【正文】 全國高職高專規(guī)劃教材精品與示范系列 先進制造技術(shù)習題答案孫燕華 主編 電子工業(yè)出版社Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 11 論述先進制造技術(shù)及其主要特點。答：系統(tǒng)性先進制造技術(shù)由于微電子、信息技術(shù)的引入，使制造技術(shù)成為一個能駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、信息流和能量流的系統(tǒng)工程。如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）技術(shù)是先進制造技術(shù)全過程控制物質(zhì)流、信息流和能量流的典型應用案例。集成性現(xiàn)代制造技術(shù)使各專業(yè)、學科間不斷交叉、融合，其界限逐漸淡化甚至消失，發(fā)展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新型交叉學科。集成技術(shù)顯示出高效率、多樣化、柔性化、自動化、資源共享等特點。廣泛性現(xiàn)代制造技術(shù)則貫穿了從產(chǎn)品設計、加工制造到產(chǎn)品銷售及用戶服務等整個產(chǎn)品生命周期全過程，成為“市場——產(chǎn)品設計——制造——市場 ”的大系統(tǒng)。高精度現(xiàn)代制造對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，在飛機、潛艇等軍事設施中使用的精密陀螺、大型天文望遠鏡以及大規(guī)模集成電路的硅片等高新技術(shù)產(chǎn)品都需要超精密加工技術(shù)的支持。這些需求使激光加工、電子束、離子束加工、納米制造、微機械制造等新方法迅速發(fā)展。５、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)先進制造技術(shù)的核心是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)等基礎制造技術(shù)，它是從傳統(tǒng)的制造工藝發(fā)展起來的，并與新技術(shù)實現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成。12 敘述先進制造技術(shù)的構(gòu)成及分類。答：先進制造技術(shù)的構(gòu)成：１、基礎技術(shù)第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少或無污染的基礎制造技術(shù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等基礎工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟適用的技術(shù)，這些基礎工藝經(jīng)過優(yōu)化而形成的基礎制造技術(shù)是先進制造技術(shù)的核心及重要組成部分。這些基礎技術(shù)主要有精密下料、精密成形、精密加工、精密測量、毛坯強韌化、無氧化熱處理、氣體保護焊及埋弧焊、功能性防護涂層等。新型單元技術(shù)第二個層次是新型的先進制造單元技術(shù)。它是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術(shù)與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新的制造技術(shù)。如：制造業(yè)自動化單元技術(shù)、極限加工技術(shù)、質(zhì)量與可靠性技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、現(xiàn)代設計基礎與方法、清潔生產(chǎn)技術(shù)、新材料成形與加工技術(shù)、激光與高密度能源加工技術(shù)、工藝模擬及設計優(yōu)化技術(shù)等。集成技術(shù)第三個層次是先進制造集成技術(shù)。它是應用信息、計算機和系統(tǒng)管理技術(shù)對上述兩個層次的技術(shù)局部或系統(tǒng)集成而形成的先進制造技術(shù)的高級階段，如：FMS、CIMS、IMS等。先進制造技術(shù)的分類：現(xiàn)代設計技術(shù)現(xiàn)代設計技術(shù)是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應用現(xiàn)代技術(shù)和科學知識，制定方案并使方案付諸實施的技術(shù)。包含的內(nèi)容有：（1）現(xiàn)代設計方法。現(xiàn)代設計方法包括產(chǎn)品動態(tài)分析和設計、摩擦學設計、防蝕設計、可靠性和可維護性及安全設計、優(yōu)化設計及智能設計等。（2）設計自動化技術(shù)。設計自動化技術(shù)指應用計算機技術(shù)，進行產(chǎn)品造型和工藝設計、工程分析計算與模擬仿真、多變量動態(tài)優(yōu)化，從而達到整體最優(yōu)功能目標，實現(xiàn)設計自動化。（3）工業(yè)設計技術(shù)。工業(yè)設計技術(shù)指開展機械產(chǎn)品色彩設計和中國民族特色與世界流派相結(jié)合的造型設計，增強產(chǎn)品的國際競爭力。先進制造工藝現(xiàn)代制造工藝技術(shù)包括精密和超精密加工技術(shù)、精密成型技術(shù)以及特種加工技術(shù)等方面。（1）精密和超精密加工技術(shù)。精密、超精密加工技術(shù)是采用去除加工、結(jié)合加工、變形加工加工方法使工件的尺寸、表面性能達到極高的精度?，F(xiàn)在的精密、超精密加工已經(jīng)向納米技術(shù)發(fā)展。（2）精密成型技術(shù)。精密成型技術(shù)是生產(chǎn)局部或全部無余量或少余量半成品的工藝方法的統(tǒng)稱。包括精密凝聚成型技術(shù)、精密塑性加工技術(shù)、粉末材料構(gòu)件精密成型技術(shù)、精密焊接技術(shù)及復合成型技術(shù)等。其目的在于使成型的制品達到或接近成品形狀的尺寸，并達到提高質(zhì)量、縮短制造周期和降低成本的效果，其發(fā)展方向是精密化、高效化、強韌化和輕量化。（3）特種加工技術(shù)。特種加工技術(shù)是指那些不屬于常規(guī)加工范疇的加工，如高能束流（電子束、離子束、激光束）加工、電加工（電解和電火花加工）、超聲波加工、高壓水加工以及多種能源的組合加工。（4）表面改性、制膜和涂層技術(shù)。表面改性、制膜和涂層技術(shù)是采用物理、化學、金屬學、高分子化學、電學、光學和機械學等技術(shù)及其組合技術(shù)對產(chǎn)品表面進行改性、制膜和涂層，賦予產(chǎn)品耐磨、耐蝕、耐（隔）熱、抗疲勞、耐輻射以及光、熱、磁、電等特殊功能，從而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命和賦予新性能的新技術(shù)統(tǒng)稱，是表面工程的重要組成部分。自動化技術(shù)制造自動化是指用機電設備取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲、運輸、加工、裝配和檢驗等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化。其目的在于減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率、減少在制品數(shù)量、節(jié)省能源消耗以及降低生產(chǎn)成本。自動化技術(shù)主要包括數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計算機集成制造技術(shù)、傳感技術(shù)。自動檢測及信號識別技術(shù)和過程設備工況監(jiān)測與控制技術(shù)等。系統(tǒng)管理技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)是指企業(yè)在市場開發(fā)、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制到銷售服務等一系列的生產(chǎn)經(jīng)營活動中，為了使制造資源（材料、設備、能源、技術(shù)、信息以及人力）得到總體配置優(yōu)化和充分利用，使企業(yè)的綜合效益（質(zhì)量、成本、交貨期）得到提高而采取的各種計劃、組織、控制及協(xié)調(diào)的方法和技術(shù)的總稱。它是現(xiàn)代制造技術(shù)體系中的重要組成部分，對企業(yè)的最終效益提高起著重要的作用。系統(tǒng)管理技術(shù)包括工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式（如精益生產(chǎn)、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技術(shù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與虛擬公司等生產(chǎn)組織方法。13 先進制造的關鍵技術(shù)。答：集成化技術(shù)。在過去制造系統(tǒng)中僅強調(diào)信息的集成，這是不夠的。現(xiàn)在更強調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強調(diào)“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成、資源集成、過程集成及人員集成。智能化技術(shù)。應用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設計、制造、發(fā)貨、支持用戶到產(chǎn)品報廢等）各個環(huán)節(jié)智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程（包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控制等）各個環(huán)節(jié)的智能化，并實現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。網(wǎng)絡技術(shù)。網(wǎng)絡技術(shù)包括硬件與軟件的實現(xiàn)。各種通信協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎。分布式并行處理技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)制造系統(tǒng)中各種問題的協(xié)同求解，獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。多學科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。機電產(chǎn)品的開發(fā)設計不僅涉及到機械科學的理論與知識而且還涉及到電磁學、光學、控制理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還必須考慮到經(jīng)濟、心理、環(huán)境、人文及社會等方面因素。機電產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設計，以追求機電產(chǎn)品動靜特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。虛擬現(xiàn)實技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機仿真技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設計制造過程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真，采用多種介質(zhì)來存儲、表達、處理多種信息，融文字、語音、圖像、動畫于一體，給人一種真實感及身臨其境感。人—機—環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。將人、機器和環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益。研究的重點是：人機環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機柔性交互技術(shù)、人機智能接口技術(shù)、清潔制造等。這些主要關鍵技術(shù)體現(xiàn)了21世紀制造技術(shù)對CAD/CAM集成系統(tǒng)的要求，表達了CAD/CAM集成發(fā)展的方向。14 我國機械制造業(yè)的發(fā)展狀況。答：近10年來，我國制造業(yè)的發(fā)展受到嚴重削弱，陷入了前所未有的困境。制造業(yè)的發(fā)展滯后已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。據(jù)統(tǒng)計:全社會固定資產(chǎn)投資中，設備投資的2/3依賴進口。目前，光纖制造裝備的100%、集成電路芯片制造裝備的85%、石油化上裝備的80%、轎車工業(yè)裝備、數(shù)控機床、紡織機械、膠印設備的70%被進口產(chǎn)品占領，國產(chǎn)裝備的可靠性、自動化程度與國外產(chǎn)品有較大差距。我國制造業(yè)不斷采用先進制造技術(shù)，但與工業(yè)發(fā)達國家相比，仍然存在一個階段性的整體上的差距。(1) 設計方面。工業(yè)發(fā)達國家不斷更新設計數(shù)據(jù)和準則，采用新的設計方法，廣泛采用計算機輔助設計技術(shù)(CAD/CAM) ，大型企業(yè)開始無圖紙的設計和生產(chǎn)。我國采用CAD/CAM技術(shù)的比例較低。(2) 制造工藝方面。工業(yè)發(fā)達國家較廣泛的采用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機械和微米/納米技術(shù)、激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)以及復合加工技術(shù)等新型加工方法。我國普及率不高，尚在開發(fā)、掌握之中。(3) 管理方面。工業(yè)發(fā)達國家廣泛采用計算機管理，重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展，推出了準時生產(chǎn)(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部采用了計算機輔助管理，多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管理階段。(4) 自動化技術(shù)方面。工業(yè)發(fā)達國家普遍采用數(shù)控機床、加工中心及柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)，實現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。15 先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。答：在21世紀中，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著市場需求個性化與多樣化，未來先進制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。當前影響先進制造技術(shù)的發(fā)展因素大致有以下幾點:“數(shù)”是發(fā)展的核心數(shù)字化制造就是指制造領域的數(shù)字化，它包含了三大部分:以設計為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造?！熬笔前l(fā)展的關鍵“精”是“精密化”，一方面是指對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，另一方面是指對產(chǎn)品、零件的加工精度要求越來越高?！皹O”是發(fā)展的焦點“極”即極端條件，就是指在極端條件下工作的或者有極端要求的產(chǎn)品，從而也是指這類產(chǎn)品的制造技術(shù)有“極”的要求。如在高溫、高壓、高濕、強磁場和強腐蝕等條件下工作，或有高硬度、大彈性等要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄和奇形怪狀的。“自”是發(fā)展的條件“自”就是自動化，即減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關勞動的技術(shù)或手段。自動化是先進制造技術(shù)發(fā)展的前提條件?！凹笔前l(fā)展的方法“集”就是集成化，包括技術(shù)的集成、管理的集成、技術(shù)與管理的集成。其本質(zhì)是知識的集成?！熬W(wǎng)”是發(fā)展的道路“網(wǎng)”就是網(wǎng)絡化，制造技術(shù)的網(wǎng)絡化是先進制造技術(shù)發(fā)展的必由之路，制造業(yè)走向整體化、有序化，這同人類社會發(fā)展是同步的?！爸恰笔前l(fā)展的前景“智”就是智能化。智能化制造模式的基礎是智能制造系統(tǒng)，它既是智能和技術(shù)的集成而形成的應用環(huán)境，也是智能制造模式的載體?！熬G”是發(fā)展的必然“綠”就是“綠色”，制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開始，到設計階段、制造階段、銷售階段、使用與維修階段，直到回收階段、再制造各階段，都必須充分涉及環(huán)境保護，制造必然要走向“綠色”制造。21 試論述現(xiàn)代設計技術(shù)的內(nèi)涵及特點。答：現(xiàn)代設計技術(shù)內(nèi)涵：現(xiàn)代設計技術(shù)是以滿足應市產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優(yōu)為目的，以計算機輔助設計技術(shù)為主體，以知識為依托，以多種科學方法及技術(shù)為手段，研究、改進、創(chuàng)造產(chǎn)品活動過程所用到的技術(shù)群體的總稱。現(xiàn)代設計技術(shù)的特點從現(xiàn)代設計技術(shù)的內(nèi)涵分析，現(xiàn)代設計技術(shù)具有如下一系列特點：（1）系統(tǒng)性 現(xiàn)代設計技術(shù)強調(diào)用系統(tǒng)的觀點處理設計問題，從整體上把握設計對象，考慮對象與外界（人、環(huán)境）的聯(lián)系。（2）動態(tài)性 不僅要考慮產(chǎn)品的靜態(tài)特性，還要考慮產(chǎn)品在實際工作狀態(tài)下的動態(tài)特征，考慮產(chǎn)品與周圍環(huán)境的物質(zhì)、能量及信息的交互。（3）創(chuàng)造性 現(xiàn)代設計技術(shù)建立在先進的設計理論及設計工具基礎上，能充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造性思維能力和集體智慧，運用各種創(chuàng)造方法和手段，開發(fā)出具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品。（4）計算機化 計算機已經(jīng)滲透到產(chǎn)品設計開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，很多現(xiàn)代設計技術(shù)的實現(xiàn)都依賴于計算機，如優(yōu)化設計、有限元分析、系統(tǒng)仿真等。它們充分利用計算機快捷的數(shù)值計算功能、嚴密的邏輯推理能力和巨大的信息存儲及處理能力，彌補自然人存在的天生不足，實現(xiàn)人機優(yōu)勢的互補。（5）并行化、最優(yōu)化、虛擬化和自動化 在產(chǎn)品的設計階段就綜合考慮產(chǎn)品全生命周期中的所有因素，強調(diào)對產(chǎn)品設計及其相關過程并行地、集成地、一體化地進行設計。在設計過程中，通過優(yōu)化的理論與技術(shù)，對產(chǎn)品進行方案優(yōu)選、結(jié)構(gòu)優(yōu)選和參數(shù)優(yōu)選，力爭實現(xiàn)系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)化，以獲得功能全、性能好、成本低、價值高的產(chǎn)品。設計過程自動化的實現(xiàn)主要依托于各種不同的計算機輔助設計技術(shù)、自動建模技術(shù)，以及一批功能強大的商品化CAD軟件的支撐。設計手段虛擬化，是以虛擬現(xiàn)實的設計系統(tǒng)進行三維建模，使設計者能在虛擬的設計環(huán)境下觀察CAD設計內(nèi)容，從而實現(xiàn)設計的可視化、評估設計產(chǎn)品的性能及其可實現(xiàn)性，靈活方便地修改設計，大大提高設計效果與質(zhì)量。（6）主動性 科學技術(shù)的發(fā)展使得在產(chǎn)品設計的早期，就可對產(chǎn)品全生命周期的各種性能作出準確預測．有利于及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在缺陷，將各種失誤、可能發(fā)生的故障減少到最低程度，體現(xiàn)了主動性的特征，也有利于縮短開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。22 描述現(xiàn)代設計技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，為什么說計算機輔助設計技術(shù)是現(xiàn)代設計技術(shù)的主體？它與其它技術(shù)的關系如何？答：現(xiàn)代設計技術(shù)的整個體系由基礎技術(shù)、主體技術(shù)、支撐技術(shù)和應用技術(shù)四個層次組成。（1）基礎技術(shù) 基礎技術(shù)是指傳統(tǒng)的設計理論與方法，特別是運動學、靜力學與動力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學、熱力學、電磁學、工程數(shù)學的基本原理與方法等方面。（2）主體技術(shù) 現(xiàn)代設計技術(shù)的誕生和發(fā)展與計算機技術(shù)的發(fā)