先进制造技术先进制造技术.doc

第 1 章 绪论1.1 先进制造技术的背景1.1.1 世界制造业及其格局的进展变化近年来， 随着信息产业的高速进展， 制造技术中的某些技术 差不多不再适应高科技的快速进展， 不能专门好地融入信息化产 业的大潮，缺乏市场竞争力，甚至还可能危及生态环境许多人 认为制造业已成为 “夕阳产业”制造技术中确有 “ 夕阳技术” , 这些技术同信息化大潮格格不入， 同高科技进展不相适应， 缺乏 市场竞争力， 甚至还可能危害生态环境 面临剧烈的市场变化和 技术竞争， 许多工业国家迅速调整其技术政策， 把提高市场竞争 力和增强综合国力作为科技政策的核心 例如，历来重视产业技 术的日本、澳大利亚和一些新兴工业化国家美、英等国过去一 贯主张，产业技术的进展要紧靠市场竞争，由企业自由进展，政 府不必介入1.1.2 先进制造技术为制造业注入活力 随着科技进步特不是计算机技术的进展， 世界范围内对制造 业进行了重新的认识和定位， 先进制造技术为制造业注入新的活 力，使制造业又重新生机勃勃制造业绝不是“ 夕阳产业” 和 “ 夕阳技术”，先进制造技术是高技术的载体， 没有哪个工业发 达国家不予以高度关注， 先进制造技术差不多成为全球制造业争 夺的市场焦点。

先进制造技术为制造业注入新奇血液， 是进展制 造业的基础，它是传统制造业不断地汲取机械、信息、电子、材 料、能源和现代治理等方面的最新技术成果， 并将其综合应用于 产品开发与设计、 制造、 检测、治理和售后服务的制造全过程， 实现优质、高效、低耗、清洁和敏捷制造，并取得理想经济效果 的前沿制造技术的总称 从本质上看， 信息技术＋传统制造技术 的进展＋ 自动化技术＋现代治理技术确实是先进制造技术1.2 国外先进制造技术的现状近些年来， 世界经济进展的严峻事实使美国政府意识到， 制 造业是美国工业的基础，政府必须介入工业技术的进展 20 世 纪 80 年代末期，美国依照本国制造业面临的挑战和机遇，为增 强制造业竞争力和促进国民经济增长， 采取了一系列措施， 进行 了大规模的 21 世纪制造业的战略研究，并首先提出了先进制造 技术的理念其中，强调要促进先进制造技术的进展，成立各种 层次的先进制造技术研究中心， 并提出了一系列如并行工程、 精 益生产和敏捷制造等先进制造技术的新理论， 收效良好紧接着， 许多工业国家如日本、 澳大利亚、 西欧各国以及一些新兴的工业 化国家也都迅速调整其技术政策， 开始重视研究和应用先进制造 技术，将提高市场竞争力和增强综合国力作为科技决策的核心。

自从美国提出先进制造技术这一概念以来， 专门快在日本、 西欧 各国以及亚洲新兴工业国家做出了响应， 纷纷将先进制造技术列 为国家的高新技术和优先进展项目， 世界各国都已重视研究、 应 用先进制造技术1.2.1 制造业在美国经济的重要性 强大的制造基础对国家的经济和军事力量是至关重要的 一 个国家只有生产得好 ,才能生活得好如美国 2100 万就业者 （占 总劳动力的17%）从事20%-30%高酬劳的工作；雇佣了 75%勺科学 家和工程师进行 90%的非军事性的 Research and Development—研制与开发 ；每 100份工作支持着 60 个以上的非制造业职位； GNP勺1/5(超过1兆美元)为其它经济部门提供差不多产品 1.2.2 发达国家先进制造技术进展战略 工业发达国家都把先进制造技术作为国家级关键技术和优 先进展领域尽管决定国家综合竞争力勺因素有多种 , 但制造业勺基础地位不能忽视 20 世纪 90 年代以来，各发达国家 , 如美 国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术勺研发提出了国 家级进展打算，旨在提高本国制造业勺国际竞争能力 20 世纪 90 年代初 , 美国政府提出“先进制技术 ”打算 , 将基于信息高 速公路勺敏捷制造作为美国 21 世纪勺制造战略。

1991 年美国里 海大学 (Lehigh University) 提出“美国企业网” (FAN, Factory American Net ) 打算,该打算勺目勺是研究如何利用信息高速公 路,把美国勺制造企业联系在一起 2008 年 1 月, 欧洲联盟公布 了“第五框架打算(2008〜2012) ”，将虚拟网络企业列入研究主 题 2012 年,欧盟提出了 “第六框架打算 ” , 选定了需要重点攻关 勺 7 大领域 , 其中包括信息和网络技术欧盟第六框架打算勺 目勺是 , 通过各种方法刺激信息技术勺快速进展 , 加强信息勺产 业化 , 使所有欧洲公民从以信息和网络为主体勺知识社会和进 展中获益 2012 年, 美国洛克希德 -马丁公司提出了 F-22 飞机研 制勺虚拟工厂概念 , 打通了从设计、生产到治理勺全数字化信 息流总之 , 工业化国家大都把先进制造技术作为本国勺科技优 先进展领域和高技术勺实施重点； 进展中国家也十分重视制造业 信息化 , 都把信息技术作为改造传统企业和产业结构调整勺要紧 战略；新兴工业化国家希望通过加快制造业信息化 , 跻身世界先进行列 , 众多进展中国家也希望以信息化推进工业化 , 以缩小与 先进国家的差距 。

1.3 我国先进制造技术的现状 先进制造技术是制造技术的最新进展时期， 是由传统的制造 技术进展起来的， 既保持了过去制造技术中的有效要素， 又要不 断汲取各种高新技术成果， 并渗透到产品生产的所有领域及其全 部过程 先进制造技术的应用特不注意产生最好的实际效果， 其 目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长 目 的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益在 20 世纪 70 年代往常，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，专门快 就会有相同功能的产品跟着上市 因此，市场竞争的核心是如何 提高生产率 到了 20世纪 80年代以后， 制造业要赢得市场竞争 的要紧矛盾差不多从提高劳动生产率转变为以时刻为核心的时 刻、成本和质量的三要素的矛盾 先进制造技术把这三个矛盾有 机结合起来，使三者达到了统一1.3.1 我国先进制造技术的特点 先进制造技术是制造技术加信息技术和治理科学 , 再加上有 关的科学技术交融而形成的制造技术它不局限于制造工艺 , 而 是覆盖了市场分析、 产品设计、 加工和装配、 销售、维修、服务, 以及回收再生的全过程其具有如下特点： （ 1）全球化 21 世 纪是国际化的大市场， 世界各国市场竞相向国外开放， 促成制造 业竞争的国际化， 要紧反映在使制造业的资源配置由一国范围扩 大到世界范围，致使制造业在全球范围重新分布、组合和洗牌。

2）多样化由于每个用户群的看法和观点不同，其提出的产 品结构和形状也不尽相同， 中小批量的产品越来越多， 产品的多 样化特征也越来越明显 （3）虚拟化虚拟制造是指利用计算机 模拟与仿真技术、 人工智能技术、 并行工程以 CAD/CAPP/CAM/CAE 等多种技术，模拟现实制造环境或现实制造过程 , 呈现现实制造 系统的运行状态或者现实产品性能的一种制造技术 （ 4）生产过 程的高速化和柔性化 由于产品设计和制造周期的不断缩短， 顾 客要求的交货期也相应的越来越短； 因此， 高速生产技术得到了 普遍应用，即要求实现生产过程的高速化 （ 5）集群化为了提 高自身抵抗风险的能力， 各个小型制造企业开始纷纷联合组成集 团公司， 制造企业呈现越来越多的集中和并购， 制造业的市场集 中度也得到了进一步提高 （ 6）服务化随着当前绿色制造和循 环制造概念的提出， 制造业应不仅考虑产品的设计和生产， 还应 考虑从市场调研开始到售后服务， 再到产品报废回收， 以及循环 使用的产品整个生命周期或多个生命周期1.3.2 我国的先进制造技术与工业发达国家对比 （1）治理方面：工业发达国家广泛采纳计算机治理，重视 组织和治理体制、 生产模式的更新进展， 推出了准时生产（ JIT ）、 敏捷制造（AM、精益生产（LP）、并行工程（CE等新的治理思 想和技术。

我国只有少数大型企业局部采纳了计算机辅助治理， 多数小型企业仍处于经验治理时期 2）设计方面：工业发达国家不断更新设计数据和准则， 采纳新的设计方法，广泛采纳计算机辅助设计技术（ CAD/CAM， 大型企业开始无图纸的设计和生产 我国采纳CAD/CAM技术的比 例较低3）制造工艺方面：工业发达国家较广泛的采纳高周密加 工、精细加工、微细加工、微型机械和微米 / 纳米技术、激光加 工技术、 电磁加工技术、 超塑加工技术以及复合加工技术等新型 加工方法我国普及率不高，尚在开发、掌握之中4）自动化技术方面：工业发达国家普遍采纳数控机床、 加工中心及柔性制造单元（FMC、柔性制造系统（FMS、计算机 集成制造系统（CIM0,实现了柔性自动化、知识智能化、集成 化我国尚处在单机自动化、刚性自动化时期，柔性制造单元和 系统仅在少数企业使用1.3.3 我国对先进制造的重视 随着美国政府采取一系列措施进行大规模的 21 世纪制造业 战略的研究 我国政府和企业界投入巨资， 组织大量专家进行研 究和分析， 得出的结论是振兴中国经济的出路在于振兴美国的制 造业，经济竞争归根到底是制造技术和制造能力的竞争因而， 我国提出要促进先进制造技术的进展，成立国家级、地区级、大 学、企业等各种层次的先进制造技术协调、 推广、应用研究中心。

这些措施收到了良好的效果， 使制造水平大幅度提高 通过先进 制造技术， 让企业适应多变的市场需求我国制造业市场具有专门 大的潜力， 使得我国的制造技术水平和工业发达国家的差距进一 步缩小1.4 先进制造技术的进展趋势1.4.1 数字化制造技术 数字化制造技术是支持信息化和知识化制造业的技术， 是先 进制造技术进展的核心， 包括以设计为中心、以操纵为中心和 以治理为中心的数字制造 应用数字化制造技术， 将会使全球制 造网络环境下的产品异地设计与制造成为 21 世纪的重要制造模 式，促使制造技术和制造产业发生革命性的变革 对全球制造业 而言，在数字制造环境下，用户借助网络公布信息，各类企业通 过电子商务实现优势互补， 形成动态联盟， 迅速协同设计并制造 出相应的产品1.4.2 周密化是进展的关键 现代超周密机械对精度要求极高， 如借助于扫描隧道显微镜 与原子力显微镜，加工精度可 达0.1 um;而基于操作机械的移动距离为纳米级，移动精度可达 0.1 nm显然，没有先进制 造技术就没有先进电子技术装备 先进制造技术与先进信息技术 是相互渗透、 相互促进和紧密结合的， 周密化是当前先进制造技 术进展的关键所在。

1.4.3 网络化是进展的道路随着网络化的进一步普及， 各种网上销售和网上购物正在悄 然进入人们的生活当中， 网络化差不多成为先进制造技术进展的 必由之路，这必将导致新的制造模式，即虚拟制造组织，形成动 态的虚拟企业或企业联盟现在，各企业致力于其核心业务，实 现优势互补和资源优化动态组合与共享， 如美国的“日不落打算” 正是基于这一点1.4.4 绿色化是进展的方向 绿色制造是一个综合考虑环境阻碍因素和资源效率的现代化制造模式， 当前日趋严格的环境与资源的约束使绿色制造业显 得越来越重要， 绿色制造技术也将获得快速的进展 其要求产品、 制造、使用、维修及回收全部绿色化，要紧体现在：1）绿色产 品设计技术；2）绿色制造技术；3）产品的回收和循环再制造1.4.5 智能化是进展的前景 以智能机器人和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，使制造系统具有自适应能力、 自学习能力和自组织能力， 能极大 地提高系统的响应速度和决策水平 与传统制造相比， 智能制造 系统的突出之处在于制造诸环节中以一种高度柔性与集成的方 式，借助计算机模拟人类专家的智能活动， 取代或延伸制造环境 中人的部分脑力劳。