第一章先進制造技術概述1.1先進制造技術及其主要特點一、幾個基本概念1.制造

狹義制造指的是機械加工和裝配；廣義制造指的是機電產品壽命周期的各個環節，涉及制造工業中產品設計、物料選擇、生產計劃、生產過程、質量保證、經營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱。1.1先進制造技術及其主要特點一、幾個基本概念

2.制造技術

制造技術是指按照人們所需的產品為目的，運用知識和技能，利用客觀物質工具，將原材料轉化為產品過程中所需的一切技術手段的總和。制造技術是將研發、發明與發現等成果轉化為實際應用的接口和橋梁，是提高企業產品競爭力的根本保證。

在未來的競爭中，誰掌握了先進的制造技術，誰就掌握了市場。1.1先進制造技術及其主要特點一、幾個基本概念3.制造系統

制造系統是在制造過程中所涉及的硬件以及軟件所組成的具有特定功能的有機整體。其中硬件包括人員、生產設備、工具和材料、能源及各種輔助裝置；軟件包括制造理論、制造工藝和方法、各種制造信息等。

制造系統是制造業中形成制造生產的有機整體，具有設計、生產、發運和銷售的一體化功能。1.1先進制造技術及其主要特點一、幾個基本概念4.制造業

制造業是指制造資源（物料、能源、設備、工具、資金、信息、人力等）利用制造技術，通過制造過程，轉化為供人們使用或利用的工業品或生活消費品的行業。制造業是國民經濟和綜合國力的支柱產業，一方面創造價值，生產物質財富和新的知識，另一方面為國民經濟各個部門包括國防和科學技術的進步提供先進的手段和裝備。1.1先進制造技術及其主要特點一、幾個基本概念4.制造業

從制造業的發展歷史來看，主要有兩類制造業：一類是裝備制造業，一類是加工制造業。裝備制造業是為國民經濟和國家安全提供技術裝備的制造業的總稱，它覆蓋了機械、電子、武器彈藥制造業中生產投資類的各個領域；而加工制造業是自行采購原材料（或按委托人提供的材料）進行大批量、標準化、生產線式的加工，大批量、標準化、生產線是加工制造業的最重要的特點；相對于裝備制造業來說，加工制造業最基本的競爭方式就是成本價格的競爭。1.1先進制造技術及其主要特點一、幾個基本概念4.制造業

制造業直接體現了一個國家的生產力水平，是區別發展中國家和發達國家的重要因素，制造業在世界發達國家（developedcountries）的國民經濟中占有重要份額。在發達國家中，制造業創造了約60%的社會財富、約45%的國民經濟收入。1.1先進制造技術及其主要特點一、幾個基本概念5.先進制造技術

先進制造技術是一個先進制造技術是在傳統制造技術基礎上不斷吸收機械、電子、信息、材料和現代管理科學等方面的成果，并將其綜合應用于制造業中產品設計、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，提高對動態多變的產品市場的適應能力和競爭能力的制造技術總稱，也是取得理想經濟技術綜合效果的制造技術的總稱。

先進制造技術是一個相對的、動態的概念，是為了適應現代生產要求，對制造技術不斷優化所形成的。

1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點

1.集成化

以計算機技術為基礎，綜合運用現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術等，將企業全部生產活動中的信息流與物質流有機集成，并實現最優化。它強調信息的集成和共享，通過網絡數據庫使企業的所有生產活動緊密地聯系在一起，充分發揮技術、管理和人的作用，全面提高企業的管理水平、產品質量和經濟效益。

1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點2.柔性化

制造自動化系統發展大致過程是“剛性自動化——可編程自動化——綜合自動化”，制造系統的柔性隨著這個過程也變得越來越大。進一步的發展要求能快速實現制造系統的重組(包括企業內部制造設備與工具系統重組，以及企業間的重組)。

模塊化設計是提高企業制造自動化系統柔性的重要策略和方法，它可以有效改善設計工作柔性和制造系統柔性，并能夠根據需要迅速實現制造系統的重組。1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點3.網絡化

網絡通信技術的迅速發展和普及給企業的生產和經營活動帶來革命性的變革，可實現市場開發、產品設計、物料選擇、零件加工和產品銷售等生產活動的異地和跨國界活動，極大地加快技術信息的交流，加強企業之間產品開發的生產合作，促進企業之間的優化和重組，縮短產品的生產周期，提高產品的市場競爭力。1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點4.信息化

在信息技術條件下，將分布于世界各地的產品、設備、人員、資金、市場等企業資源有效地集成起來，采用各種類型的合作形式，建立以網絡技術為基礎的、高素質員工系統為核心的敏捷制造企業運作模式，打破小單位和行業的局限，深入開發、廣泛利用信息資源，建立敏捷制造網絡化工程，加速制造業數字化與網絡化。1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點5.虛擬化

制造過程中的虛擬技術是面向產品生產過程的模擬，檢驗產品的可加工性和加工工藝的合理性，并進行生產過程計劃、組織管理、車間調度等活動的建模和仿真。

虛擬化的核心是計算機仿真。1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點6.智能化

智能制造的主要策略是綜合利用各種學科、先進技術和方法，例如人工智能、模糊控制、計算機技術、信息科學等來解決和處理制造系統中的各種問題。

智能化制造系統的特點是應具有極強的適應性和友好性。1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點7.綠色化

日趨嚴酷的環境與資源約束，使綠色制造業顯得越來越重要，綠色制造技術也將得到快速發展，主要包括綠色產品設計技術、綠色制造技術、產品的回收和循環再造，使產品在整個生命周期內符合環境保護、人類健康保護、能耗低、資源利用率高的要求，以及在制造過程中達到對環境負面影響小、廢棄物和有害物質的排放最小等要求。1.1先進制造技術及其主要特點二、先進制造技術的特點8.制造全球化

目前世界經濟已經步入全球化經濟的時代，一方面國際和國內市場競爭越來越激烈，另一方面國內外企業間的合作也在不斷加強，這就形成企業之間既合作又競爭的局面。上述兩方面的相互作用，成為全球化制造業發展的強大動力。

制造業和制造技術的全球化，是21世紀最重要的發展趨勢之一。1.2先進制造技術的體系結構及分類一、先進制造技術的體系結構三個技術群相互聯系相互促進，組成完整的體系。1.2先進制造技術的體系結構及分類二、先進制造技術的分類1.先進設計技術2.先進制造工藝技術3.制造自動化技術4.先進制造生產模式1.2先進制造技術的體系結構及分類二、先進制造技術的分類1.先進設計技術

先進設計技術是研究實現設計目標的設計理論、方法、環境和手段。研究的主要內容有：1）計算機輔助設計技術；2）有限元分析技術；3）并行設計技術；4）綠色設計技術等。1.2先進制造技術的體系結構及分類二、先進制造技術的分類

2.先進制造工藝技術

機械制造工藝是將各種原材料、半成品加工成產品的方法和過程。隨著社會經濟和科學技術的發展，其內涵和面貌不斷變化和發展，先進制造技術就是這種不斷變化和發展的制造技術，包括了優化后的常規工藝以及新型加工工藝。研究的主要內容有：1）精密與超精密加工技術；2）高速與超高速加工技術；3）特種加工技術；4）微細加工技術；5）虛擬制造技術；6）快速原型技術。1.2先進制造技術的體系結構及分類二、先進制造技術的分類3.制造自動化技術

制造自動化技術是實現制造全過程自動化的技術，它是研究制造過程的規劃、運行、管理、組織、控制與協調優化的自動化技術，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。

研究的主要內容有：1）數控技術與數控機床；2）工業機器人技術；3)計算機集成制造系統；4）傳感、自動控制及信號識別技術；5）過程設備工況監測與控制技術。1.2先進制造技術的體系結構及分類二、先進制造技術的分類4.先進制造生產模式

先進制造生產模式是在生產制造過程中，依據不同的制造環境，通過有效地組織各種制造要素形成的，可以在特定環境中達到良好制造效果的進生產方法，是應用于推廣先進制造技術的組織形式。

研究的主要內容有：1）智能制造（IM）；2)精益生產（LP）；3）敏捷制造（AM）；4）虛擬制造（VM）；5）柔性制造等。1.3國內外先進制造技術的發展趨勢一、全球新一輪工業革命1.德國工業4.02.美國工業互聯網3.中國制造20251.3國內外先進制造技術的發展趨勢1.德國工業4.0強大的制造業+互聯網提出：工業4.0Industry4.0—德國高科技戰略計劃

兩大主題：智慧工廠、智能生產1.3國內外先進制造技術的發展趨勢1.德國工業4.0智慧工廠：重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現。智能生產：主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動、3D打印以及增材制造等技術在工業生產過程中的應用等。1.3國內外先進制造技術的發展趨勢1.德國工業4.0Industry4.0—德國高科技戰略計劃

兩大主題：智慧工廠、智能生產

三個設想：產品、設施、管理1.3國內外先進制造技術的發展趨勢1.德國工業4.0產品：集成有動態數字存儲器、感知和通信能力，承載著在其整個供應鏈和生命周期中所必須的各種信息。設施：由整個生產價值所集成，可實現自組織。管理：能根據當前的狀況靈活決定生產過程。1.3國內外先進制造技術的發展趨勢1.德國工業4.0Industry4.0—德國高科技戰略計劃

兩大主題：智慧工廠、智能生產

三個設想：產品、設施、管理

智慧工廠的架構：基于物聯網和服務互聯網1.3國內外先進制造技術的發展趨勢2.美國工業互聯網創新優勢的互聯網+優勢制造業提出：先進制造技術伙伴

與德國工業4.0強調的“硬”制造不同，軟件和互聯網發達的美國更側重于在“軟”服務方面推動新一輪工業革命，希望通過網絡和數據的力量提升整個工業的價值創造能力。1.3國內外先進制造技術的發展趨勢2.美國工業互聯網

工業互聯網主要包括三種關鍵元素：智能機器、高級分析、工作人員。智能機器是現實世界中的機器、設備、設施和系統及網絡通過先進的傳感器、控制器和軟件應用程序以嶄新的方式連接起來形成的集成系統；高級分析是使用基于物理的分析法、預測算法、關鍵學科的深厚專業知識來理解機器和大型系統運作方式的一種方法；建立各種工作場所的人員之間的實時連接，能夠為更加智能的設計、操作、維護以及高質量的服務提供支持與安全保障。1.3國內外先進制造技術的發展趨勢3.中國制造2025完備的制造業+互聯網創新（互聯網+制造，制造業+互聯網）提出：中國制造20251.3國內外先進制造技術的發展趨勢1.3國內外先進制造技術的發展趨勢3.中國制造2025指導思想：堅持走中國特色新型工業化道路，以促進制造業創新發展為主題，以提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向，以滿足經濟社會發展和國防建設對重大技術裝備的需求為目標，強化工業基礎能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類型人才培養體系，促進產業轉型升級，培育有中國特色的制造文化，實現制造業由大變強的歷史跨越。智能制造是“中國制造2025”的主攻方向1.3國內外先進制造技術的發展趨勢二、先進制造技術發展趨勢1.企業生產方式發生重大變革中心：以產品為中心-》以市場為中心-》以顧客為中心；組織形式：金字塔組織-》扁平化組織；工作方式：順序工作方式（市場分析-設計-工藝-制造）-》行工作方式1.3國內外先進制造技術的發展趨勢二、先進制造技術發展趨勢2.綠色制造將成為21世紀制造業的重要特征1）綠色設計制造2）清潔生產技術3）拆卸回收技術4）生態工廠的循環制造技術5）ISO14000環保管理標準1.3國內外先進制造技術的發展趨勢二、先進制造技術發展趨勢3.設計技術不斷現代化1）設計方法和手段的現代化2）新的設計思想和方法不斷出現3）由簡單的、具體的、細節的設計轉向復雜的總體設計和決策4）由單純考慮技術轉向綜合考慮技術，經濟和社會因素。1.3國內外先進制造技術的發展趨勢二、先進制造技術發展趨勢4.成型制造技術向精密成型或凈成型的方向發展1）精密鑄造技術2）精密塑性成型技術3）精密連接技術1.3國內外先進制造技術的發展趨勢二、先進制造技術發展趨勢5.加工制造技術向著超精密、超高精度以及新一代制造裝備的方向發展1）超精密加工技術2）