先进制造技术AMT产生背景

2）工业机器人技术
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息
和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技
术。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱
动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、
可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自
动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
第
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综
三 合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既 十 有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可 一 长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种
意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产
讲 业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不
代下降到不足1/3）
第七章 先进制造技术简介
➢ 20世纪80年代,美国政府开始认识到问题的严重性
➢ 白宫一份报告称“美国经济衰退已威胁到国家安全”
Байду номын сангаас
➢ MIT 的一份报告写到“经济竞争归根结底是制造技术 和制造能力的竞争”，“一个国家要生活好，必须生产 好”，表明美国知识界与政府之间取得了共识
第
➢ 1988年,美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战 略”研究,并于其后不久提出了“先进制造技术”发展目
，将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、
使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、
低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力
和竞争力的制造技术的总称。 第
◆ 要点：
三 十
➢ 目标提高制造企业对市场的适应能力和竞争力
一
➢ 强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合
讲
➢ 信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用
可缺少的自动化设备。
第七章 先进制造技术简介
3）柔性制造系统（FMS） 柔性制造技术是集数控技术、计算机技术、机器人技 术和现代管理技术于一体的先进制造技术。 柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统， 把若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的 自动化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停 机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征 第 是： 三 （1）高柔性 十 （2）高效率 一 （3）高度自动化 柔性制造系统一般可分为柔性制造单元、柔性制造系 讲 统和柔性制造生产线三种类型。
第七章 先进制造技术简介
◆◆◆第第A第M一二三S个个个T提层层层出次次次的是是是A优新先M质 型进T、的轮制高制图造效造集、单成低元技耗技术、术。清。这洁如是基制应础造用制业信造自息技动技术化术。单和包元系括技 精术统密、管下极理料限技、加术精工，密技通塑术过新性 、型网产成质络业形量与及、与数市精可据场密靠需库求铸性对带造技上动、术述精、两密系个加统层工管次、理的精技技密术术测、集量成、 毛C而A坯形D强／成韧C的（A化，重M、大如、精装F清M备密洁S、热、生高处C新产I理技M技、术S术、产优、I业M质新、S高社材以效会料及连协成虚调接形拟发技加制展术）工造、技技功术术能、等性激。防光护与涂 层高及密各度种能与源设加计工有技关 术的、基工础艺技模术拟、及各工种艺现设代计管优理化技技术术。等。
CIMS
系
CAD
统
工
第程
及
三管
十理
一
科 学
MRPⅡ CAM
NC 技术
AM
系统管 理技术
TQCSE 基础制造技术
ROBOT IMS
质量与 可靠性
CE
FMC 清洁生 产技术
信
息
技 术
讲
集成技术
新能源技术
新材料技术
图7-3 AMST提出的先进制造技术体系图
第七章 先进制造技术简介
2. AMT 特征
◆ AMT 是一项综合性技术
4. AMT首先由美国于20世纪80年代末提出
第 ➢20世纪70年代，一批美国学者不断鼓吹美国已进入“后
三 工业化社会”，认为制造业是“夕阳工业”，主张经济重
十 心由制造业转向高科技产业和第三产业。
一 ➢ 结果：导致美国在经济上竞争力下降，贸易逆差巨增，
讲
日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。（20世纪60 年代美国汽车产量占世界汽车总产量的2/3，而到了80年
第七章 先进制造技术简介
7.1 概述
7.1.1 先进制造技术（AMT）产生背景
1.社会经济发展背景 近20多年来，市场环境发生了巨大变化，一方面表
现为消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，另一方 面全球性产业结构调整步伐加快。
第
2.科学技术发展背景
三 十 一
计算机、微电子、信息、自动化等技术的渗透、衍 生和应用，极大地促进了制造技术在宏观（制造系统的 建立）和微观（精密、超精密加工）两个方向上的蓬勃 发展，急剧地改变了现代制造业的产品结构、生产方式、
它要不断地吸收和利用各种高新技术成果，并将其渗透到 讲 制造系统的各个部分和整个过程，使其不断趋于完善。
第七章 先进制造技术简介
◆ AMT 是面向工业应用的技术
AMT 有明显的需求导向特征，不以追求技术高新度为 目的，重在实际效果。
◆ AMT 是面向全球竞争的技术
通过提高企业综合效益和对市场的快速反应能力，达到
十
一
支撑技术群
讲
制造技术基础设施
图7-1 AMT结构体系
第七章 先进制造技术简介
主体技术群
设计技术群
制造工艺技术群
① 产 品 、 工 艺 设 ①材料生产工艺
计
②加工工艺
CAD 工艺过程建模和
③联接和装配 ④测试和检验
仿真
⑤环保技术
工艺规程设计
⑥维修技术
系统工程集成
⑦其他
第
工作环境设计
②快速成型技术
级向高级转化，促进产品功能不断完善，产品质量不断提
第 高。现代设计技术包含如下内容：
1）现代设计方法。包括有模块化设计、系统化设计、
三 价值工程、模糊设计、面向对象的设计、反求工程、并行
十 设计、绿色设计、工业设计等。
一
2）产品可信性设计。可信性设计包括可靠性设计、
讲 安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、防疲劳设计、
三 标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP）”和“
十 制造技术中心计划（MTC）”
一 ➢ 1991年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家关
讲 键技术”报告，重新确立了制造业的地位
第七章 先进制造技术简介
7.1.2 AMT的内涵和体系结构
1. 定义
◆ AMT是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果
第七章 先进制造技术简介
1）机床数控技术 。
数控技术（Numerical Control Technology）是指用数
字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，它是制造业
实现自动化、柔性化和集成化生产的基础技术。由于计算
机应用技术的成熟，数控系统均采用了计算机数控
（Computer Numerical Control），简称CNC，以区别于传
第七章 先进制造技术简介
2）高效高精度切削加工工艺。包括有精密和超精密
加工、高速切削和磨削、复杂型面的数控加工、游离磨粒
的高效加工等。
3）现代特种加工工艺。它是指那些不属于常规加工
范畴的加工工艺，如高能束加工（电子束、离子束、激光
束）、电加工（电解和电火花）、超声波加工、高压水射
流加工、多种能源的复合加工、纳米技术及微细加工等。
第 7.2.3 制造自动化技术
三
制造自动化是用机电设备工具取代或放大人的体力，
十 甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，
一 包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产
环节的自动化。制造过程自动化技术涉及到数控技术、
讲 工业机器人技术、柔性制造技术、传感技术、自动检测
技术、信号处理和识别技术等内容。
种原材料、半成品成为产品的方法和过程。先进制造工艺 第 包括高效精密成形技术、高精度切削加工工艺、特种加工
三 以及表面改性技术等内容。
十
1）高效精密成形技术。它是生产局部或全部无余量
一 半成品工艺的统称，包括精密洁净铸造成形工艺、精确高
讲
效塑性成形工艺、优质高效焊接及切割技术、优质低耗洁 净热处理技术、快速成形和制造技术等。
AMT不是一项具体的技术，而是利用系统工程思想和 方法将各种相关技术集合成一个整体，它特别强调计算机
技术、信息技术和现代管理技术在整个制造过程中的综合
应用，特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理的有
第 机结合。
三 ◆ AMT 是一项动态技术
十
AMT 没有一个固定的模式，它要与企业的具体情况相
一 结合。同时AMT 也不是一成不变的，而是动态发展的，
第七章 先进制造技术简介
美国联邦政府科学、工程和技术协调委员会（FCCSET） 于1994年提出AMT的分类目录，指出 “AMT 是制造技 术和现代高技术结合而产生的一个完整的技术群”。其结 构体系见图7-1。
主体技术群
面向制造的
制造工艺
第
设计技术群
技术群
（产品和工艺 （加工和装配
三
设计技术群）
技术群）
第 提高竞争力的目标。
三 ◆ AMT 是面向21世纪的技术
十
AMT是制造技术发展的新阶段，它保留了传统制造技
一 术中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技术，使其产
讲 生了质的飞跃。 AMT强调环保技术，符合可持续发展的战略。
第七章 先进制造技术简介
AMT 发展趋势
◆ 信息技术对AMT发展起着越来越重要的作用 信息技术是各种先进制造技术的重要支撑，信息技术向制
造技术的注入与融合，必将促进AMT的不断发展。
◆ 现代设计技术将迅速发展和不断完善 包括CAD，CAE，DFX，健壮设计，优化设计，智能设计
第 ，反求工程，面向全生命周期的设计等。 三 ◆ 材料成形向精密、低耗、清洁方向发展 十 材料成形技术将使毛坯从接近零件形状向直接制成工件精 一 密成形或称净成形的方向发展。据国际机械加工技术协会预
统的NC。
第
数控机床（Numerical Control Machine Tools）是用计
三 算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。它是集计 十 算机应用技术、自动控制、精密测量、微电子技术、机械 一 加工技术于一体的机一种具有高效率、高精度、高柔性和
高自动化的光机电一体化数控设备。
讲
第七章 先进制造技术简介
耐环境设计、健壮设计、维修设计和维修保障设计等。
第七章 先进制造技术简介
3）设计自动化技术。是指用计算机软硬件工具辅助 完成设计任务和过程的技术，它包括产品的造型设计、 工艺设计、工程图生成、有限元分析、优化设计、模拟 仿真虚拟设计、工程数据库等内容。
7.2.2 先进制造工艺
先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础，是使各
测，本世纪初，塑性成形与磨削加工相结合，将取代大部分 讲 中小零件的切削加工。运用改性技术，将获得各种特殊性能
要求的表面（涂）层，同时减少能耗并消除污染。
第七章 先进制造技术简介
◆ 加工技术向超精密、超高速方向发展
◆ 绿色制造将成为21世纪制造业重要特征
包括：绿色产品设计技术（产品在全生命周期符合环保、
人类健康、能耗低、资源利用率高的要求）；绿色制造技术
（在整个制造过程，对环境负面影响最小，废弃物和有害物
质的排放最小，资源利用效率最高）；产品的回收和循环再
第
制造（例如，汽车等产品的拆卸和回收技术，以及生态工厂 的循环式制造技术等）。
三 ◆ 虚拟制造将获得广泛应用
十 一
首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（Soft Prototype） 代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行试验，对其性能和
讲
生产工艺和设备及生产组织体系，使现代制造业成为发
展速度快、技术创新能力强、技术密集甚至知识密集型
产业。
第七章 先进制造技术简介
3.可持续发展战略 联合国42届大会提出的“可持续发展”的思路，其
定义是：既满足当代人的需求，又不对子孙后代满足其 需要之生存环境构成危害的发展。即建立极少产生废料 和污染物的工艺或技术系统。社会经济发展模式应由粗 放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变。
三
③并行工程
十
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
一
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
讲
架 ③机床和工具技术 ④传感器和控制技术
制造基础设施
①质量管理 ②用户/供应商交互作用 ③工作人员培训和教育 ④全国监督 和基准评测 ⑤技术获取合理用
讲 可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期
，降低成本，提高系统快速响应市场变化的能力。
第七章 先进制造技术简介
7.2 先进制造技术的内容
7.2.1 现代设计技术
现代设计技术是根据产品功能要求，应用现代技术和
科学知识，制定设计方案并使方案付诸实施的技术，其重
要性在于使产品设计建立在科学的基础上，促使产品由低