先进制造技术与系统管理技术概论
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先进制造技术综述1 概述:先进制造技术是指自动化技术、微电子技术、信息技术等先进技术给传统的制造技术带来的各种变化。
具体地来说,就是指集合了电子技术、自动化技术、机械工程技术、信息技术等多种先进技术为一体的设备、技术和系统的总称。
其内容包括:集成制造系统、计算机辅助设计系统以及计算机辅助制造系统等。
先进制造技术是制造业企业在市场经济中取得竞争优势的必要条件之一,它的优势是能充分发挥组织管理的技术威力,能够将管理、技术和人力资源的有机协调和融合。
2 先进制造技术特点:(1)先进制造技术的发展过程并非是一成不变的,这是一个动态的过程,通过不断吸取各种高新技术成果,并将之渗透到产品的设计、制造,产品的生产管理以及市场营销领域之中,并实现优质低耗、清洁、优质、高效的生产。
(2)先进制造技术是新世纪形成的技术系统,它的产生为了提高制造业的综合效益,赢得国际市场的竞争中优势。
(3)先进制造技术并不仅限于制造过程的本身,它还涉及到了产品从市场调研、产品的设计、工艺的设计、加工制造以及售后服务等的所有内容。
(4)先进制造技术特别强调了信息技术、计算机技术和现代系统管理技术,在产品的设计、制造和生产管理等方面的应用。
(5)先进制造技术强调了各专业学科之间的相互渗透、相互融合和淡化,并最终消除彼此之间的界限。
(6)先进制造技术特别强调了环境保护,并要求其产品是所谓的“绿色”产品,要求其生产过程是绿色环保型的。
3 先进制造技术的发展历程3.1 先进制造技术的形成制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱[1],它创造了国民生产总值的1/3,工业生产总值的4/5,提供了国家财政收入的1/3。
由此可见,制造技术水平的高低将对一个国家的经济实力和科技发展产生重要的影响。
制造技术将会主宰一个国家的命运,因而,各国政府都极为重视先进制造技术的研究和发展。
先进制造技术起源于20世纪80年代的美国,它的提出为提高制造业的竞争力,促进国家经济的增长。
先进生产模式之智能制造一、先进制造技术的提出背景先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology, AMT)首先是由美国于22世纪80年代末提出的。
以前,美国政府只对基础研究,卫生健康、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,有企业自主发展。
其结果导致了美国在经济上竞争力下降,贸易逆差剧增,日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。
20世纪80年代,美国政府开始认识到问题的严重性,于1988年开始投资进行大规模“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和制造技术中心计划。
1992年克林顿政府上台后,又提出先进制造技术为国家关键技术,在1994年财政年度预算中拨款14亿美元支持先进制造技术。
“先进制造技术”这个名词一经提出,立即获得欧洲各国、日本及亚洲新兴工业化国家的响应。
例如:日本与1995年1月正式启动为期19年,总投资40亿美元的智能制造系统。
先进制造技术是为了适应时代要求提高竞争能力,对制造技术不断优化及推陈出新而形成的。
它是一个相对的、动态的概念。
二,先进制造技术的内涵和特点先进制造技术是在传统制造技术的基础上不断地吸收机械、电子、信息、材料、能源、以及现代管理技术的成果,将其综合应用于产品设计、加工装配、检验测试、经营管理、售后服务乃至回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。
先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁生产的基础制造技术,其目的是满足用户个体化、多样化的市场需求,提高制造业的综合经济效益,赢得激烈的市场竞争。
为此,先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合,重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。
与传统的制造技术比较,先进制造技术具有以下的特征。
(1)系统性由于计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术和先进管理的技术的引入,并与传统技术的结合,使先进制造技术成为一个能驾驭生产过程中的物质流、信息流和能量流的系统工程;而传统制造技术一般只能驾驭成产过程中的物质流和能量流。
第一章概述1、先进制造技术的特点:先进性、广泛性、实用性、集成性、系统性、动态性。
2、先进制造技术分为三个技术群:主体技术群、支撑技术群、制造技术环境。
3、主体技术:面向制造的设计技术群(1)产品、工艺设计(2)快速成形技术(3)并行工程制造工艺技术群:(1)材料生产工艺(2)加工工艺(3)连接与装配(4)测试和检测(5)环保技术(6)维修技术(7)其他支撑技术:(1)信息技术(2)标准和框架(3)机床和工具技术(4)传感器和控制技术4、先进制造技术研究的四大领域:(1)现代设计技术(2)先进制造工艺技术(3)制造自动化技术(4)系统管理技术4、美国的先进制造技术发展概况 P10美国先进制造技术发展概况:美国政府在 20 世纪 90 年代初提出了一系列制造业的振兴计划,其中包括“先进制造技术计划”和“制造技术中心计划”。
先进制造技术计划美国的发展目标:1、为美国人创造更过高技术、高工资的就业机会,促进美国经济增长。
2、不断提高能源效益,减少污染,创造更加清洁的环境。
3、使美国的私人制造业在世界市场上更具有竞争力,保持美国的竞争地位。
4、使教育系统对每位学生进行更有挑战性的教育。
5、鼓励科技界把确保国家安全以及提高全民生活质量作为核心目标三个重点领域的研究:1、成为下一代的“智能”制造系统2、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具3、基础设施建设第二章柔性制造系统(FMS)技术1、柔性制造系统(FMS)的特点:(1)主要特点:柔性和自动化(2)设备利用率高,占地面积小(3)减少直接劳动工人数(4)产品质量高而稳定(5)减少在制品库存量(6)投资高、风险大,开发周期长,管理水平要求高2、FMS与传统的单一品种自动生产线(即刚性自动生产线,其物流设备和加工工艺是相对固定的,只能加工一个零件,或加工几个相互类似的零件)缺点:改变加工产品的品种,刚性自动线做较大改动,投资和时间方面耗资大,难以男足市场要求。
1 / 190 先进制造技术与系统 前 言 ........................................................................................................................ 1 第一章 先进制造技术概述 ...................................................................................... 2 第一节 制造技术的基本概念与发展概况 ........................................................ 2 第二节 面向知识经济的制造业 ........................................................................ 7 第三节 21世纪制造业的主要特点 ................................................................. 12 第四节 21世纪对制造业的挑战 ..................................................................... 14 第五节 先进制造技术的基本内容与体系结构 .............................................. 16 第六节 先进制造技术的发展趋势 .................................................................. 22 第三章 先进制造系统工程设计技术 ...................................................................... 74 第一节 并行工程 .............................................................................................. 74 第二节 面向“X”的设计( Design for X ) .................................................. 88 第三节 反求工程技术(Revese Engineering) ................................................... 94 第四章 制造自动化技术 .......................................................................................... 98 第一节 计算机辅助制造(CAM) ...................................................................... 99 第二节 数控编程技术 .................................................................................... 101 第三节 CAPP技术——计算机辅助工艺过程设计 ..................................... 107 第四节 CAD/CAPP/CAM集成技术 ............................................................. 116 第五节 柔 性 制 造 系 统 .......................................................................... 129 第六节 计算机集成制造系统 ........................................................................ 138 第五章 先进制造系统管理技术 ............................................................................ 151 第一节 概 述 ................................................................................................ 151 第二节 成组技术(Group Technology) ...................................................... 153 第三节 准时生产(JIT)管理方式 .................................................................... 162 第四节 精益生产 ............................................................................................ 172 第五节 敏捷制造 ............................................................................................ 181
前 言 本课程将带领你到一个神奇的领域中去游览。这个领域与你的关系是如此之密切,以致于你每时每刻都在与它打交道。你目之所及、身之所用多是这一领域的劳动成果 可是,对于这一领域,你可能又知之甚少,感到十分陌生。在新的世纪即将来临的今天,对于这一领域的突飞猛进的发展,对它所创造的令人惊异的奇迹与辉煌,你应该有所了解。 这个领域就是制造领域。本课程将向您讲述当代先进制造技术的各方面知识,2 / 190
这些内容,将会令你惊叹,让你着迷,鼓励你开拓新的知识疆界,帮助你提高适应新世纪的能力。 制造业创造了人类的物质文明,而今天的先进制造技术又是人类物质文明所创造的最伟大的奇迹之一。
第一章 先进制造技术概述 先进制造技术(Advance Manufacturing Technology,AMT)定义: 是传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术与管理科学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。
第一节 制造技术的基本概念与发展概况
制造业的主要任务----制造人类社会在生产和生活中所需的一切产品。即: 一方面创造价值,产生物质财富和新的知识。 另一方面为国民经济各个部门,包括国防和科学技术的进步和发展提供先进的手段和装备。 据估计,工业化国家约70%-80%的物质财富来自制造业,因此,很多国家特别是美国把制定制造业发展战略列为重中之重,原因是 ①世界经济发展的趋势表明,制造业是一个国家经济发展的基石,也是增强国家竞争力的基础; ②制造业是解决就业矛盾的一个重要领域,也是21世纪提高一个国家整体就业水平的重要基础; ③制造业不仅是高新技术的载体,而且也是高新技术发展的动力。
一、制造系统与制造技术 “制造”定义:(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)。 制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量3 / 190
保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。 ——国际生产工程学会1990年 制造系统(Manufacturing Systern)定义: 制造系统是制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)和制造信息等组成的一个具有特定功能的有机整体。 制造技术(Manufacturing Technology)定义:制造技术是按照人们所需的目的,运用知识和技能,利用客观物质工具,使原材料转变为产品的技术总称。 先进制造技术的提出和发展只是近20年间的事情。 二、传统制造业及其技术的发展 制造技术发展,从蒸汽机出现到今天,经历三个发展阶段: 1.用机器代替手工,从作坊形成工厂 •在19世纪及20世纪初,各种金属切削加工工艺方法陆续形成,近代制造技术已成体系。 •机器(包括汽车)的生产方式是作坊式的单件生产。它产生于英国,先后传到法国、德国和美国,并在美国首先形成了小型的机械工厂,使这些国家的经济得到了发展,国力大大增强。 2.从单件生产方式发展成大量生产方式 推动这种根本变革的是两位美国人: 泰勒和福特。 泰勒首先提出以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理,成为制造工程科学的奠基人。 福特首先推行所在零件都按照一定的公差要求来加工(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,它对社会结构、劳动分工、教育制度和经济发展,都产生了重大的作用。204 / 190
世纪50年代发展到了顶峰,产生了工业技术的革命和创新,传统制造业及其大工业体系也随之建立和逐渐成熟。近代传统制造工业技术体系的形成,其特点是以机械一电力技术为核心的各类技术相互联结和依存的制造工业技术体系。 3.柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术 20世纪80年代以来所产生的现代制造技术沿着4个方向发展; 传统制造技术的革新、拓展; 精密工程; 非传统加工方法; 制造系统的柔性化、集成化、智能化和网络化。 传统制造业的生产和技术的特点: (1)单件小作坊式生产加高度的个人制造技巧,大量的机械化刚性规模生产加一体化的组织生产模式,再加细化的专业分工。 (2)制造技术的界限分明及其专业的相互独立。 (3)制造技术一般仅指加工制造的工艺方法,即制造全过程中某一段环节的技术方法。 (4)制造技术一般只能控制生产过程中的物质流和能量流(原材料到产品的物质流运过程,能量的投入、转换和消耗过程)。 (5)制造技术与制造生产管理的分离。三、现代制造及其技术的发展 新技术的发展和传统技术的革新、发展及完善: 新兴材料技术(新冶炼技术、新合金材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等); 新切削加工技术(数控机床、新刀具、超高速和精密加工); 大型发电和传输技术; 核能技术; 微电子技术(集成电路、计算机、电视、广播和雷达);