先进制造技术导论复习题.doc

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CADCAPPCAM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（）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0025um，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： 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 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； 工作方式从传统的顺序方式向并行方式转变； 管理工作重点从以技术为中心向以人为中心转变； 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； 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v 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。v 实物反求对象：整个产品，也可以是部件、组件 或零件。v 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v 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：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。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。 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。绿色产品规划及设计开发过程；绿色产品制造与生产过程；产品使用过程；产品维护与服务过程；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：产品在生产过程中少用资源和能源，并且不污染环境。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。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（Green TechnologyGT）或西方称之为“环境友善技术”（Environmental Sound TechnologyEST），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；二是良好的材料管理。避免废弃物产生，用再造加工技术或废弃物管理方法协调产品设计，使零件或材料在产品达到寿命周期时，以最高的附加值回收并重复利用。绿色设计必须遵循一定的系统化设计程序，其中包括：环境规章评价，环境污染鉴别，环境问题的提出，减少污染、满足用户要求的替代方案，替代方案的技术与商业评估等。绿色设计人员应该考虑哪些问题？制造过程中可能产生的废弃物是什么？ 有毒成分的可能替代物是什么？ 报废产品如何管理？ 设计对产品回收性有什么影响？ 零件材料对环境有何影响，用户怎样使用产品？3. 绿色设计的三个阶段跟踪材料流，确定材料输入与输出之间的平衡； 对特殊产品或产品种类分配环境费用，并确定相应的产品价值； 对设计过程进行系统性研究，而不是将注意力集中在产品本身。从产品的整体质量考虑，设计人员不应只根据物理目标设计产品，而应以产品为用户提供的服务或损害为主要依据。4. 绿色设计与传统设计的区别绿色设计要求设计人员在设计构思阶段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保护生态环境与保证产品的性能、质量、寿命、成本的要求列为同等的设计目标，并保证在生产过程中能够顺利实施。 2.5.4 绿色设计的主要内容和关键技术绿色产品的描述与建模；绿色设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计；绿色产品的成本分析；绿色设计数据库等。 1. 绿色产品的描述与建模准确全面地描述绿色产品，建立系统的绿色产品评价模型是绿色设计的关键。例如针对冰箱产品，已提出了绿色产品的评价指标体系、评价标准制定原则，利用模糊评价法对冰箱的“绿色程度”进行了评价，并开发了相应的评价工2. 绿色设计的材料选择与管理绿色设计要求产品设计人员改变传统的选材程序和步骤，选材时不仅要考虑产品的使用条件和性能，而且应考虑环境约束准则，同时必须了解材料对环境的影响，选用无毒、无污染材料及易回收、可重用、易降解材料。3. 产品的可回收性设计 包括以下几方面的主要内容： 可回收材料及其标志；可回收工艺与方法；可回收性经济评价； 可回收性结构设计。 4. 产品的可拆卸性设计现代机电产品使用多种不同材料，其拆卸就成为目前绿色设计研究的主要热点。它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则，使所设计的结构易于拆卸、维护方便，并在产品报废后可重用部分能充分有效地回收和重用。可拆卸性要求在产品结构设计时改变传统的联接方式，代之以易于拆卸的联接方式5. 绿色产品的成本分析绿色产品的成本分析与传统的成本分析不同。由于在产品设计初期，就必须考虑产品的回收、再利用等性能，因此成本分析时，就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、特殊产品相应的环境成本等。对企业来说，是否支出环保费用，也会形成产品成本上的差异；同样的环境项目，在各国或地区间的实际费用，也会形成企业间成本的差异。因此，在每一设计决策时都应进行绿色产品成本分析，以便设计出的产品“绿色程度”高且总体成本低。 6. 绿色设计数据库绿色设计数据库是一个庞大复杂的数据库。它应包括产品寿命周期中与环境、经济等有关的一切数据，如材料成分、各种材料对环境的影响值、材料自然降解周期、人工降解时间、费用，制造、装配、销售、使用过程中所产生的附加物数量及对环境的影响值，环境评估准则所需的各种判断标准等。VR技术（计算机）虚拟现实VR技术是计算机仿真技术在更高层次上延伸与扩展。由于VR技术要为用户提供逼真的感觉，与虚拟世界进行交互作用，从而使人成为系统中集成的一部分，进入了沉浸交互构想，即三个“I”（ImmersionInteraction-Imagination）的信息环境。因而，VR技术是在人机完善结合环境下的先进设计技术，它使设计者可以用各种方式表达和实现自己的设计意图、最大限度地充分发挥创造力和想象力。模拟与仿真的概念模拟（Simulation）是指选取一个物理的或抽象的系统的某些行为特征，用另一个系统来表示它们的过程。仿真（Emulation）是指用另一数据处理系统，主要用硬件来全部或部分地模仿某一数据处理系统，以致于模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。计算机模拟仿真技术 以计算机系统为工具，以相似原理、信息技术和控制论为基础，根据系统实验的目的，建立实际或联想的系统模型，并在不同条件下，对模型进行动态运行（实验）的一门综合性技术。 超精密加工超精密加工的关键技术加工机理 ：近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。被加工材料 ：用于精密和超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性能均有严格要求，要求被加工材料质地均匀，性能稳定，无外部及内部微观缺陷。加工工具：用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到24nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。 磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常，采用粒度为W20W0.5的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。工作环境：环境温度可根据加工要求控制在10.02，甚至达到0.0005。 在恒温室内，一般湿度应保持在55%60%，防止机器的锈蚀、石材膨胀，以及一些仪器，如激光干涉仪的零点漂移等。 洁净度要求1000100级，100级是指每立方英尺空气中所含大于0.5m的尘埃不超过100个，依此类推微细加工从基本加工类型看，微细加工可大致分四类:分离加工将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、破碎等；接合加工同种或不同材料的附和加工或相互结合加工，如蒸镀、淀积、掺入、生长、粘结等；变形加工使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性，如一些热处理或表面改性等高能束流加工的共同特点：1.加工速度快，热流输入少，对工件热影响极少，工件变形小。2.束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、电子束加工可使任何坚硬、难熔的材料在瞬间熔融汽化，而离子束加工是以极大能量撞击零件表面，使材料变形、分离破坏。3.工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。激光加工的特点：激光加工属非接触加工，无明显机械力，也无工具损耗，工件不变形，加工速度快，热影响区小，可达高精度加工，易实现自动化。因功率密度是所有加工方法中最高的，所以不受材料限制，几乎可加工任何金属与非金属材料。激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工，如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接。激光可聚焦形成微米级光斑，输出功率大小可调节，常用于精密细微加工。能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势。快速原型技术：LOM产品的特点由于LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面，因此工艺简单，成型速度快，易于制造大型零件；工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形，零件的精度较高，激光切割为0.1mm，刀具切割为0.15mm；工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑；材料广泛，成本低，用纸制原料还有利于环保；力学性能差，只适合做外形检查。快速成型技术的理解： 在快速成形技术的发展过程中，各个研究机构和人员均按照自己的理解赋予其不同的称谓，这些不同称谓即反映了快速成形技术不同方面的重要特征。 离散堆积制造；离散堆积制造是现代成形学理论中在对成形技术发展进行总结的基础上提出的，表明了模型信息处理过程的离散性，强调了成形物理过程的材料堆积性，体现了快速成形技术的基本成形原理，具有较强的概括性和适应性。 实体自由成形制造；实体自由成形制造(Solid Freeform Fabrication)表明快速成形技术无需专用的模腔或夹具，零件的形状和结构也相应不受任何约束。RP工艺是用逐层变化的截面来制造三维形体，在制造每一层片时都和前一层自动实现联接，不需要专用夹具或工具，使制造成本完全与批量无关，既增加了成形工艺的柔性，又节省了制造工装和专用工具的大量成本。 材料添加制造；将材料单元采用一定方式堆积、叠加成形，有别于车削等基于材料去除原理的传统加工工艺。 即时制造；即时制造(Instant Manufacturing)反映该类技术的快速响应性。由于无需针对特定零件制定工艺操作规程，也无需准备专用夹具和工具，快速成形技术制造一个零件的全过程远远短于传统工艺相应过程，使得快速成形技术尤其适合于新产品的开发，显示了其适合现代科技和社会发展的快速反应的特征和时代要求。 分层制造；分层制造 (Layered Manufacturing)将复杂的三维加工分解成一系列二维层片的加工，着重强调层作为制造单元的特点，每层可采取更低维单元进行累加或高维单元进行加工得到。 直接CAD制造；直接CAD制造(Direct CAD Manufacturing)反映了快速成形是CAD模型直接驱动，实现了设计与制造一体化，计算机中的CAD模型通过接口软件直接驱动快速成形设备，接口软件完成CAD数据向设备数控指令的转化和成形过程的工艺规划，成形设备则象打印机一样“打印”零件，完成三维输出。快速成形由于采用了离散/堆积的加工工艺，CAD和CAM能够很顺利地结合在一起，快速成形的工艺规划主要作用是对成形过程进行优化以提高造型精度、速度和质量，所以快速成形可容易地实现设计制造一体化。定义：快速成形（RP Rapid Prototyping ）是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术 快速成形制造(RPM Rapid Prototyping Manufacturing） 是使用RP技术，由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。与快速成形制造相关的技术 计算机辅助设计(CAD) 利用三维实体产品模型，设计者在设计产品时，不需要将三维物体进行投影，想象各种角度的视图，用多个剖面表示内容结构，用多个视图解释投影的二义性。而可以直接在计算机上构造三维物体，并赋以质量、颜色等特性，并从任意角度观察物体。随着参数化特征造型技术的发展，设计人员还可以在零件上构造具有加工工艺特性的特征结构，修改原先设计的尺寸，使零件的形态按要求进行变化。新的设计手段大大方便了设计人员。一方面他们可以构造任意复杂的零件表面形状和内部结构，而无需考虑如何表达它们的二维投影；另一方面他们可以把头脑中的设计灵感直接映射到计算机构成的三维空间中，而无需经过二维平面手段作为媒介。 产品模型发展到实体模型，能较完整的表示一个三维物体。这为RP技术的产生准备了条件，同时也提出了需求。因为如果没有能表示三维物体的数据模型，而只是一些图纸，想要用RP的原理制造出实体模型就需要手工计算出各个截面，编制每个截面的加工代码。计算劳动量太大，以致无法实现 反求工程 数控技术(NC) RP技术就是数控技术最新应用的领域之一。RP技术要求将材料精确地堆积，并长时间保持较高的定位精度，防止错层。如果没有高可靠性、高精度的数控系统是无法实现的。数控技术的应用，是RP技术能够产生并发展成熟必不可少的条件 材料技术； 成型材料是RPM技术发展的关键环节。它影响原型的成型速度、精度和物理、化学性能，直接影响到原型的二次应用和用户对成型工艺设备的选择。与RPM制造的四个目标（概念型、测试型，模具型，功能零件）相适应。材料的要求也不同。机器人机器人一词首先由捷克剧作家、小说家卡列尔卡佩克使用并推荐给全世界科幻作家阿西莫夫总结经验以往科幻小说对机器人题材的描写，将其上升到了系统和理性的高度。他创造了著名的机器人工学三定律： 机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸； 机器人应执行人们所下达的指令，除非这些指令与第一定律相矛盾； 机器人应能保护自己的生存，只要这种防护行为不与第一或第二定律相矛盾。并联运动机床：又称并联运动学机器或虚拟轴机床，是并联机器人技术和现代数控机床技术结合的产物，它同时兼顾了机床和机器人的诸多特性，既可以看作是机器人化的机床（可以完成机床的切削任务），又可以看作是机床化的机器人（可以完成许多精密的机器人作业）。它能够提供机器人的灵活与柔性，又具有机床的刚度和精度，是集多种功能于一体的新型机电设备。 并联机构的应用随着并联机构技术应用的深入，并联类构型已不仅仅局限于并联机床等加工类设备，而被广泛的应用于人们生产和生活的各个方面，如航空航海领域、加工制造、装配领域、轻工业领域和医疗器械领域、特种加工、微动机构、测量作业、焊接、铆接、土方挖掘、煤矿开采、娱乐设施、天文望远镜、机器人手臂和灵巧眼等很多方面v 并联运动机床的工作原理工件安装在工作台上，工作台固定不动，与刀具相连的主轴（动平台）受六根可改变工作长度的杆控制工作位置，每根杆由一个独立的伺服电机驱动，通过精密滚珠丝杠传动改变杆的长度。显然，刀具和工件之间的相对运动不是由串联机构实现的，而是经过机床同时控制六根杆长的协同变化，实现主轴在空间具有六个自由度的运动，加上刀具的旋转，形成加工零件的表面。与传统机床相比，并联机床的优点：（1）刚度重量比大：传动构件理论上为仅受拉压载荷的二力杆，故传动机构的单位重量具有很高的承载能力；（2）精度高：并联机床刀具的运动由各独立支链的进给驱动共同提供，不存在串联的误差积累，理论上比串联机床容易达到较高的精度；（3）功能性强：并联机床的主轴平台可以具有3-6个自由度，能灵活地实现空间姿态，提供较强的加工、装配、测量等能力；（4） 响应速度快：运动部件惯性的大幅度降低，有效的改善了伺服控制器的动态品质，允许动平台获得很高的进给速度和加速度，因而特别适用于各种高速数控作业；（5）结构灵活、成本低：并联机床构型多样、结构简单、部件少、重组性强，便于模块化设计。具有“硬件”简单，“软件”复杂的特点，因此制造成本较低因此，并联运动机床被誉为：“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”。“21世纪新一代数控加工设备”。v 并联运动机床具体结构的多样化1不伸缩的六条腿（即 “六滑台”）机床改善工件可接近性差和工件空间对机床所占空间之比低的弱点。六根杆长度相同，结构简单，可在杆内通冷却液以减少热影响。导轨均在一个平面上也易于制造和调整。这种结构对加工长工件特别有利。由于导轨可按需要加长，还可考虑在同一导轨上安排多套六条腿来组成加工生产线。(2) 六条腿与平台的连接方式工作台在机床的底座上可前后移动，以便于装卸工件。底座上有3根按照120分布的立柱，用于支承并联机构。3) 与并联运动机床配套的新型功能部件六条腿机床最为关键而又难制造的是上下平台上“腿”的两个球面支承：一是必须为球面（按多自由度的要求），二是对球度的要求高，否则会影响平台的定位和运动精度 企业管理信息时代的工业化及市场竞争的新特点 1、知识技术产品的更新周期越来越短2、产品的技术含量越来越高3、产品个性化的要求越来越普遍4、除了产品竞争的T（交货期）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）以外，独占性的知识产权的竞争越来越激烈5、信息技术已经渗透到了产品的设计、制造、管理、销售的全过程6、现代管理在竞争中的作用越来越重要大制造的概念：时间尺度：从产品的市场需求到最终的报废处理；空间尺度：从市场需求产品设计开发制造装配市场服务；地理尺度：全球化的制造企业生产经营存在的主要问题：1产品开发问题；企业不能适应市场开发出具有独占性技术的新产品，企业开发新产品周期长、成本高；引进国外产品的部分企业，如缺乏消化、吸收和创新，企业将再度陷入困境2企业结构不合理；建筑在封闭的经济基础上，小而全，大而全企业产品开发和市场开拓能力弱，加工制造庞大，形成两头小、中间大的“橄榄型”， 开发设计-加工制造-市场开拓3企业管理问题；部分企业依旧停留在计划经济粗放作业的传统模式上，缺乏按订单组织均衡生产、压缩在制品和库存、加快资金周转率的手段，经营决策和售后服务管理方式落后可供选择的解决对策利用敏捷制造的原理对企业进行重组，利用信息化带动工业化，实现企业的跨越式发展，利用敏捷制造的原理对企业进行重组，改变企业的结构，将企业由“橄榄型” 改变为“哑铃型” ，使企业拥有庞大的产品开发能力及强大的市场开拓能力，将企业建筑在社会化分工、合作大生产的基础上，达到对市场的敏捷响应，不具备独立设计开发最终产品的企业，应建立具有特色的、高效的专业化生产企业，企业重组是世界范围的一种趋势，信息化带动工业化,实现企业的跨越式发展，应用信息技术和手段（CAD/CAE/CAPP/CAM）加强新产品设计开发能力，实现产品的数字化设计制造运用先进的管理思想、理念和信息技术（ERP、CRM、SCM等）实现企业的现代化管理，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流、物流有机地集成并优化运行实现企业整体优化企业基础信息化：从单项应用到信息集成CAD/CAE：改善设计效率和质量财务管理、办公自动化：改善企业管理CAPP、CAM及NC技术：提高零件加工效率和质量快速原型制造 RPM；工业机器人的应用；自动化物流系统等。集成信息化（从信息集成到过程集成）工程：异构信息集成：CAD/CAPP/CAM集成及与 QIS、SFC等的集成 。 管理：MRP-、ERP、BPR、SCM、CRM等的应 用，带动企业管理制度的变革。企业生产经营的信息流：企业整个生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程，最终形式的产品可以看成是物化了的数据。企业的物质流过程是由企业的信息流来控制和驱动的，应用信息技术就能将准确的信息在准确的时间，以准确的方式传送到准确的地点（人），以进行准确的处理精益生产JIT 生产方式的产生生产经营方式是指生产者对所投入的资源要素、生产过程以及产出物的有机有效组合和运营方式的一种通盘概括，是对生产运作管理中的战略决策、系统设计和系统运行管理问题的全面综合。到目前为止，制造业的生产方式经历了一个从手工生产、批量生产到精益生产的演变过程l JIT的核心是追求一种无库存的生产系统，或使库存最小化的生产系统，即消除一切只增加成本，而不向产品中增加价值的过程。从这一基本的生产哲学出发，形成了完备的JIT生产体系，这个体系包括：实行生产同步化；提高生产系统灵活性；减少不合理生产过程；推行标准化作业；追求产品零缺陷；保持库存最优化；推行人本管理。l JIT的最终目标是利润最大化，基本目标是努力降低成本，因此JIT还要求实现“四低两短”的具体生产目标：废品量最低。消除各种不合理因素，并对加工过程中每一工序的精益求精。库存量最低。库存是生产计划不合理、过程不协调、操作不规范的的表现。减少零件搬运量。零件搬运是非增值操作，减少零件和装配件运送量与搬运次数，可以节约装配时间，并减少这一过程中可能出现的问题。机器故障率低。低的机器故障率是生产线对新产品方案作出快速反应的保障。生产提前期最短。短的生产提前期与小批量相结合的系统，应变能力强，柔性好。-准备时间最短。准备时间长短与批量选择有关，如果准备时间趋于零，准备成本也趋于零，就有可能采用极小批量。看板管理 看板管理，是丰田生产模式中的重要概念，指为了达到准时生产方式（JIT）控制现场生产流程的工具。看板管理方法是在同一道工序或者前后工序之间进行物流或信息流的传递。一旦主生产计划确定以后，就会向各个生产车间下达生产指令，然后每一个生产车间又向前面的各道工序下达生产指令，最后再向仓库管理部门、采购部门下达相应的指令。这些生产指令的传递都是通过看板来完成的。 JIT是一种拉动式的管理方式，它需要从最后一道工序通过信息流向上一道工序传递信息，这种传递信息的载体就是看板。没有看板，JIT是无法进行的。敏捷制造（agile manufacturing，AM）目标：制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻莫测的市场需求做出快速反应敏捷制造（AM）的新思想；全新企业概念：将制造系统空间扩展到全国乃至全世界。通过企业网络建立信息交流高速公路，以竞争能力和信誉为依据选择合作伙伴，组成动态公司，建立“虚拟企业”全新的组织管理概念：以任务为中心的一种动态组合，强调技术和管理的结合，强调权力分散，职权下放到项目组全新的产品概念：敏捷制造的产品进入市场以后，可以根据用户的需要进行改变，得到新的功能和性能，即使用柔性的、模块化的产品设计方法 全新的生产概念：产品成本与批量无关，从产品看是单件生产，而从具体的实际和制造部门看，却是大批量生产 敏捷制造的主要特色：柔性和成员间的合作敏捷制造的概念及特征定义：快速响应市场的变化，在尽可能短的时间内向市场提供适销对路的环保型产品的制造系统 利用人工智能和信息技术，通过多方面的协作，在先进的柔性制造技术的基础上，通过企业内部的多功能项目组和企业外部的多功能项目组，组建虚拟公司，把全球范围内的各种资源集成在一起，实现技术、管理和人的集成，从而在整个产品生命周期内最大限度满足用户需求，提高企业的竞争能力敏捷制造的基本特征： l AM是自主制造系统：每个工件和加工过程、设备的利用以及人员的投入都由本单元自己掌握和决定，这种系统简单、易行、有效 l AM是虚拟制造系统：功能、组织 、地域的虚拟化 l AM是可重构的制造系统：通过对制造系统的硬件重构和扩充，适应新的生产过程 敏捷制造的基本原理： 采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各类企业，构成虚拟制造环境； 以竞争合作为原则，在虚拟制造环境内动态选择成员，组成面向任务的虚拟公司进行快速生产； 系统的运行目标是最大限度满足用户需求l 敏捷性体现： 持续变化性（产品、技术、管理模式）、快速反应性（以适应市场的变化）、质量高标准、低费用 l 实现敏捷制造的条件：设备高度柔性、可编程性和模式化，信息系统标准化和可维护性，人的因素和管理机构 l 实施方式： 虚拟公司、竞争&合作，用户参与设计与制造，兼顾经济效益和社会效益，增加信息服务和系统管理功能敏捷制造的体系结构：敏捷制造和实施主要包括：敏捷制造的基础结构 敏捷制造虚拟企业1.敏捷制造的基础结构：为虚拟企业提供环境和条件 物理基础结构：虚拟企业运行所必须的厂房、设备、设施、运输、资源等物理条件 法律基础结构：规则基础结构，主要指国家有关虚拟企业的法律、合同和政策 社会基础结构：虚拟企业生存和发展，还需要相应的社会环境，由社会提供为虚拟企业服务的公共设施 信息基础结构：指敏捷制造的信息支持环境，包括提供各种服务的网点、中介机构等一切为虚拟企业服务的信息手段 2. 虚拟企业的组织 敏捷制造的关键是在计算机网络和信息集成的基础结构上构成虚拟制造环境，根据市场需求和社会经济效益组成虚拟制造企业敏捷制造连接各种生产资源，根据用户的需求和虚拟制造环境中各公司现有能力，在合作竞争的基础上组成面向任务的公司。市场机会存在，虚拟公司就存在，市场机会消失，虚拟公司也将解体 虚拟公司依靠电子信息手段将分布在不同地区的不同公司的人力资源和物质资源组织一个动态的合作竞争组织结构，参加虚拟制造企业的公司通过网络提供标准的、模块化的和柔性的设计和制造服务，快速响应某一市场需求 各类服务经过资格认证入网，当有若干公司可以提供相同或类似服务时，在竞争合作的基础上择优录用 敏捷制造主要采用合作竞争的策略，分布在网络上的每个公司都缺乏足够的资源和能力来单独满足用户需求，各公司之间必须进行合作，各自解决一定的子问题，每个公司所得出的相应子问题解的集合构成原问题的解敏捷制造的实施：敏捷制造的实施包括敏捷制造战略选择、敏捷化建设、敏捷制造系统建立和敏捷制造系统的运行与规律等步骤，是一个不断发展和完善的过程 1. 市场分析与评估 在需求预测和订单的基础上，采用质量功能配置、价值工程等技术，按照需求、重要性、成本和技术难度等评价指标进行评估，将需求转化为相应的工程目标。 2.组建虚拟企业通过向下游的设计预发布，采用成熟的设计与工艺并结合物料情况，形成详细设计方案，分析确定需要外购或外协加工的零部件，制定生产计划，并对生产系统与后勤保障作相应调整，动态调配生产资源，建立逻辑上的实际的临时性功能组织 3.选择合作伙伴 企业间合作以竞标方式选择合作伙伴，采用群组协同工作方式，通过网络基于同一产品模型合作完成设计, 4.组织制造活动协调相应的组织关系和业务关系等，并采用基于网络的PDM技术对整个业务、生产过程、产品信息等进行集成管理，实现敏捷制造精良生产 (Lean Production，LP)精良生产概述核心思想：从生产操作、组织管理、经营方式各方面，找出所有不能为产品带来增值的活动或人员并加以革除 精良生产是相对于大量生产(Mass Production)而言的一种新型生产方式 精良生产方式综合了单件生产和大量生产的优点，既避免了单件生产的高成本，又避免了大量生产的僵化不灵活 精良生产目标是要求产品“尽善尽美”，因此要在生产中“精益求精”，不断降低成本，力求做到无废品、零库存、无设备故障 精良生产是以最少投入获得成本低、质量高、投放市场快的产品，大大降低成本和废品率，是未来制造业的发展方向之一 目前，欧美许多采用LP技术的公司获得了较大的经济效益，是绿色制造的有力支持技术之一 精良生产的内涵及特征核心：准时制生产方式（JIT）“只在需要的时候，按需要的量生产所需的产品”精良生产方式是追求一种无库存的生产系统，或使库存达到最小的生产系统；精良生产的体系结构：精良生产采用由多能工人组成的工作小组和柔性很高的自动化设备，避免了手工作坊式的技艺性生产的高费用和大批量生产的高刚性精良生产方式： 1. 对操作工人的要求大大提高为了提高效率，往往采取以下几种方法： 减少以至撤消非增值的人员和岗位，彻底消除各种浪费； 实行总装线上工人集体负责制，努力在本工序内把问题解决好；注重整体效益，通过精心策划安排各种产品混合生产，尽可能最大限度地满足各工序间的负荷平衡，取得总体上的最高效率； 创造和谐稳定的劳资关系，充分调动员工的工作积极性、主动性和创造性，尽可能发挥每个人的最大能力 2. 生产管理上全面贯彻“精益求精”的管理思想从组织安排上为工人提供全面了解工厂信息的手段，从而使每个工人都有机会为工厂需要解决的问题出力。这种灵活的动态工作小组是精良工厂的核心所在； 改变单调枯燥的重复工作。由于精良生产中工人都必须是多面手，它通过动态的工作小组集体负责生产的某段环节，因此工作不再是简单地重复某一操作，而是经常充满创造性的挑战。去掉了为了保证生产的正常进行而配备的冗余的缓冲环节、超额的库存、超额的面积和超额的工人等，使得其生产是“精良”的； 从推动方式变为拉取方式，即由传统的按照企业的生产计划，在现场按日程进度的需求决定，而不是反过来由前一道工序的生产结果决定后一道工序的生产。这就形成了“准时生产”(Just in time，JIT)的概念。这要求从原材料供应商，到协作厂配套件，到各个车间、班组之间互相提供半成品，都应当在准确的时间、地点，按照准确的数量、质量提供给准确需要的人； “看板”(Kanban)系统是实现JIT思想的有效手段和工具。它的功能是在前后工序间传递物料需求和供应信息，按功能可将其分为基本看板、供应看板、采购看板、转包看板和辅助看板五类3. 产品设计上四个显著特点 领导方式。推行“主查”系统，大大增强设计组项目负责人的权威感和荣誉感，调动了其积极性； 集体协作。由“主查”负责组织一个紧密结合的小组对一个项目全权负责，项目组成员来自公司的各职能部门，但“主查”对他们在项目开发过程中具有很大的控制权，保证了各成员对项目的充分参与，使项目的集体协作顺畅进行； 信息交流。事先由集体讨论制定出项目组成员的责任条约，项目开发过程中，严格按条约执行，避免可能发生的冲突，降低内耗，提高工作效率； 同步开发。精良生产的基本精神就是消除一切无用的和浪费的东西，包括时间的浪费，提倡尽可能并行地做事，以缩短总的时间进度 精良生产的应用前景：精益生产是一个永无止境的精益求精的过程，它致力于改进生产流程和流程中的每一道工序，尽最大可能消除价值链中一切不能增加价值的活动，提高劳动利用率，消灭浪费，按照顾客订单生产的同时也最大限度的降低库存 精益是一种全新的企业文化，而不是最新的管理时尚 精益生产依据较为独特的生产组织方式，并取得了良好的效果。这不仅是因为