【正文】 主編 : 李宗義制作：黃建明 董建民 先進制造技術 目錄第一章 緒論 第二章 先進設計技術 第三章 先進制造工藝技術 第四章 制造自動化技術 第五章 先進制造模式 第六章 先進管理技術 課程總體簡介 本書是根據(jù)現(xiàn)階段模具、數(shù)控專業(yè)培養(yǎng)方案的指導思想和最新的教學計劃編寫的。 全書共 6章，包括緒論、先進設計技術、先進制造工藝技術、制造自動化技術、先進制造模式以及先進管理技術等，本書側重闡述適用的先進制造技術的基本概念、應用領域和關鍵技術。 本書既可作為中等職業(yè)學校模具制造專業(yè)、數(shù)控技術應用專業(yè)及相關專業(yè)的教學用書，也可作為高等職業(yè)學校機電類專業(yè)的教材或相關崗位培訓教材。 課程簡介 本書是根據(jù)現(xiàn)階段模具、數(shù)控專業(yè)培養(yǎng)方案的指導思想和最新的教學計劃編寫的。主要以中等職業(yè)學校模具設計與制造專業(yè)、數(shù)控技術應用專業(yè)應用型人才培養(yǎng)為對象，從先進設計技術、先進制造工藝技術、制造自動化技術、先進制造模式以及先進管理技術等方面，系統(tǒng)介紹各類先進的適用技術，闡述每項技術的基本概念、應用領域和關鍵技術，拓寬學生的知識面，了解各類制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，以增強對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 本書內容新穎、實用，突出中職教育的實用性和應用性，力求做到深入淺出、圖文并茂，知識性與通俗性的統(tǒng)一。 本書具有以下主要特點： 1）注重系統(tǒng)性和完整性，章節(jié)之間既有聯(lián)系，又獨立成章，方便教學。 2）注重工程實用，介紹典型先進制造技術。 前 言3）配以典型應用案例，加強實用性與參考性。4）鏈接相關背景知識，拓寬知識面。本課程教學共需 38學時左右，學時分配可參考表 01第一章 緒論學習目標 ：通過本章的學習，應對制造業(yè)的發(fā)展進程有一個初步的了解。 對先進制造技術的特點、發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及其今后的發(fā)展趨勢有所認識。第一節(jié) 制造業(yè)的發(fā)展概況 一、概念 （ 1）制造 (Manufacturing) 制造是一種將物料、能量、資金、人力資源、信息等有關資源，按照社會的需求轉變?yōu)樾碌摹⒂懈邞脙r值的有形物質產品和無形軟件、服務等產品資源的行為和過程。國際生產工程研究學會 (CIRP)的定義： “制造是一個涉及制造工業(yè)中產品設計、物料選擇、生產計劃、生產過程、質量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱 ”。 （ 2）制造系統(tǒng) (Manufacturing System) 制造過程及其所涉及的硬件（包括人員、生產設備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關的軟件（包括制造理論、制造工藝、制造方法和制造信息等 )，組成了一個具有特定功能的有機整體，稱為制造系統(tǒng)。 CIRP的定義： “制造系統(tǒng)是制造業(yè)中形成制造生產的有機整體，在機電工程生產中，制造系統(tǒng)具有設計、生產、發(fā)運和銷售的一體化功能 ”。 （ 3）制造技術 (Manufacturing Technology) 制造技術則是按照人們所需的目的，運用知識和技能，利用客觀物質工具，使原材料轉變?yōu)楫a品的技術總稱。也可以說是完成制造活動所需的一切手段的總和。 （ 4）制造業(yè) (Manufactury) 制造業(yè)是所有與制造活動有關的實體或企業(yè)機構的總稱。 二、制造業(yè)的發(fā)展 社會的進步和發(fā)展，是伴隨著制造業(yè)的革新和發(fā)展而進行的?？萍嫉倪M步和制造業(yè)的發(fā)展，是推動社會發(fā)展的主要動力。每一個社會發(fā)展階段，都會出現(xiàn)與之相匹配的加工制造技術。社會各個時期制造業(yè)的發(fā)展進程，見表 11。表 11 社會時期的制造發(fā)展制造模式的變遷，如圖 11所示。制造發(fā)展的概況，如圖 12所示。各年代達到的加工精度，如圖 13所示。 制造業(yè)在近代的發(fā)展，主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 1．用機器代替手工，從作坊形成工廠 20世紀初，各種金屬切削加工工藝方法逐漸形成，近代制造技術已成體系。但是機器 (包括汽車 )的生產方式是作坊式的單件生產，它產生于英國，在 19世紀先后傳到法國、德國和美國，并在美國首先形成了小型的機械加工廠。 2．從單件生產方式發(fā)展成大量生產方式 推動這種根本變革的是兩位美國人：弗雷德里克 泰勒(Frederick W Taylor)和亨利 福特（ Henry ford）。 泰勒首先提出了以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理，成為制造工程科學的奠基人。 福特首先推行零件互換技術， 1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產線，實現(xiàn)了以剛性自動化為特征的大量生產方式，它對社會結構、勞動分工、教育制度和經(jīng)濟發(fā)展，都產生了重大的作用。零件互換技術 20世紀 50年代發(fā)展到了頂峰，產生了工業(yè)技術的革命和創(chuàng)新，傳統(tǒng)制造業(yè)及其大工業(yè)體系也隨之建立和逐漸成熟。 3．柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術 20世紀 80年代以來，現(xiàn)代制造技術逐步成為加工制造業(yè)的主要方法。隨著現(xiàn)代加工技術的不斷完善，其應用體系與技術也正日益成熟，其中主要的發(fā)展方向有： 1）對傳統(tǒng)制造技術的不斷革新與拓展。 2）對非傳統(tǒng)加工方法的應用。 3）朝精密化工程發(fā)展。 4）制造系統(tǒng)朝柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。 其中，制造業(yè)各階段的具體生產模式和經(jīng)營策略，見表 12。表 12 制造業(yè)各主要發(fā)展階段的生產模式和經(jīng)營策略 制造型企業(yè)運行模型，如圖 14所示。 三、 制造業(yè)的發(fā)展趨勢及特點 隨著計算機、微電子、信息和自動化技術的迅速發(fā)展，給制造業(yè)在產品設計、工藝與裝備、生產管理和企業(yè)經(jīng)營帶來了重大變革，先后誕生了一系列新制造技術和新制造模式 ,見表 13。 而在新材料方面，隨著高強質輕合金、工程塑料、復合材料、陶瓷材料、新型合金等材料的應用，使產品用材有了顯著變化，又促進了新的加工工藝和成形方法的發(fā)展。出現(xiàn)了多種精密加工、復合加工、特種加工、材料改性等新工藝，提高了加工質量和效率。加工裝備走向一機多能、粗精加工一體化、加工檢測集成、人機一體化，出現(xiàn)了智能化加工單元。 專家預測，社會趨勢將相繼是納米時代和生物時代，以分子、原子等為對象的納米制造和以基因技術為核心的生物制藥閃亮登場，制造的主要對象將擴大到基因資源和微觀領域的各種資源。預言稱：將用納米科技 “營造自然界尚不存在的新的物質體系 ”；將用基因技術 “重塑世界 ”。 表 13 制造新技術和新模式名稱代號 總之，現(xiàn)代制造將以先進制造技術為主要支撐，以資源和資源轉換為對象，以現(xiàn)代制造科學與技術為基礎，以制造系統(tǒng)為載體，以信息化、網(wǎng)絡化、生態(tài)化和全球化為環(huán)境和背景，追求社會經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展?；谝蛱鼐W(wǎng) Inter的供應鏈制造系統(tǒng)模型，如圖 15所示。 人物介紹n 1．泰勒n 弗雷德里克 泰勒 (Frederick n W .Taylor， 1856~1915)是美國古n 典管理學家、科學管理的主要倡導n 人，被人稱為 “科學管理之父 ”。 “泰勒（ Taylor）制 ”的工程哲 理：即將產品的開發(fā)的過程盡可能 細地劃分為一系列串聯(lián)的工作步 驟，由不同的部門承擔，依次執(zhí) 行。實質上是 “串行工程 ” (嚴格制定操作規(guī)程、動作、頻率 等，計算在規(guī)定時間內的勞動量 進行管理）n 2．福特n 亨利 福特（ Henry ford，n 1863~1947）世界著名的 “汽車大n 王 ”，終生致力于汽車的研究和制n 造，使汽車成為人人買得起的商品。福n 特首先推行了零件互換技術、建立汽車n 裝配生產線、實現(xiàn)大量生產方式等，它n 對社會結構、勞動分工、教育制度和經(jīng)n 濟發(fā)展，都產生了重大的影響。n 一個人可以輕易地失敗，但只有他n 付出所有的一切和所能做的一切時，他n 才有可能成功。正因為這一點，才使得n 成功如此艱難和寶貴。 n ———— 亨利 福特第二節(jié) 先進制造技術概述 一、概念 先進制造技術 (Advanced Manufacturing Technology，AMT)是傳統(tǒng)制造技術、信息技術、計算機技術、自動化技術與管理科學等多學科先進技術的綜合，并應用于制造工程之中所形成的一個學科體系。 AMT是在傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，能實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，提高市場的適應能力和競爭能力，以期取得理想的技術經(jīng)濟效果。因此， AMT呈現(xiàn)出精密化、柔性化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化等特點。 在以知識為基礎、以創(chuàng)新為動力的新經(jīng)濟體系中，制造業(yè)正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)與機遇。因此，研究和推廣應用先進制造技術無疑是十分重要的。 二、體系結構 1994年初，美國聯(lián)邦科學、工程和技術協(xié)調委員會(FCCSET)下屬的工業(yè)和技術委員會先進制造技術工作組提出將先進制造技術分為三個技術群： ① 主體技術群，包括面向制造的設計技術群和制造工藝技術群； ② 支撐技術群； ③ 制造基礎設施 (制造技術環(huán)境 )。 FCCSET提出的先進制造技術的體系結構及主要內容，見表 14所示。 三、特點與作用 1．特點 先進制造技術除具有精密化、柔性化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化等特點之外，還具備以下特征： 表 14 先進制造技術的體系結構 （ 1）集合多學科成果形成一個完整的制造體系 先進制造技術是多種科學及方法的整合。但它決不是若干獨立學科先進技術的簡單累加，而是按照新的生產組織和管理哲理建立起的體系，先進制造體系要實現(xiàn)自身的先進性，保證 “時、空、人、物、信息、處理及決策 ”的正確性，就離不開先進的信息技術、自動化技術和先進的管理科學，并且要將這些技術和科學應用于制造工程之中，形成一個有機的完整體系。 （ 2）先進制造技術的發(fā)展是一個動態(tài)過程 由于先進制造技術本身是在針對一定的應用目標，不斷地吸收各種高新技術逐漸形成、不斷發(fā)展的新技術，因而其內涵不是絕對的和一成不變的。具體反映在不同的時期，先進制造技術有其自身階段性的特點；反映在不同的國家和地區(qū)，先進制造技術也有其本身側重發(fā)展的目標和內容。 （ 3）先進制造技術的重要支撐是信息技術 信息技術正在向制造技術注入和融合，促進著制造技術的不斷發(fā)展，使傳統(tǒng)制造技術發(fā)生著質的變化。目前，信息技術對制造技術發(fā)展的作用已占第一位。 信息技術促進著設計技術的現(xiàn)代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術的柔性化、智能化，整個制造過程的網(wǎng)絡化、全球化。各種先進生產模式的發(fā)展，如：計算機集成制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造、虛擬企業(yè)與虛擬制造，也無不以信息技術的發(fā)展為支撐。 2．作用 統(tǒng)計表明，制造業(yè)為工業(yè)化國家創(chuàng)造了 60％～ 80％的社會財富，是國際貿易中主要交易物品的源泉。綜觀世界各國的發(fā)展歷程，可以發(fā)現(xiàn)：如果一個國家的制造業(yè)發(fā)達，它的經(jīng)濟必然強大，國家的綜合實力也得以提升。人類社會的發(fā)展史，特別是近幾十年世界經(jīng)濟的發(fā)展狀況就是有力的證明。 高質量、高水平的制造業(yè)必然要以先進的制造技術做后盾。世界上各個工業(yè)化國家經(jīng)濟上的競爭主要是制造技術的競爭。在各個國家的企業(yè)生產力的構成中，制造技術的作用一般占 55％～ 65％。亞洲部分國家（如日本、韓國等）的發(fā)展在很大程度上就是因其重視制造技術，通過制造技術形成產品，依靠產品占領世界市場，從而實現(xiàn)經(jīng)濟乃至國力的迅速崛起、騰飛。第三節(jié) 先進制造技術發(fā)展趨勢 一、先進制造技術向超精微細領域擴展 微型機械、納米量測、微米／納米加工制造的發(fā)展使制造工程科學的內容和范圍進一步擴大，要求用更新、更廣的知識來解決這一領域的新課題。 二、制造過程的集成化 產品的加工、檢測、物流、裝配過程走向一體化。計算機輔助設計、計算機輔助工程、計算機輔助制造的出現(xiàn)，使設計、制造成為一體；精密成形技術的發(fā)展，使熱加工可直接提供接近最終形狀、尺寸的零件，它與磨削加工相結合，有可能覆蓋大部分零件的加工，淡化了冷熱加工的界限；機器人加工工作站及柔性制造系統(tǒng)的出現(xiàn)，使加工過程、檢測過程、物流過程融為一體；現(xiàn)代制造系統(tǒng)使得自動化技術與傳統(tǒng)工藝密不可分；很多新型材料的配制與成形是同時完成的，很難劃清