先进制造技术.docx

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先进制造技术

摘要

先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

近年来，随着我国制造业的的不断发展，先进制造技术得到越来越广泛的应用。

首先，总体介绍了先进制造技术提出背景、发展趋势、内涵特征及关键技术等基本知识；然后，以先进设计技术、计算机辅助设计、模块化设计、逆向工程等具体的先进制造技术方法为例，分别对其概念、设计原理、方法等作了重点研究；最后，对以上各种先进制造技术的关键技术及应用时容易出现的问题一一作了重点阐述。

关键词：

先进制造技术；先进设计技术；计算机辅助设计；模块化设计；逆向工程

AdvancedManufacturingTechnology

Student:

Teacher:

Abstract：

Advancedmanufacturingtechnologyistheresultthatmanufacturingconstantlyabsorbinginformationtechnologyandmodernmanagementtechnology.Anditsapplicationinproductdesign,processing,testing,management,sales,use,serviceandrecoveryofmanufacturingprocess.Inordertorealizehighquality,highefficiency,lowconsumption,clean,agileproduction,improvethedynamicchangeablemarketadaptationabilityandcompetitionabilityofthemanufacturingtechnologyofthefloorboard.Inrecentyears,withthecontinuousdevelopmentofChina'smanufacturingindustry,advancedmanufacturingtechnologyismoreandmorewidelyused.Firstofall,thegeneralintroductionofadvancedmanufacturingtechnology,andputforwardthedevelopmenttrendofthebackground,featuresandkeytechnologyofbasicknowledge.Then,withadvanceddesigntechnology,computeraideddesign,modulardesign,reverseengineeringandsoontheconcretemethodofadvancedmanufacturingtechnologyforexample,respectivelyontheconcept,designprincipleandmethodofresearch.Finally,theaboveallkindsofadvancedmanufacturingtechnologyofthekeytechnologyandapplicationiseasytoappeartheproblemwaspresentedonebyone.

Keywords：

Advancedmanufacturingtechnology;Advanceddesigntechnology;Computeraideddesign;Modulardesign;Reverseengineering

目录

摘要I

AbstractII

1先进制造技术1

1.1先进制造技术的提出及背景1

1.2国内外先进制造技术的发展现状及趋势3

1.3先进制造技术的内涵、特征及关键技术5

1.3.1先进制造技术的内涵5

1.3.2先进制造技术的特征5

1.3.3先进制造技术的关键技术6

2先进设计技术8

2.1先进设计技术的概述8

2.2先进设计技术的基本特征8

2.3先进设计技术的核心9

2.4先进设计技术与先进制造技术的关系10

3计算机辅助设计（CAD）11

3.1计算机辅助设计的简单概述11

3.2计算机辅助设计技术的特点11

3.3计算机辅助设计的应用12

4模块化设计14

4.1产品模块化的概念14

4.2机械产品模块化设计原理及方法14

4.2.1机械产品模块化设计的原理15

4.2.2机械产品的两种模块化设计方法16

4.2.3一种新的模块化设计方法及其应用16

4.3产品模块化设计的关键技术19

5逆向工程21

5.1逆向工程技术的基本概述21

5.2逆向工程的研究方法22

5.3逆向工程研究过程中存在的问题23

5.4逆向工程关键技术23

5.5逆向工程中CAD的应用24

6结论25

参考文献26

1先进制造技术

1.1先进制造技术的提出及背景

1993年，美国政府批准了由联邦科学、工程与技术协调委员会（FCCSET）主持实施的先进制造技术计划（AdvancedManufacturingTechnology－AMT）。

该计划是美国根据本国制造业面临的挑战和机遇，为增强制造业的竞争力和促进国家经济增长，首先提出了先进制造技术（AdvancedManufacturingTechnology）的概念。

先进制造技术是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。

其产生背景主要体现在以下三个方面：

（1）社会发展需求的牵引

随着世界经济的发展和人们生活水平的提高，市场环境发生了巨大变化：

一方面表现为消费者需求日趋主体化、个性化和多样化，另一方面则是制造厂商之间着眼于全球市场的激烈竞争。

制造业面对一个变化迅速且无法预料的买方市场，企业的竞争优势已由成本、质量、服务发展为时间。

时间的概念原指按合同及时交货，现逐渐演变为缩短新产品开发时间，即对市场变化的快速反应能力。

因此，先进制造技术体系中，很多是针对市场快速反应能力提出来的。

具体有如下几点：

1）传统市场变成动态多变市场

传统相对稳定的市场变成动态多变的市场，产品生命周期不断缩短，产品更新日益加快。

产品质量、成本（价格）和时间（交货期）已成为增加企业竞争力的三个决定性因素。

生产模式则朝着多品种、小批量、单件化、柔性化、生产周期大幅度缩短等方面发展。

2）逐渐形成全球性的大市场

制造业的进步和发展，使更多的国家参与到世界经济发展中，形成全球性的大市场。

传统的管理、生产方式、组织结构和决策准则都在经历新的变化。

生产能力在世界范围内迅速提高和扩散并形成全球性的激烈竞争格局，市场经济化正在将越来越多的国家带进世界经济范围，随着生产力的国际扩散，产业之间和产业内部的国际分工已成为一股不可阻挡的发展趋势。

因此，由以上几点可以看出，社会发展的需求牵引着传统机械制造向先进制造技术转变。

（2）科学技术的发展推动着制造业的转变

传统的机械制造是以机械制造中的加工工艺问题为研究对象的一门应用技术学科。

它是各种机械制造方法和过程的总称。

它是结合生产实际，利用各种基础理论知识，为数学、物理、力学、机械原理和金属切削原理等进行分析对比，找出客观规律，解决生产制造工艺问题的学科。

传统的机械制造具有一定的局限性，主要表现在以下方面:

1）传统机械制造局限在加工工艺范围，主要解决产品在制造过程的一些问题，如原材料、毛坯制造、机械加工（热处理）、机器装配等，学科单一。

2）传统机械制造的一些问题都是围绕着企业的生产类型的不同而展开的。

也就是受“批量法则”的制约。

企业分成为大批大量生产的企业、成批生产的企业和单件、小批生产的企业。

不同生产类型的企业，它们在设计、制造和管理方面有着不同的特点，也是说它们的生产手段取决于生产类型。

3）传统机械制造比较多的注意先进的或能力齐全的机床和设备，而对于生产的组织与管理、组织与技术、人的创造性和人的作用等注意不够。

4）传统机械制造的研究都是从产品的质量、生产率和成本三方面出发的，而对市场的竞争考虑较少以及如何尽快向市场提供产品、缩短生产周期和交货期注意不够。

由于传统制造技术存在着上述的各方面问题,已经不适应当今制造技术发展的要求。

近30年来，随着科学技术的进步，微电子技术、光电子技术、计算机技术已经得到广泛的应用，这些新技术的产生和应用推动了传统机械制造向先进制造技术转变。

先进制造技术就是制造业不断吸取机械、电子、信息、材料、能源以及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、售后服务等生产制造的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。

（3）可持续发展将成为制造业的重要特征

随着环境的日趋恶化与资源的匮乏，绿色产品、绿色设计和绿色制造等新概念和新方法便在这遍及全球的浪潮中应运而生，在当今社会绿色制造业显得越来越重要，它将是21世纪制造业的重要特征。

在先进制造技术中，绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响为零或者极小，资源消耗尽可能小，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐。

人与人类社会本质上也是自然世界的一个部分，部分不能脱离整体，更不能对抗与破环整体。

人类必须从各方面促使人与人类社会同自然界和谐一致，制造技术也不能例外。

保护环境，就是保护生产力；改善环境，就是发展生产力。

每发展与采用一项新技术时，必须充分考虑可持续发展，计及环境文明。

制造必然要走向“绿色”制造。

1.2国内外先进制造技术的发展现状及趋势

自20世纪80年代末，国际上提出先进制造技术（AMT）的概念以来，以CAD/CAM技术、快速原型制造技术、柔性制造系统技术、计算机集成制造系统技术、虚拟制造、绿色制造、敏捷制造等为代表的一系列AMT在诸多国家和地区得到迅速的发展和广泛的应用，逐步实现了柔性化、自动化、敏捷化与虚拟化。

我国在很早以前就对先进制造技术的发展给予了充分重视。

1995年9月《中共中央关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议》中明确提出要大力采用先进制造技术，先进制造技术是一个国家，一个民族赖以昌盛的重要手段。

《全国科技发展“九五”计划和到2010年长期规划》中明确将先进制造技术专项列入高技术研究与发展专题。

在“九五”期间实施一批发展先进制造技术项目。

2000年中科院在沈阳成立国家先进制造技术基地，2002年在沈阳浑南开发区建设“先进制造技术AMT产业园”。

形成了电子信息、生物技术、新材料、机电一体化、激光等五大领域的高新技术产业群，其中尤以电子信息产业的发展最为引人注目，已成为国内最重要的生产、研究开发基地之一。

2011年，《我国国民经济和社会发展十二五规划纲要》明确提出，坚持走中国特色新型工业化道路，适应市场需求变化，根据科技进步新趋势，发挥我国产业在全球经济中的比较优势，发展结构优化、技术先进、清洁安全、附加值高、吸纳就业能力强的现代产业体系。

经济发达国家，例如美国，在上世纪80年代中后期，其制造业国际竞争力大大下降，引起美国政府和社会各界的高度重视。

为此，美国政府决定大力发展先进制造技术。

1994年，美国国家最高科技决策机构——国家科学技术委员会指定其所属的民用工业技术委员会制订国家级先进制造技术发展战略，其主旨有如下四点：

①支持国家实验室、大学与工业界联合研究开发先进制造技术；②通过国家级工业服务网络帮助企业快速采用先进技术；③开发并推广有利于环境保护的制造技术；④积极实施与工程设计和制造相关的教育与培训计划。

1996年，美国国家先进制造联合会发表了《面向21世纪的美国工业力量》白皮书，建议美国今后应重点发展如下先进制造技术：

集成产品与过程开发、并行工程、敏捷企业哲理、虚拟产品开发、快速原型与过程仿真、可扩展的企业体系结构、综合资源规划、产品数据交换标准、高速网络、人工智能、传感器数据融合、专家系统、电子数据交换、纳米／微米制造技术、高级控制器、全能制造系统的制造单元技术等。

同时建议国防承包商采用大批量定制技术，重点发展柔性制造技术与系统。

目前，美国正在实施的先进制造技术计划有AMT计划、TRP计划、ATP计划、SIMA计划和MANTECH计划等。

进入2l世纪后，全球化竞争日益加剧，市场需求越来越个性化与多样化。

因此未来先进制造技术的发展趋势将是向着信息化、集成化、智能化、网络化、环保化的方向发展。

（1）信息化。

信息化的制造技术将是新世纪先进制造技术的主要发展方向。

主要表现为数字化制造技术和网络化制造技术的快速发展。

近年来，信息技术不断地与制造技术相融合，使制造业日益走向数字化。

采用数字化制造技术不仅能够满足市场需求多样化和个性化的趋势。

还能够快速响应市场，降低生产成本，将数字化技术注入产品也是提高产品精度和可靠性的有效途径，数字化产品既直观又方便，便于与计算机连接，通过计算机控制产品，进行信息处理及传递。

例如，美国波音公司采用数字化制造技术，完成了波音777飞机的设计与制造。

成功地实现了全球化异地协作，并且在三年内从设计到一次试飞成功，创造了飞机史上的一个奇迹。

随着计算机网络技术的迅猛发展，Internet技术已成为制造业应用系统的重要支撑平台，是实现各种制造系统自动化的基础。

基于Web技术的产品数据管理（PDM）系统、CAD/CAM系统、供应链管理系统、数据交换转换系统等成为产品的主流。

专家预测，未来基于网络制造的分布式网络化生产（DNPS）将在生产中占主导地位。

因此，以微电子技术、软件技术为核心，以数字化、网络化为特征的信息化制造技术将是先进制造技术的重要发展方向。

（2）集成化。

未来的制造系统集成化程度更高，这种集成是“多集成”，即不仅包括信息、技术的集成，而且包括管理、人员和环境的集成。

以前，在制造系统中，往往只强调信息和技术的集成，这是不够的。

因为系统中不可能没有人，系统运行的效果及企业经营思想、运行机制、管理模式都与人息息相关，因此在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。

只有将人、信息、技术、管理、环境等真正集成起来，融合成一个统一的整体，才能最大限度地发挥制造系统的综合能力。

（3）智能化。

所谓智能化，就是应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化、生产设备的智能化，以及实现人与制造系统的融合及人在其中智能的充分发挥。

在现代机械制造业中，人们不仅需要摆脱繁重的体力劳动，而且需要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来，以便用更多精力从事高层次的创造性劳动。

因此，生产制造系统的智能化是必然发展趋势，智能化将进一步提高制造系统的柔性化和自动化水平，使生产系统具有更完善的判断与适应能力。

（4）环保化。

环境问题是人类社会所面临的共同问题，是关系到人类生存的大问题，也是社会能否持续发展的重要问题。

今天，环境问题已成为国际社会关注的焦点。

在此情况下，向环保化或绿色化的方向发展就成为制造业在2l世纪的必由之路。

制造业向环保化方向的发展使人们在设计和制造产品时，不但要考虑产品的技术先进性、经济合理性，还必须考虑产品的环境友善性，并使产品在整个生命周期内都能实现“绿色化”。

1.3先进制造技术的内涵、特征及关键技术

1.3.1先进制造技术的内涵

先进制造技术是美国于20世纪80年代末期提出的，其根本原因在于其国家竞争力的不断减弱，贸易逆差过大，许多原来占优势的产品都在竞争中败于日本。

为此，美国政府和企业界投入了大量的资金进行研究，总结并提出了一系列先进制造技术的新理论。

这些战略在短短几年内，就收到了良好的效果，部分被日本占领的市场被重新夺回。

目前对先进制造技术至今尚无统一的、明确的、公认的定义，但经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，将其定义为：

先进制造技术是制造业不断吸收信息技术及现代化管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总成。

先进制造技术的核心，是优质、高效、低耗、清洁生产的基础制造技术，其目的是满足用户个性化、多样化的市场需求，提高制造业的综合经济效益，赢得激烈的市场竞争。

为此，先进制造技术比传统的制造技术，更加重视技术和管理的结合，重视制造过程组织和管理体制的简化和合理化。

1.3.2先进制造技术的特征

（1）先进性。

先进制造技术的核心和基础，是经过优化的先进工艺（优质、高效、低耗、清洁工艺），其从传统制造工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成；此外，其先进性还应体现在必须面临人类在21世纪消费观念变革的挑战，满足对日益“挑剔”的市场的需求，实现灵活生产。

（2）系统性。

随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。

先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流、资金流和信息流的系统工程，而传统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流、能量流和资金流。

（3）动态性。

先进制造技术是在针对一定的应用目标，不断吸收各种高新技术逐渐形成和发展起来的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的，反映在不同的时期、不同的国家和地区，先进制造技术有其自身不同的特点、重点、目标和内容。

因此，其为一个动态的、相对的、不断发展的技术体系。

（4）集成性。

先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科，因此可以称其为制造工程。

（5）实用性。

先进制造技术的发展是针对某一具体的制造业需求而迅速发展起来的先进、实用的技术、有着明确的需求导向。

先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的，而是注重产生最好的实践效果，以促进国家经济的快速增长和提高企业综合竞争力。

（6）广泛性。

先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，而是将其综合运用于制造的全过程，其覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程。

1.3.3先进制造技术的关键技术

（1）虚拟制造（VM）。

VM技术是以虚拟现实技术和仿真技术为基础发展起来的，是实际制造在虚拟环境下的映射，即在虚拟条件下模拟产品设计、产品制造、产品测试、产品营销的全过程，并对有关技术数据和性能指标做出预测和评价，从而增强各级决策与控制能力，达到缩短产品开发周期、优化制造过程的目的。

由于虚拟制造技术在面对激烈市场竞争中显示出了巨大的技术优势，目前已为各先进工业国家和公司所极度重视。

如美国波音公司在设计波音777飞机时，在整机设计、部件测试、整机装配及试飞均采用VM技术，使该机型的开发周期由8年缩短为5年；美国克莱斯勒公司开发93LH系列汽车采用VM技术，使开发时间从36个月缩短为24个月。

此外，我国对虚拟机床加工系统、虚拟数控加工过程和某些机械零部件的虚拟加工、制造等都有研究，伴随着这些工作的逐渐开展将为提高我国制造业的总体水平、加速制造业的自动化，以及提升我国企业的国际竞争力打下良好的基础。

（2）纳米制造。

纳米制造是纳米技术与制造技术相融合的产物，它包括超精加工、精密加工、超微细加工和微细加工。

常用的制造技术有聚焦离子速工艺、扫描隧道效应显微镜技术等。

例如IBM公司曾用扫描隧道显微镜搬移氙原子和铁原子而形成“IBM”字样，我国中科院曾在1994年用电流脉冲工作模式搬动Si原子，写出了“中国”字样。

纳米制造是微型机械的基础和重点方向，其应用前景十分广阔，如制成微机器人在医学、军事等领域都可大显身手，注入人体血管，可以进行健康检查乃至疏通脑血管血栓、消除心脏动脉脂肪沉积物等治疗；因此，纳米制造将是2l世纪的科技前沿，将给制造业带来一场革命，并将随着科技的不断进步而发展。

（3）绿色制造（GM）。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。

绿色制造对未来制造业的可持续发展至关重要，因而倍受全球制造业的关注，已成为先进制造技术的主要内容和各国优先发展并支持的研究项目。

以汽车工业为例，当前全球汽车市场竞争激烈，为抢占市场，各大汽车公司都十分热衷于开发“绿色汽车”。

所谓“绿色汽车”是指“对环境友好”、“零排放”和“几乎无声”的新型车。

如通用汽车公司的“零排放”电动车辆的开发；福特汽车公司最近提出的“新能源2010”概念车等。

国际经济专家分析认为，目前“绿色产品”比例大约为5％～10％，再过10年，所有产品都将进入绿色设计家族，可回收、易拆卸，部件或整机可翻新和循环利用。

2先进设计技术

先进设计技术大都以计算机技术为基础，并有不同层次的计算机应用软件来支撑。

要使设计技术更好地在经济和社会发展中发挥积极作用，设计人员及相关工程技术人员必须熟练地掌握先进设计技术，并学会在实践中灵活地运用这些技术。

只有这样才可避免由于设计阶段的不足和错误造成制造阶段成本高、周期长和产品使用中性能差、能耗大等所产生的问题，才有可能及时地把握创新思想火花，创造出社会需要的综合性能优良的新产品，才能不断提高企业的竞争能力。

2.1先进设计技术的概述

设计涉及多学科领域的基础知识，它是运用已有的知识和技术解决问题或创出新事物以满足社会需要的一种技术活动。

根据设计活动中创造性的大小，设计可分为三类：

常规设计（RoutineDesign）、革新设计（InnovativeDesign）和创新设计（CreativeDesign）。

其中，创新设计的目的是提供有重要社会价值的新颖独特的设计成果，这一类型的设计最富挑战性，也是设计人员追求的最高目标。

先进设计技术是指融合最新科技成果，适应当今社会需求变化的，高级水平的各种设计手段。

从应用情况方面来看，它是正在研究并开始试用的、最新的、高级水平的技术，即是自动设计阶段所采用的设计技术。

先进设计技术包括设计硬件、设计软件和设计人员3个方面。

设计硬件有计算机，计算机外围设备（I/O设备，如键盘、鼠标、显示器、绘图机、触觉系统和听觉系统等），有的还有网络通信环境等。

设计软件有各种现代设计理论和方法，用于设计开发的工作平台和通用程序（操作系统，各种标准和支撑软件等），有的还有网络通信软件，帮助设计人员去完成各种设计任务的计算机应用软件等。

设计人员与设计的软硬件一起组成能协同完成设计任务的人机系统。

设计人员应体现在掌握最新科技知识和运用现代设计工