學術前沿講座
----先進制造技術
一、 21世紀的先進制造技術概述
產品結構的特點：知識-->技術-->產品的時間越來越來短、 結構越來越復雜。
產品的批量特點： 小批量，越來越小。 產品價格的特點： 取決于獨占知識的含量 。 產品的市場特點 ： 顧客對產品功能、性能、質量、服務的要求不斷提高 , 參與全球競爭越來越激烈 。
1、先進制造制造技術(AMT)的定義
先進制造技術,AMT,(Adanced Manufacturing Technology) 是在傳統制造技術的基礎上，不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理技術等方面的成果，將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱，也是取得理想技術經濟效益的制造技術的總稱。
當前的金融危機也許還會催生新的先進制造制造技術，特別在生產管理技術方面。
2、先進制造技術的學科內容
先進制造技術不是一般單指加工過程的工藝方法，而是橫跨多個學科、包含了從產品設計、加工制造、到產品銷售、用戶服務等整個產品生命周期全過程的所有相關技術，涉及到設計、工藝、加工自動化、管理以及特種加工等多個領域，并逐步融合與集成。可基本歸納為以下四個方面：
1>、先進的工程設計技術
2>、先進制造工藝技術
3>、制造自動化技術
4>、先進生產管理技術、制造哲理與生產模式
二、先進制造工藝技術
1、 超精密加工技術和納米加工技術
基本概念
（1）精密制造技術：精密制造技術是指零件毛坯成形后余量小或無余量、零件毛坯加工后精度達亞微米級的生產技術總稱。它是近凈成形與近無缺陷成形技術、超精密加工技術與超高速加工技術的綜合集成。
（2）近凈成形與近無缺陷成形技術改造了傳統的毛坯成形技術，使機械產品毛坯成形實現由粗放到精化的轉變，使外部質量作到無余量或接近無余量，內部質量作到無缺陷或接近無缺陷，實現優質、高效、輕量化、低成本的成形。該項技術涉及到鑄造成形、塑性成形、精確連接、熱處理改性、表面改性、高精度模具等專業領域。
（3）精密加工：加工精度在3～0.3μm（相當于IT5級精度和IT5級以上精度），表面粗糙度3~0.3μm.
（4）超精密加工：尺寸精度位于0．3~0.03μm，表面粗糙度0．03~0.005μm，也稱亞微米加工。
（5）納米（nm）加工：尺寸精度為0.03μm（30納米），表面粗糙度優于0.005μm。
（6）常用超精密加工方法有:車、磨、研、拋和某些特種加工方法。
包括：超精密車削技術、精密和超精密磨削、納米加工技術、超高速加工技術、
2、非傳統加工技術（ 特種加工）
非傳統加工技術（ 特種加工）是指直接利用電能、聲能、光能、電化學能、熱能以及特殊機械能對材料進行加工。它與傳統的切削加工方法相比具有許多特點：在加工過程中工具與工件之間沒有顯著的切削力；加工用的工具材料硬度可以低于被加工材料的硬度；能用簡單的運動加工出復雜的型面。
包括：電火花加工（EDM）、電火花線切割加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、射流加工（水刀切割）、
三、計算機輔助設計自動化技術CAD
計算機輔助設計（CAD）是指工程技術人員以計算機為工具，用各自的專業知識對產品進行總體方案設計、機構設計與工程分析、自動繪圖和編寫技術文檔等設計活動的總稱
現代CAD技術可以表述如下：現代CAD技術是指在復雜的大系統環境下，支持產品自動化設計的設計理論和方法、設計環境、設計工具等各相關技術的總稱，它們能使設計工作實現集成化、網絡化和智能化，達到提高產品設計質量、降低產品成本和縮短設計周期的目的。
四、計算機輔助制造（CAM)
1、（1）狹義CAM：而從狹義的角度講，CAM僅指數控程序的自動編制，包括零件的幾何建模、刀具路徑的確定、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及NC代碼的生成等。
（2）廣義CAM：從廣義的角度講，CAM指利用計算機輔助從毛坯到產品制造過程中的直接和間接的活動，包括計算機輔助生產管理、計算機輔助工藝設計(CAPP)、計算機數控編程、計算機控制加工過程（柔性自動化加工）等內容。
(3) 在CIMS中，一般把計算機輔助工藝設計(CAPP)、數控機床、工業機器人等自動化設備的程序的自動編制及控制技術等作為CAM的功能。
2、數控加工的自動編程。包括：一般有數控語言型，人機交互圖像編程和數字化編程三種
類型。
數控語言型：采用某種高級語言，對零件任何形狀及走刀線路進行定義，由計算機完成復雜的幾何運算，或通過工藝數據庫對刀具夾具及切削用具進行選擇。這是早期計算機自動編程的主要方法。比較著名的數控編程系統，如APT(Automatically Programmed Tools)系統及其及其小型化版本如EXAPT，FAPT等。
這種方法在我國普及率較低，已逐漸被人機交互圖形編程所取代
數字化編程：用測量機或掃描儀對零件圖紙或實物的形狀和尺寸進行測量或掃描，然后經計算機處理后自動生成數控加工程序。這種方法十分方便，但成本較高，僅用一些特殊場合。
人機交互圖形編程：人機交互圖形編程是直接利用計算機輔助設計系統所生成的零件圖像，利用圖形屏幕的光標在零件圖形上選擇加工部位，定義走刀路線，輸入有關工藝參數后，便自動生成數控加工程序，而且還可方便地進行圖形仿真檢驗。具有直觀、高效，能實現信息集成等優點
3、柔性制造技術
以數控加工為基礎, 應用計算機輔助制造技術，將數控機床、加工中心、物料自動儲存傳送裝置和輔助控制裝置等在計算機的統一控制下，形成柔性加工自動生產線，既柔性制造系統。
包括：設備柔性：指制造系統中能加工不同類型零件所具備的轉換能力，其中包括刀具轉換、夾具轉換等。CNC機床，柔性夾具。工藝柔性：能以多種工藝方法加工某一零件組的能力。如鏜、銑、鉆、鉸、攻螺紋等加工。工序柔性：能自動改變零件加工工序的能力。路徑柔性：能自動更變零件加工路徑。如遇到系統中某臺設備的故障,能自動將工件轉換到另一臺設備上加工。可以根據負荷,自動改變加工路線,提高利用率,減少等待時間。產品柔性：產品改變時能經濟、迅速的轉產。批量柔性：能在不同批量下運行都能獲取經濟效益。擴展柔性：能根據生產的需要組建和擴展生產能力
五、計算機輔助生產管理系統
計算機輔助生產管理系統(CAPM)，又稱管理信息系統（MIS),其核心是ERP或MRP/MRPII/ERP技術。
ERP 的發展和成長是企業管理人員在實踐中不斷探索計算機技術如何體現企業管理規律的結果，把客觀上本來就存在的制造業業務流程的內在聯系，借助計算機這個工具加以規范化和條理化，成為制造業適用的管理信息系統。 ERP 來源于企業管理實踐又應用于企業管理實踐，因而易為企業各級管理人員所接受，這種管理思想最初是美國 IBM 公司的管理專家及其合作者，在不斷探索裝配型產品的生產與庫存管理問題的基礎上創立的。在美國生產與庫存管理協會（ APICS ）大力宣傳和組織推動下得到普及和廣泛應用。ERP 的發展大體經歷了 5 個階段：
40 年代的庫存控制定貨點法（ Order Point ）；
60 年代的物料需求計劃（ MRP : Material Requirements Planning ）；
70 年代的閉環 MRP 階段（ Clod-Loop MRP ）；
80 年代的制造資源計劃（ MRPII : Manufacturing Resource Planning ）；
90 年代的企業資源計劃（ ERP : Enterpri Resources Planning ）。
六、CIMS及相關技術
計算機集成制造系統（CIMS，Computer Integrated Manufacturing System），是計算機應用技術在工業生產領域的主要分支技術之一。它的概念是由美國的J.Harrington于l973年首次提出的，但是直到80年代才得到人們的認可。對于CIMS的認識，一般包括以下兩個基本要點：
（1）企業生產經營的各個環節，如市場分析預測、產品設計、加工制造、經營管理、產品銷售等一切的生產經營活動，是一個不可分割的整體。
（2）企業整個生產經營過程從本質上看，是一個數據的采集、傳遞、加工處理的過程，而形成的最終產品也可看成是數據的物質表現形式。
因此對CIMS通俗的解釋可以是“在企業各部門采用計算機自動化技術的基礎上，用計算機通過信息集成實現現代化的生產制造，以求得企業的總體效益。”整個CIMS的研究開發，即系統的目標、結構、組成、約束、優化和實現等方面，體現了系統的總體性和系統的一致性。
計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing Systen ，CIMS ）。它是隨著計算機輔助設計與制造的發展而產生的。它是在信息技術、自動化技術的基礎上，通過計
算機技術把分散在產品設計制造過程中各種孤立的自動化子系統有機地集成起來，形成適用于多品種、小批量生產，實現整體效益的集成化和智能化制造系統。集成化反映了自動化的廣度，它把系統的范圍擴展到了市場預測、產品設計、加工制造、檢驗、銷售及售后服務等的全過程。智能化則體現了自動化的深度， 它不僅涉及物資流控制的傳統體力勞動自動化，還包括信息流控制的腦力勞動的自動化。
七、學科體會
在十六周的先進制造技術的學習中，王教授對21世紀的先進制造技術、先進制造工藝技術、計算機輔助設計自動化技術CAD、計算機輔助制造（CAM)、計算機輔助生產管理系統、CIMS及相關技術等學科前沿課題做了深刻的講述，我也深刻的解到先進制造技術在現代企業生產自己中的重要性。我們不但要學習好專業知識更要對當今學科前景及發展對象做詳細了解，不斷地增強求知欲，增加學習能力，豐富專業知識，更要力爭做自己專業中的佼佼者，這也許就是學習本門課程最大的收獲吧。
