【正文】 設(shè)計、制造過程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。材料和零件的數(shù)字化設(shè)計與擬實仿真優(yōu)化是泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 7 實現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造及二者一體化、集成化制造的關(guān)鍵。微系統(tǒng)的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領(lǐng)域。 泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 6 近 10年來，微機械的發(fā)展令人矚目。 微機械是機械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。 2． 2 微機械及其制造技術(shù)研究 微型電子機械系統(tǒng) (MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。大型復(fù)雜機械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機器人及其動力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基 礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 4 和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯(lián)軸機床、微型機電系統(tǒng)等領(lǐng)域國內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待解決。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問題之間的界域。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計、智能加工、機器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。制造過程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科 計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動態(tài)重組能 力提出了更高的要求。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。 （ 二 ） 進(jìn)度 要求 2020 年 7 月 1 日 —— 7 月 4日，初步查閱資料和調(diào)查研究，擬定題目 2020 年 7 月 6 日 —— 7 月 10 日，指導(dǎo)教師下達(dá)畢業(yè)論文任務(wù)書 2020 年 7 月 20 日 —— 8 月 10 日，進(jìn)行畢業(yè)實習(xí)，同時查閱資料，調(diào)查研究，擬定論文寫作大綱； 2020 年 9 月 1 日 —— 9 月 14 日，學(xué)生完成畢業(yè)論文初稿； 2020 年 9 月 15 日 —— 9 月 25 日 ，修改論文初稿； 2020 年 9 月 25 日 —— 9 月 30 日，畢業(yè)論文定稿和裝訂； 2020 年 10 月 13日 —— 10月 16日，畢業(yè)論文答辯； （ 三 ） 需要閱讀的 主要 參考文獻(xiàn) [1] 孫燕華 先進(jìn)制造技術(shù) [2]應(yīng)錦春 現(xiàn)代設(shè)計方法 [3]數(shù)控技術(shù) [4]制造技術(shù)及發(fā)展 學(xué)院負(fù)責(zé)人： （簽字） 2020 年 7 月 7 日泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 1 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 摘要： 本文介紹了當(dāng)今制造技術(shù)面臨的問題，論述了先進(jìn)制造的前沿科學(xué)，并展望了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展前景。 2. 論文 必須 文題相符， 概 念清楚，思 路清晰，層次分明，論據(jù)充分、可靠，引用正確，論證有力。 3. 論文符合寫作規(guī)范。 關(guān)鍵詞：問題； 先進(jìn)制造技術(shù)； 前沿科學(xué)； 應(yīng)用前景 論文 制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的 20%~55%。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常 重視對先進(jìn)制造技術(shù)的研究。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。 （ 3）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。 這些問題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問題。前沿科學(xué)具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(tài)特性。 信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變 21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此制造過程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。 與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容： (1) 制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識和決策轉(zhuǎn)化。MEMS 技 術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。早在1959 年就有科學(xué)家提出微型機械的設(shè)想， 1962 年第一個硅微型壓力傳感器問世。其特點如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件 (微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等 )和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實的和潛在的應(yīng)用價值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊伍，微型機電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及 電子工程、機械工程、材料工程、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。 2． 3 材料制備／零件制造一體化和加工新技術(shù)基礎(chǔ) 材料是人類進(jìn)步的里程碑，是制造業(yè)和高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。一方面，通過計算機完成擬實仿真優(yōu)化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實驗性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制 備／制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，研究材料和零件的設(shè)計形式。這是一個極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。如果說制造過程的機械化、自動化延伸了人類的體力 ，智能化延伸了人類的智力，那么， 仿生制造 則可以說延伸了人類自身的組織結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過程。 仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的 遠(yuǎn)緣雜交 ，它將對 21世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。 (3) 成型及制造技術(shù)精密化、制造過程實現(xiàn)低能耗。 (7) 實施無污染綠色制造?，F(xiàn)分述如下： “數(shù) ”是發(fā)展的核心 “ 數(shù) ” 就是 “ 數(shù)字化 ” 。 泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 11 它包含了 3 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數(shù)字制造。它一方面是指對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，一方面是指對產(chǎn)品、零件的加工精度要求越來越高。 “ 精 ” 可以說，是指加工精度及其發(fā)展，精密加 工，細(xì)微加工，納米加工，如此等等。基因操作機械，其移動距離為納米級，移動精度為 。在高溫、高壓、高濕、強磁場、強腐蝕等等條件下工作的，或有高硬度、大彈性等等要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄、奇形怪狀的。例如，在信息領(lǐng)域中，分子存儲器、原子存儲器、量子阱光電子器件、芯片加工設(shè)備 。 “自 ”是發(fā)展的條件 “ 自 ” 就是自動化。第一次工業(yè)革命，以機械化這種形式的自動化來減輕、延伸或取代人的有關(guān)體力勞動 。即使在美國，1984 年， CAD 在福特公司只占 40%，通用公司 34% , Chrysler 也不過67%。 “集 ”是發(fā)展的 方法 “ 集 ” 就是集成化。 “ 集成 ” 就是 “ 交叉 ” ，就是 “ 雜交 ” ，就是取人之長，補己之短，這是發(fā)展的一大方法。b信息處理技術(shù) 。f 系統(tǒng)總體技術(shù)，而這些技術(shù)又同許多學(xué)科有關(guān)，又是一個 “ 集 ” 。也包括企業(yè)內(nèi)部的集成，企業(yè)外部的集成?？梢灶A(yù)期，這是一個嶄新的充滿著活力的領(lǐng)域。這是因為制造業(yè)在市場競爭 中，面臨多方的壓力 。與此同時，這必然導(dǎo)致制造過程與組織的分散化網(wǎng)絡(luò)化，企業(yè)要拋棄傳統(tǒng)的 “ 小而全 ” 與 “ 大而全 ” 這類 “ 夕陽技術(shù) ” ，而集中力量在自己最有競爭力的核心業(yè) 務(wù)上。它具有兩大優(yōu)點：商務(wù)的直接化與透明化，這對降低成本、加決流通、提高效率、增加商業(yè)機會大有好處，從而對企業(yè)內(nèi)部重組、經(jīng)營戰(zhàn)略與競爭模式有著深刻影響。智能化制造模式的基礎(chǔ)是智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)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。④ 學(xué)習(xí)能力與自我維護(hù)能力 。 同時，收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發(fā)展人類專家的制造智能 。 “綠 ”是發(fā)展的必然 “ 綠 ” 就是 “ 綠色 ” ， “ 綠色 ” 是從環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中引用來的。人類必須從各方面促使人泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 17 與人類社會同自然界和諧一致，制造技術(shù)也不能例外。所謂環(huán)境保護(hù)是廣義的，不僅要保護(hù)自然環(huán)境，還要保護(hù)社會環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境，還要保護(hù)生產(chǎn)者的身心健康。 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)（ AMT）可以理解成是一個專業(yè)，也可以理解為是一個主干課程，在社會上的應(yīng)用幾乎遍及制造業(yè)所有角落，因 AMT本身就是內(nèi)容比較廣泛，涉及到先進(jìn)的加工技術(shù)（精密加工等）、先進(jìn)的設(shè)計方法學(xué)（有限元法、逆向工程、模塊化設(shè)計等）、交叉領(lǐng)域的技術(shù)（綠色制造、生物制造等）、先進(jìn)的制造管理技術(shù)（創(chuàng)新管理法、現(xiàn)代管理方法）等等多個方面。為此，世界各國都非常重視產(chǎn)品的設(shè)計問題。 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)受產(chǎn)品功能需求和市場競爭的影響。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是交叉性很強的技術(shù)．具有創(chuàng)造性、優(yōu)化性、和綜合性、系統(tǒng)性特點。機械產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，是市場競爭的需要，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。 現(xiàn)代制造技術(shù)的特點包括以下幾點：（ 1）系統(tǒng)性 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是邏輯系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，強調(diào)用系統(tǒng)工程處理技術(shù)系統(tǒng)問題。（ 4）最優(yōu)化 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù) 重視綜合集成，在性能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、制造工藝、使用、環(huán)境等各種約束條件下，通過計算機以高效率尋求最優(yōu)方案和參數(shù)。同時通過計算機模仿人的智能活動，從而力求設(shè)計泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 20 出高智 能化的產(chǎn)品。具體來說現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有：①設(shè)計將從作為企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量成本第一的競爭策略轉(zhuǎn)向企業(yè)快速響應(yīng)市場的競爭 策略；②從滿足產(chǎn)品功能屬性向同時滿足生態(tài)與環(huán)境屬性發(fā)展；③從需求時面向制造和經(jīng)營管理發(fā)展；④從傳統(tǒng)的串行向并行工作模式、協(xié)同工作方式發(fā)展；⑤使人們從設(shè)計過程數(shù)字化中逐步確立主動地位，激發(fā)主動創(chuàng)造性。面對全球化的競爭，我國要想從一個制造業(yè)大國變成制造業(yè)強國，關(guān)鍵是要大力發(fā)展推廣先進(jìn)制造技術(shù)。這些工藝過程特別是熱加工過程是極其復(fù)雜的高溫、動態(tài)、瞬時過程，其間發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金變化，這些變化不僅不能直接觀察，間接測試也十分困難，因而多年來，熱加工工藝設(shè)計只能憑 “經(jīng)驗 ”。 毛坯和零件的成形是機械制造的第一道工序。有的毛坯成形后，已接近或達(dá)到零件的最終形狀和尺寸，磨削后即可裝配。由于熱加工過程十分復(fù)雜，因素多變，所以很難避免缺陷的產(chǎn)生。精切削加工技術(shù)由目前的紅處波段向加工可見光波段或不可見紫外線和 X 射線波段趨近；超精加工機床向多功能模塊化方向發(fā)展；超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。其中以多種形式的激光加工發(fā)展最為迅速。 泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 24 3）將計算機輔助工藝編程（ CAPP）、數(shù)控、 CAD/CAM、機器人、自動化搬運倉儲、管理信息系統(tǒng)（ MIS）等自動化單元技術(shù)綜合用于工藝設(shè)計、加工及物流過程，形成不同檔次的柔性自動化系統(tǒng)；數(shù)控加工、加工中心（ MC）、柔性制造單元（ FMC）、柔性制造島（ FMI）、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）和柔性生產(chǎn)線（ FTL），及至形成計算機集成制造系統(tǒng)（ CIMS）和智能制造系統(tǒng)（ IMS）。如在鑄造生產(chǎn)中，噪聲極大的震擊式造型 機已被射壓、靜壓造型機所取代。泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 25 CAD/CAM、 FMS、 CIMS、并行工程、快速原型等先進(jìn)制造技術(shù)及哲理的出現(xiàn)，使加工與設(shè)計之間的界限逐漸淡化，并走向一體化。先進(jìn)制造生產(chǎn)模式主要有：柔性生產(chǎn)、準(zhǔn)時生產(chǎn)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、并行工程、分散網(wǎng)絡(luò)化制造等。它使得成形的機械構(gòu)件具有精確的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙 度。據(jù)統(tǒng)計，全世界約有 75%的鋼材要經(jīng)過塑性加工，有 45%以 上的鋼材采用焊接技術(shù)得以成形。美國競爭委員會在 1991年向 美國總統(tǒng)提交的美國未來技術(shù)優(yōu)先權(quán)的研究報告中，把精密成形與加工技術(shù)列為美國處于柔 弱地位的技術(shù)，建議政府予以重視與支持。 2 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 現(xiàn)狀 近 30年來，精密成形技術(shù)在國外以很快的速度發(fā)展。 為了提高制造成形的質(zhì)量，特別是在大型零件制造中，減少實驗工作量以實現(xiàn)一次制造成功 ，工藝模擬技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，首先在鑄造領(lǐng)域進(jìn)入了商品化階段，在焊接、鍛壓、熱處 理方面也取得了很大成績。 近年來，精密成形技術(shù)在我國得到迅速發(fā)展［ 2］。電渣熔鑄工藝已 用于大型水輪機的導(dǎo)葉生產(chǎn)。 汽車前軸精密輥鍛和模鍛復(fù)合工藝，其生產(chǎn)線投資僅為以萬噸熱模鍛壓力機為主方案的 1/5～ 1/8；精密連接與切割技術(shù)方面，重點發(fā)展了電子束焊接、水下焊接和切割技術(shù)、逆變焊接 電源及藥芯焊絲制造技術(shù)。通過該項目的實