先进制造系统 教学课件 ppt 作者 戴庆辉主编.pptx

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欢迎使用,21世纪工业工程专业规划教材,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,先进制造系统,先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材先进制造系统AdvancedManufacturingSystem华北电力大学戴庆辉主编机械工业出版社,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材先进制造系统,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,主编戴庆辉副主编张新敏王卫平参编张文建杜必强叶锋慈铁军主审张根保,周宏明胡开顺付培红,先进制造系统,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,第1章提要,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,本章介绍了制造与制造业的基本概念；分析了世界制造业的发展和我国制造业的现状；给出了产品生命周期的两种概念；论述了先进制造系统、先进制造模式与先进制造技术的概念及特点；给出了制造工程的学科体系。

本章为全书内容了提供基础知识。

AMSAdvancedManufacturingSystem先进制造系统,第1章先进制造系统总论,制造与制造业的概念制造业的发展与作用我国制造业的现状产品生命周期先进制造系统的概念先进制造模式的概念先进制造技术的概念制造工程学科案例：

全球制造业向中国转移,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1制造与制造业的概念,制造的内涵制造、加工与生产辨析制造业的内涵及构成,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.1制造的内涵,制造的原意狭义制造与广义制造现代制造的特点,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.1制造的内涵,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.制造的原意制造的英文为manufacture，或manufacturing。

该词起源于拉丁文词根manu（手）和facere（做）。

这说明几百年来人们把制造理解为用手来做。

随着社会进步和制造活动的发展制造的概念不断进化。

1.1.1制造的内涵,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,2.狭义制造与广义制造狭义制造指产品的制作过程。

即，产品的机械工艺过程或机械加工过程。

定义1制造是使原材料（采掘业的产品和农产品）在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程。

广义制造指产品的整个生命周期过程。

定义2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）,1.1.1制造的内涵,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,2.狭义与广义

（2）广义制造国际生产工程学会1990年:

Manufacturingisseriesofinterrelatedactivitiesandoperationsinvolvingthedesign，materialsselection，planning，production，qualityassurance，managementandmarketingoftheproductsofthemanufacturingindustries.,1.1.1制造的内涵,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,3.现代制造的特点3个全过程：

产品全生命周期的设计、制造和管理。

大范围：

光机电产品、工业流程、材料制备等。

高技术：

与高新技术是相互包含的关系。

制造本质：

是一种将原有资源（如物料、能量、资金、人员、信息等）按照社会需求转变为有更高实用价值的新资源（如有形的产品和无形的软件、服务）的过程。

本课讨论：

获得有形的、可拆卸或再装配产品的制造。

1.1.2制造、加工与生产辨析,制造与加工辨析制造与生产辨析,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.2制造、加工与生产辨析,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.制造与加工辨析制造（Manufacturing）原意用人工或机器使原材料成为可供使用的物品。

现指产品的全生命周期过程的的全部活动和过程。

加工（Machining）加工是把原材料变换成产品的直接物理过程。

它通过改变原材料（或毛坯，或半成品）的形状、性质或表面状态，来达到设计所规定的技术要求。

1.1.2制造、加工与生产辨析,（3）制造与加工的比较狭义制造=加工+装配。

广义制造包含了物理过程（加工、装配等）、概念过程（设计、计划等）以及原材料和产品的转移过程。

加工与装配是并列的。

加工系统是制造系统中的一个主要的子系统。

“制造”、“加工”两术语常混淆不清。

人们只好根据特定的场合去判断“制造”术语的含义。

例“柔性制造系统”，其实称之为“柔性加工系统”或“柔性装配系统”更为合适。

既已习惯，顺其自然。

1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.2制造、加工与生产辨析,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,2.制造与生产辨析

（1）生产（Production）原意是人们使用工具来创造各种生产资料和生活资料的活动。

现指把各种生产要素的输入转变为产品（包括软件和服务等）的输出过程。

生产过程包括四个要素：

生产对象；生产劳动；生产资料；生产信息。

1.1.2制造、加工与生产辨析,

（2）制造与生产的比较中英译文含混，manufacture可译为“制造”或“生产”1）从词义描述的过程来看，根据前述国际生产工程学会的定义，制造包含了生产。

制造系统的基本活动是供应、生产、销售，且以销售为目标，以生产为主线，以供应为保证。

生产过程是制造过程中的一个基本活动。

生产系统是制造系统中的一个子系统。

但是，当采用狭义制造的概念时，制造系统是生产系统的一个组成部分，制造系统是一个生产单元，这里的制造实际上是指加工与装配。

1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.2制造、加工与生产辨析,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,

（2）制造与生产的比较2）从词语使用的范围来看，制造是工程学中的一个常用术语。

生产是经济学中的一个常用术语。

生产是指以一定生产关系联系起来的人们利用劳动工具改变生产对象以满足需求的过程。

工业工程作为交叉学科，从系统的角度来看，制造系统是生产系统的典型代表；生产系统包括制造系统。

制造系统对应于制造企业而言；生产系统则相对应于所有企业，包括制造业和服务业。

因此，生产系统在使用范围上比制造系统大。

1.1.2制造、加工与生产辨析,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,制造与生产的区别是：

制造一般仅指有形产出，即实物产品的生产，较多地被用于工程技术领域；生产通常包含有形和无形两种产出，更多地被用于经济管理领域。

一般不能笼统地说“制造”比“生产”大或小，需根据使用的场合去判断其含义。

本课：

制造包含生产。

1.1.3制造业的内涵及构成,制造业的内涵制造业的构成,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.3制造业的内涵及构成,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,制造业的内涵产业由能生产和提供产品与服务的企业和组织组成。

经济构成划分为第一产业指开采自然资源的产业，农林渔牧矿油。

第二产业是工业，是指开采资源并对其加工的产业。

第三产业又称服务业。

包括农业服务、地质勘探、水利管理、交通运输和仓储、批发和零售、餐饮业、房地产、科研、文化教育、卫生、体育、旅游、传媒、娱乐、金融、政府、旅馆、保险和法律等。

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分类：

消费品+资本品（即装备）；轻型+重型；民用+军工；传统+现代,1.1.3制造业的内涵及构成,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,2.制造业的构成行业：

产品品种和服务类型相似的产业部门。

有时一个企业也可能分属不同的行业。

制造业按行业分：

机械制造、材料制造、食品制造、化工制造、石油产品制造、冶金产品制造、军工产品制造、电子产品制造、信息产品制造和民用消费品制造等。

我国制造业的构成：

图1-1，图1-2。

1.1.3制造业的内涵及构成,制造业79.68%,采掘业9.98%,电力蒸汽热水生产和供应业9.59%,自来水的生产和供应业0.59%,煤气的生产和供应业0.16%,图1-12002年全国工业构成（按全部国有及规模以上非国有工业企业的工业增加值分析）,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.3制造业的内涵及构成,制造业35.8%,第一产业14.5%,建筑业6.9%,其他工业9.1%,第三产业33.7%,图1-22002年我国第一、二、三产业分布,第二产业51.8%,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.3制造业的内涵及构成,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,据统计，工业化国家中约有1/4的人口从事各种形式的制造活动，非制造业部门中约有半数人的工作性质与制造业密切相关。

2002年我国制造业有28个行业（表1-1）。

可以将这些行业归为三类：

轻工纺织制造业；资源（包括原材料和能源）加工工业；机械电子制造业。

在我国它们分别占整个制造业的30.54%，33.48%，35.98%。

1.1.3制造业的内涵及构成,表1-1我国制造业的28个行业,序号轻工纺织制造业的行业名称食品加工业食品制造业饮料制造业烟草加工业纺织业服装及其他纤维制品制造业皮革、毛皮、羽绒及其制品业木材加工及竹藤、棕、草制品业家具制造业造纸及纸制品业印刷业、记录媒介的复制文体教育用品制造业,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.3制造业的内涵及构成,续表1-1我国制造业的28个行业序号资源加工工业的行业名称石油加工及炼焦业化学原料及化学制品业医药制造业化学纤维制造业橡胶制品业塑料制品业非金属矿物制造业黑色金属冶炼及压延加工业有色金属冶炼及压延加工业,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.3制造业的内涵及构成,续表1-1我国制造业的28个行业序号机械电子制造业的行业名称金属制品业普通机械制造业专用设备制造业交通运输设备业电气机械及器材制造业电子及通信设备制造业仪器仪表及文化办公用机械制造业,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.1.3制造业的内涵及构成,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,制造企业分为两大类：

物质企业：

把原材料和可重复利用的毛坯件转变成分立的半成品和最终物件的企业。

物质企业所用的制造系统一般被组织在供应链网络之中，许多以供应商的身份出现于市场。

产品企业：

把分立的半成品和物件转变或装配成整机产品的企业。

产品企业要求有众多的物质企业支持，在供应链网络支持下完成最终产品的制造与装配。

这类企业的制造系统主要是某些关键部件（如汽车发动机、车体等）的制造和总装系统。

1.1END,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2制造业的发展与作用,制造业的发展世界制造中心的三次转移制造业的作用,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2.1制造业的发展,从世界范围来看，制造业的发展可以分为3个时代：

1.古代制造业的发展2.近代制造业的发展3.现代制造业的发展4.制造业在社会历史中的发展特征,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2.1制造业的发展,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.古代制造业的发展没有清楚分明的制造业，也没有较系统的制造业发展史料。

恩格斯：

直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。

人类最初制造的工具是石刀、石斧和石锤。

约600万年前人与猿分离，是由于人学会了双足行走和用手制造并使用工具。

随着狩猎和采集技术的改进，出现了有组织的石料开采和加工，形成了原始制造业。

1万年前新石器时代，人类从采集和狩猎转向耕作和畜牧。

5000年前铁器时代，为了满足以农业经济的需要，制造以手工作坊的形式出现，主要是利用人力进行纺织、冶炼、铸造各种农耕器具等原始制造活动。

总之，原始的工具制造是人类社会制造业的最早萌芽。

1.2.1制造业的发展,图1-3弓形钻图1-4弓弦钻床图1-5弓弦车床图1-3弓形钻是公元前3000年以前（史前期）的重要工具。

它由燧石钻头、钻杆、窝座和弓弦等组成。

可用来钻孔、扩孔和取火。

弓形钻后来又发展成为弓弦钻床（图1-4）和弓弦车床（图1-5）。

1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2.1制造业的发展,公元953年我国已能铸造重达40吨的特大型铸件，如图1-6所示,河北沧州铁狮子，长5.3米，高5.4米，宽3米多。

图1-6,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,沧州铁狮子（公元953年）,1.2.1制造业的发展,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,2.近代制造业的发展18世纪蒸汽机提供了动力，初步形成了传统大机器制造业。

19世纪发明新型冶炼技术、内燃机技术、电气技术。

20世纪前半叶兵器和汽车的大量生产方式，以流水线为典型，显著提高了生产效率，创造了制造业的辉煌。

2030年代制造系统是机群式生产线，按工序特征组织生产。

4050年代制造系统以能量驱动型的刚性生产线为代表，其特点是高生产率、刚性结构，难适应品种变化。

市场需求、科技和生产力发展水平，决定了近代制造业的发展重点是以机床、工艺、刀具和检测为主体的机械制造技术。

1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2.1制造业的发展,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,3.现代制造业的发展二战后市场需求模式发生重大变化，制造系统必随之变化。

1948年数字计算机融入制造领域。

1952年美国推出了数控机床。

世界迈进了数字化制造。

60年代是计算机技术和制造技术扩大融合的年代。

70年代自动化技术等为小批量生产方式提供了技术支持。

80年代基于计算机技术发展了各种先进的单元制造技术。

90年代计算机和网络技术加速与制造技术融合，数字化制造日益成为主流制造技术。

这50年里制造业的发展成就主要集中于数字化、信息化、系统化和科学化等领域。

1.2.1制造业的发展,图1-8我国引进的首条柔性制造系统（1985年）,图1-8和图1-9是我国1985年引进的第一条柔性制造系统，可加工直流伺服电动机的4大类（轴、盘、壳、架）14种零件。

1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2.1制造业的发展,图1-9柔性制造系统中的两台加工中心,图1-8和图1-9是我国1985年引进的第一条柔性制造系统，可加工直流伺服电动机的4大类（轴、盘、壳、架）14种零件。

1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2.1制造业的发展,农业化工业化信息化图1-10社会历史发展走向,？

农业社会,原始社会,工业社会,信息社会,未来社会,4.制造业在社会历史中的发展特征人类历史已经走过了原始社会、农业社会、工业社会等大的社会阶段，正在迈向信息社会的新阶段，图1-10。

纵观历史，制造业经历了工具化、机械化、电气化、自动化、信息化、知识化。

“化”是指性质或状态的根本转变。

历史发展的走向,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.2.1制造业的发展,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,农业社会阶段及以前时期，制造活动是采用简单工具的手工制作，制造对象主要是地表层的天然物质资源。

工具化从原始经济到农业经济节省了人的体力。

工业社会阶段，制造活动是采用复杂机器作为工具的机器制造，制造对象主要是地下石油和其他矿产资源。

机械化由机械动力取代或放大了人的体力。

电气化利用电力减轻体力并提高效率。

自动化通过自动控制设备节省体力和脑力。

信息社会阶段，制造活动出现了智能机器，制造对象已拓展到纳米制造、生物制造、信息和知识等无形资源。

信息化增加时效，减少错误，使人与环境和谐发展。

知识化是指从工业经济全面转变到知识经济。

1.2.2世界制造中心的三次转移,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,世界制造中心的产生17601850年，英国世界制造中心的第一次转移18511900年，德国世界制造中心的第二次转移18791930年，美国世界制造中心的第三次转移20世纪70年代中后期，日本世界制造中心三次转移的分析,1.2.2世界制造中心的三次转移,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,5）世界制造中心三次转移的分析随着技术革命和经济全球化进程的加快，世界制造中心转移呈现加速的趋势。

英国保持约70年，德国50年，美国40年，日本20年。

世界制造中心转移并不总伴随世界科技中心的转移。

要保持世界制造强国的地位，首先要保持世界制造业科学技术的领先地位，否则世界制造中心的地位很难保住。

日本世界制造中心的转移使一些国家经济实现了跨越式发展，美国用47年的时间人均GDP翻了一番，德国为43年，日本为34年，并都发展成为世界经济强国。

1.2.2制造业的作用,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,制造业对人类文明发展有极为重要影响制造业是创造社会财富的支柱产业制造业是发展高新技术的载体和动力,1.2.2制造业的作用,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,制造业是“永远不落的太阳”，是现代文明的支柱之一，是工业的主体，是国民经济持续发展的基础，是技术进步的主要舞台，是工业化、现代化建设的动力源，是在国际竞争中取胜的法宝，是国防安全的保障。

1.2END,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.3我国制造业的现状,我国制造业的成就我国制造业的问题1.3.2我国制造业的目标,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.3.1我国制造业的成就,我国制造业已成为国家的命脉我国已跻身世界制造大国行列,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.3.1我国制造业的成就,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.我国制造业已成为国家的命脉制造业是我国国民经济的产业主体和物质基础2001年制造业增加值占工业生产总值的77.61%。

制造业是带动我国经济高速增长的发动机19521998年制造业增长率比国民生产总值增长率高出约38个百分点。

制造业是我国吸纳劳动就业的重要市场2001年制造业从业人员占全国工业从业人员的90.13%。

制造业是我国扩大出口的关键产业2001年制造业出口创汇占全国外贸出口总额的89.78%。

1.3.1我国制造业的成就,我国已跻身世界制造大国行列我国制造业已具有世界制造大国的规模和水平。

我国制造业已为全球制造和供应基地奠定了坚实的基础。

许多经济学家预测我国将成为继英美日之后的“世界工厂”。

其显著标志体现为：

提供重大装备能力不断提高制造业总体规模已居世界第四位各具特色的装备制造业集中地逐渐形成,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.3.1我国制造业的成就,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1）提供重大装备能力不断提高葛洲坝枢纽工程170兆瓦、转轮直径11.3米轴流式水电机组；300兆瓦秦山核电机组；华能沁北600兆瓦超临界火电机组；500千伏交流输变电成套设备；宝钢三期工程250吨氧气转炉、1450毫米板坯连铸机和1550毫米冷连轧板机；年产500万吨级井下矿采掘成套设备；大秦线重载列车装备；年产50万吨腈纶大型化工成套设备；,1.3.1我国制造业的成就,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1）提供重大装备能力不断提高6000米电驱动沙漠钻机；1.2万吨自由锻造水压机；水下机器人；北京正负电子对撞机；激光照排设备；国产先进的CPU芯片；联想的升腾、曙光巨型计算机；飞豹轰炸机；核动力潜艇；原子弹；氢弹；人造卫星；神舟系列载人飞船，探月计划启动。

1.3.1我国制造业的成就,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1,2,3,图1-11神舟五号载人飞船成功发射,与返回在酒泉卫星发射中心载人航天飞船发射升空航天员杨利伟在飞船上3飞船成功返回地球,1.3.1我国制造业的成就,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,2）制造业总体规模已居世界第四位,按工业增加值计算，1998年我国制造业排,位仅次于美国、日本、德国。

我国有100多种重要产品产量在世界上已,占居首位，例如：

拖拉机、小型柴油机、农用车、摩托车、自行车、集装箱、电视机、空调器、冰箱、微波炉、洗衣机、太阳能热水器、程控交换机、VCD机、DVD机，以及钢、水泥、合成氨、化纤、纱布、服装等。

中国制造的产品遍布五洲四海。

1.3.1我国制造业的成就,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,3）各具特色的装备制造业集中地逐渐形成珠江三角洲已成为全球重要的家用电器、电子及通信设备和计算机制造集中地；以上海为中心的长江三角洲汽车和汽车零部件制造集中地；东北重大成套设备制造集中地；西部（包括四川、重庆、陕西等）国防装备制造集中地等跨地区的制造中心。

1.3.2我国制造业的问题,我国制造业与发达国家有阶段性差距。

根据中国工程院2001年组织25位院士和40多位专家对我国制造业调查研究的结果，我国制造业总体规模尚不到世界的5%，仅相当于美国的1/5、日本的1/4。

1.制造系统的问题2.制造模式的问题3.制造技术的问题,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.3.2我国制造业的问题,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,1.制造系统的问题劳动生产率及工业增加值率低我国制造业的劳动生产率远远落后于发达国家，仅为美国的1/22，日本的1/25，德国的1/18。

我国制造业2000年工业增加值仅为1998年美国的26%，1998年日本的42%。

低水平生产能力严重过剩，高水平生产能力不足有些高技术含量和高附加价值的工业制品已形成了依赖性进口。

1999年全社会固定资产投资中设备投资的2/3依赖进口。

1.3.2我国制造业的问题,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,技术创新能力十分薄弱据对我国约2000种机械新产品的抽样调查，产品开发周期平均18个月。

（美国在1990年就实现了新产品设计周期3个星期，试制周期仅为3个月）制造业的结构不尽合理我国制造业总体结构偏轻，装备制造业薄弱。

1.3.2我国制造业的问题,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,2.制造模式的问题企业体制的不适应。

经营理念的不适应。

生产管理手段的不适应。

企业组织结构的不适应。

产生上述问题的原因是企业缺乏科学的制造模式。

因此只有引入科学的制造模式，采用先进的管理手段，才能使企业在竞争激烈的市场中立于不败之地。

1.3.2我国制造业的问题,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,3.制造技术的问题设计技术。

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。

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。

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。

（工业发达国家已实现柔性集成化生产，并向智能化方向发展）,1.3.3我国制造业的目标,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,我国已经建立起庞大的制造工业，形成了相对稳定的生产秩序和干部管理系统，蕴藏着巨大的能量。

但是我国制造业普遍落后于世界先进水平，缺乏参与世界市场竞争的能力也是一个不争的事实。

对于如此制造大国，如何实现建设成为制造强国的目标呢?

1.3.3我国制造业的目标,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,从建国初期到改革开放初期，我国的企业按照计划经济体制与思维模式不能适应市场竞争的需要。

产品开发能力与市场开拓能力是我国企业目前最迫切需要建立和增强的，而制造业冗余生产能力需要通过企业重组实现资源的优化配置，逐步走向社会化分工、合作大生产，达到风险与利润的平衡。

1.3.3我国制造业的目标,1,先进制造系统,第1章先进制造系统总论,由于缺乏具有技术独占性的产品，我国