【正文】 美國(guó)政府和企業(yè)界重新審視其科學(xué)技術(shù)政策和產(chǎn)業(yè)政策，重新認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)制造技術(shù)和制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位和作用。美國(guó)機(jī)床工業(yè)放棄了原已占領(lǐng)的53％ 的市場(chǎng)，其年產(chǎn)值在12年間從57億美元跌落到38億美元。勞動(dòng)力的第二次大轉(zhuǎn)移也是正在發(fā)生的事實(shí)。 ?大學(xué)里不再開設(shè)制造技術(shù)和制造科學(xué)課程，也少有相關(guān)研究課題。 ? 20世紀(jì)50年 代以后，因軍備需要，偏重高新技術(shù)和軍用技術(shù)發(fā)展，放松一般制造業(yè)。案例說明制造技術(shù)的水平和制造工業(yè)的發(fā)達(dá)程度突出地反映了一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，人民的生活質(zhì)量、國(guó)防能力和社會(huì)的發(fā)展程度。問題：在知識(shí)經(jīng)濟(jì)條件下，制造業(yè)的地位是否降低了在知識(shí)經(jīng)濟(jì)條件下，制造業(yè)是參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主體。企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)與合作、開放與限制并存的局面，必將引起世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與組織結(jié)構(gòu)的重大變化，從而帶來制造業(yè)的一場(chǎng)革命。提出了許多新觀點(diǎn)，新思想、新概念，先后誕生了許多先進(jìn)制造技術(shù)、模式與系統(tǒng)，例如l 柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS)l 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMSl 并行工程(Concurrent Engineering，CE)l 精良生產(chǎn)(Lean Production，LP)l 智能制造系統(tǒng)(Intelligent Manufacturing System，IMS)l 敏捷制造系統(tǒng)(Agile Manufacturing System，AMS)l 全能制造系統(tǒng)(Holonic manufacturing System，HMS)l 虛擬制造系統(tǒng)(Virtual Manufacturing System，VMS)l 全球制造(Globalization Manufacturing)系統(tǒng)等。制造技術(shù)廣泛吸收高新技術(shù)的優(yōu)秀成果，并相互滲透、融合和衍生，產(chǎn)生急劇的變化，其目的是使所制造的產(chǎn)品(Product)達(dá)到： 功能(Function)、交貨期(Time to Market)、質(zhì)量(Quality)、價(jià)格(Cost)、服務(wù)(Service)均為優(yōu)良。?實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的局部或系統(tǒng)集成，形成從單機(jī)到自動(dòng)生產(chǎn)線等不同檔次的自動(dòng)化制造系統(tǒng)；(5)引人工業(yè)工程和并行工程概念：強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化及其技術(shù)和管理的集成，將技術(shù)和管理有機(jī)地結(jié)合在一起；引入先進(jìn)的管理模式，使制造技術(shù)及制造過程成為覆蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期，包含物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。(2)生產(chǎn)方式：?從勞動(dòng)密集型，發(fā)展到設(shè)備密集型、信息密集型、知識(shí)密集型。(5)制造技術(shù)與制造生產(chǎn)管理的分離。 傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)的特點(diǎn):(1)單件小作坊式生產(chǎn)加高度的個(gè)人制造技巧，大量的機(jī)械化剛性規(guī)模生產(chǎn)加一體化的組織生產(chǎn)模式，再加細(xì)化的專業(yè)分工。20世紀(jì)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。它產(chǎn)生于英國(guó)，先后傳到法國(guó)、德國(guó)和美國(guó)，并在美國(guó)首先形成了小型的機(jī)械工廠，使這些國(guó)家的經(jīng)濟(jì)得到了發(fā)展，國(guó)力大大增強(qiáng)。制造技術(shù)(Manufacturing Technology)定義：制造技術(shù)是按照人們所需的目的，運(yùn)用知識(shí)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。據(jù)估計(jì)，工業(yè)化國(guó)家約70％80％的物質(zhì)財(cái)富來自制造業(yè)，因此，很多國(guó)家特別是美國(guó)把制定制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略列為重中之重，原因是①世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)表明，制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，也是增強(qiáng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)；②制造業(yè)是解決就業(yè)矛盾的一個(gè)重要領(lǐng)域，也是21世紀(jì)提高一個(gè)國(guó)家整體就業(yè)水平的重要基礎(chǔ)；③制造業(yè)不僅是高新技術(shù)的載體，而且也是高新技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。第一章 先進(jìn)制造技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)(Advance Manufacturing Technology，AMT)定義:是傳統(tǒng)制造技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與管理科學(xué)等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的綜合，并應(yīng)用于制造工程之中所形成的一個(gè)學(xué)科體系。在新的世紀(jì)即將來臨的今天，對(duì)于這一領(lǐng)域的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)它所創(chuàng)造的令人驚異的奇跡與輝煌，你應(yīng)該有所了解。先進(jìn)制造技術(shù)與系統(tǒng)前 言 1第一章 先進(jìn)制造技術(shù)概述 1第一節(jié) 制造技術(shù)的基本概念與發(fā)展概況 2第二節(jié) 面向知識(shí)經(jīng)濟(jì)的制造業(yè) 5第三節(jié) 21世紀(jì)制造業(yè)的主要特點(diǎn) 8第四節(jié) 21世紀(jì)對(duì)制造業(yè)的挑戰(zhàn) 10第五節(jié) 先進(jìn)制造技術(shù)的基本內(nèi)容與體系結(jié)構(gòu) 11第六節(jié) 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 15第三章 先進(jìn)制造系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù) 48第一節(jié) 并行工程 48第二節(jié) 面向“X”的設(shè)計(jì)（ Design for X ） 57第三節(jié) 反求工程技術(shù)(Revese Engineering) 62第四章 制造自動(dòng)化技術(shù) 64第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM) 64第二節(jié) 數(shù)控編程技術(shù) 66第三節(jié) CAPP技術(shù)——計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì) 70第四節(jié) CAD/CAPP/CAM集成技術(shù) 76第五節(jié) 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 85第六節(jié) 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 91第五章 先進(jìn)制造系統(tǒng)管理技術(shù) 99第一節(jié) 概 述 100第二節(jié) 成組技術(shù)（Group Technology） 101第三節(jié) 準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)(JIT)管理方式 106第四節(jié) 精益生產(chǎn) 112第五節(jié) 敏捷制造 118前 言本課程將帶領(lǐng)你到一個(gè)神奇的領(lǐng)域中去游覽。這個(gè)領(lǐng)域就是制造領(lǐng)域。第一節(jié) 制造技術(shù)的基本概念與發(fā)展概況 制造業(yè)的主要任務(wù)制造人類社會(huì)在生產(chǎn)和生活中所需的一切產(chǎn)品。一、制造系統(tǒng)與制造技術(shù) “制造”定義：(Manufacturing is series of interrelated activities and operations involving the design，materials selection，planning，production，quality assurance，management and marketing of the products of the manufacturing industries)。先進(jìn)制造技術(shù)的提出和發(fā)展只是近20年間的事情。2．從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式 推動(dòng)這種根本變革的是兩位美國(guó)人：泰勒和福特。近代傳統(tǒng)制造工業(yè)技術(shù)體系的形成，其特點(diǎn)是以機(jī)械一電力技術(shù)為核心的各類技術(shù)相互聯(lián)結(jié)和依存的制造工業(yè)技術(shù)體系。(2)制造技術(shù)的界限分明及其專業(yè)的相互獨(dú)立。三、現(xiàn)代制造及其技術(shù)的發(fā)展新技術(shù)的發(fā)展和傳統(tǒng)技術(shù)的革新、發(fā)展及完善：新興材料技術(shù)(新冶煉技術(shù)、新合金材料、高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料等)；新切削加工技術(shù)(數(shù)控機(jī)床、新刀具、超高速和精密加工)；大型發(fā)電和傳輸技術(shù)；核能技術(shù)；微電子技術(shù)(集成電路、計(jì)算機(jī)、電視、廣播和雷達(dá))；自動(dòng)化技術(shù)；激光技術(shù)；生物技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)。(3)制造裝備：?從手工，發(fā)展到機(jī)械化、單機(jī)自動(dòng)化、剛性自動(dòng)線、柔性自動(dòng)線+智能自動(dòng)化。四、制造業(yè)發(fā)展過程中競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和策略 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是制造業(yè)永恒的話題。五、先進(jìn)制造技術(shù)與制造模式的發(fā)展歷程20世紀(jì)末，以微電子、信息、新材料、系統(tǒng)科學(xué)等為代表的新一代科學(xué)與技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在控制領(lǐng)域中的廣泛滲透、應(yīng)用和衍生，極大地拓展了制造活動(dòng)的深度和廣度，急劇地改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和設(shè)備以及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一大批新的制造技術(shù)和制造模式。見下圖 第二節(jié) 面向知識(shí)經(jīng)濟(jì)的制造業(yè) 信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展各國(guó)的經(jīng)濟(jì)離不開與國(guó)際市場(chǎng)的信息、技術(shù)、資源和產(chǎn)品的交換。一、知識(shí)經(jīng)濟(jì)的特征與對(duì)制造業(yè)的影響知識(shí)經(jīng)濟(jì)對(duì)制造工業(yè)的影響：l 對(duì)產(chǎn)品和消費(fèi)觀念的改變l 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程的數(shù)字化和智能化l 經(jīng)營(yíng)和制造活動(dòng)的全球化等。世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律告訴人們：——一個(gè)沒有工業(yè)基礎(chǔ)和制造業(yè)的城市是沒有根基的城市。一個(gè)國(guó)家如果不重視發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)和制造工業(yè)，必然要吃虧、上當(dāng)、挨打。?進(jìn)入70年代后期，“第三次浪潮’’論在美國(guó)流傳開來，認(rèn)為美國(guó)進(jìn)入“后工業(yè)社會(huì)”。放棄了關(guān)于制造工程和制造科學(xué)方面的教育和研究工作。問題出在將制造業(yè)視為正在走向沒落的“夕陽(yáng)工業(yè)”，過于簡(jiǎn)單和輕率，不符合其后經(jīng)濟(jì)發(fā)展的事實(shí)。1986年，該國(guó)仍有一半機(jī)床需要進(jìn)口。?總統(tǒng)委員會(huì)的報(bào)告指出：“美國(guó)在重要的、高速增長(zhǎng)的技術(shù)市場(chǎng)上失利的—個(gè)重要原因是美國(guó)沒有把自已的技術(shù)應(yīng)用到制造業(yè)上。 1994年被定為美國(guó)的“制造技術(shù)年”，年初，美國(guó)商務(wù)部提出：制造是工業(yè)的基礎(chǔ)。?例如，在20世紀(jì)90年代初，三大汽車公司與密西根大學(xué)合作，在政府的支持下，開展了一項(xiàng)提高轎車車身點(diǎn)焊總成的精度、降低車門門縫的平均寬度的研究，即所謂“兩毫米工程”。 經(jīng)過了一段時(shí)期的努力奮斗，收到良好的效果，在制造技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、企業(yè)重組與協(xié)作等方面有了重大改觀。1994年美國(guó)電子行業(yè)重新占據(jù)領(lǐng)先地位，并總結(jié)出有關(guān)制造技術(shù)的一系列先進(jìn)的理論、技術(shù)和方法，如并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造和虛擬制造等。1987年6月30日美國(guó)參議院通過一項(xiàng)“制裁東芝機(jī)械公司的法案”，禁止這家公司在五年內(nèi)向美國(guó)出口任何產(chǎn)品。這個(gè)事例從微觀上突出地表明了制造技術(shù)的具體的成果所具有的重大意義和舉足輕重的影響。（4）機(jī)器的非柔性、要求標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以獲得高產(chǎn)出。 (2)用戶需求多樣化用戶追求多樣化和個(gè)性化已逐漸成為世界的潮流。 (4)交貨期成為競(jìng)爭(zhēng)的第一要素根據(jù)客戶對(duì)產(chǎn)品需求的變化，要求迅速作出反應(yīng)，已經(jīng)成為壓倒一切的競(jìng)爭(zhēng)要素。人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)反思重大成果: 1992年確立了《21世紀(jì)議程》，一致提出要遵循可持續(xù)發(fā)展模式。這些既為制造業(yè)帶來了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，同時(shí)也帶來了機(jī)遇。人類正邁向信息社會(huì)迅猛發(fā)展微電子、信息、新材料、為代表的新一代科學(xué)與技術(shù)，在制造領(lǐng)域中廣泛滲透、應(yīng)用和衍生，拓展制造活動(dòng)的深度和廣度。許多產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值增大，進(jìn)入了高技術(shù)產(chǎn)品的行列。企業(yè)的環(huán)境適應(yīng)性決定其競(jìng)爭(zhēng)能力、應(yīng)變能力、生存能力。效果2：在合作企業(yè)中，各外圍企業(yè)不同區(qū)段的核心能力和知識(shí)將動(dòng)態(tài)組合，通過精確估算、優(yōu)化以及對(duì)產(chǎn)品成本利潤(rùn)的跟蹤，將大大減小投資風(fēng)險(xiǎn)。三．信息時(shí)代的挑戰(zhàn)——信息向知識(shí)的轉(zhuǎn)變制造業(yè)依賴于信息技術(shù)，并更趨強(qiáng)烈?！沙掷m(xù)發(fā)展2020年世界人口將從今天的56億增至80億。五．制造全球化和貿(mào)易自由化的挑戰(zhàn)——可重組工程 隨著世界自由貿(mào)易體制的進(jìn)一步完善及全球通信網(wǎng)絡(luò)的建立，國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作交往日趨緊密。由于設(shè)計(jì)和制造的產(chǎn)品的尺寸愈來愈小(最終可達(dá)分子級(jí)和原子級(jí)的水平)，制造工藝可能取得巨大的進(jìn)步。對(duì)分子或原子級(jí)的處理將導(dǎo)致新材料的產(chǎn)生，取消分散件聯(lián)接與裝配操作，允許在一個(gè)零件中材料成分產(chǎn)生變化。 二、先進(jìn)制造技術(shù)體系結(jié)構(gòu)1994年初，美國(guó)聯(lián)邦科學(xué)、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)(FCCSET)下屬的工業(yè)和技術(shù)委員會(huì)先進(jìn)制造技術(shù)工作組提出將先進(jìn)制造技術(shù)分為三個(gè)技術(shù)群： ①主體技術(shù)，包括面向制造的設(shè)計(jì)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(chǔ)設(shè)施(制造技術(shù)環(huán)境)。先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的主要內(nèi)容和發(fā)展趨勢(shì)是：(1)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代化 設(shè)計(jì)方法包括: 產(chǎn)品動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)， 產(chǎn)品可靠性、可維護(hù)性及安全設(shè)計(jì)， 產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，快速響應(yīng)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)， 智能設(shè)計(jì)，仿真與虛擬設(shè)計(jì)， 價(jià)值工程設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)等。當(dāng)前突出反映在： 數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 2．先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造工藝技術(shù)包括精密和超精密加工、精密成形與特種加工技術(shù)等幾個(gè)方面。 由此可見，人類已進(jìn)入納米級(jí)加工時(shí)代，超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。3．制造自動(dòng)化技術(shù) 制造自動(dòng)化是指 用機(jī)電設(shè)備工具取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動(dòng)完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、加工、裝配和檢驗(yàn)等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化。(3)柔性制造系統(tǒng)(FMS) 包括FMS的加工系統(tǒng)，F(xiàn)MS的物流系統(tǒng)，F(xiàn)MS的調(diào)度與控制，F(xiàn)MS的故障診斷。 功能覆蓋 企業(yè)的預(yù)測(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì) 加工制造、信息與資源管理 產(chǎn)品銷售和售后服務(wù)等各項(xiàng)活動(dòng)，是制造業(yè)的綜合自動(dòng)化的新模式。包括 并行工程 MRP與JIT的集成一生產(chǎn)組織方法 成本管理(ABC) 現(xiàn)代質(zhì)量保障體系 現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)（3)生產(chǎn)組織方法。該體系保證： 正確的 信息或物料在正確的時(shí)間, 以正確的方式流向正確的地點(diǎn)， 通過正確的人或設(shè)備對(duì)信息或物料進(jìn)行正確地 處理或決策。反映在不同的時(shí)期，先進(jìn)制造技術(shù)有其自身的特點(diǎn)。信息技術(shù)正在向制造技術(shù)注入和融合，促進(jìn)著制造技術(shù)的不斷發(fā)展。具體地說信息技術(shù)促進(jìn)著 設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)代化； 加工制造的精密化、快速化； 自動(dòng)化技術(shù)的柔性化、智能化； 整個(gè)制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。例如CAD、CAE、CAM使設(shè)計(jì)、制造成為一體；精密成形技術(shù)的發(fā)展，使熱加工零件接近最終形狀、尺寸，它與磨削加工相結(jié)合，將覆蓋大部分零件的加工，淡化了冷熱加工的界限；機(jī)器人加工工作站及FMS，使加工過程、檢測(cè)過程、物流過程融為一體； 現(xiàn)代制造系統(tǒng)使得自動(dòng)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(shí)完成的，很難劃清材料應(yīng)用與制造技術(shù)的界限。 制造科學(xué)是從制造工藝、技術(shù)發(fā)展而來的，是以信息為代表的現(xiàn)代科技與制造結(jié)合的產(chǎn)物。綠色制造技術(shù)將獲得快速的發(fā)展。它主要包括： 生產(chǎn)系統(tǒng)工廠————致力于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和材料處理、加工及裝配等階段； 恢復(fù)系統(tǒng)工廠————主要對(duì)產(chǎn)品(材料使用)生命周期結(jié)束時(shí)的材料處理循環(huán)。效果：縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化