1、第一章 緒 論 第一章 緒 論 1.1 先進制造技術及其主要特點先進制造技術及其主要特點 1.2 先進制造技術的構成及分類先進制造技術的構成及分類 1.3 先進制造技術的現狀及發展趨勢先進制造技術的現狀及發展趨勢 復習思考題復習思考題 第一章 緒 論 1.1 先進制造技術及其主要特點先進制造技術及其主要特點 1.1.1 制造、制造技術、制造業與現代制造業背景制造、制造技術、制造業與現代制造業背景 制造(Manufacturing)是利用制造資源(設計方法、工藝、設備和人力等)將材料“轉變”為有用的物品的過程。制造是一個很大的概念，按制造的連續性可分為連續制造(如化工產品的制造)和離散制造(如家

2、電產品的制造)；按行業又可分為機械制造、食品制造、化工制造、IT產品制造，等等。當今，人們對制造的概念又加以擴充，將體系管理和服務等也納入其中。制造是人類所有經濟活動的基石，是人類歷史發展和文明進步的動力。 第一章 緒 論 制造技術(Manufacturing Technology)是制造活動所涉及到的一系列技術的總稱，是提高產品競爭力的關鍵，也是制造業賴以生存和發展的主體技術。傳統的制造技術僅強調工藝方法和加工設備。現代的制造技術不僅重視工藝方法和設備，還注重設計方法、生產組織模式、制造與環境和諧統一、制造的可持續性以及制造技術與其它科學技術的交叉和融合，甚至還涉及制造技術與制造全球化、貿易

3、自由化、軍備競爭等內容。 制造技術發展的三階段制造技術發展的三階段 用機器代替手工，從作坊形成工廠用機器代替手工，從作坊形成工廠 從單件生產方式發展成大量生產方式從單件生產方式發展成大量生產方式 柔性化、集成化、智能化和網絡化的現代制造柔性化、集成化、智能化和網絡化的現代制造 技術技術第一章 緒 論 制造業是以制造技術為主導技術進行產品制造的企業群體的總稱，是工業的主體。根據我國現行統計劃分，工業由制造業、采掘業以及電力、燃氣和水的生產供應業構成，制造系指第二產業中除采掘業、電力和燃氣及其生產供應業、建筑業以外的所有行業，包括30個大類、169個中類、482個小類。 制造業制造業 我國經濟發展

4、的戰略重點我國經濟發展的戰略重點 “十一五十一五”重點發展方向之一重點發展方向之一 工業化國家：工業化國家：60-80%的物質財富來源。的物質財富來源。 第一章 緒 論 * 世界經濟發展的趨勢表明世界經濟發展的趨勢表明制造業制造業 一個國家經濟發展的基石一個國家經濟發展的基石 增強國家競爭力的基礎增強國家競爭力的基礎 解決就業矛盾的重要領域解決就業矛盾的重要領域 提高國家整體就業水平的重要基礎提高國家整體就業水平的重要基礎 新技術的載體新技術的載體 世界高新技術發展的動力世界高新技術發展的動力第一章 緒 論 1 1、傳統制造業生產和技術的特點、傳統制造業生產和技術的特點 1 1）單件：小作坊式

5、生產）單件：小作坊式生產 + + 高度的個人制造技巧，高度的個人制造技巧， 大量：機械化剛性規模生產大量：機械化剛性規模生產 + + 一體化的組織生產一體化的組織生產 模式，再加細化的專業分工。模式，再加細化的專業分工。 2 2）制造技術的界限分明及其專業的相互獨立。）制造技術的界限分明及其專業的相互獨立。 3 3）制造技術一般僅指加工制造的工藝方法，即制造）制造技術一般僅指加工制造的工藝方法，即制造 全過程中某一段環節的技術方法。全過程中某一段環節的技術方法。 4 4）制造技術一般只能控制生產過程中的物質流和能量）制造技術一般只能控制生產過程中的物質流和能量流。流。 5 5）制造技術與制造生

6、產管理的分離）制造技術與制造生產管理的分離第一章 緒 論 2、現代制造業及其技術的發展、現代制造業及其技術的發展 1）在制造的）在制造的生產規模生產規模上，上，少品種大批量少品種大批量單件小批量單件小批量多品種變批量的發多品種變批量的發展。展。 2）生產方式生產方式上，上，勞動密集型勞動密集型設備密集型設備密集型信息密集型信息密集型知識密知識密集型變化。集型變化。 3）制造裝備制造裝備的發展過程，的發展過程，手工手工機械化機械化單機自動化單機自動化剛性自動線剛性自動線柔性柔性自動線自動線智能自動化。智能自動化。第一章 緒 論 4）在）在制造技術和工藝方法制造技術和工藝方法上，上，現代制造現代制

7、造在發展中在發展中, 其其特征特征表現為：表現為： 重視必不可少的輔助工序，重視必不可少的輔助工序，如加工前后處理。如加工前后處理。 重視工藝裝備，使制造技術成為集工藝方法、重視工藝裝備，使制造技術成為集工藝方法、 工藝裝備和工藝材料為一體的成套技術。工藝裝備和工藝材料為一體的成套技術。 重視物流、檢驗、包裝及儲藏，使制造技術成為重視物流、檢驗、包裝及儲藏，使制造技術成為 覆蓋加工全過程的覆蓋加工全過程的綜合技術綜合技術。 不斷吸收微電子、計算機和自動化等高新技術成不斷吸收微電子、計算機和自動化等高新技術成 果，形成果，形成 CAD、CAM、CAPP、CAE、NC、CNC、MIS、 FMS、C

8、IMS、IMT、IMS等一系列現代制造技等一系列現代制造技術，并實現上述技術的局部或系統集成，形成從單機到術，并實現上述技術的局部或系統集成，形成從單機到自動生產線等不同檔次的自動化制造系統。自動生產線等不同檔次的自動化制造系統。 5）引入工業工程和并行工程概念，引入先進的管理模式。）引入工業工程和并行工程概念，引入先進的管理模式。第一章 緒 論 2 212 21世紀的制造業世紀的制造業 一、傳統制造業一、傳統制造業 企業規模企業規模在規模經濟的理念下，在規模經濟的理念下， 生產批量生產批量強調資源的有效利用，強調資源的有效利用， 產品結構產品結構 重復性重復性 機器的非柔性機器的非柔性以低成

9、本，獲得高質以低成本，獲得高質 標準的產品設計標準的產品設計量、高效率高產出。量、高效率高產出。 機器取代人力機器取代人力 復雜的專業加工取代復雜的專業加工取代 人的技能人的技能 第一章 緒 論 加工制造技術與加工制造技術與工業先進國家工業先進國家相比還有不少相比還有不少差距差距: : 切削速度低切削速度低, ,加工精度和表面粗糙度比國外加工精度和表面粗糙度比國外差一差一個精度級左右個精度級左右, ,總體呈現出制造生產能力總體呈現出制造生產能力總量過剩總量過剩而而制造加工制造加工技術水平偏低技術水平偏低的特征。的特征。 新型刀具應用不夠廣泛，刀具壽命偏低、切削新型刀具應用不夠廣泛，刀具壽命偏低

10、、切削性能不夠穩定。性能不夠穩定。 制造自動化制造自動化方面，機床數控率僅為百分之幾，方面，機床數控率僅為百分之幾，機床和刀具工況在線檢測、監控技術水平有待提高。機床和刀具工況在線檢測、監控技術水平有待提高。第一章 緒 論 在在精密精密和和超精密超精密加工方面，一般工廠能穩定掌加工方面，一般工廠能穩定掌握的加工精度為握的加工精度為5m5m（工業發達國家為（工業發達國家為3m3m），超精），超精密加工效率和自動化水平還較低。密加工效率和自動化水平還較低。 當前著重發展當前著重發展0.3-3m0.3-3m的精密加工、的精密加工、0.03-0.03-0.3m0.3m的超精密加工，并逐步發展精度高于的

11、超精密加工，并逐步發展精度高于0.03m0.03m的納米加工技術。的納米加工技術。 我國在我國在激光激光表面處理研究領域取得了不少成就，表面處理研究領域取得了不少成就，但在激光切割、焊接的工業應用方面與工業化國家尚但在激光切割、焊接的工業應用方面與工業化國家尚有較大差距。有較大差距。 第一章 緒 論 二、制造業的變革二、制造業的變革 時代時代 生產要素組成生產要素組成 核心核心 農業經濟農業經濟 勞動力勞動力 勞動力勞動力 工業經濟工業經濟 資本、勞動力資本、勞動力 資本資本 知識經濟知識經濟 資本、勞動力、知識資本、勞動力、知識 知識知識1 1、變革因素、變革因素 社會社會 消費的多樣化、科

12、學技術進步消費的多樣化、科學技術進步 政治政治 國際關系的多極化國際關系的多極化 經濟經濟 經濟全球化、貿易自由化經濟全球化、貿易自由化第一章 緒 論 2 2、變革的主要特點、變革的主要特點 1 1）生產能力（包括資本、信息）在世界范圍內迅速）生產能力（包括資本、信息）在世界范圍內迅速 提高和擴散，已形成全球市場激烈競爭格局。提高和擴散，已形成全球市場激烈競爭格局。 2 2）先進生產技術的出現正在急劇地改變著現代制）先進生產技術的出現正在急劇地改變著現代制 造業的產品結構和生產過程。造業的產品結構和生產過程。 3 3）傳統的管理、勞動方式、組織結構和決策準則都）傳統的管理、勞動方式、組織結構和

13、決策準則都 在經歷新的變化。在經歷新的變化。 第一章 緒 論 3、制造技術給制造業帶來的變革1 1）常規制造工藝的優化）常規制造工藝的優化2 2）新型（非常規）加工方法的發展）新型（非常規）加工方法的發展3 3）專業、學科間的界限逐漸淡化、消失）專業、學科間的界限逐漸淡化、消失4 4）工藝設計由經驗走向定量分析）工藝設計由經驗走向定量分析 加工工藝由技藝發展為工程科學。加工工藝由技藝發展為工程科學。5 5）信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合）信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合 第一章 緒 論 三、三、2121世紀面臨的挑戰世紀面臨的挑戰 1 1、快速響應市場競爭的挑戰、快速響應市場競爭的挑

14、戰實現制造環節并行實現制造環節并行2 2、全球化競爭的挑戰、全球化競爭的挑戰技術資源的集成技術資源的集成 有三個主要的因素促使技術資源的集成：有三個主要的因素促使技術資源的集成：（1 1）為滿足市場需求，企業必須快速響應那些具有不）為滿足市場需求，企業必須快速響應那些具有不 同期望和多種選擇的顧客。同期望和多種選擇的顧客。（2 2）快速響應環境要求在組織的各個層次上進行高效）快速響應環境要求在組織的各個層次上進行高效 的通信，特別是與顧客、供應者和合作者的通信。的通信，特別是與顧客、供應者和合作者的通信。（3 3）新技術的快速吸收要求整個企業具有快速的學）新技術的快速吸收要求整個企業具有快速的

15、學 習能力。習能力。第一章 緒 論 3 3、信息時代的挑戰、信息時代的挑戰信息向知識的轉變信息向知識的轉變4 4、環境保護壓力的挑戰、環境保護壓力的挑戰可持續發展可持續發展5 5、制造全球化和貿易自由化的挑戰、制造全球化和貿易自由化的挑戰可重組工程可重組工程6 6、技術創新的挑戰、技術創新的挑戰全新制造工藝及產品的開發全新制造工藝及產品的開發 20202020年，技術創新的單元將在以下諸方面發巨大年，技術創新的單元將在以下諸方面發巨大的能力：的能力： （制造單元工藝）制造單元工藝） 1 1）多單元工藝技術集成為單一工藝將顯著減少投資、）多單元工藝技術集成為單一工藝將顯著減少投資、 檢驗時間、搬

16、運和加工時間。檢驗時間、搬運和加工時間。 2 2）全部可編程、不需要硬工裝的工藝，將使產品的）全部可編程、不需要硬工裝的工藝，將使產品的 制造、迅速轉產成為可能。制造、迅速轉產成為可能。第一章 緒 論 3 3）自我導引工藝的創建將簡化工裝和編程的要求，）自我導引工藝的創建將簡化工裝和編程的要求， 并提供更大的加工柔性。并提供更大的加工柔性。 4 4）對分子或原子級的處理將導致新材料的產生，取）對分子或原子級的處理將導致新材料的產生，取 消分散件聯接與裝配操作，允許在一個零件中材消分散件聯接與裝配操作，允許在一個零件中材 料成份產生變化。料成份產生變化。第一章 緒 論 四、四、2121世紀制造業

17、的主要特點世紀制造業的主要特點 1.1.產品生命周期縮短產品生命周期縮短 2.2.用戶需求多樣化用戶需求多樣化 3.3.大市場和大競爭大市場和大競爭 4.4.交貨期成為競爭的第一要素交貨期成為競爭的第一要素 5.5.信息化和智能化信息化和智能化 6.6.人的知識、素質和需求的變化人的知識、素質和需求的變化 7.7.環境保護意識的增強與可持續發展環境保護意識的增強與可持續發展 第一章 緒 論 五、發展趨勢五、發展趨勢 制造業在新世紀、新技術革命的沖擊下，面臨嚴制造業在新世紀、新技術革命的沖擊下，面臨嚴峻的挑戰和機遇，其發展的重要特征：峻的挑戰和機遇，其發展的重要特征： 1 1）全球化全球經濟一體

18、化的程度不斷提高）全球化全球經濟一體化的程度不斷提高 2 2）網絡化）網絡化 3 3）虛擬化）虛擬化 未來制造技術發展的總趨勢：未來制造技術發展的總趨勢： 1 1）精密化）精密化 2 2）柔性化）柔性化 3 3）智能化）智能化 4 4）集成化）集成化（5 5）全球化）全球化第一章 緒 論 1.1.2 先進制造技術的定義先進制造技術的定義先進制造技術(Advanced Manufacturing Technology，AMT)是一個相對的、動態的概念，是為了適應時代要求，提高競爭能力，對制造技術不斷優化所形成的。雖然目前對先進制造技術仍沒有一個明確的、一致的定義，但經過對其內涵和特征的分析研究，

19、可以將其定義為：“先進制造技術是制造業不斷吸收機械、電子、信息(計算機與通信、控制理論、人工智能等)、能源及現代系統管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應能力和競爭能力并取得理想經濟效果的制造技術總稱。” 第一章 緒 論 1.1.3 1.1.3 先進制造技術的特點先進制造技術的特點1. 系統性系統性 2. 集成性集成性 3. 廣泛性廣泛性 4. 高精度高精度 5. 實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產

20、 第一章 緒 論 1.2 先進制造技術的構成及分類先進制造技術的構成及分類 1.2.1 1.2.1 先進制造技術的構成先進制造技術的構成 先進制造技術在不同發展水平的國家和同一國家的不同發展階段，有著不同的技術內涵。對我國而言，它是一個多層次的技術群。先進制造技術的內涵、層次及其技術構成如圖1-1所示。圖中從內層到外層分別為基礎技術、新型單元技術和集成技術，下面將分別論述。 第一章 緒 論 圖1-1 先進制造技術的內涵、層次及其技術構成 先進技術基礎方法清潔生產技術極限加工技術工藝模擬及工藝設計技術制造業自動化單元技術新材料成型與加工技術激光等特種加工技術質量與可靠性技術系統管理技術優質、高效

21、、低耗、清潔的基礎制造技術(基礎技術)FMSCIMSIMS集成技術新材料技術微電子及計算機應用技術新型產業及市場需求帶動(重大裝備、高新產業、社會協調發展)系統工程及管理科學激光等新能源技術第一章 緒 論 1. 1. 基礎技術基礎技術圖1-1的最內層是優質、高效、低耗、少或無污染(清潔)的基礎制造技術。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等基礎工藝至今仍是生產中大量采用、經濟適用的技術，這些基礎工藝經過優化而形成的基礎制造技術是先進制造技術的核心及重要組成部分。這些基礎技術主要有精密下料、精密成型、精密加工、精密測量、毛坯強韌化、無氧化熱處理、氣體保護焊及埋弧焊、功能性防護涂層等。 第

22、一章 緒 論 2. 2. 新型單元技術新型單元技術中間層是新型的先進制造單元技術。它是在市場需求及新興產業的帶動下，將制造技術與電子、信息、新材料、新能源、環境科學、系統工程、現代管理等高新技術結合而形成的嶄新的制造技術，如制造業自動化單元技術、極限加工技術、質量與可靠性技術、系統管理技術、先進技術基礎方法、清潔生產技術、新材料成型與加工技術、激光等特種加工技術、工藝模擬及工藝設計優化技術等。 第一章 緒 論 3. 3. 集成技術集成技術最外層是先進制造集成技術。它是應用信息、計算機和系統管理技術對上述兩個層次的技術局部或系統集成而形成的先進制造技術的高級階段，如FMS、CIMS、IMS等。國

23、際上，美國聯邦科學、工程和技術協調委員會(FCCSET)下屬的工業和技術委員會先進制造技術工作組在1994年提出將先進制造技術分為三個技術群：主體技術群；支撐技術群；制造技術環境。這三個技術群相互聯系、相互促進，組成一個完整的體系。表1-1給出了先進制造技術的體系結構。 第一章 緒 論 表表1-1 先進制造技術體系結構先進制造技術體系結構 主體技術群 支撐技術群 制造技術環境 面向制造的設計技術群 產品、工藝設計 計算機輔助設計 工藝過程建模和仿真 工藝規程設計 系統工程設計 工作環境設計 快速成型技術 并行工程 制造工藝技術群 材料生產工藝 加工工藝 連接和裝配 測試和檢驗 環保技術 維修技

24、術 其他 信息技術 接口和通信 數據庫 集成框架 軟件工程 人工智能 決策支持 標準和框架 數據標準 產品定義標準 工藝標準 檢驗標準 接口框架 機床和工具技術 傳感器和控制技術 質量管理 用戶/供應商交互作用 工作人員培訓和教育 全國監督和基準評設 技術獲取和利用 第一章 緒 論 1.2.2 1.2.2 先進制造技術的分類先進制造技術的分類1. 1. 現代設計技術現代設計技術現代設計技術是根據產品功能要求，應用現代技術和科學知識，制定方案并使方案付諸實施的技術。它是一門多學科、多專業相互交叉的綜合性很強的基礎技術?，F代設計技術所包含的內容有： 第一章 緒 論 (1) 現代設計方法?，F代設計方

25、法包括產品動態分析和設計、摩擦學設計、防蝕設計、可靠性和可維護性及安全設計、優化設計及智能設計等。(2) 設計自動化技術。設計自動化技術指應用計算機技術進行產品造型和工藝設計、工程分析計算與模擬仿真、多變量動態優化，從而達到整體最優功能目標，實現設計自動化。(3) 工業設計技術。工業設計技術指開展機械產品色彩設計和中國民族特色與世界流派相結合的造型設計，增強產品的國際競爭力。 第一章 緒 論 2. 2. 先進制造工藝先進制造工藝現代制造工藝技術包括精密和超精密加工技術、精密成型技術以及特種加工技術等。(1) 精密和超精密加工技術。精密、超精密加工技術采用去除加工(精密切削、磨削、研磨等)、結合

26、加工(離子鍍、晶體生長、激光焊接、快速成型等)、變形加工(精鍛、精鑄等)等加工方法，使工件的尺寸、表面性能達到極高的精度?，F在的精密、超精密加工已經向納米技術發展。 第一章 緒 論 (2) 精密成型技術。精密成型技術是生產局部或全部、無余量或少余量半成品的工藝方法的統稱，包括精密凝聚成型技術、精密塑性加工技術、粉末材料構件精密成型技術、精密焊接技術及復合成型技術等。其目的在于使成型的制品達到或接近成品形狀的尺寸，并達到提高質量、縮短制造周期和降低成本的效果；其發展方向是精密化、高效化、強韌化和輕量化。 第一章 緒 論 (3) 特種加工技術。特種加工技術是指那些不屬于常規加工范疇的加工，如高能束

27、流(電子束、離子束、激光束)加工、電加工(電解和電火花加工)、超聲波加工、高壓水加工以及多種能源的組合加工等。特種加工技術因其各自的獨特性能而在機械、電子、化工、輕工、航空、建筑、國防等行業以及材料、能源和信息等領域得到了廣泛的應用。(4) 表面改性、制膜和涂層技術。表面改性、制膜和涂層技術是采用物理、化學、金屬學、高分子化學、電學、光學和機械學等技術及其組合技術對產品表面進行改性、制膜和涂層，賦予產品耐磨、耐蝕、耐(隔)熱、抗疲勞、耐輻射以及光、熱、磁、電等特殊功能，從而提高產品質量、延長使用壽命和賦予新性能的新技術的統稱，是表面工程的重要組成部分。 第一章 緒 論 3. 3. 自動化技術自

28、動化技術制造自動化是指用機電設備取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動完成特定的作業，包括物料的存儲、運輸、加工、裝配和檢驗等各個生產環節的自動化。其目的在于減輕勞動強度，提高生產效率，減少在制品數量，節省能源消耗以及降低生產成本。自動化技術主要包括數控技術、工業機器人技術、柔性制造技術、計算機集成制造技術、傳感技術、自動檢測及信號識別技術和過程設備工況監測與控制技術等。 第一章 緒 論 4. 4. 系統管理技術系統管理技術系統管理技術是指企業在市場開發、產品設計、生產制造、質量控制到銷售服務等一系列的生產經營活動中，為了使制造資源(材料、設備、能源、技術、信息以及人力)得到總體

29、配置優化和充分利用，使企業的綜合效益(質量、成本、交貨期)得到提高而采取的各種計劃、組織、控制及協調的方法和技術的總稱。它是現代制造技術體系中的重要組成部分，對企業的最終效益提高起著重要的作用。系統管理技術包括工程管理、質量管理、管理信息系統等，以及現代制造模式(如精益生產、CIMS、敏捷制造、智能制造等)、集成化的管理技術、企業組織結構與虛擬公司等生產組織方法。 第一章 緒 論 1.3 先進制造技術的現狀及發展趨勢先進制造技術的現狀及發展趨勢 1.3.1 世界制造業現狀世界制造業現狀 1. 1. 美國制造業的競爭策略美國制造業的競爭策略制造業是美國經濟的主要支柱，美國財富的68%來源于制造業

30、。1991年9月，在由美國總統辦公廳指定的國家關鍵技術委員會向總統提出的雙年度報告中，認定制造領域的國家關鍵技術包括：(1) 柔性計算機集成制造；(2) 智能加工設備；(3) 微米級和毫微米級制造；(4) 系統管理技術。 第一章 緒 論 1992年國家關鍵技術委員會又提出將先進制造技術作為國家關鍵技術。近幾年來，美國政府所采取的主要措施有：(1) 1994年從財政年度預算中撥款14億美元支持先進制造技術研究開發；(2) 先進技術計劃(ATP)1992年已有60個項目獲得資助；(3) 實施小企業革新研究計劃(SBTR)；(4) 實施工程研究中心建設計劃(ERC)；(5) 實施戰略制造計劃(STR

31、ATMAN)；第一章 緒 論 (6) 實施有益于環境的制造計劃；(7) 實施制造科學與技術計劃；(8) 建立航空航天、電子、機床等領域的敏捷制造研究中心；(9) 在一些大學設置制造工程系、專業、研究中心或實驗室；(10) 在美國科學基金會中，制造工程與科學在工程領域列為獨立學科，以強化對其的支持。 第一章 緒 論 分析美國在先進制造技術基礎領域的研究現狀，其發展趨勢大致如下：(1) 面對大制造業，用戶需求啟動研究。 (2) 在制造業和制造技術較為發達的基礎上，注重制造模式的研究。 (3) CAD普及率達60%以上。 (4) 在傳統冷、熱成型工藝基礎上，發展精度較高的成型工藝技術。(5) 發展特

32、種與復合加工工藝，如高能束加工工藝等。第一章 緒 論 (6) 利用應用軟件、傳感器和控制系統建造新一代智能化機床和智能化加工單元，通過建模、仿真來優化車、鉆、銑、磨、模和注塑成型工藝過程。 (7) 生產準備工作柔性化和柔性工裝卡具，近幾年成為制造領域的研究熱點。(8) 發展少或無污染和可拆卸回收的產品及其制造技術。(9) 不少大學工學院多年來設置有技術與管理相結合的工業工程科系。近些年，在大學工學院設置制造工程學科、中心、實驗室的數目不斷增加。(10) 國家科學基金資助指南中，制造工程與科學在工程領域列為獨立學科，與機械和結構學科分立，強化對制造技術基礎與應用基礎研究的支持。 第一章 緒 論

33、2. 2. 日本制造業的發展對策日本制造業的發展對策美國曾以福特方法贏得全世界制造技術的優勢。而日本人卻在福特方法的基礎上，不斷更新技術以適應市場需求。在20世紀70年代，日本汽車大舉進入美國市場，以其價廉質優和多品種將美國三大汽車公司推向倒閉的邊緣。在1990年，僅日本FANUC公司生產的數控系統裝置數量就占世界市場的一半。 第一章 緒 論 總體來講，IMS的研究包括三個方面：(1) 將目前各國、各企業掌握的制造技術系統化，包括產品設計技術和產品加工、裝配技術等。(2) 將現有技術及將要開發的技術標準化，包括制造數據的壓縮、傳遞與儲存的標準化以及物流管理技術的標準化。(3) 面向21世紀的先

34、進制造系統的研究開發，包括系統管理技術，設計、加工和裝配技術以及制造系統體系結構。 第一章 緒 論 3. 3. 前歐共體前歐共體ESPRITESPRIT計劃和計劃和BRITE-EURAMBRITE-EURAM計劃計劃前歐共體支持先進制造技術開發的主要有關計劃是ESPRIT計劃和BRITE-EURAM計劃。ESPRIT計劃主要資助微電子、軟件工程和信息處理系統、計算機集成制造等方面的研究。BRITE-EURAM計劃主要資助材料、制造加工和設計以及復雜工廠系統等方面的研究。上述前歐共體的這種大型國家級研究項目參加者除大企業外還有小企業和大學，參加單位多，研究工作顯得分散。 第一章 緒 論 4. 4

35、. 韓國韓國G7G7計劃計劃韓國于1991年提出實施“高級先進技術國家計劃”，即G7計劃。G7計劃中的“先進制造系統”項目是一個將市場需求、設計、制造和分銷集成在一起的系統，旨在改進產品質量，提高生產率，增加國際競爭力，使韓國制造技術達到世界先進水平。該項目由韓國國家機構科技部負責，總投資額為5.95億美元，其中政府資助2.77億美元。 第一章 緒 論 上述“先進制造系統”項目的內涵為(1) 共性基礎技術：開放式集成系統(包括設計自動化、并行工程等）；標準和性能評估。(2) 下一代加工系統：加工設備開發(包括5軸加工中心、超精非球面加工中心等）；機械技術(包括高性能主軸、高精度加工和測量等)；

36、運營技術；集成技術。(3) 電子產品的裝配和檢驗系統：下一代印刷線路裝配和檢驗系統；用于裝配和制造系統的高性能機械機構；先進裝配用基礎技術(包括精密裝配、無焊料結合等）。 第一章 緒 論 1.3.2 1.3.2 先進制造技術在我國的發展先進制造技術在我國的發展1. 1. 我國制造業相對優勢與先進制造技術的發展我國制造業相對優勢與先進制造技術的發展(1) 我國制造技術經建國以來50余年的發展已形成較完整的技術體系，為國民經濟發展所需各類機械產品的制造提供基本的工藝技術，已能生產機床、汽車、輪船、飛機、大型發電機組等工業裝備及民用消費類制造產品。(2) 通過對引進技術的消化吸收和對企業現有技術的深

37、化改造，不少企業已經掌握了一批相對先進的制造技術和管理方法，不少產品已成功地打入國際市場。 第一章 緒 論 (3) 在制造技術基礎研究的許多方面我國已具有很高水平，制造學科已發展成為一個重要的支柱學科。近百所高等工科院校設有機械制造、機電一體化等相關專業；國家有關部委也設有制造工藝與技術研究所；20世紀80年代中期，國家設立了國家自然科學基金委員會，建立了機械強度與振動、摩擦學、流體傳動與控制、激光、模具、焊接、測試與精密儀器、精密成型、汽車、超精密加工等國家重點實驗室或工程中心。 第一章 緒 論 (4) 在“九五”計劃的實施中，國家科學技術部的“國家科技攻關計劃”、“國家高新技術研究發展計劃

38、”、“國家基礎研究重大項目計劃(攀登計劃預選項目)”都列入有關項目并付諸實施，其中“精密成型與加工研究開發和應用示范”、“金屬材料熱成型過程動態模擬及組織性能質量優化控制”、“CIMS” 以及“智能機器人”等項目已全面實施。(5) 國家計委也十分重視先進制造技術的發展，在“九五” 期間實施了一批發展先進制造技術的項目，如數控系統及裝備研究、自動測試系統及設備技術研究、現場總線研究、智能化儀表研究、傳感器技術研究、30萬輛轎車規模生產關鍵技術及裝備研究等。 第一章 緒 論 (6) 先進制造技術應用情況。 1993年國家科委組織實施“CAD應用工程”，原機械部又將1997年定為CAD推廣年，現在機

39、械工業系統的骨干企業中CAD應用的普及率達到35，但絕大多數只是“甩圖板”。 1958年開始研制數控機床，到20世紀80年代通過引進、消化、吸收國外成熟技術開發出具有自主知識產權的數控系統；到80年代中期，已開始引進和自行研制柔性制造系統，數控機床的生產也實現了產業化。但在金屬切削機床總產量中，數控化率只有5%左右。 第一章 緒 論 我國在20世紀70年代中期研制成功了直接數控(群控)系統并應用于生產，現在已擁有柔性制造系統和柔性制造單元等自動化制造系統。北京第一機床廠的CIMS工程于1994年初步建成，并于1995年獲得美國制造工程師學會和計算機與自動化系統專業學會(CASA/SME)的CI

40、MS應用工業的稱號。在此之前，1994年清華大學獲得CASA/SME的CIMS大學領先獎。 第一章 緒 論 我國在20世紀80年代末就注意引進先進管理模式。沈陽鼓風機廠很早就采用了國際商用機器公司(IBM)的“面向通信的生產信息和控制系統”(Communication Oriented Production Information and Control System，COPICS)，第一汽車集團公司在生產管理中引進了日本的“準時生產”(JIT)模式。據有關資料報導，我國企業已先后投入大約80億元購買了MRP軟件來建立現代生產管理系統或MIS系統。 第一章 緒 論 2. 2. 我國機械制造業的

41、差距與發展目標我國機械制造業的差距與發展目標我國機械制造業的差距(1) 產品品種少、檔次低。(2) 制造工藝落后，裝備陳舊。 (3) 生產專業化水平低。 (4) 管理技術落后。 第一章 緒 論 鑒于目前機械工業的狀況，圍繞發展先進制造技術，我國制定了機械工業發展目標：(1) 2000年，產品設計、精密和超精密加工、激光加工、表面改性、制膜和涂層、制造業和過程工業綜合自動化以及系統管理技術，總體上達到工業先進國家20世紀80年代末90年代初的水平。(2) 我國的優質、高效、低耗、少或無污染的現代制造技術普及率在2000年由目前的不足10%提高到20%，預計在2010年提高到50%。 第一章 緒

42、論 (3) 形成一批高科技產業：四個加工產業（精密成型加工、精密加工、激光加工、表面處理加工）；三個自動化硬件產業(數控系統、工業機器人、傳感器和測試設備）；三個軟件產業(CAD、CAM、MIS）。到2000年，大型企業普遍采用CAD技術和計算機輔助管理技術；預計到2010年，大、中型企業普遍采用CAD，25%的大、中型企業采用CAM，大、中型企業主要產品的關鍵工序實現柔性化生產。 第一章 緒 論 1.3.3 先進制造技術的發展趨勢先進制造技術的發展趨勢 當前先進制造技術的發展方向大致有以下九個方面：(1) 信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合，現代制造生產模式將得到不斷發展；(2) 設計技術

43、與手段更現代化；(3) 成型及制造技術精密化，制造過程實現低消耗；(4) 形成新型特種加工方法；(5) 開發新一代超精密、超高速制造裝備；(6) 加工工藝由技藝型發展為工程科學型；(7) 實施無污染綠色制造；(8) 虛擬現實技術將在制造業中廣泛應用；(9) 制造過程中將貫徹以人為本的概念。 第一章 緒 論 三、發展趨勢三、發展趨勢1、集合多學科成果形成一個完整的制造體、集合多學科成果形成一個完整的制造體2、先進制造技術的動態發展過程、先進制造技術的動態發展過程3、信息技術對先進制造技術的發展起著越來越、信息技術對先進制造技術的發展起著越來越重要的作用重要的作用4、先進制造技術向超精微細領域擴展

44、、先進制造技術向超精微細領域擴展5、制造過程的集成化、制造過程的集成化6、制造科學與制造技術、生產管理的融合、制造科學與制造技術、生產管理的融合第一章 緒 論 7、綠色制造將成為、綠色制造將成為21世紀制造業的重要特征世紀制造業的重要特征（1）綠色產品設計技術）綠色產品設計技術（2）綠色制造技術。）綠色制造技術。（3）產品的回收和循環再制造）產品的回收和循環再制造8 8、虛擬現實技術在制造業中獲得越來越多的、虛擬現實技術在制造業中獲得越來越多的 應用應用 （Virtual Reality TechnologyVirtual Reality Technology）9 9、制造全球化、制造全球化

45、（Manufacturing GlobalizationManufacturing Globalization） 第一章 緒 論 四、技術前沿四、技術前沿關鍵技術關鍵技術 1 1、可重組制造系統、可重組制造系統 五個方面：五個方面：（1 1）制造工藝與工裝。）制造工藝與工裝。 （2 2）基礎理論）基礎理論（3 3）新的制造系統。）新的制造系統。 （4 4）建模與仿真。）建模與仿真。（5 5）控制和通信。）控制和通信。 2 2、無浪費工藝、無浪費工藝 兩個重要領域進行研究：兩個重要領域進行研究：（1 1）廢棄物的減少和利用。）廢棄物的減少和利用。（2 2）產品設計和分析。）產品設計和分析。 第一章 緒 論 3.3.新的材料工藝新的材料工藝 三大領域展開：三大領域展開：（1 1）創新的工藝過程。）創新的工藝過程。 （2 2）設計和分析方法。）設計和分析方法。（3 3）理論基礎）理論基礎4 4、生物制造技術、生物制造技術5 5、企業建模和仿真、企