先进制造技术 (孙燕华 著) 电子工业出版社

全国高职高专规划教材·精品与示范系列先进制造技术习题答案孙燕华主编电子工业出版社PublishingHouseofElectronicsIndustry北京·BEIJING1-1论述先进制造技术及其主要特点。答：1、系统性先进制造技术由于微电子、信息技术的引入，使制造技术成为一个能驾驭生产过程的物质流、信息流和能量流的系统工程。如柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）技术是先进制造技术全过程控制物质流、信息流和能量流的典型应用案例。2、集成性现代制造技术使各专业、学科间不断交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失，发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。集成技术显示出高效率、多样化、柔性化、自动化、资源共享等特点。3、广泛性现代制造技术则贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及用户服务等整个产品生命周期全过程，成为“市场——产品设计——制造——市场”的大系统。4、高精度现代制造对产品、零件的精度要求越来越高，在飞机、潜艇等军事设施中使用的精密陀螺、大型天文望远镜以及大规模集成电路的硅片等高新技术产品都需要超精密加工技术的支持。这些需求使激光加工、电子束、离子束加工、纳米制造、微机械制造等新方法迅速发展。５、实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁、灵活生产等基础制造技术，它是从传统的制造工艺发展起来的，并与新技术实现了局部或系统集成。1-2叙述先进制造技术的构成及分类。答：先进制造技术的构成：１、基础技术第一层次是优质、高效、低耗、少或无污染的基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。这些基础技术主要有精密下料、精密成形、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、无氧化热处理、气体保护焊及埋弧焊、功能性防护涂层等。2、新型单元技术第二个层次是新型的先进制造单元技术。它是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新的制造技术。如：制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、现代设计基础与方法、清洁生产技术、新材料成形与加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及设计优化技术等。3、集成技术第三个层次是先进制造集成技术。它是应用信息、计算机和系统管理技术对上述两个层次的技术局部或系统集成而形成的先进制造技术的高级阶段，如：FMS、CIMS、IMS等。先进制造技术的分类：1、现代设计技术现代设计技术是根据产品功能要求，应用现代技术和科学知识，制定方案并使方案付诸实施的技术。包含的内容有：（1）现代设计方法。现代设计方法包括产品动态分析和设计、摩擦学设计、防蚀设计、可靠性和可维护性及安全设计、优化设计及智能设计等。（2）设计自动化技术。设计自动化技术指应用计算机技术，进行产品造型和工艺设计、工程分析计算与模拟仿真、多变量动态优化，从而达到整体最优功能目标，实现设计自动化。（3）工业设计技术。工业设计技术指开展机械产品色彩设计和中国民族特色与世界流派相结合的造型设计，增强产品的国际竞争力。2、先进制造工艺现代制造工艺技术包括精密和超精密加工技术、精密成型技术以及特种加工技术等方面。（1）精密和超精密加工技术。精密、超精密加工技术是采用去除加工、结合加工、变形加工加工方法使工件的尺寸、表面性能达到极高的精度。现在的精密、超精密加工已经向纳米技术发展。（2）精密成型技术。精密成型技术是生产局部或全部无余量或少余量半成品的工艺方法的统称。包括精密凝聚成型技术、精密塑性加工技术、粉末材料构件精密成型技术、精密焊接技术及复合成型技术等。其目的在于使成型的制品达到或接近成品形状的尺寸，并达到提高质量、缩短制造周期和降低成本的效果，其发展方向是精密化、高效化、强韧化和轻量化。（3）特种加工技术。特种加工技术是指那些不属于常规加工范畴的加工，如高能束流（电子束、离子束、激光束）加工、电加工（电解和电火花加工）、超声波加工、高压水加工以及多种能源的组合加工。（4）表面改性、制膜和涂层技术。表面改性、制膜和涂层技术是采用物理、化学、金属学、高分子化学、电学、光学和机械学等技术及其组合技术对产品表面进行改性、制膜和涂层，赋予产品耐磨、耐蚀、耐（隔）热、抗疲劳、耐辐射以及光、热、磁、电等特殊功能，从而达到提高产品质量、延长使用寿命和赋予新性能的新技术统称，是表面工程的重要组成部分。3、自动化技术制造自动化是指用机电设备取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。其目的在于减轻劳动强度、提高生产效率、减少在制品数量、节省能源消耗以及降低生产成本。自动化技术主要包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术、传感技术。自动检测及信号识别技术和过程设备工况监测与控制技术等。4、系统管理技术系统管理技术是指企业在市场开发、产品设计、生产制造、质量控制到销售服务等一系列的生产经营活动中，为了使制造资源（材料、设备、能源、技术、信息以及人力）得到总体配置优化和充分利用，使企业的综合效益（质量、成本、交货期）得到提高而采取的各种计划、组织、控制及协调的方法和技术的总称。它是现代制造技术体系中的重要组成部分，对企业的最终效益提高起着重要的作用。系统管理技术包括工程管理、质量管理、管理信息系统等，以及现代制造模式（如精益生产、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等生产组织方法。1-3先进制造的关键技术。答：1、集成化技术。在过去制造系统中仅强调信息的集成，这是不够的。现在更强调技术、人和管理的集成。在开发制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成、资源集成、过程集成及人员集成。2、智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持用户到产品报废等）各个环节智能化，实现生产过程（包括组织、管理、计划、调度、控制等）各个环节的智能化，并实现人与制造系统的融合及人的智能的充分发挥。3、网络技术。网络技术包括硬件与软件的实现。各种通信协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。4、分布式并行处理技术。该技术实现制造系统中各种问题的协同求解，获得系统的全局最优解，进而实现系统的最优决策。5、多学科、多功能综合产品开发技术。机电产品的开发设计不仅涉及到机械科学的理论与知识而且还涉及到电磁学、光学、控制理论等。不仅要考虑技术因素，还必须考虑到经济、心理、环境、人文及社会等方面因素。机电产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求机电产品动静特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。6、虚拟现实技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机仿真技术，实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真，采用多种介质来存储、表达、处理多种信息，融文字、语音、图像、动画于一体，给人一种真实感及身临其境感。7、人—机—环境系统技术。将人、机器和环境作为一个系统来研究，发挥系统的最佳效益。研究的重点是：人机环境的体系结构及集成技术、人在系统中的作用及发挥、人机柔性交互技术、人机智能接口技术、清洁制造等。这些主要关键技术体现了21世纪制造技术对CAD/CAM集成系统的要求，表达了CAD/CAM集成发展的方向。1-4我国机械制造业的发展状况。答：近10年来，我国制造业的发展受到严重削弱，陷入了前所未有的困境。制造业的发展滞后已成为制约我国经济发展的重要因素。据统计:全社会固定资产投资中，设备投资的2/3依赖进口。目前，光纤制造装备的100%、集成电路芯片制造装备的85%、石油化上装备的80%、轿车工业装备、数控机床、纺织机械、胶印设备的70%被进口产品占领，国产装备的可靠性、自动化程度与国外产品有较大差距。我国制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。(1)设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术(CAD/CAM)，大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。(2)制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。(3)管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。(4)自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)，实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。1-5先进制造技术的发展趋势。答：在21世纪中，随着电子、信息等高新技术的不断发展，随着市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。当前影响先进制造技术的发展因素大致有以下几点:1、“数”是发展的核心数字化制造就是指制造领域的数字化，它包含了三大部分:以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。2、“精”是发展的关键“精”是“精密化”，一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高，另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。3、“极”是发展的焦点“极”即极端条件，就是指在极端条件下工作的或者有极端要求的产品，从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。如在高温、高压、高湿、强磁场和强腐蚀等条件下工作，或有高硬度、大弹性等要求的，或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄和奇形怪状的。4、“自”是发展的条件“自”就是自动化，即减轻人的劳动，强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化是先进制造技术发展的前提条件。5、“集”是发展的方法“集”就是集成化，包括技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成。其本质是知识的集成。6、“网”是发展的道路“网”就是网络化，制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路，制造业走向整体化、有序化，这同人类社会发展是同步的。7、“智”是发展的前景“智”就是智能化。智能化制造模式的基础是智能制造系统，它既是智能和技术的集成而形成的应用环境，也是智能制造模式的载体。8、“绿”是发展的必然“绿”就是“绿色”，制造业的产品从构思开始，到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分涉及环境保护，制造必然要走向“绿色”制造。2-1试论述现代设计技术的内涵及特点。答：1、现代设计技术内涵：现代设计技术是以满足应市产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。2、现代设计技术的特点从现代设计技术的内涵分析，现代设计技术具有如下一系列特点：（1）系统性现代设计技术强调用系统的观点处理设计问题，从整体上把握设计对象，考虑对象与外界（人、环境）的联系。（2）动态性不仅要考虑产品的静态特性，还要考虑产品在实际工作状态下的动态特征，考虑产品与周围环境的物质、能量及信息的交互。（3）创造性现代设计技术建立在先进的设计理论及设计工具基础上，能充分发挥设计者的创造性思维能力和集体智慧，运用各种创造方法和手段，开发出具有创新性的产品。（4）计算机化计算机已经渗透到产品设