【正文】 主編 : 李宗義制作：黃建明 董建民 先進制造技術(shù) 目錄第一章 緒論 第二章 先進設計技術(shù) 第三章 先進制造工藝技術(shù) 第四章 制造自動化技術(shù) 第五章 先進制造模式 第六章 先進管理技術(shù) 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(shù)、先進制造工藝技術(shù)、制造自動化技術(shù)、先進制造模式以及先進管理技術(shù)等，本書側(cè)重闡述適用的先進制造技術(shù)的基本概念、應用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)。 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(shù)應用專業(yè)及相關(guān)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(guān)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(shù)應用專業(yè)應用型人才培養(yǎng)為對象，從先進設計技術(shù)、先進制造工藝技術(shù)、制造自動化技術(shù)、先進制造模式以及先進管理技術(shù)等方面，系統(tǒng)介紹各類先進的適用技術(shù)，闡述每項技術(shù)的基本概念、應用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)，拓寬學生的知識面，了解各類制造技術(shù)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(nèi)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(shù)。 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(guān)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(shù)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(guān)資源，按照社會的需求轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌?、有更高應用價值的有形物質(zhì)產(chǎn)品和無形軟件、服務等產(chǎn)品資源的行為和過程。國際生產(chǎn)工程研究學會 (CIRP)的定義： “制造是一個涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務的一系列相關(guān)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(chǎn)設備、材料、能源和各種輔助裝置）以及有關(guān)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(chǎn)的有機整體，在機電工程生產(chǎn)中，制造系統(tǒng)具有設計、生產(chǎn)、發(fā)運和銷售的一體化功能 ”。 （ 3）制造技術(shù) (Manufacturing Technology) 制造技術(shù)則是按照人們所需的目的，運用知識和技能，利用客觀物質(zhì)工具，使原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的技術(shù)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(guān)的實體或企業(yè)機構(gòu)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(shù)。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(shù)已成體系。但是機器 (包括汽車 )的生產(chǎn)方式是作坊式的單件生產(chǎn)，它產(chǎn)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(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)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(shù)， 1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產(chǎn)線，實現(xiàn)了以剛性自動化為特征的大量生產(chǎn)方式，它對社會結(jié)構(gòu)、勞動分工、教育制度和經(jīng)濟發(fā)展，都產(chǎn)生了重大的作用。零件互換技術(shù) 20世紀 50年代發(fā)展到了頂峰，產(chǎn)生了工業(yè)技術(shù)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(shù) 20世紀 80年代以來，現(xiàn)代制造技術(shù)逐步成為加工制造業(yè)的主要方法。隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的不斷完善，其應用體系與技術(shù)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)的迅速發(fā)展，給制造業(yè)在產(chǎn)品設計、工藝與裝備、生產(chǎn)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(shù)和新制造模式 ,見表 13。 而在新材料方面，隨著高強質(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(shù)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(lǐng)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(zhì)體系 ”；將用基因技術(shù) “重塑世界 ”。 表 13 制造新技術(shù)和新模式名稱代號 總之，現(xiàn)代制造將以先進制造技術(shù)為主要支撐，以資源和資源轉(zhuǎn)換為對象，以現(xiàn)代制造科學與技術(shù)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(chǎn)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(zhì)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(nèi)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(shù)、建立汽車n 裝配生產(chǎn)線、實現(xiàn)大量生產(chǎn)方式等，它n 對社會結(jié)構(gòu)、勞動分工、教育制度和經(jīng)n 濟發(fā)展，都產(chǎn)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(shù)概述 一、概念 先進制造技術(shù) (Advanced Manufacturing Technology，AMT)是傳統(tǒng)制造技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)與管理科學等多學科先進技術(shù)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(shù)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(chǎn)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(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，提高市場的適應能力和競爭能力，以期取得理想的技術(shù)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(shù)無疑是十分重要的。 二、體系結(jié)構(gòu) 1994年初，美國聯(lián)邦科學、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(FCCSET)下屬的工業(yè)和技術(shù)委員會先進制造技術(shù)工作組提出將先進制造技術(shù)分為三個技術(shù)群： ① 主體技術(shù)群，包括面向制造的設計技術(shù)群和制造工藝技術(shù)群； ② 支撐技術(shù)群； ③ 制造基礎設施 (制造技術(shù)環(huán)境 )。 FCCSET提出的先進制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容，見表 14所示。 三、特點與作用 1．特點 先進制造技術(shù)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(shù)的體系結(jié)構(gòu) （ 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(shù)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(shù)的簡單累加，而是按照新的生產(chǎn)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(shù)、自動化技術(shù)和先進的管理科學，并且要將這些技術(shù)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(shù)的發(fā)展是一個動態(tài)過程 由于先進制造技術(shù)本身是在針對一定的應用目標，不斷地吸收各種高新技術(shù)逐漸形成、不斷發(fā)展的新技術(shù)，因而其內(nèi)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(shù)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(shù)也有其本身側(cè)重發(fā)展的目標和內(nèi)容。 （ 3）先進制造技術(shù)的重要支撐是信息技術(shù) 信息技術(shù)正在向制造技術(shù)注入和融合，促進著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生著質(zhì)的變化。目前，信息技術(shù)對制造技術(shù)發(fā)展的作用已占第一位。 信息技術(shù)促進著設計技術(shù)的現(xiàn)代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術(shù)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(chǎn)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(shù)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(mào)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(zhì)量、高水平的制造業(yè)必然要以先進的制造技術(shù)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(shù)的競爭。在各個國家的企業(yè)生產(chǎn)力的構(gòu)成中，制造技術(shù)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(shù)，通過制造技術(shù)形成產(chǎn)品，依靠產(chǎn)品占領(lǐng)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(shù)發(fā)展趨勢 一、先進制造技術(shù)向超精微細領(lǐng)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(nèi)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(lǐng)域的新課題。 二、制造過程的集成化 產(chǎn)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(shù)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(jié)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(shù)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