【正文】 全國高職高專規(guī)劃教材精品與示范系列 先進(jìn)制造技術(shù)習(xí)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(jìn)制造技術(shù)及其主要特點(diǎn)。答：系統(tǒng)性先進(jìn)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(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）技術(shù)是先進(jìn)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(yīng)用案例。集成性現(xiàn)代制造技術(shù)使各專業(yè)、學(xué)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(jī)械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新型交叉學(xué)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(diǎn)。廣泛性現(xiàn)代制造技術(shù)則貫穿了從產(chǎn)品設(shè)計、加工制造到產(chǎn)品銷售及用戶服務(wù)等整個產(chǎn)品生命周期全過程，成為“市場——產(chǎn)品設(shè)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(jī)、潛艇等軍事設(shè)施中使用的精密陀螺、大型天文望遠(yuǎn)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(jī)械制造等新方法迅速發(fā)展。５、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)先進(jìn)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成。12 敘述先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成及分類。答：先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成：１、基礎(chǔ)技術(shù)第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少或無污染的基礎(chǔ)制造技術(shù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護(hù)、機(jī)械加工等基礎(chǔ)工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)，這些基礎(chǔ)工藝經(jīng)過優(yōu)化而形成的基礎(chǔ)制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心及重要組成部分。這些基礎(chǔ)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(qiáng)韌化、無氧化熱處理、氣體保護(hù)焊及埋弧焊、功能性防護(hù)涂層等。新型單元技術(shù)第二個層次是新型的先進(jìn)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(xué)、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(shè)計基礎(chǔ)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(shè)計優(yōu)化技術(shù)等。集成技術(shù)第三個層次是先進(jìn)制造集成技術(shù)。它是應(yīng)用信息、計算機(jī)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(jìn)制造技術(shù)的高級階段，如：FMS、CIMS、IMS等。先進(jìn)制造技術(shù)的分類：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)知識，制定方案并使方案付諸實(shí)施的技術(shù)。包含的內(nèi)容有：（1）現(xiàn)代設(shè)計方法?，F(xiàn)代設(shè)計方法包括產(chǎn)品動態(tài)分析和設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、防蝕設(shè)計、可靠性和可維護(hù)性及安全設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計及智能設(shè)計等。（2）設(shè)計自動化技術(shù)。設(shè)計自動化技術(shù)指應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品造型和工藝設(shè)計、工程分析計算與模擬仿真、多變量動態(tài)優(yōu)化，從而達(dá)到整體最優(yōu)功能目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計自動化。（3）工業(yè)設(shè)計技術(shù)。工業(yè)設(shè)計技術(shù)指開展機(jī)械產(chǎn)品色彩設(shè)計和中國民族特色與世界流派相結(jié)合的造型設(shè)計，增強(qiáng)產(chǎn)品的國際競爭力。先進(jìn)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(dá)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(fù)合成型技術(shù)等。其目的在于使成型的制品達(dá)到或接近成品形狀的尺寸，并達(dá)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(qiáng)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(xué)、金屬學(xué)、高分子化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械學(xué)等技術(shù)及其組合技術(shù)對產(chǎn)品表面進(jìn)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(dá)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(jī)電設(shè)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(yùn)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(qiáng)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(jī)器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計算機(jī)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(shè)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(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制到銷售服務(wù)等一系列的生產(chǎn)經(jīng)營活動中，為了使制造資源（材料、設(shè)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(jìn)制造的關(guān)鍵技術(shù)。答：集成化技術(shù)。在過去制造系統(tǒng)中僅強(qiáng)調(diào)信息的集成，這是不夠的?，F(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成、資源集成、過程集成及人員集成。智能化技術(shù)。應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)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(shí)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(shí)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(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的實(shí)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(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。分布式并行處理技術(shù)。該技術(shù)實(shí)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅涉及到機(jī)械科學(xué)的理論與知識而且還涉及到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還必須考慮到經(jīng)濟(jì)、心理、環(huán)境、人文及社會等方面因素。機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求機(jī)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(shí)技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)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(dá)、處理多種信息，融文字、語音、圖像、動畫于一體，給人一種真實(shí)感及身臨其境感。人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。將人、機(jī)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(diǎn)是：人機(jī)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(jī)柔性交互技術(shù)、人機(jī)智能接口技術(shù)、清潔制造等。這些主要關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)了21世紀(jì)制造技術(shù)對CAD/CAM集成系統(tǒng)的要求，表達(dá)了CAD/CAM集成發(fā)展的方向。14 我國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。答：近10年來，我國制造業(yè)的發(fā)展受到嚴(yán)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(jì)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(shè)備投資的2/3依賴進(jìn)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(jī)床、紡織機(jī)械、膠印設(shè)備的70%被進(jìn)口產(chǎn)品占領(lǐng)，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(jìn)制造技術(shù)，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在一個階段性的整體上的差距。(1) 設(shè)計方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和準(zhǔn)則，采用新的設(shè)計方法，廣泛采用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)(CAD/CAM) ，大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)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(dá)國家較廣泛的采用高精密加工、精細(xì)加工、微細(xì)加工、微型機(jī)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(fù)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(dá)國家廣泛采用計算機(jī)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(zhǔn)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(jī)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(dá)國家普遍采用數(shù)控機(jī)床、加工中心及柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，實(shí)現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機(jī)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(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。答：在21世紀(jì)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(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。當(dāng)前影響先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展因素大致有以下幾點(diǎn):“數(shù)”是發(fā)展的核心數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它包含了三大部分:以設(shè)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(guān)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。“極”是發(fā)展的焦點(diǎn)“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(qiáng)磁場和強(qiáng)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(qiáng)化、延伸、取代人的有關(guān)勞動的技術(shù)或手段。自動化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的前提條件。“集”是發(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(luò)化，制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)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(chǔ)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(yīng)用環(huán)境，也是智能制造模式的載體。“綠”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(shè)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(hù)，制造必然要走向“綠色”制造。21 試論述現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵及特點(diǎn)。答：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是以滿足應(yīng)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(jī)輔助設(shè)計技術(shù)為主體，以知識為依托，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進(jìn)、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(shè)計技術(shù)的特點(diǎn)從現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵分析，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)具有如下一系列特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)性 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)處理設(shè)計問題，從整體上把握設(shè)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(shí)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(shè)計技術(shù)建立在先進(jìn)的設(shè)計理論及設(shè)計工具基礎(chǔ)上，能充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造性思維能力和集體智慧，運(yùn)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(jī)化 計算機(jī)已經(jīng)滲透到產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，很多現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都依賴于計算機(jī)，如優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、系統(tǒng)仿真等。它們充分利用計算機(jī)快捷的數(shù)值計算功能、嚴(yán)密的邏輯推理能力和巨大的信息存儲及處理能力，彌補(bǔ)自然人存在的天生不足，實(shí)現(xiàn)人機(jī)優(yōu)勢的互補(bǔ)。（5）并行化、最優(yōu)化、虛擬化和自動化 在產(chǎn)品的設(shè)計階段就綜合考慮產(chǎn)品全生命周期中的所有因素，強(qiáng)調(diào)對產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程并行地、集成地、一體化地進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計過程中，通過優(yōu)化的理論與技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行方案優(yōu)選、結(jié)構(gòu)優(yōu)選和參數(shù)優(yōu)選，力爭實(shí)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(shè)計過程自動化的實(shí)現(xiàn)主要依托于各種不同的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)、自動建模技術(shù)，以及一批功能強(qiáng)大的商品化CAD軟件的支撐。設(shè)計手段虛擬化，是以虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，使設(shè)計者能在虛擬的設(shè)計環(huán)境下觀察CAD設(shè)計內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計的可視化、評估設(shè)計產(chǎn)品的性能及其可實(shí)現(xiàn)性，靈活方便地修改設(shè)計，大大提高設(shè)計效果與質(zhì)量。（6）主動性 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得在產(chǎn)品設(shè)計的早期，就可對產(chǎn)品全生命周期的各種性能作出準(zhǔn)確預(yù)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(shè)計技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，為什么說計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體？它與其它技術(shù)的關(guān)系如何？答：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的整個體系由基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)、支撐技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)四個層次組成。（1）基礎(chǔ)技術(shù) 基礎(chǔ)技術(shù)是指傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法，特別是運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)與動力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)的基本原理與方法等方面。（2）主體技術(shù) 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的誕生和發(fā)展與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)