第三章先进制造系统模式

第一章制造业与先进制造技术1-1 叙述制造、制造系统、制造业、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。

制造：把原材料加工成适用的产品。

制造系统：制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品（含半成品）的有机整体，称为制造系统。

制造系统还有以下三方面的定义：制造系统的结构定义；制造系统的功能定义；制造系统的过程定义。

制造业：是将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供人们使用与利用的工业品与生活消费品的行业。

它涉及到国民经济的许多部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。

制造技术：是完成制造活动所需的一切手段的总和，制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。

狭义制造是产品的机械工艺过程或机械加工过程。

广义制造与狭义制造相比，制造的概念和内涵在范围和过程两方面大大拓展。

在范围方面，制造涉及的工业领域远非局限于机械制造，而是涉及机械、电子、化工、轻工、食品、军工等国民经济的大量行业。

在过程发面，广义制造不仅指集体的工艺过程，而是指包括市场分析、产品设计、计划控制、生产工艺过程、装配检验、销售服务和管理等产品整个生命周期的全过程。

1-2 试简述制造技术的发展历程。

制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。

纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是技术的推动及市场的牵引。

人类科学技术的每次革命，必然引起制造技术的不断发展，也推动了制造业的发展。

另一方面，随着人类的不断进步，人类的需求不断变化，因而从另一方面推动了制造业的不断发展，促进了制造技术的不断进步。

两百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“少品种大批量的规模生产——多品种小批量生产——个性化弹性批量生产；在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集——设备与资金密集——信息密集——知识密集”的方向发展，与之相适应，制造业的资源配置沿着“手工——机械化——单机自动化——刚性流水自动化——柔性自动化——智能自动化”的方向发展。

徐州工程学院教案徐州工程学院教案纸、金刚石刀具超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石金刚石的晶体结构：规整的单晶金刚石晶体有八面体、十二面体和六面体，有三根4次对称轴，四根3次对称轴和六根2次对称轴。

图 3-5 砂带磨削示意图图3-6 几种砂带磨削方式砂带磨削特点：1）砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作用小，加工质量好（ R a值可达 0.02μm）。

2）静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。

2. 产品设计中的应用——快速产品开发（RPD）第四节微细加工技术二、微细机械加工1、主要采用铣、钻和车三种形式，可加工平面、内腔、孔和外圆表面。

2、刀具：多用单晶金刚石车刀、铣刀（图3-20）。

铣刀的回转半径（可小到5μm）靠刀尖相对于回转轴线的偏移来得到。

当刀具回转时，刀具的切削刃形成一个圆锥形的切削面。

3、微细机械加工设备微小位移机构，微量移动应可小至几十个纳米。

图 3-11 FANUC型微型超精密加工机床三、微细电加工、线放电磨削法（WEDG）电极线沿着导丝器中的槽以5～10mm/min的低速滑动，可加工圆柱形（图3-12）。

如导丝器通过数字控制作相应的运动，还可加工出各种形图3-12 WEDG工作原理图3-14 电致伸缩微动工作台第五节现代特种加工技术图3-15 激光加工原理图、激光加工特点图 3-16 超声波加工原理图、超声波加工特点及应用适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体、宝石、金刚石等。

可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。

工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。

被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度可0.05mm 。

加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易变形零件。

图3-17水射流加工装置示意图水射流切割加工的应用和发展水射流切割具有切口平整、无毛边、无火花、加工清洁等特点，已用于汽。

第一章先进制造系统总论1、理解制造的概念？从“制造过程”上来看，制造的含义有狭义与广义之分。

（1）狭义制造。

又称为“小制造”，是指产品的制作过程。

或者说，制造是使原材料在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程。

（2）广义制造。

又称为“大制造”或“现代制造”，它是指产品的全生命周期过程。

广义制造包含了4个过程：1)概念过程（产品设计、工艺设计、生产计划等）；2）物理过程（加工、装配等）；3）物质（原材料、毛坯和产品等）的转移过程；4)产品报废与再制造过程。

2、简述制造业的发展历程。

制造业的发展可以分为3个时代：古代制造业的发展、近代制造业的发展、现代制造业的发展3、制造业是“夕阳产业”吗为什么制造业是发展现代物质文明的基础，是国防安全的保障；是国民经济的主体和支柱，是国家工业化、现代化建设的动力源；是技术进步的主要舞台，是在国际竞争中取胜的法宝。

那种人为“现在已进入新的经济时期，制造业已经成为夕阳产业可不予重视”的观点和“非物质经济已成为主导”的提法是完全错误的。

从整体上说，只有“夕阳产品”、“夕阳技术”，而没有“夕阳产业”。

制造业是“永远不落的太阳”。

4、产品生命周期的概念。

产品全生命周期是指一个产品从构思到出生从报废到再生的全过程。

5、中国制造业面临的最主要的问题是什么？试剖析其原因。

有以下三种问题：（1）制造系统的问题。

1）劳动生产率及工业增加值率低；2）我国制造业处于全球产业链的低端；3）技术创新能力十分薄弱。

4）制造业的结构不尽合理。

（2）制造模式的问题.。

1）企业体制的不适应；2）经营理念的不适应；3)生产管理手段的不适应；4)企业组织结构的不适应。

（3）制造技术问题。

1)设计技术；2）制造工艺与装备；3）制造过程自动化。

原因：1、资源和环境的约束；2、缺乏自主知识产权的技术和品牌以及面向全球市场的销售渠道；3、原材料和劳动力价格的上涨，使得中国制造业的成本急剧上升；4、人民币汇率大幅升值，导致外贸出口成本上涨。

第一章绪论1.制造（Manufacturing）: 制造时一种将物料、能源、资金、人力资源、信息等有关资源, 按照社会的需求, 转变为新的、有更高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源的行为和过程。

【运用制造资源（设计方法、工艺、设备和人力等）将材料“转变”为有用的物品的行为和过程】2.制造系统（Manufacturing System）: 制造过程及其所涉及的硬件（涉及人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置）以及有关的软件（涉及制造理论、制造工艺、制造方法和制造信息等）, 组成了一个具有特定功能的有机整体, 称之为制造系统。

【由制造过程及其所涉及的硬件及软件组成的一个具有特定功能的有机整体】3.制造技术（Manufacturing Technology）: 制造技术则是按照人们所需的目的, 运用知识和技能, 运用客观物质工具, 使原材料转变为产品的技术总和。

也可以说是完毕制造活动所需的一切手段的总和。

4.制造业（Manufactury）: 制造业是所有与制造活动有关的实体或公司机构的总称。

5、先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology,AMT）：是传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术与科学管理等多学科先进技术的综合, 并应用于制造工程之中所形成的一个学科体系。

6、先进制造技术分为三个技术群: 主体技术群（涉及面向制造的设计技术群和制造工艺技术群）、支撑技术群、制造基础设施。

第二章先进设计技术1.反求工程: 反求工程技术是消化吸取并改善国内外先进技术的一系列工作方法和技术的总和。

2.反求工程技术的研究对象重要可分为实物、软件、影像三大类。

3、反求工程的过程:反求过程的基本环节: 获取数据、建模方案制定、数据预解决第三章先进制造工艺技术1.特种加工工艺: 特种加工工艺是运用化学、电化学、物理（声、光、热、磁）等方法对材料进行的加工工艺。

2、快速成形工艺：快速成型工艺是直接根据产品CAD的三维实体模型数据, 经计算机解决后, 将三维模型转化为许多平面模型的叠加, 再通过计算机控制, 制造一系列平面模型并加以联结, 形成复杂的三维实体零件。

智能制造系统的设计与优化第一章智能制造系统概述随着科技的发展和人工智能技术的应用，智能制造系统在现代制造业中发挥着重要作用。

本章将介绍智能制造系统的概念、特点以及在制造业中的作用。

智能制造系统是基于信息技术和人工智能技术，通过对生产过程进行自动化、智能化的整合与管理，提高生产效率和产品质量的一种先进的制造模式。

智能制造系统的特点包括高度灵活、可持续发展和数字化生产等。

智能制造系统利用技术手段实现工业过程自动化、智能化、柔性化，提高生产效率，降低成本，增强市场竞争力。

第二章智能制造系统的组成智能制造系统由多个组成部分构成，包括设备控制和监测子系统、物流和供应链管理子系统、生产计划与调度子系统、质量管理子系统以及数据分析与决策支持子系统。

本章将详细介绍每个子系统的功能和作用。

设备控制和监测子系统主要负责设备的控制和监测工作，确保设备的正常运行和生产质量的稳定。

物流和供应链管理子系统负责物料的供应、仓储和物流运输等任务，优化物流流程，提高物流效率。

生产计划与调度子系统通过对生产任务的分析和调度，实现生产过程的合理安排。

质量管理子系统负责对产品质量进行监控和控制，保证产品质量符合标准。

数据分析与决策支持子系统通过对生产数据进行分析和挖掘，提供给管理者决策支持。

第三章智能制造系统的设计智能制造系统的设计需要充分考虑生产任务的不确定性、设备的自动化程度、系统的稳定性和系统的安全性等因素。

本章将分别介绍智能制造系统设计的几个关键问题。

首先，需要进行生产任务的规划和调度，以满足不同的生产需求。

其次，应根据设备的自动化程度，确定设备的控制方式和监测手段。

然后，需要考虑系统的稳定性，采用先进的控制算法和优化方法，提高系统的稳定性和可靠性。

最后，智能制造系统设计还需要考虑系统的安全性，采取相应的安全措施，防止因系统故障引发的安全事故。

第四章智能制造系统的优化智能制造系统的优化是提高生产效率和产品质量的重要手段。

本章将介绍智能制造系统的优化方法和策略。

第三章3-1描述先进制造工艺的发展与特点。

发展：（P59~60）1、制造加工精度不断提高2、切削加工速度迅速提高3、新型工程材料的应用推动了制作工艺的进步和变革4、自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率5、零件毛坯成形在向少无余量发展6、优质清洁表面工程技术的形成和发展特点：（P60）优质、高效、低耗、洁净、灵活3-2有哪几类零件成形方法？列举这些成形方法各自工艺内容。

1、受迫成形，它是利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下的成形方法，如铸造、锻压、粉末冶金和高分子材料注射成形等工艺方法就属于这一类。

2、去除成形，是将一部分材料有序地从基体中分离出去的成形方法，如传统的车、铣、刨、磨切削加工以及电火花、激光切割等特种加工工艺方法。

3、堆积成形，是运用合并与连接等手段，将材料有序地合并堆积起来的成形方法，如快速原型制造、焊接等，这种成形方法又称添加成形。

（P60）3-3阐述所学习掌握的几种精密洁净铸造成形工艺。

1、精确铸造成形技术（1）自硬砂精确砂型铸造（2）高紧实砂型铸造（3）消失模铸造（4）特种铸造技术2、清洁（绿色）铸造技术3、铸造过程计算机模拟（P60~62）3-4阐述所学习掌握的几种精确高效金属塑性成型工艺。

1、精密模锻工艺2、超塑性成形3、精密冲裁工艺（1）光洁冲裁（2）负间隙冲裁（3）带齿圈压板精冲4、辊轧工艺（1）辊轧工艺（2）碾环轧制（P62~66）3-5什么是超塑性？目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的伸长率现象。

目前金属超塑性主要有等温模锻、挤压、气压成形。

真空成形、模压成形等工艺手段获得。

（P63）3-6目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些先进技术？近年来在高分子材料注射成形工艺中出现了许多新的先进技术，如以组合惰性气体为特征的气辅成形、微发泡成形等；以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、折射压制成形、表面贴和成形等；以组合模具移动加热等过程为特征的自切浇口成形、模具化合成形、热流道模具成形等；以组合取向或延伸过程为特征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。

第一章先进制造系统概论1.制造的定义狭义制造又称“小制造”，是指产品的制作过程。

制造是使原材料在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程广义制造又称“大制造”或“现代制造”，是指产品的全生命周期过程。

2. 制造业的内涵制造业是所有与制造有关的企业生产机构的总体。

是对原材料加工或再加工以及对零部件装配工业的总称。

3. 我国制造业的问题1.制造系统问题1）劳动生产率及工业增加值率低2）低水平生产能力严重过剩，高水平生产能力不足3）技术创新能力十分薄弱4）制造业的结构不尽合理2.制造模式问题（1）企业体制的不适应。

（2）经营理念的不适应。

（3）生产管理手段的不适应。

（4）企业组织结构的不适应3.制造技术问题1）设计技术。

我国具有自主知识产权的原创性技术极少；设计基础数据缺乏；用CAD技术开展创造性设计的工作较少。

2）制造工艺与装备。

我国优质、高效、低耗工艺的普及率不足10%；只有较少企业开始采用先进加工技术。

3）制造过程自动化。

我国企业仍处于单机自动化、刚性自动化阶段；采用柔性自动化技术、机器人技术的企业极少。

4. 制造业产品的分类（1）按产品的宏观用途分1) 生活资料2) 生产资料（2）按产品的构成形态分1）离散式产品2）流程式产品3）混合式产品5. 产品市场生命周期是指一个产品从进入市场到退出市场的过程。

⑴投入期⑵成长期⑶成熟期⑷退让期6. 产品全生命周期的概念（1）产品计划（2）产品设计（3）产品生产（4）产品销售（5）产品使用（6）产品报废7. 先进制造系统的定义先进制造系统是在时间、质量、成本、服务和环境诸方面很好地满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好社会效益，达到整体最优的制造系统。

8. 先进制造系统的特点时间第一满意质量分集并存以人为本扁平组织柔性更高模块拼合关注环境9. 制造模式的影响因素社会生产力的水平AMT的应用市场需求的变化社会需求的变化第二章先进制造系统的基本原理10.制造系统的分类1)按生产计划分自主式制造系统订单式制造系统2)按层次结构分单元级制造系统车间级制造系统企业级制造系统全球级制造系统11.单元级制造系统的三运动流及其子系统物料流信息流能量流物质系统信息系统能量系统12.企业级制造系统的四运动流及其子系统物料流信息流资金流劳务流物流系统信息系统财务系统人事系统13.AMS的基本特征转换性分解性集成性动态性进化性随机性开放性复杂性对比系统的特征集合性层次性有界性相关性整体性目的性环境适应性生物性14.AMS的决策因素时间质量服务成本环境15.制造系统的生命周期概念：制造系统的生命周期是从提出建立或改进制造系统开始，到它脱离运行并被新系统代替而结束所经历的时间。

第一章先进制造系统总论制造（manufacturing）有广义与狭义之分。

狭义的制造（小制造）指的是产品的制作过程。

英文的制造解释为通过体力或机器制作产品，特别是适用于大批量（Making of articles by physical labor or machinery,especially on a large scale）。

广义的制造（大制造或现代制造）指的是产品的全生命周期过程。

广义制造包含四个过程：1概念过程（产品设计，工艺设计，生产计划）；2物理过程（加工，装配）；3物质（原材料，毛坯，产品）；4产品报废与再制造过程。

广义制造的三个特点：1全过程2大范围3高技术。

制造，加工与生产辨析。

产品市场生命周期，产品是制造系统的输出。

产品市场生命周期是指一个产品从进入市场到退出市场的全过程，分为四个阶段。

分别为投入期，成长期，成熟期，衰退期。

成长期分为试销期，初步稳定期，失望期，成长后期。

产品全生命周期是指一个产品从构思到出生，从报废到再生的全过程。

也成为产品自然生命周期，分为六个阶段：产品计划，产品设计，产品制造，产品销售，产品使用，产品报销（处理和再制造）。

产品开发包括产品计划，产品设计，产品试制。

产品市场包括产品销售，产品使用，产品报销。

系统的定义：具有特定功能的，有若干仙湖联系的要素组成的一个整体。

系统的特性有：1集合性2层次性3有界性4相关性5整体性6目的性7环境适应性8生物性。

制造系统（Manufacturing System）：由制造过程所涉及的人员，硬件和软件等构成的，通过资源转换以最大生产率而增值的，经历产品全生命周期的一个有机整体。

先进制造系统（Advanced Manufacturing System）：指在时间，质量，成本，服务和环境诸多方面，能够很好地满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好的社会效益，达到整体最优的制造系统。