先进制造技术20

1、 先进制造技术机械工程学院 王静 学号e20150033制造业 制造业业是现代国民民经济和综合合国力的重要要支柱，其生生产总值一般般占一个国家家国内生产总总值的20%-55%。在在一个国家的的企业生产力力构成中，制制造技术的作作用一般占660%左右。专专家认为，世世界上各个国国家经济的竞竞争，主要是是制造技术的的竞争。其竞竞争能力最终终体现在所生生产的产品的的市场占有率率上。随着经经济技术的高高速发展以及及顾客需求和和市场环境的的不断变化，这这种竞争日趋趋激烈，因而而各国政府都都非常重视对对先进制造技技术的研究。制造技术 一、当前制造科科学要解决的的问题 当前制制造科学要解解决的问题主主要集中

2、在以以下几方面： （1）制制造系统是一一个复杂的大大系统，为满满足制造系统统敏捷性、快快速响应和快快速重组的能能力，必须借借鉴信息科学学、生命科学学和社会科学学等多学科的的研究成果，探探索制造系统统新的体系结结构、制造模模式和制造系系统有效的运运行机制。制制造系统优化化的组织结构构和良好的运运行状况是制制造系统建模模、仿真和优优化的主要目目标。制造系系统新的体系系结构不仅对对制造企业的的敏捷性和对对需求的响应应能力及可重重组能力有重重要意义，而而且对制造企企业底层生产产设备的柔性性和可动态重重组能力提出出了更高的要要求。 （2）为为支持快速敏敏捷制造，几几何知识的共共享已成为制制约现代制造造技

3、术中产品品。生物制造造观越来越多多地被引入制制造系统，以以满足制造系系统新的要求求。开发和制制造的关键问问题。例如在在计算机辅助助设计与制造造(CADCAM)集集成、坐标测测量(CMMM)和机器人人学等方面，在在三维现实空空间(3-RRealSppace)中中，都存在大大量的几何算算法设计和分分析等问题，特特别是其中的的几何表示、几几何计算和几几何推理问题题；在测量和和机器人路径径规划及零件件的寻位(如如Locallizatiion)等方方面，存在CC-空间(配配置空间CoonfiguuratioonSpacce)的几何何计算和几何何推理问题；在物体操作作(夹持、抓抓取和装配等等)描述和机机器

4、人多指抓抓取规划、装装配运动规划划和操作规划划方面则需要要在旋量空间间(ScreewSpacce)进行几几何推理。制制造过程中物物理和力学现现象的几何化化研究形成了了制造科学中中几何计算和和几何推理等等多方面的研研究课题，其其理论有待进进一步突破，当当前一门新学学科-计算算机几何正在在受到日益广广泛和深入的的研究。 （3）在在现代制造过过程中，信息息不仅已成为为主宰制造产产业的决定性性因素，而且且还是最活跃跃的驱动因素素。提高制造造系统的信息息处理能力已已成为现代制制造科学发展展的一个重点点。由于制造造系统信息组组织和结构的的多层次性，制制造信息的获获取、集成与与融合呈现出出立体性、信信息度量

5、的多多维性、以及及信息组织的的多层次性。在在制造信息的的结构模型、制制造信息的一一致性约束、传传播处理和海海量数据的制制造知识库管管理等方面，都都还有待进一一步突破。 （4）各各种人工智能能工具和计算算智能方法在在制造中的广广泛应用促进进了制造智能能的发展。一一类基于生物物进化算法的的计算智能工工具，在包括括调度问题在在内的组合优优化求解技术术领域中，受受到越来越普普遍的关注，有有望在制造中中完成组合优优化问题时的的求解速度和和求解精度方方面双双突破破问题规模的的制约。制造造智能还表现现在：智能调调度、智能设设计、智能加加工、机器人人学、智能控控制、智能工工艺规划、智智能诊断等多多方面。 这些

6、问问题是当前产产品创新的关关键理论问题题，也是制造造由一门技艺艺上升为一门门科学的重要要基础性问题题。这些问题题的重点突破破，可以形成成产品创新的的基础研究体体系。二、现代机械工工程的前沿科科学 不同科科学之间的交交叉融合将产产生新的科学学聚集，经济济的发展和社社会的进步对对科学技术产产生了新的要要求和期望，从从而形成前沿沿科学。前沿沿科学也就是是已解决的和和未解决的科科学问题之间间的界域。前前沿科学具有有明显的时域域、领域和动动态特性。工工程前沿科学学区别于一般般基础科学的的重要特征是是它涵盖了工工程实际中出出现的关键科科学技术问题题。超声电机、超高高速切削、绿绿色设计与制制造等领域，国国内

7、外已经做做了大量的研研究工作，但但创新的关键键是机械科学学问题还不明明朗。大型复复杂机械系统统的性能优化化设计和产品品创新设计、智智能结构和系系统、智能机机器人及其动动力学、纳米米摩擦学、制制造过程的三三维数值模拟拟和物理模拟拟、超精度和和微细加工关关键工艺基础础、大型和超超大型精密仪仪器装备的设设计和制造基基础、虚拟制制造和虚拟仪仪器、纳米测测量及仪器、并并联轴机床、微微型机电系统统等领域国内内外虽然已做做了不少研究究，但仍有许许多关键科学学技术问题有有待解决。信息科学、纳米米科学、材料料科学、生命命科学、管理理科学和制造造科学将是改改变21世纪纪的主流科学学，由此产生生的高新技术术及其产业

8、将将改变世界的的面貌。因此此，与以上领领域相交叉发发展的制造系系统和制造信信息学、纳米米机械和纳米米制造科学、仿仿生机械和仿仿生制造学、制制造管理科学学和可重构制制造系统等会会是21世纪纪机械工程科科学的重要前前沿科学。2.1制造科学学与信息科学学的交叉制造信息科科学 机电产产品是信息在在原材料上的的物化。许多多现代产品的的价值增值主主要体现在信信息上。因此此制造过程中中信息的获取取和应用十分分重要。信息息化是制造科科学技术走向向全球化和现现代化的重要要标志。人们们一方面对制制造技术开始始探索产品设设计和制造过过程中的信息息本质，另一一方面对制造造技术本身加加以改造，以以使得其适应应新的信息化

9、化制造环境。随随着对制造过过程和制造系系统认识的加加深，研究者者们正试图以以全新的概念念和方式对其其加以描述和和表达，以进进一步达到实实现控制和优优化的目的。 与制造造有关的信息息主要有产品品信息、工艺艺信息和管理理信息，这一一领域有如下下主要研究方方向和内容：(1)制造信息息的获取、处处理、存储、传传递和应用，大大量制造信息息向知识和决决策转化。(2)非符号信信息的表达、制制造信息的保保真传递、制制造信息的管管理、非完整整制造信息状状态下的生产产决策、虚拟拟管理制造、基基于网络环境境下的设计和和制造、制造造过程和制造造系统中的控控制科学问题题。 这些内内容是制造科科学和信息科科学基础融合合的

10、产物，构构成了制造科科学中的新分分支-制造造信息学。2.2微机械及及其制造技术术研究 微型电电子机械系统统(MEMSS)，是指集集微型传感器器、微型执行行器以及信号号处理和控制制电路、接口口电路、通信信和电源于一一体的完整微微型机电系统统。MEMSS技术的目标标是通过系统统的微型化、集集成化来探索索具有新原理理、新功能的的元件和系统统。MEMSS的发展将极极大地促进各各类产品的袖袖珍化、微型型化，成数量量级的提高器器件与系统的的功能密度、信信息密度与互互联密度，大大幅度地节能能、节材。它它不仅可以降降低机电系统统的成本，而而且还可以完完成许多大尺尺寸机电系统统无法完成的的任务。例如如用尖端直径

11、径为5m的微型镊镊子可以夹起起一个红细胞胞；制造出33mm大小能能够开动的小小汽车；可以以在磁场中飞飞行的像蝴蝶蝶大小的飞机机等。MEMMS技术的发发展开辟了技技术全新的领领域和产业，具具有许多传统统传感器无法法比拟的优点点，因此在制制造业、航空空、航天、交交通、通信、农农业、生物医医学、环境监监控、军事、家家庭以及几乎乎人们接触到到的所有领域域中都有着十十分广阔的应应用前景。 微机械械是机械技术术与电子技术术在纳米尺度度上相融合的的产物。早在在1959年年就有科学家家提出微型机机械的设想，11962年第第一个硅微型型压力传感器器问世。19987年美国国加州大学伯伯克利分校研研制出转子直直径为

12、60120m的硅微型型静电电动机机，显示出利利用硅微加工工工艺制作微微小可动结构构并与集成电电路兼容制造造微小系统的的潜力。微机机械技术有可可能像20世世纪的微电子子技术那样，在在21世纪对对世界科技、经经济发展和国国防建设产生生巨大的影响响。近10年年来，微机械械的发展令人人瞩目。其特特点如下：相相当数量的微微型元器件(微型结构、微微型传感器和和微型执行器器等)和微系系统研究成功功，体现了其其现实的和潜潜在的应用价价值；多种微微型制造技术术的发展，特特别是半导体体微细加工等等技术已成为为微系统的支支撑技术；微微型机电系统统的研究需要要多学科交叉叉的研究队伍伍，微型机电电系统技术是是在微电子工

13、工艺的基础上上发展的多学学科交叉的前前沿研究领域域，涉及电子子工程、机械械工程、材料料工程、物理理学、化学以以及生物医学学等多种工程程技术和科学学。三、现代制造技技术的发展趋趋势 20世世纪90年代代以来，世界界各国都把制制造技术的研研究和开发作作为国家的关关键技术进行行优先发展，如如美国的先进进制造技术计计划AMTPP、日本的智智能制造技术术（IMS）国国际合作计划划、韩国的高高级现代技术术国家计划(G-7)、德国的制制造20000计划和欧共共体的ESPPRIT和BBRITE-EURAMM计划。 随着电电子、信息等等高新技术的的不断发展，市市场需求个性性化与多样化化，未来现代代制造技术发发展

14、的总趋势势是向精密化化、柔性化、网网络化、虚拟拟化、智能化化、绿色集成成化、全球化化的方向发展展。 当前现现代制造技术术的发展趋势势大致有以下下九个方面：(1)信息技术术、管理技术术与工艺技术术紧密结合，现现代制造生产产模式会获得得不断发展。(2)设计技术术与手段更现现代化。(3)成型及制制造技术精密密化、制造过过程实现低能能耗。(4)新型特种种加工方法的的形成。(5)开发新一一代超精密、超超高速制造装装备。(6)加工工艺艺由技艺发展展为工程科学学。(7)实施无污污染绿色制造造。(8)制造业中中广泛应用虚虚拟现实技术术。(9)制造以人人为本。3.1先进制造造技术 先进制制造技术(AAdvanc

15、ced Maanufacctuingg Techhnologgy),人们们往往用AMMT来概括由由于 HYPERLINK /wiki/%E5%BE%AE%E7%94%B5%E5%AD%90%E6%8A%80%E6%9C%AF o 微电子技术 微电子技技术、自动化化技术、 HYPERLINK /wiki/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E6%8A%80%E6%9C%AF o 信息技术 信息息技术等给传传统制造技术术带来的种种种变化与新型型系统。具体体地说，就是是指集机械工工程技术、电电子技术、自自动化技术、信 HYPERLINK /wiki/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E6%8A

16、%80%E6%9C%AF o 信息技术 息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括： HYPERLINK /wiki/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E8%BE%85%E5%8A%A9%E8%AE%BE%E8%AE%A1 o 计算机辅助设计 计算机辅助设计、 HYPERLINK /wiki/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E8%BE%85%E5%8A%A9%E5%88%B6%E9%80%A0 o 计算机辅助制造 计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得 HYPERLINK /wiki/%E7%AB%9E%E4%B

17、A%89%E4%BC%98%E5%8A%BF o 竞争优势 竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的 HYPERLINK /wiki/%E7%BB%84%E7%BB%87%E7%AE%A1%E7%90%86 o 组织管理 组织管理，有赖于技术、管理和 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%BA%E5%8A%9B%E8%B5%84%E6%BA%90 o 人力资源 人力资源的有机协调和融合。 先进制制造技术主要要包括以下三三个技术群:3.2主体技术术群 这是制制造技术的核核心,它包括括两个基本部部分:有关 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%A7

18、%E5%93%81%E8%AE%BE%E8%AE%A1 o 产品设计 产产品设计技术术和工艺技术术。(1)面向制造造的设计技术术群 面向制制造的设计技技术群系指用用于 HYPERLINK /wiki/%E7%94%9F%E4%BA%A7%E5%87%86%E5%A4%87 o 生产准备 生产准备备(制造准备备)的工具群群和技术群。 HYPERLINK /wiki/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%8A%80%E6%9C%AF o 设计技术 设计技术对新产品开发 HYPERLINK /wiki/%E7%94%9F%E4%BA%A7%E8%B4%B9%E7%94%A8 o 生产费用 生产

19、费用、 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%A7%E5%93%81%E8%B4%A8%E9%87%8F o 产品质量 产品质量以及 HYPERLINK /wiki/%E6%96%B0%E4%BA%A7%E5%93%81 o 新产品 新产品上市时间都有很大影响。产品和制造工艺的设计可以采用一系列工具,例如计算机辅助设计(CAD)以及 HYPERLINK /wiki/%E5%B7%A5%E8%89%BA%E8%BF%87%E7%A8%8B o 工艺过程 工艺过程建模和仿真等,生产设施、装备和工具,甚至整个制造企业都可以采用先进技术更有效地进行设计。近几年发展起来的产品和工艺的并行设计具有

20、双重目的,一是缩短新产品上市的周期,二是可以将 HYPERLINK /wiki/%E7%94%9F%E4%BA%A7%E8%BF%87%E7%A8%8B o 生产过程 生产过程中产生的废物减少到最低程度,使 HYPERLINK /wiki/%E6%9C%80%E7%BB%88%E4%BA%A7%E5%93%81 o 最终产品 最终产品成为可回收、可再利用的,因此对实现面向保护环境的制造而言是必不可少的。(2)制造工艺艺技术群( HYPERLINK /wiki/%E5%8A%A0%E5%B7%A5 o 加工 加加工和装配技技术群) 制造工工艺技术群是是指用于物质质产品(物理理实体产品)生产的过程

21、程及设备。例例如,模塑成成形、铸造、冲冲压、磨削等等。随着高新新技术的不断断渗入,传统统的制造工艺艺和装备正在在产生质的变变化。制造工工艺技术群是是有关加工和和装配的技术术,也是制造造技术或称生生产技术的传传统领域。3.3支撑技术术群 支撑技技术群是指支支持设计和制制造工艺两方方面取得进步步的基础性的的 HYPERLINK /wiki/%E6%A0%B8%E5%BF%83%E6%8A%80%E6%9C%AF o 核心技术 核心技术。基基本的生产过过程需要 一一系列的支撑撑技术,诸如如:测试和检检验、 HYPERLINK /wiki/%E7%89%A9%E6%96%99%E6%90%AC%E8%

22、BF%90 o 物料搬运 物料搬搬运、生产(作业)计划划的控制以及及包装等。它它们也是用于于保证和改善善主体技术的的协调运行所所需的技术,是工具、手手段和 HYPERLINK /wiki/%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E9%9B%86%E6%88%90 o 系统集成 系统集集成的基础技技术。支撑技技术群包括:(1)信息技术术:接口和通通信、 HYPERLINK /wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93%E6%8A%80%E6%9C%AF o 数据库技术 数据库库技术、集成成框架、软件件工程 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%BA%E5%B7%A5%

23、E6%99%BA%E8%83%BD o 人工智能 人工智智能、专家系系统和 HYPERLINK /wiki/%E7%A5%9E%E7%BB%8F%E7%BD%91%E7%BB%9C o 神经网络 神经网网络、 HYPERLINK /wiki/%E5%86%B3%E7%AD%96%E6%94%AF%E6%8C%81%E7%B3%BB%E7%BB%9F o 决策支持系统 决策支持系系统。(2)标准和框框架：数据标标准、产品定定义标准、工工艺标准、 HYPERLINK /wiki/%E6%A3%80%E9%AA%8C%E6%A0%87%E5%87%86 o 检验标准 检检验标准、接接口框架。(3)机

24、床和工工具技术。(4)传感器和和 HYPERLINK /wiki/%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%8A%80%E6%9C%AF o 控制技术 控制技术：单单机加工单元元和过程的控控制、执行机机构、传感器器和传感器组组合、 HYPERLINK /wiki/%E7%94%9F%E4%BA%A7%E4%BD%9C%E4%B8%9A%E8%AE%A1%E5%88%92 o 生产作业计划 生产作作业计划。(5)其它3.4制造技术术基础设施 制造技技术基础设施施是指为了管管理好各种适适当的技术群群的开发并鼓鼓励这些技术术在整个国家家工业(基地地)内推广应应用而采取的的各种方案和和机制。由于于技

25、术只有应应用适当地会会产生效用,所以其技术术基础设施的的各要素和基基本技术本身身同样重要。这这些要素包括括了车间工人人、工程技术术人员和。3.5美国ATTM计划 19993年，美国国政府批准了了由联邦科学学、工程与技技术 HYPERLINK /wiki/%E7%AE%A1%E7%90%86%E4%BA%BA%E5%91%98 o 管理人员 管理人员员在各种先进进生产技术和和方案方面的的培训和教育育,这些技术术和方案将提提高企业的生生产竞争力。可可以说,制造造技术的基础础设施是使制制造技术适应应具体企业应应用环境充分分发挥其功能能、取得最佳佳效益的一系系列措施,是是使先进的制制造技术与企企业组织

26、管理理体制和使用用技术的人员员协调工作的的系统工程,是先进制造造技术生长和和壮大的土壤壤,因而是其其不可分割的的一个组成部部分。 美国AAMT计划目目标是：研究究开发世界领领先的先进制制造技术，以以满足美国制制造业对先进进制造技术的的需求，提高高 HYPERLINK /wiki/%E5%88%B6%E9%80%A0%E4%B8%9A o 制造业 制造业的竞争争力；通过教教育与 HYPERLINK /wiki/%E5%9F%B9%E8%AE%AD%E8%AE%A1%E5%88%92 o 培训计划 培训计计划提高 HYPERLINK /wiki/%E5%8A%B3%E5%8A%A8%E5%8A%9

27、B%E7%B4%A0%E8%B4%A8 o 劳动力素质 劳动力素素质；促进具具有环境意识识的制造等。 美国AAMT计划中中的项目包括括：(1)设计技术术 制造准备备阶段所需的的设计工具与与技术；(2)制造技术术 实际生产产过程中所需需的加工工艺艺和设备；(3)支持技术术 为前两类类开发项目提提供所需的基基础核心技术术；(4)制造技术术基础设施 为有效地管管理项目的开开发，以及推推动将这些 HYPERLINK /wiki/%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%BA%94%E7%94%A8 o 项目应用 项项目应用于生生产实践中的的方法与机制制。 AMTT计划的 HYPERLINK /wik

28、i/%E9%9B%86%E6%88%90%E5%88%9B%E6%96%B0 o 集成创新 集成成创新重点领领域有：(1)下一代 HYPERLINK /wiki/%E6%99%BA%E8%83%BD%E5%88%B6%E9%80%A0 o 智能制造 智智能制造单元元与设备；(2)适用于快快速而有效地地设计新产品品、工艺、设设备及企业 HYPERLINK /wiki/%E9%9B%86%E6%88%90%E5%8C%96%E8%AE%BE%E8%AE%A1 o 集成化设计 集集成化设计工工具；(3)确保企业业能广泛了解解和应用先进进制造技术而而进行的基础础设施建设。 现代设设计的方法和和技术主要

29、有有： 1. HYPERLINK /wiki/%E7%BB%BF%E8%89%B2%E8%AE%BE%E8%AE%A1 o 绿色设计 绿绿色设计。 HYPERLINK /wiki/%E7%BB%BF%E8%89%B2%E6%8A%80%E6%9C%AF o 绿色技术 绿色技术就是是为了减轻环环境污染或减减少 HYPERLINK /wiki/%E5%8E%9F%E6%9D%90%E6%96%99 o 原材料 原材料、自然然资源使用的的技术、工艺艺或产品的总总称。 HYPERLINK /wiki/%E7%BB%BF%E8%89%B2%E8%AE%BE%E8%AE%A1 o 绿色设计 绿色设设计的目

30、的是是克服传统设设计的不足，使使产品满足环环保的要求。它它包括产品从从概念形成到到生产制造、使使用乃至废弃弃后的回收、重重用及处理等等各个阶段。绿绿色设计从根根本上防止了了污染，节约约了资源和能能源。因此，绿绿色设计也是是现代机械制制造业进行产产品设计开发发的一个重要要原则。 2. HYPERLINK /wiki/%E5%B9%B6%E8%A1%8C%E5%B7%A5%E7%A8%8B o 并行工程 并并行工程。 HYPERLINK /wiki/%E5%B9%B6%E8%A1%8C%E5%B7%A5%E7%A8%8B o 并行工程 并行工程是现现代设计的一一个重要方法法。 传统的顺顺序工程设计

31、计，是先进胜胜需求分析，然然后进行产品品设计，再进进行生产制造造，最后是产产品上市。这这种设计方法法，信息是单单向依次地传传递。采用并并行工程方法法，则将各个个工程设计过过程与其后续续过程并行进进行设计，而而且上下过程程之间的信息息交流是双向向的，并据此此作出决策。这这意味着，采采用并行工程程方法，从一一开始就要考考虑产品整个个生命周期中中的所有因素素，如用户要要求概念形成成、成本质量量、报废处理理等。这就有有利于提高 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%A7%E5%93%81%E8%B4%A8%E9%87%8F o 产品质量 产产品质量、降降低成本、缩缩短研制周期期。 3.计计算机

32、辅助设设计。计算机机辅助设计是是以计算机为为工具，帮助助设计人员进进行设计的 HYPERLINK /wiki/%E9%80%82%E7%94%A8%E6%8A%80%E6%9C%AF o 适用技术 适适用技术的总总称。在设计计过程中，人人们可以进行行 HYPERLINK /wiki/%E5%88%9B%E9%80%A0%E6%80%A7%E6%80%9D%E7%BB%B4 o 创造性思维 创造性思维维活动，完成成设计方案构构思、工作原原理拟定，并并将设计思想想和设计方法法经过综合、分分析，转换成成计算机可以以处理的数学学模型和解析析这些模型的的程序。在程程序运行过程程中，人们可可以评价设计计结

33、果，控制制设计过程，计计算机则可以以发挥其分析析和存储信息息的能力，完完成 HYPERLINK /wiki/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E7%AE%A1%E7%90%86 o 信息管理 信息管理理、绘图、模模拟、优化和和其他数值分分析任务。计计算机辅助设设计包括的内内容很多，如如概念设计、 HYPERLINK /wiki/%E4%BC%98%E5%8C%96%E8%AE%BE%E8%AE%A1 o 优化设计 优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机绘图等。虚拟技术得到广广泛应用。虚虚拟技术是以以计算机支持持的仿真技术术为前提，对对设计、加工工、装配等工工序统一建模模，形成虚拟拟的环境

34、、虚虚拟的过程、虚虚拟的产品以以及虚拟的企企业。面对新新的挑战和竞竞争，过去那那种大而全的的企业已越来来越没有优势势，各种开放放式的 HYPERLINK /wiki/%E5%90%88%E4%BD%9C%E5%BC%80%E5%8F%91 o 合作开发 合作开开发、生产与与销售与日俱俱增。用户订订货、产品创创意设计、零零部件生产、总总成装配、销销售及 HYPERLINK /wiki/%E5%94%AE%E5%90%8E%E6%9C%8D%E5%8A%A1 o 售后服务 售后服服务等各个环环节都可分别别由不同地域域的企业按某某种契约进行行互利合作。通通过国际互联联网、区域网网和企业网，世世界上任

35、何地地方的用户都都可订货，还还能进行异地地设计、异地地制造，然后后在最接近用用户的地方交交货。先进制造技术一、先进制造技技术工艺过程程 先进制制造工艺以及及自动化技术术在整个 HYPERLINK /wiki/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E5%88%B6%E9%80%A0 o 机械制造 机械械制造的过程程中，工艺过过程是最主要要的过程。由由于机械制造造业本身的需需要，形成和和发展了许多多先进的制造造工艺及自动动化技术，从从而充实、发发展了整个先先进制造技术术群，带动了了其他制造业业的发展。这这些先进制造造工艺及自动动化技术主要要包括以下几几个方面。 1.毛毛坯制造工艺艺。毛坯制造造是机

36、械制造造工艺的基础础和前提。近近几年，出现现了许多先进进的制造工艺艺及技术。铸铸造方面出现现了一套精密密洁净铸造成成形工艺，例例如，外热风风冲天炉熔炼炼、处理、保保护成套技术术；钢液精炼炼与保护技术术；高效金属属型铸造工艺艺及设备；气气化模铸造工工艺与设备等等。 锻压方方面出现了精精确高效塑性性成型技术，主主要有热精锻锻生产线成套套技术；冷温温成型成套技技术；辊锻和和楔横轧成形形技术；精密密冲裁工艺及及设备等。焊焊接与切割方方面出现了新新型焊接电源源及控制技术术；激光焊接接技术；微连连接技术；数数控切割技术术等。 2.机械械加工工艺。机机械加工是机机械制造工艺艺过程的主要要组成部分，在在这方面

37、的趋趋势是向高效效、高精度方方向发展。主主要有精密加加工和超精密密加工；高速速切削与高速速磨削；复杂杂型面的数控控加工；游离离磨料的高效效加工等。 3.表表面处理。随随着机械产品品表面质量的的要求越来越越高，出现了了许多表面处处理工程新技技术，包括化化学镀非晶态态合金技术；新型节能表表面涂装技术术；高速燃气气喷涂技术；等离子体化化学气相沉积积技术；离子子束辅助镀膜膜技术等。 4.热热处理。热处处理工艺近几几年出现了可可控气氛热处处理、真空热热处理、离子子化学热处理理、激光表面面合金化等先先进技术。5.自动化技术术。在机械制制造过程中，除除了发展应用用先进制造工工艺以外，自自动化技术的的发展与应

38、用用是另一大特特征。这些自自动化技术包包括机床数控控技术、工业业机器人、 HYPERLINK /wiki/%E6%9F%94%E6%80%A7%E5%88%B6%E9%80%A0%E6%8A%80%E6%9C%AF o 柔性制造技术 柔柔性制造技术术、 HYPERLINK /wiki/%E4%BC%A0%E6%84%9F%E6%8A%80%E6%9C%AF o 传感技术 传感技术、集集成制造技术术、自动检测测及信号识别别技术等。二、 先进制造造国内外的现现状 1.我国先进进制造技术的的现状自建国国以来，尤其其是改革开发发20多年以以来，我国机机械制造业得得到了迅速地地发展。 机械工工业是我国工

39、工业中发展最最快的行业之之一。20世世纪70年代代以前，产品品的技术相对对比较简单，一一个新产品上上市，很快就就会有相同功功能的产品跟跟着上市。 20世世纪80年代代以后，随着着市场全球化化的进一步发发展，市场竞竞争变得越来来越激烈。220世纪900年代初，随随着CIMSS技术的大力力推广应用，包包括有CIMMS实验工程程中心和7个个开放实验室室的研究环境境已建成。在在全国范围内内，部署了CCIMS的若若干研究项目目，诸如CIIMS软件工工程与标准化化、开放式系系统结构与发发展战略，CCIMS总体体与集成技术术、产品设计计自动化、工工艺设计自动动化、柔性制制造技术、管管理与决策信信息系统、质质

40、量保证技术术、网络与数数据库技术以以及系统理论论和方法等均均取得了丰硕硕成果，获得得不同程度的的进展。但因因大部分大型型机械制造企企业和绝大部部分中小型机机械制造企业业主要限于CCAD和管理理信息系统，底底层基础自动动化还十分薄薄弱，数控机机床由于编程程复杂，还没没有真正发挥挥作用。因此此，与工业发发达国家相比比，我国的制制造业仍然存存在一个阶段段性的整体上上的差距。 此外，我我国还掌握了了一批先进的的重大成套设设备的核心技技术。2.国外先进进制造技术的的现状 在产品品设计方面，普普遍采用计算算机辅助产品品设计(CAAD)、计算算机辅助工程程分析(CAAE)和计算算机仿真技术术；在加工技技术方

41、面，巳巳实现了底层层(车间层)的自动化，包包括广泛地采采用工中心(或数控技术术)、自动引引导小车(AAGV)等近10余年年来，发达国国家主要从具具有全新制造造理念的制造造系统自动化化方面寻找出出路，提出了了一系列新的的制造系统。如如计算机集成成制造系统、智智能制造系统统、并行工程程、敏捷制造造等。计算机集成制造造系统(CIIMS)它是在自动动化技术、信信息技术和制制造技术的基基础上，通过过计算机及其其软件，将制制造厂全部生生产活动所需需的各种分散散的自动化系系统有机地集集成起来，是是适合于多品品种、中小批批量生产的总总体高效率、高高柔性的制造造系统。首先先在功能上，它它包含了一个个工厂的全部部

42、生产经营活活动，即从市市场预测、产产品设计、加加工工艺、制制造、管理至至售后服务以以及报废处理理的全部活动动因此它比比传统的工厂厂自动化的范范围要大得多多，是一个复复杂的大系统统，是工厂自自动化的发展展方向。其次次，在集成上上，它涉及的的自动化不是是工厂各个环环节自动化的的简单叠加，而而是在计算机机网络和分布布式数据库支支持下的有机机集成。这种种集成主要体体现在以信息息和功能为特特征的技术集集成，即信息息集成和功能能集成。计算算机集成制造造系统的核心心技术是/ccAM技术。智能制造系统统(IMS)是指将专家家系统、模糊糊逻辑、人工工神经网络等等人工智能技技术应用到制制造系统中，以以解决复杂的的

43、决策问题，提提高制造系统统的水平和实实用性。人工工智能的作用用是要代替熟熟练工人的技技艺，学习工工程技术人员员的实践经验验和知识，并并用于解决生生产中的实际际问题，从而而将工人、工工程技术人员员多年来积累累起来的丰富富而又宝贵的的实践经验保保存下来，在在实际的生产产中长期发挥挥作用。智能能制造系统的的核心技术是是人工智能。三、先进制造技技术的特点 先进制制造技术计划划（Advaanced Manuffacturring TTechnoologyAMT)是是美国根据本本国制造业面面临的挑战和和机遇,为增增强 HYPERLINK /wiki/%E5%88%B6%E9%80%A0%E4%B8%9A

44、o 制造业 制造业的 HYPERLINK /wiki/%E7%AB%9E%E4%BA%89%E5%8A%9B o 竞争力 竞争力和促进进国家经济增增长,首先提提出了先进制制造技术(AAdvancced Maanufaccturinng Tecchnoloogy)的概概念。此后,欧洲各国、日日本以及亚洲洲 HYPERLINK /wiki/%E6%96%B0%E5%85%B4%E5%B7%A5%E4%B8%9A%E5%8C%96%E5%9B%BD%E5%AE%B6 o 新兴工业化国家 新兴工业化化国家如韩国国等也相继作作出响应。 (1)先进制造技技术是制造技技术的最新发发展阶段,是是面向21世世纪

45、的技术制制造业是社会会物质文明的的保证,是与与人类社会一一起动态发展展的,因此,制造技术必必然也将随着着科技进步而而不断更新。先先进制造技术术是制造技术术的最新发展展阶段,是由由传统的制造造技术发展而而来,保持了了过去制造技技术中的有效效要素;但随随着高新技术术的渗入和制制造环境的变变化,已经产产生了质了变变化,先进制制造技术是制制造技术与现现代高新技术术结合而产生生的一个完整整的技术群,是一类具有有明确范畴的的新的技术领领域,是面向向21世纪的的技术。(2)先进制造造技术是面向向工业应用的的技术先进制制造技术应能能适合于在工工业企业推广广并可取得很很好的 HYPERLINK /wiki/%E

46、7%BB%8F%E6%B5%8E%E6%95%88%E7%9B%8A o 经济效益 经济效效益,先进制制造技术的发发展往往是针针对某一具体体的制造业(如汽车工业业、电子工业业)的需求而而发展起来的的适用的先进进制造技术,有明显的 HYPERLINK /wiki/%E9%9C%80%E6%B1%82%E5%AF%BC%E5%90%91 o 需求导向 需需求导向的特特征。先进制制造技术不是是以追求技术术的高新度为为目的,而是是 注重产生生最好的实践践效果,以提提高企业的竞竞争力和促进进国家经济增增长和综合实实力为目标。 (3)先进制造技技术是面向全全球竞争的目目前每一国家家都处于 HYPERLIN

47、K /wiki/%E5%85%A8%E7%90%83%E5%8C%96 o 全球化 全球球化市场中。一一个国家的先先进制造技术术是支持该国国制造业在全全球范围市场场的竞争力。因因此,先进制制造技术的主主体应具有世世界水平。但但是,每个国国家的国情也也将影响到从从现有的制造造技术水平向向先进制造技技术的过渡战战略和措施。我我国正在以前前所未有的速速度进入全球球化的 HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BD%E9%99%85%E5%B8%82%E5%9C%BA o 国际市场 国际市市场,开发和和应用适合国国情的先进制制造技术势在在必行。四、我国先进制制造技术目前前存在的问题题和解决措施施

48、 半个世世纪来，我国国机械制造业业虽然从无到到有，从小到到大取得了较较快的发展，但但与西方先进进工业国家相相比还存在这这明显的差距距，主要表现现在如下方面面：（1）产品档档次低，高水水平产品所占占比例小 目前前我国机械工工业主导产品品达到当代国国际先进水平平的不到5%，达到上世世纪90年代代国际先进水水平的占255%，答到880年代水平平的占40%。（2）创新开开发能力差，新新产品贡献率率低 我国大大中型企业生生产的20000多种主导导产品的平均均生命周期为为10.5年年，而美国一一般仅有3-4年。美国国制造业的新新产品的贡献献率已达到国国内生产总值值的52%。（3）专业化化生产水平低低 我国

49、基基础零部件、基基础工艺专业业化水平与国国外先进国家家比较存在很大的差距。企业生产管理技技术落后 目前，我我国大部分企企业的生产管管理依旧停留留在过去计划划经济管理方方式上，现金金管理模式和和手段未能得得到实施。 目前前我国制造企企业的技术水水平与国先进进水平相比较较，从总体上上看差距达220年左右。结结合我国基本本国情，解决决我国先进制制造技术目前前问题应：（1）提高认认识，全面规规划，力促先先进制造技术术的发展。（2）深化科科技体制改革革，推动技术术创新体系的的建设。（3）将引进进消化国外先先进制造技术术与自主开发发创新相结合合。（4）大力发发展先进高新新制造技术及及其产业。（5）积极培培

50、养创造性人人才，努力提提高制造业的的全员素质。五、先进制造技技术的内容 1、制造造系统自动化化 机械制制造过程是一一种离散的生生产过程，与与连续自动化化过程相比，实实现自动化更更为困难。自自动化的目的的是提高生产产率、改善劳劳动条件、保保证产品质量量、提高对市市场变化的响响应速度和竞竞争力。 2、精密密工程和微型型机械 精密工工程包括：精精密加工和超超精密加工技技术、微细加加工和超微细细加工技术、纳纳米技术。以以纳米技术为为代表的超精精密加工技术术和以微细加加工为手段的的微型机械技技术代表了目目前精密工程程的发展方向向。精密工程的发展展方向主要表表现在：超精密加工设备备及其新型结结构的研究金刚

51、石砂轮超精精密磨削 加工工方式：外圆圆磨削、无心心磨、沟槽磨磨和切割 加工工材料：难加加工材料，如如陶瓷、半导导体 研究究的关键问题题：金刚石砂砂轮整修、微微粉金刚石砂砂轮超精密磨磨削现金超精密研磨磨抛光加工纳米加工和微型型机械 微型机机械乏指尺寸寸范围为毫米米、微米或纳纳米级，集微微机构、微传传感器、微驱驱动器、微执执行器和微控控制器为一体体的的微型机机电系统(MMEMS)。中中国在近十年年期间，通过过微齿轮、微微泵、微电机机、微马达、微微型飞机和微微型陀螺等研研究，在MEEMS领域取取得了突出进进展。提出和和发展了由于于尺度效应而而产生的微机机械学。MEMS技术已已开始在我国国的社会生产产

52、中发挥作用用，如微操作作机器人已开开始用于生物物工程中的细细胞分裂、显显微手术和生生物芯片的制制造工艺;微微传感器已民民开始用于飞飞行器的加速速度、压力等等参数的实时时测量;纳米米薄膜润滑技技术已应用于于火箭和计算算机硬盘的制制造工艺。特种加工特种加工亦称非传统加工工或现代代加工方法，泛指用电电能、热能、光光能、电化学学能、化学能能、声能及特特殊机械能等等能量达到去去除或增加材材料的加工方方法，从而实实现材料被去去除、变形 、改变性能能或被镀覆等等。特种加工是指那那些不属于传传统加工工艺艺范畴的加工工方法,它不不同于使用刀刀具、磨具等等直接利用机机械能切除多多余材料的传传统加工方法法。特种加工

53、工是近几十年年发展起来的的新工艺,是是对传统加工工工艺方法的的重 要补充充与发展,目目前仍在继续续研究开发和和改进。直接接利用 HYPERLINK /doc/5248879.html 电能、 HYPERLINK /doc/5675209.html 热能、声能、 HYPERLINK /doc/2350604.html 光能能、 HYPERLINK /doc/2341910.html 化学能和电化化学能，有时时也结合机械械能对工件进进行的加工。特特种加工中以以采用电能为为主的 HYPERLINK /doc/6049953.html 电火花花加工和 HYPERLINK /doc/5747253.ht

54、ml 电解加工应用用较广，泛称称电加工。20世纪40年年代发明的电电火花加工开开创了用软工工具、不靠机机械力来加工工硬工件的方方法。50年年代以后先后后出现电子束束加工、等离离子弧加工和和 HYPERLINK /doc/5335288.html 激光加工。这这些加工方法法不用成型的的工具，而是是利用密度很很高的能量束束流进行加工工。对于高硬硬度材料和复复杂形状、精精密微细的特特殊零件,特特种加工有很很大的适用性性和发展潜力力,在模具,量具,刀具具、仪器仪表表、飞机、航航天器和 HYPERLINK /doc/6027688.html 微电电子元器件等等制造中得到到越来越广泛泛的应用。表面工程技术

55、 表面工工程是表面经经过预处理后后，通过表面面涂覆、 HYPERLINK /doc/1542405.html 表面面改性或多种种 HYPERLINK /doc/5777583.html 表面技术复合合处理，改变变固体金属表表面或非金属属表面的形态态、化学成分分、 HYPERLINK /doc/429635.html 组织结构构和应力状况况，以获得表表面所需性能能的系统工程程。表面 HYPERLINK /doc/6117335.html 工程程技术是表面面工程的核心心和实质。快速成型制造 快速成成型(RP)技术是 HYPERLINK /doc/6759206-6973815.html 九十十年代

56、发展起起来的一项先先进制造技术术，是为制造造业企业新产产品开发服务务的一项关键键共性技术， 对促进企业业产品创新、缩缩短新产品开开发周期、提提高产品 HYPERLINK /doc/5402849-5640535.html 竞争争力有积极的的推动作用。自自该技术问世世以来，已经经在发达国家家的 HYPERLINK /doc/2598672-2744002.html 制造业中得到到了广泛 HYPERLINK /doc/5568719-5783895.html 应用用，并由此产产生一个新兴兴的技术领域域。它可以在无需准准备任何模具具、 HYPERLINK /doc/2513544-2655985.h

57、tml 刀具和工装卡卡具的情况下下，直接接受受 HYPERLINK /doc/5381729-5618066.html 产品设计(CCAD)数据据，快速制造造出新产品的的样件、 HYPERLINK /doc/5341669-5577112.html 模具具或 HYPERLINK /doc/5408348-5646328.html 模型。因此，RRP技术的推推广应用可以以大大缩短新新产品开发周周期、降低开开发成本、提提高开发质量量。由传统的的去除法到今天的增长法，由由有模制造到到无模制造，这这就是RP技技术对制造业业产生的革命命性意义。RP技术将一个个实体的复杂杂的三维加工工离散成一系系列层片的

58、加加工，大大降降低了加工难难度，具有如如下特点:成型全过程的的快速性，适适合现代激烈烈的产品市场场;可以制造任意意复杂形状的的三维实体;用CAD HYPERLINK /doc/5408348-5646328.html 模型型直接驱动，实实现设计与制制造高度一体体化，其直观观性和易改性性为产品的完完美设计提供供了优良的设设计环境;成型过程无需需专用 HYPERLINK /doc/6174789-6388030.html 夹具、 HYPERLINK /doc/5341669-5577112.html 模具、 HYPERLINK /doc/2513544-2655985.html 刀具，既节省省了费

59、用，又又缩短了制作作周期。技术的高度集集成性，既是是现代科学技技术发展的必必然产物，也也是对它们的的综合应用，带带有鲜明的高高新技术 特特征。以上特点决定了了RP技术主主要适合于新新产品开发，快快速单件及小小批量零件制制造，复杂形形状零件的制制造，模具与与模型设计与与制造，也适适合于难加工工材料的制造造，外形设计计检查，装配配检验和快速速反求工程等等。生物制造生物制造：Biiologiical MManufaacturiing，指以以生物体机能能进行大规模模物质加工与与物质转化、为为社会发展提提供工业商品品的新行业，是是以微生物细细胞或以酶蛋蛋白为催化剂剂进行化学品品合成、或以以生物质为原原料

60、转化合成成能源化学品品与材料，促促使能源与化化学品脱离石石油化学工业业路线的新模模式，主要表表现为先进发发酵工程、现现代酶工程、生生物炼制、生生物过程工程程等新技术的的发明与应用用，具有低碳碳循环、绿色色清洁等典型型特征。传统加工工艺及及其设备的改改造和革新8、智能制造技技术 HYPERLINK /view/262577.htm 智能制造技术利利用 HYPERLINK /view/1466326.htm 计算机模模拟制造业领领域的专家的的分析、判断断、推理、构构思和决策等等智能活动，并并将这些智能能活动和 HYPERLINK /view/6241250.htm 智能能机器融合起起来，贯穿应应用