第一篇：先進制造技術產生的背景

天津理工大學

題目：先進制造技術產生的技術背景

學院： 機械工程學院 專業：機械制造及其自動化 學號： 153108301 姓名： 陳春城 教師： 牛興華 日期： 2015.12.21

先進制造技術產生的技術背景

陳春城

（天津理工大學 機械工程學院）

摘 要：近30 年來,隨著科學技術的進步,微電子技術、光電子技術、計算機技術已經得到廣泛的應用,社會環境因素也發生了很大變化,這些都推動了傳統機械制造向先進制造技術轉變。目前,傳統制造技術已進入了一個巨大的變革時期。關鍵詞：先進制造技術；技術背景；綠色制造

Abstract：Recent 30 years, improvement of science and technology microelectronics technology, optoelectronic technology and computer technology have been widely applied.Also, great change has happened in social environment.All of these factors have pushed the transition from traditional mechanical manufacturing to advanced manufacturing technology.So far, traditional manufacturing technology has entered into the age of tremendous innovation.Key words: Advanced manufacturing technology;Technology background;Green manufacturing

一、前言

傳統的機械制造已有很久的歷史,它對人類的生產和物質文明起了極大的作用。但隨著技術和社會的發展，傳統的制造技術面臨著巨大的壓力:(1)供貨方面的壓力

由于新興國家和地區,特別是環太平洋的國家和地區經濟的迅速發展而加入到競爭行列,使得原來的世界市場份額分配格局不再維持,因而出現了重新分配國家市場份額的激烈競爭。(2)用戶方面的壓力

隨著社會的進步,人們對產品多樣化的需求,因而產品的批量越來越小。用戶對產品的要求越來越高,多變的型號、低的價格、高的質量、按期交貨和良好的服務等等。(3)社會方面的壓力

人類要求一個更加安全和舒適的生存環境,因此無污染和無公害的綠色產品和清潔制造的呼聲日益高漲。(4)技術進步方面的壓力

由于新技術的迅速出現,使得產品技術越來越復雜,產品的開發周期越來越長,而產品的生命周期則越來越短。

隨著社會的發展與新科學技術的產生，傳統的制造技術在巨大的壓力下逐步向先進制造技術轉變。先進制造技術的提出和發展有其深刻的技術背景和社會背景。

二、社會發展的需求的牽引

隨著世界經濟的發展和人們生活水平的提高，市場環境發生了巨大變化：一方面表現為消費者需求日趨主體化、個性化和多樣化，另一方面則是制造廠商之間著眼于全球市場的激烈競爭。制造業面對一個變化迅速且無法預料的買方市場、企業的競爭優勢已由成本、質量、服務發展為時間。時間的概念原指按合同及時交貨．現逐漸演變為縮短新產品開發時問，即對市場變化的快速反應能力。因此，先進制造技術體系中，很多是針對市場快速反應能力提出來的。具體由社會發展的變化如下幾點：(1)傳統市場變成動態多變市場

傳統的相對穩定的市場變成動態多變的市場,產品生命周期不斷縮短,產品更新日益加快。產品質量、成本(價格)和時間(交貨期)已成為增加企業競爭力的三個決定性因素。生產模式則朝著多品種、小批量、單件化、柔性化、生產周期大幅度縮短等方面發展。(2)逐漸形成全球性的大市場

制造業的進步和發展,使更多的國家參與到世界經濟發展中,形成全球性的大市場。傳統的管理、生產方式、組織結構和決策準則都在經歷新的變化。生產能力在世界范圍內迅速提高和擴散并形成全球性的激烈競爭格局,市場經濟化正在將越來越多的國家帶進世界經濟范圍,隨著生產力的國際擴散,產業之間和產業內部的國際分工已成為一股不可阻擋的發展趨勢。由以上幾點可以看出，社會發展的需求牽引著傳統機械制造向先進制造技術轉變。

三、科學技術的發展推動著制造業的轉變

傳統的機械制造是以機械制造中的加工工藝問題為研究對象的一門應用技術學科。它是各種機械制造方法和過程的總稱。它是結合生產實際,利用各種基礎理論知識,為數學、物理、力學、機械原理和金屬切削原理等進行分析對比,找出客觀規律,解決生產制造工藝問題的學科。

傳統的機械制造具有一定的局限性,表現在以下方面:(1)傳統機械制造局限在加工工藝范圍,主要解決產品在制造過程的一些問題,如原材料、毛坯制造、機械加工(熱處理)、機器裝配等,學科單一。

(2)傳統機械制造的一些問題都是圍繞著企業的生產類型的不同而展開的。也就是受“批量法則”的制約。企業分成為大批大量生產的企業、成批生產的企業和單件、小批生產的企業。不同生產類型的企業,它們在設計、制造和管理方面有著不同的特點,也是說它們的生產手段取決于生產類型。

(3)傳統機械制造比較多的注意先進的或能力齊全的機床和設備,而對于生產的組織與管理、組織與技術、人的創造性和人的作用等注意不夠。

(4)傳統機械制造的研究都是從產品的質量、生產率和成本三方面出發的,而對市場的競爭考慮較少以及如何盡快向市場提供產品、縮短生產周期和交貨期注意不夠。

由于傳統制造技術存在著上述的各方面問題, 已經不適應當今制造技術發展的要求。近30年來,隨著科學技術的進步,微電子技術、光電子技術、計算機技術已經得到廣泛的應用,這些新技術的產生和應用推動了傳統機械制造向先進制造技術轉變。先進制造技術就是制造業不斷吸取機械、電子、信息、材料、能源以及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、售后服務等生產制造的全過程,實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產。

在眾多的現代制造系統中，有的已經相當成熟，如計算機輔助設計／制造／-V藝設計／I程(CAD／CAM／CAPP／CAE)和計算機集成制造系統(CIMS)等；有的是近幾年才開始研究的，如并行工程(CE)、虛擬現實制造(VM)、企業資源計劃(ERP)和智能制造(IM)等；還有的則是剛剛提出研究設想的系統，如網絡合作制造(Network Collaborative Manufacturing)、合并制造(HM)、生物制造(BM，Biological Manufacturing)、綠色制造(GM，Green Manufacturing)、遙遠制造(RM)、可重構制造系統(RCMS)、全球制造(Global Manufacturing)和下一代制造系統(NGMS，Next Generation Manufacturing System)等。

四、可持續發展將成為制造業的重要特征 隨著環境的日趨惡化與資源的匱乏，綠色產品、綠色設計和綠色制造等新概念和新方法便在這遍及全球的浪潮中應運而生，在當今社會綠色制造業顯得越來越重要，它將是21世紀制造業的重要特征。

在先進制造技術中，綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環境的影響為零或者極小，資源消耗盡可能小，并使企業經濟效益和社會效益協調優化。人類社會的發展必將走向人類社會與自然界的和諧。人與人類社會本質上也是自然世界的一個部分，部分不能脫離整體，更不能對抗與破環整體。人類必須從各方面促使人與人類社會同自然界和諧一致，制造技術也不能例外。保護環境，就是保護生產力；改善環境，就是發展生產力。每發展與采用一項新技術時，必須充分考慮可持續發展，計及環境文明。制造必然要走向“綠色”制造。

參考文獻：

1．陳志偉.先進制造技術與可持續發展戰略.常州師范專科學校學報，2003,21(4)2．朱政紅，時曉蕾.21世界先進制造技術的發展概況.工具技術 2009年第43卷No3 3．王秀彥，費仁元.先進制造技術的發展趨勢綜述.鍛壓機械，1/2002 4．張伯鵬，汪勁松，鄭力等.先進制造技術基礎研究現狀及發展趨勢.中國機械工程，1997年第8卷第2期

5．熊文平，孫宗禹.先進制造技術及其發展趨勢.機械研究與應用，2003（9）第16卷第3期

6．楊叔子，吳波，李斌.先進制造技術及其發展趨勢.機械工程學報，2003（10）第39卷第10期

7．楊叔子，吳波，李斌.再論先進制造技術及其發展趨勢.機械工程學報，2006（1）第42卷第1期

8．范榮鑫，左繼成.先進機械制造技術的發展現狀和發展趨勢.機械設計與制造，2003（04）-0116-03

第二篇：先進制造技術產生的背景

先進制造技術產生的背景

（天津理工大學 機械工程學院，天津）

摘 要：先進制造技術的產生和發展有其自身的社會經濟、科學技術以及可持續發展的根源和背景。社會經濟發展的需要以及科學技術的進步，尤其是微電子技術、光電子技術、計算機技術已經得到廣泛的應用，推動制造技術發生著巨大而深刻的變革。

關鍵詞：先進制造技術；社會經濟；科學技術；可持續發展；背景

Abstract: Advanced manufacturing technical generation and development has the source and background of its own social economic, science and technology and sustainable development.The demand of social economic development and the advancement of science and technology, especially the microelectronics technology, optoelectronic technology, computer technology has been widely applied, promote manufacturing technology having huge and profound changes.Keywords: Advanced manufacturing technology;social economic;science and technology;sustainable developmen;background

一、前言

傳統的機械制造已有很久的歷史，它對人類的生產和物質文明起了極大的作用。但隨著科學技術和社會的發展，傳統的制造技術面臨著巨大的壓力：

(1)供貨方面的壓力——由于新興國家和地區，特別是環太平洋的國家和地區經濟的迅速發展而加入到競爭行列，使得原來的世界市場份額分配格局不再維持，因而出現了重新分配國家市場份額的激烈競爭。

(2)用戶方面的壓力——隨著社會的進步，人們對產品多樣化的需求，因而產品的批量越來越小。用戶對產品的要求越來越高，多變的型號、低的價格、高的質量、按期交貨和良好的服務等等。

(3)社會方面的壓力——人類要求一個更加安全和舒適的生存環境，因此無污染和無公害的綠色產品和清潔制造的呼聲日益高漲。

(4)技術進步方面的壓力——由于新技術的迅速出現，使得產品技術越來越復雜，產品的開發周期越來越長，而產品的生命周期則越來越短。

隨著社會的發展與新科學技術的產生，傳統的制造技術在巨大的壓力下逐步向先進制造技術轉變。

二、先進制造技術的提出

先進制造技術作為一個專用名詞出現在20世紀80年代末，美國根據本國制造業面臨的挑戰和機遇，對其制造業存在的問題進行深刻的反省，為了加強其制造業的競爭力和促進國民經濟的增長而提出來的，并得到充分重視。同時，以計算機為中心的新一代信息技術的發展，推動了制造技術的飛躍發展，逐步形成了先進制造技術的概念。

先進制造技術是在現代制造戰略的指導下，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，涉及到制造業中的產品設計、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，它是制造業為了適應現代生產環境及市場的動態變化，在傳統制造技術基礎上通過不斷吸收科學技術的最新成果而逐漸發展起來的一個新興技術群。

三、先進制造技術產生背景

先進制造技術的產生和發展有其自身的社會經濟、科學技術以及可持續發展的根源和背景。

1.社會經濟發展背景

近20多年來，市場環境發生了巨大的變化，一方面表現為消費需求日趨主題化、個性化和多樣化，消費行為更具有選擇性，傳統的相對穩定的市場變成動態多變的市場，產品更新日益加快。生產模式則朝著多品種、小批量、單件化、柔性化、生產周期大幅度縮短等方面發展；另一方面全球性產業結構調整步伐加快。制造業的進步和發展，使更多的國家參與到世界經濟發展中，形成全球性的大市場，生產能力在世界范圍內迅速提高和擴散并形成全球性的激烈競爭格局，經濟全球化正在將越來越多的國家帶進世界經濟范圍，隨著生產力的國際擴散，產業之間和產業內部的國際分工已成為一股不可阻擋的發展趨勢。制造商著眼于全球市場激烈競爭的同時，著力于實力與信譽基礎上的合作和協作。

此外，制造業核心要素（質量、成本、生產率）的內涵發生了深刻的變化，具體表現為：（1）產品質量觀發生了變化，現代質量觀主要是指全面滿足用戶的程度，即不斷跟上用戶要求和及時響應市場的變化，在適當的時間、適當的地點滿足用戶的功能需求和非功能需求。（2）產品的成本不僅僅指制造成本，還包括用戶使用成本、維護成本以及社會環境成本。（3）快速響應市場，滿足已有和潛在顧客需求，獲得更多定單，主動適應市場，引導市場，快速開發產品，是贏得競爭，獲取最大利潤企業成敗的關鍵。產品質量、成本(價格)和時間(生產率)已成為增加企業競爭力的三個決定性因素。

2.科學技術發展背景

傳統的機械制造是各種機械制造方法和過程的總稱，以機械制造中的加工工藝問題為研究對象的一門應用技術學科。制造業從20世紀初開始逐漸走上科學發展的道路。近30年來，制造業不斷吸取機械、電子、信息、材料、能源以及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、售后服務等生產制造的全過程，實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，取得了理想技術經濟效果。與傳統制造技術相比，先進制造技術具有下列顯著的特點：

(1)以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高產品對動態多變市場的適應能力和競爭力為目標；

(2)不局限于制造工藝，而是覆蓋市場分析、產品設計、加工和裝配、銷售、維修、服務，以及回收再生的全過程；

(3)強調技術、人、管理和信息的四維集成，不僅涉及到物質流和能量流，還涉及到信息流和知識流。(4)更加重視制造過程組織和管理的合理化和革新，它是硬件、軟件、人與組織的系統集成。

伴隨科學技術和生產發展而產生的高新技術，在推動傳統機械制造向先進制造技術轉變的同時，極大地促進了制造技術在宏觀和微觀（超精密加工）兩個方向上蓬勃發展，企業內聯網和國際互聯網得廣泛應用，急劇地改變了現代制造業的產品結構、生產方式、生產工藝和設備及生產組織體系，使現代制造業發展為技術密集、知識密集型產業成為主宰制造業的決定性因素

3.可持續發展戰略

工業經濟時代，制造技術一味追求經濟的高速增長，無暇顧及資源和生態環境。工業排放廢棄物的大量增加，能源的巨大消耗，使人類生存的地球生態環境日趨惡化。在經歷一系列全球性生態環境問題帶來的影響和痛苦之后，人們不得不積極反思和總結傳統經濟發展模式中的矛盾，探索新的發展戰略，從而達成共識即發展是一個多目標函數，除經濟增長外，還需要考慮到整個社會的協調，要考慮人們生活質量的提高。從而領悟到了新的發展觀——可持續發展觀。

世界環境與發展委員會（WCED）于1987年向聯合國42屆大會遞交的報告《我們共同的未來》正式提出了“可持續發展”的思路，其定義是：既滿足當代人的需求，有不對子孫后代滿足其需要之生存環境構成危害的發展。世界資源研究所于1992年對可持續發展給出了更簡潔明確的定義：即建立極少產生廢料和污染物的工藝或技術系統。

先進制造技術應是基于“可持續發展”戰略的。當代人在創造和追求發展和消費的時候，不能以犧牲今后幾代人的利益為代價，而是依靠科技進步，建立極少產生廢料和污染物的工藝或技術系統，實現可持續長遠發展規劃；社會經濟發展模式應由粗放經營、掠奪式開發向集約型、可持續發展轉變。

鑒于上述社會經濟、科學技術，以及環境資源保護的歷史背景下，各國政府和企業界都在尋求對策，以獲取全球范圍內競爭優勢，傳統的制造技術以變得越來越不適應當今快速變化的形勢，而先進的制造技術在制造業中的廣泛應用，使人們正在或已經擺脫傳統觀念的束縛，使人類跨入制造業的新紀元。參考文獻：

1.吳良芹.先進制造技術及其發展.機械制造與自動化，2008,08（01）.2.楊叔子，吳波，李斌.先進制造技術及其發展趨勢.機械工程學報,2003（10）3.向大學.先進制造技術的研究現狀及發展方向,2011,06 4.朱政紅，時曉蕾.21世紀先進制造技術的發展概況.工具技術,2009,43(03)5.趙曉東.先進制造技術在我國發展狀況的分析.裝備制造技術,2010,02 6.顧新建，李曉.先進制造技術的發展趨勢.電子機械工程,2003,（19）1：1-5 7.宋天虎.先進制造技術的發展與未來.中國機械工程,1998,（9）4：2-6 8.王隆太.先進制造技術.北京：機械工業出版社，2003 9.陳志偉.先進制造技術與可持續發展戰略.常州師范專科學校學報,2003,21(4)

第三篇：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

第四篇：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。

第五篇：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。