01第一章先进制造技术绪论49

发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
机电一体化
展的重要条件。
发展趋势 ——制造过程：“绿”“快”“省”“效”
“快”是发展的动力——快速
对市场的快速响应 对生产的快速重组
生产模式：高度柔性与高度敏捷性 推动着制造技术的进步与制造方法的发展
发展趋势 ——制造过程：“绿”“快”“省”“效”
“省”是发展的原则——节省
❖ 市场经济必然的要求 ❖ 制造过程必须节省、节约、节俭
❖ 在物理性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强 磁性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能；
❖ MEMS（Micro-Electro-Mechanical_System)技术和产品是典型 极端、极限技术和产品。
发展趋势 ——制造产品： “精”“极”“文”
关于微电子芯片制造 1. 巨大的投资
现代设计方法 设计自动化技术 工业设计技术
先进制造工艺
精密和超精密加工技术 精密成型技术 特种加工技术 表面改性、制膜和涂层技术
自动化技术
数控技术 工业机器人技术 柔性制造技术 计算机集成制造技术 传感技术 自动检测及信号识别技术 过程设备工况监测与控制技术等
系统管理技术
世界最小的发电机——纳米发电机
发展趋势 ——制造产品：“精”“极”“文”
“文”是发展的新义——人文化
工业产品， “实用” ，物质层面； 艺术产品，（人文）文化含量高， “物美” ，精神层面，
环境协调，爽心悦目，经得起“看”，经得起“想”—— “工业设计” 制造过程、制造方法——“文明化”生产。
资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即： 使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称
• 制造过程 产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全
过程，也称为产品生命周期。
• 制造业 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信息
、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人 们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。
柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能 制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造……
工业的概念
工业 由制造业、采掘业以及电力、燃气、 和水的生产供应业构成，制造指第二产业中 除采掘业、电力、燃气及其生产和供应业、 建筑业以外的所有行业。
先进制造技术定义
制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及现代系统管 理等方面的成果，并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。
制造科学已不可能在孤立、封闭的状态下发展，必然 走兼采百家之长、交叉融合的道路；
现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和 系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力， 也不断丰富着现代制造科学的内涵和外延。
世界制造业的现状：
先进制造技术是工业发达国家的国家级关键技 术和优先发展领域
发展趋势 ——制造产品：“精”“极”“文”
超精密加工
20世纪初：
10微米
30年代：
1微米
50年代：
0.1微米
70-80年代：
0.01微米
目前：
0.001微米
（纳米加工）
发展趋势 ——制造产品：“精”“极”“文”
“极”是发展的焦点——极端、极限
❖ 几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极圆、极方、 奇形怪状；
世界制造业的现状：
计算机集成制造系统CIMS 准时JIT生产 制造资源规划MRPⅡ 精良生产LP 敏捷制造AM
我国制造业现状
许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国 不能自主制造，缺乏自主创新能力
是制造大国，不是制造强国
发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一 家装备制造企业能跻身世界500强
形成一批高科技产业：
★四个加工产业——精密成型加工、精密加工、激光 加工、表面处理加工；
★三个自动化硬件产业——数控系统、工业机器人、 传感器和测试设备；
★三个软件产业——CAD、CAM、MIS。
先进制造技术的发展趋势
精密化、 柔性化、 网络化、 虚拟化、 智能化、 清洁化、 集成化、 全球化
步的动力。 狭义：为机电产品的Байду номын сангаас械加工工艺过程 广义：国际生产工程学会1990年：
制造是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、市场销售和服务 的一系列相关活动和工作的总称。
1、制造的概念
• 制造技术（Manufacturing Technology) 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物
“自”是发展的条件——自动化
自动化是强化、延伸甚至取代人劳动（体力、脑力） 的技术或手段
自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展 到自学习、自组织、自维护、自修复等更高水平的 自动化
发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
1870-1980： 加工过程效率 20倍 管理效率 1.8-2.2倍 设计效率 1.2倍 CAX技术——脑力劳动自动化。 制造业中NC的重大基础作用。
“绿”是发展的必然 “快”是发展的动力 “省”是发展的原则 “效”是发展的追求 “数”是发展的核心 “自”是发展的条件 “集”是发展的方法 “网”是发展的道路 “智”是发展的前景
发展趋势 ——制造产品：“精”“极”“文”
“精”是发展的关键——精确化
加工精度精密化
人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级；
“数”是发展的核心——数字化
“信息化”的核心是“数字化” 数字制造是制造技术与信息技术（包含计算机技术、网络技
术）等交叉、发展与应用的结果 数字化设计、数字化控制、数字化管理以及贯穿始终的“虚
拟”技术
数字化技术必将导致制造技术的重大发展与变革
发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
三、先进制造技术的特点
系统性 集成性 广泛性 高精度 实现优质、高效、低耗、清洁、
灵活的生产
第二节 先进制造技术的构成及分类
先进制造技术的构成 （我国）
现代制造技术体系结构（美国）
二、 先进制造技术的分类 现代设计技术 先进制造工艺 自动化技术 系统管理技术
现代设计技术
制造过程的优化 制造资源的优化配置
发展趋势 ——制造过程：“绿”“快”“省”“效”
“效”是发展的追求 ——高效 、高生产率
❖ 个性化大生产、大规模定制 ❖ 快速响应市场需求的应有推论与含义 ❖ 生产效率提高￫生产力发展￫社会进步 高效、低耗、无污染
发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
发展趋势 ——制造产品：“精”“极”“文”
2002年
原子级纳米“晶体管”（电极相距1nm）
2003年
世界最小的电动机——纳米电动机（直径500nm）
量子计算机基本电路（1/500mm，近°K 工作）
2004年
能停或暂停的分子马达
用核磁共振观测到单个电子
2005年
超大容量纳米级信息存储材料
2006年
发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
“集”是发展的方法——集成化
技术集成、管理集成、技术与管理集成 本质：知识和信息集成，集成也包含了“交叉” 现代制造科学技术的发展离不开“集成”和“交叉” CIMS，从实际情况与发展前景来看，整个产品的生产确系一个 计算机集成生产系统，而且与网络化不可分割。
发展趋势（1）
先进制造技术
制造技术+信息技术+管理科学+有关科学技术
先进制造技术发展的总趋势
制造产品：“精”“极”“文” 制造过程：“绿”“快”“省”“效” 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
发展趋势（2）
制造产品： 制造过程：
制造方法：
“精”是发展的关键 “极”是发展的焦点 “文”是发展的新义
制造业发展的历程
1）用机器代替手工，从作坊形成工厂
19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。
2）从单件生产方式发展成大量生产方式
泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。 福特：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
3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术
建一座生产1000兆位存储器的芯片制造厂，需要投资150亿美元 2. 当前的芯片制造设备
（1）超净：尘埃颗粒直径<0.1微米 颗粒数<0.1个/立方英尺空气
（2）超纯：有害杂质含量达到ppb（十亿分之一） （3）超精加工：钠米级
我国的“龙芯”。 日本日立公司（2006）报导：集成电路小如尘粒：
长、宽150μm，厚7.5μm
1、制造的概念
1.2 制造系统 制造系统是制造业的基本组成实体。
结构：是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、 能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、人员所 组成的具有特定功能的有机整体。
功能：输入制造系统的资源（原材料、能源、信息、人 力...）通过制造过程输出产品
过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、 工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售、售后服务、 报废、回收、再利用等。
先进制造领域的关键技术
集成化技术； 智能化技术； 网络技术； 分布式并行处理技术； 多学科、多功能综合产品开发技术； 虚拟现实技术； 人——机——环境系统技术。
第三节 先进制造技术的现状及发展趋势
发展现状 制造科学已成为多学科交叉的学科
制造技艺→制造技术→制造科学；
制造活动的社会性、制造系统的开放性→制造科学综 合性；