【文章內(nèi)容簡介】 ）動態(tài)化 現(xiàn)代設計技術在靜態(tài)分析的基礎上，考慮載荷譜、負載率等隨機變量，根據(jù)概率論和統(tǒng)計學方法，進行動態(tài)多變量最優(yōu)化設計。（6）宜人性 現(xiàn)代設計技術強調(diào)產(chǎn)品內(nèi)在質量的實用性，外觀質量的美觀性、藝術性、時代性，在保證產(chǎn)品功能的前提下，要求對用戶產(chǎn)生新穎、舒暢等精神功能。（7）智能化 現(xiàn)代設計技術堅持“ 以人為本”的指導思想，充分發(fā)揮人的主觀能動性。同時通過計算機模仿人的智能活動，從而力求設計出高智能化的產(chǎn)品。（8）CA 化 現(xiàn)代設計技術廣泛使用計算機，應用各種功能強大的軟件，使設計計算 繪圖 制造 改進一體化，從而提高了設計的精度、穩(wěn)定性和效率?，F(xiàn)代設計技術的前景依舊樂觀。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競爭中立于不敗之地，就要不斷的改進設計理念，使用先進設計制造技術，提高產(chǎn)品質量，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)代設計技術的發(fā)展方向。具體來說現(xiàn)代設計技術的發(fā)展趨勢主要有：①設計將從作為企業(yè)產(chǎn)品質量成本第一的競爭策略轉向企業(yè)快速響應市場的競爭策略；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。21 世紀是“設計的世紀”，這是著名華裔物理學家楊振寧博士和德國哲學家沃爾岡韋爾施不約而同對設計者的提醒。世界各國都十分清楚美國人所提出的“ 為競爭的優(yōu)勢而設計”的口號的重要意義。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，關鍵是要大力發(fā)展推廣先進制造技術。而作為先進制造技術的核心環(huán)節(jié)———現(xiàn)代設計技術更要快速超前發(fā)展。為此，深入研究現(xiàn)代設計技術，大力發(fā)展現(xiàn)代設計技術，是制造業(yè)在市場中立于不敗之地的關鍵所在，也是科技工作者當前最主要的工作。第二章先進制造工藝的技術發(fā)展趨勢，優(yōu)化工藝設計 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。這些工藝過程特別是熱加工過程是極其復雜的高溫、動態(tài)、瞬時過程，其間發(fā)生一系列復雜的物理、化學、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，熱加工工藝設計只能憑“經(jīng)驗”。近年來，應用計算機技術及現(xiàn)代測試技術形成的熱加工工藝模擬及優(yōu)化設計技術風靡全球，成為熱加工各個學科最為熱門的研究熱點和跨世紀的技術前沿。 應用模擬技術，可以虛擬顯示材料熱加工（鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、注塑等）的工藝過程，預測工藝結果（組織性能質量），并通過不同參數(shù)比較以優(yōu)化工藝設計，確保大件一次制造成功；確保成批件一次試模成功。 模擬技術同樣已開始應用于機械加工、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)絡化制造、數(shù)字化制造及制造全球化的技術基礎。 毛坯和零件的成形是機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（Near Net Shape Forming）向凈成形（Net ShapeForming）即近無余量成形方向發(fā)展?！懊鳌迸c“零件”的界限越來越小。有的毛坯成形后，已接近或達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、冷溫擠壓、精密焊接及切割。如在汽車生產(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)”正在研究開發(fā)中。 3. 成形質量向近無“缺陷”方向發(fā)展 毛坯和零件成形質量高低的一另一指標是缺陷的多少、大小和危害程度。由于熱加工過程十分復雜，因素多變，所以很難避免缺陷的產(chǎn)生。近年來熱加工界提出了“向近無“缺陷”方向發(fā)展”的目標，這個“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；采用模擬技術，優(yōu)化工藝設計，實現(xiàn)一次成形及試模成功；加強工藝過程監(jiān)控及無損檢測，及時發(fā)現(xiàn)超標零件；通過零件安全可靠性能研究及評估，確定臨界缺陷量值等。 、超高速方向發(fā)展 超精密加工技術目前已進入納米加工時代。精切削加工技術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大到非金屬。 目前起高速切削鋁合金的切削已超過1600m/min；鑄鐵為1500m/min；超高速切削已成為解決一些難加工材料加工問題的一條途徑。 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、表面保護等加工工藝或復合工藝。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量，同時還解決了超硬材料、高分子材料、復合材料、工程陶瓷等新型材料的加工難題。 ，實現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化控制 微電子、計算機、自動化技術與工藝設備相結合，形成了從單機到系統(tǒng)，從剛性到柔性，從簡單到復雜等不同檔次的多種自動化成形加工技術，使工藝過程控制方式發(fā)生質的變化，其發(fā)展歷程及趨勢為： 1）應用集成電路、可編程序控制器、微機等新型控制元件、裝置實現(xiàn)工藝設備的單機、生產(chǎn)線或系統(tǒng)的自動化控制。 2）應用新型傳感、無損檢測、理化檢驗及計算機、微電子技術，實時測量并監(jiān)控工藝過程的溫度、壓力、形狀、尺寸、位移、應力、應變、振動、聲、像、電、磁及合金與氣體的成分、組織結構等參數(shù)，實現(xiàn)在線測量、測試技術的電子化、數(shù)字化、計算機及工藝參數(shù)的閉環(huán)控制，進而實現(xiàn)自適應控制。 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）等自動化單元技術綜合用于工藝設計、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）。 、實現(xiàn)清潔生產(chǎn) 機械加工過程產(chǎn)生大量廢水、廢渣、廢氣、噪聲、振動、熱輻射等，勞動條件繁重危險，已不適應當代清潔生產(chǎn)的要求。近年來清潔生產(chǎn)成為加工過程的一個新的目標，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；三是采用新結構，減少設備的噪聲和振動。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。在模鍛生產(chǎn)中，噪聲大且耗能多的模鍛錘，已逐漸被電液傳動的曲柄熱模鍛壓力機、高能螺旋壓力機所取代。在清潔生產(chǎn)基礎上，滿足產(chǎn)品從設計、生產(chǎn)到使用乃至回收和廢棄處理的整個周期都符合特定的環(huán)境要求的“綠色制造”將成為21世紀制造業(yè)的重要特征。 ，并趨向集成及一體化。CAD/CAM、FMS、CIMS、并行工程、快速原型等先進制造技術及哲理的出現(xiàn)，使加工與設計之間的界限逐漸淡化，并走向一體化。同時冷熱加工之間，加工過程、檢測過程、物流過程、裝配過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。 、管理技術緊密結合，先進制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展 先進制造技術系統(tǒng)是一個由技術、人和組織構成的集成體系，三者有效集成才能取得滿意的效果。因而先進制造工藝只有通過和信息、管理技術緊密結合，不斷探索適應需求的新型生產(chǎn)模式，才能提高先進制造工藝的使用效果。先進制造生產(chǎn)模式主要有：柔性生產(chǎn)、準時生產(chǎn)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、并行工程、分散網(wǎng)絡化制造等。這些先進制造模式是制造工藝與信息、管理技術緊密結合的結果，反過來它也影響并促進制造工藝的不斷革新與發(fā)展。精密成形技術發(fā)展前沿1 　精密成形技術的內(nèi)涵及作用 　內(nèi)涵　　 精密成形技術是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工（近凈成形技術，near net shape technique；或凈成形技術，net shape technique），就可用作機械構件的成形技術。它 是建立在新材料、新能源、信息技術、自動化技術等多學科高新技術成果的基礎上，改造了 傳統(tǒng)的毛坯成形技術，使之由粗糙成形變?yōu)閮?yōu)質、高效、高精度、輕量化、低成本、無公害 的成形。它使得成形的機械構件具有精確的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙 度。該項技術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)領域，是新工藝、新材料、新裝備以及各項新技術成果的綜合集成技術。 　　 精密成形技術具有以下特點：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)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本提供了 有利條件；③可方便、快捷地做出過去很難做出的結構件，為新產(chǎn)品開發(fā)提供有力技術支撐 ；④較傳統(tǒng)成形產(chǎn)品改善生產(chǎn)條件、減少對環(huán)境污染，成為一種清潔生產(chǎn)技術，為可持續(xù)發(fā) 展創(chuàng)造有利條件。 　作用 　　精密成形技術是先進制造技術的一個重要內(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。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得以成形。以汽車為例，據(jù)德國預測，到2000年，汽車總重量的65% 仍將由鋼材（約45%）、鋁合金（約13%）及鑄鐵（約7%）通過鍛壓、焊接或鑄造成形，并通 過熱處理及表面改性獲得最終所需的實用性能［1］。在工業(yè)發(fā)達國家精密成形鑄件 已占鑄件總產(chǎn)量的25%～30%，而其產(chǎn)值達到鑄件總產(chǎn)值的50%左右。 　　 精密成形技術的發(fā)展對提高一個國家的工業(yè)競爭力有重大影響。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優(yōu)先權的研究報告中，把精密成形與加工技術列為美國處于柔 弱地位的技術，建議政府予以重視與支持。 　　 我國制造業(yè)在一個相當長的時期將獲得快速發(fā)展，據(jù)預測一直到2020年制造業(yè)占我國GDP的 比重將保持在35%左右的較高值，2020年后雖然制造業(yè)的比重呈下降趨勢，但其絕對值仍然 不斷增加；預計2000年國內(nèi)機械產(chǎn)品需求2萬億元，2005年達3萬億元；到2005年汽車總需求 量為290萬輛～330萬輛，其中轎車130萬輛～140萬輛。制造業(yè)特別是機械制造業(yè)的發(fā)展，要求 生產(chǎn)過程節(jié)約能源、節(jié)約材料、提高資源利用效率，這已成為能否以低成本、高質量、高效 率參與國際市場競爭的十分重要的問題。發(fā)展、應用精密成形技術就是一個有效途徑。 2　現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 　現(xiàn)狀 　　近30年來，精密成形技術在國外以很快的速度發(fā)展。大量優(yōu)質、高效、少無切削的新型成形 與改性技術得到發(fā)展，并在工業(yè)中獲得廣泛應用，如氣化模鑄造、樹脂自硬砂組芯造型等近 凈形鑄造技術；超塑成形、精密熱鍛、精密冷溫成形等精密塑性成形技術；氣體保護焊、激 光焊、真空電子束焊等精密連接技術。為了加快產(chǎn)品設計，近10年來發(fā)展了快速原型/零件 制造技術，它打破了材料“去除”的成形原理，采用“累積”成形。目前已開始用于不同領 域，并獲得了巨大的經(jīng)濟效益。 　　 為了提高制造成形的質量，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 ，工藝模擬技術獲得了飛速發(fā)展，首先在鑄造領域進入了商品化階段，在焊接、鍛壓、熱處 理方面也取得了很大成績。 　　 為了改善人類生存環(huán)境，綠色制造成形也在不斷發(fā)展，人們力求在制造成形過程中，最大限 度地減少對環(huán)境的污染。為了日益擴大人類活動范圍，各種水下切割與連接，以及表面改性 技術獲得發(fā)展與應用，已可在水下200 m深處進行操作。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。 　　 近年來，精密成形技術在我國得到迅速發(fā)展［2］。在近凈形鑄造技術方面，近幾年 重點發(fā)展了熔模精密鑄造、陶瓷型精密鑄造、消失模鑄造等新技術。采用消失模鑄造生產(chǎn)的 鑄件質量好，鑄件壁厚公差達到了177。 mm，表面粗糙度Ra25 μm。電渣熔鑄工藝已 用于大型水輪機的導葉生產(chǎn)。1997年研究成功的電渣鑄接新工藝，鑄接了一塊300 mm190 mm700 mm的試驗件。高強度、形態(tài)復雜、薄壁、 t的鋁合金鑄件也獲成功；在精 密塑性成形技術方面，重點發(fā)展了熱鍛技術、冷精壓技術、成形軋制技術、精沖技術和超塑 成形技術。依靠我國力量建設的汽車前梁、羊角和轎車連桿生產(chǎn)線已達到國際先進水平。 汽車前軸精密輥鍛和模鍛復合工藝，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