先进制造技术概述

院校设有机械制造、机电一体化等相关专业；国家有关部委
也设有制造工艺与技术研究所。
(4) 先进制造技术应用情况。 ① 1993 年国家科委组织实施“ CAD 应用工程”，原机械 部又将1997年定为CAD推广年，现在机械工业系统的骨干企业 中CAD应用的普及率达到35％，但绝大多数只是“甩图板”。 ② 1958年开始研制数控机床，到20世纪80年代通过引进、 消化、吸收国外成熟技术开发出具有自主知识产权的数控系 统；到80年代中期，已开始引进和自行研制柔性制造系统，



尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲 国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。 欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成 员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工 厂自动化、生产过程管理三大课题。 欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、 制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。
数控机床的生产也实现了产业化。但在金属切削机床总产量
中，数控化率只有5%左右。
③ 我国在20世纪70年代中期研制成功了直接数控(群控) 系统并应用于生产，现在已拥有柔性制造系统和柔性制造单
元等自动化制造系统。
④ 我国在20世纪80年代末就注意引进先进管理模式。据
有关资料报导，我国企业已先后投入大约80亿元购买了MRPⅡ
1.3.1世界制造业现状
美

国

先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造 系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开 展研究； 制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建 立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造 技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装 备。
1.3 先进制造技术的现状及发展趋势
制造技术的进步和发展
制造业 生产方式 制造业 资源配置
小批量→少品种大批量→多品种变批量
劳动密集→设备密集→信息密集 →知识密集
手工→机械化→单机自动化→刚性自动化 →柔性自动化→智能自动化
制造技术
制造技术的发展阶段 工场式生产时期--18世纪后半叶，完成手工作坊到以分 工原则的工厂生产的转变 工业化规模生产时期--19世纪，实现了批量工业化规范 生产 刚性自动化发展时期--20世纪初，以大批量生产为模式 的刚性自动化 柔性自动化发展时期--二战之后，多品种小批量柔性自 动化生产模式，包括NC、CNC、FMC、FMS等。 综合自动化发展时期-自80年代,CAD/CAM/CAP/CAE/CAT； MRP,MRPⅡ,ERP,TQM；DNC,CNC,FMC/FMS,ROBOT； CIMS,CE,LP
(4) 形成新型特种加工方法；
(5) 开发新一代超精密、超高速制造装备； (6) 加工工艺由技艺型发展为工程科学型； (7) 实施无污染绿色制造； (8) 虚拟现实技术将在制造业中广泛应用； (9) 制造过程中将贯彻以人为本的概念。
复习思考题
1-1 论述先进制造技术及其主要特点。
1-2 叙述先进制造技术的分类及主要技术。
1.2.2

先进制造技术的分类



现代设计技术:现代设计方法、产品可信性设计、设计 自动化技术 先进制造工艺:高效精密成形技术、高效高精度切削加 工工艺、现代特种加工工艺、现代表面工程技术。 加工自动化技术:数控技术、工业机器人技术、柔性制 造技术 现代生产管理技术:MRPII\ERP\PDM\JIM
1-3 描述我国机械制造业的发展目标。
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【解析】【解答】（1）氯化钠是由钠离子和氯离子构成的；金刚石是由碳原子构成的；干 二氧化碳分子构成的；（2）质子数为11的是钠元素，钠元素原子的最外层电子数1，在化 中容易失去一个电子形成阳离子；（3）化学变化是生成新分子的变化，其实质是分子分解 原子重新组合形成新的分子，故该反应中没有变的是碳原子和氧原子。 故答案为：氯化钠；失去；D。 【分析】物质有微粒构成，构成物质的微粒有原子、分子、离子是那种，金属、稀有气体 构成；常见气体由分子构成；碱和盐由离子构成。在化学变化中，原子种类、质量、数目 变。 26.用微粒的观点解释下列现象： （1）今年我国要求“公共场所全面禁烟”．非吸烟者往往因别人吸烟而造成被动吸烟。 （2）夏天钢轨间的缝隙变小。 【答案】（1）分子是在不断的运动的. （2）夏天温度高，铁原子间的间隔变小. 【考点】物质的微粒性 【解析】【解答】（1）吸烟生成烟雾，烟雾分子因为运动，扩散到空气中，使非吸烟者被 烟雾分子，造成被动吸烟； （2）钢轨由铁原子构成.每两根钢轨间都有一定的间隙，夏天由于气温高，使得钢轨中铁 隔变大，表现为钢轨的体积膨胀，则钢轨间的间隙变小. 故答案为：（1）分子是在不断运动的；（2）夏天高温，铁原子间的间隔变小. 【分析】微粒观点的主要内容：物质是由分子（或原子构成），分子间有间隔，分子处于 的运动状态中.（1）烟雾分子属气体分子，在空气中扩散较快，使非吸烟者被动吸烟； （2）铁原子间有一定的间隔，温度升高，则铁原子间间隔变大，反之则变小，夏天高温状 铁原子间间隔变大，使得钢轨体积膨胀，则钢轨间的缝隙变小.
工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。
3. 集成技术 最外层是先进制造集成技术。它是应用信息、计算机和
系统管理技术对上述两个层次的技术局部或系统集成而形成
的先进制造技术的高级阶段，如FMS、CIMS、IMS等。 国际上，将先进制造技术分为三个技术群：①主体技术 群；②支撑技术群；③制造技术环境。
表1-1 先进制造技术体系结构
1.1.3
先进制造技术的特点
传统制造技术 先进制造技术 能驾驭生产过程 物质流、信息流和能量流 贯穿从产品设计、加工制造 到产品销售的整个过程
系统性
广泛性
仅驾驭生产过程 物质流和能量流 仅指将原材料变为成 品的加工工艺
专业和学科不断渗透、交叉融合， 集成性 学科专业单一、独立， 相互间界限分明 其界限逐渐淡化甚至消失
系 统 工 程 及 管 理 科 学
图1-1 先进制造技术的内涵、层次及其技术构成
1. 基础技术 图1-1的最内层是优质、高效、低耗、少或无污染(清洁)的 基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械 加工等基础工艺至今仍是生产中大量采用、经济适用的技术， 这些基础工艺经过优化而形成的基础制造技术是先进制造技术 的核心及重要组成部分。
主体技术群 面向制造的设计技术群 ① 产品、工艺设计 ·计算机辅助设计 ·工艺过程建模和仿真 ·工艺规程设计 ·系统工程设计 ·工作环境设计 ② 快速成型技术 ③ 并行工程 制造工艺技术群 ① 材料生产工艺 ② 加工工艺 ③ 连接和装配 ④ 测试和检验 ⑤ 环保技术 ⑥ 维修技术 ⑦ 其他 支撑技术群 ① 信息技术 ·接口和通信 ·数据库 ·集成框架 ·软件工程 ·人工智能 ·决策支持 ② 标准和框架 ·数据标准 ·产品定义标准 ·工艺标准 ·检验标准 ·接口框架 ③ 机床和工具技术 ④ 传感器和控制技术 ① ② ③ ④ ⑤ 制造技术环境 质量管理 用 户 /供 应 商 交 互 作 用 工作人员培训和教育 全国监督和基准评设 技术获取和利用
三大产业
农林牧业 工业 （52%） 服务业
农林牧业,工业，服务业
农业、林业、蓄禽业、水产业 制造业（45%）、建筑业、采掘业以 及电力、煤气、水的生产供应业
商业、金融、房地产、经贸等
一个国家经济发展的支柱
制造业
地位
国民经济收入的重要来源 工业经济年代经济增长的“发动机” 一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础
日
ຫໍສະໝຸດ Baidu
本



1990 年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿 大、澳大利亚等国参加，投资10亿美元实施 智能制造计划目的：通过国际共同研究，使制造业在 接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的 全过程中，做到生产设备自律化 生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时 决策变更作业过程
欧 共 体
软件来建立现代生产管理系统或MIS系统。
2. 我国机械制造业的差距 (1) 产品品种少、档次低。 (2) 制造工艺落后，装备陈旧。 (3) 生产专业化水平低。 (4) 管理技术落后。
1.3.3 先进制造技术的发展趋势 当前先进制造技术的发展方向大致有以下九个方面： (1) 信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代制造生产 模式将得到不断发展； (2) 设计技术与手段更现代化； (3) 成型及制造技术精密化，制造过程实现低消耗；





1.1.2 先进制造技术的定义 先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology， AMT)是一个相对的、动态的概念，是为了适应时代要求，提
高竞争能力，对制造技术不断优化所形成的。
定义：“先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、 信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源及现代 系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、 检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现 优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产 品市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技 术总称。”
1.3.2
先进制造技术在我国的发展
1. 我国制造业相对优势与先进制造技术的发展
(1) 我国制造技术经建国以来50余年的发展已形成较完整
的技术体系。 (2) 通过对引进技术的消化吸收和对企业现有技术的深化 改造，不少企业已经掌握了一批相对先进的制造技术和管理方 法，不少产品已成功地打入国际市场。
(3) 在制造技术基础研究的许多方面我国已具有很高水平， 制造学科已发展成为一个重要的支柱学科。近百所高等工科
2. 新型单元技术 中间层是新型的先进制造单元技术。它是在市场需求及 新兴产业的带动下，将制造技术与电子、信息、新材料、新 能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形 成的崭新的制造技术，如制造业自动化单元技术、极限加工 技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、先进技术基础方 法、清洁生产技术、新材料成型与加工技术、激光等特种加
第一章 绪 论
1.1 先进制造技术及其主要特点 1.2 先进制造技术的构成及分类 1.3 先进制造技术的现状及发展趋势 复习思考题
1.1 先进制造技术及其主要特点
1.1.1 制造、制造技术、制造业与现代制造业背景
制造
原材料
工艺 能源
知识 技能 工具
产品
狭义制造
与物流有关的加工和装配过程 包括 市场分析、产品设计、加工装 配、质量保证、生产管理、市场营销 全过程
广义制造
制造系统
具有特定功能的有机整体
制造过程 硬件 软件 人员
制造过程
经营规划、开发研制、加工制造和 控制管理等过程 生产设备、工具和材料、能源以及 各种辅助装置 制造理论、制造工艺和方法、各种 制造信息等
硬件
软件
制造业
可供人们使用和消费的产品行业， 是所有与制造有关的企业群体
类别
金属制品 一般机械 运输机械 电器设备 电子设备 仪器仪表 构成比例 3.395 8.625 6.424 5.125 4.588 0.998
制造业的作用 提供人们衣、食、住、行物质消费 决定全社会的长远效益和经济的持续增长 国际商品贸易的保证（美国 78% ，日本 96% ，我 国81%-1995年） 农业基础地位的物质保障，服务业发展的重要 条件 信息产业发展的物质基础； 农业劳动力转移和就业的重要途径 为科技和教育发展提供经费支持和实验装备 实现军事现代化和国家安全的保障
新 型 产 业 及 市 场 需 求 带 动 (重 大 装 备 、 高 新 产 业 、 社 会 协 调 发 展 )
C IM S 先 进 技 术 清 洁 生 基 础 方 法极 限 加 工 技 术 产 技 术 工 艺 模 拟 系 统 管 优 质 、 高 效 、 理 技 术 低 耗 、 清 洁 的及 工 艺 设 计 FM S 技 术 IM S 基 础 制 造 技 术 质 量 与 可 靠 性 技 术 (基 础 技 术 ) 制 造 业 自 动 化 单 元 激 光 等 技 术 特 种 加 工 新 材 料 成 型 技 术 与 加 工 技 术 集 成 技 术 激 光 等 新 能 源 技 术 新 材 料 技 术 微 电 子 及 计 算 机 应 用 技 术
1第一章绪论11先进制造技术及其主要特点12先进制造技术的构成及分类13先进制造技术的现状及发展趋势复习思考题包括市场分析产品设计加工装配质量保证生产管理市场营销全过程原材料产品工艺能源知识技能工具制造与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造11先进制造技术及其主要特点111制造制造技术制造业与现代制造业背景制造系统具有特定功能的有机整体制造过程硬件制造过程软件硬件人员经营规划开发研制加工制造和控制管理等过程生产设备工具和材料能源以及各种辅助装置软件制造理论制造工艺和方法各种制造信息
我 国 制 造 分 类 和 构 成
类别
食品工业 纺 服 家 织 装 具
构成比例 15.335 7.193 5.018 1.542 4.292 3.870
类别
化 建 工 材
构成比例 15.586 7.299 6.908 2.120 1.681
黑色冶金 有色冶金 其他制造
文教用品 油 加 工
制造业的地位和作用
动态性 实用性 不同时期、不同国家， 其特点、重点、目标和内容不同 注重实践效果，促进经济增长， 提高综合竞争力
1.2 先进制造技术的构成及分类
1.2.1 先进制造技术的构成
先进制造技术对我国而言，它是一个多层次的技术群。先
进制造技术的内涵、层次及其技术构成如图 1-1 所示。图中从 内层到外层分别为基础技术、新型单元技术和集成技术，下面 将分别论述。