第一篇：先進制造技術概述

加工過程監控和傳感器技術作業

先進制造技術概述

一、先進制造技術含義和特征

先進制造技術AMT(advanced manufacturing technology)是傳統制造業不斷地吸收機械、信息(計算機與通信、控制理論、人工智能等)、材料、能源、環保等高新技術及現代系統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，并取得理想經濟效果的前沿制造技術的總稱。

先進制造技術的主要特征：

⒈ 先進制造技術不是一項具體的技術，而是一項綜合系統的技術。

⒉ 先進制造技術的先進性是建立在不斷地汲取其他相關領域新技術的基礎上的，是動態的、相對的。

⒊ 創新是先進制造技術的靈魂，并貫穿于制造全過程（產品創新、生產工藝過程創新、生產手段創新、管理創新、組織創新及市場創新）。

⒋ 技術與管理的結合是先進制造技術的一個突破，對市場變化做出更敏捷的反應及對最佳技術經濟效益的追求，使先進制造技術十分重視生產過程組織管理體制的合理化和最佳化。

⒌ 市場和工業界的需求是先進制造技術的出發點與歸宿，是先進制造技術的動力和目標。先進制造技術成果的成敗取決于生產檢驗，企業是先進制造技術的創新主體。

二、先進制造技術研究熱點

目前國內外對先進制造的研究主要有以下幾個方面： 納米技術。

納米技術是用單個原子、分子制造物質的科學技術。納米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現代科學（混沌物理、量子力學、微觀物理、分子生物學）和現代技術（計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術）結合的產物，納米科學技術已經引發一系列新的科學技術。精密、超精密加工。

精度為3～0.3μm，粗糙度為0.3～0.03μm的叫精密加工。精度為0.3～0.03μm，粗糙度為0.03～0.005μm的叫超精密加工，或亞微米加工。精密、超精密加工技術是20世紀60年代為了適應核能、大規模集成電路、激光和航天等尖端技術的需要而發展起來的精度極高的一種加工技術，也是現代制造工藝技術的核心技術。快速原型技術。

快速原型技術是一項新興技術，是近20年來制造技術領域的一次重大突破。該技術集計算機技術、激光加工技術、新型材料技術于一體，依靠CAD軟件，在計算機中建立三維實體模型，并將其切分成一系列平面幾何信息，以此控制激光束的掃描方向和速度，采用粘結、熔結、聚合或化學反應等手段逐層有選擇地加工原材料，從而快速堆積制作出產品實體模型。智能制造技術。

智能制造技術將人工智能融進制造過程的各個環節，通過模擬專家的智能活動，對制造問題進行分析、判斷、推理、構思、決策，旨在取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動；并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發展；從而在制造過程中系統能自動監測其運行狀態，在受外界或內部激勵時能自動調整其參數，以期達到最佳狀態，具有自組織能力。

加工過程監控和傳感器技術作業

智能制造技術越來越受到各國的重視，是制造領域的一個新熱點。敏捷制造技術。

敏捷制造技術是對傳統柔性生產技術的延伸和發展，它提出了虛擬制造(即模擬仿真)的新概念。隨著計算機性能的飛速提高，計算機圖形學和圖象處理技術的進步，形成了虛擬制造(即模擬仿真)新熱點。而成形制造的模擬仿真又成為成形制造領域的研究熱點； 微電子制造技術。

微電子技術是隨著集成電路，尤其是超大型規模集成電路而發展起來的一門新的技術。微電子技術包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術。微電子制造技術已成為新一代電子制造的關鍵技術，三、先進制造技術發展趨勢

先進制造產品的發展趨勢：

精確化，即產品的幾何形狀及性能要精確。

極端化，即產品的幾何形體、物理性能、加工條件能達到極端要求。

人文化，即產品不僅是一個工業產品，還應該是一個藝術產品，文化含量高。先進制造過程的發展趨勢：

綠色化，即無污染，不破壞環境。

快速化，即即指對市場的快速響應，對生產的快速重組，生產模式有高度柔性與高度敏捷性。

節省，即指制造過程原材料必須節省、節約、節儉。

高效，生產效率高，指單位時間內生產的產品質量好數量多。先進制造方法的發晨趨勢

數字化，即將數字信息技術應用到制造領域。

自動化，不僅完成自動控制、自動調節、自動補償還可以自學習、自組織、自維護、自修復等更高的水平。

集成化，是技術的集成，是管理的集成，是技術與管理的集成。網絡化，是信息技術(特別是數字技術)與通信技術的交融。

智能化，使制造過程具有處理大量信息與不完整信息、錯誤信息的能力，具有強大的自診斷、自修復和自組織能力，主動協調與協同能力以及非邏輯處理能力。

參考文獻

[1]楊叔子，吳波．先進制造技術及其發展趨勢[J].機械工程學報，2003．

[2]楊叔子，吳波，李彬．再論先進制造技術及其發展趨勢[J].機械工程學報，2006． [3]谷峰，李印結．國際先進制造技術的研究動態[J].制造技術與機床，2006． [4]黃傳真，劉增文，劉含蓮，鄒斌，孫靜.先進制造技術概述[J].山東機械，2004.

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。