【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(jì)及環(huán)境文明。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù) 先進(jìn)制造技術(shù)（ AMT）可以理解成是一個(gè)專業(yè)，也可以理解為是一個(gè)主干課程，在社會(huì)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(jì)方法學(xué)（有限元法、逆向工程、模塊化設(shè)計(jì)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(gè)方面。具體例子如汽車(chē)行業(yè)的柔性制造技術(shù)和超精密加工技術(shù)， 電腦等行業(yè)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，現(xiàn)代制造企業(yè)內(nèi)部的“零庫(kù)存”管理技術(shù)，生物行業(yè)的微電子技術(shù)和生物制造技術(shù)，能泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 18 源行業(yè)的綠色制造技術(shù)等等。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)組成部分，是制造技術(shù)的第一個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)德國(guó)工程師協(xié)會(huì)文件 VDI2225 的調(diào)查分析，產(chǎn)品設(shè)計(jì)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%。為此，世界各國(guó)都非常重視產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問(wèn)題。 而現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中的地位同樣重要。機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀 尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算，并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)受產(chǎn)品功能需求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的影響。又應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)．再加上設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性思維過(guò)程。設(shè)計(jì)出可以制造的方案。并使這個(gè)可行的方案付諸于實(shí)踐?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是交叉性很強(qiáng)的技術(shù)．具有創(chuàng)造性、優(yōu)化性、和綜合性、系統(tǒng)性特點(diǎn)。機(jī)械產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的革新，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，有人工計(jì)算速度慢，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)的形象形比較差等缺點(diǎn)．比如傳統(tǒng) 設(shè)計(jì)主要是在大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上使用直覺(jué)法、類(lèi)比法設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒃O(shè)計(jì)法提升到邏輯的。理性的高度。機(jī)械產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。 常規(guī)設(shè)計(jì)技術(shù)是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)形成的公式、泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 19 圖表、手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類(lèi)比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，是一種直覺(jué)設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和靜態(tài)設(shè)計(jì)，它目前已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足產(chǎn)品的功能和市場(chǎng)需求?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是以電子計(jì)算機(jī)為手段，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建立在現(xiàn)代管理技術(shù)之上，運(yùn)用工程設(shè)計(jì)的新理論和新方法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果 最優(yōu)化，設(shè)計(jì)過(guò)程高效化和自動(dòng)化的設(shè)計(jì)技術(shù)。它是一種定量的、動(dòng)態(tài)的和科學(xué)的設(shè)計(jì)技術(shù)。 現(xiàn)代制造技術(shù)的特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：（ 1）系統(tǒng)性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)工程處理技術(shù)系統(tǒng)問(wèn)題。同時(shí)考慮技術(shù)系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，即人 機(jī) 環(huán)境的大系統(tǒng)關(guān)系。（ 2）創(chuàng)造性 突出人的創(chuàng)造性，發(fā)揮集體智慧，力求探尋更多突破性方案，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品。（ 3）社會(huì)性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程，從產(chǎn)品的概念形成到報(bào)廢處理的全生命周期的所有問(wèn)題，都要以面向社會(huì)、面向市場(chǎng)為指導(dǎo)思想全面考慮解決。（ 4）最優(yōu)化 現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(guò)計(jì)算機(jī)以高效率尋求最優(yōu)方案和參數(shù)。（ 5）動(dòng)態(tài)化 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，考慮載荷譜、負(fù)載率等隨機(jī)變量，根據(jù)概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，進(jìn)行動(dòng)態(tài)多變量最優(yōu)化設(shè)計(jì)。（ 6）宜人性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的實(shí)用性，外觀質(zhì)量的美觀性、藝術(shù)性、時(shí)代性，在保證產(chǎn)品功能的前提下，要求對(duì)用戶產(chǎn)生新穎、舒暢等精神功能。（ 7）智能化 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)堅(jiān)持“ 以人為本”的指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性。同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)模仿人的智能活動(dòng)，從而力求設(shè)計(jì)泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 20 出高智 能化的產(chǎn)品。（ 8） CA 化 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)廣泛使用計(jì)算機(jī)，應(yīng)用各種功能強(qiáng)大的軟件，使設(shè)計(jì) 計(jì)算 繪圖 制造 改進(jìn)一體化，從而提高了設(shè)計(jì)的精度、穩(wěn)定性和效率。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的前景依舊樂(lè)觀。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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，就要不斷的改進(jìn)設(shè)計(jì)理念，使用先進(jìn)設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)的發(fā)展方向。具體來(lái)說(shuō)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要有：①設(shè)計(jì)將從作為企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量成本第一的競(jìng)爭(zhēng)策略轉(zhuǎn)向企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng) 策略；②從滿足產(chǎn)品功能屬性向同時(shí)滿足生態(tài)與環(huán)境屬性發(fā)展；③從需求時(shí)面向制造和經(jīng)營(yíng)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(jì)過(guò)程數(shù)字化中逐步確立主動(dòng)地位，激發(fā)主動(dòng)創(chuàng)造性。 21 世紀(jì)是“設(shè)計(jì)的世紀(jì)”，這是著名華裔物理學(xué)家楊振寧博士和德國(guó)哲學(xué)家沃爾岡韋爾施不約而同對(duì)設(shè)計(jì)者的提醒。世界各國(guó)都十分清楚美國(guó)人所提出的“ 為競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)而設(shè)計(jì)”的口號(hào)的重要意義。面對(duì)全球化的競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)要想從一個(gè)制造業(yè)大國(guó)變成制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，關(guān)鍵是要大力發(fā)展推廣先進(jìn)制造技術(shù)。而作為先進(jìn)制造技術(shù)的核心環(huán)節(jié)——— 現(xiàn)代 設(shè)計(jì)技術(shù)更要快速超前發(fā)展。為此，深入研究現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，大力發(fā)展現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，是制造業(yè)在市場(chǎng)中立于不敗之地的關(guān)鍵所在，也是科技工作者當(dāng)前最主要的工作。 泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 21 第二章 先進(jìn)制造工藝的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) ，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì) 成形、改性與加工是機(jī)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(guò)程。這些工藝過(guò)程特別是熱加工過(guò)程是極其復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)過(guò)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(cè)試也十分困難，因而多年來(lái)，熱加工工藝設(shè)計(jì)只能憑 “經(jīng)驗(yàn) ”。近年來(lái)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)形成的熱加工工藝模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)風(fēng)靡全球，成為熱加工各個(gè)學(xué)科最為熱門(mén)的研究熱點(diǎn)和跨世紀(jì)的技術(shù)前沿。 應(yīng)用模擬技術(shù)，可以虛擬顯示材料熱加工（鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、注塑等）的工藝過(guò)程，預(yù)測(cè)工藝結(jié)果（組織性能質(zhì)量），并通過(guò)不同參數(shù)比較以優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，確保大件一次制造成功；確保成批件一次試模成功。 模擬技術(shù)同樣已開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)械加工、特種加工及裝配過(guò)程，并已向擬實(shí)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)。 毛坯和零件的成形是機(jī)械制造的第一道工序。金屬毛坯和零件的成形一般有鑄造、鍛造、沖壓、焊接和軋材下料五類(lèi)方法。隨著毛坯精密成形工藝的發(fā)展，零件成形的型成形的形狀尺寸精度正從近凈成形泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 22 （ Near Net Shape Forming）向凈成形（ Net ShapeForming）即近無(wú)余量成形方向發(fā)展。 “毛坯 ”與 “零件 ”的界限越來(lái)越小。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。主要方法有多種形式的精鑄、精鍛、精沖、冷溫?cái)D壓、精密焊接及切割。如在 汽車(chē)生產(chǎn)中， “接近零余量的敏捷及精密沖壓系統(tǒng) ”及 “智能電阻焊系統(tǒng) ”正在研究開(kāi)發(fā)中。 3. 成形質(zhì)量向近無(wú) “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(biāo)是缺陷的多少、大小和危害程度。由于熱加工過(guò)程十分復(fù)雜，因素多變，所以很難避免缺陷的產(chǎn)生。近年來(lái)熱加工界提出了 “向近無(wú) “缺陷 ”方向發(fā)展 ”的目標(biāo)，這個(gè) “缺陷 ”是指不致引起早期失效的臨界缺陷概念。采取的主要措施有：采用先進(jìn)工藝，凈化熔融金屬薄板，增大合金組織的致密度，為得到健全的鑄件、鍛件奠定基礎(chǔ)；采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一次成形及試模成功；加強(qiáng)工藝過(guò)程監(jiān)控及無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)零件；通過(guò)零件安全可靠性能研究及評(píng)估，確定臨界缺陷量值等。 、超高速方向發(fā)展 超精密加工技術(shù)目前已進(jìn)入納米加工時(shí)代，加工精度達(dá) ，表面粗糙度達(dá) 。精切削加工技術(shù)由目前的紅處波段向加工可見(jiàn)光波段或不可見(jiàn)紫外線和 X 射線波段趨近；超精加工機(jī)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。 目前起高速切削鋁合金的切削已超過(guò) 1600m/min；鑄鐵為泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 23 1500m/min；超 高速切削已成為解決一些難加工材料加工問(wèn)題的一條途徑。 。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(hù)等加工工藝或復(fù)合工藝。其中以多種形式的激光加工發(fā)展最為迅速。這些新工藝不僅提高了加工效率和質(zhì)量，同時(shí)還解決了超硬材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷等新型材料的加工難題。 化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的優(yōu)化控制 微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)與工藝設(shè)備相結(jié)合，形成了從單機(jī)到系統(tǒng)，從剛性到柔性，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜等不同檔次的多種自動(dòng)化成形加工技術(shù)，使工藝過(guò)程控制方式發(fā)生質(zhì)的變化，其發(fā)展歷程及趨勢(shì)為： 1）應(yīng)用集成電路、可編程序控制器、微機(jī)等新型控制元件、裝置實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備的單機(jī)、生產(chǎn)線或系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。 2）應(yīng)用新型傳感、無(wú)損檢測(cè)、理化檢驗(yàn)及計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)，實(shí)時(shí)測(cè)量并監(jiān)控工藝過(guò)程的溫度、壓力、形狀、尺寸、位移、應(yīng)力、應(yīng)變、振動(dòng)、聲、像、電、磁及合金與氣體的成 分、組織結(jié)構(gòu)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量、測(cè)試技術(shù)的電子化、數(shù)字化、計(jì)算機(jī)及工藝參數(shù)的閉環(huán)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。 泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 24 3）將計(jì)算機(jī)輔助工藝編程（ CAPP）、數(shù)控、 CAD/CAM、機(jī)器人、自動(dòng)化搬運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)、管理信息系統(tǒng)（ MIS）等自動(dòng)化單元技術(shù)綜合用于工藝設(shè)計(jì)、加工及物流過(guò)程，形成不同檔次的柔性自動(dòng)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）和智能制造系統(tǒng)（ IMS）。 用清潔能源及原材料、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn) 機(jī)械加工過(guò)程產(chǎn)生大量廢水、廢渣、廢氣、噪聲、振動(dòng)、熱輻射等，勞動(dòng)條件繁重危險(xiǎn)，已不適應(yīng)當(dāng)代清潔生產(chǎn)的要求。近年來(lái)清潔生產(chǎn)成為加工過(guò)程的一個(gè)新的目標(biāo)，除搞好三廢治理外，重在從源頭抓起，杜絕污染的產(chǎn)生。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(kāi)發(fā)新的工藝方法，如在鍛造生產(chǎn)中采用非石墨型潤(rùn)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(dòng)。如在鑄造生產(chǎn)中，噪聲極大的震擊式造型 機(jī)已被射壓、靜壓造型機(jī)所取代。在模鍛生產(chǎn)中，噪聲大且耗能多的模鍛錘，已逐漸被電液傳動(dòng)的曲柄熱模鍛壓力機(jī)、高能螺旋壓力機(jī)所取代。在清潔生產(chǎn)基礎(chǔ)上，滿足產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到使用乃至回收和廢棄處理的整個(gè)周期都符合特定的環(huán)境要求的 “綠色制造 ”將成為 21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征。 ，并趨向集成及一體化。泉州輕工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 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(jì)之間的界限逐漸淡化，并走向一體化。同時(shí)冷熱加工之間，加工過(guò)程、檢測(cè)過(guò)程、物流過(guò)程、裝配過(guò)程之間的界限亦趨向談化，、消失，而集成于統(tǒng)一的制造系統(tǒng)之中。 、管理技術(shù)緊密結(jié)合，先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展 先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)由技術(shù)、人和組織構(gòu)成的集成體系，三者有效集成才能取得滿意的效果。因而先進(jìn)制造工藝只有通過(guò)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(jìn) 制造工藝的使用效果。先進(jìn)制造生產(chǎn)模式主要有：柔性生產(chǎn)、準(zhǔn)時(shí)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。這些先進(jìn)制造模式是制造工藝與信息、管理技術(shù)緊密結(jié)合的結(jié)果，反過(guò)來(lái)它也影響并促進(jìn)制造工藝的不斷革新與發(fā)展。 精密成形技術(shù)發(fā)展前沿 1 精密成形技術(shù)的內(nèi)涵及作用 內(nèi)涵 精密成形技術(shù)是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工（近凈成形技術(shù)， near shape technique；或凈成形技術(shù)， shape technique），就可用作機(jī)械構(gòu)件的成形技術(shù)。它 是建立在新 材料、新能源、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等多學(xué)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(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 26 輕量化、低成本、無(wú)公害 的成形。它使得成形的機(jī)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。該項(xiàng)技術(shù)包括近凈形鑄造成形、精確塑性成形、精確連接、精密熱處理、表面改性等專 業(yè)領(lǐng)域，是新工藝、新材料、新裝備以及各項(xiàng)新技術(shù)成果的綜合集成技術(shù)。 精密成形技術(shù)具有以下特點(diǎn)： ① 近凈成形體尺寸及形位精度高，為后續(xù)采用高效、高精加工 提供了理想的毛坯； ② 高效、低消耗、低成本，為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本提供了 有利條件； ③ 可