《先進制造技術 第2版》從制造業的地位作用、所面臨的形勢任務出發,詳細論述了先進制造技術的內涵和體系結構,系統介紹了先進制造技術的基本內容、關鍵技術和最新的發展。內容全面、新穎,在力求保持先進制造技術的系統性和完整性基礎上,更注重介紹一些適用先進、相對成熟的制造技術。全書共分為:制造業與先進制造技術、現代設計技術、先進制造工藝技術、制造自動化技術、現代企業信息管理技術、先進制造模式六個章節。本書可作為高等院校機械工程、工業工程、管理工程以及與制造有關其它專業的專業課教材和教學參考書,也可作為制造業工程技術人員的參考讀物。
本書自2003年9月第1版出版以來,受到不少讀者的支持和關愛,至2014年6月共進行18次印刷,累計出版9萬余冊。然而,由于編者的水平所限,加之近10年來科學技術迅猛地發展,第1版教材無論是內容的選取、結構的安排還是語言描述等方面均或多或少地顯現出一種陳舊感。近兩年來,不少多年使用本教材的老師和熱心的讀者向編者提出了教材修訂的要求,并提出了許多教材修訂建議。為了滿足讀者的要求,適應先進制造技術快速發展的形勢,編者在廣泛征求和整理讀者意見的基礎上,對原教材進行了修訂。
本書第2版修訂的指導思想是:①本書第1版經多年使用,基本能夠體現先進制造技術的主要內容和體系結構,本次修訂在保持原有教材框架不變的基礎上,就具體章節進行內容的修訂和結構的調整;②各章節根據最新技術發展進行內容的補充或替代,使近十年來國內外的最新技術在新版教材中得到體現;③在力求保持先進制造技術的前沿性、系統性和完整性前提下,更注重先進、適用、相對成熟的技術;④在技術描述方面,盡可能應用具體實例,講清每項技術是什么,用于解決什么問題以及所涉及的關鍵技術;⑤在語言文字方面,力求準確、通順、簡練、易懂,避免概念堆積、術語羅列,要求可讀性好,便于自學。
在新版教材中,除了一般性的修改調整之外,主要改動的內容有:
第1章在內容和結構上均有較大的改動,11節在介紹制造業地位和作用的基礎上,闡述了制造業的進步與發展,分析了當前我國機械制造業的發展現狀和面臨的挑戰;12節論述了先進制造技術的內涵與體系結構;13節側重介紹了云制造系統(CM)、信息物理融合系統(CPS)、先進制造業概念以及各工業國家的發展對策。
第2章對部分內容進行了補充和修改,增加一些具體應用實例和圖例。
第3章刪除了特種加工技術,因當前特種加工已成為常規技術,增加了38節再制造技術以及39節仿生制造技術的內容。在35節將快速原型制造技術改為增材制造技術,包含快速原型制造、金屬零件直接制造以及經濟普及型三維打印的工藝內容。在36節將微細制造技術改為微納制造技術,分別就微制造和納制造技術進行了論述。
第4章原來側重機床數控技術、工業機器人及柔性制造技術,對制造自動化技術進行了論述,新版教材以企業車間層自動化為軸線論述制造自動化技術,包括自動化制造設備、物料運儲自動化、裝配過程自動化、檢測監控過程自動化等自動化技術,使制造自動化技術內容更具系統性和條理性。
第5章將現代生產管理技術改為現代企業信息管理技術,系統介紹了企業經營管理層的企業資源計劃(ERP)、企業流通層的供應鏈管理(SCM)和客戶關系管理(CRM)、開發設計層的產品數據管理(PDM)以及生產制造層的制造執行計劃(MES),刪除了原來的及時生產和全面質量管理的內容,使教材內容與當前企業常見的信息管理技術更為貼切合理。
第6章側重對精益生產和敏捷制造技術內容進行調整和補充,63節圍繞精益生產的體系結構補充了及時生產(JIT)、全面質量管理(TQM)以及成組技術(GT)的內容,64節敏捷制造技術中增加了可重構制造技術的內容。
相對于第1版教材,第2版教材內容更新率達70%之多。通過內容的更新和結構的調整,新版教材將以全新的面貌呈現給讀者。
本書第2版由王隆太教授主編,宋愛平教授參與第3章的編寫,張帆博士參與第2章的編寫。王隆太教授編寫其余章節并負責完成全書統稿。
本書由沈世德教授主審。
由于先進制造技術所涉及的內容廣泛、學科跨度大,以及編者的水平、經歷和視野都很有限,雖然已經努力,但新版教材仍不可避免地存在不足、缺陷和疏漏,在此懇請讀者提出寶貴的意見或建議。
編者
于江蘇揚州
先進制造技術是集制造技術、電子技術、信息技術、自動化技術、能源技術、材料科學以及現代管理技術等眾多技術的交叉、融合和滲透而發展起來的,涉及制造業中產品設計、加工裝配、檢驗測試、經營管理、市場營銷等產品生命周期的全過程,以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產,提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力的一項綜合性技術。
人類社會在步入新世紀同時也逐漸由工業經濟時代步入知識經濟時代,全球經濟正處于一個動態的變革時期,制造業面臨更為嚴峻的挑戰。在知識經濟時代,知識和技術被認為是提高生產率和實現經濟增長的驅動器。因而,先進制造技術已成為制造企業在激烈市場競爭中立于不敗之地并求得迅速發展的關鍵因素,成為世界經濟發展和滿足人類日益增長需要的重要支撐,成為加速高新技術發展和實現國防現代化的助推器。
為了開闊專業視野,掌握制造技術的最新發展,培養復合型人才,促進先進制造技術在我國的研究和應用,“先進制造技術”已作為眾多高校在校學生的必修課程。《先進制造技術》這本教材是編者在1998年所編寫的《現代制造技術》基礎上重新規劃、整理組織編寫的。《現代制造技術》一書自出版以來,受到不少讀者的關愛,同時由于新技術迅猛發展和編者水平以及知識面的限制,書中不少內容已顯得過時,并發現諸多錯誤和不當。許多熱心的讀者對新教材從內容、結構、名詞術語等方面提出了許多積極的改進意見和建議。為了滿足讀者的要求,適應我國制造業快速發展的形勢,更全面地反映當前制造業的最新科技成果和現狀,本書對原書進行了全面的改造和整理,充實了大量新的內容,它將以全新的面貌出現在廣大讀者面前。
本書是普通高等教育“十五”國家級規劃教材,具有如下的特色:①內容全面、新穎,包括現代設計技術、現代管理技術、先進制造工藝技術、自動化技術以及先進生產模式等各個方面,基本能夠反映近年來國內外先進制造技術的最新發展;②作為機械工程專業后續專業課程,側重內容的前沿性、綜合性和交叉性,盡量避免與先導專業課程的重復;③注重工程應用,力求在保持先進制造技術的系統性和完整性前提下,更注重介紹適用先進、相對成熟的技術;④語言簡練、樸質,避免概念堆積、術語羅列,努力講清每一項技術是什么,應用該項技術可以解決什么問題,力求使讀者對先進制造技術有一個基本的認識。
本書由揚州大學王隆太教授、東南大學湯文成教授、江蘇技術師范學院戴國洪博士編寫,由東南大學吳錫英教授、華中科技大學李培根教授審稿。全書共分六章,其中第一、三、四、六章由王隆太編寫,第二章由湯文成編寫,第五章由戴國洪編寫,由王隆太進行統稿。
由于先進制造技術所涉及的內容廣泛、學科跨度大,加之編者的水平和視野所限,本書存在的不足、疏漏,甚至錯誤在所難免。在此懇請讀者提出寶貴意見。
編者
于江蘇揚州
第2版前言
第1版前言
第1章制造業與先進制造技術1
11制造業的發展與挑戰1
111制造與制造業1
112制造業的地位與作用2
113制造業的進步與發展3
114我國機械制造業的發展與面臨的挑戰6
12先進制造技術的內涵與體系結構8
121先進制造技術提出的背景8
122先進制造技術的內涵與特征9
123先進制造技術的體系結構9
124先進制造技術的分類11
13先進制造技術的發展趨勢13
131云制造系統13
132信息物理融合系統16
133先進制造業及各工業國家的發展對策18
134先進制造技術的發展趨勢22
本章小結23
復習思考題23
第2章現代設計技術24
21概述24
211現代設計技術的內涵24
212現代設計技術的特征25
213現代設計技術的體系結構26
22計算機輔助設計技術27
221計算機輔助設計的內涵與發展27
222計算機輔助設計的關鍵技術29
223計算機輔助設計的研究熱點31
23優化設計33
231優化設計的數學模型33
232優化方法的分類35
233優化設計步驟36
234優化設計實例38
24可靠性設計39
241基本概念39
242機械零件可靠性設計43
243機械系統可靠性設計46
25價值工程49
251價值工程的內涵與特征49
252價值工程的實施過程50
253價值工程的應用案例53
26反求工程54
261反求工程的內涵54
262反求工程的基本步驟55
263反求工程的關鍵技術56
264反求工程的應用舉例59
27綠色設計60
271綠色設計產生的背景60
272綠色產品及綠色設計的定義60
273綠色設計的主要內容63
274綠色設計的基本原則63
275綠色產品實例64
本章小結65
復習思考題65
第3章先進制造工藝技術67
31概述67
311機械制造工藝的內涵67
312先進制造工藝的產生和發展68
313先進制造工藝技術特點70
32材料受迫成形工藝技術70
321精密潔凈鑄造成形技術70
322精確高效金屬塑性成形技術72
323粉末鍛造成形技術76
324高分子材料注射成形技術77
33超精密加工技術81
331概述81
332超精密切削加工82
333超精密磨削加工85
334超精密加工機床與設備87
335超精密加工支持環境89
34高速加工技術92
341高速加工的概念92
342高速加工技術的發展與應用93
343高速切削加工的關鍵技術94
344高速磨削加工的關鍵技術97
35增材制造技術100
351增材制造技術的基本原理100
352增材制造的主要工藝方法101
353增材制造技術的應用105
354增材制造技術存在的局限105
36微納制造技術106
361微納制造技術的概念106
362微制造工藝技術106
363納制造工藝技術110
37表面工程技術112
371表面改性技術113
372表面覆層技術115
373復合表面處理技術117
38再制造技術118
381再制造技術的內涵和意義118
382無損拆解與綠色清洗技術120
383無損檢測與壽命評估技術121
384再制造成形與加工技術122
39仿生制造技術125
391仿生制造技術的內涵及發展125
392仿生機構及系統制造126
393功能性表面仿生制造127
394生物組織及器官制造129
395生物加工成形制造130
本章小結132
復習思考題133
第4章制造自動化技術134
41概述134
411制造自動化技術的發展134
412制造自動化技術的內涵136
42自動化制造設備137
421數控機床137
422加工中心機床143
423柔性制造單元146
424柔性制造系統147
43物料運儲系統自動化159
431自動運輸小車159
432工業機器人161
433自動化倉庫166
44裝配過程自動化168
441裝配過程自動化的現狀與意義168
442自動裝配工藝性分析169
443自動化裝配設備174
45檢測過程自動化179
451檢測系統的作用與涉及的檢測內容179
452檢測系統的基本組成及工作原理180
453自動檢測元件181
454制造過程自動檢測監控實例182
本章小結185
復習思考題186
第5章現代企業信息管理技術187
51概述187
511企業信息化的內涵187
512企業信息管理技術體系188
513企業信息管理的網絡環境189
52企業資源計劃(ERP)191
521ERP的產生與發展191
522訂貨點法192
523MRP及閉環MRP193
524MRPⅡ198
525ERP201
526ERPⅡ204
53供應鏈管理(SCM)207
531SCM的產生背景207
532SCM的定義208
533SCM的結構體系208
534SCM的管理原理210
535SCM的發展趨勢214
54客戶關系管理(CRM)215
541CRM的產生背景215
542CRM的內涵216
543CRM的目標與客戶對象217
544CRM的體系結構及功能模塊218
545CRM與其他信息系統的關系220
55產品數據管理(PDM)221
551PDM的產生、定義與發展221
552PDM的體系結構223
553PDM的系統功能224
554PDM與ERP之間的區別和聯系226
555基于PDM的應用集成228
56制造執行系統(MES)230
561MES的產生與定義230
562MES的角色作用231
563MES的功能模塊233
564MES與其他信息系統的關系233
565ERP/MES/PCS的信息集成234
本章小結235
復習思考題236
第6章先進制造模式237
61計算機集成制造(CIM)237
611CIM和CIMS的概念237
612CIMS的結構組成238
613CIMS遞階控制結構242
614CIMS開放式體系結構(CIMS/OSA)243
615我國CIMS技術的發展戰略245
62并行工程(CE)246
621并行工程概念的產生及其定義246
622并行工程的運行模式247
623并行工程的特征248
624并行工程的關鍵技術250
625并行工程的支持工具250
63精益生產(LP)251
631精益生產的提出及內涵251
632精益生產的體系結構253
633精益生產的基本原理257
64敏捷制造(AM)259
641敏捷制造提出的背景、內涵及其特征259
642敏捷制造企業的體系結構261
643敏捷化企業組織與管理262
644虛擬制造265
645可重構制造系統265
646敏捷制造對制造業的影響268
65智能制造(IM)269
651智能制造的內涵與特征269
652智能加工與智能機床271
本章小結273
復習思考題274
參考文獻275