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先进制造技术
AdvancedManufacturing
Technology
主讲:魏效玲
河北工程大学机电学院:.
目录
•第一章先进制造技术概述
•第二章先进制造技术软件应用
•第三章先进制造模式
•第四章先进制造工艺技术
•第五章现代生产管理技术
•第六章LGMAZAK加工中心:.
第一章先进制造技术
:.
第一章先进制造技术概述
。
1、先进制造技术的定义:
制造业的主要任务是制造人类社会所需的一切产品,工业化国家约70
%~80%的物质财富来自制造业。从本质上看,可以说:
传统制造技术+信息技术+自动化技术+现代管理技术=先进制造技术
先进制造技术(advancedmanufacturingtechnology,AMT),是指
集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体,
用于制造产品的技术、设备和系统的总称,并将其综合应用于产品设计、
加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以实现
优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,提高对动态多变的市场的适应能
力和竞争能力的制造技术总称。:.
第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点
(1)先进制造技术不是一成不变的,而是个动态技术。它
是一个相对的、动态的概念,是为了适应时代要求,提高竞
争能力,对制造技术不断优化所形成的。它要不断吸收各种
高新技术成果(机械、电子、计算机与通信、控制理论、人
工智能等、能源及现代系统管理),将其渗透到产品的设计、
制造、生产管理及市场营销的所有领域及其全部过程,并且
实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。:.
第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点
(2).先进制造技术是面向新世纪的技术系统,它的目的
很明确,即提高制造业的综合效益(包括经济效益、社会效
益和环境生态效益),赢得激烈的国际市场竞争。
(3).先进制造技术并不抛弃传统技术,而是不断用科技新
手段去研究它,并运用科技新成果去改造它,充实它。特别
是利用先进技术研究传统工艺的成形原理,建立数学模型,
并利用优化设计技术进行传统工艺方法的优化。:.
第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点
(4).先进制造技术并不仅限于制造过程本身,它涉及到产品
从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后售前服务
等产品寿命周期的所有内容,并将它们结合成一个有机的整体。
(5).先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术和现代系
统管理技术,在产品设计、制造和生产组织管理等方面的应用。
(6).先进制造技术特别强调人的主体作用,强调人、技术、
管理三者的有机结合。:.
第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点
(7).先进制造技术不是一项具体技术,它是利用系统工程
技术将各种相关技术集成的一个有机整体。
(8).先进制造技术特别强调环境保护,既要求其产品是
所谓的“绿色商品”,又要求产品的生产过程是环保型的。:.
第一章先进制造技术概述
(1).高效率
在提高生产效率方面,提高自动化程度是各国致力发展的方
向。近些年来,计算机数控(CNC)、计算机辅助设计与制
造(CAD∕CAM)、柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系
统(CIMS)发展非常迅速。各种新理论层出不穷,如敏捷制
造、快速原型制造、并行工程、及时生产、虚拟制造,集成
相关信息和资源,其本质均是实现高效率、自动化生产的思
想。就应用于实践的CNC、FMC、FMS来看,已有力地显示出
其有柔性化、自动化、资源共享和高效率的强大生命力。:.
第一章先进制造技术概述
(2)、高精度
在提高精度方面,从精密加工发展到超精密加工,这是世界
各主要工业发达国家致力发展的方向。例如,超大规模集成电
路、导弹火控系统、惯导陀螺、精密仪器、精密雷达、精密机
床等都需要采用超精密加工技术。众所周知,在飞机、潜艇等
军事设施中使用的精密陀螺、复印机的磁鼓、大型天文望远镜
以及大规模集成电路的硅片等高新技术产品都需要超精密加工
技术的支持。-1µm之间,表面粗
µm以下的加工方法;µm以下,
µm以下的加工方法则称为超精密加工。:.
第一章先进制造技术概述
(3)、多样化
随着难加工材料(高强度、高韧性、高脆性、耐高温及磁性
材料)及精密、细小、形状复杂的零件需求迅速发展,与此相
适应的制造技术出日新月异并多样化。许多产品要求具备很高
的强度重量比;有些产品在精度、工作速度、功率及小型化方
面要求很高;有些产品则要求在高温、高压和腐蚀环境中能可
靠地进行工作。为了适应上述要求,新结构、新材料和复杂形
状的精密零件不断出现,其结构形状愈来愈复杂,材料韧性愈
来愈强,零件精度愈来愈高。这些需求使激光加工、电子束和
离子束加工等新方法应运而生,并得到迅速发展。:.
第一章先进制造技术概述
近年来,以本身形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机
械的研究和应用受到了广泛的重视并得到了快速的发展。微
机械具有很多特点,如体积小、精度高、重量轻;性能稳定,
可靠性高;能耗低,灵敏性和工作效率高;多功能和智能化;
制造成本低廉,适于大批量生产等。正是由于微机械能够在
狭小空间进行作业,又不扰乱工作环境和对象,因而在航空
天、精密仪器和生物医学等领域具有广阔应用的潜力。:.
第一章先进制造技术概述
(4)、综合化
当前,制造技术正沿着综合化方向发展。例如,在切削区引入声、
光、电、磁等能量之后,可以形成超声振动切削、激光辅助切削、带电
切削、磁化切削等组合化特种切削工艺。对最基本的切削工艺加以复合,
可以组成诸如电化学与机械加工的复合、电火花与机械加工复合、电化
学与超声波加工复合、电化学与电火花加工复合等。不同的特种工艺出
可能相互复合。复合工艺的特点在于发挥各自的优势,不仅提高了质量,
而且提高了工效,并求得加工能力和经济效益的统一。大力研究和应用
特种工艺,尤其是复合工艺,对于航空、航天、精密仪器材料加工难度
越来越大,零件形状越来越复杂,质量要求越来越高的待业有着十分重
要的意义。:.
第一章先进制造技术概述
4、先进制造技术的内容
先进制造技术包括数控技术、激光技术、新型材料、机器
人、微型机械、纳米技术、CAD/CAPP/CAM技术、精益生
产、柔性制造系统、虚拟装配和网络化制造、计算机集成
制造系统CIMS、智能制造系统、并行工程CE、敏捷制造
AM以及利用计算机进行生产任务和各种管理技术等内容。
:.
第一章先进制造技术概述
1、2先进制造技术的分类
1、先进设计技术
设计手段计算机化
设计方法现代化
产品可靠性有限元法
可维护性及安全设计优化设计
产品优化设计计算机辅助设计
快速响应设计反求工程技术
创新设计CAD/CAM一体化技术
智能设计
工程数据库
产品动态分析和设计
向全寿命周期设计发展
仿真与虚拟设计
由单纯考虑技术因素转向综合考
价值工程设计
虑技术、经济和社会因素
模块化设计:.
第一章先进制造技术概述
2、先进制造工艺技术精密成型制造技术
从制造工件的毛坯、从接近
精密、超精密加工技术
零件形状向直接制成工件的
精密加工:精度为3~
方向发展
~
特种加工技术
超精密加工:~高能束流加工(电子束、离
子束、激光束)
~
电加工(电解和电火花)
纳米加工:
超声波加工
~
高压水加工
多种能源的组合加工:.
第一章先进制造技术概述
柔性制造系统
3、制造自动化技术
加工系统
数控技术
物流系统
数控装置
调度与控制
进给系统
故障诊断
主轴系统自动检测与信号识别技术
NC程序编制信号识别
工业机器人数据获取
机器人操作机数据处理
控制系统特征提取与识别
传感器过程设备工况监测与控制
生产线总线控制过程监视系统
在线反馈质量控制:.
第一章先进制造技术概述
4、先进制造系统
先进制造生产模式
现代质量保障体系
计算机集成制造系统CIMS
生产率工程
敏捷制造系统AMS
制造资源快速有效集成
智能制造系统IMS
精良生产LP
生产组织方法
并行工程CE
虚拟公司理论与组织
集成管理技术
企业组织结构的变革
企业资源管理ERP
以人为本的团队建设
基于作业的成本管理ABC
企业重组工程:.
第一章先进制造技术概述
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
1、集合多学科成果形成一个完整的制造体系
传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术、先进的管理科学
2、先进制造技术的动态发展过程不断地吸收各种高新技术逐渐形成,不
同时期、不同区域有各自的重点和内容。
3、信息技术对先进制造技术的发展作用越来越重要。CIMS、CE、AM、虚
拟企业、虚拟制造;
4、向超精微细领域扩展,上世纪初精密加工的误差是10μm,至今达
,而且不断向超精微细领域扩展。如:微型机械,纳米测量、
微米/纳米加工制造;:.
第一章先进制造技术概述
5、制造过程集成化
产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一体化。
CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM(产品数据管理)/ERP(企业资
源管理)集成
精密成形工艺
6、制造科学与制造技术、生产管理的融合
制造科学是制造系统和制造过程知识的系统描述。
数字描述、仿真、优化、设计理论和方法、运动学、
动力学、结构强度、摩擦学
制造技术包含在制造科学之中,制造科学体现在制
造技术里,技术和管理由生产模式结合在一起。:.
第一章先进制造技术概述
7、绿色制造,是综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,目标是使产品
从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对环境的影
响(负作用)最小,资源使用效率最高。
如:绿色产品设计技术。
绿色制造技术
产品的回收和循环再制造
8、虚拟现实技术,是以系统建模和仿真技术为基础,由多学科知识形成的一
种综合系统技术。如:虚拟制造技术;虚拟企业。
9、制造全球化,随着“网络全球化”、“市场全球化”、“竞争全球化”、
“经营全球化”的出现,全球化制造的研究和应用发展迅速。
制造企业在世界范围内的重组与集成
制造技术信息和知识的协调、合作和共享
全球制造的体系结构、制造产品及市场的分布及协调。:.
第一章先进制造技术概述
1、美国
1)上个世纪70年代,美国不重视制造业,把制造业称为“夕阳工业”,
结果导致美国80年代的经济衰退。
2)80年代后期,美国的一些国会议员、政府要员纷纷要求政府出面,
协调和支持制造产业的发展,1991年,布什政府期间,美国白宫科学
技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术,其中制造技
术占4项,标志着美国科技政策的转变。
3)克林顿上台后,对制造业大力支持,他把先进制造技术列为六大国
防关键技术之首。结果美国在***、汽车工业、航空工业及信息
产业等方面取得了明显的进展,使美国的经济连续8年取得了2-3%的增
长率,而且还同时保持低通胀率和低失业率。这就是克林顿虽发生丑
闻而未被弹劾的主要原因。:.
第一章先进制造技术概述
2、日本
1)在上个世纪70-80年代,日本非常重视制造业,特别大
抓了汽车制造和微电子制造,结果日本的汽车和家用电器
占领了全世界的市场,特别是大举进入了美国市场。
2)日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。
1991年海湾战争结束后,日本人说美国赢得这场战争是依
靠的日本的芯片,是“日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。:.
第一章先进制造技术概述
3、东南亚经济危机的启示
1)1998年爆发的东南亚经济危机,从另一个侧面反映了一
个国家发展制造业的重要。一个国家,如果把经济的基础
放在股票、旅游、金融、房地产、服务业上,而无自己的
制造业,这个国家的经济就容易形成泡沫经济,一有风吹
草动就会产生经济危机。
2)新加坡、台湾都有自己的制造业,因此受经济危机的影
响小一些。:.
第一章先进制造技术概述
4、瑞士依靠什么使人均产值居世界第一?
1)瑞士是一个仅700万人口的小国,但瑞士的制造业十分
发达,瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍,瑞士的
手表世界第一,连小小的***,也风靡全世界。
2),居
世界第一。:.
第一章先进制造技术概述
1、国际形势的变化
90年代以来,世界出现了多级化的新格局:
政治冷战→经济、军事综合热战
国际竞争和对抗的焦点由军备竞赛转向全球范围内的以科技为
先导,经济为基础、军事为后盾的综合国力的较量;产业技术
和经济实力成为政治对抗的重要资本;
不计生产成本和代价的军品生产模式不适于新形势下的生产;
“战略伙伴”关系中经济、军事色彩突出
提高制造业产品竞争能力,发展高技术,尤其是独具知识产权
的产业技术成为未来抢占经济制高点、振兴国家经济的焦点;
掌握和拥有高端技术装备成为各国之间军事较量的致命点。:.
第一章先进制造技术概述
2制造业市场竞争的新特点
1)知识-技术-产品更新的周期更短;更短;
22)产品批量)产品批量更小;更小;
汽车生产:大批量生产汽车生产:大批量生产→→大批量定制生产;大批量定制生产;
33)顾客对产品功能、性能、质量的要求)顾客对产品功能、性能、质量的要求更高;更高;
44)能参与全球竞争的企业)能参与全球竞争的企业更多;更多;
55)跨国公司的垄断性)跨国公司的垄断性更明显;更明显;
66)企业的兼并重组)企业的兼并重组更激烈、更动荡;更激烈、更动荡;
77)一般水平的产品及制造能力)一般水平的产品及制造能力严重过剩;严重过剩;
88)人口老龄化)人口老龄化更严重;更严重;
99)环保意识、绿色制造呼声)环保意识、绿色制造呼声更强。更强。:.
第一章先进制造技术概述
3、20世纪90年代制造业的标志性进展
波音777的设计和制造
基于分布式CAD/CAM系统在
•全数字化定义——无图纸生产8台IBM大型计算机ES/9000
和IBM5080~5086图形终端,
•数字化预装配——无金属样机的生产
发现零件干涉2500处,减少
(虚拟制造的一部分)工程更改50%以上
•广域网上的异地设计、异地制造
设计、工艺、制造、供应商、
•基于STEP的数据交换潜在用户的工作小组,7000人
参加,采用并行工程的模式。
•协同工作小组Teamwork238个
→设计制造周期大大缩短:4年Internet将发动机供应商GE、
HP和诺依斯罗斯联在一起。
(而波音757、767约9-10年)
更大的利润,每架777,$,装配准误差
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