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先进制造系统论文

理工大学

研究生课程论文/研究报告

课程名称：

先进制造系统

课程代号：

任课教师：

论文题目：

先进制造系统课程总结

完成日期：

2015年11月25日

学科：

姓名：

帆

说明：

所有，需说明出处！

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先进制造系统课程总结

摘要学习《先进制造系统》（AdvancedManufacturingSystem）这门课程，受益良多。

随着各种先进的制造技术、管理技术、信息技术与系统技术的不断应用，制造业针对不同的竞争重点，分别采用不同的竞争策略，从而产生各有所长的先进制造系统模式。

通过学习本学科，加深了对制造业的认识，更一步明确了自己的学习及研究方向。

AMS是指在时间、质量、成本、服务和环境诸方面，通过采用先进制造技术，合理规划企业的产品生产和管理过程，最终能够快速响应市场需求，有效合理的资源利用配置，良好社会效益的制造系统。

关键词工业4.0，制造业，先进制造系统，AMT，工业机器人，机床

正文制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。

没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。

打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。

新中国成立尤其是改革开放以来，我国制造业持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动工业化和现代化进程，显著增强综合国力，支撑我世界大国地位。

然而，与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。

当前，新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重塑。

必须紧紧抓住这一重大历史机遇，按照“四个全面”战略布局要求，实施制造强国战略，加强统筹规划和前瞻部署，力争通过三个十年的努力，到新中国成立一百年时，把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。

《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。

全球制造业格局面临重大调整新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。

各国都在加大科技创新力度，推动三维（3D）打印、移动互联网、云计算、大数据、生物工程、新能源、新材料等领域取得新突破。

基于信息物理系统的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革；网络众包、协同设计、大规模个性化定制、精准供应链管理、全生命周期管理、电子商务等正在重塑产业价值链体系；可穿戴智能产品、智能家电、智能汽车等智能终端产品不断拓展制造业新领域。

我国制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇。

“中国制造2025”战略背景下，工业经济效益上升空间较大。

图1.1中国工业经济效益主要指标走势

全球产业竞争格局正在发生重大调整，我国在新一轮发展中面临巨大挑战。

国际金融危机发生后，发达国家纷纷实施“再工业化”战略，重塑制造业竞争新优势，加速推进新一轮全球贸易投资新格局。

一些发展中国家也在加快谋划和布局，积极参与全球产业再分工，承接产业及资本转移，拓展国际市场空间。

我国制造业面临发达国家和其他发展中国家“双向挤压”的严峻挑战，必须放眼全球，加紧战略部署，着眼建设制造强国，固本培元，化挑战为机遇，抢占制造业新一轮竞争制高点。

自2015年3月两会上克强总理提出“中国制造2025”以来，工业4.0概念利好云集，充分展示了我国工业化和信息化融合的信息。

随着工业经济的转型，工业经济效益的来源也将日趋多样化，工业4.0上升到国家战略层面，伴随着这一政策的实施，将会引发更多的投资机会，带动我国经济全面发展。

在一些传统行业，原材料的成本相对较高，占产品出厂价格的90%，企业利润空间非常低，而随着中国工业4.0时代的到来，使中国工业更趋向于智能化、网络化、数字化，再充分结合物联网及务联网，工业原材料的成本有望下降至30-50%，企业利润空间上升，也必将使得企业加大后续绿色产品的研发投入，由此开启新一轮的科技创新浪潮。

综上，当前中国绿色工业的经济效益在国家战略支持的背景下，依旧有较大的发展空间，绿色创新的工业将逐渐取代传统工业，作为国家经济发展的重要推动力量，迎接国际绿色经济浪潮的考验。

在此背景下，我对《先进制造系统》这门课有了新的认识和更有意义的总结。

先进制造系统（AdvancedManufacturingSystem）是指在时间、质量、成本、服务和环境诸方面，通过采用先进制造技术，合理规划企业的产品生产和管理过程，最终能够快速响应市场需求，有效合理的资源利用配置，良好社会效益的制造系统。

随着各种先进的制造技术、管理技术、信息技术与系统技术的不断应用，制造业针对不同的竞争重点，分别采用不同的竞争策略，从而产生各有所长的先进制造系统模式。

制造系统模式是指制造系统的体制、运作、管理、生产和技术形态等等，比较典型的如柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem简称FMS）；计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem简称CIMS）；并行工程（ConcurrentEngineering简称CE）；精益生产（LeanManufacturing简称LM）；智能制造系统（IntelligentManufacturingSystem简称IMS）；敏捷制造（AgileManufacturing简称AM）；虚拟企业（VirtualEnterprise简称VE）；快速成型制造（RapidPrototypeManufacturing简称RPM）；全能制造系统（HolonomicManufacturingSystem简称HMS）；虚拟制造系统（VirtualManufacturingSystem简称VMS）；网络化制造系统（NetworkedManufacturingSystem简称NMS）绿色制造系统；（GreenManufacturingSystem简称GMS）；生物制造系统（BionicManufacturingSystem简称BMS）等。

以先进制造模式为依托，综合利用各种先进制造技术进行生产活动的先进制造系统，必然有着传统制造系统无可比拟的优势。

其所体现的数字化、柔性化、敏捷化、客户化、网络化与全球化等等，都是在响应市场客观的需求，促进人类社会的进步。

先进制造系统的特征：

（1）先进性先进制造系统综合了现代信息技术、制造技术和管理技术，帮助企业整体进行调整优化，进行有效的市场竞争。

因此，先进制造系统具有明显优于传统生产系统的先进性。

（2）集成性集成性是先进制造系统特色之一。

集成性类似于相关性，即通过有效调节先进制造系统部各环节之间的关系提高整个系统的运作效率。

先进制造系统的本质特征就在于高度的集成性。

不同的制造系统对集成的容、层次和深度都有不同的要求，如横向集成和纵向集成，实施的时候有着不同的条件要求和难度，最终的效果也不一样，但其思想本质是一样的。

先进制造系统的集成特性是一种多点、多面、多角度的集成，集成原理以及集成需要用的先进技术都有其动力根源，因此对于集成的本质的理解要有科学的指导。

（3）敏捷性在激烈的市场竞争中，谁能够最先生产出市场需求的产品，谁就能占据市场的优势，获得丰厚的利润。

因此，先进制造系统的一个重要特性就是其敏捷性。

各种先进制造模式都具有相应的敏捷性，如精益生产和并行工程是从制造过程的优化来缩短产品制造周期；敏捷制造则是通过快速构建的动态联盟，从而实现跨企业的优化利用资源，快速响应市场；虚拟制造模式借助于计算机模拟技术，减少设计环节和制造的返工，加快产品的上市周期；计算机辅助后勤支援系统（CALS）从后勤供应上减少不必要的时间和信息浪费。

（4）开放性先进制造系统本身一直处于不断的更新之中，当代先进的管理技术和先进的制造技术都在不断对其进行补充。

随着先进管理技术和先进制作技术的发展，先进制造系统必然不断的接收新的先进的制造技术，剔除旧的落后的，从而实现先进制造系统的先进性。

这种动态的发展过程必然要求先进制造系统处于高度开放的状态，通过不断的能量交换，实现永恒的提高。

表2-2将传统制造系统和先进制造系统进行了比较，从中可以看出先进制造系统的先进性。

先进制造技术（AdvancedManufacturingTecnology，AMT）最早源于20世纪80年代的美国，当时根据美国制造业面临的挑战和机遇，需要对当时面临的问题进行检讨和反思，同时为了保证国家制造产业的强有力的竞争优势以及推动国家经济的发展，从而制订了“先进制造技术（AMT）计划”和“制造技术中心（MTC）计划”，随后许多国家也纷纷响应，制订了一系列符合国家制造业发展的计划。

目前比较通用的定义是：

传统制造技术通过吸收信息技术、自动化技术、计算机技术以及先进的管理技术，从而应用于企业产品生产的整个生命周期，包括产品的研发、生产、销售、管理等等，最终企业获得显著社会经济效益和竞争优势美国联邦科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）下属的工业和技术委员会对先进制造技术的涵义做出了科学的说明。

先进制造技术由三方面支撑：

包含设计技术和制造工艺技术的主体技术群、以计算机信息技术为核心的支撑技术群、包括企业新型组织、信息系统、市场营销、工作人员聘用、质量管理、全局监督、技术获取等制造基础设施。

先进制造技术是高新技术的载体，各个国家全部予以高度关注。

它具有8个方面的特色和发展趋势：

（1）数字化是发展的核心。

数字化是制造技术、计算机技术、电子信息技术和管理技术有机融合的结合体，是制造系统发展的必然趋势。

（2）精密化是发展的关键。

精密化包括两方面的容，一是产品本身的精度，二是产品加工的精度。

精密加工制造不仅需要机床的精度、稳定性以及刀具、夹具的精度来保证，同样需要精密量具量仪来校准、测量。

（3）极端化是发展的焦点。

极端化是指极端条件，大致可以分为2类，一是产品加工条件的极端化，如高温、高压、低温、强辐射等条件；二是产品自身要求的极端化，如微电子芯片正在向极小化发展，光纤传感器能够极大提高高温系统稳定性等。

（4）自动化是发展的条件。

自动化的概念随着社会的进步，也是在不断的更新着。

起初自动化是减轻人力劳动、提高生产效率的技术手段。

（5）集成化是发展的方法。

集成就是要把多种东西融合在一起，先进制造技术正是现代信息技术、现代管理技术和现代生产技术的集成，如集成化管理、集成化生产。

（6）网络化是发展的道路。

网络化是先进制造技术发展的必经之路，先进制造技术网络化既是企业进行组织变革的需要，也是发展生产技术的客观要求。

（7）智能化是发展的前景。

智能化是自动化未来发展的方向，随着自动化的不断进步完善，制造系统也将由能量驱动变为智能驱动，智能化要求系统能够针对外部环境的变化做出正确的反应。

（8）绿色化是发展的必然。

环境问题一直是制约全球经济发展的三大问题之一，环境的急剧恶化将对人类的生存和发展产生严重威胁。

从环保的角度，人类社会的发展必须达到人与自然的和谐共处。

企业应将绿色制造纳入战略决策围来考虑，绿色制造要求企业对环境负责，企业从设计产品、生产产品，到最后销售或者处理产品，在产品的整个生命周期对环境的负面影响尽可能的小，同时企业实施绿色制造，可以有效利用资源，也降低了因污染环境导致企业损失的风险，达到经济效益和社会效益的双重优化。

加工装备——机床的发展方向。

1、机床的发展方向-高速机床。

高速切削加工特点有：

1.加工效率高2.切削力小3.减少热变形4.加工表面完整性好。

那么实现高速机床实现方式：

实现高速主运动-零传动的高速电主轴；实现高速进给系统（主要方式：

并联机构；零传动的直线电机、力矩电机；高速滚珠丝杠副；高速导轨副）；高速CNC控制系统。

2、机床的发展方向-并联、混联原理机床。

联原理机床，优点是作业空间大；机床运动算法简单。

缺点是各轴的运动误差累加；悬臂结构刚度弱；运动质量大，进给速度不能太高。

完全并联原理机床，优点是运动件质量小，速度快；比刚度高；运动误差不累加。

缺点是作业空间小，特别是回转围小；运动算法复杂。

混联原理机床，将串联和并联原理结合起来兼具二者优点，是非常具有实用价值的新型数控机床，因此各国竟相进行研究和开发。

例如美国开发的五轴混联原理数控铣床（三轴并联和二轴串联），德国阿亨工业大学开发的三轴加工中心（二轴并联，一轴串联）等各种类型的混联原理数控机床。

3、机床的发展方向-高精密机床。

加工精度不断提高。

普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。

微细切削和磨削加工精度可稳定达0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。

采用光、电、化学等能源的特种加工可达到纳米级（0.001μm）的加工精度。

4、机床的发展方向-复合化。

能在一次装夹情况下，完成工件的大部甚至全部工序。

使加工过程集约化，可减小工件的安装定位次数，从而可减小其安装定位误差提高加工精度（质量）。

减少工序装卸辅助时间和物流时间，提高生产效率，（成本、周期）。

减少了夹具及物流装备，降低成本及准备时间（成本、周期）。

使物流系统缩短，从而可以大大减少加工系统的物流装备数目及占地面积。

5、机床的发展方向-系统适应型机床。

与系统集成-系统适应性—系统适应型机床。

近三十年来,先进制造技术大体经历了四个发展阶段:

（1）以数控机床、加工中心和工业机器人为代表的柔性制造单元（CAM）。

（60一70年代）

（2）以柔性制造单元加自动或半自动物流输送组合而成的柔性制造系统（FMS）,仍以分步式生产过程控制为特点。

（70一80年代）

（3）信息、工艺、物流、计算机集成控制为特点的集成阶段（CIMS）。

（80一90年代）

（4）以设计智能化、单元加工过程智能化和系统整体管理智能化为特征的智能集成制造系统阶段。

在发达国家,第一、第二阶段技术已经成熟并实现了产业化,第四阶段尚在研究探索中,计算机集成制造系统（CIMS）处于开发完善阶段,是目前应用的重点。

先进制造的一个重要发展趋势是工艺设计从经验判断走向定量分析，其方法就是将数值模拟技术与物理模拟和人工智能技术相结合，确定工艺参数，优化工艺方案，预测加工质量，使生产过程从“理论-实验-生产”转变为“理论-计算机模拟-生产”。

随着人工智能技术、计算机视觉技术、数字化信息处理技术、机器人技术的溶入，促使制造技术向着工艺高效化，控制数字化、智能化以及生产过程机器人化方向发展。

在市场全球化，竞争全球化的今天，消费者对产品的性能和质量要求更为挑剔、更具多样性，产品的寿命周期更短。

在要求对市场需求做出快速响应的背景下，先进制造应运而生是有其客观基础的。

先进制造技术是在新的市场环境下，增强企业市场竞争力、促进国家经济繁荣、提高国家综合实力的手段。

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