1
先进制造技术
机电工程学院工业工程系张俊梅
2
%课程性质：专业课（必修）
%学时学分：32学时2学分
%学习要求：认真做好笔记，独立完成作业%成绩计算：
70%
30%
作业
考勤、提问考试
3
参考书：
1.《先进制造技术》，任小中编，华中科技大学出
版社，20092.《先进制造技术》，张平亮主编，高等教育出
版社，20094 .《先进制造系统导论》，将志强等主编，科学
出版社，20063.《先进制造技术》，王隆太编，机械工业出版
社，2003
4
先进制造技术概述
21世纪制造业面临的环境制造技术的发展历程制造及相关概念
先进制造技术
中国制造业取得的成就及其局限21
345
6制造业在国民经济中的地位
5
制造业在国民经济中的地位
1
制造业是国民经济的支柱产业，是国家高新技术产业的基础和载体。
科
学技 术产
业制
造制
造制
造在工业化国家中,制造业
创造了约60%～80%的社会财富和约45%的国民经济收入。据统计，美国68%的社会财富来自于制造业日本49%的国民生产总值（GDP)来源于制造业。
6
制造业是国家高新技术产业的基础和载体
宇航
生命科学
微电子
光电子
信息技术
核技术
空间技术
制造业
纳米技术
7制造业在国民经济中的地位
1
)2001年我国制造业全部从业人员8043 万人，约占全国工业从业人员总数的90.13%，全国全部从业人口的11.1%。
)2001年我国制造业出口创汇2398亿元。占全国外贸出口总额90%。
制造业是劳动就业和扩大出口的关键产业8
制造业在国民经济中的地位
1
1）中国制造业占国民生产总值的1/3以上2）占整个工业生产总值的4/5
3）为国家财政提供1/3以上的收入4）贡献出口总额的90%5）就业人员8043万
2001年中国工程院的调查结论:
9
纺织机械
动力机械
家用电器
通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐
冶金机械
建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备
机器制造
农业机械
化工设备
制造业
当今制造业的社会功能
制造业在国民经济中的地位
1
10
?提供人们衣、食、住、行的物质消费；?是农业基础地位的物质保障，是服务业发展的重要条件；
?是信息产业发展的物质基础；
?为科技和教育发展提供经费支持和实验装备；?是实现军事现代化和国家安全的重要保障。
当今制造业的社会功能
制造业在国民经济中的地位
1
11
3.870
油加工
0.998
仪器仪表
1.681
其他制造
4.292文教用品4.588电子设备 2.120有色冶金1.542家具
5.125电器设备
6.908黑色冶金5.018服装6.424运输机械
7.299建材7.193纺织
8.625一般机械15.586化工15.335食品工业3.395金属制品构成比例
类别
构成比例
类别
构成比例
类别
我国制造业分类和构成
12
（1）美国的教训
?二战以前，美国一直是制造大国，美国轿车产量在全世界名列第一。
?上世纪50年代以后，美国逐渐放松了一般制造业。到70年代后期，美国国内广泛流传“第三次浪潮论”，美国一批学者提出：美国已经进入“后工业社会”，同时美国国内也认为制造业是正在走向没落的“夕阳工业”。
?同时制造技术受到冷遇，大学里不再开设制造技术课，相关的研究课题也很少出现。结果导致美国80年代的经济衰退。
制造业在国民经济中的地位
1
制造业发展的经验和教训
13
（1）美国的教训-示例1
?半导体、晶体管是美国发明的，微电子工业是美国的首创工业。?在70～80年代，其半导体的市场份额由60%降到了40%，消费电子产品则几乎全军覆没。电视机仅有15%的国内市场，其余全部被日本占领。
制造业发展的经验和教训制造业在国民经济中的地位
1
14
（1）美国的教训-示例2
?汽车的大批大量生产方式出自美国，汽车工业也成为美国的最大工业。
1955年：美国进口汽车仅占1%；1987年：美国进口汽车上升到31%；
1989年：美国汽车世界市场占有率从75%下降到25%；
制造业发展的经验和教训制造业在国民经济中的地位
1
15美日两国汽车产量在世界市场所占份额
1983年
1963年
16
（2）日本的经验
z 上世纪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市场，特别是大举进入了美国国内市场，到上世纪80年代，日本的汽车产量一跃成为世界第一。z 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
”。
制造业发展的经验和教训
17
（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性。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。
制造业发展的经验和教训18
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，连小小的军刀，也风靡全世界。（4）瑞士人均产值为何居世界第一？
2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.3万美元以上，
居世界第一。
数控五轴高速加工中心
制造业发展的经验和教训
19
因此可以看出：
–经济竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争。
制造业发展的经验和教训制造业在国民经济中的地位
1
20
没有发达的制造业就不可能有国家的真正繁荣与强大；
国与国之间的竞争主要是制造业的竞争, 一个没有制造能力的民族是没有希望的民族；
高度发达的现代制造业是一个国家综合国力和国际竞争力的集中体现。
-----中科院：路甬祥院士
制造业在国民经济中的地位
1
21
?我国人大常委会副委员长宋健指出：
制造业在国民经济中的地位
1
“制造业是实现现代化工业的水之源、木之本，是实现工业化的保障和原动力，是国家实力的脊梁，是支持共和国大厦的基石。没有强大制造能力的国家永远成不了经济强国”
。
22
制造业在国民经济中的地位
1
国际生产工程学会（CIRP ）在1999年的报告中指出：在国家生产力的构成中，制造技术的作用一般占55%-65%。
制 造技 术
科学技术
生产力
?在许多国家，先进制造技术都被列为国家级关键技术和优先发展的领域。
23
21世纪高新技术及其产业领域
(1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）(2)生物科学技术（包括生命科学技术）(3)新能源科学技术（包括核能科学技术）(4)新材料科学技术（包括纳米科学技术）(5)环境科学技术（包括地球科学技术）(6)航空航天科学技术（包括军事科学技术）(7)海洋科学技术（包括地球科学技术）
(8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）(9)管理科学技术（包括软科学技术）
(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）其中，先进制造技术是各高技术及产业发展的保障技术。
24
2
制造技术发展历程
2. 制造技术演变的关键阶段-近代制造技术1. 制造创造了人类-原始制造业
3. 先进制造技术的提出
25
1. 制造创造了人类-原始制造业
直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。——恩格斯《自然辩证法》
1）人从猿进化而来, 人猿分离, 是由于人学会双足行走和用手制造并使用工具。2）中国的元谋人（170万年前的南方古猿）、非洲人早在160万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了原始制造业。劳动和饮食改善促进了脑的发展。200万年前的猿人脑容量约为700毫升，100万年前的直立人脑容量约为1000毫升，50万年前增加到1200毫升，而现代人的脑容量平均为1450毫升。
26
石器时代：石器时代包含了人类进化过程中的第一次科技的大范围传播。
青铜器时代：青铜铸造术的发明与石器时代相比，具有划时代意义。铁器时代：铁器时代已经能运用很复杂的金属加工来生产铁器。
人猿相揖别。只几个石头磨过，小儿时节。
铜铁炉中翻火焰，为问何时猜得，不过几千寒热。人世难逢开口笑，上疆场彼此弯弓月。流遍了，郊原血。
一篇读罢头飞雪，但记得斑斑点点，几行陈迹。
五帝三皇神圣事，骗了天涯过客。有多少风流人物？盗跖庄屩流誉后，更陈王奋起挥黄钺。歌未竟，东方白。
1. 制造创造了人类-原始制造业
毛泽东词【贺新郎.读史】
27
2.制造技术演变的关键阶段
——近代制造技术
1）用机器代替手工，从作坊形成工厂3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术
2）单件生产方式发展到大量生产方式
2
制造技术发展历程28
1）用机器代替手工，从作坊形成工厂——
（工场式生产）
2.制造技术演变的关键阶段-近代制造技术
?17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，引发了第一次工业革命，工业化大生产从此开始。?18世纪70年代，德国人奥托设计制造了第一台内燃机，使得汽车开进了欧美家庭，从而引发了制造业的又一次革命。此间，陆续形成各种金属切削加工方法，使机器生产代替了手工劳动。19世纪机器首先在英国诞生，先后传到法国、德国和美国，并在美国率先形成小型的机械工厂。
292）单件生产→大量生产——（刚性自动化生产）
泰勒：科学管理的创始人，提出了以劳动分工、工作方法和计件工资等为基础的科学管理理论。
工作研究分为：方法研究和作业测定。
方法研究包括：程序分析、操作分析和动作分析。遵循E （取消）C （合并）R （重排）S （简化）原则。
作业测定是制定劳动定额的依据。
2.制造技术演变的关键阶段-近代制造技术
30
福特：流水线生产的创始人，提出了零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线，实现了以刚性自动化为特征的大量生产方式。特点是：只适合单一品种大批量生产。
刚性自动化生产线的具体表现形式：
（1）以零件为对象，组成加工流水线或自动加工生产线。
（2）以部件或产品为对象，组成装配流水线或自动装配线。
2.制造技术演变的关键阶段-近代制造技术
2）单件生产→大量生产——（刚性自动化生产）
313）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造
技术——（柔性自动化→综合自动化）
2.制造技术演变的关键阶段-近代制造技术
①柔性化制造技术的发展②制造技术的集成化；③智能制造技术的发展；④网络化技术的应用。
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3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术
①柔性化制造技术的发展
该阶段形成一批新型的先进制造单元技术，主要有：
设计：CAD/CAM ，CAPP ，CAE ；管理：JIT ，TQM ；
加工：NC ，CNC ，FMC ，ROBOT
；
柔性自动化：单一（少）品种大批量→多品种、中小
（变）批量；
33
②制造技术的集成化；
?单元技术的集成
如，计算机数控技术CNC ，柔性制造单元FMC ，机器人技术，自动物料运输系统AGV （自动导引小车）等单元技术走向集成以后，形成了自动化的柔性制造系统（FMS ）使系统中能够实现数据交换和信息共享。
3
）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术34
3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术②制造技术的集成化；
?
人、技术、管理的集成
典型代表是计算机集成制造（CIM ）技术的推广和运用。CIM 强调将企业生产经营过程中的三要素：人、技术和管理进行有机集成并协调优化，通过将企业生产经营的各环节，即市场调研、产品开发、加工装配、销售、以及售后服务等作为一个不可分割的整体，用系统的观点进行协调，从而实现全局优化。
35
3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术③智能制造技术的发展；
智能制造系统，是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。
通过在制造的各个环节中，借助计算机来模拟人类专家的智能活动，诸如：分析、推理、判断、构思和决策等；宗旨是通过人与智能机器的合作共事，扩大、延伸并部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。
36
3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术④网络化技术的应用。
运用网络化技术，应运而生的先进制造技术主要有：并行工程（CE ），计算机集成制造CIM ，敏捷制造AM ，虚拟制造VM 等。
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3. 先进制造技术的提出
20世纪80年代以前，美国政府只对基础研究、卫生、国防技术等给予经费支持，而对产业技术不予支持，主张产业技术通过市场竞争，由企业自主发展；
20世纪70年代，一批美国学者不断鼓吹美国已进入“后工业化社会”，认为制造业是“夕阳工业”，主张经济重心由制造业转向高科技产业和第三产业。
结果：导致美国在经济上竞争力下降，贸易逆差巨增，日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。（20世纪60年代美国汽车产量占世界汽车总产量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）。
38
z 80年代后期，美国开始意识到了忽视制造业带来的严重后果，美国公众和舆论界甚至惊呼这种情况“危及了美国国家安全”。于是，美国开始了“帝国反击战”，采取了大量的补救行动，政府和企业界投入了巨资，进行了大量的研究和分析，最终得出结论：1）“振兴美国经济的出路在于振兴制造业”。2）“经济竞争归根到底是制造技术和能力的竞争”。
3. 先进制造技术的提出
39
z 克林顿上台后，对制造业大力支持，把制造技术列为六大国防关键技术之首。z 1993年2月，克林顿发表了专题报告，提出要促进“先进制造技术”的发展。z 成立了从国家到地区以及大学、企业等各层次的先进制造技术研究中心。1988年,美国政府投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究，其后不久提出了“先进制造技术”发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划（ATP ）”和“制造技术中心计划（MTC ）”；
3. 先进制造技术的提出
40
z 美国采取的种种措施，收到了良好的效果。
91994年美国汽车产量重新超过日本，战领了欧美市场。
9美国Inter 公司成为世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生产也不敌日本，包括海湾战争中大出风头的“爱国者”导弹上使用的芯片也是日本制造的）920世纪90年代，经济持续增长，失业率降低到历史最低水平；
z 最后，美国总结提出了一系列先进制造技术的新理论，如并行工程（CE ）、精益生产（LP ）、敏捷制造（AM ）等。
3. 先进制造技术的提出
41
z 美国提出“先进制造技术”的概念以后，日本、西欧以及亚洲各新兴工业国家都相继作出了响应，将先进制造技术列为国家高新技术和优先发展的项目。z 1996年，“国际生产工程学会”——CIRP 的第46届年会的主题是“先进制造技术—全球制造技术”。说明先进制造技术已经得到了世界各国的重视。
3. 先进制造技术的提出
42
z 1995年5月中共中央《关于加速科技进步的决定》中指出：为提高工业增长的质量和效益，要重点开发推广电子信息技术、先进制造技术、节能降耗技术、清洁生产和环保技术。z 2001年中国工程院组织25位院士和40多位专家对我国制造业的现状、作用、地位及发展趋势和对策进行了调查研究，向国务院及有关部委提交了：——
《新世纪如何提高和发展我国制造业的研究报告》
3. 先进制造技术的提出
43
1.经济形态的变化
2.制造业市场竞争的新特点4.科技进步与信息社会
5.环境保护意识的增强与可持续发展
3
21世纪的制造业面临的环境
3.制造全球化和贸易自由化44
提高生产率，实现经济增长的驱动器
工业经济
知识经济
社会知
识
3
21世纪制造业面临的环境
1.经济形态的变化
资源配置生产要素
产业结构信息密集、知识密集
劳动密集、设备密集
知识、资本和劳动力资本和劳动力
以工业、农业为基础，
以知识产业为先导以农业为基础，以工业为先导知识经济
工业经济
45
来源: Bullinger
78
80
82
84
86
88
90
92
94 96
2
时间
46810产品平均生命周期TL
平均开发时间TD
TD > TL
年数
1）知识/技术/产品更新的周期——更短
3
21世纪制造业面临的环境
2.制造业市场竞争的新特点
46
2) 产品品种更多；
3) 产品批量（大批量生产→大批量定制生产）更小；4）顾客对产品功能、性能、质量的要求更高；5）能参与全球竞争的企业更多；6）跨国公司的垄断性
更明显；7）企业的兼并重组更激烈、更动荡；8）一般水平的产品及制造能力严重过剩；9）人口老龄化更严重；10）环保意识、绿色制造呼声更强。
3
21世纪制造业面临的环境
2.制造业市场竞争的新特点
473
21世纪制造业面临的环境
2.制造业市场竞争的新特点
?制造业市场竞争的策略和要素不断变化
48
?竞争“中心”的变化
以产品为中心
以顾客为中心
以市场为中心
2.制造业市场竞争的新特点
49
2.制造业市场竞争的新特点
?互联网的巨大冲击，网络制造降低成本
开发和设计
生产
市场
A
B
C
A+C>70%
所得利润
50
2.制造业市场竞争的新特点?消费观念的变化
①消费者的行为更具选择性
产品：批量生产的产品逐步被个性化多样化产品所代替“新三年、旧三年、缝缝补补又三年”的观念逐步消失——“喜新厌旧”
服务：产品生产与产品服务的界限越来越模糊，不满足感增加，更加体现出服务的重要性。
②对生产及产品的影响
产品订货批量下降，单件、小批量。
产品生命周期减短：5-10年，3-5年甚至更短。
51
3.制造全球化和贸易自由化
原因：
①世界自由贸易体制进一步完善②全球交通运输进一步完善③全球通讯网络建立
④国际经济合作与交往日益紧密
全球产业界结构大调整
世界逐步形成一个统一的大市场使得：
供应与需求国家化、国际化，不同时间、地区、国家，市场需求波动性更大。
同一用户选择同一产品，可供选择的市场国际化、竞争国际化
3
21世纪制造业面临的环境
导致：任何国家、地区，不论实行怎样的社会制度，不可能离开世界市场而独立谋求发展;制造业发展应该进入国家目标层次，才能促进经济增长
52
4.科技进步与信息社会
微电子、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能
等）、新材料、能源和现代管理技术的综合作用促进了制造技术在宏观(制造系统集成)和微观(精密、超精密、微纳米加工检测)两个方向上的蓬勃发展，成为一门涵盖整个生产过程的各个环节（市场分析、产品设计、工艺规划、加工准备、制造装配、监控检测、质量保证、生产管理、售后服务、回收再利用等），包括人、机器、能量、信息等多种资源的组织控制与管理，横跨多个学科的集成技术。
3
21世纪制造业面临的环境
535.环境保护意识的增强与可持续发展
环境问题：
大量消耗资源和破坏环境的传统工业发展模式与工业技术系统引起了严重的环境问题。可持续发展思想：
重视环境方面对制造业及其产品的制约，通过国家政策与经济立法手段建立循环经济与再制造工程。结论:
面向可持续发展的生态安全型和资源节约型的制造技术将是制造领域中亟待解决的一个重要问题
3
21世纪制造业面临的环境
54
中国制造业取得的成就及其局限
4
1.我国制造业取得的重大成就
2.我国制造业存在的局限
55
中国制造业取得的成就及其局限
4
建国初期到1978年，我国科技人员成功爆破了原子弹和氢弹，成功发射了人造卫星，在世界上第一次人工合成牛胰岛素。改革开放以来，建成了正负电子对撞机等重大科学工程，秦山、大亚湾核电站并发电成功，银河系列巨型计算机不断升级并全部研制成功。 建成当今世界最大的水利枢纽工程――长江三峡水利枢纽工程，许多指标都突破了世界水利工程的记录。 量子信息领域避错码被国际公认为量子信息领域“最令人激动的成果”。
来源：2009中华人民共和国国家统计局
1.我国制造业取得的重大成就
56
我国自主研发的“嫦娥”一号绕月飞行成功，“神舟”系列航天飞船成功发射，“神舟”五号、六号、七号载人飞船航天飞行圆满成功，标志着我国继美苏之后成为世界上第三个独立掌握空间出舱技术的国家，是我国空间技术发展具有里程碑意义的重大突破。
高性能计算机曙光5000A 跻身世界超级计算机前十位，首款64位高性能通用CPU 芯片问世。
超级杂交水稻不断取得重大突破，对提高我国水稻产量、确保粮食安全起了重要作用。
来源：2009中华人民共和国国家统计局
1.我国制造业取得的重大成就
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中国制造业取得的成就及其局限
4
一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平： 沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割
机床；
沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器；
黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空
发动机、燃气轮机；
沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人
等产品；
清华大学制造工程研究所研制开发的并联构型机床 ……
1.我国制造业取得的重大成就
58
工业结构实现了从门类简单到齐全，从以轻工业为主到轻、重工业共同发展，从以劳动密集型工业为主导，向劳动、资本和技术密集型共同发展的转变。目前我国已拥有39个工业大类、191个中类、525个小类，涵盖了联合国产业分类中所列的全部工业门类。
来源：2009中华人民共和国国家统计局
1.我国制造业取得的重大成就
59
由一个只能制造初级工业产品的国家发展成为世界制造业大国。根据联合国工发组织资料，按照2000年不变价计算，我国制造业增加值占世界的份额由1995年的5.1%上升到2007年的11.4%。 按照国际标准工业分类，在22个大类中，我国制造业占世界比重在7个大类中名列第一，其中，烟草类占比49.8%，纺织品类占比29.2%，衣服、皮毛类占比24.7%，皮革、皮革制品、鞋类占比33.4%，碱性金属占比23.8%，电力装备占比28.2%，其它交通工具占比34.1%；有15个大类名列前三；除机动车、拖车、半拖车一个大类外，其他21个大类所占份额均名列世界前六
位。
来源：2009中华人民共和国国家统计局1.我国制造业取得的重大成就
60
中国制造业取得的成就及其局限
4
我国制造工业虽然取得了巨大的成就，但是我国经济
整体处于工业化中期，工业现代化进程步入了从制造业大国向制造业强国的转变阶段。
中国工业发展需要完成两次转变，第一次是从规模增
长型向质量进步型转变，转变时间大约为2005年—2020年；第二次是从质量进步型向创新福利型转变，时间大约为2020-2050年。
中国经济可望在2030年前后全面完成新工业化和信息
化。
来源：2005年中国工业经济联合会提出的《中国工业发展报告》
2.我国制造业存在的局限
61
中国制造业取得的成就及其局限
4
我国制造业与发达国家相比，存在阶段性的差距——产品质量和技术水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科技投入严重不足。 我国制造业大量的是来料加工，突出表现在电子等工业。工业的附加值较低;
我国制造业的主体技术依靠国外，有自主知识产权的产品少，依附于国外企业的组装业比重大，表现为工业增加值仅为美国的22.14％、日本的35.43％；
2.我国制造业存在的局限
62
低水平生产能力严重过剩。据第三次全国工业普查,机械电子、化工、建材、轻工、冶金等行业生产能力利用率只有50%左右，而同时高水平生产能力不足。全社会固定资产投资的2/3依赖进口，光纤制造装备、集成电路芯片制造装备、石油化工装备基本依赖进口，轿车工业装备、数控机床、纺织机械、胶印设备的市场也有一半以上需要进口，在制造装备上每年有数百亿美元的逆差；
我国钢产量已是世界第一，但高级钢材每年却需进口近千万吨。
我国制造业的劳动生产率约为美国的4.38％、日本的4.07％、德国的5.56％。
2.我国制造业存在的局限
63
在制造技术领域，我国的发明专利数只有美国、日本的1/30，韩国的1/40。
国务院发展研究中心报告显示，中国制造业经济总量占全球的6%，而研发投入仅占0.3%。中国研究与发展投入占国内生产总值的比例为1%，远低于世界5%的平均水平。 制造业结构仍然偏轻，2009年我国装备制造占制造业的比重为26.3%，低于美国(41.9%)、日本(43.6%)、德国(46.4%)；从中国制造业500强的情况看，2007中国制造业500强中，装备制造企业的数量、销售收入和利润分别占中国制造业500强总量的21%、25.42%、24.59%。
2.我国制造业存在的局限
64
我国制造服务业的附加值普遍不高。在发达国家，服务业占GDP 比重超过了70%，其中生产性服务业又占服务业的70%。由此可见，生产性服务业已经占发达国家GDP 的一半左右。
而在我国，2007
年服务业实现增加值9.6万亿元，比上年增长11.4%，但占GDP 比重仅为40%。其中，制造服务业在服务业中所占比例也不高。根据中国社科院财政与贸易经济研究所研究员裴长洪的估算，在我国，金融与保险、信息传输、计算机服务和软件、科学研究和技术服务等新兴服务业只占服务业总增加值的20%左右。
2.我国制造业存在的局限
65
总之，我国制造业的发展面临资源、能源和环境的严重制约，未来20年制造业的增长，如果单纯依靠数量增长，这是资源、能源和环境所不能承受的。
因此我国必须依靠科技进步，提高产品技术含量，掌握核心技术，采取绿色制造技术，在提高产品质量和附加值的同时，努力降低资源和能源消耗，这是未来制造业的发展方向。
在我国从制造大国向制造强国转变的过程中，自主创新是制造强国的核心支撑，系统集成是制造业创新的重要形式。同时要加快制造业信息化进程和培养先进的制造工程人才。
2.我国制造业存在的局限
66
制造的概念
?狭义制造：指产品的机械加工工艺过程，又称小制造。即制造是一种将有关资源（包括物料、能源、资金、人力资源、信息等）按照社会需求转变为新的有更高应用价值的资源的行为和过程。——包括加工和装配两大过程。
制造及其相关概念
5
制造（Manufacturing)，是人类所有经济活动的基石是人类历史发展和文明进步的动力。
67
制造的概念
广义上，“制造”的概念在“范围”和“过程”两个方面有所扩展。
)在范围方面，广义制造涉及的领域并非只局限于机械制造，而是涉及到机械、电子、化工、食品、军工等大量行业。
)在过程方面，广义制造不仅包括产品加工工艺过程，而且包括从市场调研到产品设计、工艺设计、加工、装配、生产计划和控制以及检验、销售、服务等---产品生命周期的所有过程。
制造及其相关概念
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产品的生命周期与产品“寿命期”是两个不同的概念。举例：冰箱的生命周期可长达十几年、相机、手机等为几年，流行服装等为几个月，新闻日报等只有几个小时。而且现在，产品的生命周期变得越来越短，呈逐步缩短的趋势。
产品生命周期
任何产品都有一个从引入到消亡的过程，这个过程称为产品生命周期。一般以产品销量和利润的变化为标志分为四个阶段：引入期、成长期、成熟期、衰退期四个阶段。
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典型的产品生命周期曲线
引入期
学习效应
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单位产品成本
累积产品数量
学习曲线
一个工人或一个组织做某项工作或生产某种产品的时间，会随着工作次数或产品产量的增加而有规律的减少。
?经验的积累?
技术系统或运作方式的改进
学习效应
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制造的概念
?广义制造——国际生产工程学会CIRP 在1990年指出：制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产、质量保证、经营管理、市场销售和服务等一系列相关活动和工作的总称。
制造及其相关概念
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广义制造：指产品整个生命周期过程，又称大制造。
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相关概念辨析：加工、生产、制造
加工——从狭义制造内涵看，狭义制造包含了“加工”和“装配”两大过程。
生产——从广义制造的概念看，制造包含了生产。从有形产出角度而言，生产等同于狭义制造。
生产和制造的区别：制造是对有形产出而言，制造是工程学术语；生产则包含有形和无形两种产出，生产是经济学术语。
制造及其相关概念
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制造技术（Manufacturing Technology)
在完成产品制造过程中所需要的一切技术和手段的总
和称为制造技术。
?与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也有广义和狭义之分。广义理解:制造技术涉及生产活动的各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息处理系统。
制造及其相关概念
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将制造资源（物料、能源、设备、工具、资
金、信息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。
制造及其相关概念
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制造业
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第一产业农业林业渔业畜牧业矿业采石业石油业
第二产业航天航空纺织、服装
汽车、装备、重型机械冶金、钢铁、金属制品食品、饮料
化工、石油精炼
计算机、半导体、电器建筑、建材日用消费品
玻璃、陶瓷、造纸制药
橡胶、塑料制品能源、电力出版
第三产业
银行、金融服务、保险通讯、资讯
教育、医疗、保健
娱乐、旅馆、餐饮、旅游政府法律机构房地产
修理与维护
商业（零售、批发）交通、运输
产业划分
制造及其相关概念
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制造系统
是制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、标准、规范、制造信息等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。
功能上：输入的资源（原材料、能源、信息、人力...）通过制造过程输出为产品。
过程上：制造系统的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、加工装配、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。
制造及其相关概念
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77 制造系统
机械加工系统的“三种流”
信息系统（图样信息、工艺信息、生产状态信息、计划信息、
质量信息等）
原材料毛坯料刀具、量具等
输送产品
检验加工装夹电能机械能
物料流
信息流
能量流
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企业系统的“五种流”
制造系统
价值流
物料流资金流
规划控制
需求
信息流
实施
（车间或现场）
原材料
产品与服务
能源
能量流
顾客供给
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制造系统功能结构
制造系统
经营管理信息流生产管理信息流技术信息流物质流
用户、市场与外部环境
经营管理
财务会计与供销研究与开发资源管理
生产管理与控制
工程设计与分析
车间制造（加工、装配、检验、输送、存储…）
质量控制
采购
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压力加工油漆
车身装配内部装饰
驱动桥装配
变速箱装配
轮胎装配
底盘装配车身安装最后试验
发动机装配发动机试验
机械加工
热处理
锻造
熔化
造型
浇铸
压铸
油漆机械加工自动线
热处理
汽车生产物流示意图
制造系统
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1.先进制造技术的定义
2.先进制造技术的特点
3.先进制造技术体系结构
4.先进制造技术的学科内容
5.先进制造技术的发展趋势
6
先进制造技术概述
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“先进制造技术”简称为AMT
（Advanced Manufacturing Technology ）
是制造业不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理销售、使用和服务的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,提高制造企业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。
1. 先进制造技术的定义
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2. 先进制造技术的特点
①先进性②广泛性③实用性④系统性
⑤集成性⑥动态性⑦持续发展性
1. 先进制造技术的定义
先进制造技术
=制造技术+信息技术+管理科学+相关技术
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制造基础设施
面向制造的设计技术群
产品/工艺设计计算机辅助设计
工艺过程建模和仿真工艺规程设计系统工程基础 快速成型技术 并行工程
制造工艺技术群
材料生产工艺 加工工艺 联接与装配 测试和检测 环保技术 维修技术 其他
信息技术接口技术集成技术人工智能
数据库软件工程决策支持
标准和框架数据标准工艺标准接口框架产品定义和标准检验标准
机床和工具技术 传感器和控制技术 质量管理
用户/供应商交互作用 工作人员培训和教育
全国监督和基准评测 技术获取和利用
主体技术群
支撑技术群
3. 先进制造技术的体系结构
854. 先进制造技术的学科内容
①先进设计技术②先进制造工艺技术③先进制造自动化技术④先进制造模式⑤先进制造管理技术
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?设计自动化技术
z 有限元法z 优化设计z 计算机辅助设计z CAD/CAM 集成技术z 反求设计技术z 模拟仿真技术z 工程数据库
4. 先进制造技术的学科内容
①先进设计技术?现代设计方法
z 产品动态分析与设计z 产品可靠性设计z 产品优化设计z 创新设计z 并行设计z 绿色设计z 价值工程设计z 模块化设计
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?特种加工技术
z 高能束流加工（电子束、离子束、激光束）z 电加工（电解和电火花)z 超声波加工z 高压水加工
z 多种能源的组合加工
②先进制造工艺技术4. 先进制造技术的学科内容
?精密超精密加工技术?超高速加工技术?微型机械加工技术?快速原型制造技术?精密成型制造技术
z 从制造工件的毛坯向接近零件形状甚至于直接制成工件的方向发展。
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?柔性制造技术
z 加工系统z 物流系统z 调度与控制z 故障诊断
?自动检测与信号识别技术
z 信号识别z 数据获取z 数据处理
z 特征提取与识别
?过程设备工况监测与控制
z 过程监视系统z 在线反馈质量控制
③先进制造自动化技术4. 先进制造技术的学科内容
?数控技术
z 数控装置z 进给系统z 主轴系统z NC 程序编制
?工业机器人
z 机器人操作机z 控制系统z 传感器
z 生产线总线控制
89④先进制造模式
?成组技术
?生产组织方法
?虚拟公司理论与组织
?企业组织结构的变革
?以人为本的团队建设?企业重组工程
4. 先进制造技术的学科内容
?计算机集成制造CIM ?敏捷制造AM
?智能制造IM
?精益生产LP ?并行工程CE
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⑤先进制造管理技术4. 先进制造技术的学科内容
?集成管理技术?现代质量保障体系?物流与供应链管理?管理信息系统?企业资源管理ERP ?制造资源快速有效集成
91信息化集成化精密化柔性化虚拟化智能化网络化绿色化
4. 先进制造技术的发展趋势
信息技术对先进制造技术的发展影响深远——信息化
工业化发展的核心是信息化，信息化的核心是数字化。
制造业信息化即将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化。
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制造业信息化，其核心是数字化
管理数字化
设计数字化
生产过程数字化
制造装备数字化
企业数字化
4. 先进制造技术的发展趋势
93 向计算机集成制造方向发展——集成化
即实现人、技术和管理的集成，包括：信息集
成、功能集成和过程集成。能对企业制造全过
程进行有效控制和集成管理，实现系统全局优
化、协调运作以及系统整体的高柔性、高质量、
高效率，从而创造出巨大生产力。
向超精微细领域扩展——精密化
精密超精密加工、超高速加工、微细加工，纳
米测量、微米/纳米加工制造
信息化
集成化
精密化
柔性化
虚拟化
智能化
网络化
绿色化
4. 先进制造技术的发展趋势
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满足需求的多样化、多变性——柔性化
适应多品种、中、小批量生产的FMS 虚拟制造（VM ）——虚拟化
VM 包括：以设计为核心的虚拟制造、以生产为核心的虚拟制造、以控制为核心的虚拟制造。
智能制造（IM ）——智能化
借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。
信息化集成化精密化柔性化虚拟化
智能化
网络化绿色化
4. 先进制造技术的发展趋势
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制造全球化——网络化
包括(1)制造环境内部的网络化，实现制造过
程集成以及企业生产经营各功能部分的集成；(2)
企业之间的网络化，形成虚拟企业；(3)异地制
造；(4)网络化市场系统,如网络广告、网络销售、
网络服务等。
绿色制造的兴起——绿色化绿色产品设计技术；绿色制造技术；产品的回收和循环再制造技术。
信息化
集成化
精密化
柔性化
虚拟化
智能化
网络化绿色化
4. 先进制造技术的发展趋势
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内部装潢
结构
系统
引擎
飞机的数字化概念——实际原型
97火车制造的实际原型
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1.本世纪制造业面临的竞争环境有哪些特点？
2.你认为当前中国制造业的局限性有哪些？
3.狭义制造和广义制造有什么区别？
4.什么是产品生命周期？
5.什么是机械加工系统的物料流、信息流和能量流？
6.简述先进制造技术的科学内涵。
7.先进制造技术的发展趋势如何？你是怎样理解的？
本章思考题