【正文】 造所涉及的科學問題是生物的 自組織 機制及其在制造系統(tǒng)中的應用問題。仿生制造的 自組織 機制為自下而上的產(chǎn)品并行設計、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)提供了理論基礎和實現(xiàn)條件。 仿生制造的研究內(nèi)容目前有兩個方面： 2． 4． 1 面向生命的仿生制造 研究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細胞自動機、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運行模式以及生物的進化和趨優(yōu)機制等； 2． 4． 2 面向制造的仿生制造 研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設計原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進化機制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎，例如：仿生空間的泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 9 形式化描述及其信息映射關系，仿生系統(tǒng)及其演化過程的復雜度計量方法。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎研究的特點，如果抓住機遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。 3 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢 20世紀 90年代以來，世界各國都把制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國家的關鍵技術(shù)進行優(yōu)先發(fā)展，如美國的先進制造技術(shù)計劃 AMTP、日本的智能制造技術(shù)（ IMS）國際合作計劃、韓國的高級現(xiàn)代技術(shù)國家計劃(G7)、德國的制造 2020計劃和歐共體的 ESPRIT 和 BRITEEURAM 計劃。 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) 設計技術(shù)與手段更現(xiàn)代化。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 10 (4) 新型特種加工方法的形成。 (6) 加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學。 (8) 制造業(yè)中廣泛應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)。 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。 “ 數(shù)字化 ” 不僅是 “ 信息化 ” 發(fā)展的核心，而且也是先進制造技術(shù)發(fā)展的核心。數(shù)字化制造就是指制造領域的數(shù)字化，它是制造技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)與管理科學的交叉、融和、發(fā)展與應用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢。對制造設備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字化信號。 “精 ”是發(fā)展的關鍵 “ 精 ” 是 “ 精密化 ” 。顯然，這兩方面是一回事。有了后者，才促使前者得以發(fā)展。 20世紀初，超精密加工的誤差是 10微米， 30年代達 1 微米， 50年代達 ， 70至 80 年代達 米，至今達 ，即 1 納米。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)設計（論文）任務書 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 。細微加工、納米加工技術(shù)可達納米以下的要求，如離子束加工可達納米級，借助于掃描隧道 顯微鏡 與原子力顯微鏡的加工，則可達 。 (STM) “極 ”是發(fā)展的焦點 “ 極 ” 就是極端條件，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。顯然，這些產(chǎn)品都是科技前沿的產(chǎn)品。 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。軍事武器中，精確制導技術(shù)，精確打擊技術(shù)，微型慣性平臺，微光學設備 。 MEMS 可以完成特種動作與實現(xiàn)特種功能，乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界，其深遠意義難于估量。它就是減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關勞動的技術(shù)或手段?？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。第二次工業(yè)革命，電氣化進一步促進了自動化的發(fā)展。但管理效率只提高為 至 倍，設計效率只 ，這表明腦力勞動遠沒有得到有效的解放。此后， CAD 發(fā)展極為迅速。信息化、計算機化與網(wǎng)絡化，不但極大地解放了人的體力勞動，而且更為關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。它一是技術(shù)的集成，一是管理的集成，一是技術(shù)與管理的集成 。已如前述，先進制造技術(shù)就是制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理科學與有關科學技術(shù)的集成。目前， “ 集 ”主要指： １、現(xiàn)代技術(shù)的集成，機電一體化是個典型，它是高技術(shù)裝備的基礎，如微電子制造裝備，信息化、網(wǎng)絡化產(chǎn)品及配套設備， 儀器 、泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 14 儀表、醫(yī)療、生物、環(huán)保等高技術(shù)設備。a檢測傳感技術(shù) 。c自動控制技術(shù) 。e精密機械技術(shù) 。 ２、加工技術(shù)的集成，特種加工技術(shù)及其裝備是個典型，如增材制造 (即快速原型 )、激光加工、高能束加工、電加工等等。包括生產(chǎn)過程的集成、全壽命周期過程的集成 。當然，管理 的集成不可能不包含管理與技術(shù)的集成。 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 ” 。 “網(wǎng) ”是發(fā)展的道路 “ 網(wǎng) ” 就是網(wǎng)絡化。制造技術(shù)的網(wǎng)絡化由兩個因素決定：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。采購成本不斷提高，產(chǎn)品更新速度加快，市場需求不斷變化，客戶定單生產(chǎn)方式迅速發(fā)展，全球制造所帶來的沖擊日益加強等等 。 這個變革體現(xiàn)在兩方面：一方面利用網(wǎng)絡，在產(chǎn)品設計、制造與生產(chǎn)管理等活動乃至企業(yè)整個業(yè)務流程中充分享用有關資源，即快速調(diào)集、有機整合與高效利用有關制造資源 。在制造技術(shù)網(wǎng)絡化中，電子商務應用值得關注。在電子商務下的網(wǎng)絡化制造中，供應鏈管理、客戶關系管理、產(chǎn)品生命周期管理共同構(gòu)成了制造的增殖鏈。 “智 ”是發(fā)展的前景 “ 智 ” 就是智能化。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，以便應對大量復雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環(huán)境，因此，智能制造越來越受到高度的重視。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 16 與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造系統(tǒng)具有以下特點： ① 人機一體化 。③ 自組織與超柔性 。⑤ 在未來，具有更高級的類人思維的能力。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。當然，目前還只能算初步，但潛力極大，前景廣闊。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)絡技術(shù)等發(fā)展，將突出知識在制造活動中的價值地位。人類社會的發(fā)展必將走向人類社會與自然界的和諧，就是走向 “ 天人合一 ” ?！独献印分v的 “ 無為 ” 就是這個意思，即不去 “ 為 ” 違背客觀規(guī)律之 “ 為 ” 。 保護環(huán)境，就是保護 生產(chǎn)力 。制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開始，到設計階段，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。在此前提與內(nèi)涵下，還必須制造出價廉、物美、供貨期短、售后服務好的產(chǎn)品。每發(fā)展與采用一項新技術(shù)時，應站在 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。具體例子如汽車行業(yè)的柔性制造技術(shù)和超精密加工技術(shù)， 電腦等行業(yè)的模塊化設計技術(shù)，現(xiàn)代制造企業(yè)內(nèi)部的“零庫存”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 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 18 源行業(yè)的綠色制造技術(shù)等等。根據(jù)德國工程師協(xié)會文件 VDI2225 的調(diào)查分析，產(chǎn)品設計成本約占產(chǎn)品成本的 5% 7%，但卻決定了產(chǎn)品制造成本的 75% 80%。 而現(xiàn)代設計技術(shù)在機械設計技術(shù)中的地位同樣重要。機械設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。又應用現(xiàn)代科學技術(shù)知識．再加上設計人員的創(chuàng)造性思維過程。并使這個可行的方案付諸于實踐。機械產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)代設計技術(shù)是對傳統(tǒng)設計技術(shù)的革新，傳統(tǒng)設計方法中，有人工計算速度慢，產(chǎn)品開發(fā)周期長，設計的形象形比較差等缺點．比如傳統(tǒng) 設計主要是在大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎上使用直覺法、類比法設計。理性的高度。 常規(guī)設計技術(shù)是以經(jīng)驗總結(jié)為基礎，運用力學和數(shù)學形成的公式、泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 19 圖表、手冊等作為設計的依據(jù)，通過經(jīng)驗公式、近似系數(shù)或類比等方法進行設計，是一種直覺設計、經(jīng)驗設計和靜態(tài)設計，它目前已經(jīng)遠遠不能滿足產(chǎn)品的功能和市場需求。它是一種定量的、動態(tài)的和科學的設計技術(shù)。同時考慮技術(shù)系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，即人 機 環(huán)境的大系統(tǒng)關系。（ 3）社會性 現(xiàn)代設計技術(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、面向市場為指導思想全面考慮解決。（ 5）動態(tài)化 現(xiàn)代設計技術(shù)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。（ 7）智能化 現(xiàn)代設計技術(shù)堅持“ 以人為本”的指導思想，充分發(fā)揮人的主觀能動性。（ 8） CA 化 現(xiàn)代設計技術(shù)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。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(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)代設計技術(shù)的發(fā)展方向。 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。而作為先進制造技術(shù)的核心環(huán)節(jié)——— 現(xiàn)代 設計技術(shù)更要快速超前發(fā)展。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 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。近年來，應用計算機技術(shù)及現(xiàn)代測試技術(shù)形成的熱加工工藝模擬及優(yōu)化設計技術(shù)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(shù)前沿。 模擬技術(shù)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(shù)基礎。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。 “毛坯 ”與 “零件 ”的界限越來越小。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。 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。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。 、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 。 目前起高速切削鋁合金的切削已超過 1600m/min；鑄鐵為泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 23 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。這些新工藝不僅提高了加工效率和質(zhì)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。 2）應用新型傳感、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、應力、應變、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)自適應控制。 用清潔能源及原材料、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。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)，減少設備的噪聲和振動。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。 ，并趨向集成及一體化。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。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。這些先進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，反過來它也影響并促進制造工藝的不斷革新與發(fā)展。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)設計（論文）任務書 26 輕量化、低成本、無公害 的成形。該項技術(shù)包括近凈形鑄造成形、精確塑性成形、精