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1、第1章 绪论1.1 先进制造技术的背景1.1.1 世界制造业及其格局的发展变化近年来，随着信信息产业的高高速发展，制制造技术中的的某些技术已已经不再适应应高科技的快快速发展，不不能很好地融融入信息化产产业的大潮，缺缺乏市场竞争争力，甚至还还可能危及生生态环境。许许多人认为制制造业已成为为“夕阳产业业”。制造技技术中确有“ 夕阳技术”,这些技术同同信息化大潮潮格格不入，同高科技发展不相适应，缺乏市场竞争力，甚至还可能危害生态环境。面临剧烈的市场变化和技术竞争，许多工业国家迅速调整其技术政策，把提高市场竞争力和增强综合国力作为科技政策的核心。例如，历来重视产业技术的日本、澳大利亚和一些新兴工业化国
2、家。美、英等国过去一贯主张，产业技术的发展主要靠市场竞争，由企业自由发展，政府不必介入。 1.1.2 先先进制造技术术为制造业注注入活力随着科技进步特特别是计算机机技术的发展展，世界范围围内对制造业业进行了重新新的认识和定定位，先进制制造技术为制制造业注入新新的活力，使使制造业又重重新生机勃勃勃。制造业绝绝不是“ 夕夕阳产业” 和“ 夕阳阳技术”，先先进制造技术术是高技术的的载体，没有有哪个工业发发达国家不予予以高度关注注，先进制造造技术已经成成为全球制造造业争夺的市市场焦点。先先进制造技术术为制造业注注入新鲜血液液，是发展制制造业的基础础，它是传统统制造业不断断地吸收机械械、信息、电电子、材
3、料、能能源和现代管管理等方面的的最新技术成成果，并将其其综合应用于于产品开发与与设计、制造造、 检测、管管理和售后服服务的制造全全过程，实现现优质、高效效、低耗、清清洁和敏捷制制造，并取得得理想经济效效果的前沿制制造技术的总总称。从本质上上看，信息技技术传统制制造技术的发发展 自动动化技术现现代管理技术术就是先进制制造技术。1.2 国外先先进制造技术术的现状近些年来，世界界经济发展的的严峻事实使使美国政府意意识到，制造造业是美国工工业的基础，政政府必须介入入工业技术的的发展。200世纪80年代末期，美美国根据本国国制造业面临临的挑战和机机遇，为增强强制造业竞争争力和促进国国民经济增长长，采取了
4、一一系列措施，进进行了大规模模的21世纪制造业业的战略研究究，并首先提提出了先进制制造技术的理理念。其中，强强调要促进先先进制造技术术的发展，成成立各种层次次的先进制造造技术研究中中心，并提出出了一系列如如并行工程、精精益生产和敏敏捷制造等先先进制造技术术的新理论，收收效良好。紧紧接着，许多多工业国家如如日本、澳大大利亚、西欧欧各国以及一一些新兴的工工业化国家也也都迅速调整整其技术政策策，开始重视视研究和应用用先进制造技技术，将提高高市场竞争力力和增强综合合国力作为科科技决策的核核心。自从美美国提出先进进制造技术这这一概念以来来，很快在日日本、西欧各各国以及亚洲洲新兴工业国国家做出了响响应，纷
5、纷将将先进制造技技术列为国家家的高新技术术和优先发展展项目，世界界各国都已重重视研究、应应用先进制造造技术。1.2.1 制制造业在美国国经济的重要要性强大的制造基础础对国家的经经济和军事力力量是至关重重要的。一个国家只只有生产得好好,才能生活得得好。如美国21000万就业者者(占总劳动力力的17%)从事20%300%高报酬的的工作;雇佣了755%的科学家家和工程师进进行90%的的非军事性的的Reseaarch aand Deeveloppment研制与开发发 ；每100份份工作支持着着60个以上上的非制造业业职位；GNP的1/5(超过1兆美元)为其它经济济部门提供基基本产品 。1.2.2 发发
6、达国家先进进制造技术发发展战略工业发达国家都都把先进制造造技术作为国国家级关键技技术和优先发发展领域。尽管决定国国家综合竞争争力的因素有有多种,但制造业的的基础地位不不能忽视。220世纪90年代以来来，各发达国家家,如美国、日本、欧共体、德德国等都针对对先进制造技技术的研发提提出了国家级级发展计划，旨在提高本本国制造业的的国际竞争能能力。20世世纪90年代初,美国国政府提出“先先进制技术 ”计划 ,将基于信息息高速公路的的敏捷制造作作为美国211世纪的制造造战略。19991 年美美国里海大学学(Lehiigh Univeersityy)提出“美美国企业网”(FAN, Factory Ameri
7、can Net )计划,该计划的目的是研究如何利用信息高速公路,把美国的制造企业联系在一起。2008年1月,欧洲联盟公布了“第五框架计划(20082012)”,将虚拟网络企业列入研究主题2012年,欧盟提出了“第六框架计划 ”,选定了需要重点攻关的 7大领域 ,其中包括信息和网络技术。欧盟第六框架计划的目的是 ,通过各种方法刺激信息技术的快速发展,加强信息的产业化 ,使所有欧洲公民从以信息和网络为主体的知识社会和发展中获益。2012年,美国洛克希德-马丁公司提出了F-22 飞机研制的虚拟工厂概念 , 打通了从设计、生产到管理的全数字化信息流。总之,工业化国家大都把先进制造技术作为本国的科技优先
8、发展领域和高技术的实施重点；发展中国家也十分重视制造业信息化,都把信息技术作为改造传统企业和产业结构调整的主要战略；新兴工业化国家希望通过加快制造业信息化,跻身世界先进行列,众多发展中国家也希望以信息化推进工业化,以缩小与先进国家的差距 。1.3 我国先先进制造技术术的现状先进制造技术是是制造技术的的最新发展阶阶段，是由传传统的制造技技术发展起来来的，既保持持了过去制造造技术中的有有效要素，又又要不断吸收收各种高新技技术成果，并并渗透到产品品生产的所有有领域及其全全部过程。先先进制造技术术的应用特别别注意产生最最好的实际效效果，其目标标是为了提高高企业竞争和和促进国家经经济和综合实实力的增长。
9、目目的是要提高高制造业的综综合经济效益益和社会效益益。在20世世纪 70年年代以前，产产品的技术相相对比较简单单，一个新产产品上市，很很快就会有相相同功能的产产品跟着上市市。因此，市市场竞争的核核心是如何提提高生产率。到到了20世纪纪80年代以以后，制造业业要赢得市场场竞争的主要要矛盾已经从从提高劳动生生产率转变为为以时间为核核心的时间、成成本和质量的的三要素的矛矛盾。先进制制造技术把这这三个矛盾有有机结合起来来，使三者达达到了统一。1.3.1 我我国先进制造造技术的特点点先进制造技术是是制造技术加加信息技术和和管理科学,再加上有关关的科学技术术交融而形成成的制造技术术。它不局限限于制造工艺艺
10、,而是覆盖盖了市场分析析、产品设计计、加工和装装配、销售、维维修、服务,以及回收再再生的全过程程。其具有如如下特点：（11）全球化。221世纪是国国际化的大市市场，世界各各国市场竞相相向国外开放放，促成制造造业竞争的国国际化，主要要反映在使制制造业的资源源配置由一国国范围扩大到到世界范围，致致使制造业在在全球范围重重新分布、组组合和洗牌。（2）多样化。由于每个用户群的看法和观点不同，其提出的产品结构和形状也不尽相同，中小批量的产品越来越多，产品的多样化特征也越来越明显。（3）虚拟化。虚拟制造是指利用计算机模拟与仿真技术、人工智能技术、并行工程以CAD/CAPP/CAM/CAE等多种技术，模拟现
11、实制造环境或现实制造过程,呈现现实制造系统的运行状态或者现实产品性能的一种制造技术。（4）生产过程的高速化和柔性化。由于产品设计和制造周期的不断缩短，顾客要求的交货期也相应的越来越短；因此，高速生产技术得到了普遍应用，即要求实现生产过程的高速化。（5）集群化。为了提高自身抵抗风险的能力，各个小型制造企业开始纷纷联合组成集团公司，制造企业呈现越来越多的集中和并购，制造业的市场集中度也得到了进一步提高。（6）服务化。随着当前绿色制造和循环制造概念的提出，制造业应不仅考虑产品的设计和生产，还应考虑从市场调研开始到售后服务，再到产品报废回收，以及循环使用的产品整个生命周期或多个生命周期。1.3.2 我
12、我国的先进制制造技术与工工业发达国家家对比（1）管理方面面：工业发达达国家广泛采采用计算机管管理，重视组组织和管理体体制、生产模模式的更新发发展，推出了了准时生产（JJIT）、敏敏捷制造（AAM）、精益益生产（LPP）、并行工工程（CE）等等新的管理思思想和技术。我我国只有少数数大型企业局局部采用了计计算机辅助管管理，多数小小型企业仍处处于经验管理理阶段。 （2）设计方面面：工业发达达国家不断更更新设计数据据和准则，采采用新的设计计方法，广泛泛采用计算机机辅助设计技技术（CADD/CAM），大大型企业开始始无图纸的设设计和生产。我我国采用CAAD/CAMM技术的比例例较低。（3）制造工艺艺方面
13、：工业业发达国家较较广泛的采用用高精密加工工、精细加工工、微细加工工、微型机械械和微米/纳纳米技术、激激光加工技术术、电磁加工工技术、超塑塑加工技术以以及复合加工工技术等新型型加工方法。我我国普及率不不高，尚在开开发、掌握之之中。（4）自动化技技术方面：工工业发达国家家普遍采用数数控机床、加加工中心及柔柔性制造单元元（FMC）、柔柔性制造系统统（FMS）、计计算机集成制制造系统（CCIMS），实实现了柔性自自动化、知识识智能化、集集成化。我国国尚处在单机机自动化、刚刚性自动化阶阶段，柔性制制造单元和系系统仅在少数数企业使用。1.3.3 我我国对先进制制造的重视随着美国政府采采取一系列措措施进行
14、大规规模的21世世纪制造业战战略的研究。我我国政府和企企业界投入巨巨资，组织大大量专家进行行研究和分析析，得出的结结论是振兴中中国经济的出出路在于振兴兴美国的制造造业，经济竞竞争归根到底底是制造技术术和制造能力力的竞争。因因而，我国提提出要促进先先进制造技术术的发展，成成立国家级、地地区级、大学学、企业等各各种层次的先先进制造技术术协调、推广广、应用研究究中心。这些些措施收到了了良好的效果果，使制造水水平大幅度提提高。通过先先进制造技术术，让企业适适应多变的市市场需求我国国制造业市场场具有很大的的潜力，使得得我国的制造造技术水平和和工业发达国国家的差距进进一步缩小。1.4 先进制制造技术的发发
15、展趋势1.4.1 数数字化制造技技术数字化制造技术术是支持信息息化和知识化化制造业的技技术，是先进进制造技术发发展的核心， 包括以设计计为中心、以以控制为中心心和以管理为为中心的数字字制造。应用用数字化制造造技术，将会会使全球制造造网络环境下下的产品异地地设计与制造造成为21世世纪的重要制制造模式，促促使制造技术术和制造产业业发生革命性性的变革。对对全球制造业业而言，在数数字制造环境境下，用户借借助网络发布布信息，各类类企业通过电电子商务实现现优势互补，形形成动态联盟盟，迅速协同同设计并制造造出相应的产产品。1.4.2 精精密化是发展展的关键现代超精密机械械对精度要求求极高，如借借助于扫描隧隧
16、道显微镜与与原子力显微微镜，加工精精度可 达00.1；而基于操作作机械的移动动距离为纳米米级，移动精精度可达0.1。显显然，没有先先进制造技术术就没有先进进电子技术装装备。先进制制造技术与先先进信息技术术是相互渗透透、相互促进进和紧密结合合的，精密化化是当前先进进制造技术发发展的关键所所在。1.4.3 网网络化是发展展的道路随着网络化的进进一步普及，各各种网上销售售和网上购物物正在悄然进进入人们的生生活当中，网网络化已经成成为先进制造造技术发展的的必由之路，这这必将导致新新的制造模式式，即虚拟制制造组织，形形成动态的虚虚拟企业或企企业联盟。此此时，各企业业致力于其核核心业务，实实现优势互补补和
17、资源优化化动态组合与与共享，如美美国的“日不不落计划”正正是基于这一一点。1.4.4 绿绿色化是发展展的方向绿色制造是一个个综合考虑环环境影响因素素和资源效率率的现代化制制造模式，当当前日趋严格格的环境与资资源的约束使使绿色制造业业显得越来越越重要，绿色色制造技术也也将获得快速速的发展。其其要求产品、制制造、使用、维维修及回收全全部绿色化，主主要体现在：）绿色产产品设计技术术；）绿色色制造技术；）产品的的回收和循环环再制造。1.4.5 智智能化是发展展的前景以智能机器人和和人类专家共共同组成的人人机一体化智智能系统，使使制造系统具具有自适应能能力、自学习习能力和自组组织能力，能能极大地提高高系
18、统的响应应速度和决策策水平。与传传统制造相比比，智能制造造系统的突出出之处在于制制造诸环节中中以一种高度度柔性与集成成的方式，借借助计算机模模拟人类专家家的智能活动动，取代或延延伸制造环境境中人的部分分脑力劳动；同时，收集集、存储、处处理、完善、共共享、继承和和发展人类专专家的制造智智能。在不久久的将来，为为应对大量复复杂信息的处处理、瞬息万万变的市场需需求和激烈的的市场竞争，智智能制造会越越来越受到重重视。1.4.6 集集成化是发展展的方法集成化主要指现现代技术、加加工技术和企企业等的集成成，其使专业业和学科间的的界 限逐渐渐淡化和消失失。先进制造造技术的不断断发展，使得得冷、热加工工之间，
19、加工工、检测、物物流和装配过过程之间，设设计、材料应应用和加工制制造之间的界界限也逐渐淡淡 化，逐步步走向一体化化。例如，CCAD/CAAPP和CAAM的出现、精精密成形技术术的发展、 快速原型件件制造技术的的产生、机器器人加工工作作站及FMSS的出现。很很多新材料的的配制和成型型是同时完成成的，很难划划清材料应用用与制造技术术的界限。1.5 对我国国先进制造技技术的思考我国制造业市场场的巨大潜力力，为先进制制造技术发展展提供了广阔阔的市场空间间。但是与制制造业发达国国家和地区相相比，国内的的先进制造技技术的研发与与市场拓展还还不均衡。纵纵观国际制造造业的竞争与与发展，面对对国际、国内内个制造
20、业业市场的日渐渐融合，如何何立足国内制制造 业的市市场需求，整整合分散的科科研与企业资资源，尽快形形成自身在先先进制造产业业竞争中的技技术优势，已已经是摆在我我国制造业面面前的迫在眉眉睫的课题。发发展先进制造造技术要结合合国情，突出出重点，在吸吸收世界各国国经验的基础础上，走一条条具有自身特特点的道路。（1）高度重视，全面规划。对涉及面广、技术难度大的技术，其研究及推广应用需要投入大量的力、物力及资金。（2）加强人员培养和培训工作。人是技术的主体，没有高素质的人才，再好的技术也会被束之高阁。（3）严格论证，科学管理。拟实施和上马的项目必须根据企业总体规划进行严格论证。论证时应吸收有关各方人员参
21、与，集思广益，使实施计划更趋于完善。（4）发展我国先进制造技术的关键前沿技术。利用自身优势，大力发展一些关键前沿技术，比如新一代材料成型技术、快速原型制造、智能制造等。第2章 先进进制造技术与与新工业革命命2.1 先进制制造技术的概概念、内涵及及主要内容先进制造技术（aadvancced maanufaccturinng tecchnoloogy简称AAMT）是美美国在20世世纪80年代代末提出的概概念，是作用用于产品整个个寿命周期的的所有实用技技术的总称，主主要是指在当当今技术条件件下能显著提提高企业的设设计、加工、检检测、物料储储运、营销和和生产管理等等方面能力的的设备，计算算机软硬件和和
22、管理方法，其其涉及制造技技术的各个方方面，包括工工程设计、制制造自动化、制制造工艺技术术、现代管理理技术以及相相关的支持环环境和条件。先先进制造技术术在不同时代代具有不同的的含义， 当当前各种新出出现的、先进进的机械加工工技术（纳米米加工、激光光切割、增材材制制造等）、精精益生产、并并行工程、柔柔性制造、虚虚拟制造、敏敏捷制造和现现代集成制造造模式等，都都属于AMTT的研究之列列。图1 先进制造技术的内涵、层次及技术构成从制造系统的观观点看，AMMT是一个三三层次的技术术群，如图11所示：第一一个层次（内内层）为基础础制造技术，主主要指优质、高高效、低耗、清清洁的通用共共性技术；第第二层（中层
23、层）是新型制制造单元技术术，由制造技技术与信息技技术、新型材材料加工技术术、清洁能源源、环境科学学等结合而成成，涉及多学学科交叉、集集成与融合，对对应于先进制制造技术中的的主体技术和和管理技术；第三层（外外层）为先进进制造模式系统（集成成技术），是是由先进制造造单元技术和和组织管理等等融合而成的的现代集成制制造模式，强强调技术系统统和社会系统统的协同与融融合。2.2先进制造造工艺技术（1）高效精密密、超精密加加工技术，包包括精密、超超精密磨削、车车削，细微加加工技术，纳纳米加工技术术。超高速切切削。精密加加工一般指加加工精度在1100.11m（相当当于IT5级级精度和ITT5级以上精精度），表
24、面面粗糙度Raa值在0.11m以下的的加工方法，如如金刚车、金金刚镗、研磨磨、珩磨、超超精研、砂带带磨、镜面磨磨削和冷压加加工等。超精精密加工是指指被加工零件件的尺寸公差差为0.10.01m数量级，表表面粗糙度RRa值为0.001mm数量级的加加工方法。此此外，精密加加工与特种加加工 一般都都是计算机控控制的自动化化加工。（2) 精密成成型制造技术术，包括高效效、精密、洁洁净铸造、锻锻造、冲压、焊焊接及热处理理与表面处理理技术。（3）现代特种种加工技术，包包括高能束流流（主要是激激光束、以及及电子束、离离子束等）加加工，电解加加工与电火花花（成型与线线切割）加工工、超声波加加工、高压水水加工等
25、。电电火花加工(Electtricall discchargee machhiningg(EDM)电火花加工工 （electtric sspark machiining )是指在一一定介质中，通通过工具电极极和工件电极极之间脉冲放放电的电蚀作作用对工件进进行的加工。能能对任何导电电材料加工而而不受被加工工材料强度和和硬度的限制制。可分为电电火花成型加加工(EDMM)和电火花花线切割加工工两大类。一一般都采用CCNC控制。（4）快速成型型制造（RPPM).快速速成形技术是是在计算机控控制下，基于于离散堆积原原理采用不同同方法堆积材材料最终完成成零件的成型型与制造的技技术。从成型型角度看，零零件可
26、视为“点”或“面”的叠加而成成。从CADD电子模型中中离散得到点点、面的几何何信息，再与与成型工艺参参数信息结合合，控制材料料有规律、精精确地由点到到面，由面到到体地堆积零零件。（5）柔性制造造技术柔性制造技术是是对各种不同同形状加工对对象实现程序序化柔性制造造加工的各种种技术的总和和。柔性制造造技术是技术术密集型的技技术群，我们们认为凡是侧侧重于柔性，适适应于多品种种、中小批量量(包括单件件产品)的加加工技术都属属于柔性制造造技术。目前前，按规模大大小划分为：柔性制造系系统（FMSS），柔性制制造单元（FFMC）,柔性制造造线（FMLL），柔性制制造工厂（FFMF）。柔柔性主要包括括：机器柔
27、柔性。工艺艺柔性。产产品柔性。维护柔性。生产能力柔柔性。扩展展柔性。运运行柔性。随随着批量生产产时代正逐渐渐被适应市场场动态变化的的生产所替换换，一个制造造自动化系统统的生存能力力和竞争能力力在很大程度度上取决于它它是否能在很很短的开发周周期内，生产产出较低成本本、较高质量量的不同品种种产品的能力力。2.3 先进制制造模式/系系统图2 制造模式的演变制造模式是制造造业为了提高高产品质量、市市场竞争力、生生产规模和生生产速度以完完成特定的生生产任务而采采取的一种有有效的生产方方式和一定的的生产组织形形式。先进制制造模式是以以计算机信息息技术和智能能技术为代表表的高新技术术为支撑技术术，在先进制制
28、造思想的指指导下，用扁扁平化、网络络化组织结构构方式组织制制造活动，追追求社会整体体效益、顾客客体验和企业业盈利，是最最优化的柔性性、智能化生生产系统。如如图2所示， 按照制造技技术的发展水水平、生产组组织方式和管管理理念，将将制造模式的的发展历程归归纳为手工作作坊式生产、机机器生产、批批量生产、低低成本大批量量生产、高质质量生产、 网络化制造造、面向服务务的制造、智智能制造个个阶段。图3 先进制造生产模式关系20世纪90年年代，随着先先进制造理念念、先进生产产技术以及先先进管理方式式的不断成熟熟与发展，各各种新的制造造理念、先进进制造新模式式得到了迅猛猛发展，理论论界相继出现现了高质量生生产
29、、网络化化制造、面向向服务的制造造、智能制造造等一系列新新概念， 各各种先进制造造模式之间的的关系如图33所示。制造技技术的改进重重点是规模化化大批量生产产和提高生产产效率， 流流水线式生产产方式使得专专业分工和标标准化规模生生产从技术方方法上成为可可能， 科学学组织管理理理念等又从组组织、 结构构和方式上保保障了流水线线式生产的实实现， 使得得大规模制造造成为可能。2.4 先进制制造技术对产产品生产活动动的影响从生产流程来看看，ATM与传统制制造技术对制制造过程的影影响如图4所所示。传统制制造是利用制制造资源将原原材料转换为为产品的过程程，仅为生产产过程的一部部分，一般包包括产品的加加工和装
30、配两两大内容，制制造商自行生生产或者从供供应商购买零零件，将其组组装成产品并并检验以符合合要求。制造造过程中输入入的是原材料料、能量、信信息、人力资资源等，输出出的是符合要要求的产品。传传统的制造系系统设计、制制造与销售各各部分之间信信息的传递与与反馈不畅，各各部门按功能能分解任务，容容易只考虑本本部门的利益益， 对系统统的优化考虑虑较少，造成成设计与制造造部门间难以以协调、矛盾盾突出。ATTM主要从材材料设计、制制造流程改造造、产品服务务融合的集成成解决方案和和循环利用四四个方面拓展展传统制造技技术。图5 先进制造技术对制造业的影响图4 先进制造（右）与传统制造（左）流程的比较从基础制造技术
31、术、新型制造造单元技术和和现代先进集集成制造技术术对制造业的的发展产生了了重要影响。基基础制造技术术通过改进、整整合形成新型型制造单元技技术，进而影影响整个制造造过程。具体体来讲，新型型制造单元技技术（图1中第二层）对对传统制造流流程的改造如如图5所示，增增材精准制制造用于对加加工阶段的改改造；机器人人自动化技技术用于组装装和生产流程程的自动化；先进电子技技术用于产品品和服务的融融合以及加工工过程的控制制；供应链设设计以整体效效益最优化为为目标，以系系统化的观点点综合考虑人人、技术、管管理、设备、物物料、信息等等系统构成要要素的优化组组合，在满足足产品或服务务供给要求的的同时，达到到成本最低；
32、清洁生产技技术主要用于于材料的循环环利用、 回回收等环节；分子生物学学和生物制造造用于材料设设计及制造流流程的改进；纳米材料技技术用于合成成与加工功能能梯度材料、复复合材料等；物联网、云云计算和大数数据用于对产产品全生命周周期制造过程程进行全方位位跟踪、分析析、优化和控控制，实现多多维度、 透透明化的泛在在感知，确保保制造过程的的高效、敏捷捷、可持续和和智能化。2.5 新工业业革命工业革命是生产产技术的变革革，同时也是是一场深刻的的社会关系变变革。新科技技群的协同效效应和深度融融合将导致生生产组织方式式和制造模式式发生重大变变化，从而引引发新的工业业革命。目前前正在出现一一种新工业革革命，但仍
33、是是一个十分模模糊的概念，不不同研究者对对新工业革命命的概念有各各自的理解，主主要有种不不同的观点：图6 里夫金提出的新工业革命的五个支柱（1）杰里米里夫金认为，历史上上重要的工业业革命都是在在新通讯方式式和新能源结结合之际产生生的，当前正正由互联网和和新能源结合合引发新的经经济和社会变变革，即包括括五大支柱的的新工业革命命，如图6所所示，其中：能源转型型，向可再生生能源转型，利利用风和阳光光等，不再消消耗石化产品品；分散式式生产，互联联网信息技术术等基础设施施的建设大大大减小了时间间、空间对人人们的经济活活动交的制约约，基于知识识的共享、创创新和发展的的扁平式、分分散化、合作作性的生产组组织
34、结构更加加符合 现代代商业的需求求；存储，充充分利用社会会基础设施存存储间式可再再生能源；构建能源互互联网，利用用互联网技术术将电网转变变为能源共享享网，通过一一种网格式的的智能分布式式电力系统和和他人共享；交通工具具转变，将汽汽车、卡车、火火车等运输工工具转向插电电式或者燃料料电池等以可可再生能源为为动力的交通通工具，电动动车需要的电电可在充电站站购买。（2）克里斯安德森认为为，新型材料料的应用和增增材制造技术术等数字化制制造方式将引引发新工业革革命，采用新新型材料、打印技术术和基于网络络的协同制造造服务等智能能化与数字化化制造方法，能能够迅速和精精准地将计算算机中的虚拟拟设计模型转转化为真
35、实物物体，甚至直直接打印出零零件或模具，基基于网络的新新型数字化设设计及制造的的创新提供给给网络用户以以创造真实物物体的能力，将将制造延伸至至范围更广的的生产人群中中，这些制造造过程蕴藏着着由普通人完完成的无限可可能，众多个个人制造联合合推动全面创创造，将直接接加快向新型型工业化趋势势发展的步伐伐，从而引领领新工业革命命。（3）英国彼得得马什在新新工业革命：消费者、全全球化以及大大规模生产的的终结一书书中，将工业业革命划分为为五次，如表表所示，而而将始于2005年的第第五次工业革革命称为新工工业革命。表1 马什的工业革命划分（4）保罗麦麦基利的三次次革命说认为为，以制造业业数字化为核核心的第三
36、次次工业革命（新新工业革命）即即将到来，互互联网、智能能软件、新能能源、新材料料、机器人、新新的制造方法法和以网络为为基础的商业业服务模式将将使技术要素素和市场配置置要素发生革革命性变革，产产生改变社会会发展历程的的巨大能量。而而制造业的数数字化进程正正从智能计算算机软件、新新材料、更灵灵巧的机器人人、基于网络络的制造业服服务化、新的的制造方法个方面向前前推进。（5）德国政府府于2013年4月举办的汉汉诺威工业博博览会上，正正式推出了工工4.0第四次工工业革命项目目，目的是支支持工业领域域新一代革命命性技术的研研发与创新。工工业4.0强调在工工业生产过程程中，以信息息物理融合系系统为核心，将将
37、众多智能体体聚集在信息息平台上，形形成一种高度度协同的互联联互通关系，从从而构建智能能化的新型生生产模式与产产业结构。工工业4.0正引领新新一轮的工业业革命，传统统的行业界限限将消失，并并会产生各种种新的活动领领域、商业模模式和合作形形式，将导致致工业结构、经经济结构和社社会结构从垂垂直向扁平转转变，从集中中向分散转变变。新工业革命是基基于新能源、智智能制造、数数字化制造、机机器人技术、新新一代信息网网络技术等先先进技术综合合系统协同创创新及突破性性的发展，融融合信息、计计算机、数字字化、互联网网技术创新变变革，使工业业生产方式与与制造模式发发生巨大变化化， 从而使使交易方式与与人们的生活活方
38、式发生重重大变化。传传统的自上而而下、集中规规模化的生产产模式将逐步步被新工业革革命的分散、扁扁平和协作的的模式取代，定定制化、个性性化、智能化化、分散化和和合作化是新新工业革命的的主要特征。2.6先进制造造技术与新工工业革命之间间关系图7 制造技术/模式与工业革命的演变从主导技术和新新兴产业的角角度来看，以以生产方式变变革为主线的的ATM的群体 涌现、协同同融合将导致致新的工业革革命，各种技技术之间产生生的耦合效应应推动了工业业革命的进程程。新工业革革命不是依赖赖单一学科或或某几类技术术，而应该是是全方位的多多学科、多技技术层次、宽宽领域的协同同效应和深度度融合。人类类制造模式的的演变从原始
39、始手工生产模模式到现代先先进制造模式式的演变过程程中， 经历历了次大的的革命性变革革。图7所示示为由市场变变化与技术发发展推动的先先进制造模式式的变革。图中：第一次工工业革命中，由由于蒸汽机、电电气技术、内内燃机的发明明与改进，机机器取代手工工成为主导生生产方式，制制造业进入机机械化制造时时代，成为近近代工业化大大生产时代的的开端。第二二次工业革命命中，大规模模制造成为主主导生产方式式，20世纪20年代，随着着电子技术、信信息技术的发发展，以流水水线为典型代代表的大规模模制造模式 在组织结构构上追求纵向向一体化与大大规模，内部部分工仔细，专专业化程度高高，简单熟练练的操作提高高了生产效率率，使
40、制造成成本随规模递递减，同时质质量的稳定性性也得到提高高，制造模式式进入批量大大规模制造阶阶段。新工业业革命是现代代先进制造模模式集成协同同创新的结果果，进入20世纪90年代后期，随随着网络信息息技术、智能能控制技术研研究的深入和和以知识为基基础的经济时时代的到来，制制造业的市场场环境与技术术变革发生了了根本性的改改变。大规模模制造系统的的刚性与市场场的个性化需需求以及环境境快速变化所所要求的响应应速度之间的的矛盾日益尖尖锐，正是在在此背景下，各各种新制造模模式研究探索索与试验如雨雨后春笋般迅迅速兴起，现现ATM融合自然然科学和社会会科学的最新新进 展，以以绿色、低碳碳、可持续为为发展理念，带
41、带来了产业组组织模式的转转变，对转变变经济增长方方式、政府管管理模式和社社会组织形态态都有巨大的的推动作用，使使全球技术要要素和市场要要素配置方式式发生了革命命性变化。AATM的发展将将在新工业革革命中发挥 重要作用。如如前所述，工工业革命的实实质是制造业业生产方式与与制造模式发发生重大变化化，它必然也也是始于制造造技术突破性性的发展。AATM是制造业业产生变革的的根本力量， 新一代信息息技术（云计计算、大数据据、物联网、务务联网、云平平台等）、新新能源（再生生能源、清洁洁能源等）、新新材料（复合合材料、纳米米材料等）技技术等将为新新工业革命创创造强大的新新基础设施；分散式制造造（网络化制制造
42、、制造物物联、云制造造、智能制造造）、众包生生产、集群效效应、利基思思维等使生产产方式产生变变革，将整个个工业生产体体系提升到一一个新的水平平，工业生产产、经济体系系和社会结构构将从垂直转转向扁平、 从集中转向向分散； 以以智能制造为为代表的新一一代先进制造造模式， 必必将使商业模模式、 管理理模式、服务务模式、企业业组织结构和和人才资源需需求发生巨大大变化，给工工业领域、 生产价值链链、业务模式式乃至生活方方式带来根本本性变革，进进而推进和实实现新的工业业革命。制造造模式的演进进与新工业革革命的出现由由市场发展、 社会变革、 技术突破、 管理创新多多种动因的综综合作用决定定。对新工业业革命的
43、内涵涵的理解必须须通过与社会会科学（如经经济学和管理理学）等跨学学科的对话和和交流，适当当突破自然科科学和工程技技术学科的理理论范畴。工工业发展历程程表明，新的的生产模式的的出现均为与与特定的社会会制度、组织结结构和经济因因素等相互作作用的产物,而新的制造造模式又会对对既有社会制制度和管理方方式提出新的的要求，从而而推进企业管管理模式、社社会制度环境境的变革。综综上所述，在在市场、技术术、社会经济济环境变化与与全球一体化化趋势的推动动下，制造业业正在经历着着一场革命，一一场以实施先先进制造技术术和经营方式式彻底变革为为主要 内容容的先进制造造模式的革命命，涉及制造造理念、制造造战略、制造造技术
44、、制造造组织与管理理各个领域的的全面变革。第3章 航空空发动机关键键技术近年来，为适应应国家安全和和国民经济发发展的需要，各各种型号的预预警机、歼击击机、直升机机、大客大运运等新型飞机机不断飞上蓝蓝天，但他们们绝大多数依依然缺乏一颗颗强劲的“中中国心”。中中国制造的 ARJ211 客机安装着美美国的CF334-10AA发动机，中中国制造的CC919大型型客机，将配配装美、法研研制的LEAAP-X1CC 发动机，我我们必须尽快快翻过这一页页。可以相信信，随着中国国制造 20025的全面面布局，航空空发动机重大大工程的开展展，通过航空空发动机人的的不懈努力，逐逐步解决航空空发动机制造造的关键技术术
45、、 基础技技术和热点技技术.从关键技术术、热点技术术和基础技术术3个层面介绍绍航空发动机机关键制造技技术，制造关关键技术是研研制先进航空空发动机必须须具有的技术术；制造热点点技术是提高高发动机制造造效率和制造造品质必须开开展研究的技技术；制造基基础技术是发发动机研制和和批量生产应应逐步积累和和发展的技术术，代表发动动机制造技术术水平和生产产能力的软实实力。3.1 航空发发动机制造基基础技术（1）精密制坯坯技术。精密密制坯技术包包括精密锻造造制坯、精密密铸造制坯和和3D 打印印技术制坯，它它是为现代航航空发动机制制造提供“粮粮食”的技术术。（2）高高效高质量焊焊接技术。构构件整体化是是新型航空发
46、发动机零件结结构发展变化化的趋势，高高效焊接技术术是实现构件件整体化的最最有效方法之之一。扩散连连接焊、线性性摩擦焊、电电子束焊等焊焊接工艺是实实现航空发动动机构件整体体化制造的33大关键技术术。（3）刀刀具、机床、 构件一体化化技术。航空空发动机上几几乎所有的零零件都需要机机械加工，机机械加工离不不了刀具和机机床。现代航航空发动机制制造技术，使使刀具技术和和机床功能等等得到了高速速发展。（44）基础数据据库的开发和和应用技术。国国外航空发动动机设计、试试验和制造大大量采用仿真真技术进行模模拟相关零件件、构件或发发动机整机的的特性，模拟拟锻件的变形形、 铸件的的凝固、焊接接件的连接、零零件加工
47、中材材料的切削过过程等。（55）加工废料料回收和再利利用技术。高高性能航空发发动机需要使使用高强度、耐耐高温材料，靠靠近燃烧室的的压气机和涡涡轮部件大量量使用镍基和和钴基超耐热热合金，风扇扇和压气机叶叶片、机匣、 盘大量采用用钛合金、高高温合金材料料。3.2 单晶涡涡轮叶片制造造技术现代航空发动机机涡轮前温度度大大提升，F119发动机涡轮前温度高达 19002050K，传统工艺铸造的涡轮叶片根本无法承受如此高的温度，甚至会被熔化， 无法有效地工作。单晶涡轮叶片成功解决了推重比10一级发动机涡轮叶片耐高温的问题，单晶涡轮叶片优异的耐高温性能主要取决于整个叶片只有一个晶体，从而消除了等轴晶和定向结
48、晶叶片多晶体结构造成晶界间在高温性能方面的缺陷。单晶涡轮叶片是目前航空发动机所有零件中制造工序最多、周期最长、合格率最低、国外封锁和垄断最为严格的发动机零件。制造单晶涡轮叶片的工序包括压芯、修芯、型芯烧结、型芯检验、型芯与外型模具的匹配、蜡模压注、蜡模 X 光检验、蜡模壁厚检测、蜡模修整、蜡模组合、引晶系统系统及浇冒口组合、 涂料撤砂、壳型干燥、壳型脱蜡、壳型焙烧、叶片浇注、单晶凝固、清壳吹砂、 初检、荧光检查、脱芯、打磨、弦宽测量、叶片X光检查、X光底片检查、型面检查、精修叶片、叶片壁厚检测、终检等制造环节。除此之外，还必须完成涡轮叶片精铸模具设计和制造工作。单晶涡轮叶片， 目前世界上只有美
49、国、 俄罗斯、 英国、法国、中国等少数几个国家能够制造。近年来，国内在单晶涡轮叶片制造中也取得了较大的进步，研制了推重比10一级发动机单晶涡轮叶片并批量生产了高功重比涡轴发动机单晶涡轮叶片。3.3 整体叶叶盘高效高精精度低成本加加工技术整体叶盘技术的的应用推动了了航空发动机机结构设计的的创新和制造造工艺的跨越越， 实现了了发动机减重重和增效的目目的，提高了了发动机工作作的可靠性。同同时，叶片的的薄厚度、大大弯扭高效率率气动设计，形形成了叶片刚刚性差，加工工易变形难控控制的问题；叶片间窄而而深的气流通通道，使叶盘盘加工工艺实实现性差；钛钛合金、高温温合金等高强强材料，难切切削加工，效效率低。美英英20世纪80年代的新