学科前沿讲座报告

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学术前沿讲座

----先进制造技术

一、 21世纪的先进制造技术概述

产品结构的特点：知识-->技术-->产品的时间越来越来短、结构越来越复杂。

产品的批量特点：小批量，越来越小。产品价格的特点：取决于独占知识的含量。产品的市场特点：顾客对产品功能、性能、质量、服务的要求不断提高 , 参与全球竞争越来越激烈。

1、先进制造制造技术(AMT)的定义

先进制造技术,AMT,(Adanced Manufacturing Technology) 是在传统制造技术的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。

当前的金融危机也许还会催生新的先进制造制造技术，特别在生产管理技术方面。

2、先进制造技术的学科内容

先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。可基本归纳为以下四个方面：

1>、先进的工程设计技术

2>、先进制造工艺技术

3>、制造自动化技术

4>、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式

二、先进制造工艺技术

1、超精密加工技术和纳米加工技术

基本概念

（1）精密制造技术：精密制造技术是指零件毛坯成形后余量小或无余量、零件毛坯加工后精度达亚微米级的生产技术总称。它是近净成形与近无缺陷成形技术、超精密加工技术与超高速加工技术的综合集成。

（2）近净成形与近无缺陷成形技术改造了传统的毛坯成形技术，使机械产品毛坯成形实现由粗放到精化的转变，使外部质量作到无余量或接近无余量，内部质量作到无缺陷或接近无缺陷，实现优质、高效、轻量化、低成本的成形。该项技术涉及到铸造成形、塑性成形、精确连接、热处理改性、表面改性、高精度模具等专业领域。

（3）精密加工：加工精度在3～0.3μm（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度3~0.3μm.

（4）超精密加工：尺寸精度位于0．3~0.03µm，表面粗糙度0．03~0.005µm，也称亚微米加工。

（5）纳米（nm）加工：尺寸精度为0.03µm（30纳米），表面粗糙度优于0.005µm。

（6）常用超精密加工方法有:车、磨、研、抛和某些特种加工方法。

包括：超精密车削技术、精密和超精密磨削、纳米加工技术、超高速加工技术、2、非传统加工技术（特种加工）

非传统加工技术（特种加工）是指直接利用电能、声能、光能、电化学能、热能以及特殊机械能对材料进行加工。它与传统的切削加工方法相比具有许多特点：在加工过程中工具与工件之间没有显著的切削力；加工用的工具材料硬度可以低于被加工材料的硬度；能用简单的运动加工出复杂的型面。

包括：电火花加工（EDM）、电火花线切割加工、电解加工、超声波加工、激光加工、射流加工（水刀切割）、

三、计算机辅助设计自动化技术CAD

计算机辅助设计（CAD）是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行总体方案设计、机构设计与工程分析、自动绘图和编写技术文档等设计活动的总称

现代CAD技术可以表述如下：现代CAD技术是指在复杂的大系统环境下，支持产品自动化设计的设计理论和方法、设计环境、设计工具等各相关技术的总称，它们能使设计工作实现集成化、网络化和智能化，达到提高产品设计质量、降低产品成本和缩短设计周期的目的。

四、计算机辅助制造（CAM)

1、（1）狭义CAM：而从狭义的角度讲，CAM仅指数控程序的自动编制，包括零件的几何建模、刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等。

（2）广义CAM：从广义的角度讲，CAM指利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的活动，包括计算机辅助生产管理、计算机辅助工艺设计(CAPP)、计算机数控编程、计算机控制加工过程（柔性自动化加工）等内容。

(3) 在CIMS中，一般把计算机辅助工艺设计(CAPP)、数控机床、工业机器人等自动化设备的程序的自动编制及控制技术等作为CAM的功能。

2、数控加工的自动编程。包括：一般有数控语言型，人机交互图像编程和数字化编程三种类型。

数控语言型：采用某种高级语言，对零件任何形状及走刀线路进行定义，由计算机完成复杂的几何运算，或通过工艺数据库对刀具夹具及切削用具进行选择。这是早期计算机自动编程的主要方法。比较著名的数控编程系统，如APT(Automatically Programmed Tools)系统及其及其小型化版本如EXAPT，FAPT 等。

这种方法在我国普及率较低，已逐渐被人机交互图形编程所取代

数字化编程：用测量机或扫描仪对零件图纸或实物的形状和尺寸进行测量或扫描，然后经计算机处理后自动生成数控加工程序。这种方法十分方便，但成本较高，仅用一些特殊场合。

人机交互图形编程：人机交互图形编程是直接利用计算机辅助设计系统所生成的零件图像，利用图形屏幕的光标在零件图形上选择加工部位，定义走刀路线，输入有关工艺参数后，便自动生成数控加工程序，而且还可方便地进行图形仿真检验。具有直观、高效，能实现信息集成等优点

3、柔性制造技术

以数控加工为基础, 应用计算机辅助制造技术，将数控机床、加工中心、物料自动储存传送装置和辅助控制装置等在计算机的统一控制下，形成柔性加工自动生产线，既柔性制造系统。

包括：设备柔性：指制造系统中能加工不同类型零件所具备的转换能力，其中包括刀具转换、夹具转换等。CNC機床，柔性夹具。工艺柔性：能以多种工艺方法加工某一零件组的能力。如镗、铣、钻、铰、攻螺纹等加工。工序柔性：能自动改变零件加工工序的能力。路径柔性：能自动更变零件加工路径。如遇到系统中某台设备的故障,能自动将工件转换到另一台设备上加工。可以根据负荷,自动改变加工路线,提高利用率,减少等待时间。产品柔性：产品改变时能经济、迅速的转产。批量柔性：能在不同批量下运行都能获取经济效益。扩展柔性：能根据生产的需要组建和扩展生产能力

五、计算机辅助生产管理系统

计算机辅助生产管理系统(CAPM)，又称管理信息系统（MIS),其核心是ERP或MRP/MRPII/ERP技术。

ERP 的发展和成长是企业管理人员在实践中不断探索计算机技术如何体现企业管理规律的结果，把客观上本来就存在的制造业业务流程的内在联系，借助计算机这个工具加以规范化和条理化，成为制造业适用的管理信息系统。 ERP 来源于企业管理实践又应用于企业管理实践，因而易为企业各级管理人员所接受，这种管理思想最初是美国 IBM 公司的管理专家及其合作者，在不断探索装配型产品的生产与库存管理问题的基础上创立的。在美国生产与库存管理协会（ APICS ）大力宣传和组织推动下得到普及和广泛应用。ERP 的发展大体经历了 5 个阶段：

40 年代的库存控制定货点法（ Order Point ）；

60 年代的物料需求计划（ MRP : Material Requirements Planning ）；

70 年代的闭环 MRP 阶段（ Closed-Loop MRP ）；

80 年代的制造资源计划（ MRPII : Manufacturing Resource Planning ）；

90 年代的企业资源计划（ ERP : Enterprise Resources Planning ）。

六、CIMS及相关技术

计算机集成制造系统（CIMS，Computer Integrated Manufacturing System），