先进制造技术概述

5.
进展，产业应用获得经济效益；
6.
数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所 提高；
7.
现场总线智能仪表研究开发获重要进展，应用
已有一定的基础；
8.
微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术
正向微观领域扩展； 现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国 际上占有一席之地； 新生产模式的研究和实践具有特色，推动了中
三）现代制造及其技术的发展特点
5.
引 入 工 业 工 程 和 并 行 工 程 （ Concurrent Engineering，CE）概念，强调系统化及其技 术和管理的集成，将技术和管理有机地结合 在一起，引入先进的管理模式，使制造技术 及制造过程成为覆盖整个产品生命周期，包 含物质流、能量流和信息流的系统工程。
先进制造技术
主讲教师：刘继常教授
机械与运载工程学院 先进成形与表面工程研究所
课程目的

接受一个理念——与时俱进的技术系统


开拓视野——多种技术及其交叉
立足新的高度——把握本学科最前沿、最 有前景的技术 融会贯通——善于借鉴多学科知识，碰撞 出新的火花

课程要点


何谓先进制造技术？其内涵与外延是什 么？ 如何学习、掌握、应用先进制造技术？ 上述问题将贯穿整个课程学习过程和同 学们今后的学习工作过程。



国际生产工程研究学会（CIRP）定义：
“制造是一个涉及制造工业中 产品设计 、 物料选 择、生产计划 、生产过程、质量保证 、经营管理பைடு நூலகம்、 市场销售和服务 的一系列相关活动和工作的总 称。”

制造系统是制造业中形成制造生产的有机 整体，在机电工程生产中，制造系统具有 设计、生产、发运和销售的一体化功能。

制造业产值占工业总产值的约45％。
第一、二、三产业的划分
第一 农业、林业、渔业、畜牧业、矿业、采石业、 产业 石油业
第二 航天航空；纺织、服装；汽车；冶金、钢铁； 产业 食品、饮料；建材、家具；化工、石油精炼； 计算机、半导体；建筑；日用消费品；电器； 装备、重型机械；金属制品；玻璃、陶瓷；造 纸；制药；塑料制品；能源、电力；出版；橡 胶。 第三 银行、通信、教育、娱乐、金融服务、政府、 产业 医疗保健、旅馆、咨询、保险、法律机构、房 地产、修理与维护、餐饮、商业（零售业和批 发业）、旅游、交通运输。
四、先进制造技术在我国的发展状况
具体表现在以下10个方面：
1. 2.
计算机辅助设计（CAD）技术普及化；
快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具 规模； 精密成形与加工技术水平显著提高，在汽车零 部件、重大装配制造中获得广泛应用；
3.
4.
热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材
料热加工由“技艺”走向“科学”； 激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性
2、从单件生产方式发展成大量生产方式



泰勒首先提出了以劳动分工和计件工资制为基础 的科学管理，成为制造工程科学的奠基人。 福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求来 加工（零件互换技术），实现了以刚性自动化为 特征的大量生产方式，它对社会结构、劳动分工、 教育制度和经济发展，都产生了重大的作用。 20世纪50年代，零件互换技术发展到了顶峰。
三）现代制造及其技术的发展特点
4.


在制造技术和工艺方法上，现代制造在发展中，表 现为： 重视必不可少的辅助工序，如加工前后处理； 重视工艺装备，使制造技术成为集工艺方法、工艺 装备和工艺材料为一体的成套技术； 重视物流、检验、包装及储藏，使制造技术成为覆 盖加工全过程（设计、生产准备、加工制造、销售 和维修，甚至再生回收）的综合技术，不断发展优 质高效低耗的工艺及加工方法，以取代落后工艺； 不断吸收微电子、计算机和自动化等高新技术成果， 并实现上述技术的局部或系统集成。形成从单机到 自动生产线等不同档次的自动化制造系统。

先进制造技术的内涵及技术构成
先进制造技术构成
1、基础技术

第一层次是优质、高效、低耗、清洁的基础制 造技术。经过优化的基础工艺如铸造、锻压、 焊接、热处理、表面保护、机械加工等。
2、新型的制造单元技术

第二个层次是新型的先进制造单元技术。这是 在市场需求及新兴产业的带动下，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。

先进制造技术的核心和基础是经过优化的先进工 艺（优质、高效、低耗、清洁工艺），它从传统 制造工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系 统集成。
2、广泛性

先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环 节，而是将其综合运用于制造的全过程，它覆盖 了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、 维修服务，甚至回收再生的整个过程。
可以从人在系统中的作用、零件品种和批量、零 件及其工艺类型、系统的柔性、系统的自动化程度 及系统的智能程度等方面对制造系统进行分类。
分类标准 类别
特征
人机一体化 人机结合，充分发挥人的主导作用；系 人在制造 制造系统 统容易实现，容易受人的情绪影响 系统中的 无人化制造 追求无人化生产，系统结构复杂，可靠 作用 系统 性差，难于实现 多品种小批 适合形势发展需要，但要求系统的柔性 量制造系统 很大
品种和批 少品种大批 曾对提高生产率、降低成本、提高质量 量 量制造系统 发挥过重要作用，正在被多品种小批量 制造系统所替代 连续型制造 制造对象是“连绵不断”状态 系统
工艺类型
离散型制造 制造对象相互分离，制造过程按单个对 系统 象进行
分类标准 类别
特征
系统柔性
刚性制造 难于适应制造对象的改变，适合少品种大批 系统 量生产 柔性制造 有较宽的制造对象变化范围，适合多品种小 系统 批量生产 手动制造 以普通机床为主，设计和制造过程主要靠手 系统 工，很少自动化成分
根据课程特点，确定本课程的学习探讨
方式和考核方式。
课程主要内容



第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
概述——制造业与先进制造技术 现代设计技术 先进制造工艺技术 先进制造自动化技术 先进制造模式
概述

先进制造技术是制造业为了适应现代生产 环境及市场的动态变化，在传统制造技术 基础上通过不断吸收科学技术的最新成果 而逐渐发展起来的，是传统制造技术、信 息技术、计算机技术、自动化技术与管理 科学等多学科先进技术的综合，并应用于 制造工程之中所形成的一个学科体系。
3、集成技术

第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信 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。
以上三层次都是先进制造技术的组成部分， 但其中每一个层次都不等于先进制造技术 的全部。
三、先进制造技术的特点
1、先进性
二、先进制造技术的内涵及技术构成


内涵：
“使原材料成为产品而采用的一系列先进技术”。


外延：
是一个不断发展更新的技术体系，不是固定模式， 它具动态性和相对性，因此，不能简单地理解为就 是CAD、CAM、FMS、CIMS等各项具体的技术。 先进制造技术在不同发展水平的国家和同一国家的 不同发展阶段，有不同的技术内涵和构成，对我国 而言，它是一个多层次的技术群。其内涵和层次及 其技术构成如图。
第一节 制造业的发展概况
一、几个基本概念


制造（Manufacturing）： 一种将物料、能量、资金、人力资源、信息等有关 资源，按照社会的需求，转变为新的、有更高应用 价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源 的行为和过程。
制造系统（MS）： 制造过程及其所涉及的硬件（包括人员、生产设备、 材料、能源和各种辅助装臵）以及有关的软件（包 括制造理论、制造工艺、制造方法和制造信息等）， 组成了一个具有特定功能的有机整体，称之为制造 系统。
三、先进制造技术产生的背景
1980年代末，国际上提出先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology，AMT）的新概念。 AMT最早源于美国。由于美国长期受强调基础研究 的影响，忽视制造技术发展，到1970年代日本和德 国经济恢复时，美国制造业遇到了强有力的挑战。 20世纪80年代初期，美国一批有识之士相继发表言 论，对美国制造业的衰退进行了反思，强调了制造 技术与国民经济及国力的至关重要的相依关系。 克林顿政府制定了国家关键技术计划，并对其技术 政策做了重大调整。先进制造技术也就是在这样一 个社会经济背景下出台了。 AMT在诸多国家和地区得到广泛的应用。
有形资源：分子、 现代制造、柔性制 原子、纳米级； 造、集成制造、敏 计算机 信息社会 新技术 无形资源： 捷制造、智能制造、 信息、知识 纳米制造、生物制 造
一）从生产灵活性看制造模式的变迁
生 产 灵 活 性
手工生产 英式系统 美式系统 云制造
未来制造 系统
计算机 集成制造
数控 柔性制造 统计过 程控制
制造业的社会功能
建筑机械
交通工具 环保设备 军事装备 医疗设备
冶金机械
动力机械
纺织服装
家用电器
通讯设备
制造业
机器制造 农业机械 化工设备
出版印刷 网络媒体 文化娱乐
二、整个制造业及其技术的发展
时期 农业社会 工业社会 工具
石器 铜器 铁器
机器
制造特征对象 制造模式
自然界地表层的 天然物质资源
地下的石油、矿 产资源、生活生 产用品 手工制造 机器制造、机械化 流水线制造、自动 化制造
半自动制 一部分工作由人完成，一部分工作由机器完 自动化程 造系统 成，但在系统的设计和运行方式上与以人为 度 中心的制造系统有本质区别 自动制造 可以是刚性自动化，也可以是人机一体化， 系统 也可以是无人化制造系统 智能程度 智能制造 将人工智能与自动化集成制造相结合的人机 系统 一体化系统 常规制造 与智能制造系统相对而言，常需要人类专家 系统 的大量干预