先進制造技術孫燕華著電子工業出版社北京·BEIJING全國高職高專規劃教材·精品與示范系列第一章緒論第一節先進制造技術及其主要特點第二節先進制造技術的構成及分類

第三節先進制造技術的應用及發展趨勢

第一節先進制造技術及其主要特點1.1概念

制造（Manufacturing):

是人類所有經濟活動的基石，是人類歷史發展和文明進步的動力。狹義：為機電產品的機械加工工藝過程廣義：國際生產工程學會1990年：

制造是涉及制造工業中產品設計、物料選擇、生產計劃、生產過程、質量保證、經營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱。1、制造的概念制造技術（ManufacturingTechnology)

按照人們所需的目的，運用知識和技能，利用客觀物資工具，將原材料物化為人類所需產品的工程技術。即：使原材料成為產品而使用的一系列技術的總稱制造過程產品從設計、生產、使用、維修、報廢、回收等的全過程，也稱為產品生命周期。制造業

將制造資源（物料、能源、設備、工具、資金、信息、人力等）利用制造技術，通過制造過程，轉化為供人們使用或利用的工業品或生活消費品的行業。1、制造的概念1.2制造系統

制造系統是制造業的基本組成實體。結構：是制造過程所涉及的硬件（物料、設備、工具、能源等）、軟件（制造理論、工藝、信息等）、人員所組成的具有特定功能的有機整體。功能：輸入制造系統的資源（原材料、能源、信息、人力...）通過制造過程輸出產品過程：制造生產的運行過程，包括市場分析、產品設計、工藝規劃、制造裝配、檢驗出廠、產品銷售、售后服務、報廢、回收、再利用等。1、制造的概念1）用機器代替手工，從作坊形成工廠

19世紀機器在英國誕生，先后傳人法國、德國和美國。2）從單件生產方式發展成大量生產方式泰勒：以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理。福特：零件互換技術，1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產線3）柔性化、集成化、智能化和網絡化的現代制造技術柔性制造系統、計算機集成制造系統、網絡化制造、智能制造系統、及時生產、精良生產、敏捷制造……制造業發展的歷程工業由制造業、采掘業以及電力、燃氣、和水的生產供應業構成，制造指第二產業中除采掘業、電力、燃氣及其生產和供應業、建筑業以外的所有行業。工業的概念先進制造技術定義制造業不斷吸收機械、電子、信息、能源及現代系統管理等方面的成果，并綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應能力和競爭能力并取得理想經濟效果的制造技術總稱。三、先進制造技術的特點

系統性集成性廣泛性高精度實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產第二節

先進制造技術的構成及分類

先進制造技術的構成（我國）現代制造造技術體體系結構構（美國國）二、先先進制造造技術的的分類現代設計計技術先進制造造工藝自動化技技術系統管理理技術現代設計計技術現代設計計方法設計自動動化技術術工業設計計技術先進制造造工藝精密和超超精密加加工技術術精密成型型技術特種加工工技術表面改性性、制膜膜和涂層層技術自動化技技術數控技術術工業機器器人技術術柔性制造造技術計算機集集成制造造技術傳感技術術自動檢測測及信號號識別技技術過程設備備工況監監測與控控制技術術等系統管理理技術工程管管理質量管管理管理信信息系系統現代制制造模模式（（如精精益生生產、、CIMS、敏捷捷制造造、智智能制制造等等）集成化化的管管理技技術、、企業業組織織結構構與虛虛擬公公司等等生產產組織織方法法。先進制制造技技術的的特點點產品開開發周周期短短、上上市時時間快快；提高市市場競競爭力力；柔性化化（快快速重重組））；質量保保證；；組織形形式：：跨地地區、、跨國國家的的虛擬擬公司司、動動態聯聯盟；；生產過過程精精良；；人員素素質提提高；；智能化化；環保；；分布、、并行行、集集成并并存。。先進制制造領領域的的關鍵鍵技術術集成化化技術術；智能化化技術術；網絡技技術；；分布式式并行行處理理技術術；多學科科、多多功能能綜合合產品品開發發技術術；虛擬現現實技技術；；人——機——環境系系統技技術。。第三節節先先進制制造技技術的的現狀狀及發發展趨趨勢制造科科學已成為為多學科科交叉叉的學科科制造技技藝→制造技技術→制造科科學；；制造活活動的的社會會性、、制造造系統統的開開放性性→制造科科學綜綜合性性；制造科科學已已不可可能在在孤立立、封封閉的的狀態態下發發展，，必然然走兼兼采百百家之之長、、交叉叉融合合的道道路；；現代物物理、、數學學、化化學、、生命命、信信息、、材料料、管管理和和系統統等科科學的的發展展，為為制造造科學學不斷斷提供供新的的推動動力，，也不不斷豐豐富著著現代代制造造科學學的內內涵和和外延延。發展現現狀世界制制造業業的現現狀：：先進制制造技技術是是工業業發達達國家家的國國家級級關鍵鍵技術術和優優先發發展領領域國別/地區科技計劃美國先進制造技術計劃關鍵技術(制造)計劃敏捷制造使能技術計劃日本智能制造技術國際合作計劃歐共體尤里卡計劃信息技術研究發展戰略計劃德國制造2000年計劃韓國高級先進技術國家計劃(G-7)世界制制造業業的現現狀：：數控NC計算機機數控控CNC直接數數控DNC柔性制制造單單元FMC柔性制制造系系統FMS計算機機輔助助設計計與制制造CAD/CAM世界制制造業業的現現狀：：計算機機集成成制造造系統統CIMS準時JIT生產制造資資源規規劃MRPⅡ精良生生產LP敏捷制制造AM許多高高技術術我國國尚未未掌握握，許許多重重大裝裝備我我國不不能自自主制制造，，缺乏自主創創新能力是制造大國國，不是制制造強國發電設備、、機床、汽汽車、電子子制造等產產品產量居居世界前列列，卻沒有有一家裝備備制造企業業能躋身世世界500強關鍵裝備大大多依賴進進口光電子制造造設備的100%IC制造裝備的的85%高檔數控機機床的70%我國制造業業現狀原創性的技技術和成果果缺乏，企企業的核心心競爭力不不足，制造造科學基礎礎研究相對對薄弱我國機械工工業發展目標2000年，制造技技術水平總總體上達到到工業先進進國家80年代末90年代初的水水平。優質、高效效、低耗、、少或無污污染的現代代制造技術術普及率，，由目前的的不足10%提高到2000年20%，2010年提高到50%。形成一批高高科技產業業：★四個加工產產業——精密成型加加工、精密密加工、激激光加工、、表面處理理加工；★三個自動化化硬件產業業——數控系統、、工業機器器人、傳感感器和測試試設備；★三個軟件產產業——CAD、CAM、MIS。先進制造技技術的發展趨勢精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化發展趨勢（1）先進制造技術術制造技術+信信息技術+管管理科學+有有關科學技術術先進制造技術術發展的總趨趨勢制造產品：“精”“極”“文”制造過程：“綠”“快”“省”“效”制造方法：“數”“自”“集”“網”“智”發展趨勢（2）“精”是發展的關鍵鍵“極”是發展的焦點點“文”是發展的新義義“綠”是發展的必然然“快”是發展的動力力“省”是發展的原則則“效”是發展的追求求“數”是發展的核心心“自”是發展的條件件“集”是發展的方法法“網”是發發展展的的道道路路“智”是發發展展的的前前景景制造造產產品品：制造造過過程程：制造造方方法法：“精”是發發展展的的關關鍵鍵———精確確化化加工工精精度度精精密密化化人造衛星星的儀表表軸承，，其圓度度、圓柱柱度、表表面粗糙糙度等均均達納米米級；操作尺度度細微化化基因操作作機械，，移動距距離為納納米級，，移動精精度為0.1納納米級物理性能能精確化化＿物理性性能、力力學性能能、化學學性能、、生化性性能等等等控制要求求納米化化發展趨勢勢——制造產品品：“精”“極”“文”電子制造造中高精度：：控制趨趨于納米米級加工趨于于亞納米米級超微細：：芯片線線寬＜100nm運動副間間隙＜12nm高加速度度：封裝裝運動＞＞12g高可靠性性：芯片片千小時時失效率率＜1/109發展趨勢勢——制造產品品：“精”“極”“文”超精密加加工20世紀初：：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（納米加工））發展趨勢——制造產品：“精”“極”“文”“極”是發展的焦點點——極端、極限幾何形體上，，極大、極小小、極厚、極極薄、極平、、極柔、極圓圓、極方、奇奇形怪狀；在物理性能上上，極高硬度度、極高塑性性、極大彈性性、極大脆性性、極強磁性性、極強輻射射性、極強腐腐蝕性，奇性性怪能；MEMS（Micro-Electro-Mechanical_System)技術和產品是是典型極端、、極限技術和和產品。發展趨勢——制造產品：“精”“極”“文”關于微電子芯片制造1.巨大的的投資建一座生產1000兆位位存儲器的芯芯片制造廠，，需要投資150億美元元2.當前的的芯片制造設設備（1）超凈：：塵埃顆粒直直徑<0.1微米顆粒數<0.1個/立方方英尺空氣（2）超純：：有害雜質含含量達到ppb（十億分之一））（3）超精加加工：鈉米級級我國的“龍芯”。日本日立公司司（2006）報導：集成成電路小如塵塵粒：長、寬150μm，厚7.5μm發展趨勢——制造產品：““精”“極”“文”2002年原原子子級納米“晶體管”（電極相距1nm）2003年世界最小的電電動機——納米電動機（（直徑500nm）量子計算機基基本電路（1/500mm，近°K工作）2004年能停或暫停的的分子馬達用核磁共振觀觀測到單個電電子2005年超超大容量量納米級信信息存儲材材料2006年世世界最小小的發電機機——納米發電機機發展趨勢——制造產品：：“精”“極”“文”“文”是發展的新新義——人文化工業產品，，“實用”，物質層面面；藝術產品，，（人文））文化含量量高，“物美”，精神層面面，環境協協調，爽心心悅目，經經得起“看”，經得起“想”——“工業設計”制造過程、、制造方法法——“文明化”生產。發展趨勢——制造產品：：“精”“極”“文”“綠”是發展的必必然——綠色“天人合一”與“無為”；“保護環境，，就是保護護生產力；；改善環境境，就是發發展生產力力”——江澤民制造各階段段都必須充充分計及環環境保護：：自然環境境，社會環環境、生產產環境、生生產者的身身心健康；；制造必然要要走向“綠色”制造，這是是實現國民民經濟可持持續發展的的重要條件件。發展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“快”是發展的動動力——快速對市場的快快速響應對生產的快快速重組生產模式：：高度柔性性與高度敏敏捷性推動著制造造技術的進進步與制造造方法的發發展發展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“省”是發展的原原則——節省市場經濟必必然的要求求制造過程必必須節省、、節約、節節儉制造過程的的優化制造資源的的優化配置置發展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“效”是發展的追追求——高效、高高生產率個性化大生生產、大規規模定制快速響應市市場需求的的應有推論論與含義生產效率提提高?生產產力發展??社會進步步高效、低耗耗、無污染染發展趨勢——制造過程：：“綠”“快”“省”“效”“數”是發展的核核心——數字化“信息化”的核心是“數字化”數字制造是是制造技術術與信息技技術（包含含計算機技技術、網絡絡技術）等等交叉、發發展與應用用的結果數字化設計計、數字化化控制、數數字化管理理以及貫穿穿始終的“虛擬”技術數字化技術術必將導致致制造技術術的重大發發展與變革革發展趨勢——制造方法：：“數”“自”“集”“網”“智”“自”是發展的條條件——自動化自動化是強強化、延伸伸甚至取代代人勞動（（體力、腦腦力）的技技術或手段段自動控制、、自動調節節、自動補補償、自動動辨識等發發展到自學學習、自組組織、自維維護、自修修復等更高高水平的自自動化發展趨勢——制造方法：：“數”“自”“集”“網”“智”1870-1980：加工過程效效率20倍管理效率1.8-2.2倍設計效率1.2倍CAX技術術———腦力力勞勞動動自自動動化化。。制造造業業中中NC的重重大大基基礎礎作作用用。。發展展趨趨勢勢———制造造方方法法：：“數”“自”“集”““網”““智”“集”是發發展展的的方方法法———集成成化化技術術集集成成、、管管理理集集成成、、技技術術與與管管理理集集成成本質質：：知知識識和和信信息息集集成成，，集集成成也也包包含含了了“交叉叉”現代代制制造造科科學學技技術術的的發發展展離離不不開開“集成”和“交叉”CIMS，從實際情況況與發展前景景來看，整個個產品的生產產確系一個計計算機集成生生產系統，而而且與網絡化化不可分割。。發展趨勢——制造方法：“數”“自”“集”“網”“智”傳感技術信號處理技術術控制技術隨動技術精密機械技術術系統集成技術術發展趨勢——制造方法：“數”“自”“集”“網”“智”機電一一體化化“網”是發展展的道道路——網絡化化現代新新型制制造模模式實實施的的基礎礎設施施，現現代制制造企企業生生產活活動必必不可可少運運行環環境網絡化化既是是制造造企業業信息息化、、集成成化的的基礎礎，又又是企企業信信息化化、集集成化化的進進一步步發展展網絡化化將制制造業業走向向全球球化、、整體體化、、有