先进制造技术习题_解答

第一章习题:
1.如何理解先进制造技术的定义?
先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面的成果，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，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

2.什么是加工\制造\生产?
加工：零件的形成过程。

machining
制造：产品的形成过程。

manuf acturing
生产：包括商务在内的全过程。

制造和生产的概念已经很模糊了。

Production
3.简述先进制造技术的基本问题是什么?
1．加工工序的最佳化
加工工序的最佳化是一个优化过程，包括选定优化准则，确定目标函数，找出约束条件，求最优解。

优化准则包括1）最高生产率准则, 2）最低成本准则,3）最大利润率准则。

约束条件包括1）刀具使用寿命约束,2）主电机功率结束,3）进给电机转矩约束,4）机床进给范约束,5）表面精糙度约束。

2．工艺过程最佳化
同一零件的工艺过程可能有多种，根据最高生产率或最低成本原则可从中优化一个最优的方案。

其实质是一个决策过程，其方法有动态规划法（属线性规划）和智能化方法（如CAPP专家系统等）。

3．企业运行最优化（生产系统运行最佳化）
随着市场的发展变化，制造业全球化的趋势更加明显，要求企业具有极强的市场适应性，要快速反应。

在竞争中求得最大经济效益和社会效益。

方法和模式很多，如敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）、虚拟制造（VM）和智能制造系统（IMS）等。

4.了解先进制造技术的发展趋势.
1．企业生产方式面临重大变革
2．绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征
3．设计技术不断现代化
4．成形制造技术向精密成形或净成形的方向发展
5．加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展
6．新型加工方法以及复合工艺不断发展
7．虚拟技术将广泛应用
8．技术创新将成为21世纪企业竞争的焦点
第2 章制造自动化技术___NC
1．制造自动化技术的发展历程有几个阶段？
制造自动化技术的发展历程有如下几个阶段：
第一阶段：刚性自动化，包括自动单机和刚性自动线。

本阶段在20世纪40—50年代已相当成熟。

应用传统的机械设计与制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动单机或自动化生产线进行大批量生产。

其特征是高生产率和刚性结构
第二阶段：数控加工，包括数控(NC)和计算机数控(CNC)。

数控加工设备包括数控机床、加工中心等。

第三阶段：柔性制造。

本阶段特征是强调制造过程的柔性和高效率，适应于多品种、中小批量的生产。

第四阶段：计算机集成制造(CIM)。

其特征是强调制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争的TQCS问题。

第五阶段：新的制造自动化模式，如智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造等。

2．计算机辅助数控编程有几种方式？
计算机辅助数控编程有两方式：数控语言自动编程、CAD/CAM系统数控编程
第2 章制造自动化技术__CAPP
1．什么是CAPP系统？
计算机辅助工艺过程设计（CAPP——Computer Aided Processing Planning）系统是根据一些给定工艺规则，自动产生出满足要求的工艺规程的计算机软件程序。

它是CAD和CAM的重要桥梁和连接纽带。

CAPP系统一般包括零件描述、工艺路线生成、工序设计和工艺文件输出四大模块.
2．CAPP系统都有哪几种类型？
自第一个CAPP系统诞生以来，CAPP大体上经历了派生式、半创成式和创成式几个阶段。

其类型有派生式CAPP、半创成式CAPP、创成式CAPP和CAPP专家系统。

3．简述CAPP专家系统的原理。

CAPP专家系统由零件信息输入模块、知识库及推理机三部分组成。

其中知识库和推理机是互相独立的。

CAPP专家系统是根据输入的零件描述信息去频繁地访问知识库，并通过推理机中的控制策略，从知识库中搜索能够处理零件当前状态的规则，然后执行这条规则，并把每一次执行规则得到的结论部分按照先后次序记录下来，直到零件加工达到终结状态，这个记录就是零件加工所要求的工艺规程。

第2章制造自动化技术____FMS
1．柔性制造的基本概念是什么？
FMS（Flexible Manuf acturing System）是由数控制造设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。

它能根据制造任务或生产环境变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。

2．FMS主要由哪几部分组成？
FMS主要由三部分组成：加工系统、物流系统和信息系统。

FMS通常应包括如下要素：
（1）标准的数控机床或制造单元。

我们又把具有自动上下料功能或具有多个工位，具有加工型及装配型的数控机床称之为制造单元，它是FMS的基本制造“细胞”。

（2）在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传送系统。

（3）一个发布指令、协调机床、工件和刀具传送装置的控制系统。

（4）中央刀具库及其管理系统。

（5）自动化仓库及其管理系统。

3．FMS的关键技术都有哪些？
包括FMS的管理控制系统，FMS的检测监控系统，FMS的物流系统，FMS的刀具传送和管理系统，FMS的通信网络，FMS的通信系统等
1．FMS的管理控制系统
2．FMS的物流系统
3．FMS的刀具管理系统
4．FMS的检测监控系统
5．FMS的通信系统
6．FMS的辅助系统
4．你认为FMS的发展方向是什么？
柔性制造的发展：智能化、网络化
2.5 计算机集成制造系统-1
1．CIMS的基本思想是什么？
CIM思想
2个基本观点：（1）企业生产的各个环节，包括市场分析、产品设计、加工制造、经营管理及售后服务的全部经营活动，是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。

（2）整个经营过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，其最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。

CIM是一种概念、一种哲理。

它指出了制造业应用计算技术的更高阶段。

即在制造企业中将从市场分析、经营决策、产品设计，经过制造过程各环节，最后到销售和售后服务，包括原材料、生产和库存管理、财务资源管理等全部运营活动，在一种全局集成规划指导下，在更充分发挥人的集体智慧和合作精神的氛围中，关联起来集合成一个整体，逐步实现全企业的计算机化。

目的是实现企业内更短的设计生产周期，改善企业经营管理，适应市场的迅速变化，获得更大经济效益。

2．CIMS的技术组成有哪几部分
从技术组成的角度，可把CIMS理解为四个应用分系统和两个支撑分系统。

四个应用分系统是：管理信息系统（MI S）、工程设计系统（CAD/CAPP/CAM）、质量保证系统（QAS）和制造自动化系统（MAS）；两个支撑分系统是：数据库和通讯网络。

2.5 计算机集成制造系统--2
1．CIMS的关键技术有哪几个方面？
1．信息传输技术信息传输是工厂实现CIMS的关键和先决条件。

2．产品数据集成模型产品设计与制造是CIMS的核心。

3．生产系统管理技术
4．底层自动化技术
2．CIMS评价的内容有哪些？
计算机集成制造(CIM)强调制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竞争的TQCS问题。

T：上市时间
Q：质量
C：成本
S：服务
采用层次分析，模糊综合评判。

第3章精益生产
1．精良生产的思想原理是什么？
精益生产的实践由日本人开始到现在已有半个世纪的时间，但把它提高到理论上来研究则仅仅是最近几年的事。

麻雀理工学院的教授们把这种生产方式称为“精益生产”（Lean Production），但在论述精益生产的经典著作《改变世界的机器》一书中，却未见给出精益生产的确切定义；此处我们引用北京航空航天大学杨光京教授给精益生产下的定义：
“精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果”。

2．JIT和看板管理的一般操作过程？
对生产工序i来说，当零件要被处理时，从其下游工序i+1先要出现需求，生产看板就从容器中拿走，并被放到工序i的调度板上；来自工序i+l 的领取看板则代替了容器中的生产看板，加工后容器连同领取看板一起，被送到工序i+1去进行下一步处理。

同时，在工序i，当有了一张生产看板和一个带领取看板的容器时，生产活动就发生了。

然后领取看板被生产看板所代替，并送回到工序i-1去启动在工序i-1的生产活动。

这就形成了一个循环的生产链。

看板“拉”取(领取)零件，代替了从一个工序向另一个工序“推”出零件以满足在每个工序的需求。

看板控制着产品的移动，看板数限制着产品流。

假如后续工序不提出领取，则前置工序根本就不生产。

因此不会制造过剩的物件。

由此，利用在一个JIT系统中循环的看板(容器)数，有可能达到无库存生产(NSP)。

3．基于JIT的车间物流调度应该怎样考虑？
精良生产的思想则是“拉取”方式。

后工序只在必要的时候到前工序领取必要的物品，而前工序也只生产要被取走的物品。

扩而大之，不仅是车间内的工序间，而且是车间之间，供应商和生产广之间，协作厂与总装厂之间等等。

这就形成了所谓“准时生产”(just in time)的概念。

前些年，很多国家和地区致力于实施JIT，把它看作是一种新兴的管理运行模式，但实质上，它只是精良生产的一种必然结果，是贯彻精良生产思想后的一种表现，如果只从表面安排上来学习JIT，实际上是舍本求末，生产管理会有一定的进步，但不会有突出效果。

精良生产的拉取方式就是一切都从用户需要出发，最终产品是外部用户——顾客的需要，上一工序(或车间)的工作是内部用户——下一工序(或车间)的需要。

精良生产特别强调满足用户需要的时间，误期被认为是最坏的事。

这里，“过迟”固然是耽误了用户的需要，很不好；还应认识，“过早”或者说生产过多，造成积压或浪费，也是一种不好。

在这样一种思想哲理的指导下，才产生了从原材料供应商，到协作厂配套零部件，到各个车间、班组之间互相提供的半成品，都需要不早不晚，在准确的时间、准确的地点、提供准确的数量和质量的物品、给准确地需要的人。

基于这样的原则，重新作出整个厂区各车间相对位置的配置，车间内各工序之间设施的布置等等，使得零部件生产和装配都能以最短途径和最高效率实现。

也基于这样的原则，在生产调度时，往往可以看到，从总体上说多品种的混流比一段时间集中只生产一个品种的产品流，更容易达到平衡生产，消除等待，提高所有人的效率。

第4章敏捷制造
1．敏捷制造的基本哲理是什么？
美国里海大学的几位教授首次提出了敏捷制造“Agile Manuf acturing”的概念。

他们在美国国会和国防部的支持下会同美国众多工业界的主要决策人在向美国国会提交的“美国21世纪制造战略报告”最重要的两个结论（该结论也得到200多位来自工业界，政府机构和社会各界人士的认可和赞成）：1.影响企业生存、发展的共性问题是：目前竞争环境的变化太快而我们企业自我调整、适应的速度跟不上。

2.依靠对现有大规模生产模式和系统的逐步改进和完善是不能实现重振美国制造业雄风的目标的。

21世纪要求每个企业不仅需要有对变化市场的快速响应能力（能针对市场的变化迅速进行必要的调整－包括组织上和技术上的调整），而且有不断通过技术创新和产品更新来开拓市场、引导市场的能力。

这样才能及时抓住一瞬即逝的市场机遇而立于竞争的不败之地。

敏捷的概念就是要提高企业的应变能力，提高其驾驭未来市场和竞争环境的能力。

使其能从变化的调整中掌握主动并赢得竞争。

敏捷竞争要求企业能最充分、有效地利用各种信息和现代技术，能通过并行工程和仿真技术的利用，通过对全生产过程的仿真模拟来实现第一个产品就是最优产品的目标从而彻底取消原型和样机的试生产过程。

敏捷性使企业能以更快的速度、更好的质量、更低的成本和更优质的服务来赢得市场竞争。

敏捷制造可定义为：使企业在涉及到产品生命周期的各种制造活动中具备敏捷性或涵盖企业对市场需求的快速响应性；企业组织形态的动态可重组性、可重用性与可扩展性；企业管理方式的自适应性；制造资源的分布型、可配置性及可重构型；制造系统柔性及集成性以及制造活动的协同性等六大特征的综合应变能力的一种制造哲理。

其中，制造活动所涉及到的主体包括客户、市场、企业（含组织形态、制造资源、运作管理等）及其合作伙伴，而敏捷性则是度量敏捷制造模式有效性的标准。

2．敏捷制造企业具有怎样的特征？
敏捷制造企业的主要特征包括：1）并行工作；2）继续教育；3）顾客拉动的组织结构；4）动态多方合作；5）尊重雇员；6）向团队成员放权；7）改善环境；8）柔性重构；9）可获得与可使用的信息；10）具有丰富知识和适应能力的雇员；11）开放的体系结构；12）一次成功的产品设计；13）产品终生质量保证；14）缩短循环周期；15）技术领先作用；16）灵敏的技术装备；17）整个企业集成；18）具有远见卓识的领导。

3．敏捷制造管理都包括什么内容？
敏捷制造模式的管理思想认为所有员工，不分劳心者和劳力者，都应受到尊重，员工是在职责范围内而非在控制下完成工作；认为没有员工的灵活性和创造性，就不会有快速反应，没有员工的工作热情，就不会有不断革新。

1.重视组织柔性
敏捷制造模式的运行有赖于制造组织的不断创新，使组织具备柔性。

只有采用网络结构的组织形式才能满足这一要求。

网络结构组织既能通过改变内部结构来适应外界环境的不同要求，也能为其内部成员的自我完善提供发展空间与支持条件。

网络组织结构虽与科层组织结构不同，但并非是对科层组织结构的绝对否定，而是在高层次上的扬弃。

即在大幅度缩减层次，以多中心取代一个中心，削弱控制功能而增加交互通信功能等等。

2.文化氛围
采用“工作团队”为核心的扁平化结构，必然要引发企业内部文化的深刻变革。

团队中的成员是平等的，只要他们认为有必要，可以同任何人沟通。

团队具有高度的自治权，团队成员的工作是自觉的、主动的。

经理的职能也不再是监督，而充当“教练”的角色对小组成员加以指导。

这种新型的“团队文化”提倡团队的荣誉感和对企业负责的主人翁精神；强调创造性与协调并重；重视人、关心人、注重人与人之间的相互信赖等等。

在这种文化氛围的薰陶下，员工在经济方面、社会方面和自我实现方面的需求都可不断地获得满足，从而充分调动了员工的积极性和创造性。

3.组建虚拟公司
新产品投放市场的速度成为企业竞争中取得优势的关键。

而在如此激烈的市场竞争环境下，任何企业都会感到势单力薄，因为已有的优势不可能面面俱到。

同行企业间那种传统对立、你死我活、单纯的竞争对抗，只会造成两败俱伤，结果是谁都赚不到钱。

因此，每一个企业只能力求在某些方面确立自己独特的优势，培育自身的核心技术和核心能力，同其他企业共同形成一种强有力的竞争优势，采用“双赢”战略一起去赚更多的钱。

这种由两个以上的企业成员组成的、在有限的时间和范围内进行合作的、相互信任、相互依存的临时性组织，称为虚拟公司，又称为动态联盟企业。

第5章智能制造系统
1．智能制造系统的定义是什么？
智能制造系统（Intelligent Manuf acturing System---IMS）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统，它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时，收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。

由于这种制造模式，突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。

2．智能制造系统具有哪些特征？
智能制造系统具有以下特征：
（1）自律能力；（2）人机一体化；（3）虚拟现实（V irtual Reality）技术；（4）自组织与超柔性；（5）学习能力与自我维护能力。