第一篇：先進制造技術

姓名：趙勝利

洛陽理工學院

先 進 制 造 技 術

專業：機電一體化技術 班級：Z15025937 簡述先進制造工藝的定義與特點

一、引言

先進制造技術AMT(Advanced Manufacturing Technology)是集機械，電子，信息，材料，能源和管理等各項先進技術而發展起來的高新技術，它是發展國民經濟的重要基礎技術之一。先進制造技術是制造業為提高競爭力以適應時代的要求而形成的-一個高新技術群，經過發展，已形成了完整的體系結構。先進制造技術是當今生產力的主要構成因素，是國民經濟的重要支柱。論文大全。它擔負著為國民經濟各部門和學技術的各個學科提供裝備、I 具和檢測儀器的重要任務，成為國民經濟和科學技術賴以生存和發展的重要手段。尤其是些尖端科技，如航空、航天、微電子、光電子、激光、分子生物學和核能等等技術的出現和發展，如果沒有先進制造技術作為基礎，是不可能實現的。

二、先進制造技術的起源

“先進制造技術”一詞源于美國。二戰結束之前的制造技術，可以統稱為傳統的制造技術，美國制造業在第二次世界大戰以后，在當時國際環境背景下得到了空前的發展，并形成了支強大的研究開發力量，強調基礎和學研究的重要性，忽視制造技術的發展。至20 世紀70 年代，隨著日、德經濟的恢復，美國制造業遇到了強有力的挑戰，汽車業等行業的霸主地位，遇到了強有力的沖擊，出口產品的競爭力大大落后于日、德，美國經濟滯脹，發展緩慢。而日本在過去幾十年內不斷主動地采用制造新技術，已使其成為制造業公認的世界領。在此背景下,美國反思了制造技術同國民經濟、技術與國力的至關重要的相互依賴關系，強調了制造技術的重要性，明確了社會經濟目標的關鍵是技術的重要性，制定了國家關鍵技術計劃，并對其技術政策作了重大調整。與此同時，以計算機為中心的新一代信息技術的發展，也全面推動了制造技術的飛躍發展。由于經濟和增強國防的需要，在劇烈的市場競爭的刺激F,各個國家和地區紛紛將傳統的制造技術與新發展起來的科技成就相結合，先進制造技術的概念逐步形成并發展。

三、先進制造技術的內涵

先進制造技術是傳統制造業不斷地吸收機械、信息、材料及現代管理技術等方面最新的成果，并將其綜合應用于產品開發與設計、制造、檢測、管理及售后服務的制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、敏捷制造，并取得理想技術經濟效果的前沿制造技術的總稱。從本質上:可以說，先進制造技術是傳統制造技術、信息技術、自動化技術和現代管理技術等的有機融合。與傳統的制造技術比較起來，當代先進的制造技術以其高效率、高質量和對于市場變化的快速響應能力為主要特征。它貫穿了從產品設計、加工制造到產品銷售及使用維修等全過程，成為“市場一產品設計一制造一市場”的大系統。而傳統制造工程一般單指加工過程。先進制造技術充分應用計算機技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術、管理技術等的最新成果，各專業、學科間不斷交叉、融合，其界限逐漸淡化甚至消失。它是技術、組織與管理的有機集成，特別重視制造過程組織和管理體制的簡化及合理化。先進制造技術又可看作是硬件、軟件、人和支持網絡(技術的與社會的)綜合與統一。先進制造技術并不追求高度自動化或計算機化，而是通過強調以人為中心，實現自主和自律的統一，最大限度地發揮人的積極性、創造性和相互協調性。先進制造技術高度開放、具有高度自組織能力的系統，通過大力協作，充分、合理地利用全球資源，不斷生產出最具競爭力的產品。先進制造技術的目的在于能夠以最低的成本、最快的速度提供用戶所希望的產品，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，并取得理想的技術經濟效果。

四、先進制造技術的主要內容

信息技術和現代管理技術是先進制造技術的兩個支柱,而現代管理技術要以先進制造哲理為基礎。不同的時代具有不同的消費需求和科學技術，不同的消費需求和科學技術又會產生不同的生產技術和生產方式，進而要求不同的管理與之相適應。先進制造哲理與信息技術和現代管理技術的有機結合，是必然產生的生產模式。先進制造哲理、現代管理技術與先進生產模式三位一體，共同構成了先進制造技術生長的軟環境。自20 世紀90 年代以來，人1門在總結GT、FMS、JIT、MRPII、CIMS等生產模式經驗和教訓的基礎上,提出了許多新的制造概念和生產模式。例如，以組成多功能協同小組工作模式為特征的并行工程(CE)，以簡化組織和強調人的能動性為核心的精益生產(LP),以動態多變的且織結構和充分發揮技術、組織人員的2 度柔性集成為主導的敏捷制造(AM)。先進工程設計技術是先進制造技術的重要組成部分。論文大全。產品生產首先從工程設計開始。工程設計包括需求分析、產品規劃、方案設計、總體設計、詳細設計、工藝設計等

內容。工程設計結果直接影響產品的功能、怕能、質量、制造成本與交貨期。據統計，產品設計階段決定了產品生產成本的70%-80%。先進制造工藝是先進制造技術的核心和基礎。按照設計方案，將原材料轉化為實際產品的過程，稱為制造工藝過程。論文大全。為實現這一過程，需要采用各種有效的制造工藝方法對產品質量、成本、生產周期等具有重要影響的因素實施有效控制。先進制造技術的支撐技術是指支持主體技術(設計和制造工藝)發展所需的技術、工具、手段和系統集成的基礎技術，它包括信息技術、標準框架、機床和工具技術、傳感與控制技術等。

五、先進制造工藝的發展趨勢

先進制造技術的-一個重要發展趨勢是工藝設計從經驗判斷走向定量分析，其方法就是將 數值模擬技術與物理模擬和人工智能技術相結合，確定工藝參數，優化工藝方案，預測加工 質量，使生產過程從“理論-實驗-生產”轉變為“理論-計算機模擬-生產”。隨著人工智能技術、計算機視覺技術、數字化信息處理技術、機器人技術的溶入，促使制造技術向著工藝高效化，控制數字化、智能化以及生產過程機器人化方向發展，如下幾點有待攻破：(1)制造系統是一個復雜的大系統，為滿足制造系統敏捷性、快速響應和快速重組的能力，必須借鑒信息科學、生命科學和社會科學等多學科的研究成果,探索制造系統新的體系結構、制造模式和制造系統有效的運行機制。制造系統優化的組織結構和良好的運行狀況是制造系 統建模、仿真和優化的主要目標。制造系統新的體系結構不僅對制造企業的敏捷性和對需求 的響應能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業底層生產設備的柔性和可動態重組能 力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統，以滿足制造系統新的要求。(2)為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現代制造技術中產品開發和制造的 關鍵問題。例如在計算機輔助設計與制造(CAD / CAM)集成、坐標測量(CMM)和機器人學等方面，在三維現實空間(3-Real Space)中，都存在大量的幾何算法設計和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理問題;在測量和機器人路徑規劃及零件的尋位(如Localizat ion)等方面，存在C-空間(配置空間Configuration Space)的幾何計算和兒何推理問題;在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機器人多指抓取規劃、裝配運動規劃和操作規劃方面則需要在旋量空間(Screw Space)進行幾何推理。制造過程中物理和力學現象的幾何化研究形成了制造科學中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進一步突破，當前一門新學科--計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。(3)在現代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產業的決定性因素，而且還是最活躍的 驅動因素。提高制造系統的信息處理能力已成為現代制造科學發展的一個重點。由于制造系 統信息組織和結構的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現出立體性、信息度量的多 維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結構模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數據的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。

(4)各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應用促進了制造智能的發展。一類 基于生:物進化算法的計算智能I 具，在包括調度問題在內的組合優化求解技術領域中受到越來越普遍的關注，有望在制造中完成組合優化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規模的制約。制造智能還表現在: 智能調度、智能設計、智能加工、機器人學、智能控制、智能工藝規劃、智能診斷等多方面。這些問題是當前產品創新的關鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學的重要基礎性問題。這些問題的重點突破，可以形成產品創新的基礎研究體系。

1.采用模擬技術，成形、改性與加工是機械制造工藝的主要工序，是將原材料(主要是金屬材料)制造加工成毛坯或零部件的過程。這些工藝過程特別是熱加工過程是極其復雜的高溫、動態、瞬時過程，其間發生一系列復雜的物理、化學、治金變化，這些變因而多年來，熱加工工藝設計只能化不僅不能直接觀察，間接測試也十分困難，憑“經驗”。近年來，應用計算機技術及現代測試技術形成的熱加工工藝模擬及優化設計技術風靡全球，成為熱加工各個學科最為熱門的研究熱點和跨世紀的技術前沿。應用模擬技術，可以虛擬顯示材料熱加工(鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、注塑等)的工藝過程，預測工藝結果(組織性能質量)，并通過不同參數比較以優化工藝設計，確保大件一次制造成功;確保成批件一次試模成功。模擬技術同樣已開始應用于機械加工、特種加工及裝配過程，并已向擬實制造成形的方向發展，成為分散網絡化制造、數字化制造及制造全球化的技術基礎。2.成形精度向近無余量方向發展

毛坯和零件的成形是機械制造的第一道工序。金屬毛坯和零件的成形一般有鑄造、鍛造、沖壓、焊接和軋材下料五類方法。隨著毛坯精密成形工藝的發展，零件成形的型成形的形狀尺寸精度正從近凈成形(Near Net Shape Forming)向凈即近無余量成形方向發展。“毛坯”與“零件”的界成形(Net Shape Forming :限越來越小。有的毛坯成形后，已接近或達到零件的最終形狀和尺寸，磨削后即可裝配。主要方法有多種形式的精鑄、精鍛、精神、冷溫擠壓、精焊接及切割。如在汽車生產中，“接近零余量的敏捷及精密沖壓系統”及“智能電阻焊系統”正在研究開發中。

4.機械加工向超精密、超高速方向發展超精密加工技術目前已進入納米加工時代，加工精度達0.025p m,表面粗糙度達0.0045p m。精切削加工技術由目前的紅處波段向加工可見光波段或不可見紫外線和X 射線波段趨近;超精加工機床向多功能模塊化方向發展;超精加工材料由金屬擴大到非金屬。目前起高速切削鋁合金的切削已超過1600m/min;鑄鐵為1500m/min;超高速切削已成為解決一些難加工材料加工問題的一條途徑。

5.采用新型能源及復合加工。解決新型材料的加工和表面改性難題激光、電子束、離子束、分子束、等離子體、微波、超聲波、電液、電磁、高壓水射流等新型能源或能源載體的引入，形成了多咱嶄新的特種加工及高密度能切割、焊接、熔煉、鍛壓、熱處理、表面保護等加工工藝或復合工藝。其中以多種形式的激光加工發展最為迅速。這些新工藝不僅提高了加工效率和質量，同時還解決了超硬材料、高分子材料、復合材料、工程陶瓷等新型材料的加工難題。

6.采用自動化技術，實現工藝過程的優化控制微電子、計算機、自動化技術與工藝設備相結合，形成了從單機到系統，從剛性到柔性，從簡單到復雜等不同檔次的多種自動化成形加工技術，使工藝過程控制方式發生質的變化，其發展歷程及趨勢為:1)應用集成電路、可編程序控制器、微機等新型控制元件、裝置實現工藝設備的單機、生產線或系統的自動化控制。2)應用新型傳感、無損檢測、理化檢驗及計算機、微電子技術，實時測量并監控工藝過程的溫度、壓力、形狀、尺寸、位移、應力、應變、振動、聲、像、電、磁及合金與氣體的成分、組織結構等參數，實現在線測量、測試技術的電子化、數字化、計算機及工藝參數的閉環控制，進而實現自適應控制。3)將計算機輔助工藝編程(CAPP)、數控、CAD/CAM、機器人、自動化搬運倉儲、管理信息系統(MIS)等自動化單元技術綜合用于工藝設計、加工及物流過程，形成不同檔次的柔性自動化系統;數控加工、加工中心(MC)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造島(FMI)、柔性制造系統(FMS)和柔性生產線(FTL),及至形成計算機集成制造系統(CIMS)和智能制造系統(IMS)。

7.采用清潔能源及原材料、實現清潔生產機械加工過程產生大量廢水、廢渣、廢氣、噪聲、振動、熱輻射等，勞動條件繁重危險，已不適應當代清潔生產的要求。近年來清潔生產成為加工過程的一個新的目標，除搞好三廢治理外，重在從源頭抓起，杜絕污染的產生。其途徑之一為:一是采用清潔能源，如用電加熱代替燃煤加熱鍛坯，用電熔化代替焦炭沖天爐熔化鐵液;二是采用清潔的工藝材料開發新的工藝方法，如在鍛造生產中采用非石墨型潤滑材料，在砂型鑄造中采用非煤粉型砂;三是采用新結構，誠少設備的噪聲和振動。如在鑄造生產中，噪聲極大的震擊式造型機已被射壓、靜壓造型機所取代。在模鍛生產中，噪聲大且耗能多的模鍛錘，已逐漸被電液傳動的曲柄熱模鍛壓力機、高能螺旋壓力機所取代。在清潔生產基礎上，滿足產品從設計、生產到使用乃至回收和廢棄處理的整個周期都符合特定的環境要求的“綠色制造”將成為21世紀制造業的重要特征。

國內外先進制造工藝技術的定義，發展現狀與發展趨勢

伴隨著世界經濟日益國際化，更兼并著科學技術的不斷發展與突飛猛進，工業化的發展程度，成為一個國家在世界地位中凸顯的重要標志之一，為此,先進技術則成為此領域內的一項重要技術之一。尤其高效高質量制造技術被廣泛應用于飛機、汽車、造船、模具制造業、特殊材料加工以及航空航天、國防事業等。先進制造技術逐步成為衡量一國家工業化的核心標志，并對一個國家的、經濟、航空航天、國防事業作出重大貢獻。并逐步成為推動世界先進技術向高端技術發展重要標志。機械制造工藝是將各種原材料通過改變其形狀、尺寸、性能或相對位置，使之成為成品或半成品的方法和過程。機械制造工藝流程是由原材料和能源的提供、毛坯和零件成形、機械加工以先進制造工藝加工制造出的產品質量高、性能好、尺寸精確、表面光潔、組織致密、無缺陷雜質、使用性能好、使用壽命和可靠性高。與傳統制造工藝相比，先進制造工藝可極大地提高勞動生產率，大大降低了操者的勞動強度和生產成本。低耗先進制造工藝可大大節省原材料消耗，降低能源消耗，提高了對日益枯竭的自然資源的利用率。應用先進制造工藝可做到零排放或少排放，生產過程不污染環境，符合日益增長的環境保護要求。、材料改性與處理、裝配與包裝、質量檢測與控制等多個工藝環節組成。

目前對于先進制造技術尚未有一明確的定義。改進、提高信息技術和現代管理技術的成果，并將其運用于產造業不斷吸收、品設計、加工、檢測、生產管理、產品銷售、使用、回收等制造全過程技術的總稱。縱觀歷史，現代制造技術形成和發展至今也只有是近十年間的事。上世紀，美國的一批學者不斷鼓吹美國已進入”后工業化社會”,把傳統的制造業視為”夕陽工業”，因而制造技術的發展受到極大的阻礙。然而由于美國根據本國面臨的挑戰與機遇，對其制造業存在的問題進行了深刻反省，重新認識到制造業在國民經濟中的地位和作用。此時，由于計算機信息技術的發展，也全面推動了制造技術的飛躍發展。于是，先進制造技術的概念逐步形成。而我國，機械科學研究院提出了多層次技術群構成的先進制造技術體系。第一個層次是優質、高效、低耗、清潔基礎制造技術，它是先進制造技術的核心。第二個層次是新型的制造單元技術。這是在市場需求及新興產業的帶動下，制造技術與電子、信息、新材料、新能源、環境科學、系統工程、現代管理等高新技術結合而形成的嶄新制造技術。2先進制造技術現狀

我國工業化發展程度較世界先進的發達國家相比,起步晚，創新程度低,體系薄弱，突入比例相對較少，人類資源地下，相比其他發達國家而言，落后程度甚至超過數十年，為此,我國在改革開放三十年以來，不斷大力發展生產力，力求科技創新，認真汲取國內外先進技術，來彌補我們先天的不足，所以有了，十五、十一五、十.二五等長期的規劃目標為基準，為邁向世界先進制造技術大國強國而分發。相對我國而言，國外工業發達國家制造技術相當先進。并把先進制造技術作為國家級關鍵技術和優先發展領域。盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種，但制造業的基礎地位不能忽視。20 世紀90 年代以來，各發達國家，如美國、日本、歐共體、德國等都針對先進制造技術的研發提出了國家級發展計劃，旨在提高本國制造業的國際競爭能力。如網絡化制造作為未來的重要的制造模式，已經引起各國政府、研究機構和企業界的廣泛重視。20 世紀90 年代初,美國政府提出”先進制造技術”計劃，將基于信息高速公路的敏捷制造作為美國21世紀的制造戰略。總之，工業化國家大都把先進制造技術作為本國的科技優先發展領域和高技術的實施重點;發展中國家也十分重視制造業信息化，都把信息技術作為改造傳統企業和產業結構調整的主要戰略;新興工業化國家希望通過加快制造業信息化，躋身世界先進行列,我國以及眾多發展中國家也希望以信息化推進工業化，以縮小與先進國家的差距。自建國以來，尤其是改革開放以來，我國機械制造業得到了迅速地發展。機械工業是我國工業中發展最快的行業之一。20 世紀70 年代以前，產品的技術相對比較簡單，一個新產品上市，很快就會有相同功能的產品跟著上市。20世紀80 年代以后，隨著市場全球化的進-步發展，市場競爭變得越來越激烈。20 世紀90 年代初，隨著CIMS 技術的大力推廣應用，包活有CIMS實驗工程中心和7 個實驗室的研究環境已建成。在全國范圍內，部署了CIMS 的若干研究I 頁F 1，諸如CIMS軟件工程與標準化、開放式系統結構與發展戰略，CIMS 總體與集成技術、產品設計自動化、C藝設計自動化、柔性制造技術、管理與決策信息系統、質量保證技術、網絡與數據庫技術以及系統理論和方法等均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進展。但因大部分大型機械制造企業和絕大部分中小型機械制造企業主要限于CAD 和管理信息系統，底層基礎自動化還十分薄弱，數控機床由于編程復雜，還沒有真正發揮作用。因此，與L業發達國家相比，我國的制造業仍然存在-一個階段性的整體上的差距。在產品設計方面，普遍采用計算機軒甫助產品設計(CAD)2.國外先進制造技術的現狀

計算機輔助工程分析(CAE)和計算機仿真技術;在加工技術方面，已實現了底層(車間層)的自動化，包括廣泛地采用加工中心(或數控技術)、自動引導小車(AGV)等.近10 余年來，發達國家主要從具有全新制造理念的制造系統自動化方面尋找出路，提出了-一系列新的制造系統。如計算機集成制造系統、智能制造系統、并行工程、敏捷制造等。先進制造技術的組成先進制造技術不是一般單指加工過程的工I 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、C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。

發展

當前先進制造技術的發展趨勢大致有以下幾個方面: l、信息技術對先進制造技術的發展起著越來越重要的作用

2、設計技術不斷現代化

3、成形及改進制造技術向精密、精確、少能耗、無污染方向發展

4、加工制造技術向著超精密、超高速以及發展新一代制造裝備的方向發展

5、工藝由技藝發展為工程科學，工藝模擬技術得到迅速發展

6、專業、學科間的界限逐漸淡化、消失

7、綠色制造將成為21世紀制造業的重要特征。

8、虛擬現實技術在制造業中獲得越來越多的應用

9、信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合，先進制造生產模式獲得不斷發展，造業在 經歷了少品種小批量--少品種大批量、--多品種小批量生產模式的過渡后，先進制造模式必將獲得不斷發展。

三我國先進制造技術的發展趨勢

進入21世紀以來，我國先進制造技術借鑒了國外先進經驗得到了迅速發展并且形成lee 自己的方向與目標，具體如下所述:(一)精密化

精密加工、特種加T、超精密加工技術、微型機械是現代化機械制造技術發展的方向之一。(二)自動化

自動化技術自20 世紀初出現以后，經歷了由剛性自動化向柔性自動化的發展過程，自動 化技術的成功應用，不但提高了效率，保證了產品質量，還可以代替人去完成危險場合的工作。在未來的自動化技術實施過程中，將更加重視人在自動化系統中的作用。(三)信息化

信息、物質和能量是制造系統的三要素。產品制造過程中的信息投入，己成為決定產品成本的主要因素。(四)柔性化

隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平不斷提高，促使產品更新換代的速度不斷加快，這就要求現代企業必須具備一定的生產柔性來滿足市場多變的需要。(五)集成化

集成是綜合自動化的-一個重要特征。集成化的目的是實現制造企業的功能集成，功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成，同時還要強調人的集成，由于系統中不可能沒有人，系統運行的效果與企業經營思想、運行機制、管理模式都與人有關，因此在技術上集成的同時，還應強調管理與人的集成。(六)智能化

智能化是制造技術的發展趨勢之一。智能制造技術(TMT)是將人工智能獨入制造過程的各個環節，在整個制造過程中貫徹智力活動，使系統柔性的方式集成起來，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統中的部分腦力勞動，在制造過程中系統能自動監測其運行狀態，在受到外界干擾或半個世紀來，我國機械制造業雖然從無到有，從小到大取得了較快的發展，但與西方先進工業國家相比還存在這明顯的差距，主要表現在如下方面:(1)產品檔次低，高水平產品所占比例小目前我國機械工業主導產品達到當代國際先進水平的不到5%，達到上世紀90 年代國際先進水平的占25%，答到80 年代水平的占40%。我國大中型企業生產的2000 多種主導產品的平均生命周期為10.5 年，而美國-一般僅有3-4 年。美國制造業的新產品的貢獻率已達到國目前，我國大部分企業的生產管理依舊停留在過去計劃經濟管理方式上,現金管理模式和手段未能得到實施。目前我國制造企業的技術水平與國先進水平相比較，從總體上看差距達20年左右。

結合我國基本國情，解決我國先進制造技術目前問題應:(1)提高認識，全面規劃，力促先進制造技術的發展。(2)深化科技體制改革，推動技術創新體系的建設。

(3)將引進消化國外先進制造技術與自主開發創新相結合。(4)大力發展先進高新制造技術及其產業。

(5)積極培養創造性人才，努力提高制造業的全員素質。

國內外特種加工技術的最新發展現狀和發展趨勢 隨著現代工業發展(和科學實驗)的需要，許多領域要求尖端科學技術產品向高精度、高性能、小型化等方向發展，使用的材料越來越難加工，硬度高、脆性好的難切削材料應用 日益廣泛，一些制造精密形狀復雜和結構特殊的零件需求也在日益增加，對加工制造技術提 出了更高的要求，傳統加工由于自身的加工特點，致使其已經不能完全滿足加工需要這時，一種新的加工方法特種加工技術的出現填補了這一空缺。所謂特種加工，是指一種利用化學 電聲光能對金屬或非金屬材料進行加工的方法，特別適用于加工復雜微細表面和低剛度零件 其工作原理不同于傳統的機械切削方法即加工過程中工件具之間沒有明顯的切削力，工具材料的硬度也可以低于工件材料的硬度特種加工技術在國內外各行各業的應用中取得了巨成效，它們有著各自的特點使特殊材料或特殊結構工件的加工工藝性發生了根本變化，解決了傳統加工方法所遇到的一些難題，已經成為現代工業領域中不可缺少的重要加工手段和關鍵制造技術.1.特種加工的發展

特種加工是20世紀40年代發展起來的，由于材料科學、高新技術的發展和激烈的市場競爭、發展尖端國防及科學研究的急需，不僅新產品更新換代日益加快，而且產品要求具有很高的強度重量比和性能價格比，并正朝著高速度、高精度、高可靠性、耐腐蝕、高溫高壓、大功率、尺寸大小兩極分化的方向發展。為此，各種新材料、新結構、形狀復雜的精密機械零件大量涌現，對機械制造業提出結構形狀復雜、尺寸或微小或特大、精密零件的加工;薄壁、彈性元件等剛度、特殊零件的加工等。對此，采用傳統加工方法十分困難，甚至無法加工。于是，人們一方面通過研究高效加工的刀具和刀具材料、自動優化切削參數、提高刀具可靠性和在線刀具監控系統、開發新型切削液、研制新型自動機床等途徑，進一步改善切削狀態，提高切削加工水平，并解決了一些問題;另一方面，則沖破傳統加工方法的束縛，不斷地探索、尋求新的加工方法，于是一種本質上區別于傳統加工的特種加工便應運而生，并不斷獲得發展。后來，由于新穎制造技術的進一步發展，人們就從廣義上來定義特種加工，即將電、磁、聲、光、化學等能量或其組合施加在工件的被加工部位上，從而實現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統加工方法統稱為特種加工。特種加工的特點與廣泛應用已經引起了機械制造工藝技術領域的很多變革:(1)提高了材料的可加工性，材料的可加工性不再與硬度、強度、脆性等直接關系;(2)改變了零件的傳統加工工藝路線，不必考慮淬火安排的前后問題;一些分體加工可以采用整體結構;(3)改變了產品結構的傳統設計(4)對傳統的結構工藝性重新評價，方孔窄縫并非不允許出現。

雖然特種加工已解決了傳統機械切削方法所遇到的諸多問題，在提高加工能力、產品質 量、生產效率和經濟效益上顯示出巨大的優越性，但目前仍存在一些問題，一些加工設備所 需投資大、使用維修費用高、加工過程中廢液的排放不當會造成環境污染、有些特種加工的加工精度及生產效率有待提高等。隨著現代工業和科學技術的發展，特種加工技術作為對傳統機械加工方法的有力補充，在現有工藝基礎上，新的特種加工技術不斷完善和迅速發展其應用前景及發展空間將更為廣闊。

當前先進制造技術的發展趨勢大致有以下幾個方面:

1、信息技術對先進制造技術的發展起著越來越重要的作用

2、設計技術不斷現代化

3、成形及改進制造技術向精密、精確、少能耗、無污染方向發展

4、加工制造技術向著超精密、超高速以及發展新一代制造裝備的方向發展

5、工藝曲技藝發展為工程科學，工藝模擬技術得到迅速發展

6、專業、學科間的界限逐漸淡化、消失

7、綠色制造將成為21世紀制造業的重要特征。

8、虛擬現實技術在制造業中獲得越來越多的應用

9、先進制造生產模式信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合，獲得不斷發展，造業在經歷了少品種小批量--少品種大批量、--多品種小批量生產模式的過渡后，先進制造模式必將獲得不斷發展。

三我國先進制造技術的發展趨勢

進入21世紀以來，我國先進制造技術借鑒了國外先進經驗得到了迅速發展并且形成lee自己的方向與目標，具體如下所述:(一)精密化

精密加工、特種加工、超精密加工技術、微型機械是現代化機械制造技術發展的方向之一。(二)自動化

自動化技術自20世紀初出現以后，經歷了由剛性自動化向柔性自動化的發展過程，自動化技術的成功應用，不但提高了效率，保證了產品質量，還可以代替人去完成危險場合的工作。在未來的自動化技術實施過程中，將更加重視人在自動化系統中的作用。(三)信息化

信息、物質和能量是制造系統的三要素。產品制造過程中的信息投入，己成為決定產品成本的主要因素。(四)柔性化

隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平不斷提高，促使產品更新換代的速度不斷加快，這就要求現代企業必須具備一定的生產柔性來滿足市場多變的需要。(五)集成化

集成是綜合自動化的一個重要特征。集成化的目的是實現制造企業的功能集成，功能集成要借助現代管理技術、計算機技術、自動化技術和信息技術實現技術集成，同時還要強調人的集成，由于系統中不可能沒有人，系統運行的效果與企業經營思想、運行機制、管理模式都與人有關，因此在技術上集成的同時，還應強調管理與人的集成。

(六)智能化

智能化是制造技術的發展趨勢之一。智能制造技術(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環節，在整個制造過程中貫徹智力活動，使系統柔性的方式集成起來，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統中的部分腦力勞動，在制造過程中系統能自動監測其運行狀態，在受到外界干擾或內部激勵能自動調整其參數，以達到最佳狀態和具備自組織能力。四我國先進制造技術目前存在的問題和解決措施半個世紀來，我國機械制造業雖然從無到有，從小到大取得了較快的發展，但與西方先進工業國家相比還存在這明顯的差距，主要表現在如下方面:(1)產品檔次低，高水平產品所占比例小目前我國機械工業主導產品達到當代國際先進水平的不到5%，達到上世紀90年代國際先進水平的占25%，答到80年代水平的占40%。我國大中型企業生產的20(2)創新開發能力差，新產品貢獻率低t 般僅有 3-4年。美OO多種主產品的平均生命周期為10.5年，而美國國制造業的新產品的貢獻率已達到國內生產總值的52%。(3)專業化生產水平低我國基礎零部件、基礎工藝專業化水平與國外先進國家比較存在很大的差距。

(4)企業生產管理技術落后目前，我國大部分企業的生產管理依舊停留在過去計劃經濟管理方式上，現金管理模式和手段未能得到實施。

目前我國制造企業的技術水平與國先進水平相比較，從總體上看差距達 20年左右。

結合我國基本國情，解決我國先進制造技術目前問題應:(1)提高認識，全面規劃，力促先進制造技術的發展。(2)深化科技體制改革，推動技術創新體系的建設。

(3)將引進消化國外先進制造技術與自主開發創新相結合。(4)大力發展先進高新制造技術及其產業。

(5)積極培養創造性人才，努力提高制造業的全員素質。為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍，當前特種加工技術的發展趨勢主要包括以下幾點:(1)不斷改進、提高高能束源品質，并向大功率、高可靠性方向發展。(2)高能束流加工設備向多功能、精密化和智能化方向發展，力求達到標準化、系列化和模塊化的目的。擴大應用范圍，向復合加工方向發展。(3)不斷推進高能束流加工新技術、新工藝、新設備的工程化和產業化工作。

逆向工程設計的最新國內外進展

一、逆向工程(ReverseEmgineerimg;RE)的概念

逆向工程產生于2 0世紀8 0年代末至9 0年代初，廣義上，逆向工程可以分為實物逆向、軟件逆向和影像逆向三類。目前，大多數關于逆向工程的研究主要集中在實物幾何形狀的逆向重構上，即產品實物的CAD模型重構和最終產品的制造，稱為實物逆向工程”。逆向工程也稱反求工程。簡單地說，逆向工程就是根據已經存在的產品模型，反向推出產品的設計數據的過程。在產品設計時，如果客戶給出的只是實物模型而沒有產品原始圖紙、文檔或CAD模型數據，需要通過對已有產品實物進行分析與測里，重新得到制造產品所需的幾何模型和特性數據，即對其進行數字化處理，使之能利用CAD、維數據測里，是反求工程實現的第一步。它是通過特定的測里設備和測里方法獲取產品表面離散點的幾何坐標數據，將產品的幾何形狀數字化。該技術關系到對零部件(實物)描述的精確度和完整度，從而景響重構的CAD曲面和實體模型的質里，并最終決定加工出來的產品能否真實反映原始實物。因此，測里是整個原型反求的基礎。

1.測里方法及原理。反求工程采用的測里方法主要分為兩類: 接觸式和非接觸式。根據測里原理、設備結構的不同還可以進一步細分。CAM、RPM、PDM及C IMS等先進技術進行處理，形成三維模型，并最終復制出已有產品。也可以在此基礎上對已有的產品進行剖析、理解和改進，這樣的過程就稱為逆向工程。

逆向工程包括快速反求、快速成型、快速模具以及數控加工等多個環節。其中快速反求是從實物原型到三維數字模型的轉換，是反求工程技術實現的關鍵技術，它包括數據測里、數據處理、三維重建和模型評價四部分。

二、逆向工程的測里技術

逆向工程的測里是指實物的數據采集，也稱反求工程測里方法的分類接觸式數據采集通常使用三坐標測里機，測里時將被測產品放置于三坐標測里機的測里空間內，可以獲得被測產品上各個測里點的坐標位置，根據這些點的空間坐標值，經過計算機數據處理，擬合形成測里元素，經過數學計算的方法得出其形狀、現有的數據采集方法主要分為兩大類: 1.接觸式數據采集方法接觸式數據采集方法包括使用基于力的擊發原理的觸發式數據采集和連續式掃描數據采集、磁場法、超聲波法。接觸式數據采集通常使用三三坐標丈量機，丈量時可根據實物的特征和丈量的要求選擇測頭及其方向，確定丈量點數及其分布,然后確定丈量的路徑，有時還要進行碰撞的檢查。觸發式數據采集方法采用觸發探頭，觸發探頭又稱為開關測頭，當測頭的探針接觸到產品的表而時，由于探針受理變形觸發采樣開關,通過數據采集系統記下探針確當前坐標值,逐點移動探針就可以獲得產品的表而輪廓的坐標數據。常用的接觸式觸發探頭主要包括: 機械式觸發探頭、應變片式觸發探頭、壓電陶瓷觸發探頭。采用觸發式測頭的優點在于: 適用于空間箱體類工件及已知產品表而的丈量;觸發式探頭的通用性較強，適用于尺寸丈量和在線應用;體積小，易于在狹小的空間內應用;由于丈量數據點時丈量機處于勻速直線低速狀態，丈量機的動態性能對丈量精度的影響較小。但由于測頭的限制，不能丈量到被測零件的一些細節之處，不能丈量一些易碎、易變形的零件。另外接觸式丈量的測頭與零件表面接觸，丈量速度慢，丈量后還要進行測頭補償，數據量小，不能真實的反映實體的外形。

2.非接觸式數據采集方法非接觸式數據采集方祛主要運用光學原理進行數據的采集，主要包括:激光三角形法、激光測距法、結構光法以及圖像分析法等。

非接觸式數據采集速度快、精度高，排除了由丈量摩擦力和接觸壓力造成的丈量誤差,避免 了接觸式測頭與被測表而由于曲率千涉產生的偽劣點題目,獲得的密集點云信息量大、精度 高，測頭產生的光斑也可以做得很小，可以探測到一般機械測頭難以丈量的部位,最大限度 地反映被測表面的真實外形。非接觸式數據采集方法采用非接觸式探頭，由于沒有力的作用，適用于丈量柔軟物體;非接觸式探頭取樣率較高。

適用 于表面外形復雜，精度要求不特別高的未知曲而的丈量，例如: 汽車、家電的木模、泥模等。但是非接觸式探頭由于受到物體表而特征的影響(顏色、光度、粗糙度、外形等)的影響較大，目前在多數情況下其丈量誤差比接觸式探頭要大，保持在10微米級以上。該方法要用于對易變形零件、精度要求不高零件、要求海量數據的零件、不考慮文量本錢及其相關軟硬件的配套情況下的丈量。總之，在可以應用接觸式丈量的情況下,不要采用非接觸式丈量;在只丈量尺寸、位置要素 的情況下盡量采用接觸式丈量;考慮丈量本錢且能滿足要求的情況下,盡量采用接觸式丈量;對產品的輪席及尺寸精度要求較高的情況下采用非接觸式掃描丈量:對離算點的丈量采用掃描式;對易變形、精度要求不高的產品、要求獲得大量文量數據的零件進行丈量時用非接式丈量方法。管理園地

位置公差及其他幾何里數據o接觸式三坐標測里機的測頭屬機械式，根據其工作方式的不同又可分為開關式(觸發式或動態發信式)和掃描式(比例式或靜態發信式)兩類。坐精度速度被測材質破壞性成本研究探討機械法三坐標測里法最高主要測里方法的比較光學法激光三角法高投影光柵法較低電氣法斷層工業和掃描法核磁共振法較低標測里機可達到很高的測里精度，測頭體積小、通用性較強，適于無復雜內部型腔、只有少里特殊曲面的空間箱體類工件的測里。測里機工作處于迅速直線低速運動狀態，測里機的動態性能對測里精度的影響較小，但它有一定的局限性，如不能測里到細節之處、不能測易碎和易變形的零件、測里速度慢、測頭半徑需要補償及數據里較小等。在非接觸式技術中較成熟且應用最廣泛的是光學測里法。其中，基于三角形法的激光掃描和基于相位光柵投影的結構光法被認為是目前最成熟的三維形狀測里方法。

激光三角形法以激光作為光源，根據光學三角形則里原理，將光源(可分為光點、單光條、多光條等)投射到被測物體表面，并采用光電敏感元件在另一位置接收激光的反射能里，根據光點或光條在物體上成像的偏移，通過被測物體基平面、像點、像距等之間的關系計算物體的深度信息。這種方法測里如果采用線光源，可以達到很高的測里速度，此方法已經成熟。其缺點是對被測表面的粗糙度、漫反射率和傾角過于敏感，限制了則頭的使用范圍。基于投影光柵的結構光投影測里法被認為是目前三維形狀測里中最好的方法，它的原理是將具有一定模式的光源，如柵狀光條投射到物體表面，然后用兩個鏡頭獲取不同角度的圖像，通過圖像處理的方法得到整幅圖像上像素的三維坐標。此法的主要優點是對實物的測里范圍大、速度快、成本低。缺點是精度低，在陡峭處會發生相位突變，影響精度，適于測里表面起伏不大的較平坦物體。目前，分區測里技術的進步使光柵投影范圍不斷增大，結構光法則里設備成為現在逆向測里系統領域中使用最廣泛且最成熟的系統。

骨缺損的修復、人工關節、人工骨、整形復體、人工器官等醫學假體設計中具有極其重要的作用。通過逆向造型，可以為患者提供更為準確的個性化設計替代物模型，使得缺損部位與替代物能更好地匹配，提高缺損修復的成功率。

7.特種服裝、頭盔的制造要以使用者的身體為原始設計依據，并要求產品與人體部位有相當好的形狀適應性，此時，可利用逆向工程實現這一要求。CATIA的DSE、OSR模塊以及Paraform公司的Paraform等。國內在逆向工程軟件方面的研究，主要集中在高校，如清華大學、浙江大學、南京航空航天大學。軟件產品主要有高華CAD、CAXA系列、GS-8.可實現電視、電影產業的3D造型。隨著先進制造技術、計算機技術的不斷進步，逆向工程技術也得到相應發展，包括其關鍵技術如三維測里、數據處理以及快速制造技術等，相信將來的逆向工程技術將會和產品制造等技術結合得越來越緊密，更多的領域發揮其顯著的作用。參考文獻: [1] 李康舉.反求工程技術在機械產品設計中的應用[J].機械設計與制造

數據處理是逆向工程的一項重要的技術環節，它決定了后續CAD模型重建過程能否方便、正確地進行。根據丈量點的數目，丈量數據可以分為一般數據點和海量數據點: 根據丈量數據的規整性,丈量數據又可以分為散亂數據點和規矩數據點;不同的丈量系統所得到的丈量數據的格式是不一致的，且兒乎所有的丈量方式和丈量系統都不可避免地存在誤差。因此，在利用丈量數據進行CAD重建前必須對文量數據進行處理。數據處理工作主要包括: 數據格式的轉化、多視點云的拼合、點云過濾、數據精簡和點云分塊等。每個CAD/ CAM 系統都有白己的數據格式,目前流行的CAD/ CAM 軟件的產品數抵結構和格式各不相同，不僅影響了設計和制造之間的數據傳輸和程序銜接，而且直接影響了CMM 與CAD/ CAM 系統的數據通訊。目前通行的辦法是利用兒種主要的數據交換標準(IGES、STEP的DXF 等)來實現數據通訊。

在逆向工程實際的過程中，由于坐標丈量都有自己的丈量范圍,因此無論我們采用什么丈量方法，都很難在同一坐標系下將產品的兒何數據一次完全測出。產品的數字化不能在同一坐標系下完成，而在模型重建的時候又必須將這些不同坐標下的數據同一到一個坐標系里，這個數據處理過程就是多視數據定位對齊(多視點云的拼合)。多視數據的對齊主要可以分為兩種: 通過專用的丈量軟件裝置實現丈量數據的直接對齊: 事后數據處理對齊。采用事后數據處理對齊又可以分為:對數據的直接對齊和基于圖形的對齊。對數據的直接對齊研究研究中，出現了多種算法，如ICP算法;四元數法;SVD法;基于三個基準點的對齊方法等。

數據平滑的目的是消除丈量數據的噪聲，以得到精確的數據和好的特征提取效果。目前通是采用標準高斯、均勻或中值濾波算法。其中高斯濾波能較好地保持原數據的形貌，中值濾波消除數據毛刺的效果較好。因此在選用時應該根據數據質量和建模方法靈活選擇濾波算

法。運用點云數據進行造型處理的過程中，由于海量數據點的存在，使存儲和處理這些點云數據成了不可突破的瓶頸。實際上并不是所有的數據點都對模型的重建起作用，因此,可以在保證一定的精度的條件下減少數據量，對點云數據進行精簡。.目前采用的方法有: 利用均勻網格減少數據的方法;利用減少多變形三角形達到減少數據點的方祛;利用誤差帶減少多面體數據點的方法。

數據分割是根據組成實物外形曲而的子曲面的類型，將屬于同一曲面類型的數據成組,劃分為不同的數據域，為后續的模型重建提供方便。數據分割方法可以分為基于丈量的分割和白動分割兩種方法。目前的分割方法有: 基于參數二次曲面逼近的數據分割方法: 散亂數據點的自動分割方法;基于CT技術的數據分割方法。

三、逆向工程的應用領域

逆向工程可以迅速、精確、方便地獲得實物的三維數據及模型，為產品提供先進的開發、設計及制造的技術支撐。據統計，國外7 0%以上的技術來自于反求。逆向工程已成為聯系新產品開發過程中各種先進技術的紐帶，并成為消化和吸收先進技術、實現新產品快速開發的重要技術手段。以下是其在各領域的應用。

[2 ]張守軍.反求工程及其相關技術的應用[J ].模具工程，[3] 呂國剛，諶永祥，李永橋.反求工程測里技術簡述[J].機械研究與應用，2006，19(4):7-8.1.在缺少圖紙及沒有CAD模型的情況下，通過對零件原型的測繪，形成圖紙或模型，并由此生成數控加工的NC代碼，加工復制出與其相同的零件。

[4] 周建強，李建軍，王彬。逆向工程技術的研究現狀及發展趨勢[J].現代制造技術與裝備

[5 ]田濤，陳揚，史廷春.逆向工程與新產品設計[J]。河北理工學院學報

2.在對產品外觀有較高美學要求的領域，如汽車、家電等民用產品以及工藝品的外型設計，設計師往往使用油泥、黏土或木頭等材料先制作模型，這時根據所提供的模型運用反求工程的技術，可以快速準確地建立三維立體模型。

[6] 王霄.逆向工程技術及其應用.化學工業出版社，2004.[7] 陳宏遠，劉東.實物逆 向工程中的關鍵技術及其最新發展。機械設計，2006，23(8):1-5.[8] 方芳.國內外三坐標測里機發展動向[J].機械工人。

[9 ]謝華銀.近年數字化測里技術及里具里儀發展綜述[J].設備管理與維修2005(12)3.當設計需要經過反復試制、修改、或者需要通過實驗測試才能定型的零部件(如在航空航天領域業和模具制造業)時，反求工程可縮短過程。4.應用于修復破損的藝術品或缺乏供應的被損零件，如修復破損的雕像、雕刻及藝術造型等。此時并不需要對整個零件原型進行復制，而是借助反求工程技術獲取零件原形的設計思想來指導新的設計。這是由實物反求推理出設計思想的一種漸近過程。[10] 周倫彬.逆向非接觸測里技術淺析[J ].中國測試技術，.[11] 王建勇，賀煒，劉言松.逆向工程技術及其實物反求應用[J]。機床與液壓，2005(5): 34-36.[12] 蔚敬斌.逆向工程技術及應用[J].機械管理開發，2006(2):45-46.5.對于國外的產品，要對其不適合國內使用處進行修改時，可以通過逆向工程建立三維模型進一步改進。

簡述工業機器人的組成與分類。分析工業機器人的位置伺服控制方法。簡述工業機器人的示教編程方法。

（一）.工業機器人的組成

工業機器人由三大部分、六個子系統組成。三大部分是:機械本體、傳感器部分和控制部分。六個子系統是: 驅動系統、機械結構系統、感知系統、機器人環境交互系統、人機交互系統以及控制系統。圖1.5所示為工業機器人系統組成及相互關系。1.驅動系統

要使機器人運行起來,需要給各個關節即每個運動自由度安裝傳動裝置，這就是驅動統。動系統可以是液壓、氣動或電動的，也可以是把它們結合起來應用的綜合系統，還可以是直接驅動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構進行間接驅動。2.機械結構系統

工業機器人的機械結構系統由機身、手臂、末端執行器三大件組成，如圖1.6所示。每一大件都要若干自由度構成一個多自由度的機械系統。若機身具備行走機構便構成行走機器人;若機身不具備行走及腰轉機構,則構成單機器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端執行器是宣接裝在手腕上的重要部件，它可以是二手指或多個手指的手爪。3.感知系統

感知系統由內部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機器人內部和外部環境信息，并把這些信息反饋給控制系統。內部狀態傳感器用于檢測各個關節的位置、速度等變量，為閉環伺服控制系統提供反饋信息。外部傳感器用于檢測機器人與周圍環境之間的一些狀態變量，如距離、接近程度和接觸情況等，用于引導機器人，便于其識別物體并做出相應處理。外部傳感器一方面使機器人更準確地獲取周圍環境情況，另一方面也能起到誤差矯正的作用。4.控制系統

控制系統的任務是根據機器人的作業指令從傳感器獲取反饋信號，控制機器人的執行機構，使其完成規定的運動和功能。如果機器人不具備信息反饋特征，則該控制系統稱為開環控制系統;如果機器人具備信息反饋特征，則該控制系統稱為閉環控制系統。該部分主要由計算機硬件和軟件組成。軟件主要由人機交互系統和控制 算法等組成。2.工業機器人的分類

工業機器人按三大部分(機械本體部分、感知器部分和控制部分)

1搬運機器人搬運機器人用途很廣泛，一般只需要點位控制，即被搬運工件無嚴格的運動軌跡要求，只要求起始點和終點的位姿準確。最早的搬運機器人出現在1960年的美國，Versatran和Unimate兩種機器人首次用于搬運作業。搬運作業是指用一種設備握持工件，從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運機器人可安裝不同的末端執行器完成各種不同形狀和狀態的工件搬運工作，減少了人類繁重的體力勞動。目前世界上使用的搬運機器人超過10臺，被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發達國家已制定相應標準，規定了人工搬運的最大限度，超過限度的必須由搬運機器人來完成。2 檢測機器人

零件制造過程中的檢測以及成品檢測都是保證產品質量的關鍵。這類機器人的工作內容主要是確認零件尺寸是否在允許的公差內，或者控制零件按質量進行分類。例如，油管接頭螺紋加工完畢后，將環規旋進管端，通過測量旋進量或檢測與密封墊的接觸程度即可了解接頭螺紋的加工精度。油管接頭工件較重，環規的質量一般也都超過15 kg.為了能完成螺紋檢測任務的連續自動化動作(環規自動脫離、旋進自動測量等)，需要油管接頭螺紋檢測機器人。該機器人是六軸多關節機器人，它的特點在于其手部機構是一個五自由度的柔順螺紋旋進機構。另外還有一個卡死檢測機構，能對螺紋旋進動作加以控制。3.焊接機器人

這是目前應用最廣泛的一種機器人，它又分為電焊和弧焊兩類。電焊機器人負荷大、動作快，工作的位姿要求嚴格，一般有6個自由度。弧焊機器人負載小、速度低，弧焊對機器人的運動軌跡要求嚴格，必須實現連續路徑控制，即在運動軌跡的每個點都必須實現預定的位置和姿態要求。弧焊機器人的6個自由度中，一般3個自由度用于控制焊具跟隨焊縫的空間軌跡，另外3個自由度保持焊具與工件表面有正確的姿態關系，這樣才能保證良好的焊縫質量。目前汽車制造廠已廣泛使用焊接機器人進行承 重大梁和車身 的焊接。4 裝配機器人

裝配機器人要求具有較高的位姿精度，手腕具有較大的柔性，如圖19所示。因為裝配是一個復雜的作業過程，不僅要檢測裝配作業過程中的誤差，而且要糾正這種誤差，因此，裝配機器人采用了許多傳感器，如接觸傳感器、視覺傳感器、接近傳感器、聽覺傳感器等。5.噴涂機器人

噴漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應的控制系統組成。液壓驅動的噴漆機器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機等。多采用5或6個自由度關節式結構，手臂有較大的運動空間，并可做復雜的軌跡運動，其腕部一般有2~3個自由度，可靈活運動。較先進的噴漆機器人腕部采用柔性手腕，既可向各個方向彎曲，又可轉動，其動作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內部，噴涂其內表面。噴漆機器人一般采用液壓驅動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數來實現示教。噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產部門。這種工業機器人多用于噴涂生產線上，重復定位精度不高。另外由于漆霧易燃，驅動裝置必須防燃防爆。家族，擁有噴涂精確、正常運行時間長、漆料耗用少、工作節拍短以及有效集成涂裝設備等諸多優勢。

（二）分析工業機器人的位置伺服控制方法

（1）工業機器人的伺服系統決定著工業機器人計算機控制系統的工作方式。下面對伺服控制系統的結構與伺服控制過程進行分析和研究。2脈沖列輸入的相位比較式的數字伺服系統 根據信號的輸入方式不同,數字伺服系統主要有兩大類:一類是脈沖列輸入方式的伺服系統;另一類是數值指令輸入方式的伺服系統。輸入脈沖列伺服控制系統對運動的位置、速度、加速度的控制都是由脈沖列的輸入實現。脈沖的個數對應伺服電機輸出軸的轉角;脈沖頻率的高低,對應于電動機轉速的高低;脈沖頻率的變化率對應于電動機加速度變化。脈沖列輸入方式的伺服系統中有一類相位比較式的伺服系統,其特點是反饋元件采用相位工作方式,伺服系統把指令信號和反饋信號變成某個載波信號的相位,然后進行二者相位比較,得到實際位置與給定位置的偏差。脈沖列輸入的相位比較式的數字伺服系統原理簡單,可由硬件實現。

（2）工業機器人的位置反饋元件 工業機器人的位置反饋元件采用了旋轉變壓器。旋轉變壓器是應用電磁感應定律把位移量(包括角位移與線位移)轉換成電量的一種傳感器。它具有兩個平面形的矩形繞組,通過兩個繞組的互感變化來檢測其相互間運動的位置。對于由旋轉變壓器組成的檢測系統,可以采用不同的激磁方式,并對輸出信號。

（三）簡述工業機器人的示教編程方法

工業機器人一般都屬于“示教再現型”機器人，“示教”就是機器人學習的過程，在這個過程中，操作者要“教會”機器人怎樣工作，機器人的操作系統會將這些工作程序和要領記憶下來，機器人按照記憶下來的程序進行工作，這就是“再現”過程。目前示教的方式主要分為：

（1）直接示教，包括手把手示教和示教盒示教。手把手示教是由人直接搬動機器人的手臂對機器人進行示教，示教時對機器人各個關節的角度用多通道記錄儀記錄下來，然后根據所記錄的信號讓機器人再現與這些關節角度一樣的動作，從而實現人們對機器人的編程。這個過程類似錄音機在錄制聲音后再重放這種聲音的過程。目前多采用示教盒進行示教，即首先用示教盒控制機器人的終端，使其達到需要的方位，然后把每一位置、姿態的有關數據存儲起來；接著編輯并再現示教過的動作。如果示教正確，機器人可重復示教動作。

（2）離線示教，也稱離線編程。離線示教不對實際作業的機器人直接進行示教，而是脫離實際作業環境生成示教數據，間接地對機器人進行示教。在離線示教法（離線編程）中，通過使用計算機內存儲的模型（CAD模型），不要求機器人實際產生運動，并能在示教結果的基礎上對機器人的運動進行仿真，從而確保示教內容是否恰當及機器人是否按照人們期望的方式運動。

參考文獻: 李康舉.先進工程技術在機械產品設計中的應用[J].機械設計與制造

第二篇：先進制造技術

先進制造技術

定義:先進制造技術是制造業不斷吸收信息技術及現代化管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的產品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。特點: 1.動態性2.廣泛性3.實用性4.集成性5.系統性6.高效靈活性7.先進性

構成: 從內層到外層分別為基礎技術、新型單元技術、集成技術。

分類:（1）現代設計技術（2）先進制造工藝技術（3）自動化技術（4）產品數據管理技術 發展趨勢: 1.集成化2.智能化3.網絡化4.信息化5.自動化6.柔性化7.數字化8.虛擬化

9.極端制造10.精密化11.綠色制造

自動化技術

制造技術的自動化包括產品設計自動化、企業管理自動化、加工過程自動化和質量控制過程自動化。制造系統的自動化 突出特點是采用信息技術，實現產品全生命周期中的信息集成，人、技術和管理三者的有效集成。

問: 制造自動化技術的研究現狀?

答: 1）制造系統中的集成技術和系統技術已成為制造自動化研究中熱點問題；

2）更加注重研究制造自動化系統中人的作用的發揮；

3）單元系統的研究仍然占有重要的位置；

4）制造過程的計劃和調度研究十分活躍，實用化的成果不多；

5）柔性制造技術的研究向著深度和廣義發展；

6）適應現代生產模式的制造環境的研究正在興起；

7）底層加工系統的智能化和集成化研究越來越活躍。

柔性制造系統定義: 我國國家軍用標準 “柔性制造系統是由數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統組成的自動化制造系統,它包括多個柔性制造單元,能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整,適用于多品種、中小批量生產。”

柔性制造系統的特點：（柔性和自動化）

（1）適應市場需求，以利于多品種、中小批量生產。

（2）提高機床利用率，縮減輔助時間，以利于降低生產成本。

（3）縮短生產周期，減少庫存量，以利于提高市場響應能力。

（4）提高自動化水平，以利于提高產品質量、降低勞動強度、改善生產環境。柔性制造系統一般由三個子系統組成：加工系統、物流系統和控制與管理系統。加工系統的配置

互替形式（并聯）、互補形式（串聯）和混合形式（并串聯）三種。常見的物料存儲裝置有立體倉庫、水平回轉型自動料架、垂直回轉型自動料架和緩沖料架。柔性制造系統中的數據流,實質上就是信息的流動.數據類型:基本數據、控制數據和狀態數據。

柔性制造技術是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎上發展起來的.計算機集成制造

定義:基于企業資源的一種先進制造模式是計算機集成制造系統，簡稱CIMS。信息集成和總體優化是集成制造系統與一般制造系統的最主要區別之一。

組成: 人與機構、經營、技術三要素。

從功能角度看，一般可以將CIMS分為四個功能分系統和兩個支撐分系統。

四個功能系統: 1）工程設計自動化分系統

2）管理信息分系統（MIS）

3）CIMS制造自動化分系統(MAS)

4)CIMS質量保證分系統 質量保證分系統的目標: a.保證用戶對產品的需求；

b.使這些要求在實際生產的各環節得到實現。兩個支撐分系統: 計算機網絡分系統 , 數據庫分系統

數據庫：就是以一定的組織方式將相關的數據組織在一起存放在計算機存儲器上形成的、能為多個用戶共享的、與應用程序彼此獨立的一組相關數據的集合。

先進制造工藝技術

特點: 具有優質、高效、低耗、潔凈和靈活五個方面的顯著特點 特種加工技術

定義：是用非常規的切削加工手段，利用電、磁、聲、光、熱等物理及化學能量直接施加于被加工工件部位，達到材料去除、變形以及改變性能等目的的加工技術。

特種加工與傳統切削加工的不同特點主要有：

①不是主要依靠機械能，而是用其他的能量（如電能、熱能、光能、聲能以及化學能等）去除工件材料；

②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情況下，例如在激光加工、電子束加 工、離于束加工等加工過程中，根本不需要使用任何工具； 激光加工

定義：激光加工是利用材料在激光聚焦照射下瞬時急劇熔化和氣化，并產生很強的沖擊波，使被熔化的物質爆炸式地噴濺來實現材料去除地加工技術。

基本原理和特點：利用光能經過透鏡聚焦后達到很高的能量密度，依靠光熱效應加工各種材料。基本設備包括：激光器、電源、光學系統、冷卻系統及機械系統等。

激光加工技術的應用：（1）激光打孔（2）激光切割(3)激光焊接(4)激光表面處理等加工制造領域。

電子束加工

離子束加工分為離子刻蝕、離子濺射沉積、離子鍍及離子注入 4類。

激光加工、電子束加工、離子束加工都是利用高能量密度的束流作為熱源，對材料或構件進行加工的技術，又稱為高能束加工。

超聲波加工 主要是磨粒的撞擊作用

超聲波加工 適合于加工硬脆材料，尤其是不導電的非金屬材料。(玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石)微細加工技術 是指微小尺寸零件的生產加工技術。

包括三級：微米級

亞微米級

納米級

快速原型制造技術 原理：基于“材料逐層堆積”的制造理念，將復雜的三維加工分解為簡單的材料二維添加的組合。

RPM技術的特點：（1）可以制造任意復雜的三維幾何實體，不受傳統機械加工中刀具無法達到某些型面的限制。

（2）成形過程中無人干預或較少干預，大大減少了對熟練技術工人的需求。

（3）任意復雜零件的加工只需在一臺設備上完成，也不需要專用的工裝、夾具和模具。

快速堆積成形

快速成形系統根據切片的輪廓和厚度要求，用片材、絲材、液體或粉末材料制成所要求的薄片，通過一片片的堆積，最終完成三維實體原型的制備。

選擇性激光燒結則使用粉末材料。

超高速加工技術

常用的刀具材料有：涂層刀具 金屬陶瓷刀具 立方氮化硼（CBN）刀具

聚晶金剛石（PCD）刀具 超高速切削機床 電主軸采用陶瓷滾動球軸承 磁懸浮軸承

PDM技術的發展可以分為以下三個階段：配合CAD工具的PDM系統、專業PDM系統 產生和PDM的標準化階段。

PDM系統標準化包括:管理對象的標準化和管理過程的標準化

第三篇：先進制造技術

簡述先進制造技術及其現代

集成制造系統

概述：綜述先進制造技術的概念、內涵、特點、主要內容等，結合現代集成制造系統理解先進制造技術及其發展歷程

1先進制造技術概述 2 先進制造技術的內涵 3 先進制造技術的特點 4現代集成制造系統

1先進制造技術概述

先進制造技術是系統的工程技術，可以劃分為三個層次和四個大類。三個層次：一是優質、高效、低耗、清潔的基礎制造技術。這一層次的技術是先進制造技術 的核心，主要由生產中大量采用的鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等基礎 工藝優化而成。二是新型的制造單元技術。這是制造技術與高技術結合而成的嶄新制造技術。這是運用信息技術 和系統管理技術，對上述兩個層次進行技術集成的結果，系統駕馭生產過程中的物質流、能 量流和信息流。如成組技術（CT）、系統集成技術（SIT）、獨立制造島（AMI）、計算機集 成制造系統（CIMS）等。四個大類：一是現代設計技術，是根據產品功能要求，應用現代技術和科學知識，制定方案 并使方案付諸實施的技術。它是門多學科、多專業相互交叉的綜合性很強的基礎技術。現代 設計技術主要包括：現代設計方法，設計自動化技術，工業設計技術等；二是先進制造工藝技術，主要包括精密和超精密加工技術、精密成刑技術、特種加工技術、表而改性、制模和 涂層技術；三是制造自動化技術，其中包括數控技術、工業機器人技術、柔性制造技術、計 算機集成制造技術、傳感技術、自動檢測及信號識別技術和過程設備工況監測與控制技術等； 四是系統管理技術，包括工程管理、質量管理、管理信息系統等，以及現代制造模式（如精 益生產、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技術、企業組織結構與虛擬公司等 生產組織方法。關于先進制造技術的體系結構。2先進制造技術的內涵

目前對先進制造技術尚沒有一個明確的、一致公認的定義，經過近年來對發展先進制造 技術方面開展的工作，通過對其特征的分析研究，可以認為：先進制造技術是制造業不斷吸 收信息技術和現代管理技術的成果，并將其綜合應用于產品設計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，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。3 先進制造技術的特點

先進制造技術最重要的特點在于，它是一項面向工業應用，具有很強實用性的新技術。與傳統制造技術相比，先進制造技術更具有系統性、集成性、廣泛性、高精度性。先進制造 技術雖然仍大量應用于加工和裝配過程，但在其制造過程中還綜合應用了設計技術、自動化 技術、系統管理技術等。先進制造技術比傳統的制造技術更加重視技術與管理的結合，更加 重視制造過程組織和管理體制的簡化以及合理化，從產生了一系列先進的制造模式，并能 實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產。先進制造技術主要有如下特征：

1）系統性 由于計算機技術，信息技術，傳感技術，自動化技術，和先進管理等等技術的應用，并與傳統的制造技術相結合，使先進制造技術成為能夠駕駛在生產過程中的物質流，信息流，和能量流的系統工程

2）廣泛性 傳統制造技術通常只是將原材料變成成品的各種工藝加工，而先進制造技術貫穿了從生產設計，加工制造到產品銷售及使用維修的整個過程，“成為市場——設計開發——加工制造——市場”的大系統

3）集成性 傳統制造技術的學科專業單一，獨立相互界限分明。而先進制造技術由于專業和學科的不斷深入，交叉，融合其界限逐漸淡化和消失，技術系統化，集成化的現代交叉性制造系統工程。

4）動態性 先進制造技術是針對一定的應用目標不斷吸收各種高新技術逐漸形成和發展起來的新技術因而其內涵不是絕對的和一成不變的。

5）實用性 先進制造技術的發展是針對某一具體的制造要而發展起來的先進實用技術，有著明確的需求方向 4現代集成制造系統

1）現代集成制造系統的含義與定位

現代集成制造系統是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機地結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。從集成的角度看，早期的計算機集成制造系統側重于信息集成，而現代集成制造系統的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴展，除了信息集成外，還實現了企業產品全生命周期中的各種業務過程的整體優化，即過程集成，并發展到企業優勢互補的企業之間的集成階段。

現代集成制造系統的研究范圍應該介于國家攀登計劃和國家攻關計劃之間。與攀登計劃研究項目相比較，它更注重成果的應用性，盡可能將技術產業化，并推動我國制造業的現代化進程；與國家攻關計劃相比較，它更注重解決我國制造業發展中的關鍵的共性問題、前瞻性問題和示范性問題。2）現代集成制造系統的技術構成

先進制造技術(AMT Advanced Manufacturing Technology)作為一個專有名詞至今還沒有一個明確的、一致公認的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并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、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。它具有如下一些特點：

從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要；

從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮；

從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節；

從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量；

從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。

通過對先進制造技術的定義和特點的分析發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的范圍要比現代集成制造系統大，因此通過對先進制造技術的綜合考察，提出了一個現代集成制造系統的技術構成模式。在先進制造技術中，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作深入進行，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心。3）我國現代集成制造系統的發展策略

在市場競爭的推動下，先進制造技術發展十分迅速，新思想、新概念層出不窮，通過對現代集成制造系統與先進制造技術關系的分析，我們認為在制定我國現代集成制造系統的發展策略時，應該注重以人為本的思想，運用并行工程的哲理，使各種先進制造技術相互銜接、協調發展，并不斷吸收先進制造技術的成熟成果，為先進制造技術在我國的廣泛應用起到促進的作用。

目前，在美國并行工程已到了推廣應用階段，在虛擬制造方面也有商品化軟件投入市場，在這方面我們存在巨大的差距，主要表現在：研究工作方面，科研經費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應用，人才流失嚴重；企業方面，企業的整體素質不高，管理工作落后，科研能力薄弱，當面臨國際競爭時大多難以為繼，很難在現代集成制造系統方面花費過多，而且受企業人員素質的制約，一些先進的技術還不易取得立竿見影的效果，這些都挫傷了企業應用先進制造技術的熱情；國家政策方面，雖然國家對制造業十分重視，但是，由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協調，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持現代集成制造系統的研究。

綜上所述，發展我國的現代集成制造系統應該以企業的需求為動力，通過政府的政策和計劃的協調，繼續深入開展并行工程、虛擬制造、敏捷制造和綠色制造的研究與應用，并利用分布式網絡化研究中心，組織各地區的科研力量，集中突破與現代集成制造系統密切相關的如STEP標準的應用、CORBA規范的推廣、企業過程重構理論的研究等具有重大戰略意義的理論研究工作，逐步使現代集成制造系統成為我國制造業的靈魂。

第四篇：先進制造技術

一、簡述機械制造業的變革及挑戰。（10分）機械制造業的變革：

面對越來越激烈的國際市 場競爭，我國機械制造業面臨著嚴峻的挑戰。我們在技術上已經落后，加上資金不足，資源短缺，以及管理體制和周圍環境還存在許多問題，需耍改進和完善，這些 都給我們迅速趕超世界先進水平帶來極大的困難。但另一方面.隨著我國改革的不斷深人，對外開放的不斷擴大，為我國機械制造業的振興和發展提供了前所未有的 良好條件機械制造業作為一個傳統的領域已經發展了很多年，積累了不少理論和實踐經驗，但隨著社會的發展，人們的生活水平日益提高，各個方面的個性化需求越加強烈。作為已經深入到各行各業并已成為基礎工業的機械制造業面臨著嚴峻的挑戰。機械制造技術的發展趨勢可以概括為：（1）機械制造自動化。（2）精密工程。（3）傳統加工方法的改進與非傳統加工方法的發展。機械制造自動化技術始終是機械制造中最活躍的一個研究領域，也是制造企業提高生產率和贏得市場競爭的主要手段。

一、集成化

計算機集成制造（CIMS）被認為是21世紀制造企業的主要生產方式。CIMS作為一個由若干個相互聯系的部分（分系統）組成，通常可劃分為5部分：

1.工程技術信息分系統

2.管理信息分系統（MIS）3.制造自動化分系統（MAS）

4． 質量信息分系

5． 計算機網絡和數據庫分系統（Network & DB）

二、智能化

智能制造系統可被理解為由智能機械和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，該系統在制造過程中能進行智能活動，如分析、推理、判斷、構思、決策等。在智能系統中，“智能”主要體現在系統具有極好的“軟”特性（適應性和友好性）。

三、敏捷化 敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。實現敏捷制造的技術基礎包括：

1． 大范圍的通訊基礎結構，要求在全國范圍內建立工廠信息網絡和準時信息系統（Just-In-Time-Information）。

2． 柔性化、模塊化的產品設計方法。3． 高柔性、模塊化、可伸縮的制造系統。4． 為定單而設計、制造的生產方式。5． 基于任務的組織與管理。6． 基于信任的雇傭關系。

四、虛擬化

虛擬制造”的概念于20世紀90年代初期提出。虛擬制造以系統建模和計算機仿真技術為基礎，集現代制造工藝、計算機圖形學、信息技術、并行工程、人工智能、多媒體技術等高新技術為一體，是一項由多學科知識形成的綜合系統技術。虛擬制造利用信息技術、仿真計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防的措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。

五、清潔化

清潔生產是指：將綜合預防的環境戰略，持續應用于生產過程和產品中，以便減少對人類和環境的風險。

清潔生產的兩個基本目標是資源的綜合利用和環境保護。對生產過程而言，清潔生產要求滲透到從原材料投入到產出成品的全過程，包括節約原材料和能源，替代有毒的原材料和短缺資源，二次能源和再生資源的利用，改進工藝及設備，并將一切排放物的數量與毒性削減在離開生產過程之前。對于產品而言，清潔生產覆蓋構成產品整個生命周期的各個階段，即從原材料的提取到產品的最終處理，包括產品的設計、生產、包裝、運輸、流通、銷售及報廢等，合理利用資源，并最大限度地減少對人類和環境的不利影響。

機械制造業的挑戰： 面對21世紀世界經濟一體化的挑戰，機械制造業存在的主要問題有以下幾個方面： 1．合資帶來的憂愁

改革開放以來，我國大量引進技術和技術裝備使機械制造業有了長足的發展，但也給人們帶來了許多擔憂.20世紀90年代以來，大型跨國公司紛紛進軍殺入國內機械工業市場，主要集中在汽車、電工電器、文化辦公設備、儀器儀表、通用機械和工程機械等領域，這幾個行業約占機械工業外商直接投資金額的80％。存在著許多技術黑洞

中國的機械制造業除了面臨“外敵”之外，自身也存在著諸多問題。整個工業制造設備的骨干都是外國產品，這暴露了我國工業化的虛弱性。機械制造業是一個國家的脊椎和脊柱，中國今后如果不把腰桿鍛煉硬了，挺直了，那么整個經濟和國防都是虛弱的。機械制造業落后近30年

機械制造產業在我國還處于起步階段，但在歐美等發達國家，已經成為整個產業鏈上重要的一環，由于其具有對資源的循環利用、性價比高等優點，在西方發達國家應用已經比較普遍，但在我國機械市場中，機械制造產業發展卻遇到了一系列現實挑戰。相比歐美等發達國家來說，我國的工程機械再制造產業的發展要相對緩慢一些.國家扶持的支點偏離

業內人士普遍認為，技術黑洞的形成與國家的重視程度、投入密切相關。國家在過失的二十多年來忽視了發展機械行業，在政策、資金等方面都出現了偏差，從政策方面來看，國家大的政策是在鼓勵企業加強對資源的循環利用，但相關配套政策規定的不夠健全，使得工程機械制造產業在國內發展遭遇了現實尷尬。如制造產品被歸屬舊件回收，沒有增值稅發票，不能享受增值稅抵扣政策，也不能減免制造企業增值稅，這給企業的發展帶來較大的阻礙。

綜上所述，機械制造業的發展方向是將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機的結合，通過計算機技術是企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行，在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化達到產品上市快、服務好、質量優成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，是企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

二、簡述先進制造技術的定義、特點和發展趨勢。（10分）定義：先進制造技術(Advanced Manufacturing Technology，簡稱為AMT）是指微電子技術、自動化技術、信息技術等先進技術給傳統制造技術帶來的種種變化與新型系統。具體地說，就是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統的總稱。

特點：1.先進制造技術涉及到產品從市場調研、產品開發及工藝設計、生產準備、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容，它的目的是提高制造業的綜合經濟效益和社會效益，是面向工業應用的技術。

2.先進制造技術強調計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現代系統管理技術在產品設計、制造和生產組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流，是生產過程的系統工程。

3.80年代以來，隨著全球市場競爭越來越激烈，先進制造技術要求具有世界先進水平，它的競爭已經從提高勞動生產率轉變為以時間為核心的時間、成本和質量的三要素的競爭，因此它是面向全球競爭的技術。

4.先進制造技術的最新發展階段保持了過去制造技術的有效要素，同時吸收各種高新技術成果，滲透到產品生產的所有領域及其全部過程，從而形成了一個完整的技術群，具有面向21世紀新的技術領域。

發展趨勢：計算機技術、自動控制理論、數控技術、機器人、CAD/CAM技術、CIM技術以及網絡通信技術等在內的信息自動化技術的迅猛發展，為先進制造技術的發展和應用提供了日益增多的高效能手段。

（一）工業應用的技術，機械、電子、信息、材料及能源技術成果，綜合應用于制造過程。

1.數控技術（Numerical Control），簡稱數控（NC），是用數字量及字符作為加工的指令，實現自動控制的技術。服了傳統機械加工的缺點。

2.計算機輔助設計與制造（CAD/CAM），是計算機輔助設計依托強大軟件來完成產品設計中的建模、解算、分析、虛擬模擬、加工模擬、制圖、數控編程、編制工藝文件等工作。

3.特種加工技術，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求越來越高，工件材料越來越硬，加工表面越來越復雜，傳統的加工方法已不能滿足生產的需要，人們探索利用電、磁、聲、光、化學等能量或將多種能量組合施加在工件的被加工部位，實現材料去除、變形、改變性能或被鍍覆等非傳統加工方法，這些方法統稱為特種加工。

（二）制造業綜合自動化，信息技術、自動化技術、現代企業管理技術的有機結合。

1.機器人技術，計算機控制的可再編程的多功能操作器，又稱工業機器人。它能在三維空間內完成多種操作。

2.成組技術，人們用大批量生產的組織形式以高效的生產設備、高效的工藝技術去制造單件小批的零件，降低生產成本，成組技術（Group Technology簡稱GT）就應運而生。

3.柔性制造系統（FMS-Flexible Manufacturing System），是以計算機為控制中心實現自動完成工件的加工、裝卸、運輸、管理的系統。它具有在線編程、在線監測、修復、自動轉換加工產品品種的功能。

柔性制造系統具有：高柔性，在線編程使計算機響應進行控制高自動化設備工作；高效率，合理控制設備的切削用量實現高效加工。

（三）系統管理技術，制造業綜合自動化、過程工業綜合自動化、系統技術等綜合應用于制造全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，獲得理想技術經濟效果。

1.并行工程（Concurrent Engineering），簡稱（CE）是對產品及其設計過程和制造過程進行并行、集成設計的一種系統化工作模式，這種模式使產品開發人員從一開始就考慮到從概念形成到產品報廢的全生產周期中的所有因素，包括加工的質量、成本、進度和產品的技術性能及使用性能需求等，減少加工制造中可能出現的問題，加速產品開發過程，縮短開發周期。

2.虛擬制造（Virtual Manufacturing），簡稱（VM）利用計算機技術、建模技術、信息處理技術、仿真技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真模擬，以發現設計或制造中出現的問題，在產品實際生產前就改進完成，省略了產品的開發研制階段，達到降低設計和生產成本，縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。

3.計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing Systen），簡稱（CIMS）是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎之上，通過計算機網絡及數據庫，將分散的自動化系統有機的集成起來，完成從原材料采購到產品銷售的一系列生產過程的高效益、高柔性的先進制造系統。

三、現代設計技術的核心因素及發展特點有哪些？ 列舉一些主要設計技術方法。（15分）

現代設計技術的核心因素：質量、時間和成本。質量：滿足用戶功能要求，符合有關法律、標準和生態環境要求，安全性、可靠性、合理壽命，方便使用和維護保養，用戶培訓、質量保證和維修服務。

成本：產品成本、合理利潤、一次性安裝費用和經常性維修費用。時間：設計開發的周期，供貨的時間、方式等方面的適應能力。現代設計技術的特點：（1）系統性

強調用系統的觀點處理設計問題。整體上把握涉及對象，考慮對象與人、環境的聯系。

（2）動態性

要考慮產品的靜態特性，和實際工作狀態下的動態特性，考慮與周圍環境的物資、能量及信息的交互。

（3）創造性

是建立在先進的設計理論及工具，能充分發揮設計者的創造性思維，運用各種手段和方法，開發出創造性的產品。

（4）計算機化

計算機已滲透到產品設計的各個環節，充分利用計算機的數值計算、嚴密的邏輯思維能力和巨大的信息存儲及處理能力：優化設計、有限元分析和系統仿真等。

（5）并行化、最優化、虛擬化和自動化

強調的是設計過程。綜合考慮產品全生命周期中的所有因素，強調并行設計。

在設計過程中，用優化的理論與技術，對產品進行方案優選、結構優選和參數優選，達到整體優化。自動化主要依靠計算機輔助設計技術和自動建模技術。

（6）主動性

現代設計在設計初期，就對產品全生命周期的各種可能做出準確預測，減少故障的發生，體現了主動性。

主要設計技術方法：

1.并行設計

并行設計是一種對產品及其相關過程(包括設計制造過程和相關的支持過程)進行并行和集成設計的系統化工作模式。強調產品開發人員一開始就考慮產品從概念設計到消亡的整個生命周期里的所有相關因素的影響，把一切可能產生的錯誤、矛盾和沖突盡可能及早地發現和解決，以縮短產品開發周期、降低產品成本、提高產品質量。

二、虛擬設計

在達到產品并行的目的以后，為了使產品一次設計成功，減少反復，往往會采用仿真技術，而對機電產品模型的建立和仿真又屬于是虛擬設計的范疇。虛擬設計能實現在產品加工制造之前，建立產品的功能、結構模型，并能對其進行修改和評審，以滿足不同客戶的要求。

三、綠色設計

綠色設計是指以環境資源保護為核心概念的設計過程，其基本思想就是在設計階段就將環境因素和預防污染的措施納人產品設計之中，將環境性能作為產品的設計目標和出發點，力求使產品對環境的影響為最小。

四、可靠性設計

機電產品的可靠性設計可定義為:產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠性設計是以概率論為數學基礎，從統計學的角度去觀察偶然事件，并從偶然事件中找出其某些必然發生的規律，而這些規律一般反映了在隨機變量與隨機變量發生的可能性(概率)之間的關系。

五、智能優化設計

隨著與機電一體化相關技術不斷的發展，以及機電一體化技術的廣泛使用，我們面臨的將是越來越復雜的機電系統。解決復雜系統的出路在于使用智能優化的設計手段。智能優化設計突破了傳統的優化設計的局限，它更強調人工智能在優化設計中的作用。

六、計算機輔助設計

機械計算機輔助設計，是在一定的計算機輔助設計平臺上，對所設計的機械零、部件，輸入要達到的技術參數，由計算機進行強度，剛度，穩定性校核，然后輸出標準的機械圖紙，簡化了大量人工計算及繪圖，效率比人工提高幾十倍甚至更多。

七、動態設計

動態設計法是在計算參數難以準確確定、設計理論和方法帶有經驗性和類比性時，根據施工中反饋的信息和監控資料完善設計，是一種客觀求實、準確安全的設計方法。動態設計通過建立監測系統和信息反饋有利于控制施工安全，并不斷地將現場情況及變化反饋到設計單位，以便調整完善設計。

八、模塊化設計

結構模塊化設計主要是以功能化的產品結構為基礎，分解現有的產品，在分解中考慮到各個要素的可行性，從而在早期就預測到設計中可能會出現的矛盾，提高設計的可行性和可靠性，降低產品的成本。

九、計算仿真設計

根據工程機械不同的作業功能，在計算機上模擬各種作業過程，以分析和確定各種狀態下的作業參數，研究工程機械各系統主要部件的結構合理性，借助數學實驗等方法預估工程機械的作業效果，從而可大大減少設計上的失誤，避免或減少走彎路。

十、人機學設計

應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關系和可及范圍等人體結構特征參數；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習慣等人體機能特征參數，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等。

十一、摩擦學設計

摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關系的理論與應用的一門邊緣摩擦學系統過程研究學科。

十二、疲勞設計 疲勞就是材料、零件和構件在循環加載下，在某點或某些點產生局部的永久性損傷，并在一定循環次數后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現象。

十三、反求設計

反求設計（也稱逆向設計），是指設計師對產品實物樣件表面進行數字化處理(數據采集、數據處理)，并利用可實現逆向三維造型設計的軟件來重新構造實物的CAD模型(曲面模型重構)，并進一步用CAD/CAE／CAM系統實現分析、再設計、數控編程、數控加工的過程。

十四、無障礙設計

無障礙設計強調在科學技術高度發展的現代社會，一切有關人類衣食住行的公共空間環境以及各類建筑設施、設備的規劃設計，都必須充分考慮具有不同程度生理傷殘缺陷者和正常活動能力衰退者（如殘疾人、老年人）群眾的使用需求，配備能夠應答、滿足這些需求的服務功能與裝置，營造一個充滿愛與關懷、切實保障人類安全、方便、舒適的現代生活環境。

十五、共用性設計

共用性設計UD(Universal Design)是指，在商業利潤的前提下河現有生產技術條件下，產品（廣義的，包括器具﹑環境﹑系統和過程等）的設計盡可能使不同能力的使用者（例如殘疾人﹑老年人等），在不同的外界條件下能夠安全﹑舒適地使用的一種設計過程。

十六、有限元法

以電子計算機為工具的一種現代數值計算方法。它不僅能用于工程中復雜的非線行問題、非穩態問題的求解, 還可用于工程設計中進行復雜結構的靜態和動力分析, 并能準確地計算形狀復雜零件的應力分布和變形, 成為復雜零件強度和剛度計算的有力分析工具。

十七、機械系統設計

系統的觀點,研究內外系統和各子系統之間的相互關系,通過各子系統的協調工作,取長補短來實現整個系統最佳的總功能。

十八、機械動態設計

根據產品的動載工況,以及對產品提出的動態性能要求與設計準則,按動力學方法進行分析計算、優化與試驗、并反復進行的一種設計方法。

十九、工業藝術造型設計

在保證產品實用功能的前提下,用藝術手段按照美學法則對工業產品進行造型活動,對工業產品的結構尺寸、體面形態、色彩、材質、線條、裝飾及人際關系等因素進行有機的綜合處理,從而設計出優質美觀的產品造型。

四、簡述超高速加工技術和超精密加工技術所涉及的主要關鍵技術問題有哪些？（20分）

超高速加工技術：超高速加工技術是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地實現高速運動的高精度、高自動化和高柔性的制造設備，以提高切削速度來達到提高材料切除率、加工精度和加工質量的先進加工技術。

超高速加工技術的特征：切削力低、熱變形小、材料切除率高、高精度、減少工序。

超高速加工技術主要包括：超高速切削與磨削機理研究，超高速主軸單元制造技術，超高速進給單元制造技術，超高速加工用刀具與磨具制造技術，超高速加工在線自動檢測與控制技術等。

超精密加工技術當前是指被加工零件的制造公差為0.30~0.03um，表面粗糙度值為Ra0.03~0.005um的加工。實現這些加工所采用的工藝方法和技術措施，則稱為超精密加工技術。

超精密加工技術主要包括：超精密加工的機理研究，超精密加工的設備制造技術研究，超精密加工工具及刃磨技術研究，超精密測量技術和誤差補償技術研究，超精密加工工作環境條件研究。

五、非傳統加工技術主要有哪些種類？ 非傳統加工技術的主要特點有哪些？（10分）非傳統加工亦稱為“特種加工”或“現代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。

非傳統加工技術主要種類：化學加工(CHM)、電化學加工(ECM)、電化學機械加工(ECMM)、電火花加工(EDM)、電接觸加工(RHM)、超聲波加工(USM)、激光束加工(LBM)、離子束加工(IBM)、電子束加工(EBM)、等離子體加工(PAM)、電液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料噴射加工(AJM)、液體噴射加工(HDM)及各類復合加工等。非傳統加工技術的主要特點

1、與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工

2、非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。

3、微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。

4、不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩定性好。

5、兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。

6、特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積極的影響。

六、簡述快速原型制造技術工作原理、其優點是什么？主要類型有哪些？（15分）

RP 技術的基本原理是：將計算機內的三維數據模型進行分層切片得到各層截面的輪廓數據，計算機據此信息控制激光器（或噴嘴）有選擇性地燒結一層接一層的粉末材料（或固化一層又一層的液態光敏樹脂，或切割一層又一層的片狀材料，或噴射一層又一層的熱熔材料或粘合劑）形成一系列具有一個微小厚度的片狀實體，再采用熔結、聚合、粘結等手段使其逐層堆積成一體，便可以制造出所設計的新產品樣件、模型或模具，簡單描述就是 “分層制造，逐層疊加” 類似于積分過程。如下圖：

快速原型制造技術優點：

1.從制造角度出發，減少設計、加工、檢查的工具，不需要任何刀具，模具及工裝卡具的情況下，可將任意復雜形狀的設計方案快速轉換為三維的實體模型或樣件。

2.從市場和用戶角度出發，減少風險，可實時地根據市場需求低成本地改變產品。模型或樣件可直接用于新產品設計驗證、功能驗證、外觀驗證、工程分析、市場訂貨以及企業的決策等，非常有利于早找錯早修改早優化，提高了新產品開發的一次成功率，縮短了開發周期，降低了研發成本。

3.從設計和工程的角度出發，快速、準確、以及制造復雜模型。

4.結合CAD/CAM 技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術。

主要類型為

（1）立體印刷技術（SLA）

SLA（Stereo lithograghy Apparatus)法，其工藝原理是：從最底層開始，激光在光敏樹脂表面掃描，在掃描過程中，激光的曝光量超過樹脂固化所需的閾值能量的地方才會發生聚合反應形成固態。

（2）選擇性激光燒結（SLS）

SLS（Selective laser sintering)是利用激光所提供的能量有選擇性地融化熱塑性塑料以形成三維零件。

（3）熔融沉積成型（FDM）

FDM（Fused Deposition Modeling)是利用熱塑性細絲在移動頭中進行熔化，熔化后的材料在移動的過程中被擠壓出來堆積零件。

（4）層壓物體制造技術（LOM）

LOM（Laminated Object Manufacturing)是通過逐層激光剪切薄紙材料制造零件的一種技術。

七、先進制造生產模式有哪些主要特點？主要的先進制造生產模式有哪些？（10分）

先進制造模式的先進性表現在企業的組織結構合理、管理手段得當、制造技術領先、市場反應快、客戶滿意度高、單位產品成本低等諸多方面。

主要特點：通過對現代各種先進制造模式的研究分析，可以總結出它們具有如下幾個特點。(1)綜合性：是技術、管理方法和人的有效綜合和集成。(2)普適性：其概念、哲理和結構，適用于不同企業，其核心思想和觀念具有普遍指導意義。(3)協同性：強調人一機協同、人一人協同因素的重要性，技術和管理是兩個平行推進的車輪。(4)動態性：與社會及其生產力發展水平相適應的動態發展過程。

柔性生產模式

由英國莫林斯（Molins）公司首次提出的柔性生產模式，在20世紀70年代末得到推廣應用。該模式主要依靠有高度柔性的以計算機數控機床為主的制造設備來實現多品種小批量的生產，以增強制造業的靈活性和應變能力，可縮短產品生產周期，提高設備使用效率和員工勞動生產率且改進產品質量。智能制造模式該模式是在制造生產的各個環節中，應用智能制造技術和系統，以一種高度柔性和高度集成的方式，通過計算機模擬專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，以便取代或延伸制造過程中人的部分腦力勞動，并對人類專家的制造智能進行了完善、繼承和發展。因智能制造可實現決策自動化，實現“制造智能”和制造技術的“智能化”，進而實現制造生產的信息化和自動化。

敏捷制造模式產生于20世紀80年代后期的敏捷制造模式與虛擬制造生產模式一起被美國政府作為具有劃時代意義的“21世紀制造企業的發展戰略”。該模式是將柔性制造的先進技術、熟練掌握的生產技能、有素質的勞動力，以及促進企業內部和企業之間的靈活管理三者集成在一起，利用信息技術對千變萬化的市場機遇做出快速響應，最大限度地滿足顧客的要求。這種模式促進了傳統的制造業發生根本性變化，以因特網為代表的信息技術導致制造企業的管理體制和生產模式發生根本變化。敏捷制造生產模式的新概念和新理論不斷出現，推動著制造科學發展，例如分形制造、生物制造、全球制造、全能制造和智能制造等新概念的問世。

高效快速重組生產系統模式該模式是在對柔性生產、精益生產和敏捷制造這三種制造生產模式的優點進行比較、綜合和創新之后，于1995年提出的，目前已開始推廣應用。高效快速重組生產系統模式是上述三種模式的理論和實踐在更高層次上的有機集成生產系統，其特征是對市場的靈活快速反應的制造資源的有效集成。

虛擬制造生產模式

虛擬制造生產模式是利用制造過程計算機模擬和仿真來實現產品的設計和研制的模式，即在計算機中實現的制造技術。它將從根本上改變設計、試制、修改設計、規模生產的傳統制造模式。在產品真正制造出來之前，首先應在虛擬制造環境中完成軟產品原型（Soft Prototype），代替傳統的硬樣品（Hard Prototype）進行試驗，對其性能進行了預測和評估，從而大大縮短產品設計與制造周期、降低產品開發成本，提高其快速響應市場變化的能力，以便更可靠地決策產品研制，更經濟地投入、更有效地組織生產，從而實現制造系統全面最優的制造生產模式。

極端制造模式

制造技術正在從常規制造、傳統制造向非常規制造及極端制造發展，因而出現了極端制造模式。極端制造是指在極端條件或環境下，制造極端尺度或極高功能的器件和功能系統。當前，極端制造已成為制造技術發展的重要領域，極端制造集中表現在微細制造、超精密制造、巨系統制造和強場（如強能量場）制造，例如：制造空天飛行器、超常規動力裝備、超大型冶金和石油化工裝備等極大尺寸和極強功能的重大裝備，制造微納電子器件、微納光機電系統等極小尺度和極高精度的產品。

綠色制造模式

綠色制造是綜合運用生物技術、“綠色化學”、信息技術和環境科學等方面的成果，使制造過程中沒有或極少產生廢料和污染物的工藝或制造系統的綜合集成生態型制造技術。綠色制造模式是實現制造業可持續長遠發展的制造模式。

綠色制造主要體現在：

（1）綠色產品設計：使產品在生命周期內都符合環保、健康、能耗低、資源利用率高的要求。

（2）綠色生產過程：在整個制造過程，對環境負面影響最小，廢棄物和有害物質的排放最小，資源利用效率最高。綠色制造技術主要包含了綠色資源、綠色生產過程和綠色產品三方面的內容。

（3）產品的回收和循環再利用：如生態工廠的循環式制造技術。它主要包括生產系統工廠－－致力于產品設計和材料處理、加工及裝配等階段，恢復系統工廠－－對產品（材料使用）生命周期結束時的材料處理循環再利用。

八、現代化機械制造系統自動化的關鍵技術主要有哪些？（10分）現代化機械制造系統自動化的關鍵技術主要有：

一、制造自動化系統開放式智能體系結構

目標是使制造系統具備自組織和并行作用的能力，充分利用分布式計算機技術、網絡技術等，使制造自動化向柔性化、集成化、智能化和全球化方向發展。

二、智能4M系統中關鍵技術的研究

智能4M系統就是將建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、測量(Measuring)、機器人操作(Manipulation)四者一體化的智能系統，實現信息共享，促進建模、加工、測量、裝夾、操作的一體化，其目的是實現快速制造、快速檢測、快速響應和快速重組。

三、制造自動化系統的優化理論與調度方法

制造系統是一類離散事件動態系統(Discrete Event Dynamic System，DEDS)，其物流、信息流以及各種資源的規則、調度和控制等有獨特的要求。對這類系統的更精確的描述、分析和控制，需要在離散事件動態系統理論方面進一步突破。同時，由于實現各種先進的制造哲理和管理策略，如虛擬企業、敏捷制造、精益生產、準時生產等，作為先進制造模式賴以實現的基礎之一，生產組織與過程優化中決策調度的成功與否對上述目標的實現有著最為直接的影響。

四、面向制造自動化的虛擬制造技術研究

虛擬制造關鍵技術的研究可分為四個層次，即：虛擬制造哲理研究、虛擬制造技術層、虛擬制造原型系統層，虛擬制造集成開發平臺層。虛擬制造哲理的研究為制造企業敏捷制造提供指導思路，在信息集成基礎上，通過組織管理、技術、資源和人機集成實現產品的開發過程的集成。

五、CAD／CAPP／CAM一體化技術的研究

CAD／CAPP／CAM 一體化是一項綜合性的高新技術，當前正朝著集成化、智能化，可視化和標準化方向發展．主要研究內容有：CAD系統面向產品的整個生命周期，充分考慮產品信息的繼承性，滿足并行設計的要求，CAD與產品信息標準化相結合，產品模型的可轉換性，面向全國乃至全球的產品信息編碼系統等方面的研究：具有很好的可移植性和自組織性的軟件系統、智能化CAD系統的研究，虛擬現實設計技術的研究．CAD／CAPP／CAM一體化技術一個重要研究內容就是CAPP技術的研究，主要有；基于并行工程的CAPP技術；虛擬制造模式下CAPP技術：基于PDM的CAD／CAPP/CAM集成系統；面向CIMS／CAPP集成開發平臺等。

六、面向制造自動化的數控技術的研究

數控技術是自動化技術的基礎及關鍵單元技術，又是精密、高效、高可靠性加工技術的支撐，它正朝著集成化和實用化方向發展。對數控技術的研究與開發重點是：開放性結

構系統的發展，采用新元件、新工藝不斷改善和擴展以高精、高速、高效為代表的功，改善和發展伺服技術，采用通信技術，研制開發超精數控系統等。

七、柔性制造技術和智能制造技術的研究

柔性制造系統的理論和技術所涉及領域很廣，主要包括：生產調度理論與算法的研究，主要涉及數學規劃、圖論、對策論、排隊論、人工神經網絡方法、Petri網理論等應用數學 理論及方法；計算機通信及數據庫技術的研究；計算機仿真技術的研究；生產組織及控制模式理論和技術的研究，主要涉及動態邏輯單元重構理論、多黑板結構模型的智能單元控

制理論、系統擾動及再調度理論和技術、JIT技術、開放式體系結構等；制造資源控制管理理論和技術的研究，主要涉及刀具管理理論及技術、加工設備的實時調度技術、物料儲運系統如AGV、立體倉庫等的控制技術。

八、機器人化制造技術的研究

機器人是一種高度柔性化的自動化設備，未來的典型制造工廠將是計算機網絡控制的包含多個機器人加工單元的分布式自主制造系統，工業機器人(IR)、智能加工中心(IMC)、坐標測量機(CMM)、自動導引小車(AGV)均被視為“智能機器”，這些智能機器依據不同的要求有機地組成機器人化制造單元，實現多元化產品生產。

九、先進制造智能傳感與檢測的研究

智能傳感與檢測研究主要包括智能傳感器、智能傳感和檢測技術以及光纖傳感技術等方面的研究。

智能傳感器主要功能為：感知環境條件的變化，并進行相應補充，通過雙向通信，以一種可以理解和接受的格式及執行機構或控制器等與其他系統連接，對白身進行檢測式診斷，實現智能決策。

光纖傳感技術主要研究內容為：光波調制原理、調制光波信號檢測技術、多傳感器復用技術、多傳感器網絡及通信技術、光纖傳感技術與光纖通信技術的結合原理和方法等。

第五篇：先進制造技術范文

第一次作業

1.先進制造技術的構成有哪些？

答：(1)主技術群：①設計技術群；②制造工藝技術群；

(2)支撐技術群：①信息技術；②標準和框架；③機床和工具技術；④傳感器和控制技術；

(3)制造基礎技術：①質量管理 ②用戶/供應商交互作用 ③工作人員培訓和教育 ④監督和評測 ⑤技術獲取合理用

2.狹義的制造和廣義的制造的概念是什么? 答：狹義的制造，是指生產車間內與物流有關的加工和裝配過程；

廣義的制造，則包含市場分析、產品設計、工藝設計、生產準備、加工裝配、質量保證、生產過程管理、市場營銷、售前售后服務，以及報廢后的回收處理等整個產品生命周期內一系列相互聯系的生產活動。

3.制造系統的結構、功能和過程是什么？

答：結構：是制造過程所涉及的硬件、軟件、人員所組成的具有特定功能的有機整體。功能：輸入制造系統的資源通過制造過程輸出產品

過程：制造生產的運行過程，包括市場分析、產品設計、工藝規劃、制造裝配、檢驗出廠、產品銷售、售后服務、報廢、回收、再利用等。

4.現代設計技術內涵是什么？

答：現代設計技術是以滿足應市產品的質量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優為目的，以計算機輔助設計技術為主體，以知識為依托，以多種科學方法及技術為手段，研究、改進、創造產品活動過程所用到的技術群體的總稱。

5.現代設計技術的體系結構是什么？

答：(1)基礎技術：是指傳統的設計理論與方法。(2)主體技術：計算機科學與設計技術結合產生技術

(3)支撐技術：指現代設計方法學、可信性設計技術、試驗設計技術。(4)應用技術：是針對實用目的解決各類具體產品設計領域的技術

6.CAE技術的基本概念是什么？

答：CAE仿真技術是以數學理論、相似原理、計算方法、評估理論為基本理論，以計算機技術、信息技術、圖形圖像技術、系統工程技術以及與仿真應用領域有關的專業技術為基礎，以計算機和各種物理效能設備為工具，利用系統模型對實際的或設想的系統進行動態試驗研究的一門多學科綜合性交叉技術。

7.成組工藝的基本概念是什么？

答：把尺寸、形狀、工藝相近似的零件組成一個個零件族(組)，按零件族制訂工藝進行生產制造，擴大了批量，減少了品種，提高了勞動生產率。

8.CAPP定義是什么？

答：向計算機輸入被加工零件的原始數據、加工條件和加工要求，由計算機自動進行編碼、編程直至最后輸出經過優化的工藝規程卡片的過程。

9.CAPP在CAD/CAM集成系統中的作用是什么？

答：CAPP是連接CAD與CAM之間的橋梁和紐帶。CAPP系統能直接接收CAD的零件信息，進行工藝規劃，生成有關工藝文件，并以工藝設計結果和零件信息為依據，經過適當的后置處理，生成NC程序，從而實現CAD/CAPP/CAM 系統集成。

10.基于成組技術的派生式CAPP系統的基本工作原理是什么？ 答：(1)系統要預先對現有零件進行分組。(2)每個零件族或樣件有一通用的標準工藝規程。(3)存儲樣件信息文件、樣件標準工藝規程文件。(4)檢索標準工藝規程。

(5)從標準工藝規程中篩選派生出當前零件的工藝規程。(6)輸出工藝過程。

11.創成式CAPP系統基本工作原理是什么？

答：創成式系統的工藝規程是根據系統的決策邏輯和制造工程數據信息生成的。制造工程數據信息主要是有關各種加工方法的加工能力和對象、各種設備及刀具的適用范圍等基本知識。決策邏輯以程序代碼(一般的創成式CAPP系統)或者以規則的形式存入相對獨立的工藝知識庫，供主控程序調用。向創成式系統輸入待加工零件的信息后，系統能自動生成各種工藝規程文件，用戶不需或略加修改即可。

12.檢索式CAPP基本工作原理和特點是什么？

答：派生式CAPP系統的基本原理是將設計好的零件標準工藝進行編號，存儲在計算機中。當制定零件的工藝過程時，可根據輸入的零件信息進行搜索，查找合適的標準工藝。

第二次作業

13.反求工程的含義是什么？

答：針對已有樣件，可利用三維數字化測量儀器準確、快速地測量出產品外形數據，在逆向軟件中構建曲面模型，再輸入CAD/CAM系統進一步編輯、修改，由CAM生成刀具NC代碼送至數控機床（CNC）制作所需模具，或者由快速成型機將樣品模型制作出來。

14.說明逆向工程的接觸式測量方式的特點? 答：接觸式測量不受樣件表面的反射特性、顏色及曲率影響，配合測量軟件，可快速準確地測量出物體的基本幾何形狀，如面、圓柱、圓錐、圓球等。接觸式測量的機械結構及電子系統已相當成熟，有較高的準確性和可靠性。

接觸式測量的缺點有：① 確定測量基準點而使用特殊的夾具，測量費用較高。② 測量系統的支撐結構存在靜態及動態誤差。③ 檢測某些輪廓時，可能會有先天的限制。④ 以逐點進出方式進行測量，測量速度慢。⑤ 測頭尖端部分與被測件之間發生局部變形影響測量值的實際讀數。⑥ 不當的操作容易損害樣件,也會使測頭磨耗、損壞。

15.說明逆向工程的非接觸光學測量方式的特點? 答：非接觸光學測量有如下優點：① 沒有測量力，② 測量速度和采樣頻率較高，③ 不必進行測頭半徑的補償。④ 不少光學測頭具有大的量程。⑤ 同時探測的信息豐富。

但非接觸式測量也還存在一些缺點：① 測量精度較差。② 使用CCD作探測器時，成像鏡頭的焦距會影響測量精度。③ 非接觸式測頭是接收工件表面的反射光或散射光，測量結果易受環境光線及工件表面的反射特性的影響，噪聲較高，噪聲信號的處理比較麻煩。

16.高速加工定義？

答：尚無統一定義，一般認為高速加工是指采用超硬材料的刀具，通過極大地提高切削速度和進給速度，來提高材料切除率、加工精度和加工表面質量的現代加工技術。

17.簡述高速切削特點

答：(1)隨切削速度提高，單位時間內材料切除率增加，切削加工時間減少。(2)隨切削速度提高，切削力減少，減少工件變形。

(3)切屑以很高的速度排出，切削熱大部分被切屑帶走，給工件的熱量大幅度減少，工件的熱變形相對較小。(4)高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面質量可提高1～2等級。(5)高速切削可加工淬硬鋼鐵件，18.高速切削對刀具的要求有哪些？

答：(1)高速切削時速度和自動化程度高，要求刀具應具有很高的可靠性。并要求刀具的壽命高，質量一致性好，切削刃的重復精度高。(2)刀具應具有很好的高的耐熱性、抗熱沖擊性能和良好的高溫力學性能。(3)刀具應具有很好的斷屑、卷屑和排屑性能。(4)刀具材料應能適應難加工材料和新型材料加工的需要

19.高速切削加工的實時監控系統內容有哪些？

答：(1)切削力監測以控制刀具磨損，機床功率監測亦可間接獲得刀具磨損信息；(2)主軸轉速監測以判別切削參數與進給系統間關系；(3)刀具破損監測；(4)主軸軸承狀況監測；

(5)電器控制系統過程穩定性監測等。

20.高速回轉刀具的結構特點有哪些？

答：(1)為了減輕所承受的離心力的作用，刀體材料的設計應減輕質量，選用比重小、強度高的刀體材料。(2)刀體結構應盡量避免貫通式刀槽，減少尖角，盡量減少機夾零件的數量。刀體的結構應對稱于回轉軸。刀片和刀座的夾緊、調整結構應盡可能消除游隙，并且要求重復定位性好。

(3)刀體結構和刀片夾緊結構可靠。刀體與刀片之間的連接配合要封閉，刀片夾緊機構要有足夠的夾緊力。(4)用于高速切削的回轉刀具必須經過動平衡測試。

21.電火花加工的原理是什么？

答：在絕緣液體介質中進行，自動進給調節裝置使工件與工具電極之間保持適當的放電間隙，當在電極和工件之間施加很強的脈沖電壓時，就會擊穿介質絕緣強度最低處形成瞬間火花放電，電流密度很大，放電區能量高度集中，瞬時溫度達10000－12000℃，工件和電極表面金屬放電點就被熔化，甚至汽化而被蒸發。

這些熔化或汽化的金屬在電、熱、流體、化學等各種力的作用下被拋入工作液中冷卻為金屬小顆粒，然后被工作液迅速沖離工作區，使電極和工件表面形成一個個微小的凹坑，同時放電過程中，電壓又隨之迅速降為零，介質絕緣性能恢復，等待下一次放電。

如此反復，電極不斷下降，工件不斷被蝕除，最后就在工件上復制出了電極形狀型腔內形，達到成形加工的目的。

22.電火花線切割的加工定義是什么？

答：電火花線切割加工直接利用電能對金屬材料進行加工，同屬蝕除加工。線切割采用細金屬絲為電極，線切割可以加工帶有一定錐度的型孔或型芯等。線切割加工時，一方面線電極對工件不斷地上下移動，另一方面裝夾工件的十字工作臺，由數控伺服電動機驅動，在x、y方向實現進給，使線電極沿加工圖形的軌跡，對工件進行切割加工。

23.電火花線切割的加工特點有哪些？ 答：(1)不需要制造成形電極；(2)不需考慮電極損耗；

(3)能加工精密細小、形狀復雜的通孔零件或零件外形；(4)不能加工盲孔

(5)一般采用一個電規準一次加工完成；

第三次作業

1.超精密加工對微量進給裝置的要求是什么？

答：(1)微進給與粗進給分開，以提高微位移的精度、分辨率和穩定性；(2)運動部分必須是低摩擦和高穩定性，以便實現很高的重復精度；(3)末級傳動元件必須有很高的剛度，即夾固刀具處必須是高剛度的；(4)工藝性好，容易制造；(5)應能實現微進給的自動控制，動態性能好。

2.電子束加工的特點要求是什么？

答：(1)電子束可實現極其微細的聚焦(可達0.1μm)，可實現亞微米和毫微米級的精密微細加工。(2)電子束加工主要靠瞬時熱效應，工件不受機械力作用，因而不產生宏觀應力和變形。

(3)加工材料的范圍廣，對高強度、高硬度、高韌性的材料以及導體、半導體和非導體材料均可加工。(4)電子束的能量密度高，如果配合自動控制加工過程，加工效率非常高。

(5)電子束加工在真空中進行，污染少，加工表面不易氧化，尤其適合加工易氧化的金屬及其合金材料。

3.離子束加工的原理是什么？

答：離子束加工的原理與電子束加工基本類似，也是在真空條件下，將離子源產生的離子束經過加速后，撞擊在工件表面上，引起材料變形、破壞和分離。由于離子帶正電荷，其質量是電子的千萬倍，因此離子束加工主要靠高速離子束的微觀機械撞擊動能，而不是像電子束加工主要靠熱效應。

4.試論述制造自動化技術的內涵。

答：制造自動化技術是制造業的關鍵技術，是一個動態發展的過程。隨著電子和信息技術的發展，特別是隨著計算機的出現和廣泛應用，制造自動化的概念已擴展為不僅包括用機器代替人的體力勞動和腦力勞動，而且還包括人和機器及制造過程的控制、管理和協調優化，以使產品制造過程實現高效、優質、低耗、及時和潔凈的目標。

5.以FMS為例說明自動化制造系統的構成系統。答：(1)加工系統：組成FMS的自動化加工設備。

(2)工件儲運系統：由工件庫、工件運輸設備和更換裝置等組成。(3)刀具儲運系統：由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構等組成。(4)FMS的控制系統：采用計算機多層控制。(5)檢側與監控系統。

6.FMS刀具運儲系統的主要職能是什么？

答：是負責刀具的運輸、存儲和管理，適時地向加工單元提供所需的刀具，監控管理刀具的使用，及時取走已報廢或刀具壽命已耗盡的刀具，在保證正常生產的同時，最大程度地降低刀具成本。

7.自動化制造系統總體設計的主要內容是什么？

答：確定加工對象的類型及范圍；對所確定的加工對象進行工藝分析、制定加工方案；建立系統的功能模型和信息模型；確定設備類型及配置，進行系統總體平面布局設計；確定物流系統方案、控制系統方案、質量控制及監控方案；計算機通信網絡及數據庫管理系統設計；輔助裝置的確定；對系統配置及運行方案進行計算機仿真以確定最佳方案；對系統進行可靠性分析；對系統進行風險分析和經濟效益評估等。

8.工件儲運系統在自動化制造系統中的作用是什么？

答：將被加工零件按系統的要求輸送到所需要的設備進行加工或處理，對暫時不需要加工的工件進行有效的存儲和管理，使其不仿礙其它工件的流動，對已加工完成的件要送出系統或送入倉庫等。

9.CIMS系統的定義是什么？

答：計算機集成制造系統借助于計算機的硬件、軟件技術，綜合運用現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術，對企業的生產作業、管理、計劃、調度、經營、銷售等整個生產過程中的信息進行統一處理，并對分散在產品設計制造過程中各種孤立的自動化子系統的功能進行有機地集成，并優化運行，從而縮短產品開發周期、提高質量、降低成本，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

10.CIMS系統的由哪幾部分功能組成？

答：(1)四個功能分系統：① 管理信息系統(MIS)；② 工程設計自動化系統；③ 制造自動化系統；④ 質量保證系統。(2)兩個支撐分系統：① CIMS數據庫系統；② CIMS計算機通信網絡系統。

11.簡述并行工程的概念。

答：并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關的各種過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。這種方法要求產品開發人員在設計一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。

12.PDM的定義是什么？

答：產品數據管理(PDM)以產品為中心，通過計算機網絡和數據庫技術，把企業生產過程中所有與產品相關的信息和過程集成起來，統一管理，使產品數據在其生命周期內保持一致、最新和安全，從而縮短產品研發周期、降低成本、提高質量、改善性能，使企業贏得主動權和競爭優勢。

13.試述精益生產的內涵。

答：精益生產的核心內容是準時制生產方式，這種方式通過看板管理，成功地制止了過量生產，實現了“在必要的時刻生產必要數量的必要產品”的目標，從而徹底消除產品制造過程中的浪費，以及由之衍生出來的種種間接浪費，實現生產過程的合理性、高效性和靈活性。精益生產是一個完整的技術綜合體，包括經營理念、生產組織、物流控制、質量管理、成本控制、庫存管理、現場管理等在內的較為完整的生產管理技術與方法體系。

14.簡述敏捷制造的基本概念？

答：敏捷制造(Agile Manufacturing)，以柔性生產技術和動態組織結構為特點，以高素質、協同良好的工作人員為核心，實施企業間網絡集成，形成快速響應市場的社會化制造體系。

15.簡述MRP-II的基本思想？

答：在閉環MRP基礎之上，把物流和資金流結合在一起形成的完整的人機交互式的生產管理系統。它主要完成企業的計劃管理、采購管理、庫存管理、生產管理、成本管理等功能，MRPII可以在周密的計劃下有效地利用企業的各種資源，控制資金占用、縮短生產周期、降低生產成本。