第二章2先进制造系统
先进制造技术-先进制造技术包括哪些内容
CIRP的定义：“制造系统是制造业中形成制造生产的 有机整体，在机电工程生产中，制造系统具有设计、生产、 发运和销售的一体化功能”。
（3）制造技术(ManufacturingБайду номын сангаасTechnology) 制造技术则 是按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工 具，使原材料转变为产品的技术总称。也可以说是完成制造 活动所需的一切手段的总和。
2021/8/11
第一章 绪论
学习目标：通过本章的学习，应对制造业的发展进程有一个初步的了解。
对先进制造技术的特点、发展历程、现状及其今后的发展趋势有所认识。
第一节 制造业的发展概况
一、概念 （1）制造(Manufacturing) 制造是一种将物料、能量、资金、 人力资源、信息等有关资源，按照社会的需求转变为新的、有更 高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源的行为 和过程。 国际生产工程研究学会(CIRP)的定义：“制造是一个涉及制造工 业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经 营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称”。 （2）制造系统(Manufacturing System) 制造过程及其所涉及 的硬件（包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置）以 及有关的软件（包括制造理论、制造工艺、制造方法和制造信息 等)，组成了一个具有特定功能的有机整体，称为制造系统。
2021/8/11
先进制造技术 目录
第一章 绪论 第二章 先进设计技术 第三章 先进制造工艺技术 第四章 制造自动化技术 第五章 先进制造模式 第六章 先进管理技术
2021/8/11
课程总体简介
课程简介
本书是根据现阶段模具、数控专业培养方案的指导思想 和最新的教学计划编写的。
《智能制造概论》习题答案
《智能制造概论》习题答案第一章智能制造及发展 (2)第二章先进制造技术 (4)第三章智能制造系统 (9)第四章智能制造自动化 (11)第五章智能制造关键技术 (14)第一章智能制造及发展1.什么是制造？什么是制造技术，什么是制造系统？1）狭义制造指的是机械加工和装配；广义制造指的是机电产品寿命周期的各个环节，涉及制造业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
2）制造技术是指根据人们所需的产品，运用知识和技能，利用工具将原材料转化为产品过程中所需的一切技术手段的总和；是将研发、发明与发现等成果转化为实际应用的接口和桥梁，是提高企业产品竞争力的根本保证。
3）制造系统是在制造过程中所涉及的硬件以及软件所组成的具有特定功能的有机整体，具有设计、生产、发运和销售的一体化功能。
硬件包括人员、生产设备、工具和材料、能源及各种辅助装置；软件包括制造理论、制造工艺和方法、各种制造信息等。
2.制造业发展经历了哪几个阶段？制造业的发展大致经历了以下三个阶段：1）机器代替手工，从作坊形成工厂；2）从单件生产方式发展成大量生产方式；3）柔性化、集成化、网络化和智能化的现代制造技术。
3.谈谈你对先进制造技术的认识。
略4.什么是智能制造？实施智能制造的目标是什么？1）面向产品的全生命周期，以新一代信息技术为基础，以制造系统为载体，在其关键环节或过程，具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，能动态地适应制造环境的变化，从而实现某些优化目标。
2）满足客户的个性化定制需求、实现复杂零件的高品质制造、保证高效率的同时，实现可持续制造、创造产品新价值，拓展价值链5.美国工业互联网包括哪几个要素？各有什么含义？美国工业互联网主要包括三大要素，即智能机器、高级分析、工作人员。
智能机器是现实世界中的机器、设备、设施、系统及网络，通过连接、集成构成系统；高级分析是使用基于物理的分析法、预测算法、关键学科积累的专业知识来理解机器和大型系统运作方式的一种方法；并通过建立各种工作场所的人员之间的实时连接，为更加智能的设计、操作、维护以及高质量的服务提供支持与安全保障。
先进制造技术2-4
在医疗方面，三维生物组织培养技术不断突破， 人体各种器官将能得到复制，会大大延长人类 的生命。 在生物加工方面，通过生物方法制造纳米颗粒、 纳米功能涂层、纳米微管、特殊结构的功能材 料、微器件、微动力、微传感器、微系统等。
2.7 绿色制造
2.7.1绿色制造产生概念 2.7.2绿色制造的体系结构 2.7.3绿色制造的技术组成及相关技术 2.7.4案例
（5）生物遗传制造
依靠生物DNA的自我复制实现生物遗传制造， 即利用转基因实现一定几何形状、各几何形状 位置不同的物理力学性能、生物材料和非生物 材料的有机结合，这是交叉性前沿课题。 加拿大魁北克一家生物技术公司的研究人员 将生产蛛丝的基因转移到新西兰小山羊的体内， 这些山羊每升奶可以生产2-15克的蛛丝。这家 公司在美国纽约州的普拉茨堡和魁北克的圣·泰 莱斯福尔都有养殖基地，公司希望每年可以生 产5吨蛛丝。
绿色制造的内涵
绿色制造强调:必须从源头开始对环境进行主动的保护， 绿色制造强调:必须从源头开始对环境进行主动的保护， 而不是在环境遭到破坏后再被动地进行治理。 而不是在环境遭到破坏后再被动地进行治理。 传统的制造模式是一个开环系统，即原料--生产--使 传统的制造模式是一个开环系统，即原料--生产--使 --生产---报废 在原来的生产模式中增加一个"拆卸、 报废， 用--报废，在原来的生产模式中增加一个"拆卸、回收 环节就成为闭式循环的生产模式，尽量做到从设计、 "环节就成为闭式循环的生产模式，尽量做到从设计、 制造、 制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境 影响最小，资源效率最高; 影响最小，资源效率最高; 要在产品整个生命周期内， 要在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产 品环境属性，改变了原来末端处理的环境保护办法， 品环境属性，改变了原来末端处理的环境保护办法， 对环境保护从源头抓起，并考虑产品的基本属性， 对环境保护从源头抓起，并考虑产品的基本属性，使 产品在满足环境目标要求的同时， 产品在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基 本性能、使用寿命、质量等。 本性能、使用寿命、质量等。
先进制造系统一、二章要点
先进制造系统1・2章要点1、制造：1990年国际生产工程学会定义“制造是一个涉及制造企业的产品设计，物料选择，生产计划，生产过程，质量保证，经营管理，市场销售和服务的一系列相关活动的总称。
2、狭义制造：制造的原义是“手工业”，在20世纪50年代之前指机械制造，既小制造。
3、广义制造：是指产品全生命周期的过程。
4、广义制造的三个特点分别是：全过程(设计一一再制造)、大范围、高技术；5、制造与加工的区别？答：(1 )、制造：原指通过人工或机器使原材料变为可供使用的物品。
现指产品的全生命周期过程的全部活动；(2)、加工：是指把原材料变成产品的直接物理过程。
(3)、从狭义制造的含义可知，制造包含加工和装配，加工是制造中的关键活动之一。
加工系统是制造系统中一个主要的子系统。
6、什么是制造与生产？二者的区别？答：制造：原指通过人工或机器使原材料变为可供使用的物品。
现指产品的全生命周期过程的全部活动。
生产：原指人们使用工具来创造各种生产资料和生活资料的活动，现指把各种生产要素的输入转变为产品的输出过程。
生产过程四要素：生产对象、生产劳动、生产资料、生产信息；制造与生产的区别；制造与生产一直没有严格的界定，中英文也含混不清，但从广义制造的概念上，制造包含生产，生产系统是制造系统的一个子系统。
当采用狭义制造概念时，制造是指加工与装配，是生产系统的一个组成部分；制造系统是一个生产单元。
从词语的使用范围来看，生产系统在使用范围上比制造系统大。
因为制造系统是相对于制造企业而言，而生产是相对所有企业而言的，包插制造业和服务业。
总之，因为制造较多的被用于工程技术领域，生产通常被用于经济管理领域。
二者的区别应根据具体场合去判断其含义。
7、我国制造业而对的问题和挑战？(论述题)答：(1 )、我国是制造大国，但不是制造强国；(2 )、劳动生产率及工业增加值率低；(3 )、技术创新能力比较薄弱；(4 )、企业体制的不适应；(5 )、经营理念的不适应；a生产计划对变化不能及时响应；b、采购、库存与生产配合不密切；c、生产管理手段的不适应，管理落后；d、组织结构的不适应，庞大、臃肿，不是以人、技术为中心；(6)、决策者能力、信息不及时等。
(完整版)先进制造技术习题答案
第一章制造业与先进制造技术1-1 叙述制造、制造系统、制造业、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。
制造：把原材料加工成适用的产品。
制造系统：制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品（含半成品）的有机整体，称为制造系统。
制造系统还有以下三方面的定义：制造系统的结构定义；制造系统的功能定义；制造系统的过程定义。
制造业：是将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供人们使用与利用的工业品与生活消费品的行业。
它涉及到国民经济的许多部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。
制造技术：是完成制造活动所需的一切手段的总和，制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。
狭义制造是产品的机械工艺过程或机械加工过程。
广义制造与狭义制造相比，制造的概念和内涵在范围和过程两方面大大拓展。
在范围方面，制造涉及的工业领域远非局限于机械制造，而是涉及机械、电子、化工、轻工、食品、军工等国民经济的大量行业。
在过程发面，广义制造不仅指集体的工艺过程，而是指包括市场分析、产品设计、计划控制、生产工艺过程、装配检验、销售服务和管理等产品整个生命周期的全过程。
1-2 试简述制造技术的发展历程。
制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。
纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是技术的推动及市场的牵引。
人类科学技术的每次革命，必然引起制造技术的不断发展，也推动了制造业的发展。
另一方面，随着人类的不断进步，人类的需求不断变化，因而从另一方面推动了制造业的不断发展，促进了制造技术的不断进步。
两百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“少品种大批量的规模生产——多品种小批量生产——个性化弹性批量生产；在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集——设备与资金密集——信息密集——知识密集”的方向发展，与之相适应，制造业的资源配置沿着“手工——机械化——单机自动化——刚性流水自动化——柔性自动化——智能自动化”的方向发展。
先进制造技术(第3版)习题参考答案
思考题第一章1．说明制造、制造系统与制造业概念，比较广义制造与狭义制造的区别。
答：制造（manufacturing）是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。
制造系统是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。
制造业是指以制造技术为主导技术进行产品制造的行业。
广义制造与狭义制造的区别：狭义的制造，是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程；而广义的制造，则包含市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。
2．制造业在国民经济中的地位与作用如何?答：（1）人们的物质消费水平的提高，有赖于制造技术和制造业的发展。
（2）制造业是实现经济增长的物质保证。
（3）提高制造技术是影响发展对外贸易的关键因素。
（4）制造业是加强农业基础地位的物质保障，是支持服务业更快发展的重要条件。
（5）制造业是加快信息产业发展的物质基础。
（6）制造业是加快农业劳动力转移和就业的重要途径。
（7）制造业是加快发展科学技术和教育事业的重要物质支撑，它不仅为科技发展和教育发展提供经费支持，还为研究开发提供许多重要的研究方向与课题及先进的实验装备。
（8）制造业也是实现军事现代化和保障国家基本安全的基本条件。
3．先进制造技术是在什么样的背景之下产生与发展起来的。
答：1．社会经济发展背景近20多年来，市场环境发生了巨大的变化，一方面表现为消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，消费行为更具有选择性，产品的生命周期缩短，产品的质量和性能至关重要；另一方面全球性产业结构调整步伐加快，制造商着眼于全球市场激烈竞争的同时，着力于实力与信誉基础上的合作和协作。
制造业的核心要素是质量、成本和生产率。
先进制造技术02章节
2. 光栅扫描法
对于任一层片，先沿Y方向扫描固化，再沿X方向扫描固化。 研究表明，固化期间扭曲变形的程度与零件内部未固化树脂所占体积有关。 光栅扫描的基本思想是尽可能地减少零件内部的未固化树脂。
第二章 加工域活动中的先进工艺
3. STAR-WEAVE扫描法
这种扫描法的扫描路线为分形曲线，故又称为分形扫描路径。 当分形曲线的维数为2时，曲线可充满平面，生成非自交、简单且自相似的 结构，具有递归性，易于计算机处理。 分形扫描路径都是小折线，扫描方向在不断改变，使得刚刚烧过的部分沿扫 描方向能够自由收缩。所以零件内部应力较小，变形也小。
优点：
SLA工艺 的特点
由于紫外激光波长短，可以得到很小的 聚焦光斑，从而得到较高的尺寸精度。 缺点： 有时需要辅助支撑结构；翘曲变形大； 成本较高；材料有污染。
第二章 加工域活动中的先进工艺
第二章 加工域活动中的先进工艺
第二章 加工域活动中的先进工艺
2. 选择性激光烧结（selective laser sintering, SLS）
第二章 加工域活动中的先进工艺
③LEAF格式 LEAF（layer exchange ASCII format）格式采用二叉树形式表示整个实体模 型的分层 。基于CSG（Constructive Solid Geometry ）模型的切片几乎都能直接 在LEAF中表达，但该数据格式十分复杂。
④SLC格式 SLC（stereo lithography contour）是一个二维半的实体轮廓模型，由Z方向 上一系列逐步上升的横截面组成。SLC算法比较复杂，所需时间长。
SLS技术是C.R.Deckard于1989年研制成功，1992年由DTM公司推出商品化 产品。SLS原理与SLA十分相似，其主要区别是SLS使用的是粉末状的材料。 目前，可用于SLS技术的材料有四类：金属类、陶瓷类、塑料类和复合材料 类。 SLS采用二氧化碳类红外激光对已预热（或未预热）的粉末一层层地扫描加 热，使其达到烧结温度，最后烧结出由金属或塑料制成的立体结构。
先进制造技术与系统
降低制造成本
通过优化生产流程、减少浪费 等方式，降低制造成本，提高 企业盈利能力。
增强企业竞争力
通过快速响应市场需求、个性 化定制等方式，增强企业的市 场竞争力。
应用领域举例
航空航天
先进制造技术在航空航天领域的应用主要体现在高精度加 工、复合材料制造等方面，如飞机发动机叶片的加工、航 空座椅的制造等。
协作机器人技术
协作机器人具有安全、易用和灵活的特点，能够与人协同作业，提 高生产灵活性。
机器人智能感知与决策
通过搭载传感器和智能算法，机器人能够实现对周围环境的感知和 自主决策，提高生产智能化水平。
04 智能制造发展趋势预测
数字化双胞胎概念引入
01 02
数字化双胞胎定义
利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、 多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应 的实体装备的全生命周期过程。
人才短缺问题突出
高素质、高技能人才的短缺制约了先 进制造技术的快速发展和应用。
智能化水平有待化和 智能化水平。
未来发展趋势预测及建议
趋势一
数字化与网络化融合：随着互联网、大数据等技术的不断发展，先进制造技术将实现数字 化与网络化的深度融合，推动制造业向智能化、服务化转型。
电子信息
先进制造技术在电子信息领域的应用主要体现在微型化、 高精度加工等方面，如手机零部件的加工、集成电路的制 造等。
汽车制造
先进制造技术在汽车制造领域的应用主要体现在柔性化生 产、智能制造等方面，如汽车车身的焊接、涂装等自动化 生产线。
生物医疗
先进制造技术在生物医疗领域的应用主要体现在医疗器械 的制造、生物材料的加工等方面，如人工关节的制造、生 物芯片的加工等。
先进制造技术知识点总结
第一章概述1、先进制造技术的特点：先进性、广泛性、实用性、集成性、系统性、动态性。
2、先进制造技术分为三个技术群：主体技术群、支撑技术群、制造技术环境。
3、主体技术：面向制造的设计技术群（1）产品、工艺设计（2）快速成形技术（3）并行工程制造工艺技术群：（1）材料生产工艺（2）加工工艺（3）连接与装配（4）测试和检测（5）环保技术（6）维修技术（7）其他支撑技术：（1）信息技术（2）标准和框架（3）机床和工具技术（4）传感器和控制技术4、先进制造技术研究的四大领域：（1）现代设计技术（2）先进制造工艺技术（3）制造自动化技术（4）系统管理技术4、美国的先进制造技术发展概况 P10美国先进制造技术发展概况：美国政府在 20 世纪 90 年代初提出了一系列制造业的振兴计划，其中包括“先进制造技术计划”和“制造技术中心计划”。
先进制造技术计划美国的发展目标：1、为美国人创造更过高技术、高工资的就业机会，促进美国经济增长。
2、不断提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境。
3、使美国的私人制造业在世界市场上更具有竞争力，保持美国的竞争地位。
4、使教育系统对每位学生进行更有挑战性的教育。
5、鼓励科技界把确保国家安全以及提高全民生活质量作为核心目标三个重点领域的研究：1、成为下一代的“智能”制造系统2、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具3、基础设施建设第二章柔性制造系统（FMS）技术1、柔性制造系统（FMS）的特点：（1）主要特点：柔性和自动化（2）设备利用率高，占地面积小（3）减少直接劳动工人数（4）产品质量高而稳定（5）减少在制品库存量（6）投资高、风险大，开发周期长，管理水平要求高2、FMS与传统的单一品种自动生产线（即刚性自动生产线，其物流设备和加工工艺是相对固定的，只能加工一个零件，或加工几个相互类似的零件）缺点：改变加工产品的品种，刚性自动线做较大改动，投资和时间方面耗资大，难以男足市场要求。
先进制造技术 第2章 高速切削技术2-1
萨洛蒙在l924一1931年间，进行了一系列的高速切削实验： 在非黑色金属材料，如铝、铜和青铜上，用特大直径的刀 盘进行锯切，最高实验的切削速度曾达到14000m／min， 在各种进给速度下，使用了多达20齿的螺旋铣刀。l931年 申请了“超极限速度”专利，随后卖给了“Krupp钢与工 具制造厂”。 萨洛蒙和他的研究室实际上完成了大部分有色金属的切削 试验研究，并且推断出铸铁材料和钢材的相关曲线。 萨洛蒙理论提出了一个描述切削条件的区域或者是范围， 在这个区域内是不能进行切削的。萨洛蒙没有提出可靠的 理论解释，而且他的许多实验细节也没有人知道。
刀具磨损曲线
三、高速切削切屑形成
高速切削试验表明，工件材料及 性能对切屑形态 有决定性影响。
低硬度和高热物理性能的工件材料（铝合金、低碳钢、未 淬硬钢等）易形成连续带状切屑。 高硬度和低热物理性能的工件材料（钛合金钢、未淬硬钢 等）易形成锯齿状切屑。
切削速度对切屑形态有重要影响。对钛合金，在 （1.5~4800)m/min的切削速度范围内形成锯齿状 切屑，随切削速度的增加，锯齿程度（锯齿的齿 距）在增加，直至成为分离的单元切屑。
不同切削速度下车削45钢件的切削形态。
一方面，切削速度增加，应变速度加大，导致脆 性增加，易于形成锯齿状切屑；另一方面，切削 速度增加，切屑温度增加，导致脆性降低，不易 形成锯齿状切屑；
绝热剪切理论（Adiabatic Shear Theory) 周期脆性断裂理论（Periodic brittle fracture theoty）
萨洛蒙（Salomon）曲线
1600
切削温度/℃
钢
1200
青铜
铸铁 硬质合金980℃ Stelite合金850℃ 高速钢650℃ 碳素工具钢450℃
先进制造技术教案
先进制造技术教案一、课程简介章节：第一章先进制造技术概述教学目标：1. 让学生了解先进制造技术的概念和发展历程。
2. 使学生掌握先进制造技术的主要特点和应用领域。
3. 培养学生对先进制造技术的兴趣和认识。
教学内容：1. 先进制造技术的定义和发展历程。
2. 先进制造技术的主要特点。
3. 先进制造技术的应用领域。
教学方法：1. 采用讲授法，讲解先进制造技术的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析先进制造技术在实际应用中的例子。
3. 采用小组讨论法，让学生分组讨论先进制造技术的特点和应用领域。
教学评估：1. 课堂问答，检查学生对先进制造技术概念的理解。
2. 小组报告，评估学生对先进制造技术特点和应用领域的掌握。
3. 课后作业，检验学生对课堂内容的复习和巩固。
二、教学内容章节：第二章计算机辅助设计（CAD）教学目标：1. 让学生了解计算机辅助设计（CAD）的概念和原理。
2. 使学生掌握计算机辅助设计（CAD）的基本操作和技巧。
3. 培养学生运用计算机辅助设计（CAD）解决实际问题的能力。
教学内容：1. 计算机辅助设计（CAD）的概念和原理。
2. 计算机辅助设计（CAD）的基本操作和技巧。
3. 计算机辅助设计（CAD）在工程设计中的应用实例。
教学方法：1. 采用讲授法，讲解计算机辅助设计（CAD）的概念和原理。
2. 采用操作演示法，展示计算机辅助设计（CAD）的基本操作和技巧。
3. 采用案例分析法，分析计算机辅助设计（CAD）在实际工程设计中的应用实例。
教学评估：1. 课堂问答，检查学生对计算机辅助设计（CAD）概念的理解。
2. 操作练习，评估学生对计算机辅助设计（CAD）基本操作和技巧的掌握。
3. 课后作业，检验学生对课堂内容的复习和巩固。
三、教学内容章节：第三章计算机辅助制造（CAM）教学目标：1. 让学生了解计算机辅助制造（CAM）的概念和原理。
2. 使学生掌握计算机辅助制造（CAM）的基本操作和技巧。
第二章 先进制造工艺技术
第二章先进制造工艺技术2-1 有哪几类的零件成形方法？列举这些成形方法各自工艺内容。
答：1）受迫成形，它是利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下的成形方法，如铸造、锻压、粉末冶金和高分子材料注射成形等工艺方法。
2）去除成形，是将一部分材料有序地从基体中分离出去的成形方法，如传统的车、铣、刨、磨切削加工以及电火花、激光切割等特种加工工艺方法。
3）堆积成形，是运用合并与连接等手段，将材料有序地合并堆积起来的成形方法，如快速原型制造、焊接等，这种成形方法又称添加成形。
2-2 什么是超塑性？目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？答：超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和为外部环境件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的伸长率现象。
超塑性成形工艺包括超塑性等温模锻、挤压、气压成形、真空成形、模压成形等，主要的两种工艺为等温模锻和气压成形。
2-3 目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些先进技术？答：以组合惰性气体为特征的气辅成形、微发泡成形等；以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、注射压制成形、表面贴合成形等；以组合模具等移动或加热过程为特征的自切浇口成形、模具滑合成形、热流道模具成形等；以组合取向或延伸过程为特征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。
2-4 在怎样的速度范围下进行加工属于高速加工？分析高速切削加工所需解决的关键技术。
答：不同的材料高速切削速度的范围不同，常用的材料如铝合金为1000~7000m/min，铜为900~5000m/min，钢为500~2000m/min，灰铸铁为800~3000m/min，钛为100~1000m/min。
关键技术：1、高速主轴2、快速进给系统3、高性能的CNC控制系统4、先进的机床结构5、高速切削的刀具系统2-5 叙述微机械的基本特征，目前有哪些微细加工工艺方法？答：基本特征：1、体积小，精度高，重量轻2、性能稳定，可靠性高3、能耗低，灵敏度和工作效率高4、多功能和智能化5、适用于大批量生产，制造成本低工艺方法：1、超微机械加工2、光刻加工3、体刻蚀加工4、面刻蚀加工5、LIGA技术6、封接技术7、分子装配技术。
先进制造系统
第一章先进制造系统概论1.制造的定义狭义制造又称“小制造”，是指产品的制作过程。
制造是使原材料在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程广义制造又称“大制造”或“现代制造”，是指产品的全生命周期过程。
2. 制造业的内涵制造业是所有与制造有关的企业生产机构的总体。
是对原材料加工或再加工以及对零部件装配工业的总称。
3. 我国制造业的问题1.制造系统问题1）劳动生产率及工业增加值率低2）低水平生产能力严重过剩，高水平生产能力不足3）技术创新能力十分薄弱4）制造业的结构不尽合理2.制造模式问题（1）企业体制的不适应。
（2）经营理念的不适应。
（3）生产管理手段的不适应。
（4）企业组织结构的不适应3.制造技术问题1）设计技术。
我国具有自主知识产权的原创性技术极少；设计基础数据缺乏；用CAD技术开展创造性设计的工作较少。
2）制造工艺与装备。
我国优质、高效、低耗工艺的普及率不足10%；只有较少企业开始采用先进加工技术。
3）制造过程自动化。
我国企业仍处于单机自动化、刚性自动化阶段；采用柔性自动化技术、机器人技术的企业极少。
4. 制造业产品的分类（1）按产品的宏观用途分1) 生活资料2) 生产资料（2）按产品的构成形态分1）离散式产品2）流程式产品3）混合式产品5. 产品市场生命周期是指一个产品从进入市场到退出市场的过程。
⑴投入期⑵成长期⑶成熟期⑷退让期6. 产品全生命周期的概念（1）产品计划（2）产品设计（3）产品生产（4）产品销售（5）产品使用（6）产品报废7. 先进制造系统的定义先进制造系统是在时间、质量、成本、服务和环境诸方面很好地满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好社会效益，达到整体最优的制造系统。
8. 先进制造系统的特点时间第一满意质量分集并存以人为本扁平组织柔性更高模块拼合关注环境9. 制造模式的影响因素社会生产力的水平AMT的应用市场需求的变化社会需求的变化第二章先进制造系统的基本原理10.制造系统的分类1)按生产计划分自主式制造系统订单式制造系统2)按层次结构分单元级制造系统车间级制造系统企业级制造系统全球级制造系统11.单元级制造系统的三运动流及其子系统物料流信息流能量流物质系统信息系统能量系统12.企业级制造系统的四运动流及其子系统物料流信息流资金流劳务流物流系统信息系统财务系统人事系统13.AMS的基本特征转换性分解性集成性动态性进化性随机性开放性复杂性对比系统的特征集合性层次性有界性相关性整体性目的性环境适应性生物性14.AMS的决策因素时间质量服务成本环境15.制造系统的生命周期概念：制造系统的生命周期是从提出建立或改进制造系统开始，到它脱离运行并被新系统代替而结束所经历的时间。
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
制造业智能化生产管理解决方案
制造业智能化生产管理解决方案第一章智能化生产管理概述 (3)1.1 智能化生产管理概念 (3)1.2 智能化生产管理发展历程 (3)1.3 智能化生产管理的重要性 (3)第二章智能制造系统架构 (4)2.1 智能制造系统组成 (4)2.1.1 信息采集层 (4)2.1.2 数据处理与分析层 (4)2.1.3 控制与优化层 (4)2.1.4 交互与集成层 (4)2.2 智能制造系统关键技术 (4)2.2.1 工业大数据技术 (4)2.2.2 工业物联网技术 (5)2.2.3 工业人工智能技术 (5)2.2.4 数字孪生技术 (5)2.3 智能制造系统实施策略 (5)2.3.1 制定明确的战略规划 (5)2.3.2 优化生产流程 (5)2.3.3 建立完善的数据体系 (5)2.3.4 加强人才队伍建设 (5)2.3.5 深化产业链协同 (5)2.3.6 保障信息安全 (5)第三章生产计划与调度管理 (6)3.1 生产计划编制与优化 (6)3.2 生产调度策略与实施 (6)3.3 生产计划与调度的智能化手段 (7)第四章设备管理与维护 (7)4.1 设备管理与维护策略 (7)4.2 设备状态监测与故障诊断 (8)4.3 设备维护的智能化应用 (8)第五章质量管理与控制 (8)5.1 质量管理体系建设 (8)5.2 质量数据采集与分析 (9)5.3 质量问题的智能化解决方法 (9)第六章物料与库存管理 (10)6.1 物料采购与供应管理 (10)6.1.1 采购计划的制定 (10)6.1.2 供应商选择与管理 (10)6.1.3 采购合同管理 (10)6.2 库存控制策略 (11)6.2.1 库存分类管理 (11)6.2.3 库存预警机制 (11)6.3 物料与库存的智能化管理 (11)6.3.1 物料需求预测 (11)6.3.2 供应链协同管理 (11)6.3.3 智能仓库管理 (11)6.3.4 物料追溯与质量控制 (12)第七章能源管理与节能减排 (12)7.1 能源消耗监测与分析 (12)7.1.1 能源消耗监测方法 (12)7.1.2 能源消耗数据分析 (12)7.1.3 能源消耗优化策略 (12)7.2 节能减排技术与应用 (12)7.2.1 节能技术 (13)7.2.2 减排技术 (13)7.2.3 节能减排技术应用案例 (13)7.3 能源管理的智能化手段 (13)7.3.1 能源管理系统 (13)7.3.2 大数据技术 (13)7.3.3 人工智能技术 (13)7.3.4 互联网技术 (14)第八章供应链协同管理 (14)8.1 供应链管理策略 (14)8.2 供应链协同技术 (14)8.3 供应链协同的智能化应用 (15)第九章生产过程优化与智能制造 (15)9.1 生产过程优化方法 (15)9.2 智能制造技术在生产过程中的应用 (16)9.3 生产过程优化与智能制造的实施步骤 (16)第十章智能化生产管理实施策略与案例 (16)10.1 智能化生产管理实施策略 (16)10.1.1 制定明确的战略目标 (16)10.1.2 优化生产流程 (16)10.1.3 强化数据驱动 (17)10.1.4 建立智能化团队 (17)10.1.5 逐步推进实施 (17)10.2 智能化生产管理成功案例 (17)10.2.1 某汽车制造企业智能化生产管理案例 (17)10.2.2 某电子制造企业智能化生产管理案例 (17)10.3 智能化生产管理的发展趋势与展望 (17)10.3.1 网络化协同 (17)10.3.2 个性化定制 (17)10.3.3 数字孪生技术 (17)10.3.4 人工智能应用 (18)第一章智能化生产管理概述1.1 智能化生产管理概念智能化生产管理是指在制造业中，利用先进的信息技术、自动化技术、网络技术和人工智能技术，对生产过程进行实时监控、优化调度和智能化决策的一种新型生产管理模式。
先进制造系统
第一章先进制造系统总论制造（manufacturing）有广义与狭义之分。
狭义的制造（小制造）指的是产品的制作过程。
英文的制造解释为通过体力或机器制作产品，特别是适用于大批量（Making of articles by physical labor or machinery,especially on a large scale）。
广义的制造（大制造或现代制造）指的是产品的全生命周期过程。
广义制造包含四个过程：1概念过程（产品设计，工艺设计，生产计划）；2物理过程（加工，装配）；3物质（原材料，毛坯，产品）；4产品报废与再制造过程。
广义制造的三个特点：1全过程2大范围3高技术。
制造，加工与生产辨析。
产品市场生命周期，产品是制造系统的输出。
产品市场生命周期是指一个产品从进入市场到退出市场的全过程，分为四个阶段。
分别为投入期，成长期，成熟期，衰退期。
成长期分为试销期，初步稳定期，失望期，成长后期。
产品全生命周期是指一个产品从构思到出生，从报废到再生的全过程。
也成为产品自然生命周期，分为六个阶段：产品计划，产品设计，产品制造，产品销售，产品使用，产品报销（处理和再制造）。
产品开发包括产品计划，产品设计，产品试制。
产品市场包括产品销售，产品使用，产品报销。
系统的定义：具有特定功能的，有若干仙湖联系的要素组成的一个整体。
系统的特性有：1集合性2层次性3有界性4相关性5整体性6目的性7环境适应性8生物性。
制造系统（Manufacturing System）：由制造过程所涉及的人员，硬件和软件等构成的，通过资源转换以最大生产率而增值的，经历产品全生命周期的一个有机整体。
先进制造系统（Advanced Manufacturing System）：指在时间，质量，成本，服务和环境诸多方面，能够很好地满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好的社会效益，达到整体最优的制造系统。
先进制造技术第2章第3节2可靠性
可靠性工程的重要性主要表现在三个方面：
高科技的需要 经济效益的需要 政治声誉的需要
总之，无论是人民群众的生活，国民经济建设的需要出发， 还是从国防、科研的需要出发，研究可靠性问题是具有深 远的现实意义。
高科技的需要
现代科技迅速发展导致各个领域里的各种设
把应力s值在它一切可能值的范围内进行积分
P(c s) 0 f (s)g(s)ds 0 [0 f (c)dc]g(s)ds
当f (c) 和g(s)服从指数分布或正态分布时，
计算量不是很大。
三、系统可靠性预计和分配
系统可靠性预计和分配是可靠性设计的 重要任务之一，它在系统设计的各阶段(如 方案论证、初步设计及详细设计阶段)要反复进 行多次。
0
可靠性指标
(3)
平均寿命是指产品从投入运行到发生故障的平均 工作时间,θ。对于不维修产品又称失效前平均时 间MTTF(Mean time to failure)，
1 N
N
ti
i 1
失效率曲线
λ(t) 失效率
使用寿命 A
偶然失效期 早期失效期
B 规定的失效率
t时间 耗损失效期
失效曲线分析
“浴盆曲线”。 (a)早期故障期：产品早期故障反映了设
致整个系统故障的系统称串联系统。它属于非贮 备可靠性模型，其逻辑框图如图所示。
1
23
……
n
系统可靠性模型(串联模型)
根据串联系统的定义及逻辑框图，其数学模型为：
n
Rs (t) Ri (t)
i 1
式中 Rs (t)——系统的可靠度； Ri (t)——第i个单元的可靠度。
系统可靠性模型(串联模型)
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常用的建模方法有贝塞尔(Beizer)曲面技术和B样条 (B－spline)曲面技术。表面模型能求解两个形体的 交线、消除隐藏线等，但无法定义厚度及内部几何 体，故无法生成形体的剖面图以及进行物性的计算。
• 实体建模：能完整表示三维的几何信息和拓扑信息
常用的实体造型方法有“边界表示”(Boundary
目的：支持异构、跨平台的工作环境。如： IGES（Initial Graghical Exchange System)图形交 换标准； STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)产品数据模型交换标准。
• CAD与虚拟现实（VR）技术的集成 VR向设计者提供视觉、听觉、触觉等直观、自然、 实时的感知，目前VR所需软硬件价格昂贵，技术
程师首创。
70年代末，价值工程技术引入我国。
2.3.4 反求工程
产品开发的两种模式：
1、从市场需求出发，从无到有(正向工程)： 市场分析→概念设计→结构设计→加工制造→装配检验 2、从已有产品出发，从有到新(反求工程)： 已有产品→实物测量→重构模型→创新改进→加工制造
反求工程定义： •反求工程(Reverse Engineering,RE),也称逆向工程、 反向工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测 量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD 模型的过程,是一个从样品生成产品数字化信息模型,并 在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。
技术先进原则 采用新技术，使产品具有市场竞争力；
生态经济效益最佳原则 同时考虑经济效益和环境效益。
绿色设计的原则
绿色设计顺应历史发展趋势，强调资源有效利用， 减少废弃物排放，追求产品生命周期中对环境污染最小化， 对生态环境无害化，将成为人类实现可持续发展的有效手 段。
本章小结
• 从系统工程的观点分析，现代设计技术是一个由时 间维、逻辑维和方法维共同组成的三维系统； • 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； • CAD技术经历了萌芽期、成长期、发展期、普及期 ，现已进入CAD与其它信息技术集成的年代； • 介绍了应用较为广泛、相对比较成熟的几种产品设 计计算方法，包括：优化设计、可靠性设计、价值工 程、反求工程和绿色设计。
2.1.1 现代设计技术的内涵与特点
设计技术
传统设计 技术 现代设计 技术 设计过程中解决具体
传统设计技术的继承和发展，多专业和 多学科交叉，综合性技术。
现代设计技术的定义
时间维
施工设计 技术设计 方案设计
产品规划 可靠性设计 模块化设计 优化设计
…
4) 特征造型 所谓特征，就是描述产品信息的集合，也是构成零、部件 设计与制造的基本几何体，它既反映了零件的几何信息，又反 映了零件的加工工艺信息。常用的零件特征包括：形状特征、
精度特征、技术特征、材料特征、装配特征等。与实体模型相
比较，特征造型能更好地表达统一、完整的产品信息；能更好 地体现设计意图，使产品模型便于理解和组织生产；有助于加
1) 线框模型：以顶点和棱边描述三维形体，为两表
结构；
这种模型曾广泛应用于 工厂或车间布局、三
视图生成、运动机构的模拟和有限元网络的自动
生成等方面，但它无法产生剖面图、消除隐藏线 以及求解两个形体间的交线，也无法根据线框模 型进行物性计算和数控加工指令的编制等作业。
1)表面模型：以表面描述形体方法，为三表结构； 表面模型的数据结构在线框模型的基础上，增加 了有关面的信息和棱边的连接方向等内容。表面 造型又分为“多边平面造型”和“曲面造型”两 种。多边平面造型只能构建平面主体，描述能力 不强，故较少采用。曲面造型可以用于构建具有 复杂自由曲面和雕塑曲面的物体模型，因此广泛 应用于汽车、飞机、船舶等制造工业中。
强产品设计、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。
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；
课堂作业
• • • • • 1、先进制造技术的特征？ 2、先进制造技术的分类？ 3、CAD技术的起源及其包含的内容？ 4、CAD的关键技术（5点）？ 5、CAD技术的研究热点（5点）？
§2.3.3 价值工程
1 价值工程的发展与特征
价值工程（Value Engineering，VE）是一门管理
及设计技术，它以产品的功能分析为核心，以科学的 分析方法为工具，寻求功能与成本的最佳组合以获得 最佳的产品价值。 20世纪40年代由美国通用电气公司es工
开发难度大
• 计算机安全 技术保密，防病毒感染
2.3.1 优化设计
优化设计是20世纪60年代发展起来的一门新 的学科，它是最优化技术和计算机技术在设计领 域应用的结果。 要实现问题的优化必须具备两个条件：一是 存在一个优化目标；另一个是具有多个方案可供 选择。
优化问题的分类 • 按目标函数数量：单目标优化和多目标优化 • 按设计变量数量(n)： n=2-10 小型优化 n=10-50 中型优化 n>50 大型优化 • 按约束条件： 无约束优化和有约束优化； • 求解方法： 准则法、数学规划法 线性规划、非线性规划和动态规划。
分 析
综 合
评 价
决 策
逻辑维
方法维
现代设计技术的时间维
• 产品规划--需求分析、市场预测、可行性分析、总体 参数、制约条件和设计要求； • 方案设计--功能原理设计，确定原理方案； • 技术设计--将产品的功能原理具体化为机器产品及其 零部件的具体结构； • 施工设计--指工程图绘制，工艺文件编写，说明书编 写等。
CAD技术特征
• 计算机的支持和参与 利用计算机信息存储、逻辑 推理、长时间重复工作、快速精确的计算等能力和 特长，提高产品设计效率和质量； • 设计者的主导作用 计算机不可能完全取代人进行 设计作业； • 主要辅助完成技术设计 不可能也没有必要涉及产 品设计的所有环节。
2.2.2 计算机辅助设计的关键技术
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
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
• 产品渲染、动态显示、运动仿真
• 工程分析，如有限元分析、优化设计、可靠性设计 • 绘制工程图样、编制物料清单（BOM)
绿色产品设计数据库：包括材料成分、降解周期、费用、 各种评价标准等
绿色设计的原则
资源最佳利用原则 ①能源选用，尽可能使用再生资源， ②提高利用率； 能量消耗最少原则 尽可能选用可再生一次能源，力求能 源消耗最少； “零污染”原则 消除污染源，尽可能地做到零污染； “零损害”原则 将对身心健康损害降低最低程度；
Representation，B-rep)法和“构造实体几何
”(Constructive Solid Geometry，CSG)法。 边界表示法把一个物体被看作是由有界的平面或 曲面片子集构成的，每个面又由它的边界边和顶点 组成，经过各种几何运算和操作，最后达到构成物 体的目的。
• CSG法的基本思想认为任何几何形体都是由简单 的“实体细胞”组成的，这种实体细胞可称为“ 体素”。CAD系统中常用的体素有：长方体、圆 柱、圆锥、球、圆台、楔、椭圆锥等。系统通过 布尔运算可以将这些几何体素组成所需要的物体 。高档的CAD系统还允许用户根据需要自己定义 一些参数化的几何体素。复杂的几何物体是由体 素组成的，通过正实体、负实体的定义，二维多 边形的扫描、移动、旋转、挖切和镜像等操作来 实现物体的创建。
2.3.5 绿色设计
绿色产品的定义： •可以拆卸、分解的产品； •原材料使用合理化，并能处理回收的产品； •从生产、使用、回收过程对生态环境无害或危害小产品； •可翻新和重新利用的产品； 综合定义：在产品全生命周期内，节约资源和能源，对生 态环境无危害或少危害，对生产者及使用者具有良好保护 性的产品。 绿色产品特点：优良的环境友好性，最大限度地利用材料 资源，节约能源。
1、产品的造型建模技术
CAD的几何造型过程也就是对被设计对象 进行描述，并用合适的数据结构存储在计算机内， 以建立计算机内部模型的过程。被设计对象的造 型建模技术的发展，经历了线框模型、表面(曲面 )模型、实体建模、特征造型、特征参数模型、产 品数据模型的演变过程。
三维几何模型类型 (a) 线框模型；(b) 表面模型；(c) 实体模型
绿色设计主要内容
绿色产品描述与建模:准确全面的描述，建立评价模型； 绿色设计材料选择 侧重环境约束和材料对环境影响；
面向拆卸的设计 能够高效、不加破坏地拆卸，有利于材 料的重新利用和循环再生；
可回收性设计 包括可回收材料识别及标志、回收处理工 艺、可回收性结构设计、可回收经济分析与评价； 绿色产品成本分析 包括污染物处理成本、拆卸成本、重 复利用成本、环境成本等；
4
CAD与CAX集成技术 CAD与CAX集成涉及建模技术、工程数据管理、数 据交换接口等技术。包括如下集成：
① CAD/CAE/CAPP/CAM--工程设计领域集成；
② CAD/ERP--与管理系统集成；
③ 异地、异构系统企业间CAD集成，如全球 化设计、虚拟设计、虚拟制造及虚拟企业等。
5
标准化技术