产组,织,织结构，,产,产生了一,大,大批新的,制,制造技术,和,和制造模,式,式。,高新技术,的,的综合作,用,用促进了,制,制造技术,在,在宏观(制造系,统,统集成）,和,和微观（精密、,超,超精密、,微,微纳米加,工,工检测）,两,两个方向,上,上的蓬勃,发,发展，成,为,为一门涵,盖,盖整个生,产,产过程的,各,各个环节,（,（市场分,析,析、产品,设,设计、工,艺,艺规划、,加,加工准备,、,、制造装,配,配、监控,检,检测、质,量,量保证、,生,生产管理,、,、售后服,务,务、回收,再,再利用等,）,）、包括,人,人、机器,、,、能量、,信,信息等多,种,种资源的,组,组织、控,制,制与管理,，,，横跨多,个,个学科的,集,集成技术,。,。,5、制造,业,业面临的,竞,竞争和挑,战,战,5.5环境保护,意,意识的增,强,强与可持,续,续发展,环境问题,：,：,大量消耗,资,资源和破,坏,坏环境的,传,传统工业,发,发展模式,与,与工艺技,术,术系统引,起,起了严重,的,的环境问,题,题,可持续发,展,展思想：,重视环境,方,方面对制,造,造业及其,产,产品的制,约,约社会压,力,力国家政,策,策与立法,经,经济手段,结论:,面向可持,续,续发展的,生,生态安全,型,型和资源,节,节约型的,制,制造技术,将,将是制造,领,领域中亟,待,待解决的,一,一个重要,问,问题.,6.1,先,先进制造,技,技术的定,义,义及体系,结,结构,6.2,先,先进制造,技,技术的学,科,科内容,6.3,先,先进制造,技,技术的发,展,展趋势,6、先进,制,制造技术,1、定义:,在传统制,造,造技术基,础,础上不断,吸,吸收机械,、,、电子、,信,信息、材,料,料、能源,和,和现代管,理,理等方面,的,的成果,并,并将其综,合,合应用于,产,产品设计,、,、制造、,检,检测、管,理,理、销售,、,、使用、,服,服务的制,造,造全过程,以实现,优,优质、高,效,效、低耗,、,、清洁、,灵,灵活的生,产,产,提高,对,对动态多,变,变的市场,的,的适应能,力,力和竞争,能,能力的制,造,造技术总,称,称,也是,取,取得理想,技,技术经济,效,效果的制,造,造技术的,总,总称.,6.1,先,先进制造,技,技术的定,义,义与体系,结,结构,6.1,先,先进制造,技,技术的定,义,义与体系,结,结构,面向制造,的,的设计技,术,术群,产品/工,艺,艺设计,计算机辅,助,助设计,工艺过程,建,建模和仿,真,真,工艺规程,设,设计,系统工程,基,基础,快速成型,技,技术,并行工程,制造工艺,技,技术群,材料生产,工,工艺,加工工艺,联接与装,配,配,测试和检,测,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,架,数据标准,工艺标准,接口框架,产品定义,和,和标准,检验标准,机床和工,具,具技术,传感器和,控,控制技术,质量管理,用户/供,应,应商交互,作,作用,工作人员,培,培训和教,育,育,全国监督,和,和基准评,测,测,技术获取,和,和利用,主,体,技,术,群,支撑,技术群,制造基础,设施环境,2、,体系结构,1、现代,设,设计技术,设计方法,现,现代化,产品动态,分,分析和设,计,计,产品可靠,性,性,可维护性,及,及安全设,计,计,产品优化,设,设计,快速响应,设,设计,创新设计,智能设计,仿真与虚,拟,拟设计,价值工程,设,设计,模块化设,计,计,6.2,先,先进制造,技,技术的学,科,科内容,设计手段,计,计算机化,有限元法,优化设计,计算机辅,助,助设计,反求工程,技,技术,CAD/CAM一,体,体化技术,工程数据,库,库,向全寿命,周,周期设计,发,发展,由单纯考,虑,虑技术因,素,素转向综,合,合考虑技,术,术、经济,和,和社会因,素,素,2、先进,制,制造工艺,技,技术,精密、超,精,精密加工,技,技术,精密加工,：,：精度为30.3,mRa0.30.03 m,超精密加,工,工：精度,为,为0.3,0.03mRa0.30.005,m,纳米加,工,工：精,度,度高于0.03mRa,小,小于0.30.005,m,6.2,先,先进,制,制造技,术,术的学,科,科内容,精密成,型,型制造,技,技术,从制造,工,工件的,毛,毛坯、,从,从接近,零,零件形,状,状向直,接,接制成,工,工件的,方,方向发,展,展,特种加,工,工技术,高能束,流,流加工,（,（电子,束,束、离,子,子束、,激,激光束,）,）,电加工,（,（电解,和,和电火,花,花),超声波,加,加工,高亚水,加,加工,多种能,源,源的组,合,合加工,3、制,造,造自动,化,化技术,数控技,术,术,数控装,置,置,进给系,统,统,主轴系,统,统,NC程,序,序编制,工业机,器,器人,机器人,操,操作机,控制系,统,统,传感器,生产线,总,总线控,制,制,6.2,先,先进,制,制造技,术,术的学,科,科内容,柔性制,造,造系统,加工系,统,统,物流系,统,统,调度与,控,控制,故障诊,断,断,自动检,测,测与信,号,号识别,技,技术,信号识,别,别,数据获,取,取,数据处,理,理,特征提,取,取与识,别,别,过程设,备,备工况,监,监测与,控,控制,过程监,视,视系统,在线反,馈,馈质量,控,控制,4、先,进,进制造,系,系统,先进制,造,造生产,模,模式,计算机,集,集成制,造,造系统CIMS,敏捷制,造,造系统AMS,智能制,造,造系统IMS,精良生,产,产LP,并行工,程,程CE,集成管,理,理技术,企业资,源,源管理ERP,基于作,业,业的成,本,本管理ABC,现代质,量,量保障,体,体系,生产率,工,工程,制造资,源,源快速,有,有效集,成,成,6.2,先,先进,制,制造技,术,术的学,科,科内容,生产组,织,织方法,虚拟公,司,司理论,与,与组织,企业组,织,织结构,的,的变革,以人为,本,本的团,队,队建设,企业重,组,组工程,精密化,柔,柔性化,网,网络化,虚,虚拟化,智,智能化,清,清洁化,集,集成化,全,全球化,6.3,先,先进,制,制造技,术,术的发,展,展趋势,1、集,合,合多学,科,科成果,形,形成一,个,个完整,的,的制造,体,体系,传统制,造,造技术,、,、信息,技,技术、,计,计算机,技,技术、,自,自动化,技,技术、,先,先进的,管,管理科,学,学,2、先,进,进制造,技,技术的,动,动态发,展,展过程,不断地,吸,吸收各,种,种高新,技,技术逐,渐,渐形成,，,，不同,时,时期、,不,不同区,域,域有各,自,自的重,点,点和内,容,容。,3、信,息,息技术,对,对先进,制,制造技,术,术的发,展,展作用,越来越,重,重要。CIMS、CE、AM、虚,拟,拟企业,、,、虚拟,制,制造；,4、向,超,超精微,细,细领域,扩,扩展,微型机,械,械，纳,米,米测量,、,、微米/纳米,加,加工制,造,造；,精密化,柔,柔性化,网,网络化,虚,虚拟化,智,智能化,清,清洁化,集,集成化,全,全球化,6.3,先,先进,制,制造技,术,术的发,展,展趋势,5、制,造,造过程,集,集成化,产品的,设,设计、,加,加工、,检,检测、,物,物流、,装,装配过,程,程一体,化,化。,CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP,集,集成,精密成,形,形工艺,6、制,造,造科学,与,与制造,技,技术、,生,生产管,理,理的融,合,合,制造科,学,学是制,造,造系统,和,和制造,过,过程知,识,识的系,统,统描述,。,。,数字描,述,述、仿,真,真、优,化,化、设,计,计理论,和,和方法,、,、运动,学,学、动,力,力学、,结,结构强,度,度、摩,擦,擦学,制造技,术,术包含,在,在制造,科,科学之,中,中，制,造,造科学,体,体现在,制,制造技,术,术里，,技,技术和,管,管理由,生,生产模,式,式结合,在,在一起,。,。,精密化,柔,柔性化,网,网络化,虚,虚拟化,智,智能化,清,清洁化,集,集成化,全,全球化,6.3,先,先进,制,制造技,术,术的发,展,展趋势,7、绿,色,色制造,绿色产,品,品设计,技,技术。,绿色制,造,造技术,产品的,回,回收和,循,循环再,制,制造,8、虚,拟,拟现实,技,技术,虚拟制,造,造技术,；,；,虚拟企,业,业。,9、制,造,造全球,化,化,制造企,业,业在世,界,界范围,内,内的重,组,组与集,成,成,制造技,术,术信息,和,和知识,的,的协调,、,、合作,和,和共享,全球制,造,造的体,系,系结构,、,、制造,产,产品及,市,市场的,分,分布及,协,协调。,现代设,计,计技术,一、,现,现代,设,设计技,术,术概述,二、,现,现代,设,设计技,术,术的特,点,点,三、,现,现代,机,机械产,品,品设计,一、,现,现代,设,设计技,术,术概述,设计是,人,人类高,级,级而复,杂,杂的创造性,思,思维活,动,动，它是,运,运用已,有,有的知,识,识和技,术,术解决,问,问题或,创,创造出,新,新事物,以,以满足,社,社会需,要,要的一,种,种活动,，,，是创造人,为,为事物,的,的科学。,1 设,计,计,现代设,计,计技术,是,是根据产品功,能,能要求,和,和市场,竞,竞争（,时,时间、,质,质量、,价,价格等,）,）的要求,，,，应用,现,现代技,术,术和科,学,学知识,，,，经过,设,设计人,员,员创造,性,性思维,、,、规划,和,和决策,，,，制定可,以,以用于,制,制造的,方,方案，并使,其,其付之,实,实施的,技,技术。,2 现,代,代设计,技,技术,1、设,计,计范畴,不,不断地,扩,扩大：从单纯,的,的产品,设,设计扩,大,大到全,寿,寿命周,期,期设计,，,，包括,考,考虑环,境,境因素,的,的绿色,设,设计；,2、设,计,计组织,方,方式不,断,断更新,：,：设计的,组,组织方,式,式上，,从,从传统,的,的顺序,设,设计方,式,式过渡,到,到并行,设,设计方,式,式；,3、设,计,计手段,不,不断提,高,高：从传统,的,的手工,设,设计向,现,现代化,计,计算机,辅,辅助设,计,计过渡,，,，应用,计,计算机,网,网络技,术,术发展,了,了异地,设,设计等,。,。,3 现,代,代工程,设,设计技,术,术包括,：,：,计算机,辅,辅助设,计,计技术CAD,计算机,辅,辅助工,程,程分析CAE,计算机,辅,辅助工,艺,艺规程,设,设计CAPP,计算机,辅,辅助制,造,造CAM,计算机,辅,辅助装,配,配工艺,设,设计CAAP,智能CAD和,概,概念设,计,计,面向“X”的,设,设计DFX,可靠性,设,设计,优化设,计,计,动态设,计,计,有限元,分,分析,健壮设,计,计,精度设,计,计,三次设,计,计,外观造,型,型设计,工作环,境,境设计,模块化,设,设计,防腐蚀,设,设计,疲劳设,计,计,快速原,型,型法,价值工,程,程,反求工,程,程技术,质量功,能,能配置QFD,系统建,模,模与仿,真,真,虚拟设,计,计,设计与,制,制造集,成,成,设计过,程,程管理,和,和工程,数,数据库,创新设,计,计,快速响,应,应设计,并行设,计,计,异地设,计,计,绿色产,品,品设计,支撑现,代,代工程,设,设计的,相,相关学,科,科技术,有,有：,系统工,程,程技术,虚拟现,实,实技术,人工智,能,能技术,多媒体,技,技术,数据标,准,准与接,口,口技术,数据库,技,技术,人机工,程,程学,设计方,法,法学,决策支,持,持系统,计算机,网,网络,二、,现,现代,设,设计技,术,术的特,点,点,1、系,统,统性,现代设,计,计方法,是,是逻辑,的,的系统,的,的设计,方,方法。,目,目前有,两,两种体,系,系。,一种是,德,德国倡,导,导的设,计,计方法,学,学，用,从,从抽象,到,到具体,的,的发散,的,的思维,方,方法，,以,以“功,能,能原,理,理结,构,构”框,架,架为模,型,型的横,向,向变异,和,和纵向,综,综合，,用,用计算,机,机构造,多,多种方,案,案，评,价,价选出,最,最优方,案,案。,一种是,美,美国倡,导,导的创,造,造性设,计,计学，,在,在知识,、,、手段,和,和方法,不,不充分,的,的条件,下,下，运,用,用创造,技,技法，,充,充分发,挥,挥想象,，,，进行,辩,辩证思,维,维，形,成,成新的,构,构思和,设,设计。,传统设,计,计方法,是,是经验,、,、类比,的,的设计,方,方法，,收,收敛性,的,的思维,方,方法，,过,过早地,进,进入具,体,体方案,，,，功能,原,原理分,析,析既不,充,充分又,不,不系统,，,，不强,调,调创新,，,，也很,难,难得到,最,最优方,案,案。,2、社,会,会性,现代设,计,计开发,新,新产品,的,的整个,过,过程，,从,从产品,的,的概念,形,形成到,报,报废处,理,理的全,寿,寿命周,期,期中的,所,所有问,题,题，都,要,要以面,向,向社会,、,、面向,市,市场为,指,指导思,想,想全面,考,考虑解,决,决。设,计,计过程,中,中的功,能,能分析,、,、原理,方,方案确,定,定、结,构,构方案,确,确定、,造,造型方,案,案确定,，,，都要,随,随时按,市,市场经,济,济规律,进,进行尽,可,可能定,量,量的市,场,场分析,、,、经济,分,分析、,价,价值分,析,析，以,并,并行工,程,程方法,指,指导企,业,业生产,管,管理体,制,制的地,产,产品设,计,计工作,。,。,传统设,计,计是由,专,专业技,术,术主管,指,指导设,计,计，设,计,计过程,中,中注意,技,技术性,，,，设计,试,试制后,进,进行经,济,济分析,、,、成本,核,核算，,很,很少考,虑,虑社会,性,性问题,。,。,3、创,造,造性,现代设,计,计强调,激,激励创,造,造冲动,，,，突出,创,创新意,识,识，力,主,主抽象,的,的设计,构,构思、,扩,扩展发,散,散的设,计,计思维,、,、多种,可,可行的,创,创新方,案,案、广,泛,泛深入,的,的评价,决,决策，,集,集体运,用,用创造,技,技法，,探,探索创,新,新工艺,试,试验，,不,不断寻,求,求最优,方,方案。,传统设计一,般,般是封闭收,敛,敛的设计思,维,维，过早进,入,入定型实体,结,结构，强调,经,经验类比，,直,直接主观的,决,决策。,4、最优化,现代设计重,视,视综合集成,，,，在性能、,技,技术、经济,、,、制造工艺,、,、使用、环,境,境等各种约,束,束条件下，,和,和广泛的学,科,科领域 之,间,间，通过计,算,算机以高效,率,率综合集成,最,最新科技成,果,果，寻求最,优,优方案和参,数,数。,传统设计属,于,于自然优化,。,。在设计,评定,再,再设计,的,的循环中，,凭,凭借有限设,计,计人员的知,识,识、经验和,判,判断力选取,较,较好方案。,受,受人和效率,的,的限制，难,以,以对变量系,统,统在广泛的,影,影响因素下,进,进行定量优,化,化。,5、动态化,现代设计在,静,静态分析的,基,基础上，考,虑,虑载荷谱、,负,负载率等随,机,机变量，进,行,行动态多变,量,量最优化。,根,根据概率论,和,和统计学方,法,法，针对载,荷,荷、；应力,等,等因素的离,散,散性，用各,种,种设计方法,进,进行可靠性,设,设计。,传统设计以,静,静态分析和,少,少变量为主,，,，将载荷、,应,应力等因素,作,作集中处理,，,，由此考虑,安,安全数，与,实,实际工况相,差,差较远。,6、宜人性,现代设计强,调,调产品内在,质,质量的实用,性,性、外观质,量,量的美观性,、,、艺术性、,时,时代性、在,保,保证产品特,质,质功能的前,提,提下，要求,对,对用户产生,新,新颖舒畅等,精,精神功能。,从,从人的生理,和,和心理特征,出,出发，通过,功,功能分析、,界,界面安排和,系,系统综合，,考,考虑满足人-机,环,环境等之间,的,的协调关系,，,，发挥系统,潜,潜力，提高,效,效率,。,传统设计往,往,往强调产品,的,的物质功能,，,，忽视或不,能,能全面考虑,精,精神功能。,凭,凭经验或自,发,发地考虑人-机-环境等,之,之间的关系,，,，强调训练,用,用户来适应,机,机器的要求,。,。,7、智能化,现代设计认,为,为，各种生,物,物在自己的,某,某些领域里,具,具有极高的,水,水平，其中,人,人智能最高,，,，通过知识,和,和信息的获,取,取、推理和,运,运用，能解,决,决极复杂的,问,问题。在已,认,认识的人的,思,思维规律基,础,础上，以计,算,算机为主模,仿,仿人的智能,活,活动，能够,设,设计出高度,智,智能化的产,品,品。,传统设计在,局,局部上自发,地,地运用了某,些,些仿生规律,，,，但这很难,达,达到高度智,能,能化的要求,。,。,8、CA化,现代设计广,泛,泛使用计算,机,机使设计计,算,算绘图制造,改,改进一体化,，,，日新月异,的,的功能强大,的,的软件使设,计,计工作面貌,不,不断更新，,能,能够包容的,影,影响设计的,因,因素日益增,多,多，大大提,高,高了设计的,精,精度，稳定,性,性和效率。,修,修改设计极,为,为方便。,传统设计是,人,人工计算绘,图,图，使用简,单,单的工具，,设,设计的精度,、,、稳定性和,效,效率都受限,制,制。修改设,计,计也不方便,。,。,三、 现,代,代机械产品,设,设计,1 现代机,械,械,现代机械是,在,在传统机械,的,的基础上，,去,去芜存菁，,吸,吸收了各种,新,新出现并发,展,展起来的先,进,进技术，在,机,机械发展史,上,上形成了新,的,的发展阶段,的,的新型机械,。,。,典型组成,能源,动力,作业,执行,结构机体,传感,检测,控制,运筹,传,统,简单工具,蒸汽机械,电气机械,人力,畜力,蒸汽,普通电机,简单工具,机械构件,机械构件,自然材料,钢铁,钢铁,人类五官,人类五官,人类五官,（人脑）,（人脑）,逻辑电器,现代,机电一体化,控制电机,机械构件,钢铁,塑料,电子器件,计算机,各个发展阶,段,段的机械产,品,品的典型组,成,成部分,2 机械产,品,品设计的三,个,个阶段,机械产品设,计,计任务各有,不,不同，一般,可,可分为三种类型：,1、开发性,设,设计应用可行的,新,新技术，创,新,新构思，设,计,计工作原理,和,和功能结构,创,创新