【正文】 智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。 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、納米摩擦學、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細加工關(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 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)鍵科學技術(shù)問題有待解決。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認識的加深，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，以進一步達到實現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。 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。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。 2． 4 機械仿生制造 21 世紀將是生命科學的世紀，機械科學和生命科學的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品 (如智能仿生結(jié)構(gòu) )，開發(fā)出新工藝 (如生長成形工藝 )和開辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計、制造過程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。仿生制造的 自組織 機制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計、制造工藝規(guī)程的自動生成、生 產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)條件。 當前現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢 大致有以下九個方面： (2) 設(shè)計技術(shù)與手段更現(xiàn)代化。 先進制造技術(shù)的未來發(fā)展狀況 先進制造技術(shù)的發(fā)展可以用 8 個字來概括： “ 數(shù) ” 是核心，“ 精 ” 是關(guān)鍵， “ 極 ” 是焦點， “ 自 ” 是條件， “ 集 ” 是方法， “ 網(wǎng) ”是道路， “ 智 ” 是前景， “ 綠 ” 是必然。 “精 ”是發(fā)展的關(guān)鍵 “ 精 ” 是 “ 精密化 ” 。在現(xiàn)代超精密機械中，對精度要求極高，如人泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 12 造衛(wèi)星的 儀表 軸承，其圓度、圓柱度、表面粗糙度等均達納米級 。 甚至可以說， “ 極 ” 是前沿科技或前沿科技產(chǎn)品發(fā) 展的一個焦點?？梢哉f，機械是一切技術(shù)的載體， 也是自動化技術(shù)的載體。信息化、計算機化與網(wǎng)絡(luò)化，不但極大地解放了人的體力勞動，而且更為關(guān)鍵的是有效地提高了腦力勞動自動化的水平，解放了人的部分的腦力勞動。a檢測傳感技術(shù) 。包括生產(chǎn)過程的集成、全壽命周期過程的集成 。制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化由兩個因素決定：一是生產(chǎn)組織變革的需要，一是生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的可能。在電子商務(wù)下的網(wǎng)絡(luò)化制造中，供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理、產(chǎn)品生命周期管理共同構(gòu)成了制造的增殖鏈。③ 自組織與超柔性 。目前，特別是分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)、智能代理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等發(fā)展，將突出知識在制造活動中的價值地位。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，都必須充分計及環(huán)境保護。根據(jù)德國工程師協(xié)會文件 VDI2225 的調(diào)查分析，產(chǎn)品設(shè)計成本約占產(chǎn)品成本的 5% 7%，但卻決定了產(chǎn)品制造成本的 75% 80%。并使這個可行的方案付諸于實踐。它是一種定量的、動態(tài)的和科學的設(shè)計技術(shù)。（ 7）智能化 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)堅持“ 以人為本”的指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮人的主觀能動性。世界各國都十分清楚美國人所提出的“ 為競爭的優(yōu)勢 而設(shè)計”的口號的重要意義。 模擬技術(shù)同樣已開始應(yīng)用于機械加工、特種加工及裝配過程，并已向擬實制造成形的方向發(fā)展，成為分散網(wǎng)絡(luò)化制造、數(shù)字化制造及制造全球化的技術(shù)基礎(chǔ)。 3. 成形質(zhì)量向近無 “缺陷 ”方向發(fā)展 毛坯和零件成形質(zhì)量高低的一另一指標是缺陷的多少、大小和危害程度。解決新型材料的加工和表面改性難題 激光、電子束、離子束、分子束、等離子體、微波、超聲波、電液、電磁、高壓水射流等新型能源或能源載體的引入，形成了多咱嶄新的特種加工及高密度能切割、焊接、熔煉、鍛壓、熱處理、表面保護等加工工藝或復(fù)合工藝。其途徑之一為：一是采用清潔能源，如用電加熱代替燃煤加熱鍛坯，用電熔化代替焦炭沖天爐熔化鐵液；二是采用清潔的工藝材料 開發(fā)新的工藝方法，如在鍛造生產(chǎn)中采用非石墨型潤滑材料，在砂型鑄造中采用非煤粉型砂；三是采用新結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備的噪聲和振動。因而先進制造工藝只有通過和信息、管理技術(shù)緊密結(jié)合，不斷探索適應(yīng)需求的新型生產(chǎn)模式，才能提高先進制造工藝的使用效果。 作用 精密成形技術(shù)是先進制造技術(shù)的一個重要內(nèi)容，幾乎所有的機械零部件都要通過成形與改性 才能具有所需的形狀及實用功能。發(fā)展、應(yīng)用精密成形技術(shù)就是一個有效途徑。隨著航空、航天事業(yè)的發(fā)展，在空 間進行連接與改性已有必要，這方面也取得突破性進展。依靠我國力量建設(shè)的汽車前梁、羊角和轎車連桿生 產(chǎn)線已達到國泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 29 際先進水平。據(jù)國際機械加工技術(shù)協(xié)會預(yù)測， 21 世紀初，塑性成形與磨 削相結(jié)合，將取代大部分中小零件的切削加工。 精密成形生產(chǎn)向清潔生產(chǎn)方向發(fā)展 清潔生產(chǎn)技術(shù)是協(xié)調(diào)工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護矛盾的一種新的生產(chǎn)方式，是 21 世紀制造業(yè)發(fā)展的 重要特征。這是進一步改善毛坯和制件內(nèi)部組織性能，以及提供一個 能適應(yīng) 各種不同工況條件的優(yōu)質(zhì)表面的制造技術(shù)。 （ 2）精密成形設(shè)備及生產(chǎn)自動化技術(shù) 各種精密成形工藝必須依靠先進的裝備予以實現(xiàn)。 主要包括質(zhì)量在線控制技術(shù)、無損檢測與評價技術(shù)、統(tǒng)計過程控制（ SPC）技術(shù)、精密傳感 技術(shù)等。模擬、預(yù)測并優(yōu)化材料微觀組織結(jié)構(gòu)及偏析、混晶、氫致裂紋等微觀缺陷的演化。 （ 6） 新型材料（工件）及特殊條件下的成形與改性技術(shù) 新型材料（工件）的成形技術(shù)是解決新型材料（高強鋁合金、鋁鋰合金、鈦合金、金屬間化 合物、各類復(fù)合材料、超導(dǎo)材料和形狀記憶合金等功能材料）在變成制品時成形過程的特 殊困難的技術(shù)，包括鑄造、塑性成形、連接與材料改性等技術(shù)。在此項技術(shù)中，處于領(lǐng)先地位的國家主要有德國、日本、美國、意大利等。特別引人注目的是，聯(lián)邦德國 Darmstadt 工業(yè)大學生產(chǎn)工程與機床研究所（ PTW）從 1978 年開始系統(tǒng)地進行超高速切削機理研究，對各種金屬和非金屬材料進行高速切削試驗，聯(lián)邦德國組織了幾十家企業(yè)并提供了 2020 多萬馬克支持該泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 38 項研究工作，自八十年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)，超高速機床從單一的超高速銑床發(fā)展成為超高速車銑床、鉆銑床乃至各種高速加工中心等。目前日本工業(yè)實用磨削速度已達 200m/s，美國 Conicut 大學磨削研究中心， 1996 年其無心外圓高速磨床上，最高砂輪磨削速度達 250m/s。高速位置芯片環(huán)的研制；精密交流伺服系統(tǒng)及電機的研究；系統(tǒng)慣量與伺服電機參數(shù)匹配關(guān)系的研究；機械傳動鏈靜、動剛度研究；加減速控 制技術(shù)研究；精密滾珠絲杠副及大導(dǎo)程絲杠副的研制等。納米級超精密車床工程化研究；超精密磨床研究；關(guān)鍵基礎(chǔ)件，如軸系、導(dǎo)軌副、數(shù)控伺服系統(tǒng)、微位移裝置等研究；超精密機床總成制造技術(shù)研究。 微細加工技術(shù)應(yīng)滿足下列功能： 為達到很小的單位去除率（ UR），需要各軸能實現(xiàn)足夠小的微量移動，對于微細的機械加工和電加工工藝，微量移動應(yīng)可小至幾十個納米，電加工的 UR 最小極限取決于脈沖放電的能量。 9）具有刀具破損和微型鉆頭折斷的敏感的監(jiān)控系統(tǒng)。 加工特征 微細加工和超微細加工以分離或結(jié)合原子、分子為加工對象，以電子束、技工束、粒子束為加工基礎(chǔ)，采用沉積、刻蝕、濺射、蒸鍍等手段進行各種處理。日本的研究創(chuàng)新意識強，不是單純地模仿國外的做法，而是積極地利用外國技術(shù)并結(jié)合本國特點和生存環(huán)境，走出了一條自己的發(fā)展道路。美國最早研制了能加工硬脆材料的 6 軸數(shù)控超精密研磨拋光機；聯(lián)合碳化物公司開發(fā)了直徑為 800mm 的非球面光學零件的超精密加工機床；勞倫斯 .利佛摩爾實驗室還開發(fā)了能加工陶瓷、 硬質(zhì)合金、玻璃和塑料等難加工材料的超精密切削機床，在半導(dǎo)體工業(yè)、航空工業(yè)和醫(yī)療器械工業(yè)中投入使用；珀金 埃爾默等公司用超精密加工技術(shù)加工各種軍用紅外零部件。 微小尺寸和一般尺寸加工是不同的，其不同點主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 43 精度的表示方法 在微小尺寸加工時，由于加工尺寸很小，精度就必須用尺寸的絕對值來表示，即用取出的一塊材料的大小來表示，從而引 入加工單位尺寸的概念。 5）低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計。納米級基準與傳遞系統(tǒng)建立；納米級測量儀器研究；空間誤差補償技術(shù)研究；測量集成技術(shù)研究。對超高速加工機床主軸單元、進給單元系統(tǒng)和機床支承及輔助單元系統(tǒng)等功能部位和驅(qū)動控制系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)，對超高速加工用刀具磨具的磨損和破損、磨具的修整等狀態(tài)以及超高速加工過程中工件加工精度、加工表面質(zhì)量等在線監(jiān)控技術(shù)進行研究。對超高速切削和磨削加工過程、各種切削磨削現(xiàn)象、各種被加工材料和各種刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工藝參數(shù)優(yōu)化等進行系統(tǒng)研究。 在高速和超高速磨削技術(shù)方面，人們開發(fā)了高速、超高速磨削、深切緩進給磨削、深切快進給磨削（即 HEDG）、多片砂輪和多砂輪架磨削等許多高速高效率磨削，這些高速高效率磨削技術(shù)在近 20 年來得到長足的發(fā)展及應(yīng)用。砂輪材料過去主要是采用剛玉系、碳化硅系等，美國 G． E 公司 50 年代首先在金剛石人工合成方面取得成功， 60 年代又首先研制成功 CBN。 超高速加工 超高速加工的切削速度范圍因不同的工件材料、不同的切削方式而異。 （ 5）清潔成形與改性技術(shù) 清潔成形與改性技術(shù)是實現(xiàn)機械制造業(yè)自身清潔生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)。這是建立過程模型及設(shè) 計物理模擬試驗的理論基礎(chǔ)。它是一種既包括生產(chǎn)技術(shù)，又包括生產(chǎn)質(zhì)量管理的系統(tǒng)工程。 ④ 模型和模具制造。 主要指如下技術(shù)： ① 精密毛坯制造技術(shù)。為此，在生產(chǎn)過程自動化、工藝參數(shù)在線控制、生產(chǎn)工藝因素對工藝效 果影響的模擬基礎(chǔ)上，實現(xiàn)控制過程智能化，并實現(xiàn)上述目標，是當前的主要方向。 “ 九五 ” 期間，國家將 “ 精密成形與加工研究開發(fā)和應(yīng)用示范 ”列為重點科技攻關(guān)項目 ［ 3］。 mm ，表面粗糙度 Ra25 μm 。目前已開始用于不同領(lǐng) 域，并獲得了巨大的經(jīng)濟效益。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 27 精密成形技術(shù)的發(fā)展對提高一個國家的工業(yè)競爭力有重大影響。它 是建立在新材料、新能源、信息技術(shù) 、自動化技術(shù)等多學科高新技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，改造了 傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)，使之由粗糙成形變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 26 輕量化、低成本、無公害 的成形。 ，并趨向集成及一體化。 2） 應(yīng)用新型傳感、無損檢測、理化檢驗及計算機、微電子技術(shù)，實時測量并監(jiān)控工藝過程的溫度、壓力、形狀、尺寸、位移、應(yīng)力、應(yīng)變、振動、聲、像、電、磁及合金與氣體的成分、組織結(jié)構(gòu)等參數(shù)，實現(xiàn)在線測量、測試技術(shù)的電子化、數(shù)字化、計算機及工藝參數(shù)的閉環(huán)控制，進而實現(xiàn)自適應(yīng)控制。 、超高速方向發(fā)展 超精密加工技術(shù)目前已進入納米加工時代，加工精度達 ，表面粗糙度達 。 “毛坯 ”與 “零件 ”的界限越來越小。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 21 第二章 先進制造工藝的技術(shù)發(fā)展趨勢 ，優(yōu)化工藝設(shè)計 成形、改性與加工是機械制造工藝的主要工序，是將原材料（主要是金屬材料）制造加工成毛坯或零部件的過程。這主要是由于企業(yè)要在不斷變化的產(chǎn)品需求和激烈的市場競爭中立于不敗之地，就要不斷的改進設(shè)計理念，使用先進設(shè)計制造技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高生產(chǎn)率，生產(chǎn)出符合用戶 需求的高科技產(chǎn)品，這也是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向。（ 3）社會性 現(xiàn) 代設(shè)計技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品的整個過程，從產(chǎn)品的概念形成到報廢處理的全生命周期的所有問題，都要以面向社會、面向市場為指導(dǎo)思想全面考慮解決。理性的高度。機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，是決定機械性能的最主要的因素。每發(fā)展與采用一項新技術(shù)時，應(yīng)站在哲學高度，慎思 “ 塞翁得馬，安知非禍 ” ，即必須充分考慮可持續(xù)發(fā)展，計及環(huán)境文明。《老子 》講的 “ 無為 ” 就是這個意思，即不去 “ 為 ” 違背客觀規(guī)律之 “ 為 ” 。它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。近 20 年來，制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型，這就要求制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要表現(xiàn)出某種智能，以便應(yīng)對大量復(fù)雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復(fù)雜環(huán)境，因此，智能制造越來越受到高度的重視。 這個變革體現(xiàn)在兩方面：一方面利用網(wǎng)絡(luò)，在產(chǎn)品設(shè)計、制造與生產(chǎn)管理等活動乃至企業(yè)整個業(yè)務(wù)流程中充分享用有關(guān)資源，即快速調(diào)集、有機整合與高效利 用有關(guān)制造資源 。 即依據(jù)生物是由內(nèi)部生長而成 “ 器件 ” ，而非同一般制造技術(shù)那樣由外加作用以增減材料而成“ 器件 ” 。e 精密機械技術(shù) 。已如前述，先進制造技術(shù)就是制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理科學與有關(guān)科學技術(shù)的集成。但管理效率只提高為 至 倍，設(shè)計效率只 倍，這表明腦力勞動遠沒有得到有效的解放。 MEMS 可以完成特種動作與實現(xiàn)特種功能，乃至可