读书报告1

现代制造技术下的产品设计与制造1现代制造技术的发展1.1现代制造技术的沿革上世纪80年代到本世纪初是现代制造技术发展比较迅速的时期，一方面原苏联解体、冷战基本结束;另一方面形势相对稳定，虽然战事不断，但都是局部地区的小战争，因此给各国的制造业有了一个发展的机遇和空间，我国应抓住这一时期，迅速赶上和超过世界水平，求得应有的生存和发展空间。现代制造技术在系统论、方法论、信息论和协同论等的基础上形成制造系统工程学，是一种广义制造的概念，亦称之为“大制造”的概念，它体现了制造概念的扩展。广义制造概念的形成过程主要有以下几原因：1）制造设计一体化；2）材料成形机理的扩展；3）制造技术的综合性；4）产品的全生命周期；5）生产制造模式的发展。1.2现代制造技术的发展方向现代制造技术的发展主要沿着“广义制造”或称“大制造”的方向发展，其具体的发展可以归纳为四个方面和多个大项目，当前，发展的重点是创新设计、并行设计、现代成形与改性技术、材料成形过程仿真和优化、高速和超高速加工、精密工程与纳米技术、数控加工技术、集成制造技术、虚拟制造技术和工业工程等。2现代制造技术下的产品设计2.1产品设计的发展现代设计技术主要包含设计方法学(模块化设计)、创新设计、反求工程设计、全生命周期设计、虚拟设计、并行设计、绿色设计、协同设计和微型产品设计等。值得提出的是创新设计，它是一切设计之源，是理论和实践结合的产物，其水平与所处物质基础密切相关，是当务之急，同时又是要科学对待的大事。由于当前工程技术的复杂性和多学科性，因此提出了协同设计。由于市场需求的个性化和快速性，并行设计和虚拟设计就应运而生。从当前机械设计趋势来看，功能部件具有较大的发展，如机床设计可分解为主轴单元、直线驱动单元、基础件单元等，一台机床可根据功能需求由不同单元所组成，可以提高机床的性能和质量，缩短制造周期。近年来出现的直线电动机伺服单元对机械结构设计具有重要影响，称为零传动直线位移装置，其结构简单，运动速度范围广、速度高、加速度高，无反向间隙、采用闭环反馈控制系统、定位精度和重复定位精度高，行程不受限制，应用广泛。2.2信息时代的产品设计重要性经济全球化的环境下，机械制造业的竞争实质上就是产品设计的竞争，如何快速地进行机械产品的开发是提高制造业市场竞争能力的一个关键问题，进行机械产品现代设计理论、方法和应用技术的研究是十分重要的一项基础性工作。我国制造业的工业增加值已进人世界第四位，成了制造大国，但远远不是制造强国。与发达国家的差距大量表现在产品的性能质量上，但更为关键的是缺乏自主知识产权，缺乏自主创新产品。机械产品开发属于装备制造业，我国装备制造业的落后既反映了我国在机械产品设计理论、方法和技术领域的落后，同时也说明了加快发展我国机械产品现代设计理论和方法的重要性和紧迫性。2.3机械产品现代设计理论与方法现代设计理论与方法的体系结构由设计理论基础层、设计工具和支持技术平台层、设计实施技术方法群等三大部分内容所组成其中设计实施技术方法群包括面向基本共性问题的设计技术、基于IT技术的设计技术、面向学科领域产品的设计技术、基于环境资源的设计技术等四类具体的实施技术方法所组成。方向。现代设计理论与方法的主要特点体现在:最优化、数字化、智能化、系统性、创新性和网络化。现代设计理论与方法从“传统”走向“现代”，体现了现代设计理论与方法的科学性、前沿性和与时俱进的品质。现代设计理论与方法学涉及的范围广，研究内容极其丰富，本文仅重点讨论现代设计理论与方法中的智能化技术问题、网络环境下协同设计方法以及展望今后的重点研究问题。分布式协同设计也可称为多点协作设计(Mufti一LocationCollaborativeDesign)，或简称为协同设计，异地设计等。通常，可以把分布式协同设计视为一种多层技术支撑的结构:底层为网络通信工具及环境，如Internet/Intranet以及数据库、数据交换标准等，顶层为应用技术支撑层，如各种硬件平台、操作系统，CAD应用软件系统及工具等，直接面向设计者。在底层和顶层之间是中间层，也可以称为框架(Frameworks)，用以集成不同设计者使用的不同工具，包括各种硬件、操作系统以及CAD软件系统等。还可把分布式协同设计系统视为公用工具与专用工具集成构成，前者是能用于众多领域协同工作的工具，如共享编辑器，共享应用、多媒体工具等，后者用于专门领域，如传统的GAD工具等。产品设计的本质是以知识为核心的智力资源处理活动，是知识获取、处理、创造和发现的过程。所以智能设计很重要，但好长一段时间内智能设计还只处于发展阶段，始终具有一定的局限性。知识仓库和数据仓库的出现，使智能设计逐渐有了可能，因为数据多了在遇到麻烦时给人能够做出快速判断。随后基于网络环境的设计知识获取和重用策略的研究变得重要，这是因为产品设计智力资源来源于两个方面，一是人类专家作为载体的智力资源，二是计算机作为载体而存储的设计知识、工具、方法、算法、图形等信息资源。再加上基于Web技术的多智能体异地协同设计方法项目的研究目标是探索在Internet网络环境下创建一种机械产品设计专家群组分布、异地协同求解复杂产品设计制造任务的运行机理，建立适应于中小型制造企业需求的分布式远程协同设计制造系统环境平台。这一切使得智能异地设计变成现实。2.4虚拟数据库对产品质量评估虚拟数据库(VirtualDatabase—VDB)是实现对网上分布的各类数据源透明访问，将整个Internet数据转化成单一规范的数据库。VDB技术使应用程序可在分散的数据上进行功能强大和统一的查询工作，使建立在所有的不同数据源上的应用程序可以在Internet得到广泛地发展和应用。首先要进行产品质量评价查询系统的开发，系统的工作过程描述如下:用户提交查询条件的查询请求后，系统把各个分散数据源处(国家级、各省、市、自治区的质量技术监督局网站)的数据，分别经过各自的包裹器处理之后，收集起来并进行结构整合，然后把异构的数据转化成统一的格式，显示于人机工作界面，然后存入数据库中，为查询提供方便。1系统主要由结构:1)包裹器:实现捕获超链接网页上要求查询的数据，并把它们表示成关系数据源。2)数据整合:它主要实现把不同网页捕获的数据以统一的格式整合在一起。3)人机工作界面:提供用户友好的界面，提供各种操作的控件，显示查询结果。4)数据库:存储用户查询到的数据，待以后直接从本地数据库中查询，而不必重新从互联网中查询。2.包裹器算法1)包裹器结构：系统包裹器的结构如图3所示。2)网页的获取图1系统结构框图该质量检测方法利用虚拟数据库的思想，研制开发了产品质量评价查询系统应用软件，该系统可为用户在购买决策过程中快速、全面地获取权威可靠的产品质量评价信息，而不必在互联网上逐个网站、逐个网页查询。运行结果表明，该系统在信息准确性、完整性以及运行效率等方面都有较好的效果。3机床产品制造系统能效的最优控制3.1机床产品制造系统能效现状机床是装备制造业的核心，面对传统机床产品制造系统高能耗、高物耗的现状，通过对装备、工艺、系统控制等技术的集成，构建具有感知、决策和优化控制为一体的高能效制造系统，提升生产效率、能源效率，对于实现制造过程的智能化和绿色化发展具有重要的意义.机床产品制造系统的能效优化控制，不能只局限于对单台机械加工设备的节能设计，而是一个系统工程，需要从系统的角度对整个生产过程执行一次以能源为基础的观察，通过对制造系统全局的能效控制，优化加工流程来降低可变能耗。因此，机床产品制造系统的能效优化控制，是单机局部节能优化与全局综合生产资源优化的节能优化的融合.机床产品能效优化控制问题可用典型的控制系统结构进行描述，机床产品生产制造系统为被控对象，系统输出为制造系统实际能效，通过构建车间信息交互网络与能耗感知网络，对能效数据进行动态检测，能效优化控制模块通过对实际能效与期望能效指标之间的偏差，进行优化控制，给出设备与工艺参数优化方案，从而通过反馈控制实现对机床产品生产制造系统的能效提升。3.2机床制造系统能效最优控制的实现方法本文针对机床产品制造系统为研究对象，从控制系统的角度，以能效优化为目标，利用无线传感器网络技术、优化控制理论与方法，给出了机床产品制造系统信息检测、能效优化问题建模方法及优化控制算法.目前，机床产品能效优化基本上均是从机械的角度，通过绿色设计，采用高能效部件提高能效，鲜有从控制与决策的角度，解决系统的能效优化控制问题.然而，机床产品制造系统的节能是一个系统工程，从单机的角度来看，采用高能效部件是一个重要步骤，相比之下，通过单机内多驱动装置的协同，尽量减少整台机床的基本能耗，特别是根据负载动态调节驱动装置的运转速度，或暂时性关闭不需要的能耗设备，对能耗的影响则大得多。从制造车间机群来看，不能只局限在查明单机机床所用各个部件的效率，有必要对整个生产过程执行一次以能源为基础的观察，通过对整体加工流程的精益管控优化加工流程来降低可变能耗。因此，本文的特色之处在于从系统控制与决策的视角，结合无线传感器高能效通信，实现单机设备与综合资源能效优化.如何从控制系统角度，建立行之有效的能效优化控制评价指标体系与量化评估方法是值得进一步探索的方向。4个人感想目前，随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多样化，世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。纵观现代机械制造技术的新发展，其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。下面简单总结介绍一下：（1）机械制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合而发展起来的一门跨学科的综合科学，它随不同对象和时间而改变功能结构及信息系统。（2）柔性、集成、并行工作。现代机械制造系统具有多功能性和信息密集性，能够制造生产成本与批量无关的产品，能按订单制造，满足产品的个性要求。（3）制造智能化。能够代替熟练工人的技艺，具有学习工程技术人员多年实践经验和知识的能力，并用以解决生产实际问题。智能制造系统能发挥人的创造能力和具有人的智能和技能，强调以人为系统的主导者这一总的概念。在智能制造系统中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撑，反过来智能又促进集成水平的提高。（4）设计与工艺一体化。传统的制造工程设计和工艺分步实施，造成了工艺从属于设计、工艺与设计脱离等现象，影响了制造技术的发展。产品设计往往受到工艺条件的制约，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，设计与工艺必须密切结合，要以工艺为突破口，形成设计与工艺的一体化。（5）精密加工技术是关键。精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标之一。当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。（6）产品生命周期的全过程。现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直到处理报废的集成活动和系统。在产品的设计中，不仅要进行结构设计、零件设计、装配设计，而且特别强调拆卸设计。使产品报废处理时，能够进行材料的再循环。节约能源，保护环境。（7）人、组织、技术三结合。现代制造技术强调人的创造性和作用的永恒性，提出了由技术支撑转变为人、组织、技术的集成；强调了经营管理、战略决策的作用。在制造工业战略决策中，提出了市场驱动、需求牵引的概念，强调用户是核心，用户的需求是企业成功的关键，并且强调快速响应市场需求的重要性。（8）绿色制造（GM）是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的重要体现。其目标是使产品在设计、制造、装配、运输、销售及使用的整个过程中努力做到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。要力求实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大气氛围中(氮气中、冷风