机械制造技术基础 第1章

1784 年第一台 机械织布机
1879 年第一条 生产线
1969 年第一台 PLC(可编程逻 辑控制器)
3. 电子及IT的 普及带动工业 自动化生产
2. 电气时代来 临，量产的生 产线出现带动
第二次革命
4. 信息物理系 统(CPS)带动的 工业革命
复 杂 程 度
1. 蒸汽动力的 机械制造设备
带动第一次工
业革命
时间
18 世纪末
20 世纪初
1970 开始
今天
工业4.0
图1-1 制造业发展历程及展望
1．工业1.0 18世纪蒸汽机的发明及其在机械制造设备中的应用，实 现了机械化。该阶段以蒸汽机为标志，用蒸汽动力驱动机器 取代人力，从此手工业从农业分离出来，正式进化为工业。 工场手工加工制造业的兴起，具备机器三要素(工作机、传 动机、动力机)的钟表、水磨机等传统机械雏形的出现，奠 定了传统制造业的发展基础和技术。1797年发明了机床，为 制造提供了机械加工基础装备，并制造出满足机械制造、纺 织、矿山、农业、化工、交通运输和建筑等不同行业需求的 各种机器。这些技术和机器的产生，促使制造业以蒸汽动力 技术为核心的各类技术相互结合，形成工业技术体系。
பைடு நூலகம்
信息技术覆盖了从产品设计、生产准备到加工制造、装 配、销售和维修甚至包括再生回收全生产过程，并且在企业 信息化的基础上，引入了并行工程和敏捷制造等概念，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。
4．工业4.0 以智能制造为主导的第四次工业革命，在CPS(CyberPhysical System)系统，即信息物理系统的智能化、网络化的 世界里，各种制造资源基于物联网和服务网，通过价值链横 向和纵向的无缝整合，实现了社会化协同智能制造，将生产 中的设计、制造、销售、服务、供应链信息数据化和智慧化， 最后达到快速、有效、个性化的产品供应与服务。
在整个制造业中，机械制造业占有特别重要的地位。因 为机械制造业是国民经济的装备部门，它以各种机器设备供 应和装备国民经济的各个部门，并使其不断发展。国民经济 各部门的生产水平和经济效益在很大程度上取决于机械制造 业所提供的装备的技术性能、质量和可靠性。国民经济的发 展速度，在很大程度上取决于机械制造工业技术水平的高低 和发展速度。
1.1.2 制造业的重要性 制造业是工业的主体，是提供生产工具、生活资料、科
技与国防装备等的手段及其进步的依托，是现代化的动力源， 是现代文明的支柱。人类从原始社会使用石器到现在应用现 代化的机器装备和先进的工艺技术，逐步加强了控制自然、 开发和利用自然的能力。制造业为人类创造着辉煌的物质文 明，制造业是一个国家的立国之本。制造技术支持着制造业 的健康发展，先进的制造技术使一个国家的制造业乃至国民 经济处于有竞争力的地位。生产工具的使用和不断完善，加 速了社会的发展与进步。
机械制造业历来是应用科学技术的主要领域，是应用最 新科技推动社会、经济发展的主导产业。现代化的工业、农 业、国防和科学技术，都以相应的机械装备为物质基础。先 进的技术装备集中了有关的先进科技成果。因此，机械工业 的技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重 要标志，反映了人民的生活质量及国防能力。
第一章 绪论
1.1 制造业的发展历史及其重要性 1.2 制造的基本概念 1.3 制造的要素 1.4 制造中的材料 1.5 制造的工艺 1.6 制造系统 习题与思考题
1.1 制造业的发展历史及其重要性
1.1.1 制造业的发展 制造业的发展可以总结为四个大的发展阶段，也就是从
工业1.0到工业4.0。前三个阶段已经完成，目前正处于第四 个阶段的发展过程中，如图1-1所示。
从总体上来讲，机械制造业是国民经济中的一个重要组 成部分。纵观世界各国，任何一个经济强大的国家，无不具 有强大的机械制造业。许多国家的经济腾飞，机械制造业功 不可没，比如德国和日本。因此，在现代经济中，一个国家 或民族想要有强大的经济，一个发达的制造业是必不可少的。 目前我国是世界第二大经济体，制造业起了非常重要的作用， 特别是机械制造业，如大飞机的制造(运20、C919、水陆两 栖飞机AG600)、高速列车的制造、大型自航绞吸式挖泥船 (天鲸号)的制造、大型盾构机的制造等，如图1-2所示。
新兴材料(高分子材料、无机非金属材料、复合材料等)、 新切削加工技术(数控机床、超高速和精密加工)、大型发电 和传输技术、核能技术、微电子技术(集成电路、计算机)、 软件技术、激光技术、生物技术和系统工程技术等，为能量 驱动型的传统制造向信息驱动型的现代制造发展奠定了基础， 创造了条件。
制造业不断吸收微电子、计算机和自动化等高新技术成 果，形成了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、 计算机辅助工艺设计(CAPP)、计算机辅助测试(CAT)、计算 机辅助工程(CAE)、数控技术(NC/CNC)、企业资源计划 (ERP)、制造执行系统(MES)、柔性制造系统(FMS)、计算机 集成制造系统(CIMS)、工业机器人等一系列现代制造技术， 并实现了上述技术的系统集成，形成了从单机到自动生产线 等不同层次的自动化制造系统，进入了完全的自动化和信息 化时代。
2．工业2.0 20世纪电气技术的发展及其在大批量生产流水线中的应 用，实现了电气化。该阶段以电力的广泛应用为标志，用电 力驱动取代了蒸汽动力。20世纪初产生了零件的互换性技术， 并且在机械制造业出现了生产线，把零件制造和整机制造分 开，零件采用大规模的方式制造；然后整机在生产线上安装 上多个零件和部件，实现流水线生产，提高了生产效率和质 量。随着新型冶炼技术(大型冶炼技术、合金冶炼技术)、内 燃机技术、电气技术(电机、电力)的发明和完善，随着福特 的大规模生产方式(汽车装配流水生产线)和技术的出现，产 生了工业技术的全面革新，大工业体系也随之建立和逐渐成 熟。
3．工业3.0 20世纪70年代，电子和信息化技术发展，第一台可编程 控制器诞生并应用于自动化生产，实现了制造自动化。该阶 段以PLC(可编程逻辑控制器)的应用为标志，从此机器不但 取代了人的大部分体力劳动，也代替了一部分脑力劳动，同 时工业生产能力也超越了人类的消费能力，人类进入了产能 过剩时代。