先进制造技术（第2版）

先进制造技术（advanced manufacturing technology, AMT）是传统的制造技术与现代高新技术结合而产生的一个完整的技术群。它是以传统的机械制造技术为基础，又伴随着新科技、新理念的不断出现更新、发展和完善的科学技术。飞速发展的信息技术、网络技术、数字化制造技术、3D打印技术等为21世纪的先进制造技术发展提供了可靠的保证。先进制造技术已成为各国经济发展和满足人民日益增长需要的主要技术保障，成为加速高新技术发展和实现国防现代化的主要技术支撑，成为企业在激烈的全球化市场竞争中能立于不败之地并求得迅速发展的关键因素。
本书阐述了先进制造技术相关的概念、理论、工艺、方法以及生产管理等知识，介绍了先进制造系统的构成和体系结构。通过本书的学习学生可以掌握先进制造技术所涉及的新概念、新理论和新方法。在编写的过程中，参考了国内众多高校相关教材，力求将先进制造技术的研究成果展现给读者。
本书第1章主要介绍了制造业的发展和先进制造技术产生的背景、发展历程、内涵和特点、体系结构和关键技术及发展趋势等。第2章介绍现代设计方法学，主要包括优化设计、系统设计、功能设计、模块设计、反求工程、并行设计及可靠性设计。第3章介绍先进制造工艺的内涵、特点及发展趋势，先进制造工艺技术主要介绍超精密加工、高速加工、纳米制造以及快速原型制造技术。第4章介绍先进制造系统，主要包括工业机器人技术，柔性制造技术系统的概念、组成、结构和应用，计算机集成制造系统的组成、结构和应用，虚拟制造系统的定义、体系结构和关键技术，网络化制造系统的背景、内涵和技术体系、智能制造系统的定义、关键技术和体系构架等。第5章介绍先进生产管理技术，主要包括现代生产管理信息技术、产品数据管理以及产品全生命周期管理的基本概念、体系结构、主要功能、系统集成及发展趋势等。第6章介绍先进制造模式，着重介绍精益生产、敏捷制造、服务型制造、绿色制造、生物制造以及云制造的基本概念、内涵特点、关键技术及发展应用等。
本书以基本概念、原理、方法为基础，以基础技术、关键技术和应用技术为主干，内容选择富有实用性、综合性、先进性，并体现其发展趋势。各章都附有思考题与习题。
本书可作为机械工程专业、工业工程专业的本科生教材，也可作为高等职业学校、高等专科学校、成人院校的机电一体化、数控技术及应用、机械制造及自动化等专业的教材，还可作为工程技术人员和管理人员的参考资料或培训教材。
在本书成稿之际，感谢清华大学出版社的支持，同时也感谢本书参考文献的作者们。
先进制造技术是一门不断发展中的综合性交叉学科，涉及的学科多、知识面广，由于编者水平和经验有限，疏漏在所难免，恳请专家、学者和广大师生提出宝贵意见，我们会在适当时机进行修订和补充。

编者2020年末

卓越工程师教育培养计划配套教材——飞行技术系列序言21世纪的制造技术是不断创新的制造技术、快速反应的制造技术。其中计算机技术、网络技术、信息技术、纳米制造技术等为21世纪制造技术的发展提供了可靠的保证。先进制造技术已成为各国经济发展和满足人民日益增长需要的主要技术支撑，成为加速高新技术发展和实现国防现代化的主要技术支撑，成为企业在激烈的市场竞争中能立于不败之地并求得迅速发展的关键因素。先进制造技术是一门动态的，以传统的机械制造技术为基础的学科，其伴随着新科技、新理念的不断出现而更新、发展和完善。
本书通过介绍现代制造系统的构成和体系结构，阐述了先进制造技术相关的概念、理论、工艺、方法以及生产管理等知识。通过本课程的学习学生可以掌握先进制造系统所涉及的新概念、新技术和新方法。在编写的过程中，本书参考了国内外众多相关文献，力求将先进制造技术的研究成果展现给读者。
本书第1章主要介绍制造业的发展和先进制造技术产生的背景、发展历程、内涵和特点、体系结构和分类及发展趋势等。第2章介绍现代设计技术，主要包括优化设计、系统设计、功能设计、模块设计、反求工程、模糊设计、并行设计及可靠性设计。第3章介绍先进制造工艺的内涵、特点及发展趋势，主要介绍超精密加工、高速加工、纳米制造以及快速原型制造技术。第4章介绍制造自动化技术的有关知识，主要包括工业机器人技术，柔性制造技术系统的概念、组成、结构和应用，计算机集成制造系统的组成和信息集成，虚拟制造系统的概念、组成和结构特点，网络化制造系统等。第5章介绍先进生产管理技术，主要包括现代生产管理信息技术、产品数据管理以及产品全生命周期管理的基本概念、体系结构、主要功能、系统集成及发展趋势等内容。第6章介绍先进制造模式，着重介绍精益生产、敏捷制造、高效快速重组生产系统、智能制造、绿色制造、生物制造以及云制造的基本概念、内涵特点、关键技术及发展应用等。各章都附有思考与习题。
本书以基本概念、原理、方法为基础，以基础技术、关键技术和应用技术为主干，内容选择上力求富有实用性、综合性、先进性。
本书可作为机械工程、工业工程等专业的本科生教材，也可作为高等职业学校、高等专科学校、成人院校机电专业的教材，还可作为工程技术人员和管理人员的参考资料或培训教材。
本书写作过程中参考了很多相关文献，在此对相关作者表示感谢。
先进制造技术是一门不断发展中的综合性交叉学科，涉及的学科多、知识面广，由于编者水平和经验有限，疏漏在所难免，恳请读者批评指正。

编者2013年末

本书第1章主要介绍了制造业的发展和先进制造技术的内涵、特点和发展趋势。第2章至第5章分别介绍现代设计方法学、先进制造工艺、制造自动化技术和先进生产管理技术四个方面的内容。探讨国内外相关技术的发展成就，及研究方向。第6章介绍先进制造战略、理念和**进的制造模式，重点探讨我国先进制造技术的战略和有关支撑环境，研究先进制造技术的体系。

周俊，女，上海工程技术大学副教授。研究方向：制造系统的建模、仿真（柔性制造系统、生产物流系统等）、工业信息工程（企业信息化设计与实施（PDM/PLM）、企业资源计划ERP等）、 服务科学与产品服务系统（工业产品服务系统IPS2、产品/服务方案设计）、 知识工程（Knowledge Based Engineering）在生产科学中的应用、 知识融合与产品创新设计等。国内外学术论文50余篇。

第1章先进制造技术概论1
1.1制造技术的发展概况1
1.1.1制造、制造系统和制造业1
1.1.2制造业在国民经济中的地位3
1.1.3现代制造技术的发展4
1.2先进制造技术的内涵及体系结构5
1.2.1先进制造技术提出的背景5
1.2.2先进制造技术的内涵和特点6
1.2.3先进制造技术的体系结构及关键技术7
1.3先进制造技术的发展10
1.3.1先进制造技术的发展趋势10
1.3.2我国先进制造技术的发展战略12
思考题及习题16
第2章现代设计方法学17
2.1现代设计技术概述17
2.1.1现代设计技术的内涵和特点17
2.1.2现代设计技术的体系结构19
2.2现代设计技术20
2.2.1优化设计20
2.2.2系统设计26
2.2.3功能设计30
2.2.4模块设计34
2.2.5反求工程40
2.2.6并行设计46
2.2.7可靠性设计52
思考题及习题62第3章先进制造工艺63
3.1先进制造工艺概述63
3.1.1机械制造工艺的定义和内涵63
3.1.2先进制造工艺的特点63
3.1.3先进制造工艺的发展趋势64
3.2超精密加工66
3.2.1超精密加工概述66
3.2.2金刚石刀具的超精密切削加工68
3.2.3超精密磨削加工70
3.2.4超精密加工的研究方向70
3.3高速加工技术72
3.3.1高速加工的概念与特征72
3.3.2高速加工技术的发展与应用73
3.3.3高速切削的关键技术73
3.4纳米制造技术77
3.4.1纳米材料的定义及分类77
3.4.2纳米技术及其重要性78
3.4.3典型纳米制造技术79
3.4.4纳米制造的发展方向80
3.5增材制造技术82
3.5.1增材制造技术的原理与特点82
3.5.2增材制造主要工艺方法83
3.5.3增材制造技术的应用及发展趋势87
思考题及习题90
第4章先进制造系统91
4.1制造自动化技术概述91
4.1.1制造业自动化的内涵91
4.1.2制造业自动化的发展趋势92
4.2工业机器人技术93
4.2.1机器人工业的现状93
4.2.2工业机器人的定义94
4.2.3工业机器人的组成与分类95
4.2.4工业机器人的主要性能97
4.2.5工业机器人编程技术98
4.2.6工业机器人的发展趋势100
4.3柔性制造系统101
4.3.1柔性制造系统的基本概念101
4.3.2柔性制造系统的组成和结构102
4.3.3柔性制造系统的应用104
4.3.4柔性制造系统的发展趋势106
4.4计算机集成制造系统107
4.4.1计算机集成制造系统的组成与关键技术107
4.4.2计算机集成制造系统的递阶控制结构109
4.4.3计算机集成制造系统的体系结构110
4.4.4计算机集成制造系统的发展112
4.5虚拟制造系统114
4.5.1虚拟制造的定义及特点114
4.5.2虚拟制造的分类115
4.5.3虚拟制造的体系结构117
4.5.4基于Internet的虚拟制造系统119
4.5.5虚拟制造的关键技术120
4.6网络化制造系统122
4.6.1网络化制造的背景及定义122
4.6.2网络化制造系统的内涵与特征123
4.6.3网络化制造的技术体系124
4.6.4网络化制造的关键技术125
4.7智能制造系统127
4.7.1智能制造系统的定义及特征127
4.7.2智能制造的关键技术128
4.7.3智能制造系统的体系构架130
思考题及习题132
第5章先进生产管理技术133
5.1现代生产管理信息技术133
5.1.1物料需求计划133
5.1.2闭环MRP136
5.1.3制造资源计划137
5.1.4企业资源计划139
5.2产品数据管理141
5.2.1产品数据管理概述141
5.2.2产品数据管理的体系结构与功能142
5.2.3产品数据管理在企业中应用147
5.3产品全生命周期管理148
5.3.1产品全生命周期管理的定义148
5.3.2产品全生命周期管理的体系结构和功能150
5.3.3产品全生命周期管理的发展趋势153
思考题及习题154
第6章先进制造战略、理念与模式155
6.1制造领域竞争战略与发展155
6.1.1制造领域竞争战略的演变155
6.1.2制造理念和模式的发展156
6.2先进制造模式157
6.2.1精益生产157
6.2.2敏捷制造161
6.2.3绿色制造165
6.2.4服务型制造170
6.2.5生物制造176
6.2.6云制造179
思考题及习题184
参考文献185

本书具有如下特点：（1）本书从系统思维、学科综合和技术集成的角度，反映先进制造系统所涉及的基本概念、原理和技术方法；（2）本书不仅注重学生获得知识和分析问题能力的培养，而且增加了大量的实例，体现了对学生工程素质和创新能力的培养；（3）本书的编写思想从可持续发展策略为出发点，指明了制造技术创新的途径与动力；（5）以市场驱动经济为背景，介绍了快速响应市场的先进制造技术。