先進(jìn)制造技術(shù)課件

第一章緒論1.1先進(jìn)制造技術(shù)及其主要特點(diǎn)1.2先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成及分類1.3先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)復(fù)習(xí)思考題1.1先進(jìn)制造技術(shù)及其主要特點(diǎn)

1.1.1制造、制造技術(shù)、制造業(yè)與現(xiàn)代制造業(yè)背景制造(Manufacturing)是利用制造資源(設(shè)計(jì)方法、工藝、設(shè)備和人力等)將材料“轉(zhuǎn)變”為有用的物品的過(guò)程。制造是一個(gè)很大的概念，按制造的連續(xù)性可分為連續(xù)制造(如化工產(chǎn)品的制造)和離散制造(如家電產(chǎn)品的制造)；按行業(yè)又可分為機(jī)械制造、食品制造、化工制造、IT產(chǎn)品制造，等等。當(dāng)今，人們對(duì)制造的概念又加以擴(kuò)充，將體系管理和服務(wù)等也納入其中。制造是人類所有經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基石，是人類歷史發(fā)展和文明進(jìn)步的動(dòng)力。

制造技術(shù)(ManufacturingTechnology)是制造活動(dòng)所涉及到的一系列技術(shù)的總稱，是提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，也是制造業(yè)賴以生存和發(fā)展的主體技術(shù)。傳統(tǒng)的制造技術(shù)僅強(qiáng)調(diào)工藝方法和加工設(shè)備?，F(xiàn)代的制造技術(shù)不僅重視工藝方法和設(shè)備，還注重設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)組織模式、制造與環(huán)境和諧統(tǒng)一、制造的可持續(xù)性以及制造技術(shù)與其它科學(xué)技術(shù)的交叉和融合，甚至還涉及制造技術(shù)與制造全球化、貿(mào)易自由化、軍備競(jìng)爭(zhēng)等內(nèi)容。

制造技術(shù)發(fā)展的三階段

——用機(jī)器代替手工，從作坊形成工廠

——從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式

——柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造

技術(shù)制造業(yè)是以制造技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品制造的企業(yè)群體的總稱，是工業(yè)的主體。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行統(tǒng)計(jì)劃分，工業(yè)由制造業(yè)、采掘業(yè)以及電力、燃?xì)夂退纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)構(gòu)成，制造系指第二產(chǎn)業(yè)中除采掘業(yè)、電力和燃?xì)饧捌渖a(chǎn)供應(yīng)業(yè)、建筑業(yè)以外的所有行業(yè)，包括30個(gè)大類、169個(gè)中類、482個(gè)小類。

制造業(yè)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)“十一五”重點(diǎn)發(fā)展方向之一工業(yè)化國(guó)家：60-80%的物質(zhì)財(cái)富來(lái)源。

***世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)表明

制造業(yè)——一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石

增強(qiáng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)

——解決就業(yè)矛盾的重要領(lǐng)域

提高國(guó)家整體就業(yè)水平的重要基礎(chǔ)

——新技術(shù)的載體

世界高新技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力1、傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)的特點(diǎn)

1）單件：小作坊式生產(chǎn)+高度的個(gè)人制造技巧，大量：機(jī)械化剛性規(guī)模生產(chǎn)+一體化的組織生產(chǎn)模式，再加細(xì)化的專業(yè)分工。

2）制造技術(shù)的界限分明及其專業(yè)的相互獨(dú)立。

3）制造技術(shù)一般僅指加工制造的工藝方法，即制造

全過(guò)程中某一段環(huán)節(jié)的技術(shù)方法。

4）制造技術(shù)一般只能控制生產(chǎn)過(guò)程中的物質(zhì)流和能量流。

5）制造技術(shù)與制造生產(chǎn)管理的分離

2、現(xiàn)代制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展

1）在制造的生產(chǎn)規(guī)模上，少品種大批量→單件小批量→多品種變批量的發(fā)展。

2）生產(chǎn)方式上，勞動(dòng)密集型→設(shè)備密集型→信息密集型→知識(shí)密集型變化。

3）制造裝備的發(fā)展過(guò)程，手工→機(jī)械化→單機(jī)自動(dòng)化→剛性自動(dòng)線→柔性自動(dòng)線→智能自動(dòng)化。4）在制造技術(shù)和工藝方法上，現(xiàn)代制造在發(fā)展中，其特征表現(xiàn)為：——重視必不可少的輔助工序，如加工前后處理?！匾暪に囇b備，使制造技術(shù)成為集工藝方法、工藝裝備和工藝材料為一體的成套技術(shù)。——重視物流、檢驗(yàn)、包裝及儲(chǔ)藏，使制造技術(shù)成為覆蓋加工全過(guò)程的綜合技術(shù)?！粩辔瘴㈦娮?、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化等高新技術(shù)成果，形成CAD、CAM、CAPP、CAE、NC、CNC、MIS、

FMS、CIMS、IMT、IMS等一系列現(xiàn)代制造技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的局部或系統(tǒng)集成，形成從單機(jī)到自動(dòng)生產(chǎn)線等不同檔次的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。5）引入工業(yè)工程和并行工程概念，引入先進(jìn)的管理模式。§221世紀(jì)的制造業(yè)

一、傳統(tǒng)制造業(yè)

企業(yè)規(guī)模在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的理念下， 生產(chǎn)批量強(qiáng)調(diào)資源的有效利用，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

重復(fù)性

機(jī)器的非柔性以低成本，獲得高質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)量、高效率高產(chǎn)出。 機(jī)器取代人力復(fù)雜的專業(yè)加工取代人的技能

加工制造技術(shù)與工業(yè)先進(jìn)國(guó)家相比還有不少差距:

切削速度低,加工精度和表面粗糙度比國(guó)外差一個(gè)精度級(jí)左右,總體呈現(xiàn)出制造生產(chǎn)能力總量過(guò)剩而制造加工技術(shù)水平偏低的特征。

新型刀具應(yīng)用不夠廣泛，刀具壽命偏低、切削性能不夠穩(wěn)定。制造自動(dòng)化方面，機(jī)床數(shù)控率僅為百分之幾，機(jī)床和刀具工況在線檢測(cè)、監(jiān)控技術(shù)水平有待提高。

在精密和超精密加工方面，一般工廠能穩(wěn)定掌握的加工精度為5μm（工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為3μm），超精密加工效率和自動(dòng)化水平還較低。

當(dāng)前著重發(fā)展0.3-3μm的精密加工、0.03-0.3μm的超精密加工，并逐步發(fā)展精度高于0.03μm的納米加工技術(shù)。

我國(guó)在激光表面處理研究領(lǐng)域取得了不少成就，但在激光切割、焊接的工業(yè)應(yīng)用方面與工業(yè)化國(guó)家尚有較大差距。二、制造業(yè)的變革時(shí)代生產(chǎn)要素組成核心

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)勞動(dòng)力勞動(dòng)力

工業(yè)經(jīng)濟(jì)資本、勞動(dòng)力資本

知識(shí)經(jīng)濟(jì)資本、勞動(dòng)力、知識(shí)知識(shí)1、變革因素

——

社會(huì)消費(fèi)的多樣化、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步

——

政治國(guó)際關(guān)系的多極化

——

經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)全球化、貿(mào)易自由化

2、變革的主要特點(diǎn)

1）生產(chǎn)能力（包括資本、信息）在世界范圍內(nèi)迅速提高和擴(kuò)散，已形成全球市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)格局。

2）先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)正在急劇地改變著現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過(guò)程。

3）傳統(tǒng)的管理、勞動(dòng)方式、組織結(jié)構(gòu)和決策準(zhǔn)則都在經(jīng)歷新的變化。

3、制造技術(shù)給制造業(yè)帶來(lái)的變革1）常規(guī)制造工藝的優(yōu)化2）新型（非常規(guī)）加工方法的發(fā)展3）專業(yè)、學(xué)科間的界限逐漸淡化、消失4）工藝設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)走向定量分析加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。5）信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合

三、21世紀(jì)面臨的挑戰(zhàn)

1、快速響應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)――實(shí)現(xiàn)制造環(huán)節(jié)并行2、全球化競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)――技術(shù)資源的集成有三個(gè)主要的因素促使技術(shù)資源的集成：（1）為滿足市場(chǎng)需求，企業(yè)必須快速響應(yīng)那些具有不同期望和多種選擇的顧客。（2）快速響應(yīng)環(huán)境要求在組織的各個(gè)層次上進(jìn)行高效的通信，特別是與顧客、供應(yīng)者和合作者的通信。（3）新技術(shù)的快速吸收要求整個(gè)企業(yè)具有快速的學(xué)習(xí)能力。3、信息時(shí)代的挑戰(zhàn)――信息向知識(shí)的轉(zhuǎn)變4、環(huán)境保護(hù)壓力的挑戰(zhàn)――可持續(xù)發(fā)展5、制造全球化和貿(mào)易自由化的挑戰(zhàn)――可重組工程6、技術(shù)創(chuàng)新的挑戰(zhàn)――全新制造工藝及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

2020年，技術(shù)創(chuàng)新的單元將在以下諸方面發(fā)巨大的能力：（——制造單元工藝）

1）多單元工藝技術(shù)集成為單一工藝將顯著減少投資、檢驗(yàn)時(shí)間、搬運(yùn)和加工時(shí)間。

2）全部可編程、不需要硬工裝的工藝，將使產(chǎn)品的制造、迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)成為可能。

3）自我導(dǎo)引工藝的創(chuàng)建將簡(jiǎn)化工裝和編程的要求，并提供更大的加工柔性。

4）對(duì)分子或原子級(jí)的處理將導(dǎo)致新材料的產(chǎn)生，取消分散件聯(lián)接與裝配操作，允許在一個(gè)零件中材料成份產(chǎn)生變化。四、21世紀(jì)制造業(yè)的主要特點(diǎn)

1.產(chǎn)品生命周期縮短

2.用戶需求多樣化

3.大市場(chǎng)和大競(jìng)爭(zhēng)

4.交貨期成為競(jìng)爭(zhēng)的第一要素

5.信息化和智能化

6.人的知識(shí)、素質(zhì)和需求的變化

7.環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)與可持續(xù)發(fā)展

五、發(fā)展趨勢(shì)

制造業(yè)在新世紀(jì)、新技術(shù)革命的沖擊下，面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，其發(fā)展的重要特征：

1）全球化全球經(jīng)濟(jì)一體化的程度不斷提高

2）網(wǎng)絡(luò)化

3）虛擬化

未來(lái)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)：

1）精密化

2）柔性化

3）智能化

4）集成化（5）全球化1.1.2先進(jìn)制造技術(shù)的定義先進(jìn)制造技術(shù)(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)是一個(gè)相對(duì)的、動(dòng)態(tài)的概念，是為了適應(yīng)時(shí)代要求，提高競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)制造技術(shù)不斷優(yōu)化所形成的。雖然目前對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)仍沒(méi)有一個(gè)明確的、一致的定義，但經(jīng)過(guò)對(duì)其內(nèi)涵和特征的分析研究，可以將其定義為：“先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、電子、信息(計(jì)算機(jī)與通信、控制理論、人工智能等)、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變的產(chǎn)品市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力并取得理想經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)總稱?！?.1.3先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)1.系統(tǒng)性

2.集成性

3.廣泛性

4.高精度

5.實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)

1.2先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成及分類

1.2.1先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成先進(jìn)制造技術(shù)在不同發(fā)展水平的國(guó)家和同一國(guó)家的不同發(fā)展階段，有著不同的技術(shù)內(nèi)涵。對(duì)我國(guó)而言，它是一個(gè)多層次的技術(shù)群。先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵、層次及其技術(shù)構(gòu)成如圖1-1所示。圖中從內(nèi)層到外層分別為基礎(chǔ)技術(shù)、新型單元技術(shù)和集成技術(shù)，下面將分別論述。

圖1-1先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵、層次及其技術(shù)構(gòu)成

1.基礎(chǔ)技術(shù)圖1-1的最內(nèi)層是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少或無(wú)污染(清潔)的基礎(chǔ)制造技術(shù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護(hù)、機(jī)械加工等基礎(chǔ)工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)，這些基礎(chǔ)工藝經(jīng)過(guò)優(yōu)化而形成的基礎(chǔ)制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心及重要組成部分。這些基礎(chǔ)技術(shù)主要有精密下料、精密成型、精密加工、精密測(cè)量、毛坯強(qiáng)韌化、無(wú)氧化熱處理、氣體保護(hù)焊及埋弧焊、功能性防護(hù)涂層等。

2.新型單元技術(shù)中間層是新型的先進(jìn)制造單元技術(shù)。它是在市場(chǎng)需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下，將制造技術(shù)與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新的制造技術(shù)，如制造業(yè)自動(dòng)化單元技術(shù)、極限加工技術(shù)、質(zhì)量與可靠性技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)方法、清潔生產(chǎn)技術(shù)、新材料成型與加工技術(shù)、激光等特種加工技術(shù)、工藝模擬及工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)等。

3.集成技術(shù)最外層是先進(jìn)制造集成技術(shù)。它是應(yīng)用信息、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)管理技術(shù)對(duì)上述兩個(gè)層次的技術(shù)局部或系統(tǒng)集成而形成的先進(jìn)制造技術(shù)的高級(jí)階段，如FMS、CIMS、IMS等。國(guó)際上，美國(guó)聯(lián)邦科學(xué)、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)(FCCSET)下屬的工業(yè)和技術(shù)委員會(huì)先進(jìn)制造技術(shù)工作組在1994年提出將先進(jìn)制造技術(shù)分為三個(gè)技術(shù)群：①主體技術(shù)群；②支撐技術(shù)群；③制造技術(shù)環(huán)境。這三個(gè)技術(shù)群相互聯(lián)系、相互促進(jìn)，組成一個(gè)完整的體系。表1-1給出了先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。

表1-1先進(jìn)制造技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

1.2.2先進(jìn)制造技術(shù)的分類

1.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)知識(shí)，制定方案并使方案付諸實(shí)施的技術(shù)。它是一門(mén)多學(xué)科、多專業(yè)相互交叉的綜合性很強(qiáng)的基礎(chǔ)技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)所包含的內(nèi)容有：

(1)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法包括產(chǎn)品動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、防蝕設(shè)計(jì)、可靠性和可維護(hù)性及安全設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)及智能設(shè)計(jì)等。

(2)設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)。設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)指應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品造型和工藝設(shè)計(jì)、工程分析計(jì)算與模擬仿真、多變量動(dòng)態(tài)優(yōu)化，從而達(dá)到整體最優(yōu)功能目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。

(3)工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)。工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)指開(kāi)展機(jī)械產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)和中國(guó)民族特色與世界流派相結(jié)合的造型設(shè)計(jì)，增強(qiáng)產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

2.先進(jìn)制造工藝現(xiàn)代制造工藝技術(shù)包括精密和超精密加工技術(shù)、精密成型技術(shù)以及特種加工技術(shù)等。

(1)精密和超精密加工技術(shù)。精密、超精密加工技術(shù)采用去除加工(精密切削、磨削、研磨等)、結(jié)合加工(離子鍍、晶體生長(zhǎng)、激光焊接、快速成型等)、變形加工(精鍛、精鑄等)等加工方法，使工件的尺寸、表面性能達(dá)到極高的精度?，F(xiàn)在的精密、超精密加工已經(jīng)向納米技術(shù)發(fā)展。

(2)精密成型技術(shù)。精密成型技術(shù)是生產(chǎn)局部或全部、無(wú)余量或少余量半成品的工藝方法的統(tǒng)稱，包括精密凝聚成型技術(shù)、精密塑性加工技術(shù)、粉末材料構(gòu)件精密成型技術(shù)、精密焊接技術(shù)及復(fù)合成型技術(shù)等。其目的在于使成型的制品達(dá)到或接近成品形狀的尺寸，并達(dá)到提高質(zhì)量、縮短制造周期和降低成本的效果；其發(fā)展方向是精密化、高效化、強(qiáng)韌化和輕量化。

(3)特種加工技術(shù)。特種加工技術(shù)是指那些不屬于常規(guī)加工范疇的加工，如高能束流(電子束、離子束、激光束)加工、電加工(電解和電火花加工)、超聲波加工、高壓水加工以及多種能源的組合加工等。特種加工技術(shù)因其各自的獨(dú)特性能而在機(jī)械、電子、化工、輕工、航空、建筑、國(guó)防等行業(yè)以及材料、能源和信息等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

(4)表面改性、制膜和涂層技術(shù)。表面改性、制膜和涂層技術(shù)是采用物理、化學(xué)、金屬學(xué)、高分子化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械學(xué)等技術(shù)及其組合技術(shù)對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行改性、制膜和涂層，賦予產(chǎn)品耐磨、耐蝕、耐(隔)熱、抗疲勞、耐輻射以及光、熱、磁、電等特殊功能，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命和賦予新性能的新技術(shù)的統(tǒng)稱，是表面工程的重要組成部分。

3.自動(dòng)化技術(shù)制造自動(dòng)化是指用機(jī)電設(shè)備取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動(dòng)完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、加工、裝配和檢驗(yàn)等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化。其目的在于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，減少在制品數(shù)量，節(jié)省能源消耗以及降低生產(chǎn)成本。自動(dòng)化技術(shù)主要包括數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)及信號(hào)識(shí)別技術(shù)和過(guò)程設(shè)備工況監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)等。

4.系統(tǒng)管理技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)是指企業(yè)在市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制到銷售服務(wù)等一系列的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，為了使制造資源(材料、設(shè)備、能源、技術(shù)、信息以及人力)得到總體配置優(yōu)化和充分利用，使企業(yè)的綜合效益(質(zhì)量、成本、交貨期)得到提高而采取的各種計(jì)劃、組織、控制及協(xié)調(diào)的方法和技術(shù)的總稱。它是現(xiàn)代制造技術(shù)體系中的重要組成部分，對(duì)企業(yè)的最終效益提高起著重要的作用。系統(tǒng)管理技術(shù)包括工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式(如精益生產(chǎn)、CIMS、敏捷制造、智能制造等)、集成化的管理技術(shù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與虛擬公司等生產(chǎn)組織方法。

1.3先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.3.1世界制造業(yè)現(xiàn)狀

1.美國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)策略制造業(yè)是美國(guó)經(jīng)濟(jì)的主要支柱，美國(guó)財(cái)富的68%來(lái)源于制造業(yè)。1991年9月，在由美國(guó)總統(tǒng)辦公廳指定的國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì)向總統(tǒng)提出的雙年度報(bào)告中，認(rèn)定制造領(lǐng)域的國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)包括：(1)柔性計(jì)算機(jī)集成制造；(2)智能加工設(shè)備；(3)微米級(jí)和毫微米級(jí)制造；(4)系統(tǒng)管理技術(shù)。

1992年國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)委員會(huì)又提出將先進(jìn)制造技術(shù)作為國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)。近幾年來(lái)，美國(guó)政府所采取的主要措施有：

(1)1994年從財(cái)政年度預(yù)算中撥款14億美元支持先進(jìn)制造技術(shù)研究開(kāi)發(fā)；

(2)先進(jìn)技術(shù)計(jì)劃(ATP)1992年已有60個(gè)項(xiàng)目獲得資助；

(3)實(shí)施小企業(yè)革新研究計(jì)劃(SBTR)；

(4)實(shí)施工程研究中心建設(shè)計(jì)劃(ERC)；

(5)實(shí)施戰(zhàn)略制造計(jì)劃(STRATMAN)；

(6)實(shí)施有益于環(huán)境的制造計(jì)劃；

(7)實(shí)施制造科學(xué)與技術(shù)計(jì)劃；

(8)建立航空航天、電子、機(jī)床等領(lǐng)域的敏捷制造研究中心；

(9)在一些大學(xué)設(shè)置制造工程系、專業(yè)、研究中心或?qū)嶒?yàn)室；

(10)在美國(guó)科學(xué)基金會(huì)中，制造工程與科學(xué)在工程領(lǐng)域列為獨(dú)立學(xué)科，以強(qiáng)化對(duì)其的支持。

分析美國(guó)在先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，其發(fā)展趨勢(shì)大致如下：

(1)面對(duì)大制造業(yè)，用戶需求啟動(dòng)研究。

(2)在制造業(yè)和制造技術(shù)較為發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)上，注重制造模式的研究。

(3)CAD普及率達(dá)60%以上。

(4)在傳統(tǒng)冷、熱成型工藝基礎(chǔ)上，發(fā)展精度較高的成型工藝技術(shù)。

(5)發(fā)展特種與復(fù)合加工工藝，如高能束加工工藝等。

(6)利用應(yīng)用軟件、傳感器和控制系統(tǒng)建造新一代智能化機(jī)床和智能化加工單元，通過(guò)建模、仿真來(lái)優(yōu)化車、鉆、銑、磨、模和注塑成型工藝過(guò)程。

(7)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作柔性化和柔性工裝卡具，近幾年成為制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

(8)發(fā)展少或無(wú)污染和可拆卸回收的產(chǎn)品及其制造技術(shù)。

(9)不少大學(xué)工學(xué)院多年來(lái)設(shè)置有技術(shù)與管理相結(jié)合的工業(yè)工程科系。近些年，在大學(xué)工學(xué)院設(shè)置制造工程學(xué)科、中心、實(shí)驗(yàn)室的數(shù)目不斷增加。

(10)國(guó)家科學(xué)基金資助指南中，制造工程與科學(xué)在工程領(lǐng)域列為獨(dú)立學(xué)科，與機(jī)械和結(jié)構(gòu)學(xué)科分立，強(qiáng)化對(duì)制造技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究的支持。

2.日本制造業(yè)的發(fā)展對(duì)策美國(guó)曾以福特方法贏得全世界制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。而日本人卻在福特方法的基礎(chǔ)上，不斷更新技術(shù)以適應(yīng)市場(chǎng)需求。在20世紀(jì)70年代，日本汽車大舉進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)，以其價(jià)廉質(zhì)優(yōu)和多品種將美國(guó)三大汽車公司推向倒閉的邊緣。在1990年，僅日本FANUC公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)裝置數(shù)量就占世界市場(chǎng)的一半。

總體來(lái)講，IMS的研究包括三個(gè)方面：

(1)將目前各國(guó)、各企業(yè)掌握的制造技術(shù)系統(tǒng)化，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和產(chǎn)品加工、裝配技術(shù)等。

(2)將現(xiàn)有技術(shù)及將要開(kāi)發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，包括制造數(shù)據(jù)的壓縮、傳遞與儲(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)化以及物流管理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

(3)面向21世紀(jì)的先進(jìn)制造系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)，包括系統(tǒng)管理技術(shù)，設(shè)計(jì)、加工和裝配技術(shù)以及制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

3.前歐共體ESPRIT計(jì)劃和BRITE-EURAM計(jì)劃前歐共體支持先進(jìn)制造技術(shù)開(kāi)發(fā)的主要有關(guān)計(jì)劃是ESPRIT計(jì)劃和BRITE-EURAM計(jì)劃。ESPRIT計(jì)劃主要資助微電子、軟件工程和信息處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造等方面的研究。BRITE-EURAM計(jì)劃主要資助材料、制造加工和設(shè)計(jì)以及復(fù)雜工廠系統(tǒng)等方面的研究。上述前歐共體的這種大型國(guó)家級(jí)研究項(xiàng)目參加者除大企業(yè)外還有小企業(yè)和大學(xué)，參加單位多，研究工作顯得分散。

4.韓國(guó)G7計(jì)劃韓國(guó)于1991年提出實(shí)施“高級(jí)先進(jìn)技術(shù)國(guó)家計(jì)劃”，即G7計(jì)劃。G7計(jì)劃中的“先進(jìn)制造系統(tǒng)”項(xiàng)目是一個(gè)將市場(chǎng)需求、設(shè)計(jì)、制造和分銷集成在一起的系統(tǒng)，旨在改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，增加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，使韓國(guó)制造技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。該項(xiàng)目由韓國(guó)國(guó)家機(jī)構(gòu)科技部負(fù)責(zé)，總投資額為5.95億美元，其中政府資助2.77億美元。

上述“先進(jìn)制造系統(tǒng)”項(xiàng)目的內(nèi)涵為

(1)共性基礎(chǔ)技術(shù)：開(kāi)放式集成系統(tǒng)(包括設(shè)計(jì)自動(dòng)化、并行工程等）；標(biāo)準(zhǔn)和性能評(píng)估。

(2)下一代加工系統(tǒng)：加工設(shè)備開(kāi)發(fā)(包括5軸加工中心、超精非球面加工中心等）；機(jī)械技術(shù)(包括高性能主軸、高精度加工和測(cè)量等)；運(yùn)營(yíng)技術(shù)；集成技術(shù)。

(3)電子產(chǎn)品的裝配和檢驗(yàn)系統(tǒng)：下一代印刷線路裝配和檢驗(yàn)系統(tǒng)；用于裝配和制造系統(tǒng)的高性能機(jī)械機(jī)構(gòu)；先進(jìn)裝配用基礎(chǔ)技術(shù)(包括精密裝配、無(wú)焊料結(jié)合等）。

1.3.2先進(jìn)制造技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展

1.我國(guó)制造業(yè)相對(duì)優(yōu)勢(shì)與先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展

(1)我國(guó)制造技術(shù)經(jīng)建國(guó)以來(lái)50余年的發(fā)展已形成較完整的技術(shù)體系，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需各類機(jī)械產(chǎn)品的制造提供基本的工藝技術(shù)，已能生產(chǎn)機(jī)床、汽車、輪船、飛機(jī)、大型發(fā)電機(jī)組等工業(yè)裝備及民用消費(fèi)類制造產(chǎn)品。

(2)通過(guò)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和對(duì)企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)的深化改造，不少企業(yè)已經(jīng)掌握了一批相對(duì)先進(jìn)的制造技術(shù)和管理方法，不少產(chǎn)品已成功地打入國(guó)際市場(chǎng)。

(3)在制造技術(shù)基礎(chǔ)研究的許多方面我國(guó)已具有很高水平，制造學(xué)科已發(fā)展成為一個(gè)重要的支柱學(xué)科。近百所高等工科院校設(shè)有機(jī)械制造、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)；國(guó)家有關(guān)部委也設(shè)有制造工藝與技術(shù)研究所；20世紀(jì)80年代中期，國(guó)家設(shè)立了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)，建立了機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)、摩擦學(xué)、流體傳動(dòng)與控制、激光、模具、焊接、測(cè)試與精密儀器、精密成型、汽車、超精密加工等國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或工程中心。

(4)在“九五”計(jì)劃的實(shí)施中，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部的“國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃”、“國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃”、“國(guó)家基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目計(jì)劃(攀登計(jì)劃預(yù)選項(xiàng)目)”都列入有關(guān)項(xiàng)目并付諸實(shí)施，其中“精密成型與加工研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用示范”、“金屬材料熱成型過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬及組織性能質(zhì)量?jī)?yōu)化控制”、“CIMS”

以及“智能機(jī)器人”等項(xiàng)目已全面實(shí)施。

(5)國(guó)家計(jì)委也十分重視先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，在“九五”期間實(shí)施了一批發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的項(xiàng)目，如數(shù)控系統(tǒng)及裝備研究、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及設(shè)備技術(shù)研究、現(xiàn)場(chǎng)總線研究、智能化儀表研究、傳感器技術(shù)研究、30萬(wàn)輛轎車規(guī)模生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究等。

(6)先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用情況。①1993年國(guó)家科委組織實(shí)施“CAD應(yīng)用工程”，原機(jī)械部又將1997年定為CAD推廣年，現(xiàn)在機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)的骨干企業(yè)中CAD應(yīng)用的普及率達(dá)到35％，但絕大多數(shù)只是“甩圖板”。②

1958年開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，到20世紀(jì)80年代通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外成熟技術(shù)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)；到80年代中期，已開(kāi)始引進(jìn)和自行研制柔性制造系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。但在金屬切削機(jī)床總產(chǎn)量中，數(shù)控化率只有5%左右。

③

我國(guó)在20世紀(jì)70年代中期研制成功了直接數(shù)控(群控)系統(tǒng)并應(yīng)用于生產(chǎn)，現(xiàn)在已擁有柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元等自動(dòng)化制造系統(tǒng)。北京第一機(jī)床廠的CIMS工程于1994年初步建成，并于1995年獲得美國(guó)制造工程師學(xué)會(huì)和計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化系統(tǒng)專業(yè)學(xué)會(huì)(CASA/SME)的CIMS應(yīng)用工業(yè)的稱號(hào)。在此之前，1994年清華大學(xué)獲得CASA/SME的CIMS大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)。

④

我國(guó)在20世紀(jì)80年代末就注意引進(jìn)先進(jìn)管理模式。沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠很早就采用了國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM)的“面向通信的生產(chǎn)信息和控制系統(tǒng)”(CommunicationOrientedProductionInformationandControlSystem，COPICS)，第一汽車集團(tuán)公司在生產(chǎn)管理中引進(jìn)了日本的“準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)”(JIT)模式。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，我國(guó)企業(yè)已先后投入大約80億元購(gòu)買(mǎi)了MRPⅡ軟件來(lái)建立現(xiàn)代生產(chǎn)管理系統(tǒng)或MIS系統(tǒng)。

2.我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的差距與發(fā)展目標(biāo)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的差距(1)產(chǎn)品品種少、檔次低。(2)制造工藝落后，裝備陳舊。

(3)生產(chǎn)專業(yè)化水平低。

(4)管理技術(shù)落后。

鑒于目前機(jī)械工業(yè)的狀況，圍繞發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，我國(guó)制定了機(jī)械工業(yè)發(fā)展目標(biāo)：

(1)2000年，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、精密和超精密加工、激光加工、表面改性、制膜和涂層、制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)綜合自動(dòng)化以及系統(tǒng)管理技術(shù)，總體上達(dá)到工業(yè)先進(jìn)國(guó)家20世紀(jì)80年代末90年代初的水平。

(2)我國(guó)的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少或無(wú)污染的現(xiàn)代制造技術(shù)普及率在2000年由目前的不足10%提高到20%，預(yù)計(jì)在2010年提高到50%。

(3)形成一批高科技產(chǎn)業(yè)：四個(gè)加工產(chǎn)業(yè)（精密成型加工、精密加工、激光加工、表面處理加工）；三個(gè)自動(dòng)化硬件產(chǎn)業(yè)(數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、傳感器和測(cè)試設(shè)備）；三個(gè)軟件產(chǎn)業(yè)(CAD、CAM、MIS）。到2000年，大型企業(yè)普遍采用CAD技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助管理技術(shù)；預(yù)計(jì)到2010年，大、中型企業(yè)普遍采用CAD，25%的大、中型企業(yè)采用CAM，大、中型企業(yè)主要產(chǎn)品的關(guān)鍵工序?qū)崿F(xiàn)柔性化生產(chǎn)。

1.3.3先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展方向大致有以下九個(gè)方面：(1)信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式將得到不斷發(fā)展；(2)設(shè)計(jì)技術(shù)與手段更現(xiàn)代化；(3)成型及制造技術(shù)精密化，制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)低消耗；(4)形成新型特種加工方法；(5)開(kāi)發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備；(6)加工工藝由技藝型發(fā)展為工程科學(xué)型；(7)實(shí)施無(wú)污染綠色制造；(8)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用；(9)制造過(guò)程中將貫徹以人為本的概念。

三、發(fā)展趨勢(shì)1、集合多學(xué)科成果形成一個(gè)完整的制造體2、先進(jìn)制造技術(shù)的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程3、信息技術(shù)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用4、先進(jìn)制造技術(shù)向超精微細(xì)領(lǐng)域擴(kuò)展5、制造過(guò)程的集成化6、制造科學(xué)與制造技術(shù)、生產(chǎn)管理的融合7、綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征（1）綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)（2）綠色制造技術(shù)。（3）產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造8、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用（VirtualRealityTechnology）9、制造全球化

（ManufacturingGlobalization）

四、技術(shù)前沿――關(guān)鍵技術(shù)

1、可重組制造系統(tǒng)

五個(gè)方面：（1）制造工藝與工裝。（2）基礎(chǔ)理論（3）新的制造系統(tǒng)。（4）建模與仿真。（5）控制和通信。

2、無(wú)浪費(fèi)工藝

兩個(gè)重要領(lǐng)域進(jìn)行研究：（1）廢棄物的減少和利用。（2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)和分析。

3.新的材料工藝三大領(lǐng)域展開(kāi)：（1）創(chuàng)新的工藝過(guò)程。（2）設(shè)計(jì)和分析方法。（3）理論基礎(chǔ)4、生物制造技術(shù)5、企業(yè)建模和仿真兩大領(lǐng)域：（1）通信與信息技術(shù)。（2）建模工具6、信息技術(shù)7、滿足多層次用戶需求的產(chǎn)品及工藝設(shè)計(jì)方法

8、增強(qiáng)型人－機(jī)界面9、勞動(dòng)力教育和培訓(xùn)10、智能協(xié)作系統(tǒng)軟件§4先進(jìn)制造工藝一、分類

1、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“JB/T5992-92”機(jī)械制造工藝方法分類的代碼0-鑄造

1－壓力加工

2－焊接

3－培訓(xùn)加工

4－特種加工

5－熱處理6－覆蓋層

7－裝配與包裝8—其他2、主要的新型加工方法類型

——

精密加工和超精密加工

——

超高速加工

——

微納加工

——

特種加工及密度高能加工

——

快速原型制造

——

新型材料加工

——

大件及超大件加工

——

表面功能性覆層技術(shù)二、工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、

加工精度不斷提高

2、加工速度得到提高

3、材料科學(xué)促進(jìn)制造工藝變革

4、重大技術(shù)裝備促進(jìn)加工制造技術(shù)的發(fā)展

5、優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)獲得進(jìn)一步發(fā)展

6、精密成形技術(shù)取得較大進(jìn)展

7、熱成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究有一定發(fā)展三、發(fā)展特點(diǎn)1、常規(guī)工藝不斷優(yōu)化并得到普及2、工藝界限趨于淡化下料與加工；毛坯制造與零件加工；粗、精加工；冷、熱加工；成形與改性3、在功能上趨于交叉四、發(fā)展趨勢(shì)

****總體發(fā)展趨勢(shì)：

優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、敏捷、潔凈

****成形工藝發(fā)展趨勢(shì)：

---鑄造:輕量化、精確化、強(qiáng)韌化、復(fù)合化無(wú)環(huán)境污染

---壓力加工:凈成形、工藝變量的定量分析與控制

---焊接：高能密度焊接、柔性化、智能化、自動(dòng)化焊接系統(tǒng)****非傳統(tǒng)加工工藝發(fā)展趨勢(shì)：

柔性化、智能化、自動(dòng)化、精密化、低成本

****加工制造技術(shù)的熱點(diǎn)：

—

先進(jìn)精密、超精密加工技術(shù)

—

特種加工技術(shù)

—

超高速切削和超高速磨削技術(shù)

—

微型機(jī)械加工技術(shù)

—

新一代制造裝備技術(shù)

—

虛擬制造技術(shù)復(fù)

習(xí)

思

考

題

1-1論述先進(jìn)制造技術(shù)及其主要特點(diǎn)。1-2敘述先進(jìn)制造技術(shù)的分類及主要技術(shù)。1-3描述我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。

第二章現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)2.1概述

2.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)

2.3有限元分析

2.4并行設(shè)計(jì)

2.5反求工程

2.6綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)

復(fù)習(xí)思考題

2.1概述工程設(shè)計(jì)的最終目的是創(chuàng)造滿足用戶需求的產(chǎn)品。產(chǎn)品所達(dá)到的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本、壽命等綜合指標(biāo)主要是在設(shè)計(jì)階段決定的。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，根據(jù)工作性質(zhì)與內(nèi)容不同，將設(shè)計(jì)過(guò)程劃分為方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代工程設(shè)計(jì)技術(shù)已擴(kuò)展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)、營(yíng)銷、運(yùn)行、維護(hù)、報(bào)廢、回收等全過(guò)程的設(shè)計(jì)。2.1概

述

2.1.1現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)定義與特點(diǎn)

1.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的定義現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是以滿足市場(chǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本、價(jià)格綜合效益最優(yōu)為目的，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體，以知識(shí)為依托，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品活動(dòng)過(guò)程所用到的技術(shù)群體的總稱。

2.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)(1)系統(tǒng)性。(2)動(dòng)態(tài)性。

(3)創(chuàng)造性。

(4)計(jì)算機(jī)化。

(5)并行化、最優(yōu)化、虛擬化和自動(dòng)化。

(6)主動(dòng)性。

2.1.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)體系現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的整個(gè)體系好比一棵大樹(shù)，由基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)、支撐技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)四個(gè)層次組成，如圖2-1所示。

圖2-1現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的體系及與其它學(xué)科的關(guān)系

1.基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)是指?jìng)鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)理論與方法，特別是運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)的基本原理與方法等。

2.主體技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的誕生和發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)、相輔相成。計(jì)算機(jī)科學(xué)與設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、智能CAD(IntelligentCAD，ICAD)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設(shè)計(jì)和工程數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)。運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的多種理論與方法如優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)等理論構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，來(lái)編制計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，可以更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計(jì)算機(jī)的“智力”。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)正是以它對(duì)數(shù)值計(jì)算和對(duì)信息與知識(shí)的獨(dú)特處理能力，成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)群體的主干，即主體技術(shù)。

3.支撐技術(shù)支撐技術(shù)主要有現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)、可信性設(shè)計(jì)技術(shù)、試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)涉及的內(nèi)容很廣，如并行設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、價(jià)值工程、質(zhì)量功能配制、反求工程、綠色設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)等?？尚判栽O(shè)計(jì)是廣義的可靠性設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，主要指可靠性與安全性設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)、防斷裂設(shè)計(jì)、健壯設(shè)計(jì)、耐環(huán)境設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)包括可靠性試驗(yàn)、環(huán)保性能試驗(yàn)與控制，以及運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字仿真試驗(yàn)和虛擬試驗(yàn)等。

4.應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)是針對(duì)實(shí)用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題的技術(shù)，如機(jī)床、汽車、工程機(jī)械、精密機(jī)械的現(xiàn)代設(shè)計(jì)內(nèi)容可以看作是現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)派生出來(lái)的具體技術(shù)群。現(xiàn)代設(shè)計(jì)已擴(kuò)展到產(chǎn)品規(guī)劃、制造、營(yíng)銷、運(yùn)行、回收等各個(gè)方面，除了必要的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法的基礎(chǔ)知識(shí)外，相關(guān)的學(xué)科與技術(shù)，尤其是制造工藝、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、材料知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)及廣泛的自然科學(xué)知識(shí)等也是十分必要的。此外，設(shè)計(jì)產(chǎn)品總是以滿足社會(huì)需求為目的的，因此，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)具備政治、經(jīng)濟(jì)、法律、人文社會(huì)、藝術(shù)等方面的知識(shí)與素養(yǎng)。

2.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)

2.1.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展(1)20世紀(jì)50年代——CAD技術(shù)的萌芽期。(2)20世紀(jì)60年代——CAD技術(shù)的成長(zhǎng)期。

(3)20世紀(jì)70年代——CAD技術(shù)的發(fā)展期。

(4)20世紀(jì)80年代——CAD技術(shù)的普及期。

(5)20世紀(jì)90年代——CAD技術(shù)集成化期。

2.2.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

1.產(chǎn)品的幾何造型技術(shù)

CAD的幾何造型過(guò)程也就是對(duì)被設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，以建立計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型的過(guò)程。被設(shè)計(jì)對(duì)象的造型建模技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了線框模型、表面(曲面)模型、實(shí)體建模、特征造型、特征參數(shù)模型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的演變過(guò)程，主要模型類型如圖2-2所示。

圖2-2三維幾何模型類型(a)線框模型；(b)表面模型；(c)實(shí)體模型

1)線框模型線框模型由一系列空間直線、圓弧和點(diǎn)組合而成，用來(lái)描述產(chǎn)品的輪廓外形(見(jiàn)圖2-2(a))。這種模型曾廣泛應(yīng)用于工廠或車間布局、三視圖生成、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的模擬和有限元網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)生成等方面，但它無(wú)法產(chǎn)生剖面圖、消除隱藏線以及求解兩個(gè)形體間的交線，也無(wú)法根據(jù)線框模型進(jìn)行物性計(jì)算和數(shù)控加工指令的編制等作業(yè)。

2)表面模型表面模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在線框模型的基礎(chǔ)上，增加了有關(guān)面的信息和棱邊的連接方向等內(nèi)容。表面造型又分為“多邊平面造型”和“曲面造型”兩種。多邊平面造型只能構(gòu)建平面主體，描述能力不強(qiáng)，故較少采用(見(jiàn)圖2-2(b))。曲面造型則發(fā)展非常迅速，它可以用于構(gòu)建具有復(fù)雜自由曲面和雕塑曲面的物體模型(見(jiàn)圖2-3)，因此廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、船舶等制造工業(yè)中。常用的建模方法有貝塞爾(Beizer)曲面技術(shù)和B樣條(B－spline)曲面技術(shù)。表面模型能求解兩個(gè)形體的交線、消除隱藏線等，但無(wú)法定義厚度及內(nèi)部幾何體，故無(wú)法生成形體的剖面圖以及進(jìn)行物性的計(jì)算。

圖2-3曲面造型典型模型

3)實(shí)體模型實(shí)體模型較完整地反映了三維實(shí)體的幾何信息(見(jiàn)圖2-2(c))，它既能消除隱藏線，產(chǎn)生有明暗效應(yīng)的立體圖像，又能進(jìn)行物性計(jì)算，進(jìn)行裝配體或運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的空間干涉檢查，進(jìn)行有限元分析的前后處理以及多至五軸的數(shù)控編程等作業(yè)。常用的實(shí)體造型方法有“邊界表示”(BoundaryRepresentation，B-rep)法和“構(gòu)造實(shí)體幾何”(ConstructiveSolidGeometry，CSG)法。邊界表示法把一個(gè)物體被看作是由有界的平面或曲面片子集構(gòu)成的，每個(gè)面又由它的邊界邊和頂點(diǎn)組成(見(jiàn)圖2-4)，經(jīng)過(guò)各種幾何運(yùn)算和操作，最后達(dá)到構(gòu)成物體的目的。

圖2-4邊界表示法實(shí)體模型

CSG法的基本思想認(rèn)為任何幾何形體都是由簡(jiǎn)單的“實(shí)體細(xì)胞”組成的，這種實(shí)體細(xì)胞可稱為“體素”。CAD系統(tǒng)中常用的體素有：長(zhǎng)方體、圓柱、圓錐、球、圓臺(tái)、楔、橢圓錐等。系統(tǒng)通過(guò)布爾運(yùn)算可以將這些幾何體素組成所需要的物體。高檔的CAD系統(tǒng)還允許用戶根據(jù)需要自己定義一些參數(shù)化的幾何體素。復(fù)雜的幾何物體是由體素組成的，通過(guò)正實(shí)體、負(fù)實(shí)體的定義，二維多邊形的掃描、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、挖切和鏡像等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的創(chuàng)建。圖2-5就是用此方法生成的復(fù)雜零件圖。

圖2-5CSG法實(shí)體模型

4)特征造型所謂特征，就是描述產(chǎn)品信息的集合，也是構(gòu)成零、部件設(shè)計(jì)與制造的基本幾何體，它既反映了零件的幾何信息，又反映了零件的加工工藝信息。常用的零件特征包括：形狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征、裝配特征等。與實(shí)體模型相比較，特征造型能更好地表達(dá)統(tǒng)一、完整的產(chǎn)品信息；能更好地體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，使產(chǎn)品模型便于理解和組織生產(chǎn)；有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、加工制造、檢驗(yàn)等各個(gè)部門(mén)之間的聯(lián)系。因此，基于特征的建模技術(shù)更適合于CAD/CAM的集成和CIMS的建模需要。

2.單一數(shù)據(jù)庫(kù)與相關(guān)性設(shè)計(jì)單一數(shù)據(jù)庫(kù)是指與設(shè)計(jì)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)信息來(lái)自同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。所謂相關(guān)性設(shè)計(jì)，是指任何設(shè)計(jì)改動(dòng)都將及時(shí)地反映到設(shè)計(jì)過(guò)程的其他相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，修改二維零件工程圖樣中的某個(gè)尺寸，則與該零件工程圖樣相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品裝配圖、加工該零件的數(shù)控程序等也將會(huì)自動(dòng)跟隨更新；修改二維圖樣左視圖中的某個(gè)尺寸，其主視圖、俯視圖以及三維實(shí)體模型中相應(yīng)的尺寸和形狀也會(huì)隨之變化。建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的相關(guān)性設(shè)計(jì)。單一數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)性設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用有利于減少設(shè)計(jì)中的差錯(cuò)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)周期。

3.CAD與其他CAX系統(tǒng)的集成技術(shù)

CAD技術(shù)為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了基本的數(shù)據(jù)化模型，然而，它只是計(jì)算機(jī)參與產(chǎn)品生產(chǎn)制造的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了使產(chǎn)品生產(chǎn)后續(xù)的作業(yè)環(huán)節(jié)有效地利用CAD作業(yè)所構(gòu)造的產(chǎn)品信息模型，充分利用已有的信息資源，提高綜合生產(chǎn)效率，必須將CAD技術(shù)與其他CAX技術(shù)進(jìn)行有效的集成，包括CAD/CAM技術(shù)的集成、CAD與CIMS其他功能系統(tǒng)的集成等。CAD技術(shù)的主要功能是進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)造型，為其他功能系統(tǒng)提供共享的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，它已成為CIMS或其他制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

CAD技術(shù)的集成體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)CAD與CAE集成、CAD與CAPP/CAM集成、CAD與PDM集成、CAD與ERP等軟件模塊集成。CAD與這些系統(tǒng)模塊的集成為企業(yè)提供了產(chǎn)品生產(chǎn)制造一體化解決方案，推動(dòng)了企業(yè)的信息化進(jìn)程。

(2)將CAD技術(shù)的算法、功能模塊以至整個(gè)系統(tǒng)以專用芯片的形式加以固化，這樣一方面可以提高CAD系統(tǒng)的運(yùn)行效率，另一方面可以供其他系統(tǒng)直接調(diào)用。

(3)CAD在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境下實(shí)現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)的企業(yè)間集成，如全球化設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造以及虛擬企業(yè)就是該集成層次的具體體現(xiàn)。

4.標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)由于CAD軟件產(chǎn)品眾多，為實(shí)現(xiàn)信息共享，相關(guān)軟件必須支持異構(gòu)、跨平臺(tái)的工作環(huán)境。該問(wèn)題的解決主要依靠CAD技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定了“產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標(biāo)準(zhǔn)”(StandardfortheExchangeofProductModelData，STEP)。STEP采用統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法，涵蓋了產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，是CAD技術(shù)最新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前，主流的CAD軟件系統(tǒng)都支持ISO標(biāo)準(zhǔn)及其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件及零部件庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)化也成為CAD系統(tǒng)的必備內(nèi)容，為實(shí)現(xiàn)信息共享創(chuàng)造了條件。

2.2.3CAD系統(tǒng)軟件與應(yīng)用

1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件主要用于計(jì)算機(jī)管理、維護(hù)、控制、運(yùn)行以及計(jì)算機(jī)程序的翻譯和執(zhí)行，分為以下幾類：

(1)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的主要功能是管理文件及各種輸入輸出設(shè)備。微機(jī)上常用的操作系統(tǒng)有DOS、Windows、UNIX、OS/2等。目前較為流行的操作系統(tǒng)是Windows，它是32位多窗口、多任務(wù)操作系統(tǒng)，提供了對(duì)多媒體和網(wǎng)絡(luò)的軟件支持。工作站主要采用UNIX操作系統(tǒng)，提供支持X協(xié)議的多窗口環(huán)境。

(2)編譯系統(tǒng)。編譯系統(tǒng)是將用高級(jí)語(yǔ)言編制的程序轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行指令的程序。我們所熟知的高級(jí)語(yǔ)言如FORTRAN、BASLC、PASCAL、COBOL、LISP，C/C++等，都有相應(yīng)的編譯程序或集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。

(3)圖形接口及接口標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)圖形向設(shè)備的輸出，必須向高級(jí)語(yǔ)言提供相應(yīng)的接口程序(函數(shù)庫(kù))。Windows的CGI計(jì)算機(jī)圖形接口編碼面向應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，先后推出了GKS、GKS-3D、PHIGS、GL/OPENGL等圖形接口標(biāo)準(zhǔn)。利用這些標(biāo)準(zhǔn)所提供的接口函數(shù)，應(yīng)用程序可以方便地輸出二維和三維圖形。在各種以圖形為基礎(chǔ)的CAD軟件相繼推出后，為了滿足不同應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的交換、共享需要，又制定了IGES、DXF、STEP等圖形(產(chǎn)品)信息交換標(biāo)準(zhǔn)。

2.支撐軟件

1)計(jì)算機(jī)分析軟件

(1)常用數(shù)學(xué)方法庫(kù)及其可視化軟件。

(2)有限元分析軟件。目前，有限元理論和方法已趨成熟，除應(yīng)用于彈性力學(xué)和流體力學(xué)外，也應(yīng)用于流動(dòng)分析、電磁場(chǎng)分析等方面。商品化的有限元分析軟件很多，如SAP-5、ADINA、NASTRAN、ANSYS、COSMOS等，一些軟件還具有較強(qiáng)的前、后置處理功能。

(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。優(yōu)化設(shè)計(jì)建立在最優(yōu)化數(shù)學(xué)理論和現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)迭代尋求設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。目前已有不少成熟的優(yōu)化程序庫(kù)，如LBM公司的ODL，我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“優(yōu)化方法程序庫(kù)OPB-2”等。

2)集成化CAD/CAM軟件集成化CAD/CAM軟件支持在二維和三維圖形方式下進(jìn)行產(chǎn)品及其零件的定義。早期的集成化CAD/CAM軟件主要致力于實(shí)現(xiàn)交互式繪圖，如CADAM、AutoCAD、MEDUSA的早期版本均主要以二維交互式繪圖為主。20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，實(shí)體造型技術(shù)日趨完善，不少CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)向采用實(shí)體造型技術(shù)定義產(chǎn)品零件的幾何模型，進(jìn)行分析、數(shù)控加工、輸出工程圖等。目前較流行的CAD集成系統(tǒng)有：美國(guó)

PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司的Pro/Engineer，美國(guó)麥道飛機(jī)公司的UG(Unigraphics)，Autodesk公司的AutoCAD及MDT；中國(guó)科學(xué)院北京軟件工程研制中心開(kāi)發(fā)的參數(shù)智能化CAD系統(tǒng)PICAD，高華計(jì)算機(jī)有限公司開(kāi)發(fā)研制的集成智能化CAD系統(tǒng)，清華大學(xué)和華中理工大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的CAD-MLS等。

3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)用于管理龐大的數(shù)據(jù)信息，提供數(shù)據(jù)的增刪、查詢、共享、安全維護(hù)等操作，是用戶與數(shù)據(jù)之間的接口。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)使用三種數(shù)據(jù)模型，即層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。目前流行的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有DBASE、FOXBASE、FOXPRO、ORACI.E、SYBASE等。

4)網(wǎng)絡(luò)軟件采用微機(jī)和工作站局域網(wǎng)形式的CAD系統(tǒng)已成為20世紀(jì)90年代CAD軟硬件配置的首選方案。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件為這些系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸和共享文件提供了條件。最常用的網(wǎng)絡(luò)軟件是Novell公司的NETWARE，它包括服務(wù)器操作系統(tǒng)、文件服務(wù)器軟件、通信軟件等。Microsoft的Windows95以上操作系統(tǒng)可直接支持絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)。

3.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件、支撐軟件的基礎(chǔ)上，針對(duì)某一專門(mén)應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制的軟件。這類軟件通常由用戶結(jié)合當(dāng)前設(shè)計(jì)工作需要自行開(kāi)發(fā)，也稱“二次開(kāi)發(fā)”。例如，模具設(shè)計(jì)軟件、電器設(shè)計(jì)軟件、機(jī)械零件設(shè)計(jì)軟件、飛機(jī)氣流分析軟件等均屬應(yīng)用軟件。專家系統(tǒng)也是一種應(yīng)用軟件。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有相當(dāng)一部分工作不是僅通過(guò)計(jì)算或繪圖就可以完成的，而必須依賴該領(lǐng)域?qū)＜邑S富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和專門(mén)知識(shí)，經(jīng)過(guò)專家們的思考、推理和判斷才能夠完成。為使計(jì)算機(jī)模擬專家解決問(wèn)題的工作過(guò)程而編制的智能型計(jì)算機(jī)程序稱為專家系統(tǒng)。

2.3有

限

元

分

析

1960年，克拉夫(Clough)首先提出“有限元法”這個(gè)概念。30多年來(lái)，有限元法得到了很大的發(fā)展。它不僅可用于計(jì)算靜力學(xué)模型，也可用于動(dòng)力學(xué)模型求解；既可以計(jì)算穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的物體熱力學(xué)響應(yīng)，也可以用于非穩(wěn)態(tài)熱源下的時(shí)間響應(yīng)，還能用于電磁場(chǎng)的力學(xué)分析等；既可以用于分析剛件結(jié)構(gòu)的受載變形過(guò)程，也可以用于設(shè)計(jì)輪胎、橡膠零件等非剛性物體，找出它們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，有限元法已成為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段不可缺少的工具。

秦凱維奇(Ｏ.Ｃ.Zienkiewicz)教授在他的名著《有限元法》中給出的有限元法定義是：把連續(xù)體看成是有限個(gè)部分(有限元)的集合體，其性態(tài)由有限個(gè)參數(shù)所規(guī)定，在求解離散成有限元的集合體時(shí)，其有限單元應(yīng)滿足連續(xù)體所遵循的規(guī)則。

有限元法的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型與CAD幾何造型的模型是有區(qū)別的。有限元法將連續(xù)體的結(jié)構(gòu)模型分解成數(shù)目有限的小塊體(見(jiàn)圖2-6)，這些小塊體稱為有限元，它們彼此之間用有限個(gè)結(jié)點(diǎn)相互聯(lián)結(jié)，再在這些結(jié)點(diǎn)上引進(jìn)等效力代替作用到單元上的外力，通過(guò)計(jì)算這些單元陣點(diǎn)力和位移之間的關(guān)系來(lái)解決連續(xù)體的力學(xué)問(wèn)題。有限元法實(shí)質(zhì)上就是把無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體理想化為只有有限個(gè)自由度的單元集合體，使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化為適合于數(shù)值解法的結(jié)構(gòu)型問(wèn)題。

圖2-6有限元實(shí)體模型

圖2-7受力彎曲有限元圖

2.4并

行

設(shè)

計(jì)

關(guān)于并行工程的定義目前國(guó)際上有多種提法，被普遍采用的是美國(guó)防務(wù)研究所1988年12月在第一屆CE專題研討會(huì)上給出的定義：“并行工程是一種對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)進(jìn)行并行的、一體化設(shè)計(jì)的工作模式。這種工作模式可使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員一開(kāi)始就能考慮到從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到消亡的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度和用戶要求?！痹趥鹘y(tǒng)的制造系統(tǒng)中，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品出廠的整個(gè)過(guò)程是按順序(即串行)進(jìn)行的。在產(chǎn)品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成后，必須進(jìn)行樣機(jī)試制，再根據(jù)試制中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)圖紙進(jìn)行修改，同時(shí)整理試制工藝，設(shè)計(jì)制造工藝裝備，然后再進(jìn)行小批量生產(chǎn)，考核工藝規(guī)程和工裝的正確性，并進(jìn)行必要的修改。只有在小批量試制通過(guò)驗(yàn)證后，才能正式批量投產(chǎn)。

這種串行工程方式對(duì)批量較大和市場(chǎng)壽命較長(zhǎng)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，不失為一種行之有效的方法。但是，許多不合理設(shè)計(jì)和錯(cuò)誤設(shè)計(jì)只有通過(guò)試制過(guò)程才能發(fā)現(xiàn)，有時(shí)某些問(wèn)題甚至是無(wú)法修改的，修改設(shè)計(jì)就意味著部分或全部報(bào)廢，造成不必要的人力和物力浪費(fèi)，其缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。

因此，對(duì)于面向定單的單件及小批量生產(chǎn)，這種串行工作方式就完全不適用了。圖2-8(a)、(b)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)及技術(shù)準(zhǔn)備階段串行工程與并行工程的基本概念示意圖。在串行工程中，前饋信息隨著過(guò)程傳遞，反饋信息總滯后于過(guò)程，返工浪費(fèi)很難避免。并行工程采用并行方式，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就集中產(chǎn)品研制周期中的各有關(guān)工程技術(shù)人員，同步地設(shè)計(jì)或考慮整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的所有因素，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)方式、售后服務(wù)方案等進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，協(xié)同進(jìn)行。經(jīng)系統(tǒng)的仿真和分析評(píng)估，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行反復(fù)修改和完善，力爭(zhēng)后續(xù)的制造過(guò)程一次成功(DoRightFirst)。這樣，設(shè)計(jì)階段完成后一般能保證后面階段如制造、裝配、檢驗(yàn)、銷售和維護(hù)等活動(dòng)順利進(jìn)行，前饋信息在過(guò)程傳遞之前即預(yù)發(fā)布至各后續(xù)工作環(huán)節(jié)，反饋信息能在過(guò)程傳遞之前送至前序環(huán)節(jié)，使之能及時(shí)修改。特殊情況下，并行工程中也需要對(duì)設(shè)計(jì)方案甚至產(chǎn)品模型進(jìn)行修改。

圖2-8串行工程與并行工程的基本概念示意圖(a)串行工程；(b)并行工程并行工程在實(shí)施中采用團(tuán)隊(duì)工作(TeamWork)方式(見(jiàn)圖2-9)，將各類專業(yè)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開(kāi)始時(shí)就組織在一起協(xié)同工作。初期人們采用集體辦公模式實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)工作，而在企業(yè)的計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)后，可以將各功能部門(mén)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)并通過(guò)相應(yīng)的管理控制軟件，使團(tuán)隊(duì)成員在異地共享信息，協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的并行工程模式。

圖2-9企業(yè)范圍內(nèi)的并行工程模式

在上述并行工程運(yùn)行模式下，每個(gè)設(shè)計(jì)者可以像在傳統(tǒng)的CAD工作站上一樣進(jìn)行自己的設(shè)計(jì)工作。借助于適當(dāng)?shù)耐ㄐ殴ぞ?，在公共?shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)的支持下，設(shè)計(jì)者之間可以相互通信，根據(jù)目標(biāo)要求既可隨時(shí)應(yīng)其它設(shè)計(jì)人員要求修改自己的設(shè)計(jì)，也可要求其它設(shè)計(jì)人員響應(yīng)自己的要求。通過(guò)協(xié)調(diào)機(jī)制，設(shè)計(jì)小組的多種設(shè)計(jì)工作可以并行協(xié)調(diào)地進(jìn)行(見(jiàn)圖2-10)。

圖2-10并行工程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)

2.5反

求

工

程

1.零件反求零件反求實(shí)質(zhì)上是零件復(fù)制。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和要求精確的關(guān)鍵零件，如果復(fù)制不精確，將直接影響所開(kāi)發(fā)機(jī)器的性能。因此，精確測(cè)量擬復(fù)制零件，并在此基礎(chǔ)上逆向生成精確的零件CAD模型，這是反求工程的關(guān)鍵。在反求工程中采用的測(cè)量方法可歸納為兩類：一類為采用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CoordinateMeasuringMachine，CMM)的接觸式測(cè)量，另一類是采用激光或機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行圖像掃描的光學(xué)非接觸式測(cè)量。下面以采用CMM測(cè)量的反求工程為例說(shuō)明零件反求的過(guò)程。零件反求工程系統(tǒng)原理圖如圖2-11所示。

圖2-11零件反求工程系統(tǒng)原理圖

2.整機(jī)反求整機(jī)反求的工作內(nèi)容如下：

(1)探索樣機(jī)的設(shè)計(jì)思想。事實(shí)上在選擇引進(jìn)樣機(jī)時(shí)就有一個(gè)指導(dǎo)思想，例如是選擇功能齊全的還是造價(jià)便宜的，是注重高科技含量還是可持續(xù)發(fā)展性(如節(jié)約資源、不污染環(huán)境和模塊化設(shè)計(jì)等)。根據(jù)這個(gè)指導(dǎo)思想去分析樣機(jī)的特點(diǎn)，判斷此指導(dǎo)思想是否與需求相吻合，這樣才能為反求以后的產(chǎn)品發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)，避免引進(jìn)錯(cuò)誤。

(2)功能剖析。每種產(chǎn)品都有其特定功能，這是引進(jìn)樣機(jī)和發(fā)展產(chǎn)品的核心問(wèn)題。因此，必須對(duì)樣機(jī)的功能進(jìn)行深入的研究剖析，特別是關(guān)鍵性的功能，必須掌握其基本原理，才能在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自己的產(chǎn)品。

(3)性能試驗(yàn)。對(duì)樣機(jī)的性能必須進(jìn)行全面的試驗(yàn)和測(cè)定，反復(fù)驗(yàn)算，深入分析，掌握它的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)、靜態(tài)力學(xué)特性，找出它可能存在的薄弱環(huán)節(jié)，以便于在自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)加以改進(jìn)，使反求產(chǎn)品優(yōu)于樣機(jī)。

(4)結(jié)構(gòu)分析。零部件的結(jié)構(gòu)與功能原理和機(jī)械性能直接有關(guān)，并同生產(chǎn)成本和使用性能關(guān)系密切，也影響產(chǎn)品的可制造性和可維護(hù)性。因此，必須充分了解功能零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其作用，精確反求，否則會(huì)危及產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，達(dá)不到樣機(jī)的使用性能。

(5)形體尺寸及精度測(cè)定。對(duì)于關(guān)鍵零件，必須采用先進(jìn)而精確的反求手段和儀器，精確測(cè)定樣件的形體和相關(guān)精度(尺寸、形狀和相互位置精度)，并分析它們的作用，否則，反求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品將達(dá)不到樣機(jī)的質(zhì)量要求。

(6)工藝分析。這是反求工程中至關(guān)重要的一步。反求產(chǎn)品往往可以做到同樣機(jī)“形似”，但由于工藝問(wèn)題沒(méi)有解決而達(dá)不到“神似”，即產(chǎn)品性能總達(dá)不到或不能超過(guò)樣機(jī)。因此，在工藝問(wèn)題上必須特別重視分析和掌握其工藝訣竅，這樣才能真正達(dá)到反求工程的目標(biāo)。

(7)材料分析。零件的材料及其處理方法是決定零件的功能和使用性能的關(guān)鍵因素之一。一般情況下，可通過(guò)外觀對(duì)比、密度確定、理化分析、硬度測(cè)定和光譜分析等各種方法來(lái)測(cè)定材料的物理性能、化學(xué)成分，分析對(duì)它的熱處理和表面處理方法及工藝方法。

(8)使用和維修分析。以用戶的目光審視樣機(jī)的使用方便性和易維修性，充分理解和掌握樣機(jī)在這方面的設(shè)計(jì)思想。

(9)相關(guān)輔料分析。樣機(jī)中使用的冷卻液、潤(rùn)滑劑、密封件等也會(huì)影響產(chǎn)品的使用性能，在反求工程中同樣不能輕視。除上述反求工作外，樣機(jī)的造型設(shè)計(jì)、色彩配置、包裝技術(shù)等也不能忽視，這將影響用戶對(duì)產(chǎn)品的直覺(jué)印象和市場(chǎng)效應(yīng)。

圖2-12產(chǎn)品反求工程的工作流程

2.6綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1.綠色產(chǎn)品及特點(diǎn)綠色產(chǎn)品是指在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)(包括原材料準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用、回收、再用或再生等過(guò)程)能節(jié)約資源和能源，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)危害或少危害，并對(duì)生產(chǎn)者及使用者具有良好保護(hù)性的產(chǎn)品。因此，綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)可定義為面向不損害產(chǎn)品質(zhì)量、功能及其制作過(guò)程的，能與環(huán)境相容的設(shè)計(jì)。

綠色產(chǎn)品的特點(diǎn)：

(1)優(yōu)良的環(huán)境友好性，即產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用乃至廢棄回收處理的各個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)環(huán)境無(wú)害或危害極小。這就要求企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中選用清潔的原料、清潔的工藝過(guò)程，生產(chǎn)出清潔的產(chǎn)品；使用產(chǎn)品時(shí)不對(duì)使用者造成危害；報(bào)廢產(chǎn)品在回收處理過(guò)程中很少產(chǎn)生廢棄物。

(2)最大限度地利用材料資源。

(3)最大限度地節(jié)約能源。

2.綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

(1)綠色產(chǎn)品的描述與建模：準(zhǔn)確全面地描述綠色產(chǎn)品，建立系統(tǒng)的綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)模型是綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

(2)綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料選擇：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員改變傳統(tǒng)的選材程序和步驟，選材時(shí)不僅要考慮產(chǎn)品的使用要求和性能，還應(yīng)考慮環(huán)境約束準(zhǔn)則，同時(shí)必須了解材料對(duì)環(huán)境的影響，應(yīng)選用無(wú)毒、無(wú)污染材料以及易回收、可重用、易降解材料。

(3)面向拆卸性設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法多考慮產(chǎn)品的裝配性，很少考慮產(chǎn)品的可拆卸性。綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求把可拆卸性作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，使產(chǎn)品在報(bào)廢以后其零部件能夠高效地、不加破壞地被拆卸，這有利于零部件的重新利用和材料的循環(huán)再生，達(dá)到節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境的目的。

產(chǎn)品類型千差萬(wàn)別，不同產(chǎn)品的拆卸性設(shè)計(jì)不盡相同?？傮w上，可拆卸性設(shè)計(jì)的原則包括：①

實(shí)現(xiàn)零件的多功能性，減少應(yīng)拆卸零部件的數(shù)目，減少拆卸工作量；②

避免有相互影響的材料組合，避免零件的污損；③

易于拆卸，易于分離；④

實(shí)現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，減少零件的多樣性。

(4)產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮產(chǎn)品各零部件回收再利用的可能性、回收處理方法、回收費(fèi)用等問(wèn)題，達(dá)到節(jié)省材料、節(jié)約能源、盡量減小環(huán)境污染的目的?？苫厥招栽O(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：①可回收材料的識(shí)別及標(biāo)志；②回收處理工藝方法：③可回收性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；④可回收性的經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)?？苫厥招栽O(shè)計(jì)的主要原則有：①

避免使用有害于環(huán)境及人體的材料；②

減少產(chǎn)品所使用的材料種類；③

避免使用與循環(huán)利用過(guò)程不相兼容的材料或零件；④

使用便于重用的材料；⑤

使用可重用的零部件。

(5)綠色產(chǎn)品的成本分析：與傳統(tǒng)成本分析不同，綠色產(chǎn)品成本分析應(yīng)考慮污染物的處理成本、產(chǎn)品拆卸成本、重復(fù)利用成本、環(huán)境成本等，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境質(zhì)量雙贏的目的。

(6)綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)：這是一個(gè)龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程起到舉足輕重的作用。數(shù)據(jù)庫(kù)包括產(chǎn)品全生命周期中環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等有關(guān)的一切數(shù)據(jù)，如材料成分、各種材料對(duì)環(huán)境的影響、材料自然降解周期、人工降解時(shí)間和費(fèi)用，以及制造、裝配、銷售、使用過(guò)程中所產(chǎn)生的附加物數(shù)量及其對(duì)環(huán)境的影響等環(huán)境評(píng)估準(zhǔn)則所需的各種判斷標(biāo)準(zhǔn)。

復(fù)

習(xí)

思

考

題

2-1試論述現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵及特點(diǎn)。

2-2描述現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。為什么說(shuō)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的主體？它與其它技術(shù)的關(guān)系如何？

2-3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)包括哪些主要內(nèi)容？分析其中的關(guān)鍵技術(shù)。

2-4敘述反求工程的含義，分析反求工程作業(yè)的基本步驟。

2-5試論述串行工程、并行工程的工作方式與優(yōu)缺點(diǎn)。

2-6敘述綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

第三章先進(jìn)制造工藝技術(shù)3.1精密成型技術(shù)3.2精密與超精密加工技術(shù)

3.3超高速加工技術(shù)

3.4特種加工技術(shù)

3.5微細(xì)加工技術(shù)

復(fù)習(xí)思考題

3.1精密成型技術(shù)

3.1.1粉末冶金粉末冶金是一種精密成型工藝，成品件可以達(dá)到相當(dāng)高的精度和表面粗糙度，可以不經(jīng)任何后續(xù)加工直接應(yīng)用，也可以進(jìn)行一定的精加工。圖3-1所示為粉末冶金工藝過(guò)程。

1.粉末成型方法

(1)磁動(dòng)力壓制。裝于精密模具中的松散鐵粉，經(jīng)磁場(chǎng)徑向壓制可達(dá)到很高的密度，同時(shí)克服了單軸模壓方法中限制軸向長(zhǎng)度與密度梯度的局限性。

圖3-1粉末冶金工藝過(guò)程

(2)爆炸壓制。爆炸壓制是得到高密度坯料的好方法。沖擊波通過(guò)粉末即可將粉末壓制成坯。光學(xué)研究表明，對(duì)于柱形試樣，為使密度均勻，沖擊波的形狀應(yīng)該是錐形的。

(3)新的擠壓成型法。常規(guī)金屬擠壓僅限于鋁和銅一類延性材料，而高強(qiáng)度材料和高溫材料只能采用鍛造與機(jī)加工方法。新的擠壓法可通過(guò)調(diào)節(jié)金屬粉末/粘結(jié)劑混合系統(tǒng)的粘度來(lái)制取擠壓料，然后用擠壓塑性材料的常規(guī)擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓?？上窠饘僮⑸涑尚湍菢樱萌軇┹腿》ㄈコ辰Y(jié)劑，而后經(jīng)燒結(jié)可制得棒、管等一類致密型材。通過(guò)調(diào)節(jié)粉末坡度與燒結(jié)參數(shù)，也可制取壁上有開(kāi)孔的管，由此制成過(guò)濾器及其他功能產(chǎn)品。

(4)吹氣裝粉法。因粉末流動(dòng)性差，故往往在壓模裝粉時(shí)出現(xiàn)粒度偏析。新開(kāi)發(fā)出的吹氣裝粉法將少量氣體吹入裝粉靴中，因而改善了粉末的流動(dòng)性，降低了粒度偏析，縮短了裝粉時(shí)間。

(5)溫壓。溫壓工藝是利用溫度與壓力使粉末致密化的，其最終密度可達(dá)7.25～7.458g/cm3。各種溫壓工藝都有一定的溫度范圍。溫壓工藝應(yīng)用于汽車零件等高強(qiáng)度、小型化的開(kāi)發(fā)制造過(guò)程。

2.成型工藝特點(diǎn)及研究方向粉末冶金工藝一般具有以下特點(diǎn)：

(1)可以得到近凈形零件；

(2)通過(guò)粉末合金成分的配合，可以得到符合零件性能要求的制品；

(3)也適合于大批量生產(chǎn)。

粉末成型領(lǐng)域的主要研究方向是：

(1)粉末制造技術(shù)，例如急冷凝固粉末、機(jī)械合金化(MA)粉末、超微(1μm以下)粉末的制備等。

(2)成型及固化技術(shù)，例如冷等靜壓成型(CIP)和熱等靜壓成型(HIP)、粉末鍛造、電磁成型、金屬粉末注射成型(MIM)等。新開(kāi)發(fā)的粉末材料需配以優(yōu)化的固化及成型技術(shù)。另外，比較成熟的模具成型技術(shù)亦存在工藝優(yōu)化的需求。復(fù)雜零件的粉末精確成型(公差達(dá)±0.02mm)也需要高精度、智能化的成型和固化設(shè)備的支持。這些問(wèn)題共同的特點(diǎn)是對(duì)技術(shù)訣竅或經(jīng)驗(yàn)的依賴程度很大。

3.1.2精密潔凈鑄造

1.精密砂型鑄造(PrecisionSandCasting)

(1)FM法。FM為法語(yǔ)FonteMince(薄壁鐵)的縮寫(xiě)。FM法采用冷芯盒砂芯疊箱造型，在低壓下進(jìn)行澆注。這種方法已成功地用于大量生產(chǎn)壁厚僅2.8mm的球墨鑄鐵排氣管。法國(guó)一鑄造廠已建成日產(chǎn)2500根排氣管的生產(chǎn)線(1992年)，其主要用戶為美國(guó)通用汽車公司Cadillac豪華型轎車部。

(2)Zeus法。Zeus法采用冷芯盒砂芯組芯造型，重力澆注。由于所用的工藝裝備(芯盒)制造得十分精確，因而可獲得尺寸十分精確的鋁鑄件，這種方法可以生產(chǎn)壁厚僅2.5mm的復(fù)雜鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋。

(3)Cosworth法。Cosworth法(見(jiàn)圖3-2)采用冷芯盒砂芯組芯造型，但是它使用鋯砂(通常在鑄造生產(chǎn)中使用石英砂)，利用電磁泵來(lái)實(shí)現(xiàn)在可控壓力下使鋁合金液由下而上地充填鑄型。由于鋯砂的熱膨脹率很小而且恒定，因而有利于獲得尺寸精確度高的鑄件。但是，由于鋯砂導(dǎo)熱性極好，比石英砂高出兩倍多，因而用它所造的砂型難以澆注出壁厚小于4mm的鋁鑄件。此外，砂芯采用機(jī)械組裝，組裝后砂型如同一個(gè)整體，也有利于確保鑄件尺寸精度。

圖3-2Cosworth法示意圖

2.消失模鑄造(ExpendablePatternCastingorLostFoamProcess)消失模鑄造采用遇液體金屬后即氣化的泡沫塑料作模樣，無(wú)分型面，也不用取模，不用砂芯，同時(shí)采用無(wú)水分、無(wú)粘結(jié)劑、無(wú)附加物的干砂造型。這種方法可以生產(chǎn)出薄壁、零度拔模斜率的復(fù)雜鑄件，并可直接鑄出螺紋及曲折的通道。它可以減少機(jī)械加工工序。這種方法在大量生產(chǎn)中應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)還有不少有待解決的技術(shù)問(wèn)題，例如：用于制造消失模的模具成本高和制造周期長(zhǎng)，消失模因剛度差在緊砂過(guò)程中易變形，鑄件表面質(zhì)量不穩(wěn)定，等等。B）工藝過(guò)程（P104）

3.擠壓鑄造(SqueezeCasting)所謂“擠壓鑄造”，是指將液體金屬在不受擾動(dòng)、不卷進(jìn)空氣的條件下充填金屬鑄型，隨后又使鑄件在高壓下完成凝固過(guò)程，從而獲得優(yōu)質(zhì)可熱處理的鑄件的工藝方法。這種最初作為液態(tài)沖壓而開(kāi)發(fā)的“擠壓鑄造”，目前則一般是指一種由截面尺寸很大的澆道將液態(tài)金屬引入型腔的鑄造方法，這樣就能使鑄件在凝固過(guò)程中能得到充分的補(bǔ)縮。今天被普遍接受的“擠壓鑄造”定義是：一種具有低的充型速率，最低限度的擾動(dòng)，并在整個(gè)凝固期間保持高壓的工藝方法，它能穩(wěn)定地制造進(jìn)行固熔熱處理的高度整體性的鑄件。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金活塞可以由加熱的含超過(guò)25%陶瓷或耐磨金屬纖維的預(yù)制件擠壓鑄造而成。該工藝方法將增強(qiáng)材料安放在需要的部位，如活塞圓頂或上活塞環(huán)槽處，以達(dá)到耐熱及耐磨等目的。

4.半固態(tài)鑄造(Semi-solidMetalCasting)半固態(tài)鑄造的過(guò)程是：將一專門(mén)的連續(xù)鑄造鋁合金的坯料仔細(xì)地加熱到其中含有一定的液態(tài)容積組分的溫度，這一粥狀坯料隨后被擠壓到一金屬型腔內(nèi)以形成一近終形、致密的鑄件，然后可以通過(guò)熱處理來(lái)進(jìn)一步改善其性能。半固態(tài)鑄造示意圖如圖3-3所示。

圖3-3半固態(tài)鑄造示意圖

圖3-4半固態(tài)鑄造及擠壓鑄造獲得的A1Si7Mg(A356/357)合金機(jī)械性能

5.壓力鑄造壓力鑄造是在高壓作用下，將金屬熔液以較高的速度壓入高精度的型腔內(nèi)，力求在壓力下快速凝固，以獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的高效率鑄造方法。在有