第1章 先進制造系統(tǒng)總論

1、先進制造系統(tǒng),第 1 章 先進制造系統(tǒng)總論第 2 章 先進制造系統(tǒng)基本原理第 3 章 先進制造模式 第 4 章 先進設計技術第 5 章 先進制造裝備及技術 第 6 章 先進制造工藝技術 第 7 章 綠色設計與制造第 8 章 典型產(chǎn)品的制造系統(tǒng) 第 9 章 制造系統(tǒng)展望,,,,∨,∧,∧,第1章 先進制造系統(tǒng)總論,1.1 制造與制造業(yè)的概念1.2 制造業(yè)的發(fā)展

2、與作用1.3 我國制造業(yè)的現(xiàn)狀1.5 先進制造系統(tǒng)的概念 1.6 先進制造模式的概念 1.7 先進制造技術的概念,∨,,,,,,,,,1.1.1 制造的內(nèi)涵,1.制造的原意制造的英文為manufacture， manufacturing。該詞起源于拉丁文詞根 manu（手）和facere（做）。 這說明幾百年來人們把制造理解為用手來做。隨著社會

3、進步和制造活動的發(fā)展,制造的概念不斷進化。,,,∨,∧,1.1.1 制造的內(nèi)涵,2.制造的含義（1）狹義制造 制作過程（機械工藝過程或機械加工過程） 原材料 → 產(chǎn)品 ↑ 物理、化學變化（2）廣義制造 指產(chǎn)品的整個生命周期過程,,,∨,∧,,,,,制造本質(zhì)： 將原有資源（如物料、能量、資金、人

4、員、信息等）按照社會需求轉(zhuǎn)變?yōu)橛懈邔嵱脙r值的新資源（如有形的產(chǎn)品和無形的軟件、服務）的過程。,,1.1.3 制造業(yè)的內(nèi)涵及構(gòu)成,1. 制造業(yè)的內(nèi)涵所有與制造有關的企業(yè)生產(chǎn)機構(gòu)的總體。對原材料加工或再加工以及對零部件裝配工業(yè)的總稱。分類： 消費品、資本品（即裝備） 輕型、重型 民用、軍工

5、 傳統(tǒng)、現(xiàn)代,,,∨,∧,1.1.3 制造業(yè)的內(nèi)涵及構(gòu)成,美國NRC將制造企業(yè)分為兩大類： ①物質(zhì)企業(yè)：把原材料和可重復利用的毛坯件轉(zhuǎn)變成分立的半成品和最終物件的企業(yè)。物質(zhì)企業(yè)所用的制造系統(tǒng)一般被組織在供應鏈網(wǎng)絡之中，許多以供應商的身份出現(xiàn)于市場。 ②產(chǎn)品企業(yè)：把分立的半成品和物件轉(zhuǎn)變或裝配成整機產(chǎn)品的企業(yè)。產(chǎn)品企業(yè)要求有眾多的物質(zhì)企業(yè)支持，在供應鏈網(wǎng)絡支持下完成最終產(chǎn)品的制造與裝配。這類企業(yè)的制造系統(tǒng)主要是某些關

6、鍵部件（如汽車發(fā)動機、車體等）的制造和總裝系統(tǒng)。,,,∧,∨,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,從世界范圍來看， 制造業(yè)的發(fā)展可以分為3個時代：1. 古代制造業(yè)的發(fā)展2. 近代制造業(yè)的發(fā)展3. 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展,,,∧,,,,,∨,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,圖1-3弓形鉆是公元前3000年以前（史前期）的重要工具。它由燧石鉆頭、鉆桿、窩座和弓弦等組成?？捎脕磴@孔、擴孔和取火。弓形鉆后來又發(fā)展成為弓弦鉆床（圖1-4）和弓弦車床（

7、圖1-5）。,圖1-4 弓弦鉆床,圖1-3 弓形鉆,圖1-5 弓弦車床,,,,∧,∨,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,公元953年我國已能鑄造重達40噸的特大型鑄件，如圖1-6所示,河北滄州鐵獅子，長5.3米，高5.4米，寬3米多。,圖1-6 滄州鐵獅子（公元953年）,,,∧,∨,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,近代中國規(guī)模最大的制造系統(tǒng)是江南制造局（圖1-7），從1865年成立到1891年已擁有13個工廠，它制造了中國第一艘近代

8、兵輪，煉出中國第一爐鋼水，并最早引進國外先進技術。,圖1-7 江南制造局的機器廠（1865年）,,,∧,∨,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,圖1-8和圖1-9是我國1985年引進的第一條柔性制造系統(tǒng)，可加工直流伺服電動機的4大類（軸、盤、殼、架）14種零件。,圖1-8 我國引進的首條柔性制造系統(tǒng)（1985年）,,,∧,∨,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,圖1-8和圖1-9是我國1985年引進的第一條柔性制造系統(tǒng)，可加工直流伺服電動機的4

9、大類（軸、盤、殼、架）14種零件。,圖1-9 柔性制造系統(tǒng)中的兩臺加工中心,,,∧,∨,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,4. 制造業(yè)在社會歷史中的發(fā)展特征 人類歷史已經(jīng)走過了原始社會、農(nóng)業(yè)社會、工業(yè)社會等大的社會階段，正在邁向信息社會的新階段，縱觀歷史，制造業(yè)經(jīng)歷了工具化、機械化、電氣化、自動化、信息化、知識化。,,,農(nóng)業(yè)社會,原始社會,工業(yè)社會,信息社會,未來社會,,,,,,,,,,,,,,,∧,∨,工具化,機械化電氣化自

10、動化,信息化知識化,1.2.1 制造業(yè)的發(fā)展,工具化從原始經(jīng)濟到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟節(jié)省了人的體力。機械化由機械動力取代或放大了人的體力。電氣化利用電力減輕體力并提高效率。自動化通過自動控制設備節(jié)省體力和腦力。信息化增加時效，減少錯誤，使人與環(huán)境和諧發(fā)展。知識化是指從工業(yè)經(jīng)濟全面轉(zhuǎn)變到知識經(jīng)濟。,,,∧,∨,1.2.2 世界制造中心的三次轉(zhuǎn)移,1）世界制造中心的產(chǎn)生 1760~1850年，英國（第一次技術革命和產(chǎn)業(yè)革命

11、）2）世界制造中心的第一次轉(zhuǎn)移 1851~1900年，德國 （哲學革命帶動了科學革命）3）世界制造中心的第二次轉(zhuǎn)移 1879~1930年，美國 （電力技術革命）4）世界制造中心的第三次轉(zhuǎn)移 20世紀70年代中后期，日本,,,∧,∨,1.2.2 世界制造中心的三次轉(zhuǎn)移,5）世界制造中心三次轉(zhuǎn)移的分析 ①隨著技術革命和經(jīng)濟全球化進程的加快，世界制造中心轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)加速的趨勢。 英國保持約70年，德國

12、50年，美國40年，日本20年。 ②世界制造中心轉(zhuǎn)移并不總伴隨世界科技中心的轉(zhuǎn)移。 ③要保持世界制造強國的地位，首先要保持世界制造業(yè)科學技術的領先地位，否則世界制造中心的地位很難保住。（日本 ）④世界制造中心的轉(zhuǎn)移使一些國家經(jīng)濟實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，美國用47年的時間人均GDP翻了一番，德國為43年，日本為34年，并都發(fā)展成為世界經(jīng)濟強國。,,,∧,∨,1.2.2 制造業(yè)的作用,1.制造業(yè)對人類文明發(fā)展有極為重要影響2.制造業(yè)

13、是創(chuàng)造社會財富的支柱產(chǎn)業(yè)3.制造業(yè)是發(fā)展高新技術的載體和動力,,,∧,∨,1.2.2 制造業(yè)的作用,制造業(yè)是現(xiàn)代文明的支柱之一，是工業(yè)的主體，是國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基礎，是技術進步的主要舞臺，是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設的動力源，是在國際競爭中取勝的法寶，是國防安全的保障。 因此，制造業(yè)不能被稱之為“夕陽產(chǎn)業(yè)”,,,∧,∨,1.3 我國制造業(yè)的現(xiàn)狀,1.3.1 我國制造業(yè)的成就1.3.2 我國制造業(yè)的問題1.

14、3.2 我國制造業(yè)的目標,∨,,,,,,∧,1.3.1 我國制造業(yè)的成就,1. 我國制造業(yè)已成為國家的命脈2. 我國已躋身世界制造大國行列,∧,∨,,,,,1.3.1 我國制造業(yè)的成就,1.我國制造業(yè)已成為國家的命脈（1）制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)主體和物質(zhì)基礎2001年制造業(yè)增加值占工業(yè)生產(chǎn)總值的77.61%。（2）制造業(yè)是帶動我國經(jīng)濟高速增長的發(fā)動機1952~1998年制造業(yè)增長率比國民生產(chǎn)總值增長率高出約3~8個

15、百分點。（3）制造業(yè)是我國吸納勞動就業(yè)的重要市場2001年制造業(yè)從業(yè)人員占全國工業(yè)從業(yè)人員的90.13%。（4）制造業(yè)是我國擴大出口的關鍵產(chǎn)業(yè)2001年制造業(yè)出口創(chuàng)匯占全國外貿(mào)出口總額的89.78%。,∧,∨,,,1.3.1 我國制造業(yè)的成就,2. 我國已躋身世界制造大國行列我國制造業(yè)已具有世界制造大國的規(guī)模和水平。我國制造業(yè)已為全球制造和供應基地奠定了堅實的基礎。許多經(jīng)濟學家預測我國將成為繼英美日之后的 “世界工廠”。

16、其顯著標志體現(xiàn)為： 1）提供重大裝備能力不斷提高2）制造業(yè)總體規(guī)模已居世界第四位3）各具特色的裝備制造業(yè)集中地逐漸形成,∨,,,∧,,,,1.3.1 我國制造業(yè)的成就,1）提供重大裝備能力不斷提高 葛洲壩樞紐工程170兆瓦、轉(zhuǎn)輪直徑11.3米軸流式水電機組；300兆瓦秦山核電機組；華能沁北600兆瓦超臨界火電機組；500千伏交流輸變電成套設備；寶鋼三期工程250噸氧氣轉(zhuǎn)爐、1450毫米板坯連鑄機和1550毫米冷連軋

17、板機；年產(chǎn)500萬噸級井下礦采掘成套設備；大秦線重載列車裝備；年產(chǎn)50萬噸腈綸大型化工成套設備；,∧,∨,,,1.3.1 我國制造業(yè)的成就,1）提供重大裝備能力不斷提高 6000米電驅(qū)動沙漠鉆機；1.2萬噸自由鍛造水壓機；水下機器人；北京正負電子對撞機；激光照排設備；國產(chǎn)先進的CPU芯片；聯(lián)想的升騰、曙光巨型計算機；飛豹轟炸機；核動力潛艇；原子彈；氫彈；人造衛(wèi)星；神舟系列載人飛船，探月計劃啟動。,∨,,,∧,

18、1.3.1 我國制造業(yè)的成就,2）制造業(yè)總體規(guī)模已居世界第四位按工業(yè)增加值計算，1998年我國制造業(yè)排位僅次于美國、日本、德國。我國有100多種重要產(chǎn)品產(chǎn)量在世界上已占居首位，例如：拖拉機、小型柴油機、農(nóng)用車、摩托車、自行車、集裝箱、電視機、空調(diào)器、冰箱、微波爐、洗衣機、太陽能熱水器、程控交換機、VCD機、DVD機，以及鋼、水泥、合成氨、化纖、紗布、服裝等。中國制造的產(chǎn)品遍布五洲四海。,∨,,,∧,1.3.1 我國制造業(yè)的成就

19、,3）各具特色的裝備制造業(yè)集中地逐漸形成①珠江三角洲已成為全球重要的家用電器、電子及通信設備和計算機制造集中地；②以上海為中心的長江三角洲汽車和汽車零部件制造集中地；③東北重大成套設備制造集中地；④西部（包括四川、重慶、陜西等）國防裝備制造集中地等跨地區(qū)的制造中心。,∨,,,∧,1.3.2 我國制造業(yè)的問題,我國制造業(yè)與發(fā)達國家有階段性差距。根據(jù)中國工程院2001年組織25位院士和40多位專家對我國制造業(yè)調(diào)查研究的結(jié)果，我國制

20、造業(yè)總體規(guī)模尚不到世界的5%，僅相當于美國的1/5、日本的1/4。1. 制造系統(tǒng)的問題2. 制造模式的問題3. 制造技術的問題,∨,,,,,,∧,1.3.2 我國制造業(yè)的問題,制造系統(tǒng)的問題1）勞動生產(chǎn)率及工業(yè)增加值率低我國制造業(yè)的勞動生產(chǎn)率遠遠落后于發(fā)達國家，僅為美國的1/22，日本的1/25，德國的1/18。我國制造業(yè)2000年工業(yè)增加值僅為1998年美國的26%，1998年日本的42%。2）低水平生產(chǎn)能力嚴重過剩

21、，高水平生產(chǎn)能力不足有些高技術含量和高附加價值的工業(yè)制品已形成了依賴性進口。1999年全社會固定資產(chǎn)投資中設備投資的2/3依賴進口。,∧,∨,,,1.3.2 我國制造業(yè)的問題,3）技術創(chuàng)新能力十分薄弱據(jù)對我國約2000種機械新產(chǎn)品的抽樣調(diào)查，產(chǎn)品開發(fā)周期平均18個月。 （美國在1990年就實現(xiàn)了新產(chǎn)品設計周期3個星期，試制周期僅為3個月）4）制造業(yè)的結(jié)構(gòu)不盡合理我國制造業(yè)總體結(jié)構(gòu)偏輕，裝備制造業(yè)薄弱。,∨,,,∧,1.3.

22、2 我國制造業(yè)的問題,2. 制造模式的問題（1）企業(yè)體制的不適應。 （2）經(jīng)營理念的不適應。 （3）生產(chǎn)管理手段的不適應。 （4）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的不適應。 產(chǎn)生上述問題的原因是企業(yè)缺乏科學的制造模式。因此只有引入科學的制造模式，采用先進的管理手段，才能使企業(yè)在競爭激烈的市場中立于不敗之地。,∨,,,∧,1.3.2 我國制造業(yè)的問題,3. 制造技術的問題1）設計技術。我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性技術極

23、少；設計基礎數(shù)據(jù)缺乏；用CAD技術開展創(chuàng)造性設計的工作較少。2）制造工藝與裝備。我國優(yōu)質(zhì)、高效、低耗工藝的普及率不足10%；只有較少企業(yè)開始采用先進加工技術。 3）制造過程自動化。我國企業(yè)仍處于單機自動化、剛性自動化階段；采用柔性自動化技術、機器人技術的企業(yè)極少。（工業(yè)發(fā)達國家已實現(xiàn)柔性集成化生產(chǎn)，并向智能化方向發(fā)展）,∨,,,∧,1.3.3 我國制造業(yè)的目標,將我國由制造大國建成制造強國產(chǎn)品開發(fā)能力與市場開拓能力是我國企業(yè)

24、目前最迫切需要建立和增強的我國企業(yè)采用先進制造模式是比純技術和裝備的革新更為迫切的問題,∨,,,∧,1.5 先進制造系統(tǒng)的基本概念,1.5.1 系統(tǒng)的定義與特性1.5.2 制造系統(tǒng)的含義1.5.3 先進制造系統(tǒng)的定義1.5.4 先進制造系統(tǒng)的演化 1.5.5 先進制造系統(tǒng)的特點,∨,,,∧,,,,,,1.5.1 系統(tǒng)的定義與特性,1. 系統(tǒng)的定義系統(tǒng)（system）是具有特定功能的、由若干相互聯(lián)系的要素

25、組成的一個整體。例 機床、夾具、刀具、工件和操作人員組成一個機械加工系統(tǒng)，其功能是改變工件形狀和尺寸。,,,∧,∨,1.5.2 制造系統(tǒng)的含義,1.制造系統(tǒng)的3個定義國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）1990年華中理工大學李培根教授1998年本書定義：是由制造過程所涉及的硬件、軟件和人員所組成的、通過資源轉(zhuǎn)換以最大生產(chǎn)率而增值的、經(jīng)歷產(chǎn)品生命周期過程的一個有機整體。,,,∧,∨,1.5.2 制造系統(tǒng)的含義,2.理解制造系統(tǒng)的3

26、方面①功能：過資源轉(zhuǎn)換以最大生產(chǎn)率而使資源增值的輸入輸出系統(tǒng).②結(jié)構(gòu)：由制造過程所涉及的硬件、軟件和人員所組成的有機整體，圖1-16。 ③過程：制造活動所經(jīng)歷的產(chǎn)品生命周期的全過程，圖1-17。,,,∨,∧,1.5.2 制造系統(tǒng)的含義,3. 制造單元制造單元是指具有某一制造功能的單元，組成制造系統(tǒng)的基本要素。制造單元的類型：裝配、加工、儲存、 傳輸、檢測、控制。制造單元的3個特點：

27、 獨立性（獨立運行） 并行性（并行決策） 靈活性（分布控制、快速響應和適應調(diào)整）,∨,,,∧,1.5.3 先進制造系統(tǒng)的定義,先進制造系統(tǒng)（Advanced Manufacturing System，AMS）的先進性是相對的，它會隨著時代與科技的發(fā)展而變化。,,,∧,∨,1.5.3 先進制造系統(tǒng)的定義,1. 先進制造系統(tǒng) 的定義 （Advanced Manufacturing System，AMS）

28、先進制造系統(tǒng) 是在時間、質(zhì)量、成本、服務和環(huán)境諸方面很好地滿足市場需求，采用了先進制造技術和先進制造模式，協(xié)調(diào)運行，獲取系統(tǒng)資源投入的最大增值，具有良好社會效益，達到整體最優(yōu)的制造系統(tǒng)。,,,∧,∨,1.5.5 先進制造系統(tǒng)的特點,2. 先進制造系統(tǒng)的特點 ①時間第一 ②滿意質(zhì)量 ③分集并存 ④以人為本 ⑤扁平組織 ⑥柔性更高 ⑦模塊拼合 ⑧關注

29、環(huán)境,,,∧,∨,1.6 先進制造模式的概念,1.6.1 制造模式的概念1.6.2 制造模式的演化1.6.3 先進制造模式的定義1.6.4 先進制造模式的特點,∧,∨,,,,,,,1.6.1 制造模式的概念,模式的含義模式（mode）是某種事物的標準形式或使人可以照著做的標準樣式。制造模式（Manufacturing mode）是指企業(yè)體制、經(jīng)營、管理、生產(chǎn)組織和技術系統(tǒng)的形態(tài)和運作的模式。,∧,,,∨,1.6.

30、2 制造模式的演化,∧,∨,,,1.6.2 制造模式的演化,2. 制造模式的發(fā)展特點 ①動態(tài)性，它是不斷發(fā)展更新的；②繼承性，新的制造模式是在舊模式的基礎上發(fā)展形成的；③多樣性，在同一歷史時期可能會存在多種制造模式；④重疊性，同一時期并存的各種制造模式具備許多相同或類似的概念、原理和技術。,∧,∨,,,1.6.2 制造模式的演化,3. 制造模式的影響因素(1）社會生產(chǎn)力的水平 (2）AMT的應用 (3）市場需求

31、的變化 (4）社會需求的變化,∧,∨,,,,,,,1.6.3 先進制造模式的定義,定義一 應用先進制造技術的生產(chǎn)組織和技術系統(tǒng)的形態(tài)和運作的方式。它以獲取生產(chǎn)有效性為首要目標，以制造資源快速有效集成為基本原則，以人－組織－技術相互結(jié)合為實施途徑，使制造系統(tǒng)獲得精益、敏捷、優(yōu)質(zhì)與高效的特征，以適應市場變化對時間、質(zhì)量、成本、服務和環(huán)境的新要求。 定義二 作用于制造系統(tǒng)的具有相似特點的一類先進方式方法的總稱。,∧,,,∨,1.6

32、.4 先進制造模式的特點,現(xiàn)有的模式情況：已投入生產(chǎn)使用，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益的模式：如 精益生產(chǎn)、柔性制造、集成制造等尚未成熟，在制造業(yè)有一定影響的模式： 如 并行工程、智能制造、敏捷制造等正在探索，有未來應用前景的模式： 如 生物制造、綠色制造、網(wǎng)絡制造等,∧,,,∨,1.7 先進制造技術的概念,1.7.1 制造技術的定義1.7.2 先進制造技術的定義1.7.4 先進制造技術的基本內(nèi)容

33、,∨,,,,,,,∧,1.7.1 制造技術的定義,制造技術（Manufacturing technology） 是根據(jù)人們的需求使原材料成為產(chǎn)品所運用的一系列技術的總稱，是制造業(yè)賴以生存和進步的主體技術。 狹義制造技術 是指把原材料經(jīng)濟有效地加工成最終產(chǎn)品的手段。廣義制造技術 是完成制造活動所需的一切手段的總和。,∨,,,∧,1.7.2 先進制造技術的定義,定義一 先進制造技術是根據(jù)市場需求，使原材料成為產(chǎn)品所

34、運用的一系列先進技術的總稱。定義二 是傳統(tǒng)制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源及現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品全生命周期，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，并取得理想技術經(jīng)濟效果的制造技術的總稱。,∨,,,∧,1.7.4 先進制造技術的基本內(nèi)容,∨,,,∧,產(chǎn)品、過程和工廠設計： ①CAD ②工藝過程建模和仿真 ③CAPP ④工作環(huán)境設計等快速成形技術；

35、并行工程；其他,材料生產(chǎn)工藝；加工工藝；聯(lián)接與裝配；測試和檢測；環(huán)保技術；維修技術；其他技術,信息技術標準和框架機床和工具技術傳感和控制技術其他,企業(yè)組織形式準時信息系統(tǒng)營銷與用戶、供應商的交互作用人員招聘、使用、培訓等全面質(zhì)量管理全面監(jiān)督和基準評測技術獲取和利用其他,1.從功能角度考慮,,2. 從性質(zhì)角度考慮,AMT,,,,,優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少無污染的基礎制造技術。,制造技術與電子、信息、新材料

36、、新能源、環(huán)境科學、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術結(jié)合而形成的新型制造技術,系統(tǒng)集成技術,1.7.4 先進制造技術的基本內(nèi)容,3. 從構(gòu)成要素角度考慮前三項是直接從事生產(chǎn)的物化手段，后三項是決定整個技術結(jié)構(gòu)素質(zhì)的基礎。,∨,,,∧,1.7.4 先進制造技術的基本內(nèi)容,4.先進制造技術的研究對象 （1）先進設計技術 （2）先進制造工藝技術（3）制造自動化技術（4）材料技術 （5）工業(yè)工程技術,∨,,,∧,制造系統(tǒng)