先進制造技術

上海應用技術學院機械工程學院鄭剛先進制造技術

上海應用技術學院機械工程學院1課程名稱：先進制造技術上課時間：周一1，2節，周三7，8節上課地點：一教H405任課教師：鄭剛辦公地址：第一學科樓A317答疑時間：考核方式：平時成績(30%)+考試成績(70%)課程名稱：先進制造技術2先進制造技術的特征在于：

①先進制造技術不是一項具體的技術，而是一項綜合系統的技術；

②先進制造技術的先進性是建立在不斷地汲取其他相關領域新技術的基礎上的，是動態的、相對的；

③創新是先進制造技術的靈魂，并貫穿于制造全過程(產品創新、生產工藝過程創新、生產手段創新、管理創新、組織創新及市場創新)；

④技術與管理的結合是先進制造技術的一個突破，新的制造模式的層出不窮是人類生產活動的一大進步；

⑤市場和工業界的需求是先進制造技術的出發點與歸宿，是先進制造技術的動力和目標。先進制造技術成果的成敗取決于市場檢驗，企業是先進制造技術的創新主體。

先進制造技術的特征在于：

①先進制造技術不是一項具體的技3先進制造技術的范疇一般包括以下五個部分：

現代設計技術；

先進制造工藝技術；

制造自動化技術；

現代生產管理技術;

先進生產制造模式。

先進制造技術的范疇一般包括以下五個部分：

現代設計技術；

4期刊：TheInternationalJournalofAdvanced

ManufacturingTechnology

ComputeraideddesignRobotics;Artificialintelligence;Lasersandotheradvancedprocesses;Flexiblemanufacturingsystems;Computerintegratedmanufacturing;High-speedmachiningNumericalcontrol;Automatictestequipment;ReverseengineeringProductionplanningandcontrol;Supplychainmanagement;期刊：TheInternationalJournalo5第一章制造業與先進制造技術1.1制造業的發展與挑戰1.2先進制造技術的提出和進展1.3先進制造技術的內涵和體系結構第一章制造業與先進制造技術1.1制造業的發展與挑戰6包括市場分析、產品設計、加工裝配、質量保證、生產管理、市場營銷全過程1.1.1制造與制造業原材料產品工藝

能源知識技能

工具制造與物流有關的加工和裝配過程狹義制造廣義制造包括市場分析、產品設計、加工裝配、質量保證、生產管理、市場7制造系統具有特定功能的有機整體制造過程硬件制造過程軟件硬件人員經營規劃、開發研制、加工制造和控制管理等過程生產設備、工具和材料、能源以及各種輔助裝置軟件制造理論、制造工藝和方法、各種制造信息等制造系統具有特定功能的有機整體制造過程硬件制造過程軟件硬件人8制造業可供人們使用和消費的產品行業，是所有與制造有關的企業群體

類別

構成比例類別

構成比例

類別

構成比例

金屬制品3.395食品工業15.335化工15.586一般機械8.625紡織7.193建材7.299運輸機械6.424服裝5.018黑色冶金6.908電器設備5.125家具1.542有色冶金2.120電子設備4.588文教用品4.292其他制造1.681儀器儀表0.998油加工3.870我國制造分類和構成制造業可供人們使用和消費的產品行業，是所有與制造有關的企業群91）用機器代替手工，從作坊形成工廠19世紀機器在英國誕生，先后傳入法國、德國和美國。2）從單件生產方式發展成大量生產方式泰勒：以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理。福特：零件互換技術，1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產線。3）柔性化、集成化、智能化和網絡化的現代制造技術柔性制造系統、計算機集成制造系統、網絡化制造、智能制造系統、及時生產、精良生產、敏捷制造……制造業發展的歷程1）用機器代替手工，從作坊形成工廠制造業發展的歷程101.1.2制造業的地位和作用三大產業農林牧業,工業，服務業

工業（52%）制造業（45%）、建筑業、采掘業以及電力、煤氣、水的生產供應業農林牧業農業、林業、蓄禽業、水產業服務業商業、金融、房地產、經貿等1.1.2制造業的地位和作用三大產業農林牧業,工業，服務業11一個國家經濟發展的支柱國民經濟收入的重要來源工業經濟年代經濟增長的“發動機”一個國家經濟強大、經濟騰飛的重要基礎制造業地位一個國家經濟發展的支柱制造業12提供人們衣、食、住、行物質消費決定全社會的長遠效益和經濟的持續增長國際商品貿易的保證（美國78%，日本96%，我國81%-1995年）農業基礎地位的物質保障，服務業發展的重要條件信息產業發展的物質基礎；農業勞動力轉移和就業的重要途徑為科技和教育發展提供經費支持和實驗裝備實現軍事現代化和國家安全的保障制造業的作用制造業的作用13制造業是產業革命的主力軍一、第一次產業革命：1733-18781）又稱為：蒸汽革命。2）產業革命的標志：瓦特發明的蒸汽機。3）英國的制造業孕育和實現了瓦特的發明4）制造業和瓦特的發明推動了熱力學理論的誕生。制造業是產業革命的主力軍一、第一次產業革命：1733-1814制造業是產業革命的主力軍二、第二次產業革命：1879-19451）又稱為：電氣革命。2）產業革命的標志：電燈（愛迪生）、電話（貝爾）、電機（西門子）等電氣化產品。3）制造業促使了電的應用，而后才有麥克斯韋電動力學理論的誕生。4）麥克斯韋電動力學理論推動了20世紀初開始的無線電、微波、雷達、合成孔徑、微波成像、衛星通信、宇宙微波探測等技術的發展。5）牛頓力學和電動力學又為量子力學的發展指引了道路，導致了量子場論的創立。制造業是產業革命的主力軍二、第二次產業革命：1879-19415制造業是產業革命的主力軍三、第三次產業革命：1945-19721）又稱為：電子（原子）革命。2）產業革命的標志：原子彈（1945）、電子計算機（1946）、晶體管（1948）、集成電路、微電子技術等。3）微電子制造技術開創了全新的信息時代。制造業是產業革命的主力軍三、第三次產業革命：1945-19716制造業是產業革命的主力軍四、第四次產業革命：1973-1）又稱為：高新技術產業革命。2）產業革命的標志：眾多高新技術產品，如微電子產品、電腦、新一代通信產品、新一代汽車、磁懸浮列車、新一代飛機、機器人、生物工程產品、新一代藥物、綠色食品、轉基因產品等等。3）微器件制造工藝，如拉單晶、摻雜、擴散、離子注入、外延、濺射、化學沉積（CVD）、光刻、表面貼裝、自動化組裝、進而到納米器件制造工藝將把高新技術產業革命推向頂峰。制造業是產業革命的主力軍四、第四次產業革命：1973-17從科學發現到技術發明科學發明年份技術發明年份孕育過程(年）電磁感應原理1831發電機187241內燃機原理1862汽油內燃機188321電磁波通訊原理1895公眾廣播電臺192126噴氣推進原理1906噴氣發動機193529雷達原理1925制出雷達193510青霉素原理1928制出青霉素194315鈾核裂變1938制出原子彈19457發現半導體1948半導體收音機19546集成電路設計思想1952單片集成電路19597光纖通信原理1966光纖電纜19704無線移動通信設想1974蜂窩移動電話19784多媒體設想1987多媒體電腦19914新一代設計芯片90年代新一代芯片90年代1.53、二十一世紀科學技術發展的總趨勢從科學發現到技術發明科學發明年份技術發明年份孕育過程(年）電1820世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者1汽車1885/1903德國奔馳/美國福特2飛機1903美國萊特兄弟3火箭1903俄國齊奧爾科夫斯基4電冰箱1917美國5電影機1919/36德國福格特6電視機1927/40美國貝爾7噴氣發動機1937英國惠特爾8原子彈1945美國日本9計算機1946美國莫切利埃克特10晶體管1948美國肖克利11核電站1951美國12數控機床1951美國MIT13氫彈1952美國特勒3、二十一世紀科學技術發展的總趨勢20世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者1汽1920世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者14機器人1954美國戴沃爾15人造衛星1957蘇聯16宇宙飛船1961蘇聯加加林17飛船登月1969美國阿波羅18載人航天飛機1977美國19磁懸浮列車1965日本時速400～500公里/時20光纖通信設備1968美國21芯片1971/1999美國intel950萬晶體管/片22掃描隧道顯微鏡1986日本工業技術院23掌上電腦1992美國APPLEnewton24手機90年代初美國25信息高速公路1993美國nationalinformationinfrastruture（Nii）3、二十一世紀科學技術發展的總趨勢20世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者1420第二節先進制造技術的提出和進展1.2.1制造技術的進步和發展1.2.2先進制造技術產生背景1.2.3各國對先進制造技術的響應及其發展計劃第二節先進制造技術的提出和進展21先進制造技術計劃：1994年預算14億美元，圍繞“智能制造系統”、“集成工具”、“基礎設施建設”三個重點領域開展研究；制造技術中心計劃：在一個地區設立一個制造技術中心，建立技術擁有者與需要者之間的橋梁，為中小企業展示新制造技術和裝備、組織培訓、幫助企業了解和選用最新技術和裝備。1.2.3各國先進制造技術的發展美國先進制造技術計劃：1994年預算14億美元，圍繞“智能制造系221990年提出了智能制造計劃，由美國、歐共體、加拿大、澳大利亞等國參加，投資10億美元實施智能制造計劃目的：通過國際共同研究，使制造業在接受訂貨、開發、設計、生產、物流直至經營管理的全過程中，做到生產設備自律化生產設備自律化：能夠根據環境變化自主判斷并及時決策變更作業過程日本日本23尤里卡計劃（EREKA）：1988年用5億美元資助16個歐洲國家、600家公司的165個合作性高科技研究開發項目。歐洲信息技術研究發展戰略計劃（ESPRIT）：在13個成員國向5500名研究人員提供了資助，明確設計原理、工廠自動化、生產過程管理三大課題。歐洲工業技術基礎研究計劃（BRITE）：重點資助材料、制造加工、設計以及工廠系統運作方式等研究。歐共體尤里卡計劃（EREKA）：1988年用5億美元資助16個歐洲24第三節先進制造技術的內涵和體系結構1.3.1先進制造技術的內涵和特點1.3.2先進制造技術的體系結構及其分類第三節先進制造技術的內涵和體系結構251、定義:在傳統制造技術基礎上不斷吸收機械.電子.信息.材料.能源和現代管理等方面的成果,并將其綜合應用于產品設計.制造.檢測.管理.銷售.使用.服務的制造全過程,以實現優質.高效.低耗.清潔.靈活的生產,提高對動態多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術總稱,也是取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱.先進制造技術的定義與體系結構1、定義:先進制造技術的定義與體系結構261.3.1先進制造技術的內涵和特點傳統制造技術先進制造技術系統性僅駕馭生產過程物質流和能量流能駕馭生產過程物質流、信息流和能量流廣泛性僅指將原材料變為成品的加工工藝貫穿從產品設計、加工制造到產品銷售的整個過程集成性學科專業單一、獨立，相互間界限分明專業和學科不斷滲透、交叉融合，其界限逐漸淡化甚至消失動態性不同時期、不同國家，其特點、重點、目標和內容不同實用性注重實踐效果，促進經濟增長，提高綜合競爭力1.3.1先進制造技術的內涵和特點傳統制造技術先進制造技術27先進制造技術的定義與體系結構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基礎

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聯接與裝配測試和檢測環保技術維修技術其他

信息技術

接口技術集成技術人工智能

數據庫軟件工程決策支持

標準和框架

數據標準工藝標準接口框架

產品定義和標準檢驗標準

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

全國監督和基準評測技術獲取和利用主體技術群支撐技術群制造基礎設施環境2、體系結構先進制造技術的定義與體系結構面向制造的設計技術群制造工藝技術281、先進設計技術設計方法現代化產品動態分析和設計產品可靠性可維護性及安全設計產品優化設計快速響應設計創新設計智能設計仿真與虛擬設計價值工程設計模塊化設計先進制造技術的學科內容設計手段計算機化有限元法優化設計計算機輔助設計反求工程技術CAD/CAM一體化技術工程數據庫向全壽命周期設計發展由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經濟和社會因素1、先進設計技術先進制造技術的學科內容292、先進制造工藝技術精密、超精密加工技術精密加工：精度為3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度為0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm納米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm先進制造技術的學科內容精密成型制造技術從制造工件的毛坯、從接近零件形狀向直接制成工件的方向發展特種加工技術高能束流加工（電子束、離子束、激光束）電加工（電解和電火花)超聲波加工高壓水加工多種能源的組合加工2、先進制造工藝技術先進制造技術的學科內容303、制造自動化技術數控技術數控裝置進給系統主軸系統NC程序編制工業機器人機器人操作機控制系統傳感器生產線總線控制先進制造技術的學科內容柔性制造系統加工系統物流系統調度與控制故障診斷自動檢測與信號識別技術信號識別數據獲取數據處理特征提取與識別過程設備工況監測與控制過程監視系統在線反饋質量控制3、制造自動化技術先進制造技術的學科內容柔性制造系統314、先進制造系統先進制造生產模式計算機集成制造系統CIMS敏捷制造系統AMS智能制造系統IMS精良生產LP并行工程CE集成管理技術企業資源管理ERP基于作業的成本管理ABC現代質量保障體系生產率工程制造資源快速有效集成先進制造技術的學科內容生產組織方法虛擬公司理論與組織企業組織結構的變革以人為本的團隊建設企業重組工程4、先進制造系統先進制造技術的學科內容生產組織方法32

—精密化是機械制造發展的核心—先進制造技術的發展趨勢

—精密化是機械制造發展的核心—先進制造技術的發展趨勢33現代超精密機械對精度的要求現代超精密機械對精度的要求34采用硅微工藝刻蝕制造的

微機械手采用硅微工藝刻蝕制造的

微機械手35加工精度及其發展

1—車、銑2—磨3—CNC機床 4—研磨、工具磨5—光學磨、金剛石車、磨6—金剛石超精車、磨、電解加工7—衍射光柵刻線機8—電子束、離子束、X射線9—分子束生長、離子注10—掃描隧道技術加工精度及其發展

1—車、銑36細微與納米加工技術可達的水平

細微與納米加工技術可達的水平

37—自動化是機械工程發展的途徑—

先進制造技術的發展趨勢—自動化是機械工程發展的途徑—

先進制造技術的發展趨勢381.自動化是機械工程綜合化的核心和目標2.機電一體化工程(MechatronicEngineering）是高技術裝備的基礎3.先進制造系統以綜合（集成、整合）為手段4.特種加工技術與裝備是典型的綜合技術與裝備1.自動化是機械工程綜合化的核心和目標39制造中的自動化技術1.CAD/CAM技術(包括CAT/CAE/---CAX)2.數字控制技術3.機電一體化技術(包括光、液、氣)4.傳感器與測試技術5.伺服驅動系統技術6.自動機技術(包括輸送、存儲、裝卸及機器人)7.加工、裝配和檢驗中的自動化技術8.制造系統技術9.管理信息化技術10.回收與維修中的自動化技術結論：制造自動化技術的基礎是數字技術制造中的自動化技術1.CAD/CAM技術(包括CAT/CAE40先進制造系統以綜合為手段(一)近二十年來，世界各國共提出數十種先進制造系統，其中較重要的有38種：(1)CAD/CAM/CAE(計算機輔助設計/計算機輔助制造/計算機輔助工程);(2)成組技術(GroupTechnology)(GT);(3)全面質量管理(TotalQualityManufacturing)(TQM);(4)材料需求計劃(MaterialRequisitePlanning)(MRP-I);先進制造系統以綜合為手段(一)近二十年來，世界各國共提出數十41先進制造系統(續)(5)制造資源計劃(ManufacturingResourcePlanning)(MRP-II);(6)柔性制造系統(FlexibleManufacturingSystem)(FMS);(7)準時生產制(JustInTime)(JIT);(8)計算機輔助工藝規劃（CAPP);先進制造系統(續)42先進制造系統(續)(9)為了制造的(裝配的，試驗的······)設計(DFMA,DFA,DFT······DFX);(10)計算機集成制造系統(ComputerIntegratedManufacturingSystem)（CIMS);(11)用戶驅動生產(CustomerDrivenProduction)(CDP);(12)企業重組(BusinessReengineering)(BR);(13)并行工程(ConcurrentEngineering)(CE);先進制造系統(續)(9)為了制造的(裝配的43先進制造系統(續)(14)環境友好生產(EnvironmentFriendlyManufacturing)(EFM);(15)精益生產(LeanProduction)(LP);(16)敏捷制造(AgileManufacturing)(AM);(17)多智能體制造系統(Multi-AgentManufacturingSystem)(MAMS);先進制造系統(續)44先進制造系統(續)(18)虛擬制造(VirtualManufacturing)(VM);(19)增廣現實制造(AugmentedRealityManufacturing)(ARM);(20)協同制造(HolonicManufacturing)(HM);(21)生物型制造(BiologicalManufacturing)(BM);(22)壽命周期工程(LifeCycleEngineering)(LCE);(23)綠色制造(GreenManufacturing)(GM);先進制造系統(續)(18)虛擬制造(Virtu45先進制造系統(續)(24)網絡合作制造(Network-CollaborativeManufacturing)(NCM);(25)遙遠制造(RemoteManufacturing)(RM);(26)全面生產維護(TotalProductionMaintenance)(TPM);(27)開放結構制造系統(OpenArchitectureManufacturingSystem)(OAMS);(28)智能制造(IntelligentManufacturing)(IM);先進制造系統(續)(24)網絡合作制造(Network-Co46先進制造系統(續)(29)分形企業(FractalEnterprise)(FE);(30)預計生產改進系統(Pre-PlannedProductImprovementsystem)(P3IS);(31)企業資源計劃(EnterpriseResourcePlanning)(ERP);(33)快速原型制造(RapidPrototypeManufacturing)(RPM);(34)自組織生產系統(Self-OrganisedProductionSystem)(SOPS);先進制造系統(續)(29)分形企業(Fract47先進制造系統(續)(35)可重組制造系統(ReconfigurableManufacturingSystem)(RCMS);(36)大規模定制(MassCustomization)(MC);(37)全球制造(GlobalManufacturing)(GM);(38)下一代制造系統(NextGenerationManufacturingSystem)(NGMS)先進制造系統(續)48—信息化是機械工程發展的急需—

先進制造技術的發展趨勢—信息化是機械工程發展的急需—

先進制造技術的發展趨勢49我國信息產業已駛上高速路（1）2000年上網戶數為2250萬戶，2001年為4000萬戶，2008年5月底為2.2億戶,（2）2006年我國手機年生產能力是3.8億部，全球的50%，2003年統計,國內月銷售量達500萬部，2008年3.5億。（3）十五期間，中國的信息產業繼續保持20%的高速增長，市場規模比2000年翻一番，固定、移動電話網規模容量將躍居世界第一位，電話用戶總數達到5億戶，全國電話普及率達到40%。到2010年，信息產業市場規模再翻一番。也就是說，未來十年，信息產業將翻兩番。我國信息產業已駛上高速路（1）2000年上網戶數為2250萬502011年，我國彩電、手機、計算機等主要電子產品產量占全球出貨量的比重分別達到48.8%、70.6%和90.6%，均名列世界第一2011年，我國彩電、手機、計算機等主要電子產品產量占全球出51中國國家統計局2月22日發布數據稱，2011年，中國完成郵電業務總量13379億元人民幣，比上年增長16.5%。當年新增移動電話用戶12725萬戶，年末達到98625萬戶，其中3G移動電話用戶12842萬戶。互聯網上網人數5.13億人，互聯網普及率達到38.3%。

中國國家統計局2月22日發布數據稱，2011年，中國完成郵電52—智能化是機械工程發展的方向—

先進制造技術的發展趨勢—智能化是機械工程發展的方向—

先進制造技術的發展趨勢53為什么說智能化是機械工程發展的方向?1.“知識經濟”的本質是“智力經濟”2.本世紀中心學科發展的趨勢：從信息科學到生命科學（21世紀中葉）再轉向認知科學（21世紀70年代）。3.信息化、網絡化的實質是智能化。4.國民經濟各部門的智能化已露端倪,智能化成為各行各業發展的趨向，如：智能計算機、智能車輛、智能機器、智能儀表、智能控制、智能材料…甚至智能大廈。為什么說智能化是機械工程發展的方向?54本章小結介紹了制造、制造系統與制造業基本概念，闡述了制造業在國民經濟中作用地位，分析了制造業在新世紀所面臨的6大機遇與挑戰以及市場特征；制造技術從18世紀至今經歷了5個發展時期。20世紀80年代末，在市場激烈競爭背景下首先由美國提出了先進制造技術策略，迅速得到各工業國家的響應。先進制造技術與傳統制造技術比較具有系統性、廣泛性、集成性、動態性、實用性特征。先進制造技術被分為：現代設計技術、先進制造工藝、工自動化技術、現代生產管理技術、先進制造生產模式。本章小結55先進制造技術

上海應用技術學院機械工程學院鄭剛先進制造技術

上海應用技術學院機械工程學院56課程名稱：先進制造技術上課時間：周一1，2節，周三7，8節上課地點：一教H405任課教師：鄭剛辦公地址：第一學科樓A317答疑時間：考核方式：平時成績(30%)+考試成績(70%)課程名稱：先進制造技術57先進制造技術的特征在于：

①先進制造技術不是一項具體的技術，而是一項綜合系統的技術；

②先進制造技術的先進性是建立在不斷地汲取其他相關領域新技術的基礎上的，是動態的、相對的；

③創新是先進制造技術的靈魂，并貫穿于制造全過程(產品創新、生產工藝過程創新、生產手段創新、管理創新、組織創新及市場創新)；

④技術與管理的結合是先進制造技術的一個突破，新的制造模式的層出不窮是人類生產活動的一大進步；

⑤市場和工業界的需求是先進制造技術的出發點與歸宿，是先進制造技術的動力和目標。先進制造技術成果的成敗取決于市場檢驗，企業是先進制造技術的創新主體。

先進制造技術的特征在于：

①先進制造技術不是一項具體的技58先進制造技術的范疇一般包括以下五個部分：

現代設計技術；

先進制造工藝技術；

制造自動化技術；

現代生產管理技術;

先進生產制造模式。

先進制造技術的范疇一般包括以下五個部分：

現代設計技術；

59期刊：TheInternationalJournalofAdvanced

ManufacturingTechnology

ComputeraideddesignRobotics;Artificialintelligence;Lasersandotheradvancedprocesses;Flexiblemanufacturingsystems;Computerintegratedmanufacturing;High-speedmachiningNumericalcontrol;Automatictestequipment;ReverseengineeringProductionplanningandcontrol;Supplychainmanagement;期刊：TheInternationalJournalo60第一章制造業與先進制造技術1.1制造業的發展與挑戰1.2先進制造技術的提出和進展1.3先進制造技術的內涵和體系結構第一章制造業與先進制造技術1.1制造業的發展與挑戰61包括市場分析、產品設計、加工裝配、質量保證、生產管理、市場營銷全過程1.1.1制造與制造業原材料產品工藝

能源知識技能

工具制造與物流有關的加工和裝配過程狹義制造廣義制造包括市場分析、產品設計、加工裝配、質量保證、生產管理、市場62制造系統具有特定功能的有機整體制造過程硬件制造過程軟件硬件人員經營規劃、開發研制、加工制造和控制管理等過程生產設備、工具和材料、能源以及各種輔助裝置軟件制造理論、制造工藝和方法、各種制造信息等制造系統具有特定功能的有機整體制造過程硬件制造過程軟件硬件人63制造業可供人們使用和消費的產品行業，是所有與制造有關的企業群體

類別

構成比例類別

構成比例

類別

構成比例

金屬制品3.395食品工業15.335化工15.586一般機械8.625紡織7.193建材7.299運輸機械6.424服裝5.018黑色冶金6.908電器設備5.125家具1.542有色冶金2.120電子設備4.588文教用品4.292其他制造1.681儀器儀表0.998油加工3.870我國制造分類和構成制造業可供人們使用和消費的產品行業，是所有與制造有關的企業群641）用機器代替手工，從作坊形成工廠19世紀機器在英國誕生，先后傳入法國、德國和美國。2）從單件生產方式發展成大量生產方式泰勒：以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理。福特：零件互換技術，1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產線。3）柔性化、集成化、智能化和網絡化的現代制造技術柔性制造系統、計算機集成制造系統、網絡化制造、智能制造系統、及時生產、精良生產、敏捷制造……制造業發展的歷程1）用機器代替手工，從作坊形成工廠制造業發展的歷程651.1.2制造業的地位和作用三大產業農林牧業,工業，服務業

工業（52%）制造業（45%）、建筑業、采掘業以及電力、煤氣、水的生產供應業農林牧業農業、林業、蓄禽業、水產業服務業商業、金融、房地產、經貿等1.1.2制造業的地位和作用三大產業農林牧業,工業，服務業66一個國家經濟發展的支柱國民經濟收入的重要來源工業經濟年代經濟增長的“發動機”一個國家經濟強大、經濟騰飛的重要基礎制造業地位一個國家經濟發展的支柱制造業67提供人們衣、食、住、行物質消費決定全社會的長遠效益和經濟的持續增長國際商品貿易的保證（美國78%，日本96%，我國81%-1995年）農業基礎地位的物質保障，服務業發展的重要條件信息產業發展的物質基礎；農業勞動力轉移和就業的重要途徑為科技和教育發展提供經費支持和實驗裝備實現軍事現代化和國家安全的保障制造業的作用制造業的作用68制造業是產業革命的主力軍一、第一次產業革命：1733-18781）又稱為：蒸汽革命。2）產業革命的標志：瓦特發明的蒸汽機。3）英國的制造業孕育和實現了瓦特的發明4）制造業和瓦特的發明推動了熱力學理論的誕生。制造業是產業革命的主力軍一、第一次產業革命：1733-1869制造業是產業革命的主力軍二、第二次產業革命：1879-19451）又稱為：電氣革命。2）產業革命的標志：電燈（愛迪生）、電話（貝爾）、電機（西門子）等電氣化產品。3）制造業促使了電的應用，而后才有麥克斯韋電動力學理論的誕生。4）麥克斯韋電動力學理論推動了20世紀初開始的無線電、微波、雷達、合成孔徑、微波成像、衛星通信、宇宙微波探測等技術的發展。5）牛頓力學和電動力學又為量子力學的發展指引了道路，導致了量子場論的創立。制造業是產業革命的主力軍二、第二次產業革命：1879-19470制造業是產業革命的主力軍三、第三次產業革命：1945-19721）又稱為：電子（原子）革命。2）產業革命的標志：原子彈（1945）、電子計算機（1946）、晶體管（1948）、集成電路、微電子技術等。3）微電子制造技術開創了全新的信息時代。制造業是產業革命的主力軍三、第三次產業革命：1945-19771制造業是產業革命的主力軍四、第四次產業革命：1973-1）又稱為：高新技術產業革命。2）產業革命的標志：眾多高新技術產品，如微電子產品、電腦、新一代通信產品、新一代汽車、磁懸浮列車、新一代飛機、機器人、生物工程產品、新一代藥物、綠色食品、轉基因產品等等。3）微器件制造工藝，如拉單晶、摻雜、擴散、離子注入、外延、濺射、化學沉積（CVD）、光刻、表面貼裝、自動化組裝、進而到納米器件制造工藝將把高新技術產業革命推向頂峰。制造業是產業革命的主力軍四、第四次產業革命：1973-72從科學發現到技術發明科學發明年份技術發明年份孕育過程(年）電磁感應原理1831發電機187241內燃機原理1862汽油內燃機188321電磁波通訊原理1895公眾廣播電臺192126噴氣推進原理1906噴氣發動機193529雷達原理1925制出雷達193510青霉素原理1928制出青霉素194315鈾核裂變1938制出原子彈19457發現半導體1948半導體收音機19546集成電路設計思想1952單片集成電路19597光纖通信原理1966光纖電纜19704無線移動通信設想1974蜂窩移動電話19784多媒體設想1987多媒體電腦19914新一代設計芯片90年代新一代芯片90年代1.53、二十一世紀科學技術發展的總趨勢從科學發現到技術發明科學發明年份技術發明年份孕育過程(年）電7320世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者1汽車1885/1903德國奔馳/美國福特2飛機1903美國萊特兄弟3火箭1903俄國齊奧爾科夫斯基4電冰箱1917美國5電影機1919/36德國福格特6電視機1927/40美國貝爾7噴氣發動機1937英國惠特爾8原子彈1945美國日本9計算機1946美國莫切利埃克特10晶體管1948美國肖克利11核電站1951美國12數控機床1951美國MIT13氫彈1952美國特勒3、二十一世紀科學技術發展的總趨勢20世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者1汽7420世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者14機器人1954美國戴沃爾15人造衛星1957蘇聯16宇宙飛船1961蘇聯加加林17飛船登月1969美國阿波羅18載人航天飛機1977美國19磁懸浮列車1965日本時速400～500公里/時20光纖通信設備1968美國21芯片1971/1999美國intel950萬晶體管/片22掃描隧道顯微鏡1986日本工業技術院23掌上電腦1992美國APPLEnewton24手機90年代初美國25信息高速公路1993美國nationalinformationinfrastruture（Nii）3、二十一世紀科學技術發展的總趨勢20世紀改變世界的重要機電產品序產品發明時間（年）發明者1475第二節先進制造技術的提出和進展1.2.1制造技術的進步和發展1.2.2先進制造技術產生背景1.2.3各國對先進制造技術的響應及其發展計劃第二節先進制造技術的提出和進展76先進制造技術計劃：1994年預算14億美元，圍繞“智能制造系統”、“集成工具”、“基礎設施建設”三個重點領域開展研究；制造技術中心計劃：在一個地區設立一個制造技術中心，建立技術擁有者與需要者之間的橋梁，為中小企業展示新制造技術和裝備、組織培訓、幫助企業了解和選用最新技術和裝備。1.2.3各國先進制造技術的發展美國先進制造技術計劃：1994年預算14億美元，圍繞“智能制造系771990年提出了智能制造計劃，由美國、歐共體、加拿大、澳大利亞等國參加，投資10億美元實施智能制造計劃目的：通過國際共同研究，使制造業在接受訂貨、開發、設計、生產、物流直至經營管理的全過程中，做到生產設備自律化生產設備自律化：能夠根據環境變化自主判斷并及時決策變更作業過程日本日本78尤里卡計劃（EREKA）：1988年用5億美元資助16個歐洲國家、600家公司的165個合作性高科技研究開發項目。歐洲信息技術研究發展戰略計劃（ESPRIT）：在13個成員國向5500名研究人員提供了資助，明確設計原理、工廠自動化、生產過程管理三大課題。歐洲工業技術基礎研究計劃（BRITE）：重點資助材料、制造加工、設計以及工廠系統運作方式等研究。歐共體尤里卡計劃（EREKA）：1988年用5億美元資助16個歐洲79第三節先進制造技術的內涵和體系結構1.3.1先進制造技術的內涵和特點1.3.2先進制造技術的體系結構及其分類第三節先進制造技術的內涵和體系結構801、定義:在傳統制造技術基礎上不斷吸收機械.電子.信息.材料.能源和現代管理等方面的成果,并將其綜合應用于產品設計.制造.檢測.管理.銷售.使用.服務的制造全過程,以實現優質.高效.低耗.清潔.靈活的生產,提高對動態多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術總稱,也是取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱.先進制造技術的定義與體系結構1、定義:先進制造技術的定義與體系結構811.3.1先進制造技術的內涵和特點傳統制造技術先進制造技術系統性僅駕馭生產過程物質流和能量流能駕馭生產過程物質流、信息流和能量流廣泛性僅指將原材料變為成品的加工工藝貫穿從產品設計、加工制造到產品銷售的整個過程集成性學科專業單一、獨立，相互間界限分明專業和學科不斷滲透、交叉融合，其界限逐漸淡化甚至消失動態性不同時期、不同國家，其特點、重點、目標和內容不同實用性注重實踐效果，促進經濟增長，提高綜合競爭力1.3.1先進制造技術的內涵和特點傳統制造技術先進制造技術82先進制造技術的定義與體系結構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基礎

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聯接與裝配測試和檢測環保技術維修技術其他

信息技術

接口技術集成技術人工智能

數據庫軟件工程決策支持

標準和框架

數據標準工藝標準接口框架

產品定義和標準檢驗標準

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

全國監督和基準評測技術獲取和利用主體技術群支撐技術群制造基礎設施環境2、體系結構先進制造技術的定義與體系結構面向制造的設計技術群制造工藝技術831、先進設計技術設計方法現代化產品動態分析和設計產品可靠性可維護性及安全設計產品優化設計快速響應設計創新設計智能設計仿真與虛擬設計價值工程設計模塊化設計先進制造技術的學科內容設計手段計算機化有限元法優化設計計算機輔助設計反求工程技術CAD/CAM一體化技術工程數據庫向全壽命周期設計發展由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經濟和社會因素1、先進設計技術先進制造技術的學科內容842、先進制造工藝技術精密、超精密加工技術精密加工：精度為3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度為0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm納米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm先進制造技術的學科內容精密成型制造技術從制造工件的毛坯、從接近零件形狀向直接制成工件的方向發展特種加工技術高能束流加工（電子束、離子束、激光束）電加工（電解和電火花)超聲波加工高壓水加工多種能源的組合加工2、先進制造工藝技術先進制造技術的學科內容853、制造自動化技術數控技術數控裝置進給系統主軸系統NC程序編制工業機器人機器人操作機控制系統傳感器生產線總線控制先進制造技術的學科內容柔性制造系統加工系統物流系統調度與控制故障診斷自動檢測與信號識別技術信號識別數據獲取數據處理特征提取與識別過程設備工況監測與控制過程監視系統在線反饋質量控制3、制造自動化技術先進制造技術的學科內容柔性制造系統864、先進制造系統先進制造生產模式計算機集成制造系統CIMS敏捷制造系統AMS智能制造系統IMS精良生產LP并行工程CE集成管理技術企業資源管理ERP基于作業的成本管理ABC現代質量保障體系生產率工程制造資源快速有效集成先進制造技術的學科內容生產組織方法虛擬公司理論與組織企業組織結構的變革以人為本的團隊建設企業重組工程4、先進制造系統先進制造技術的學科內容生產組織方法87

—精密化是機械制造發展的核心—先進制造技術的發展趨勢

—精密化是機械制造發展的核心—先進制造技術的發展趨勢88現代超精密機械對精度的要求現代超精密機械對精度的要求89采用硅微工藝刻蝕制造的

微機械手采用硅微工藝刻蝕制造的

微機械手90加工精度及其發展

1—車、銑2—磨3—CNC機床 4—研磨、工具磨5—光學磨、金剛石車、磨6—金剛石超精車、磨、電解加工7—衍射光柵刻線機8—電子束、離子束、X射線9—分子束生長、離子注10—掃描隧道技術加工精度及其發展

1—車、銑91細微與納米加工技術可達的水平

細微與納米加工技術可達的水平

92—自動化是機械工程發展的途徑—

先進制造技術的發展趨勢—自動化是機械工程發展的途徑—

先進制造技術的發展趨勢931.自動化是機械工程綜合化的核心和目標2.機電一體化工程(MechatronicEngineering）是高技術裝備的基礎3.先進制造系統以綜合（集成、整合）為手段4.特種加工技術與裝備是典型的綜合技術與裝備1.自動化是機械工程綜合化的核心和目標94制造中的自動化技術1.CAD/CAM技術(包括CAT/CAE/---CAX)2.數字控制技術3.機電一體化技術(包括光、液、氣)4.傳感器與測試技術5.伺服驅動系統技術6.自動機技術(包括輸送、存儲、裝卸及機器人)7.加工、裝配和檢驗中的自動化技術8.制造系統技術9.管理信息化技術10.回收與維修中的自動化技術結論：制造自動化技術的基礎是數字技術制造中的自動化技術1.CAD/CAM技術(包括CAT/CAE95先進制造系統以綜合為手段(一)近二十年來，世界各國共提出數十種先進制造系統，其中較重要的有38種：(1)CAD/CAM/CAE(計算機輔助設計/計算機輔助制造/計算機輔助工程);(2)成組技術(GroupTechnology)(GT);(3)全面質量管理(TotalQualityManufacturing)(TQM);(4)材料需求計劃(MaterialRequisitePlanning)(MRP-I);先進制造系統以綜合為手段(一)近二十年來，世界各國共提出數十96先進制造系統(續)(5)制造資源計劃(ManufacturingResourcePlanning)(MRP-II);(6)柔性制造系統(FlexibleManufacturingSystem)(FMS);(7)準時生產制(JustInTime)(JIT);(8)計算機輔助工藝規劃（CAPP);先進制造系統(續)97先進制造系統(續)(9)為了制造的(裝配的，試驗的······)設計(DFMA,DFA,DFT······DFX);(10)計算機集成制造系統(ComputerIntegratedManufacturingSystem)（CIMS);(11)用戶驅動生產(CustomerDrivenProduction)(CDP);(12)企業重組(BusinessReengineering)(BR);(13)并行工程(ConcurrentEngineering)(CE);先進制造系統(續)(9)為了制造的(裝配的98先進制造系統(續)(14)環境友好生產(EnvironmentFriendlyManufacturing)(EFM);(15)精益生產(LeanProduction)(LP);(16)敏捷制造(AgileManufacturing)(AM);(17)多智能體制造系統(Multi-AgentManufacturingSystem)(MAMS);先進制造系統(續)99先進制造系統(續)(18)虛擬制造(VirtualManufacturing)(VM);(19)增廣現實制造(AugmentedRealityManufacturing)(ARM);(20)協同制造(HolonicManufacturing)(HM);