搜索
概述1.6先进制造技术发展趋势1制造自动化经历了刚性自动化、可编程自动化和综合自动化的发展过程。制造自动化几个有代表性的发展方向；（1）集成化集成是综合自动化的一个重要特征。他的发展将使制造企业各部门之间以及制造活动各阶段之间的界限逐渐淡化，并最终向一体化的目标迈进。如CAD／CAPP／CAM系统的出现，使设计、制造不再是截然分开的两个阶段；计算机集成制造(CIM)的核心是通过信息集成，使一个个自动化孤岛有机地联系在一起，以发挥更大的效益；制造自动化为集成化提供了有利条件，而集成化是制造自动化深入发展的必然结果。（2）柔性化能够快速实现制造系统的重组。模块化技术是提高制造自动化系统柔性的重要策略和方法。硬件和软件的模块化设计，不仅可以有效地降低生产成本，而正可以大大提高自动化系统的柔性。模块化产品设计可以有效改善设计工作的柔性，从而可以显著缩短新产品研制与开发周期，迅速实现制造系统的重组（３）网络化计算机网络的问世和发展为制造全球化奠定了基础。计算机集成制造系统通常采用局域网，以实现企业内部的信息传输与信息集成。Internet的出现，使企业之间的信息传输与信息集成以及异地制造成为可能。电子商务目前已经得到实际应用，网络化制造正在成为制造自动化技术的研究热点。(4)虚拟化虚拟制造(VM)是一项由多学科知识形成的综合系统技术。虚拟制造将现实制造环境及制造过程，通过建立系统模型映射到计算机及相关技术所支持的虚拟环境中，在虚拟环境中模拟现实制造环境及制造过程从而对产品设计、制造过程及制造系统进行预测和评价。虚拟制造技术可以缩短产品的设计与制造周期，提高产品设计成功率，降低产品开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力2传统制技术改进表现在产品设计和零件制造两个方面(1)产品设计传统产品设计方法的改进主要是CAD和CAE技术的应用近年来，由于计算机辅助技术的迅速发展，不断出现了许多新的设计思想和设计方法，包括并行设计健壮设计、优化设计、反求工程技术等，并已得到实际应用。现代设计思想和设计方法的提出与发展，将会使传统产品设计方法产生深刻的变革。(2)零件制造毛坯成形技术的改进主要集中在提高成形精度上。近年来出现的近净成形和净成形技术，使毛坯逐渐向最终零件形状和尺寸迈进。零件机械加工技术的改进主要表现在强力切削与高速切削技术的迅速发展。特别是高速切削与超高速切削技术的发展可以实现“以切代磨”，这不仅可以极大地提高生产效率，而且可以获得较高加工精度，还可以实现难加工材料的切削加工。根据近年来的发展推测，每10年切削速度大约提高一倍，因此亚音速乃至超声速加工的出现不会太远了。新型零件制造方法，又称特种加工方法，是二次世界大战后发展起来的，有别于传统切削与磨削的加工方法总称。这种新型加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合，直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等。由于加工效率和加工成本的制约，特种加工方法主要用于—些特殊场合的加工，如难加工材料的加工，复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件的加工等。3精密制造技术精密与超精密加工：在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到较高与最高程度的加工工艺。精密加工与超精密加工技术是一个国家制造业水平的重要标志。目前超精密加工的尺寸精度已达到0．025um，表面粗糙度达到0.005um，所用机床定位精度达到0.01um，纳米级加工技术已接近实现。进一步的发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展。微细、超微细加工：通常指1mm以下微小尺寸零件的加工，超微细加工通常指1um以下超微细尺寸零件的加工。目前，微细与超微细加工的精度已达到纳米级(0.1nm-100nm)。在达到纳米层次后，决非几何上的“相似细小”，而是出现一系列新的现象和规律。量子效应、波动特性、微观涨落等不可忽赂，甚至成为主导因素。在这种情况下，必须从机械、电子、材料、物理、化学、生物、医学等多方面进行综合研究，故又称为纳米技术4绿色制造绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的一种现代制造模式。对于制造过程而言，绿色制造要求渗透到从原材料投入到产出成品的全过没包括节约原材料和能源，替代有毒原材料，将一切排放物的数量与毒性削减在离开生产过程之前。5信息技术、管理技术与工艺技术先进制造技术的思想和结构体系提出以后，信息技术、现代管理技术，制造工艺技术合得更加紧密，出现了一系列新的制造哲理和生产模式，如CIMS、CE、LP、AM、IMS等。先进生产模式的实现与现代管理技术密切相关，主要体现了以下几个基本转变：①组织形式从按功能划分部门的固定形式向动态的、自治的多功能小组形式转变②②管理结构从金字塔式的多层次结构向扁平式网络结构转变；③工作方式从传统的顺序方式向并行方式转变；④管理工作重点从以技术为中心向以人为中心转变；⑤竞争策赂从单一追求生产率指标向生产率与快速响应市场能力并重转变；⑥企业间关系从单纯竞争关系向竞争与合作关系转变。并行设计：思路：并行地、集成地开展设计产品设计、开发及加工制造产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计的阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，包括质量、成本、进度、用户要求…，最大限度地提高产品开发效率及一次成功率，面向产品全生命周期的设计是一种具备高度预见性和预防性的设计特征1.强调团队工作，团队精神和工作方式（将产品整个生命周期中各个方面的专家，甚至包括潜在的用户都集中起来，形成专门的工作小组，共同工作，随时对设计出的产品和零件从各个方面进行审查，力求设计出的产品便于加工，便于装配，便于维修，便于运送，外观美、成本低、便于使用）2.强调设计过程的并行性两方面的含义：设计过程中通过专家把关，同时考虑产品寿命循环的各个方面；设计阶段同时进行工艺（包括加工工艺、装配工艺和检验工艺）过程设计，并对工艺设计的结果进行计算机仿真，甚至用快速原型法产生出产品的样件3.强调设计过程的系统性设计、制造、管理等过程不再是一个个相互独立的单元，而是纳入一个整体系统考虑，设计过程不仅出图纸和其他设计资料，还要进行质量控制、成本核算，也要产生进度计划4.强调设计过程的快速反馈；强调对设计结果及时审查，并及时反馈给设计人员。这样可以大大缩短设计时间，保证将错误消灭在“萌芽”状态并行工程的体系结构各分系统中主要工作逐层分解，分工明确，使不同地区、工厂、车间生产通过人，用计算机手段有机地连结起来形成“闭环”工程并行工程的关键技术一个完整的公共数据库：集成并行设计所需要的诸方面的知识、信息和数据，并且以统一的形式加以表达支持各方面人员并行工作的计算机网络系统：该系统可以实时、在线地在各个设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突一套切合实际的计算机仿真模型和软件：可以由一个设计方案预测、推断产品的制造及使用过程，发现所隐藏的问题，此问题是实施并行工程的“瓶颈并行工程的主要实现方法1信息系统方法：将及时、相关和准确的信息流作为并行工程的构造单元，创建数据库、软件和专家系统促进整个设计过程的各种数据的可利用性和可访问性2CAD/CAM集成方法：将并行工程考虑为制造系统中CAD和CAM工具的集成，同时设计产品及其工艺2面向制造和装配设计的方法：使产品有更好的结构，零件有更好的可加工性反求工程1正设计与反设计：人们通称的设计，一般指正设计，它是一个从无到有的产品设计过程。设计人员首先根据市场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计，创造新方案，经过‘系列的设计活动变为产品。概括地说，正设计是由未知到己知、由想像到现实的过程。2反设计是从己知事物的有关信息(包括硬件、软件、照片、广告、情报等)去寻求这些信息的科学性、技术性、先进性、经济性、合理性和改进的可能性等。要回溯这些信息的科学依据，即充分消化和吸收，进而在此基础上进行改进、挖掘和再创造正设计：设计任务提出后，怎样实现和达到预定目标。解答“怎么做?”主动的创造反求：已有确定目标后，去探索和掌握这个目标的设计者是如何一步一步实现的，要摸清设计者的意图和所采用的关键技术以及相应的设计理论与方法。解答“为什么要这样做?”先被动后主动的创造，仿制与反求工程；仿制：简单、低级的模仿，无创造性，其产品质量和生命周期没有竞争力。反求工程技术：其开发的产品复杂，通常由一些复杂曲面构成，精度要求高，若采用常规仿制方法难以实现，必须借助于如CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术手段。1．实物反求以产品实物为依据，对产品的设计原理、结构、材料、精度、制造工艺、包装、使用等方面进行分析研究和再创造，最终研制出与原型产品相近或更佳的新产品。实物反求对象：整个产品，也可以是部件、组件或零件。反求内容：功能反求，性能反求，方案、结构、材质、精度、使用规范等众多方面的反求。2．软件反求以技术软件为主要研究对象的反求工程称为软件反求技术软件包括：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等。软件反求的目标：通过对已有技术软件的分析和研究，提高对相关产品设计和制造能力。基本组成：产品规划反求、原理方案反求和结构方案反求3．影像反求既无实物，又无技术软件，而仅有产品相片、图片、广告介绍、参观印象和影视画面等，要从中去构思、想像来反求，称为影像反求。影像反求难度最大，其本身就是创新过程，目前还未形成成熟的技术。一般要利用透视变换和透视投影，形成不同透视图，从外形、尺寸、比例和专业知识去琢磨其功能和性能，进而分析其内部可能的结构。绿色设计技术………2.5.1绿色设计产生的背景在生产力高度发展和物质产品极大丰富的今天，世界面临着一些令人困扰的问题：越来越短的产品使用寿命，造成数量越来越多的废弃物；资源过快开发和过量消耗，造成资源短缺和面临衰竭；环境污染和自然生态破坏已严重威胁到人类的生存条件。20世纪90年代德国主要废弃工业品的统计数据。其中，汽车的废弃率高居榜首。2.5.2绿色产品1.绿色产品的定义绿色产品就是在其生命周期全程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的产品。绿色产品的内涵，表现在以下几个方面：①优良的环境友好性产品从生产到使用乃至废弃、回收、处理处置的各个环节都对环境无害或危害甚小。②最大限度地利用材料资源绿色产品应尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料。③最大限度地节约能源绿色产品在其生命周期的各个环节所消耗的能源应最少。资源及能源的节约利用本身也是很好的环境保护手段普通产品生命周期，产品从“摇篮到坟墓”的过程。从产品设计、制造、销售、使用乃至废弃的所有阶段，而产品废弃后的一系列问题则一般很少考虑，不能满足绿色产品的要求。绿色产品生命周期，产品从“摇篮到再现”的过程。①绿色产品规划及设计开发过程；②绿色产品制造与生产过程；③产品使用过程；④产品维护与服务过程；⑤废弃淘汰产品的回收、重用及处理处置过程。2.绿色产品的评价标准，由于发展历史不长，绿色产品至今尚无严格准确的行业标准，目前得到公认的绿色标准包括以下三条：①产品在生产过程中少用资源和能源，并且不污染环境。②产品在使用过程中能耗低，不会对使用者造成危害，也不会产生环境污染物。③产品使用后可以和易于拆卸、回收、翻新或能够安全废置并长期无虑。2.5.3绿色设计绿色设计就是以绿色技术为原则所进行的产品设计。所谓绿色技术（GreenTechnology—GT）或西方称之为“环境友善技术”（EnvironmentalSoundTechnology—EST），是减轻环境污染或减少原材料、自然资源使用的技术、工艺或产品的总称。绿色设计要求，在设计产品时必须按环境保护的指标选用合理的原材料、结构和工艺，在制造和使用过程中降低能耗、不产生毒副作用，其产品易于拆卸和回收，回收的材料可用于再生产。2.绿色设计的基本目标绿色设计的目标除传统设计的基本目标外，还有两个:一是防止影响环境的废弃物产生；二是良好的材料