先进制造技术 第1章 概述
先进制造技术发展及体系结构
2011.3
第一章 先进制造技术的发展及体系结构
1.1 知识经济条件下制造业的发展 1.2 制造业的变革及挑战 1.3 先进制造技术的提出及工业化国家制造业的发展战略 1.4 先进制造技术的内涵、技术构成及特点 1.5 先进制造技术的体系结构及分类 1.6 先进制造技术发展趋势 1.7 先进制造技术的技术前沿
9、工艺模拟技术得到迅速发展
10、技术创新将成为21世纪企业竞争的焦点 上海海洋大学工程学院
1.7 先进制造技术的技术前沿
1. 可重组制造系统
2. 无浪费工艺
3. 新的材料工艺
4. 生物制造技术
5. 企业建模和仿真
6. 信息技术
7. 满足多层次用户需求的产品及工艺设计方法
8 增强型人-机界面
9. 劳动力教育和培训
上海海洋大学工程学院
东南亚经济危机的启示
1）1998年爆发的东南亚经济 危机，从另一个侧面反映 了一个国家发展制造业的 重要。一个国家，如果把 经济的基础放在股票、旅 游、金融、房地产、服务 业上，而无自己的制造业， 这个国家的经济就容易形 成泡沫经济，一有风吹草 动就会产生经济危机。
2）新加坡、台湾都有自己的 制造业，因此受经济危机 的影响小一些。
5、加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展 （1）超精密加工技术 （2）超高速切削 （3）新一代制造装备的发展
上海海洋大学工程学院
1.6 先进制造技术发展趋势
Ultrasonic bonding head CNT
S
D
Substrate (G)
CNT
S
D
Substrate (G)
3）竞争优势创建技术：快速响应设计，智能设计，仿真与虚拟设计， 工业设计，价值工程设计，模块设计
AMT-1
3) 克林顿上台后，对制造业大力支持，他把先进制造技术列 为六大国防关键技术之首。结果美国在机械工业、汽车工 业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美 国的经济连续8年取得了2-3%的增长率，而且还同时保持 低通胀率和低失业率。
生产 实施
生产 结果 数据
生产 控制
生产 控制 信息
计划阶段
实施阶段
图1-6 制造系统的程序特性
控制阶段
研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使 生产活动达到最佳化。
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绪论
热加工工艺过 包括铸造、塑性加工、焊接、热处理、
程：
表面改性等。
机械 制造 工艺 过程
零件的机械加工工艺过程：研究如 何利用切削的原理使工件成型而达 到预定的设计要求（尺寸精度、形 状、位置精度和表面质量）。
➢ 手段包括
运用一定的知识、技能 操纵可以利用的物质、工具 采取有效的方法、策略
……
6
1.1.2 制造系统
制造系统结构
经营管理 财务
用
户
市场与销售
、
市
研究与开发
场
与
工程设计
外
部
质量控制
环
采购
境
资源管理
经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流
生产管理
车间制造 （加工、装配、 检验、输送、
存储 … ）
制造
➢制造一词来源于拉丁语词根manu(手)和facere(做)。是人 类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。
第一章 CIMS概述
生产组织模式的转变
小而全——大而全——全球协作化生产 传统制造模式（橄榄型） 现代制造模式（哑铃型）
CIMS三要素
CIMS三要素
三要素之间的关系
利用计算机、自动化技术、 制造技术及信息技术等来达 到预期的经营目标
市场被迅速分割，产品的生命周期缩短 市场全球化，竞争国际化 客户要求多样化 计算机技术和网络技术的迅速发展
CIMS产生的背景和基础
CIMS产生的背景和基础
20世纪末制造业的重大变化
市场全球化，竞争空前加剧 微电子为基础的信息技术高速发展 竞争要求制造业：
加快新产品开发和上市时间 提高质量 降低成本 完善售前/售后服务 有益于环境
CAM子系统
经营管理分系统
以MRPII为核心，从制造资源出发，考虑了 企业进行决策的战略层、中短期生产计划编 制的战术层以及车间作业计划与生产活动控 制的操作层。
其功能覆盖：市场销售，物料供应，各级生 产计划与控制，财务管理，成本、库存管理 等部分的活动，是以经营生产计划、主生产 计划、物料需求计划、能力需求计划、车间 作业计划、车间调度与控制为主题形成的闭 环系统。
是CIMS的中枢，指挥和控制各部门有条不紊 地工作。
经营管理分系统
制造自动化分系统
制造自动化系统是在计算机的控制与调度下， 按照NC代码将一个毛坯加工成合格的零件， 在装配成部件以至产品，并将制造现场信息 实时地反馈到相应部门。
生成：
车间作业计划，进行优化调度与控制，生成工件、 刀具、夹具需求计划，进行系统状态监控和故障 诊断处理，完成数据采集及评估等。
(完整版)先进制造技术习题答案
第一章制造业与先进制造技术1-1 叙述制造、制造系统、制造业、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。
制造：把原材料加工成适用的产品。
制造系统：制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品（含半成品）的有机整体，称为制造系统。
制造系统还有以下三方面的定义：制造系统的结构定义；制造系统的功能定义；制造系统的过程定义。
制造业：是将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供人们使用与利用的工业品与生活消费品的行业。
它涉及到国民经济的许多部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。
制造技术：是完成制造活动所需的一切手段的总和，制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。
狭义制造是产品的机械工艺过程或机械加工过程。
广义制造与狭义制造相比，制造的概念和内涵在范围和过程两方面大大拓展。
在范围方面，制造涉及的工业领域远非局限于机械制造，而是涉及机械、电子、化工、轻工、食品、军工等国民经济的大量行业。
在过程发面，广义制造不仅指集体的工艺过程，而是指包括市场分析、产品设计、计划控制、生产工艺过程、装配检验、销售服务和管理等产品整个生命周期的全过程。
1-2 试简述制造技术的发展历程。
制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。
纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是技术的推动及市场的牵引。
人类科学技术的每次革命，必然引起制造技术的不断发展，也推动了制造业的发展。
另一方面，随着人类的不断进步，人类的需求不断变化，因而从另一方面推动了制造业的不断发展，促进了制造技术的不断进步。
两百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“少品种大批量的规模生产——多品种小批量生产——个性化弹性批量生产；在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集——设备与资金密集——信息密集——知识密集”的方向发展，与之相适应，制造业的资源配置沿着“手工——机械化——单机自动化——刚性流水自动化——柔性自动化——智能自动化”的方向发展。
工程机械CAD_CAM课后习题答案
⼯程机械CAD_CAM课后习题答案第⼀章概述1.简述产品设计制造的⼀般过程。
答：CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它主要研究对象描述、系统分析、⽅案优化、计算分析、⼯艺设计、仿真模拟、NC编程以及图形处理等理论和⼯程⽅法，输⼊的是产品设计要求，输出的是零件的制造加⼯信息。
2.简述CAD/CAM技术的概念、狭义和⼴义 CAD/CAM技术的区别与联系。
答：CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，综合计算机科学与⼯程、计算机⼏何、机械设计、机械加⼯⼯艺、⼈机⼯程、控制理论、电⼦技术等学科知识，以⼯程应⽤为对象，实现包括⼆维绘图设计、三维⼏何造型设计、⼯程计算分析与优化设计、数控加⼯编程、仿真模拟、信息存贮与管理等相关功能。
区别：⼴义的CAD/CAM技术，是指利⽤计算机辅助技术进⾏产品设计与制造的整个过程，及与之直接和间接相关的活动；狭义的CAD/CAM技术，是指利⽤CAD/CAM系统进⾏产品的造型、计算分析和数控程序的编制联系：⼴义的CAD/CAM技术包容狭义的CAD/CAM技术3.传统的设计制造过程与应⽤CAD/CAM技术进⾏设计制造的过程有何区别与联系？答：区别：传统的设计与制造⽅式是以技术⼈员为中⼼展开的，，产品及其零件在加⼯过程中所处的状态，设计、⼯艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都是由⼈⼯进⾏检测并反馈，所有的信息均交汇到技术和管理⼈员处，由技术⼈员进⾏对象的相关处理。
以CAD/CAM^术为核⼼的先进制造技术，将以⼈员为中⼼的运作模式改变为以计算机为中⼼的运作模式，利⽤计算机存贮量⼤、运⾏速度快、可⽆限期利⽤已有信息等优势，将各个设计制造阶段及过程的信息汇集在⼀起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展，与各个环节的联系与控制均由计算机直接处理，技术⼈员通过计算机这⼀媒介实现整个过程的有序化和并⾏化。
联系：制造过程的各个环节基本相同。
4.简述我国CAD/CAM技术发展的过程与特点。
制造技术与制造系统
……
➢ 与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也 有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的 各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产 品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息 处理系统。
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1.1.2 制造系统
制造系统结构
经营管理 财务
用
户
市场与销售
、
市
研究与开发
场
与
工程设计
发动机装配 发动机试验
造型
浇铸 油漆 机械加工 热处理 压铸
底盘装配
驱动桥装配
轮胎装配
车身安装 最后试验
图1-5 汽车生产物流示意图
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1.1.2 制造系统
➢ 程序特性 程序 —— 一系列按时间和逻辑安排的步骤 制造系统可视为生产离散型产品的工作程序（图1-6）
生产 技术 信息
产品 设计
产品 设计 信息
第1章 概述
本章要点
制造技术的概念 制造系统 先进制造技术的特点 先进制造技术的体系结构
1
精品课程“先进制造技术”
第1章 概述
Introduction
1.1 制造技术与制造系统 Manufacturing Technology and Manufacturing System
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1.1.1 制造与制造技术
➢制造业是将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、 技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人和社会 使用和利用的工业产品或生活消费品的行业。制造业是所 有与制造有关的企业群体的总称。
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1.1.1 制造与制造技术
序号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
【先进制造技术】第 1 章 先进制造技术概述
( 2 ）制造技术的界限分明及其专业的相互独立。 ( 3 ）制造技术一般仅指加工制造的工艺方法，即制造全过程中某一 环节的技术方法。 ( 4 ）制造技术一般只能控制生产过程中的物质流和能量流（原材料 到产品的物质流动过程，能量的投人、转换和消耗过程）。 ( 5 ）制造技术与制造生产管理的分离。
2 ．从单件生产方式发展成大量生产方式
推动这种根本变革的是两位美国人：泰勒和福特。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） , 1913 年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线，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 年代发展 到了顶峰，产生了工业技术的革命和创新，传统制造业及其大工业体 系也随之建立和逐渐成熟，近代传统制造工业技术体系的形成，其特 点是以机械一电力技术为核心的各类技术相互联结和依存的制造工业 技术体系。
3 ．柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术 20 世纪 80 年代以来所产生的现代制造技术沿着四个方向发展：
传统制造技术的革新、拓展；精密工程；非传统加工方法；制造系统 的柔性化、集成化、智能化和网络化。由于传统制造是以机械一电力 技术为核心的各类技术相互联结和依存的制造工业技术体系，其支撑 技术的发展，决定了传统制造业的生产和技术有如下特点：
( 4 ）在制造技术和工艺方法上，现代制造在发展中，其特征表现为： 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，形成 CAD 、 CAM 、 CAPP 、 CAT 、 CAE 、 NC 、 CNC 、 MIS 、 FMS 、 CIMS 、 I 解、 IMS 等一系列现代制造技术，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发展 主要经历了三个发展阶段。 1. 用机器代替手工，从作坊形成； 2. 从单件生产方式发展成大量生产方式； 3. 柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术；
《先进制造技术》教案
教案科目先进制造技术授课班级任课老师教案教案教案图1图2五、CAD/CAM集成系统的关键技术。
教案2、G00指令：——快速点定位；格式：G00 X Z ；用于刀具快速靠近工件与快速远离工件。
6、G01指令：——直线插补；格式：G01 X Z F ；适用场合：外圆、内孔、台阶、端面、圆锥、倒角、切槽等。
7、编程举例：（程序在此略）<总结><布置作业>教案一组刀具补偿值。
（3）F功能——进给功能；G99指定时，单位为mm/r；G98 指定时，单位为mm/min；2、程序编辑举例：程序在此略。
<总结><布置作业>教案<新课内容>第二章制造自动化技术第二节数控编程技术利用所学的功能指令代码编写下图的数车加工程序。
1、零件图分析该零件图为一阶梯轴的零件图，毛坯尺寸为Φ50，其余阶梯轴直径相差3到4mm。
在长度方向的尺寸中，零件的公差较小。
所以编程时以各自的基本尺寸为主进行尺寸计算。
2、确定加工工艺过程由于长度方向的公差较小，且没给出批量生产的说明，所以加工工序分三步，采用工序集中的原则：1）切端面2）粗车各阶梯3）精车各阶梯。
采用三爪卡盘装夹工件左侧，工件伸出长度为100，手工对刀，对刀点为工件右侧端面圆心，粗加工留给精加工的加工余量为1，粗加工的切削用量选择如下：V=600r/mm，F=0.3mm，ap=3mm，精加工的切削用量选择如下：V=1000r/mm，F=0.1mm，ap=1mm，3、程序编制<总结><布置作业>教案<新课内容>第二章制造自动化技术第二节数控编程技术一、圆弧指令1、G02：顺时针方向圆弧插补2、G03：逆时针方向圆弧插补3、G02、G03的指令格式：G02（G03）X Z R F顺逆的方向根据机床上的坐标来确定，一般是从第三轴的正向看向负向，如果圆弧为顺时针则用G02，如果圆弧为逆时针则用G03。
第一章 智能制造技术概述
02智能制造的概念、内涵和特征
• 智能制造包括智能制造技术与智能制造系统两大关键组成要素和智能设计、智 能生产、智能产品、智能管理与服务4大环节。
• 广义而论，智能制造是一个大概念，是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合 ，贯穿于产品、制造、服务全生命周期各个环节，以及制造系统集成，实现制造业数 字化、网络化，智能化不断提升企业产品质量，效益服务水平，推动制造业创、绿色 、协调、开放、共享发展。
• 美国能源部对智能制造的定义：是先进传感、仪器、监测、控制和过程优化的技术 和实际的组合，它们将信息和通信技术与制造环境融合在一起，实习工厂和企业中能 量、生产率和成本的实时管理。
•虚拟网络和实体生产的相互渗透是智能制造的本质：一方面，信息网络将彻底 改变制造业的生产组织方式，大大提高制造效率；另一方面，生产制造将作为互 联网的延伸和重要结点，扩大网络经济的范围和效应。以网络互连为支撑，以智 能工厂为载体，构成了制造业的最新形态，即智能制造。这种模式可以有效缩短 产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消 耗。从软硬结合的角度看，智能制造即是一个“虚拟网络+实体物理”的制造系统。
02智能制造的概念、内涵和特征
•智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是以新一代信息技术为基础，配 合新能源、新材料、新工艺，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环 节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制 造过程、系统与模式的总称。
先进制造工艺技术
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第一节 概 述
一、机械制造工艺的定义和内涵
机械制造工艺： 将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相 对位置，使之成为产品或半成品的方法和过程。
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粉末冶金
铸造 金 属 锻压 材 料 焊接
毛 坯
热 处 理
切 削 零 装机 加 件 配器
工
➢ 毛坯和零件成形——铸造、锻压、冲压、焊接 、压制、烧结、注塑、压
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第二节 精密洁净铸造工艺
本节要点
1.定义 2.近代化学硬化砂铸造工艺 3.高效金属型铸造工艺及设备 •压力铸造 •挤压铸造 •消失模铸造
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精密、洁净、高效
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常用精密加工和超精密加工方法
分类
刀具切 切 削加工 削
加工方法 精密、超精密车削 精密、超精密铣削
精密、超精密镗削
加工刀具
精度 /μm
天然单晶金刚石刀具、人 造聚晶金刚石刀具、立方 氮化硼刀具、陶瓷刀具、 硬质合金刀具
1～0.1
微孔钻削
硬质合金钻头，高速钢钻 头
20～10
磨 削
磨料加
工
研
磨
精密、超精密砂轮 磨削 精密、超精密砂带 磨
精密、超精密研磨
油石研磨 磁性研磨 滚动研磨
砂
氧化铝、碳化硅、 轮
立方氮化硼、金刚
石等磨料
砂
带
5～0.5
铸铁、硬木、塑料等研具，
先进制造技术 第一章 先进制造技术概论
1.2 制造业的发展与地位
传统制造业及其技术的发展
第二次工业革命：人类开始进入电气 时代，并在信息革命、资讯革命中达 到顶峰。
发电站
早期计算机
第三次工业革命：人类进入科技时 代，生物克隆技术的出现，航天科 技的出现，也即生物科技与产业革 命。
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1.2 制造业的发展与地位
传统制造业及其技术的发展
大型发电和传输技术
核能技术
微电子技术
激光技术
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1.2 制造业的发展与地位
现代制造业及其技术的发展
回顾制造技术的发展，从蒸汽机出现到今天，主要经历了三个发展阶段： 机器代替手工 作坊形成工厂
单件生产到大量生产
柔性化、集成化、智能化和 网络化的现代制造技术
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1.2 制造业的发展与地位
现代制造业及其技术的发展
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1.2 制造业的发展与地位
传制造业及其技术的发展
人类文明的发展与制造业的进步密切相关。
石器时代
在石器时代，人类利用天然 石料制作劳动工具；
青铜器、铁器时代
到青铜器、铁器时代， 人们开始采矿、冶炼铸 锻工具、织布；
第一次工业革命
直到1765年，瓦特改良蒸 汽机，纺织业、机器制造 业才取得革命性的变化， 引发了第一次工业革命
完成制造活动所需的一切手段的总和，是将原材料和其他生产要素经济合理地转 化为可直接使用的、具有较高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。
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1.2 制造业的发展与地位
制造、制造技术和制造业的定义
3. 制造业（manufacturing industries）
所有与制造有关的企业机构的总体。是将制造资源（物料、能源、设备、工具、 资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供人们使用与利用的工 业品与生活消费品的行业