先进制造技术-现代设计技术
2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
第二章
2.2.1 计算机辅助设计的基本概念
CAD技术主要功能 • 零件造型、产品装配、工程图绘制、文档设计 • 产品渲染、动态显示 • 工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性 设计、运动学及动力学仿真
曲轴连杆应力变化
第二章
有限元分析－结构分析
机床动刚度分析－位移云图
并联运动机床的应力与应变分析
第二章
有限元分析－结构分析
齿轮接触应力分析
第二章
有限元分析－流体动力学仿真
流体动力学分析
双层水腔气缸盖 的三维实体模型
双层水腔气缸盖 的水流计算网格
冷却水流入口流量对冷 却效果影响的规律曲线
气缸盖温 度分布图
2、单一数据库与相关性设计
单一数据库：与设计相关数据来自同一数据库，实现产品 相关性设计，提高设计质量，缩短开发周期。 相关性设计：任何设计改动，都将及时反映到其它相关环 节上。如：零件图-产品装配图-零件数控程序-二维工程图； 左视图-主视图-俯视图-三维实体模型；
特征建模
第二章
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
试验设计技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及 运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。
第二章
4. 应用技术
应用技术是针对使用目的解决各类具体产品设计问题的技术， 如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容可以看作是 现代设计技术派生出来的具体技术群。
现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各
各构件转速仿真结果
第二章
现代设计技术
现代设计技术先进制造技术（AMT）可以理解成是一个专业，也可以理解为是一个主干课程，在社会上的应用几乎遍及制造业所有角落，因AMT本身就是内容比较广泛，涉及到先进的加工技术（精密加工等）、先进的设计方法学（有限元法、逆向工程、模块化设计等）、交叉领域的技术（绿色制造、生物制造等）、先进的制造管理技术（创新管理法、现代管理方法）等等多个方面。
具体例子如汽车行业的柔性制造技术和超精密加工技术，电脑等行业的模块化设计技术，现代制造企业内部的“零库存”管理技术，生物行业的微电子技术和生物制造技术，能源行业的绿色制造技术等等。
现代设计技术是先进制造技术的一个组成部分，是制造技术的第一个环节。
根据德国工程师协会文件VDI2225 的调查分析，产品设计成本约占产品成本的5% 7%，但却决定了产品制造成本的75%- 80%。
为此，世界各国都非常重视产品的设计问题。
而现代设计技术在机械设计技术中的地位同样重要。
机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算，并将其转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。
机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要的因素。
现代设计技术受产品功能需求和市场竞争的影响。
又应用现代科学技术知识．再加上设计人员的创造性思维过程。
设计出可以制造的方案。
并使这个可行的方案付诸于实践。
现代设计技术是交叉性很强的技术．具有创造性、优化性、和综合性、系统性特点。
机械产品开发的现代设计技术是对传统设计技术的革新，传统设计方法中，有人工计算速度慢，产品开发周期长，设计的形象形比较差等缺点．比如传统设计主要是在大量的经验数据的基础上使用直觉法、类比法设计。
在现代设计技术领域将设计法提升到逻辑的。
理性的高度。
机械产品开发应用现代设计技术，是市场竞争的需要，可以提高产品质量，降低成本。
常规设计技术是以经验总结为基础，运用力学和数学形成的公式、图表、手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计，是一种直觉设计、经验设计和静态设计，它目前已经远远不能满足产品的功能和市场需求。
先进制造技术的发展及体系结构
先进制造技术的发展及体系结构目录摘要 (3)关键词 (3)1 知识经济条件下制造业的发展 (3)1.1 制造系统的定义和内涵 (3)1.2 制造业的发展 (3)1.3 制造业的变革及挑战 (3)2 先进制造技术的技术构成及特点 (4)2.1 先进制造技术的定义 (4)2.2 先进制造技术的技术构成 (4)2.3 先进制造技术的特点 (4)3 先进制造技术的分类 (5)4 先进制造技术在国内外的发展 (5)4.1 发达国家制造业的发展 (5)4.2先进制造技术在我国的发展 (5)5 先进制造技术的发展趋势及技术前沿 (6)5.1 先进制造技术的发展趋势 (6)5.2 先进制造技术的技术前沿 (6)6总结 (6)参考文献 (7)先进制造技术的发展及体系结构摘要：介绍了什么是先进制造技术，阐述了在当今社会条件下先进制造技术的重要作用，综述了国内外先进制造技术的发展，讨论了先进制造技术的内涵、特点、体系结构及分类，指出我国先进制造技术的优先发展方向。
关键词：制造业；制造系统；先进制造技术1 知识经济条件下制造业的发展1.1 制造系统的定义和内涵制造系统是制造业的基本组成实体。
制造过程及其涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变成产品的有机整体，称为制造系统。
制造系统从结构、功能、过程三个方面又有各自不同的定义。
制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。
1.2 制造业的发展在知识经济条件下，制造业正在发生质的飞跃，制造业成为参与市场竞争的主体，是国民经济的支柱产业。
知识经济对制造工业的影响表现在对产品和消费观念的改变，产品设计和制造过程的数字化和智能化，以及经营和制造活动的全球化等。
越来越多的人认识到一个没有工业基础和制造业的城市是没有根基的城市。
1.3 制造业的变革及挑战科学技术的发展和市场需求的不断变化，促进制造业生产规模沿着“小批量"少品种大批量"多品种变批量”方向发展，资源配置沿着“劳动密集-设备密集-信息密集-知识密集”的方向发展，生产方式沿着“手工-机械化-刚性流水自动化-柔性自动化-智能自动化”方向发展。
先进制造技术-现代设计方法
质的飞跃，在此基础上传统设计技术得到了延伸和发展，产生了现代设计技术。它是以网络为基
础，以电子计算为手段，建立在现代管理技术之上，运用工程设计的新理论和新方法，实现计算 结果最优化、设计过程高效化和自动化的设计技术。
现代设计技术
— 3—
2.1 现代设计技术的内涵与体系结构
2.1.2 现代设计技术的内涵和特点
程中适时地给出智能化提示，告诉设计者下一
步该做什么、当前设计存在的问题，并给出解 决问题的途径及方案建议。
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
特征模型实例
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
1．产品的造型建模技术
与几何建模相比较，特征建模具有以下特征：① 能够更好地表达统一、完整的产 品信息；② 能够更好地体现设计意图，使产品模型便于理解和组织生产；③ 有助于 加强产品设计和分析、加工制造、检验等各个部门之间的联系。因此，基于特征的建 模技术更适合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。
现代设计技术
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2.2 计算机辅助设计（CAD）技术
2.2.3 计算机辅助设计的关键技术
2．单一数据库与相关性设计
单一数据库是指与设计相关的全部数据 信息来自同一个数据库。相关性设计是指任何 设计改动都将及时反馈到设计过程的其他相关 环节上。例如，修改二维零件工程图样的某个 尺寸后，与该零件工程图样相关联的产品装配
图、加工该零件的数控程序等也将会自动跟随
更新。建立在单一数据库基础上的产品开发， 可以实现产品的相关性设计。单一数据库和相 关性设计技术的应用可以减少设计中的差错，
先进制造技术的主要内容
先进制造技术的主要内容摘要：在世界经济一体化的进程中，制造技术不断汲取、渗透和融合计算机、信息、自动化、材料、生物及现代管理等方面的成果，使传统意义上的制造技术有了质的飞跃，形成了现代先进制造技术的新体系，并使产品技术、制造、检测、管理和市场开发、销售、使用、服务乃至回收等全生命周期各个环节的活动纳入先进制造范畴，以便从整体和全局上提升制造企业对动态和不可预测市场环境的适应能力和竞争能力，实现优质、高效、低耗、敏捷和绿色制造，取得更大的社会和经济效益。
关键词：现代设计技术先进制造工艺与装备柔性自动化制造技术与装备现代制造管理技术与系统正文：先进制造技术在传统制造技术基础上不断吸收机械，电子，信息技术，材料，能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计，制造，检测，管理，销售，使用，服务，乃至回收的全过程,以实现优质，高效，低耗，清洁，灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称。
也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称。
日本率先采用新的制造技术及管理理念，使其制造业成为公认的世界之最。
20世纪80年代初期，美国一批有识之士在对美国的制造业的衰退进行了深刻反省后，提出了发展先进制造技术，以促进美国的制造业得竞争力和国民经济快速发展。
先进制造技术这一全新概念的提出，立即受到世界各国政府、企业界和学术界的高度重视，并将其称之为面向21世纪的技术。
因为先进制造技术的主要特征是强调实用性，它以提高企业综合经济效益为目的，所以被认为是提高制造业竞争能力的主要手段，对促进整个国民经济的发展有着不可估量的影响。
随着个性化与全球化市场的形成，信息、微电子、生物等高新技术在不断发展，世界制造科技四大发展趋势是绿色制造、高新技术、信息化和极端制造。
因此，目前先进制造技术的研究与实践领域主要涉及现代设计技术、先进制造工艺与装备、柔性自动化制造技术与装备、现代制造管理技术与系统等四大部分。
一、现代设计技术产品设计是制造业发展的灵魂，是产品全生命周期的前期工序，设计质量和水平直接关系到产品的功能、性能、环保性、可制造性、质量、竞争力、经济性和社会效益。
《先进制造技术》课程标准
《先进制造技术》课程标准（一）课程性质与任务本课程是高等职业院校机械类专业核心课程模块中的一门主干课程，在整个培养方案中，具有比较重要的地位。
通过本课程的学习，使学生从系统与整体观点初步掌握先进制造技术概念、先进制造技术原理、组成、体系结构和关键技术问题，培养学生具有初步的应用先进制造知识的能力。
本课程主要对先进制造技术的概念、体系结构及发展趋势；现代设计技术、先进成型制造技术、先进制造工艺技术、制造自动化技术、先进制造的模式与管理技术等进行讲述。
课程涉及数控加工技术、机械制造技术基础、计算机基础、CAD/CAM技术及机械制造工艺学等各方面的理论与知识，与其他专业课衔接紧密，是学生进行相关先进制造技术的应用工作所必需的重要基础。
（二）课程教学目标1．知识目标（1）通过本课程的学习，使学生掌握先进制造技术相关知识及理论；（2）通过本课程的学习，使学生对先进制造技术的各部分协调工作有一个从感性到理性的认识以及对它们的实际应用背景有一个全面的了解；（3）掌握一些比较前沿的设计方法、制造自动化技术、先进制造生产模式及其工艺方法等为以后的工作打下良好的基础；（4）通过该英文教材的阅读、理解进一步巩固专业所需的英语单词，为将来熟练阅读英文原版专业技术文献打下基础。
2．能力目标（1）能够从系统与整体观点初步掌握先进制造技术概念；（2）能够掌握先进制造技术原理、组成、体系结构和关键技术问题的初步能力；（3）培养学生具有初步的应用先进制造知识的能力。
3．素质目标（1）具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；（2）具有一丝不苟的工作作风；（3）具有单兵作战与团队协作的能力；（4）具有艰苦环境的适应能力。
（三）参考学时本课程总45学时。
本课程授课时应注重贯彻“少而精”的原则,注意加强理论性，以点带面，集中力量介绍重点章节，突出重点。
在教学中应制作多媒体课件以形象化教学，充分发挥教具及虚拟教学的作用，有些内容可采用现场教学等不同方式进行。
现代制造技术复习资料.doc
现代制造技术复习资料.doc第⼀章绪论0先进制造技术定义：在传统制造技术基础上不断吸收机械?电⼦?信息?材料?能源和现代管理等⽅⾯的成果, 并将其综合应⽤于产品设计?制造?检测?管理?销售?使甩服务的制造全过程,以实现优质. ⾼效?低耗?清洁?灵活的⽣产，提⾼对动态多变的市场的适应能⼒和竞争能⼒的制造技术总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.1、制造系统：指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和⼈员组成的⼀个具有特定功能的有机整体2、制造：是⼈类所⽤经济活动的基⽯，是⼈类历史发展和为名进步的动⼒3、制造技术是制造业为国民经济建设和⼈民⽣活⽣产各类必需物资(包括⽣产资料和消费品)所使⽤的所有⽣产技术的总称，是将原材料和其他⽣产要素经济、合理和⾼效地转化为可直接使⽤的具有⾼附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。
这些技术包括运⽤⼀定的知识、技能，操纵可以利⽤的物质、⼯具，采取各种有效的策略、⽅法等。
4、现代制造技术的特点(1)现代制造技术的研究范围更加⼴泛，涵盖了从产品设计、加⼯制造到产品销售、使⽤、维修和回收的整个⽣命周期。
(2)现代制造古城呈多学科、多技术交叉及系统优化集成的发展态势。
(3)现代制造技术的基础是优质、⾼效、低耗、⽆污染或少污染的加⼯⼯艺，在此基础上形成了新的先进加⼯⼯艺与技术(4)现代制造技术从单⼀⽬标向多元⽬标转变，强调优化制造系统的产品上市时间、质量、成本、服务、环保等要素，以满⾜⽇益激烈的市场竞争的要求。
(5)现代制造技术正在从以物质流和能源流为要素的传统制造观向着以信息流、物质流及能源流为要素的现代制造观转变，信息流在制造系统中的地位已经超越了物质流和能源流(6)现代制造技术特别强调以⼈为本，强调组织、技术与管理，制造技术与⽣产管理相互融合、相互促进，制造技术的改进带动了管理模式的提⾼，⽽先进的管理模式⼜推动了制造技术的应⽤。
5、现代制造技术的发展趋势(1)现代设计技术不断现代化(2)现代加⼯技术不断发展(3)柔性化程度不断提⾼(4)集成化成为现代制造系统的重要特征(5)现代制造管理模式发⽣重⼤变化(6)绿⾊制造成为未来制造业的必然选择(7)制造全球化正在加速第⼆章基础理论与⽅法K制造系统的基本构成：制造系统式由众多的要素和⼦系统组成的有机整体，因⽽在⼦系统与要素之间存在着组织、协调等管理问题。
第五章先进制造技术
• 柔性制造系统
加工系统 物流系统 调度与控制 故障诊断
• 自动检测与信号识别技术
信号识别 数据获取 数据处理 特征提取与识别
• 过程设备工况监测与控制
过程监视系统 在线反馈质量控制
4．先进制造生产模式和管理
先进制造生产模式
• 计算机集成制造系统 CIMS
• 敏捷制造系统AMS • 智能制造系统IMS • 精良生产LP • 并行工程CE
• 3）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是 从制造工具开始的。动物所做到的最多是收集,而人则 从事生产。”
制
造
业•
发•
展
的•
历 程
• •
1）用机器代替手工，从作坊形成工厂 19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。
2）从单件生产方式发展成大量生产方式 泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。 福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意
一. 概 述
1.先进制造技术的定义
先进制造技术是集机械、电子、信息、材料和 管理技术为一体的新型学科。先进制造技术的概念自20世 纪80年代被提出来后至今没有一个很明确的定义，近来普 遍公认的含义是：先进制造技术是在传统制造技术基础上， 以人为主体，以计算机为重要工具，不断吸收机械、光学、 电子、信息(计算机和通信、控制理论、人工智能等)、材 料、环保、生物以及现代系统管理等最新科技成果，涵盖 产品生产的整个生命周期的各个环节的先进工程技术的总 称，它面向包括机械制造、电子产品制造、材料制造、石 油、化工、冶金以及民用消费品制造等在内的“大制造 业”。
2.快速原型制造技术
快速成形制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing，RPM ）是20世纪80年代后期 起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造 技术，是近20年来制造技术领域的一项重大突 破。是利用光、热、电等物理手段(其中激光是 经常应用的)实现材料的转移与堆积。
国内外先进制造技术
一、先进制造技术先进的机械制造业是国民经济的支柱产业,关系到一个国家的综合国力。
那么，什么是先进的制造技术呢？先进制造技术AMT是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。
先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。
可基本归纳为以下四个方面：1、先进的工程设计技术先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。
包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。
（1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等））设计现代化。
以CAD为基础（造型，工程分析计算、自动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。
如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、人机工程设计、美学设计、绿色设计等等；（2）先进的工艺规程设计技术与生产技术准备手段。
在信息集成环境下，采用计算机辅助工艺规程设计、即CAPP，数控机床、工业机器人、三坐标测量机等各种计算机自动控制设备设备的计算机辅助工作程序设计即CAM等。
2、先进制造工艺技术（1）高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。
超高速切削。
精密加工一般指加工精度在10～0.1μm（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1μm以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。
先进制造技术-现代设计技术
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优良性能设计基础技术包括：
•可靠性设计 •试验技术 •防疲劳断裂设计技术 •系统动态设计和稳定性设计技术 •摩擦学设计技术 •防腐蚀设计技术 •表面工程设计技术 •状态监测 •补偿控制技术
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并行设计的内容（2）
• 产品开发队伍重构：将传统的以功能部门 为主线的产品设计，改变以产品为主线， 组织多功能集成产品开发团队，进行产品 并行开发。
• 协同工作环境：利用多煤体、网络等技术， 组建协调工作环境，支持并行设计。
• 并行设计技术实际上是一门涉及多个领域 的交叉学科，内容极为丰富。
以缩短产品开发周期为主要目的设计技 术，包括模块化设计、并行设计、基于实例 设计、反求设计、虚拟设计等，一切有助于 加快产品开发速度的理论和方法都是快速设 计的组成部分，涉及多学科的交叉、多方向 发展。
并联机床设计
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全寿命周期设计技术
• 全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作 方式，能对产品生产周期、质量和成本进行有效 控制，形成生产、销售、用户服务一条龙。主要 体现在缩短产品投放市场时间、提高质量、降低 生产成本、增强市场竞争力。其特点是全寿命全 系统管理、全寿命周期费用分析，达到“优生、 优育、优管”。
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产品分析
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以下图零件的模具设计为例
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在进行模具设计时，生产、采购、工艺、标
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先进制造技术(2、现代设计技术)
5)是一种“产品实现过程”的设计
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2.3.2 创造性设计
一、创造性思维形式 动作思维 形象思维 逻辑思维 直觉思维
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2.3.2 创造性设计
技术性的创新设计中常用的几种思维形式 分析与综合思维 收敛与发散式思维 对应与联想式思维 离散与组合式思维 换元与移植式思维
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2.2.4 现代CAD技术的研究内容
（1）现代设计理论与方法 （2）与设计环境相关的技术
（3）与设计工具相关的技术
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2.2.5 参数化设计和变量化设计
（1）参数化设计
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2.2.5 参数化设计和变量化设计
产品 product
软件 software
流程型材料 processed material
质量 quality
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2.5.1 可信性的概念 (creditability)
可用性 (availability) 可信性 可用性 影响因素 可靠性 (reliability) 维修性 (maintainability)
19世纪：70年 20世纪40年代：40年
20世纪60年代：20年
20世纪70年代：5－10年
现今：2－3年
竞争第一需要：快速响应市场
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2.3.3 快速响应设计
一、快速响应工程主要内容 （1）建立快速捕捉市场动态需求信 息的决策机制
对“先进制造技术”的认识
对“先进制造技术”的认识先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology，简称为AMT）是指微电子技术、自动化技术、信息技术等先进技术给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。
具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信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：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等[1]。
1先进制造技术简介1.1 先进制造技术的特点先进的制造技术是企业能够立足于国际竞争的必要条件，是计算机广泛应用于制造行业所带来的必然结果。
随着计算机技术的不断发展，将其融入制造技术中，对制造业来说要有一个新的理念，改变企业的思维模式，将传统的制造业带入一个全新时代。
因此，应该充分了解先进机械制造技术的特点。
1.1.1 先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是面向21世纪的技术制造业是社会物质文明的保证，是与人类社会一起动态发展的。
因此，制造技术必然也将随着科技进步而不断更新。
先进制造技术是制造技术的最新发展阶段,是由传统的制造技术发展而来，保持了过去制造技术中的有效要素；但随着高新技术的渗入和制造环境的变化，已经产生了质的变化，先进制造技术是制造技术与现代高新技术结合而产生的一个完整的技术群，是一类具有明确范畴的新的技术领域,是面向21世纪的技术。
1.1.2先进制造技术具有需求导向性先进制造技术是面向工业应用的技术，先进制造技术应能适合于在工业企业推广并可取得很好的经济效益，先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业（如汽车工业、电子工业）需求而发展起来的适用的先进制造技术，有明显的需求导向的特征。
先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的，是注重产生最好的实践效果，提高企业的竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。
1.1.3先进制造技术的主体应具有世界水平先进制造技术是面向全球竞争的目前每一国家都处于全球化市场中。
一个国家的先进制造技术是支持该国制造业在全球范围市场的竞争力。
先进制造技术基础_第2章_现代设计技术
北 京 大 学 出 版 社 大 机 械 系 列 规 划 教 材 之
先 进 制 造 技 术 基 础
第2章 现代设计技术
用户域
用户需求
需 求 1 需 求 n
功能域
功能需求
物理域
设计参数
过程域
过程变量
北 京 大 学 出 版 社 大 机 械 系 列 规 划 教 材 之
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图2.1 产品设计过程
先 进 制 造 技 术 基 础
先 进 了解绿色设计相关内容，掌握绿色设计原则及关键技术。 制 造 了解人工神经网络的发展、应用，掌握人工神经网络的 技 基本原理及补偿模糊神经网络的应用。 术 了解反求工程技术相关内容，掌握反求工程关键技术。 基 础
第2章 现代设计技术
推荐阅读资料
1. 2. 3.
张维刚, 钟志华．现代设计方法．机械工业出版社， 2005． 芮延年．现代设计方法及其应用．苏州大学出版社，2005． 王凤岐, 张连洪, 邵宏宇．现代设计方法．天津大学出版社， 2004．
北 京 大 学 出 版 社 大 机 械 系 列 规 划 教 材 之
先 进 制 造 技 术 基 础
第2章 现代设计技术
２．共存与突破的关系。设计方法的发展，从直 觉设计到经验设计以至现代设计，都有时序性、继 承性和两种方法在一定时期内共存性的关系。 【特别提示】 就目前现代设计所涉及的理论、方法的范畴来 看，可以认为它是由现代设计方法学、计算机辅助 设计技术、可信性设计技术、试验设计技术等多种 学科的交叉与融合。是传统设计技术的继承、延伸 与发展，是随着设计实践经验的积累，由个别到一 般、具体到抽象、感性到理性，逐步归纳、演绎、 综合而发展起来的。
北 京 大 学 出 版 社 大 机 械 系 列 规 划 教 材 之
先进制造技术简答题
简答题1、简述先进制造技术的特点先进性、广泛性、实用性、系统集成性、动态性2、叙述在知识经济条件下制造业在国民经济中的地位、作用？制造业是现代国民经济的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国民生产总值的20%~50%。
制造业吸纳的劳动力比例很高。
制造业为国民经济各部门提供所需的各种装备，为科学事业和教育事业的发展提供重要的财力、物力支撑。
3、先进制造技术的分类现代设计技术、先进制造工艺技术、制造自动化技术、先进制造模式及现代生产管理技术4、三维几何造型有几种、方法？线框造型与曲面造型实体造型：但愿分解法、八叉树表示法、边界表示法、构造实体几何法、扫描法特征造型：基于特征的设计、特征自动识别5、绿色设计的主要内容绿色产品的描述与评价模型；绿色设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计；绿色产品的成本分析；绿色设计数据库等6、绿色设计的原则资源最佳利用原则；能量消耗最小原则；零污染原则；零损害原则7、消失模铸造技术的特点铸件的尺寸精度高、表面粗糙度低；增大了铸件结构设计的自由度；简化了铸件生产工序，提高了劳动生产率，容易实现清洁生产；减少了材料消耗，降低了铸件成本。
8、简述消失模的工艺过程模样成形；模样组合；挂涂料；干砂造型；真空下浇注；型砂的冷却。
9、半固态铸造的特点铸件质量高；生产率高；加工温度低；实行绿色生产10、无模多点成形的工艺特点实现板类件快速成形；改善变形条件；无回弹成形；无缺陷成形；小设备成形大型件；CAD/CAM/CA T一体化生产11、就目前条件下普通加工、精密加工和超精密加工是如何划分的？普通加工：指加工精度在10μm左右，相当于公差等级IT6~IT5,表面粗糙度Ra0.8~0.2μm的加工方法。
精密加工：指加工精度在10~0.1μm，公差等级在IT5以上，表面粗糙度Ra0.1μm一下的加工方法。
超精密加工：指加工精度在0.1~0.01μm，表面粗糙度小于Ra0.05μm的加工方法。
工艺技术体系分类
工艺技术体系分类工艺技术体系指的是各种工艺技术的分类和归纳体系。
在现代工业化生产中，工艺技术是非常重要的组成部分，其分类有助于更好地理解和应用各种技术。
一、传统工艺技术传统工艺技术是指根植于历史和文化传统的技术，包括陶瓷、金属加工、纺织等各个领域。
这些技术带有浓厚的地域特色和文化底蕴，常常由经验传承和手工操作所组成。
二、先进制造技术先进制造技术是指在现代工业生产中所采用的高新技术和设备，包括计算机控制技术、机器人技术、激光加工技术等。
这些技术能够提高生产效率、降低成本、提高产品质量，是工业化生产的重要支撑。
三、数字化工艺技术数字化工艺技术是指将模型、数据和算法应用于生产过程中的技术。
其中包括计算机辅助设计与制造技术、虚拟现实技术等。
这些技术可以帮助设计师和工程师更好地模拟和分析工艺流程，从而提高产品设计和生产的效率。
四、绿色工艺技术绿色工艺技术是指在生产过程中注重环境保护和可持续发展的技术。
例如，生产过程中减少对资源的消耗、减少对环境的污染等。
这些技术可以提高企业的竞争力，同时也符合社会的可持续发展要求。
五、智能制造技术智能制造技术是指通过人工智能、大数据分析等技术，实现生产过程的自动化、智能化和网络化。
这些技术可以提高生产的灵活性、智能化生产调度、减少生产成本等。
智能制造技术是未来工业发展的重要方向。
六、材料工程技术材料工程技术是指研究材料性能、制备新材料和改善材料使用性能的技术。
其中包括材料设计、材料加工技术和材料分析技术等。
材料工程技术对于产品的研发和制造具有决定性的影响。
七、节能技术与环保工艺技术节能技术和环保工艺技术是指在生产过程中减少能源消耗和环境污染的技术。
例如，新能源利用技术、废弃物资源化技术等。
这些技术可以提高资源利用效率，保护环境和改善生态环境。
总之，工艺技术体系对于工业化生产的发展非常重要。
通过将各种工艺技术分类和归纳，可以更好地理解和应用这些技术，从而提高生产效率、降低成本、改善产品质量和环境保护。
1先进制造技术概述02
5,系统性
随着微电子,信息技术的引入,先进制造技术能驾驭信息生成, 随着微电子,信息技术的引入,先进制造技术能驾驭信息生成,采集 传递,反馈,调整的信息流动过程. ,传递,反馈,调整的信息流动过程.先进制造技术是可以驾驭生产过程 的物质流,能量流和信息流的系统工程. 的物质流,能量流和信息流的系统工程.
4,20世纪80年代初期,美国一批有识之上相继发表言论,对 20世纪80年代初期,美国一批有识之上相继发表言论, 世纪80年代初期 美国制造业的衰退进行了反思, 美国制造业的衰退进行了反思,强调了制造技术与国民经济 及国力的至关重要的相依关系,强调了制造技术的重要性. 及国力的至关重要的相依关系,强调了制造技术的重要性. 在此背景下,克林顿政府制定了国家关键技术计划, 在此背景下,克林顿政府制定了国家关键技术计划,并对其 技术政策做了重大调整. 技术政策做了重大调整.先进制造技术也就是在这样一个社 会经济背景下出台了. 会经济背景下出台了. Technology, 5,先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology, 先进制造技术( AMT)最早起源于美国 美国. AMT)最早起源于美国.
先进制造技术的内涵和层次及其技术构成
(1)第一层次是优质,高效,低耗,清洁基础制造技术 第一层次是优质,高效,低耗,
优质,高效,低耗,清洁生产的基础制造技术是先进制造技术 优质,高效,低耗,清洁生产的基础制造技术是先进制造技术 的核心; 的核心; 这些基础技术主要有:经过优化的基础工艺如铸造,锻压,焊 这些基础技术主要有:经过优化的基础工艺如铸造,锻压, 这些基础技术主要有 热处理,表面保护,机械加工等. 接,热处理,表面保护,机械加工等.
第二节 先进制造技术的内涵和特点
先进制造技术现代设计技术
一.现代设计技术概述
②. 现代设计技术的逻辑维： 分析--明确设计任务本质； 综合--综合各种因素，探求解决方案； 评价--对多种方案进行比较和评定，方案调整和改进； 决策--确定最佳的设计方案
先进制造技术
一.现代设计技术概述
(3) 现代设计技术的体系结构 现代设计技术由4个不同层次的技术所组成，计算机辅助设计技术CAD是现代设计技术的主体技术
先进制造技术
01
02
二.数字化设计与数字化产品开发
02
支撑技术 指现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术。现代设计方法学涉及内容很广，如并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求工程、绿色设计、模糊设计、面向对象的设计、工业造型设计等。可信性设计是广义的可靠性设计扩展，主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、健壮设计、耐环境设计等。设计试验技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。
先进制造技术
二.数字化设计与数字化产品开发
二.数字化设计与数字化产品开发
先进制造技术
二.数字化设计与数字化产品开发
(2) 数据的离散性----反求工程和快速原型技术设计 复杂产品的模仿创新是一条减少风险投入，加快产品创新的有效途径。 反求工程是利用某些测量方法（如三坐标测量、CT、核磁共振、自动断层扫描法等），在实测数据的基础上，重构产品三维数据模型的方法。 快速原型技术是20世纪末期制造领域的重大突破，它直接利用CAD的离散数据，简单、快速、准确地将人的思想转化成功能原型或零件，淡化了设计与制造的界线 。
主体技术
基础技术
支撑技术
应用技术
传统设计理论 与方法
现代设计技术
现代设计技术王永强0引言现代设计技术是先进制造技术中的首要关键技术，它是现代科技发展和全球市场竞争的产物。
产品设计是以社会需求为目标，在一定设计原则的约束下，利用设计方法和手段创造出产品结构的过程，如图l 所示。
市场竞争的需要和各种新方法、新技术、新工艺、新材料不断涌现，推动了设计方法和技术的进步，产品设计从传统的经验设计进入现代设计。
1 现代设计的内涵1.1现代设计的特征现代设计是传统设计的深入、丰富和完善，而非独立于传统设计的全新设计。
虽然目前对现代设计尚无确切定义，但可从以下特征来理解。
⑴以计算机技术为核心这是现代设计的主要特征。
计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大影响，表现为以下几方面：①设计手段的更新计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。
传统设计以图板、直尺、铅笔等作为工具，这种设计手段效率低、人工强度大。
CAD技术的出现和发展，甩掉图板的“无纸设计”作为现代设计的主流，显著提高了设计效率。
②产品表示的改变计算机技术推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。
传统设计利用投影原理表示产品结构，这种二维表示的数据单一，数据量少，不便于产品的进一步分析和制造。
随着CAD技术的发展，三维“产品模型(Product Model)”越来越得到广泛应用。
这种表示不仅包括反映产品形状和尺寸的几何信息，还可包括分析、加工、材料、特性等数据，从而可直接用于分析和制造。
③设计方法的发展促进了一些新的设计方法的出现，高性能的计算机硬件和先进的软件技术是这些方法实施的保证。
一些先进的设计方法如有限元分析、优化、模态分析等都涉及大量复杂计算，只有计算机技术的发展才能推动这些方法的进步和应用。
新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。
④工作方式的变化计算机技术促进了设计方式从“串行”到“并行”的变化。
受设计手段限制，传统设计过程采用串行方式进行，即设计任务按时序从一个环节传入下一环节。
随着数据库技术和网络技术的发展，并行设计正得到广泛应用。
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电子显示装置 头/眼/手 跟踪
示
器
触觉/动觉系统
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（2）虚拟世界窗口 在虚拟环境中建立一窗口，通过该窗口漫游环境。 （3）半实物模拟 建立半事物模拟环境，并提供实际控制与屏幕上 虚拟环境之间的交互途径。 （4）CAVE 墙式显示屏全自动声像虚拟环境。
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并联机床设计
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全寿命周期设计技术
• 全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作 方式，能对产品生产周期、质量和成本进行有效 控制，形成生产、销售、用户服务一条龙。主要 体现在缩短产品投放市场时间、提高质量、降低 生产成本、增强市场竞争力。其特点是全寿命全 系统管理、全寿命周期费用分析，达到“优生、 优育、优管”。 • 它包括并行设计技术、面向制造的设计技术、全 寿命周期设计数据管理技术、全寿命周期管理及 费用分析技术。
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（1）头盔（HMD-Head Mounted Display)
两个LCD 或CRT显示器
典型分辨率 360 x 240
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（2）立体眼镜
由液晶光栅眼镜和红外线控制器组成。
（3）三维鼠标 六自由度探测器，利用内构式超声接收器和具 有发射器的固定基坐标来测量鼠标器离开桌面 后的位置和方向。
抓取“虚拟零件” ，组装“虚拟设备”等等。
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虚拟现实的硬件设备
• 虚拟现实技术提供：具有独特输入/输出装置
的特殊人机界面，如头盔式显示器HMD、跟
踪器、数据手套、定位器等。借助这些虚拟 外设，比之传统CAD技术，用户就可沉浸在 仿真环境之中，有“身临其境”的感觉，从 而完成在现实世界中可能或不可能的工作。
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并行设计的内容（1）
• 过程重构：由传统的串行产品开发模式转 变成集成的、并行的产品开发模式，使下 游设计过程中的需求及早地反馈给相应过 程中。 • 数字化产品定义：包括数字化产品模型定 义和管理、数字化过程定义和管理、数字 化工具定义和信息集成，如DFQ、DFA、 DFM、CAD/CAE/CAM集成等。
成本沉淀理论—设计的重要性
现代设计技术 是先进制造技术 的第一个环节， 根据成本沉淀理 50 论，设计成本占 产品成本5-7%， 但却决定产品成 0 本的70％!
100 % 18% 70% 7% 5% 54%
28%
对成本的影响 所需成本
5% 设计开发
3% 生产准备 加工 材料消耗 销售管理
企业中成本的确定
先进方法，并使方案付褚实施的技术。
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现代设计技术的特点
• 现代设计从单纯的产品功能设计扩展到生 命周期设计（包括考虑环境因素的绿色设 计）; • 从传统的经验设计转向应用现代计算机技 术的数字化设计技术; • 从传统的顺序设计方式过渡到并行设计和 网络协调设计等。
现代设计技术的发展方向是不断吸收 现代科学技术，使其实现数字化、智能化 和网络化。
是全寿命周期设计技术的必要条件，世界各发达国家
和企业都十分重视此技术的研究开发和应用。 • 体现在静态到动态、单项到综合、个体到系统、无限 寿命到有限寿命、设计对象向太空、深水、微观、生 命等领域发展，设计的基础理论要求更高。
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优良性能设计基础技术包括：
•可靠性设计 •试验技术 •防疲劳断裂设计技术 •系统动态设计和稳定性设计技术 •摩擦学设计技术 •防腐蚀设计技术 •表面工程设计技术 •状态监测 •补偿控制技术
资源利用率最高，能源消耗最低的设计技术。
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绿色产品设计技术包括:
•面向环境的设计技术 •面向能源的设计技术 •面向材料的设计技术
•人机工程设计技术
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7பைடு நூலகம்
绿色产品设计技术举例 — 零件结构的拓扑 优化 减少材料利用
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优良性能设计基础技术
• 优良性能设计基础技术是一项以提高机械产品综合性 能为目标的设计技术，是各种创新技术发展的基础，
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国外研究概况 (2)
• ⑵加利福尼亚军火承包商Rockwell International开发了将现有CAD数据转换 传递到虚拟环境的软件，工程技术人员能
看见设备部件是如何被装配的，无须制作
零部件的物理模型。 • ⑶美国Metalagraphic公司应用虚拟检测技 术于航空和军事产品的零部件加工。
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国外研究概况 (1)
• 虚拟制造技术是九十年代产物，国外许多 知名企业正在积极开发此技术。在汽车、 飞机、工程机械、武器等产品上应用成果
己有报导，以下是几个例子：
• ⑴美国国防部先进研究计划署ARPA正在 致力于将虚拟环境与物理建模、分布离散 模拟等技术结合，为虚拟武器设计提供先 进的手段。
（4）跟踪器（Tracker)
对VR用户的头或手的位置和方向进行实时的、
精确的测量。 类型有：
机械式、电磁式和超声式。
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（5）数据手套
将用户手的姿势转化成计算机能读的数据，有测
量几个或全部手指关节的传感器。有的具有三维 传感器，以跟踪用户腕部的运动。
基于光导衰 减的光纤手 套
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竞争优势创建技术包括：
•创新设计技术 •降低成本设计技术 •快速设计技术 •仿真与虚拟设计技术 •智能设计技术 •广义优化技术 •工业产品造型设计技术
采用新原理、新方法的全新产品设计 设计是一种创造性思维活动，随科技和 经济的发展对创新设计提出新的挑战，计算 机的应用为设计创新带来新希望，智能化是 重要方向。 以缩短产品开发周期为主要目的设计技 术，包括模块化设计、并行设计、基于实例 设计、反求设计、虚拟设计等，一切有助于 加快产品开发速度的理论和方法都是快速设 计的组成部分，涉及多学科的交叉、多方向 发展。
应用虚拟制造的意义
• 虚拟制造技术可以用于产品与过程设计、 产品开发成本和风险分析估算、产品与过
程开发的集成，生产管理决策的改善，产
品生产前各项生产活动的验证等。 • 虚拟制造技术可以促进远程协同产品开发 的实现，充分利用网络上的制造资源。 • 虚拟制造技术可以应用于制造业企业或教
育部门的技能培训与教育。
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并行设计技术
• 并行设计是并行工程、协同设计、敏捷制造、 虚拟制造等先进技术的基础，它涉及到计算机 技术、通讯技术、机械设计方法等领域。而并 行工程是把CAD、制造、管理和质量保证等有 机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、 过程集成。设计者一开始就考虑到产品全生命 周期中所有因素，包括质量、进度、成本和用 户需求。
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虚拟现实技术
• 虚拟现实技术(Virtual Reality)是一种三维计算
机图形技术与计算机硬件技术集成而实现的高
级人机交互技术，让用户通过视觉、听觉、触 觉、甚至嗅觉和味觉等多种知觉方式 ，实时地 与计算机所建造的仿真环境发生相互作用。比 如，进入“虚拟厂房” ，操纵“虚拟机床” ，
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利用自顶向下的设计方法，将总体零件 分解给不同的设计小组。
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CE产品设计过程（分组）
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型芯设计、NC编程、加工小组
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模架、模板采购加工组
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标准件准备小组
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利用CE以最短的交货期、最好的质量、 最低的成本在市场竞争中赢得客户。
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国外研究概况 (3)
• ⑷食品生产商Nabisco计划将组装生产线
进行拟实化，以便培训人员去维护和维修
生产线。 • ⑸摩托罗拉自1994年起使用虚拟技术开发 产品，据报道，该项技术节约了该公司数 百万美元的培训费用。
• ⑹波音公司用虚拟原型技术在计算机上建
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竞争优势创建技术
• 竞争优势创建技术是从产品的工作特性和功能 目标出发，在特定技术、经济和社会等具体条 件下，根据相邻学科的原理，创造性地设计产 品，并使它在技术及经济上达到最佳水平。 • 重点研究设计思维、功能目标评价、设计决策 技术、新的设计理论与方法、CAD和集成化、 智能化。
虚拟使用、操作工具
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增强现实技术 (Augment Reality)
• 增强现实技术是一种“虚实结合”的人机交互 技术，是“看穿(see-through) ”计算机生成
显示技术。由于计算机图像(虚体)被叠加在实
物(实体)之上，用户看到了物理世界与虚拟世 界的混合体。比如，轿车整车装配时，车身是 计算机产生的图像，而车架、装配环境则是实 物，用户可以操作车身，使之逼真地安放在真
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并行设计的内容（2）
• 产品开发队伍重构：将传统的以功能部门 为主线的产品设计，改变以产品为主线， 组织多功能集成产品开发团队，进行产品 并行开发。
• 协同工作环境：利用多煤体、网络等技术， 组建协调工作环境，支持并行设计。
• 并行设计技术实际上是一门涉及多个领域 的交叉学科，内容极为丰富。
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全寿命周期设计过程框图
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Product Lifecycle 8 Transformation for the Digital Economy 2
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最引人注目的设计技术