先进制造技术资料.docx

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先进制造技术资料

第一章先进制造系统概论

1.先进制造技术是什么?

国际生产工程学会1990年给“制造”下的定义是什么?

答:

先进制造技术（AdvanceManufacturingTechnology，AMT）是传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术与管理科学等多学科先进技术的综合，并应用于制造工程之中所形成的一个学科体系。

国际生产工程学会1990年给“制造”下的定义是：

制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。

2.很多国家特别是美国把制定制造业发展战略列为重中之重，原因是什么?

答:

①世界经济发展的趋势表明，制造业是一个国家经济发展的基石，也是增强国家竞争力的基础；

②制造业是解决就业矛盾的一个重要领域，也是21世纪提高一个国家整体就业水平的重要基础；

③制造业不仅是高新技术的载体，而且也是高新技术发展的动力。

3.什么是制造系统?

答:

制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关软件包括制造理论、制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。

4.传统制造业的生产和技术有哪些特点?

答:

（1）单件小作坊式生产加高度的个人制造技巧，大量的机械化刚性规模生产加一体化的组织生产模式，再加细化的专业分工。

（2）制造技术的界限分明及其专业的相互独立。

（3）制造技术一般仅指加工制造的工艺方法，即制造全过程中某一段环节的技术方法。

（4）制造技术一般只能控制生产过程中的物质流和能量流（原材料到产品的物质流运过程，能量的投入、转换和消耗过程）。

（5）制造技术与制造生产管理的分离。

5.自然科学的进步促进了新技术的发展和传统技术的革新、发展及完善，产生了哪些新技术?

答:

新兴材料技术（新冶炼技术、新合金材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等），新切削加工技术（数控机床、新刀具、超高速和精密加工），大型发电和传输技术，核能技术，微电子技术（集成电路、计算机、电视、广播和雷达），自动化技术，激光技术，生物技术和系统工程技术。

6.现代制造及其技术的形成和发展特点是什么?

答:

（1）在制造的生产规模上，从少品种大批量一单件小批量一多品种变批量的发展。

（2）生产方式上，呈现出从劳动密集型一设备密集型一信息密集型一知识密集型变化。

（3）制造装备的发展过程是手工一机械化一单机自动化一刚性自动线一柔性自动线一智能自动化。

（4）在制造技术和工艺方法上，现代制造在发展中，其特征表现为：

重视必不可少的辅助工序，如加工前后处理；重视工艺装备，使制造技术成为集工艺方法、工艺装备和工艺材料为一体的成套技术；重视物流、检验、包装及储藏，使制造技术成为覆盖加工全过程（设计、生产准备、加工制造、销售和维修，甚至再生回收）的综合技术，不断发展优质高效低耗的工艺及加工方法，以取代落后工艺；不断吸收微电子、计算机和自动化等高新技术成果，形成CAD、CAM、CAPP、CAT、CAE、NC、CNC、MIS、FMS、CIMS、IMT、IMS等一系列现代制造技术，并实现上述技术的局部或系统集成，形成从单机到自动生产线等不同档次

的自动化制造系统；

（5）引人工业工程和并行工程概念，强调系统化及其技术和管理的集成，将技术和管理有机地结合在一起，引入先进的管理模式，使制造技术及制造过程成为覆盖整个产品生命周期，包含物质流、能量流和信息流的系统工程。

7.在知识经济时代，制造业面临着新的历史性发展机遇和更加严峻的挑战。

其特点是什么?

答：

（1）产品生命周期缩短。

现代科技以日新月异的速度发展，新产品层出不穷。

产品的生命周期（一个产品从开发设计到被市场淘汰所经历的时间）大大缩短。

（2）用户需求多样化。

用户追求多样化和个性化已逐渐成为世界的潮流。

（3）大市场和大竞争。

世界市场的开放程度越来越大。

随着计算机通信技术的迅速发展和信息高速公路的建立，使得全球集成制造有实现的可能。

这样可以使资源更充分地利用，原料和产品的运输距离得以更显著地缩短，交货期也能得到进一步缩短，产业分工的国际化已成为发展潮流。

（4）交货期成为竞争的第一要素。

根据客户对产品需求的变化，要求迅速作出反应，已经成为压倒一切的竞争要素。

（5）信息化和智能化。

计算机技术的发展和广泛的应用，使企业的控制进一步信息化和智能化，使企业的工作内容、对象和方法发生了根本的改变。

（6）人的知识、素质和需求的变化。

企业职工的知识、素质有较大提高，对工作内容和环境有更高要求。

（7）环境保护意识的增强与可持续发展。

人类发展与环境的矛盾日益加深和尖锐。

作为人类经济活动反思的重大成果之一，国际社会于1992年确立了《21世纪议程》，一致提出要遵循可持续发展模式。

8.过去那种传统的相对稳定的市场已变成动态的多变的市场，21世纪制造业的主要特点是什么?

答：

（1）产品生命周期缩短，产品更新加快。

（2）具备赢得竞争，提高市场。

（3）制造全球化和贸易自由化。

（4）人类正迈向信息社会。

（5）环境保护意识的增强与可持续发展。

9.市场占有率的四种基本能力是什么?

答：

①时间竞争能力，产品上市快、生产周期短、交货及时；②质量竞争能力，产品不仅可靠性高，而且使用户在各方面都满意；③价格竞争能力，产品生成成本低，销售价格适中；④创新竞争能力。

产品有特色、生产有柔性、竞争有策略。

10.美国国家科学研究委员会工程技术委员会、制造与工程设计院“制造业挑战展望委员会”，对2020年制造业所面临的形势提出了如下六大挑战或基本目标？

答：

1．快速响应市场竞争的挑战——实现制造环节并行

2．全球化竞争的挑战——技术资源的集成

3．信息时代的挑战——信息向知识的转变

4．环境保护压力的挑战——可持续发展

5．制造全球化和贸易自由化的挑战——可重组工程

6．技术创新的挑战——全新制造工艺及产品的开发

11.先进制造技术的学科内容？

答：

1．先进设计技术

2．先进制造工艺技术

3．制造自动化技术

4．先进生产制造模式和制造系统

12.产品设计是制造业的灵魂。

先进设计技术的主要内容和发展趋势是：

答：

（1）设计方法现代化。

（2）设计手段计算机化。

（3）向全寿命周期设计发展。

（4）由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素，注意考虑市场、价格、安全、美学、资源、环境等方面的影响。

13.先进制造工艺技术包括？

答：

（1）精密、超精密加工技术。

（2）精密成形制造技术。

（3）特种加工技术。

14.制造业信息化的意义？

答：

信息化可以为制造企业带来：

（1）有利于迎接加入WTO后的挑战，适应国际化竞争。

（2）有利于抓住新世纪的良好发展机遇。

（3）企业信息化促使企业全部生产经营活动的运营自动化、管理网络化和决策智能化。

（4）现代信息技术的迅速发展，为我们开发和利用信息提供了有力的技术支持。

（5）缩短企业的服务时间和提高企业的客户满意度，并可及时地获取客户需求，实现按订单生产。

（6）加速信息流在企业内部和企业间的流动，加速知识在企业中的传播，实现现有知识的及时更新和应用。

15.当前先进制造技术的发展趋势大致有以下几个方面？

答：

1．集合多学科成果形成一个完整的制造体系

2．先进制造技术的动态发展过程

3．信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用

4．先进制造技术向超精微细领域扩展

5．制造过程的集成化

6．制造科学与制造技术、生产管理的融合

7．绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征

8．虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用

9．制造全球化

16.制造技术的发展，从蒸汽机出现到今天，主要经历了哪几个发展阶段?

答:

1．用机器代替手工，从作坊形成工厂

2．从单件生产方式发展成大量生产方式

3．柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术

第二章先进制造系统的基础理论

17.什么是狭义制造资源和广义制造资源？

狭义制造资源包括物料（原材料、坯料、半成品等）、设备（机床、生产线等）、能源（电能、燃料等）、其他（土地、厂房、工具等）；而广义制造资源不仅包括物料、设备、能源、土地、厂房、工具等，还包括资金、技术、信息、人力等。

18.分布式控制结构的优缺点？

（1）降低整个系统的复杂性。

（2）降低监视的投资和监视过程对实时控制的延迟。

（3）由于采用模块化和可重构的结构，使得维护和更改更容易。

（4）容错能力强。

（5）真正的权力下放使得工作人员责任感增强。

其主要缺点如下：

（1）缺乏对一些问题的解决方法，如单元间任务分配不平衡、单元内设备任务分配欠优化等。

（2）目前还没有支持全部功能的硬件和软件。

（3）存在数据重复和数据冲突的趋势。

（4）存在死锁的可能性。

19.新一代制造业将是：

（1）从产品本身的角度看，_________________

（2）从产品实现的角度看，__________（3）从制造产品所涉及到的设备看，（4）从制造产品所需的企业管理与组织结构方面看，?

（1）从产品本身的角度看，批量化生产正被基于客户定制的多品种、单件小批量制造所替代。

（2）从产品实现的角度看，支持产品整个生命周期的数字化模型将起关键性作用。

（3）从制造产品所涉及到的设备看，数字化的可再配置敏捷设备、单元、车间等将构成新一代的制造硬件环境。

（4）从制造产品所需的企业管理与组织结构方面看，具备全球化、并行化与敏捷化特征的企业集成技术将成为新一代企业生存的决定性因素。

20.21世纪制造科学研究内容有？

（1）制造系统理论与信息化制造。

（2）微系统中尺度效应及制造技术。

（3）材料和零件制造过程中的拟实仿真，优化和加工新技术基础。

（4）机械仿生与生物制造。

（5）流程制造的特性研究与绿色制造。

21.信息化制造的特点是什么？

（1）基于Internet／Intranet的网络化。

（2）产品设计、制造进程中的全程数字化。

（3）制造设备的信息化、智能化、柔性化。

（4）制造组织的全球化、敏捷化。

（5）制造资源的分布性、共享性。

（6）制造过程的并行化、协同化。

（7）设计制造各要素全球性的分布和集成化。

（8）设计制造各个环节的并行协作与智能化。

22.信息化制造的关键技术

（1）敏捷制造理论和企业机制的研究。

（2）多企业间虚拟供应链管理技术研究。

（3）基于网络的现代设计理论及方法的研究。

（4）异地设计、异地制造分布式并行处理协同求解策略的研究。

（5）多企业虚拟信息资源库的建立及其管理系统。

（6）信息标准化研究。

（7）动态网络联盟的网管中心建立基于动态联盟的驱动机制、资源重组及合理调配最佳决策系统的建立。

（8）基于Intemet／Intranet的机电产品虚拟设计、制造、咨询、教学网络联盟，开放式Web站点的建设及其管理机制的建设。

（9）快速原型虚拟逼真创新设计及虚拟制造系统建模技术的研究。

（10）产品研制开发过程中的经营决策、生产决策、产品设计／制造过程决策以及由此产生的效益和风险评价，以及针对产品开发的不同阶段，对产品性能、可制造性、可装配性、可维护性、可回收性等各方面进行评估的产品评价体系的建立。

第三章先进制造系统的使能技术

23.近年来，数控机床日趋完善，具体有以下特点

（1）不断改善和扩展以高精、高速、高效为代表的功能。

通过采用64位RISC控制功能和交流伺服系统，提高元件的分辨率、主轴速度和进给速度，改善插补功能达到此目标。

（2）开放结构系统的发展。

所谓开放是指系统内部数据可与外部的控制设备互相控制。

（3）采用新元件、新工艺。

如新的集成半导体电路、超薄型液晶显示器、光纤等。

（4）改善和发展伺服技术。

在完善交流伺服主轴电动机的同时，主要发展高速主轴电动机、直线进给电动机。

（5）采用通信技术。

CNC技术使FMS、CIMS成为可能，FMS、CIMS的发展反过来要求CNC系统应具有通信、连网功能，以便实现CIMS环境下的信息集成和系统管理，现代CNC系统一般都具有通信的串行口和DNC接口。

24.什么是数字控制？

数控系统？

计算机数控系统？

用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（NC）。

数控机床（NCMachine）：

采用了数控技术的机床，或者是装备了数控系统的机床。

国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：

数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序。

数控系统（NCSystem）：

就是上述定义中所指的程序控制系统，能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而控制机床运动和加工零件过程。

计算机数控系统（ComputerizedNumericalControlSystem）：

是一种数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成。

习惯上称为CNC系统。

25.数控机床基本结构包括哪些？

加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、检测装置及机床本体等几部分。

26.数控机床的种类很多，按不同的分类方法可以分成不同类别，归纳起来主要有以下几种分类方式。

（1）按运动轨迹分类。

可分为点位控制系统、直线控制系统、轮廓控制系统。

（2）按用途分类。

可分为金属切削类、金属成形类数控机床和数控特种加工机床。

（3）按进给伺服控制系统分类。

它可以分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。

（4）按数控装置分类。

分为硬线数控系统和软线数控系统。

27.数控编程过程主要包括哪些内容？

零件图样分析、工艺处理、数学处理、程序编制、控制介质制作和程序校核试切等过程。

28.柔性制造系统主要由哪三部分组成？

柔性制造系统主要由三部分组成，即计算机控制与管理层、以NC为主的多台加工设备和物料运输装置。

与此相对应，可将其划分为控制与管理系统、加工系统、物流系统三个子系统。

29.FMS的加工系统配置原则是什么？

（1）工序集中。

（2）控制功能强、可扩展性好。

（3）高刚度、高精度、高速度。

（4）经济性好。

（5）操作性好、可靠性好、维修性好，具有白保护性和自维护性。

（6）对环境适应性与保护性好。

30.FMS的刀具流支持系统由哪基部分组成？

FMS的刀具流支持系统主要由中央刀具库、刀具室、刀具装卸站、刀具交换装置及刀具管理系统几部分组成。

31.按FMS所管理的信息范围和控制对象可将它分为以下几类：

（1）刀具信息。

（2）机床状态信息。

（3）运行状态信息。

（4）在线检测信息。

（5）系统安全信息。

32.FMS近期发展的主要趋势有

（1）小型化。

（2）模块化、集成化。

（3）单项技术性能和系统性能不断提高。

（4）应用范围逐步扩大。

33.数控系统中专家系统主要应用在哪几个方面？

目前专家系统在数控系统中主要应用在数控机床的故障诊断、切削过程控制、自动编程等方面。

34.常说的3C系统是？

所谓技术信息系统是人们常讲的3C系统，即CAD（计算机辅助设计）／CAE（计算机辅助工程）／CAM（计算机辅助制造）集成系统。

35.目前CAD／CAM集成系统已经为企业带来了巨大的效益，其主要表现在哪些方面？

（1）大大地加快了产品研制的速度，可以明显地缩短产品研制的周期。

（2）有效地提高了产品的研制质量，其中包括数据传递和存储质量的提高。

（3）有效地利用在线资源和社会资源，提高了资源的利用率，能敏捷动态响应市场的需求。

（4）由于集成系统具有集成化、智能化、网络化和可视化的特征，使研制的产品具有数字化的特性，能够在实际生产之前充分把握产品的物理力学性能、几何性能及制造特性，它不仅节省人力、经费和提高产品开发一次成功率和产品的竞争能力，还能适应个性化、多品种、小批量生产的需求。

36.一般来说，一个CAD／CAM集成系统应主要包括哪些方面？

1）产品方案与设计（CAD）；

2）结构及工程分析（CAE）；

3）工艺过程设计（CAPP）；

4）数控加工编程（NC）；

5）分布式数据库；

6）系统接口及数据交换标准。

37.虚拟现实包含四层含义是什么？

（1）根据客观存在的现实环境来制造，或根据主观世界中设想的环境在计算机中构造出一个形象逼真的模型，生成一种具有三维世界效果的模拟环境。

（2）为用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时的多通道的感知交互手段，用户借助头盔式立体显示器、数据手套、数据衣服、三维鼠标等三维传感设备，用人的自然技能（如人的头部转动、眼动、手动或其他的人体动作）来完成交互动作，与虚拟环境进行对话，然后虚拟环境根据与人的交互而产生相应的反映。

（3）通过各种传感设备，使用户有身临其境的体验和沉浸感觉。

虚拟现实是多媒体技术发展的更高境界，是各种技术高层次的集成和渗透，给用户以更逼真的体验，目前的系统受软、硬件条件的限制只是在一定程度上给予用户“真实感”的体验，许多技术问题尚有待解决。

（4）虚拟现实是人们通过与计算机之间相互进行信息交流来再现人们头脑中的世界的一种交互式方法。

VR技术使计算机的处理对象从数字化的单维信息转变为人所能感受到的、在思维过程中所接触到的各种表现形式的多维信息。

38.虚拟现实技术具有哪几个主要特征？

（1）临场感（1mmenion）又称存在感（Px2sence）。

（2）交互性（Interaction）。

（3）构想（1magination）。

39.什么是计算机仿真？

所谓计算机仿真，又称为计算机模拟或计算机实验，就是建立系统模型（系统包括所有工程和非工程的系统）的仿真模型，进而在计算机上对该仿真模型进行模拟实验（仿真实验）研究，以达到通过模拟实际系统的行为而认识其本质规律的目的的过程。

40.PDM系统的主要模块有哪些？

1）文档管理。

2）模型和工程图管理。

3）零件管理。

4）零件分类。

5）产品结构管理。

6）变型管理（配置管理）。

7）过程管理（工作流管理）。

8）项目管理（进度计划管理和任务计划管理）。

9）通用接口。

第四章计算机集成制造系统

41.CIM的含义是什么？

CIM是企业组织、管理与运行的一种哲理，它借助计算机软硬件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术等，将企业生产经营全过程中有关人、技术和管理三要素以及有关的信息流、物流和资金流有机地集成并优化运行，以实现产品的高质量、低成本、交货期短，提高企业对市场变化的应变能力和综合竞争能力。

42.什么是CIMS？

在CIM哲理指导下建立的人机系统，是一种新型制造模式。

它从企业的经营战略目标出发，将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，将产品从创意策划、设计、制造、营销到售后服务全过程中有关的人和组织、经营管理和技术三要素有机结合起来，使制造系统中的各种活动、信息有机集成并优化运行，以达到产品上市快、成本低、质量高、能耗少，提高企业的创新设计能力和市场竞争力。

43.CIMS的五大功能分系统是什么？

即管理信息分系统（MIS）、技术信息分系统（TIS）、制造自动化分系统（MAS）、质量信息分系统（QIS）等应用分系统，以及网络／数据库分系统（NET&DB）。

44.PDM所包括的典型能力可以概括为

（1）数据管理。

它为管理所有与制造相关的数据以及描述产品结构和加工方法的文件提供了电子手段。

一些PDM系统甚至具有管理图象的能力。

（2）过程／工作流管理。

它们负责管理与产品开发与制造相关的过程工作流，它是通过对检验／审批以及签发过程进行明确地定义和描述而实现的。

（3）产品结构管理。

它提供了控制零件和产品版本的能力，以及对产品结构BOM表和配制方式进行管理的能力。

（4）分类。

大多数PDM系统提供了对“对象”（如零件）的属性进行定义，以及通过这些属性搜索／识别零件（或其他对象）的能力。

（5）客户化系统管理。

45.CIMS总体方案中，关键技术的论证应从哪几个方面来进行？

（1）关键技术的介绍。

说明关键技术的实质性问题，包括它在整个CIMS工程中的地位和作用、关键技术的技术难点等。

（2）提出关键技术的解决途径。

在初步设计阶段，可根据现有的认识水平，对每一关键技术给出拟采用的解决途径，并说明其可行性。

（3）提出关键技术的解决方案，并论证其可行性。

46.CIMS工程实施方针是什么？

863／CIMS专家组在总结全国几十个实施CIMS企业经验基础上，针对CIMS工程实施过程中所要遵循的技术原则和方法，提出了“效益驱动，总体规划，重点突破，分步实施”的方针。

47.现代集成制造系统的关键技术包括哪些内容？

（1）快速进行产品开发的CAD／CAM／CAE／PDM技术。

（2）促进企业现代化管理的MRPII／ERP技术。

（3）信息技术引入到生产加工，提高生产效率、产品质量、快速响应的数控、快速原型制造、工业机器人技术等。

（4）基于设计过程重组和优化的并行工程技术。

（5）加快产品开发的虚拟制造技术。

（6）基于网络的异地设计、制造的网络化技术、协同生产技术。

（7）基于企业、企业间物流优化的供应链管理技术、电子商务技术。

（8）系统运行的先进控制技术。

48.现代集成制造系统的总体技术包括哪些？

（1）系统总体模式。

包括柔性制造、集成制造、并行工程、敏捷制造、智能制造、绿色制造、全能制造等模式。

（2）系统集成方法论。

包括信息集成、过程集成、企业间集成及知识集成等方法论。

（3）系统集成技术。

包括设计、生产、管理及后勤等子系统间的集成技术，企业三要素（人／组织、经营管理和技术）及三流（信息流、物流和价值流）的集成技术等。

（4）标准化技术。

包括产品信息标准、过程信息标准、数据交换与格式标准、图形标准及零件库标准等技术。

（5）企业建模和仿真技术。

包括企业功能、信息、工作流、资源及组织模型等建立、确认及其仿真技术。

（6）CIMS系统开发与实施技术。

企业诊断、需求分析、系统设计、组织实施、质量保证及效益评价等技术。

49.现代集成制造系统发展趋势是什么?

（1）集成化。

（2）数字化／虚拟化。

（3）网络化。

（4）柔性化。

（5）智能化。

（6）绿色化。

第五章并行工程

50.什么是并行工程？

并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。

这种工作模式力图使开发人员从一开始就考虑到产品全生命周期中的各种因素，包括质量、成本、进度及用户需求。

并行工程CE作为一种崭新的设计“哲理”，是以缩短产品开发周期、降低成本、提高产品质量和提高产品设计一次成功率为目标，把先进的管理思想和先进的自动化技术结合起来，采用集成化和并行化的思想设计产品及其相关过程。

它是对产品及其相关过程（包括制造和支持过程）进行集成地并行地设计的系统化工作模式。

它在产品设计阶段，实时并行地模拟产品在制造过程中各环节的运作；在决定产品结构的同时能模拟产品在实际工作中的运转情况，预测产品的性能、产品可制造性（含可装配性）及其对结构设计的影响，评价制造过程的可行性及企业集团资源分配的合理性；以及对可能取得的效益及所承担的风险评估等等进行模拟运作。

51.产品开发队伍重构的规模有哪些？

（1）任务级（task）。

小的单一学科的团队，运用不太复杂的过程