先进制造技术习题答案

先进制造技术

习题答案

孙燕华 主编

电子工业出版社

Publishing House of Electronics

Industry 北京·BEIJING

1-1 论述先进制造技术及其主要特点。 答：1、系统性

先进制造技术由于微电子、信息技术的引入，使制造技术成为一个能驾驭生产过程的物质流、信息流和能量流的系统工程。如柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）技术是先进制造技术全过程控制物质流、信息流和能量流的典型应用案例。

2、集成性

现代制造技术使各专业、学科间不断交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失，发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。集成技术显示出高效率、多样化、柔性化、自动化、资源共享等特点。

3、广泛性

现代制造技术则贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及用户服务等整个产品生命周期全过程，成为“市场——产品设计——制造——市场 ”的大系统。

4、高精度

现代制造对产品、零件的精度要求越来越高，在飞机、潜艇等军事设施中使用的精密陀螺、大型天文望远镜以及大规模集成电路的硅片等高新技术产品都需要超精密加工技术的支持。这些需求使激光加工、电子束、离子束加工、纳米制造、微机械制造等新方法迅速发展。

５、实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产

先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁、灵活生产等基础制造技术，它是从传统的制造工艺发展起来的，并与新技术实现了局部或系统集成。

1-2 叙述先进制造技术的构成及分类。 答：先进制造技术的构成：

１、基础技术

第一层次是优质、高效、低耗、少或无污染的基础制造技术。铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。这些基础技术主要有精密下料、精密成形、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、无氧化热处理、气体保护焊及埋弧焊、功能性防护涂层等。

2、新型单元技术

第二个层次是新型的先进制造单元技术。它是在市场需求及新兴产业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新的制造技术。如：制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、现代设计基础与方法、清洁生产技术、新材料成形与加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及设计优化技术等。

3、集成技术

第三个层次是先进制造集成技术。它是应用信息、计算机和系统管理技术对上述两个层次的技术局部或系统集成而形成的先进制造技术的高级阶段，如：FMS、CIMS、IMS等。

先进制造技术的分类： 1、现代设计技术

现代设计技术是根据产品功能要求，应用现代技术和科学知识，制定方案并使方案付诸实施的技术。包含的内容有：

（1）现代设计方法。现代设计方法包括产品动态分析和设计、摩擦学设计、防蚀设计、可靠性和可维护性及安全设计、优化设计及智能设计等。

（2）设计自动化技术。设计自动化技术指应用计算机技术，进行产品造型和工艺设计、工程分析计算与模拟仿真、多变量动态优化，从而达到整体最优功能目标，实现设计自动化。

（3）工业设计技术。工业设计技术指开展机械产品色彩设计和中国民族特色与世界流派相结合的造型设计，增强产品的国际竞争力。

2、先进制造工艺

现代制造工艺技术包括精密和超精密加工技术、精密成型技术以及特种加工技术等方面。

（1）精密和超精密加工技术。精密、超精密加工技术是采用去除加工、结合加工、变形加工加工方法使工件的尺寸、表面性能达到极高的精度。现在的精密、超精密加工已经向纳米技术发展。

（2）精密成型技术。精密成型技术是生产局部或全部无余量或少余量半成品的工艺方法的统称。包括精密凝聚成型技术、精密塑性加工技术、粉末材料构件精密成型技术、精密焊接技术及复合成型技术等。其目的在于使成型的制品达到或接近成品形状的尺寸，并达到提高质量、缩短制造周期和降低成本的效果，其发展方向是精密化、高效化、强韧化和轻量化。

（3）特种加工技术。特种加工技术是指那些不属于常规加工范畴的加工，如高能束流（电子束、离子束、激光束）加工、电加工（电解和电火花加工）、超声波加工、高压水加工以及多种能源的组合加工。

（4）表面改性、制膜和涂层技术。表面改性、制膜和涂层技术是采用物理、化学、金属学、高分子化学、电学、光学和机械学等技术及其组合技术对产品表面进行改性、制膜和涂层，赋予产品耐磨、耐蚀、耐（隔）热、抗疲劳、耐辐射以及光、热、磁、电等特殊功能，从而达到提高产品质量、延长使用寿命和赋予新性能的新技术统称，是表面工程的重要组成部分。

3、自动化技术

制造自动化是指用机电设备取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。其目的在于减轻劳动强度、提高生产效率、减少在制品数量、节省能源消耗以及降低生产成本。

自动化技术主要包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术、传感技术。自动检测及信号识别技术和过程设备工况监测与控制技术等。

4、系统管理技术

系统管理技术是指企业在市场开发、产品设计、生产制造、质量控制到销售服务等一系列的生产经营活动中，为了使制造资源（材料、设备、能源、技术、信息以及人力）得到总体配置优化和充分利用，使企业的综合效益（质量、成本、交货期）得到提高而采取的各种计划、组织、控制及协调的方法和技术的总称。它是现代制造技术体系中的重要组成部分，对企业的最终效益提高起着重要的作用。

系统管理技术包括工程管理、质量管理、管理信息系统等，以及现代制造模式（如精益生产、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等生产组织方法。

1-3 先进制造的关键技术。

答：1、集成化技术。在过去制造系统中仅强调信息的集成，这是不够的。现在更强调技术、人和管理的集成。在开发制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并

行工作机制集成、资源集成、过程集成及人员集成。

2、智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持用户到产品报废等）各个环节智能化，实现生产过程（包括组织、管理、计划、调度、控制等）各个环节的智能化，并实现人与制造系统的融合及人的智能的充分发挥。

3、网络技术。网络技术包括硬件与软件的实现。各种通信协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。

4、分布式并行处理技术。该技术实现制造系统中各种问题的协同求解，获得系统的全局最优解，进而实现系统的最优决策。

5、多学科、多功能综合产品开发技术。机电产品的开发设计不仅涉及到机械科学的理论与知识而且还涉及到电磁学、光学、控制理论等。不仅要考虑技术因素，还必须考虑到经济、心理、环境、人文及社会等方面因素。机电产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求机电产品动静特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。

6、虚拟现实技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机仿真技术，实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真，采用多种介质来存储、表达、处理多种信息，融文字、语音、图像、动画于一体，给人一种真实感及身临其境感。

7、人—机—环境系统技术。将人、机器和环境作为一个系统来研究，发挥系统的最佳效益。研究的重点是：人机环境的体系结构及集成技术、人在系统中的作用及发挥、人机柔性交互技术、人机智能接口技术、清洁制造等。这些主要关键技术体现了21世纪制造技术对CAD/CAM集成系统的要求，表达了CAD/CAM集成发展的方向。

1-4 我国机械制造业的发展状况。

答：近10年来，我国制造业的发展受到严重削弱，陷入了前所未有的困境。制造业的发展滞后已成为制约我国经济发展的重要因素。据统计:全社会固定资产投资中，设备投资的2/3依赖进口。目前，光纤制造装备的100%、集成电路芯片制造装备的85%、石油化上装备的80%、轿车工业装备、数控机床、纺织机械、胶印设备的70%被进口产品占领，国产装备的可靠性、自动化程度与国外产品有较大差距。

我国制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。

(1) 设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术(CAD/CAM) ，大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。

(2) 制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。

(3) 管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。

(4) 自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)，实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

1-5 先进制造技术的发展趋势。

答：在21世纪中，随着电子、信息等高新技术的不断发展，随着市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。

当前影响先进制造技术的发展因素大致有以下几点: 1、“数”是发展的核心

数字化制造就是指制造领域的数字化，它包含了三大部分:以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。

2、“精”是发展的关键 “精”是“精密化”，一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高，另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。

3、“极”是发展的焦点

“极”即极端条件，就是指在极端条件下工作的或者有极端要求的产品，从而也是指这类产品的制造技术有“极”的要求。如在高温、高压、高湿、强磁场和强腐蚀等条件下工作，或有高硬度、大弹性等要求的，或在几何形体上极大、极小、极厚、极薄和奇形怪状的。

4、“自”是发展的条件

“自”就是自动化，即减轻人的劳动，强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。自动化是先进制造技术发展的前提条件。

5、“集”是发展的方法

“集”就是集成化，包括技术的集成、管理的集成、技术与管理的集成。其本质是知识的集成。

6、“网”是发展的道路

“网”就是网络化，制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路，制造业走向整体化、有序化，这同人类社会发展是同步的。

7、“智”是发展的前景

“智”就是智能化。智能化制造模式的基础是智能制造系统，它既是智能和技术的集成而形成的应用环境，也是智能制造模式的载体。

8、“绿”是发展的必然 “绿”就是“绿色”，制造业的产品从构思开始，到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分涉及环境保护，制造必然要走向“绿色”制造。

2-1 试论述现代设计技术的内涵及特点。 答：1、现代设计技术内涵：

现代设计技术是以满足应市产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。

2、现代设计技术的特点

从现代设计技术的内涵分析，现代设计技术具有如下一系列特点： （1）系统性 现代设计技术强调用系统的观点处理设计问题，从整体上把握设计对象，考虑对象与外界（人、环境）的联系。

（2）动态性 不仅要考虑产品的静态特性，还要考虑产品在实际工作状态下的动态特征，考虑产品与周围环境的物质、能量及信息的交互。

（3）创造性 现代设计技术建立在先进的设计理论及设计工具基础上，能充分发挥设计者的创造性思维能力和集体智慧，运用各种创造方法和手段，开发出具有创新性的产品。

（4）计算机化 计算机已经渗透到产品设计开发的各个环节，很多现代设计技术的实现都依赖于计算机，如优化设计、有限元分析、系统仿真等。它们充分利用计算机快捷的数值计算功能、严密的逻辑推理能力和巨大的信息存储及处理能力，弥补自然人存在的天生不足，实现人机优势的互补。

（5）并行化、最优化、虚拟化和自动化 在产品的设计阶段就综合考虑产品全生命周期中的所有因素，强调对产品设计及其相关过程并行地、集成地、一体化地进行设计。在设计过程中，通过优化的理论与技术，对产品进行方案优选、结构优选和参数优选，力争实现系统的整体性能最优化，以获得功能全、性能好、成本低、价值高的产品。设计过程自动化的实现主要依托于各种不同的计算机辅助设计技术、自动建模技术，以及一批功能强大的商品化CAD软件的支撑。

设计手段虚拟化，是以虚拟现实的设计系统进行三维建模，使设计者能在虚拟的设计环境下观察CAD设计内容，从而实现设计的可视化、评估设计产品的性能及其可实现性，灵活方便地修改设计，大大提高设计效果与质量。

（6）主动性 科学技术的发展使得在产品设计的早期，就可对产品全生命周期的各种性能作出准确预测．有利于及早发现产品的潜在缺陷，将各种失误、可能发生的故障减少到最低程度，体现了主动性的特征，也有利于缩短开发周期、降低生产成本、提高产品质量。

2-2 描述现代设计技术的体系结构，为什么说计算机辅助设计技术是现代设计技术的主体？它与其它技术的关系如何？

答：现代设计技术的整个体系由基础技术、主体技术、支撑技术和应用技术四个层次组成。

（1）基础技术 基础技术是指传统的设计理论与方法，特别是运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法等方面。

（2）主体技术 现代设计技术的诞生和发展与计算机技术的发展息息相关、相辅相成。计算机科学与设计技术结合产生计算机辅助设计、智能CAD、优化设计、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等，运用现代设计技术的多种理论与方法如优化设计、可靠性设计、模糊设计等理论构造的数学模型，来编制计算机应用程序，可以更广泛、更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的“智力”。而计算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知识的独特处理能力，成为现代设计技术群体的主干。

（3）支撑技术 支撑技术主要指现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术。现代设计方法学涉及内容很广，如并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求工程、绿色设计、模糊设计、面向对象的设计、工业造型设计等。可信性设计是广义的可靠性设计扩展，主要指可靠性与安全性设计、动态分析与设计、防断裂设计、健壮设计、耐环境设计等。设计试验技术包括可靠性试验、环保性能试验与控制，以及运用计算机技术的数字仿真试验和虚拟试验等。

（4）应用技术 应用技术是针对实用目的解决各类具体产品设计领域的技术，如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容，可以看作是现代设计技术派生出来的具体技术群。

2-3计算机辅助设计技术包括哪些主要内容？分析其中的关键技术。 答：计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是20世纪50年代末发展起来的综合性计算机应用技术。它是以计算机为工具，处理产品设计过程中的图形和数据信息，辅助完成产品设计过程的技术。

CAD技术包含的内容有；①利用计算机进行产品的造型、装配、工程图绘制以及相关文档的设计；②进行产品渲染、动态显示；③对产品进行工程分析，如有限元分析、优化设计、

可靠性设计、运动学及动力学仿真等。

关键技术：

1、产品的几何造型技术

CAD的几何造型过程也就是对被设计对象进行描述，并用合适的数据结构存储在计算机内，以建立计算机内部模型的过程。

（1）线框模型 线框模型由一系列空间直线、圆弧和点组合而成，用来描述产品的轮廓外形。但无法产生剖面图、消除隐藏线以及求解两个形体间的交线，也无法根据线框模型进行物性计算和数控加工指令的编制等作业。

（2）表面模型 表面模型的数据结构是在线框模型的基础上，增加了有关面的信息和棱边的联接方向等内容。表面造型又分为“多边平面造型”和“曲面造型”两种。

（3）实体模型 实体模型较完整地反映三维实体的几何信息，它既能消除隐藏线，产生有明暗效应的立体图像；又能进行物性计算，进行装配体或运动系统的空间干涉检查，进行有限元分析的前后处理以及多至五轴的数控编程等作业。

（4）特征造型 所谓特征就是描述产品信息的集合，也是构成零、部件设计与制造的基本几何体，它既能反映零件的几何信息，又反映了零件的加工工艺信息。常用的零件特征包括：形状特征、精度特征、技术特征、材料特征、装配特征等。

2、单一数据库与相关性设计

单一数据库就是与设计相关的全部数据信息来自同一个数据库。所谓的相关性设计就是任何设计改动，都将及时地反映到设计过程的其他相关环节上。

3、CAD与其他CAX系统的集成技术

CAD技术与其他CAX技术进行有效的集成，包括CAD／CAM技术的集成、CAD与CIMS其他功能系统的集成等。CAD技术主要功能是进行产品的设计造型，为其他功能系统提供了共享的产品数据模型，成为CIMS或其他制造系统的基础和关键。

CAD技术与其他CAX系统的集成，涉及到产品的造型建模技术、工程数据的管理技术、数据交换接口等技术。

4、标准化技术

国际标准化组织（ISO）制定了“产品数据模型交换标准”（STEP）。STEP采用统一的数字化定义方法，涵盖了产品的整个生命周期，是CAD技术最新的国际标准。

2-4试论述并行工程的基本概念与设计方法。

答：并行设计是在设计阶段就综合考虑产品生命周期中工艺、制造、装配、测试、维修等环节的因素，及时全面地评价产品的设计，及时反馈改进意见，及时改进产品设计，使得产品设计、工艺设计、制造一次成功，以达到降低产品成本，提高产品质量和缩短开发周期的目的。

并行设计要求在设计阶段就要考虑产品全生命周期的各个环节，传统的“孤岛”式的设计方法已不能满足并行设计的需要。为此人们对并行环境下的产品设计理论与方法进行了研究，主要包括设计方法、建模技术、计算机辅助评价及决策技术。针对设计方法，基本上可分为两大类:一类是通过人员协同集成实现并行化；另一类是通过知识协同集成实现并行化，研究得比较多的有:面向产品生命周期各/某环节的设计DFX和CAX技术。

DFX包括面向装配的设计（DFA）、面向制造的设计(DFM)、面向质量的设计(DFQ)、面向环保的设计(DFE)、面向维护的设计(DFS)等；CAX技术包括计算机辅助工艺设计(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程分析(CAE)等。

2-5叙述反求工程的含义，简述反求工程的关键技术。

答：反求工程(Reverse Engineering，RE)也称逆向工程、反向工程等，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法，重构实物的CAD模型，从而实现产品设计与制造的过程。与传统的“产品概念设计→产品CAD模型→产品(物理模型)”的正向工程相反。反求工程是在没有设计图纸或图纸不完整，而有样品的情况下，利用三维扫描测量仪，准确快速地测量样品表面数据或轮廓外形，加以点数据处理、曲面创建、三维实体模型重构，然后通过CAM系统进行数控编程，直至利用CNC加工机床或快速成型机来制造产品。

反求工程的关键技术有:数据测量技术、数据预处理技术、模型重构及产品制造技术。 1、 数据测量技术

反求工程中数据测量方法主要分为两种:一种是传统的接触式测量法，如三坐标测量机法；另一种是非接触测量法，如投影光栅法、激光三角形法、工业CT法、核磁共振法(MRI)、自动断层扫描法等。只有获取了高质量的三维坐标数据，才能生成准确的几何模型。所以，测量方法的选取是反求工程中一个非常重要的问题。

2、数据预处理技术:对得到的测量数据在CAD模型重构之前应进行数据预处理，主要是为了排除噪声数据和异常数据、精简和归并冗余数据，通常包括:①噪声点过滤②数据点分区③数据点精简④数据点平滑。

3、模型重构及产品制造技术:通过重构产品零件的CAD模型，在探询和了解原设计技术的基础上，实现对原型的修改和再设计，以达到设计创新、产品更新之目的，同时也可以完成产品或模具的制造。

2-6 叙述绿色设计的主要特征。 答： 1、面向产品生命周期

绿色设计考虑的是产品在整个生命周期内的所有潜在的环境影响，包括有毒有害物质向环境的排放，不可再生资源的消耗以及能源的过度消耗等等。产品的生命周期包括从资源原料的开发到产品废弃报废的整个过程，

2、 环境因素是产品设计的考虑因素之一

绿色设计并不是意味着产品设计只是面向环境或者说环境因素是唯一的考虑因素。相反，绿色设计是像其它因素(比如:用户需求分析、可制造性、经济性、功能、尺寸和重量等)一样作为产品设计共同考虑的内容。所以绿色设计是在原有的设计求解过程中又引入了一个环境变量，从而使设计过程变得复杂起来，即是一个更多目标的优化求解问题。

3-1 常见的精密成型技术分为哪几类？ 答：精密成型技术是指零件成型后，仅需少量加工或不再加工(近净成型技术或净成型技术)就可用作机械构件的一种成型技术。它是建立在新材料、新能源、信息技术、自动化技术等多学科高新技术成果的基础上，改造了传统的毛坯成型技术，使之由粗糙成型变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本、无公害的成型技术。它使得成型的机械零件具有精确的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙度。

精密成型技术分为粉末冶金、精密铸造、精密锻造、精密冲裁、精密焊接、快速原型技术等。

3-2 快速原型技术的特点及工艺。 答：快速原型技术的特点：

（1）快速性。

通过STL格式文件，快速成型制造系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接，从

CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时，可实现产品开发的快速闭环反馈。以快速原型为母模的快速模具技术，能够在几天内制作出所需材料的实际产品，而通过传统的钢制模具制作，至少需要几个月的时间。

（2）高度集成化

快速成型技术实现了设计与制造的一体化。在快速成型工艺中，计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动快速成型设备的数控指令，快速成型设备根据数控指令完成原形或零件的加工。

（3）与工件复杂程度无关

快速成型技术由于采用分层制造工艺，将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片之叠加，大大简化了加工过程。它可以加工复杂的中空结构且不存在三维加工中刀具干涉的问题，理论上可以制造具有任意复杂形状的原形和零件。

（4）高度柔性

快速成型系统是真正的数字化制造系统，仅需改变三维CAD模型，适当地调整和设置加工参数，即可完成不同类型的零件的加工制作，特别适合新产品开发或单件小批量生产。并且，快速成型技术在成型过程中无需专用的夹具或工具，成型过程具有极高的柔性，这是快速成型技术非常重要的一个技术特征。

（5）自动化程度高

快速成型是一种完全自动的成型过程，只需要在成型之初由操作者输入一些基本的工艺参数，整个成型过程操作者无需或较少干预。出现故障，设备会自动停止，发出警示并保留当前数据。完成成型过程时，机器会自动停止并显示相关结果。

快速原型工艺：

（1）利用激光固化树脂材料的光造型法

敏树脂选择性固化是采用立体雕刻原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。

SLA快速原型技术的优点是： ① 成形速度较快。 ② 系统工作相对稳定。 ③ 尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm（但，国内SLA精度在0.1——0.3mm

之间，并且存在一定的波动性）。 ④ 表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲

面不平；比较适合做小件及较精细件。 ⑤ 系统分辨率较高。 SLA快速原型的技术缺点：

① 需要专门实验室环境，维护费用高昂。

② 成型件需要后处理，二次固化，防潮处理等工序。

③ 光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好；工作温度不能超过100℃，成形件

易吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强。

④ 氦-镉激光管的寿命仅3000小时，价格较昂贵。同时需对整个截面进行扫描固化，

成型时间较长，因此制作成本相对较高。 ⑤ 光敏树脂对环境有污染，使皮肤过敏。 ⑥ 需要设计工件的支撑结构，以便确保在成型过程中制作的每一个结构部位都能可靠

定位，支撑结构需在未完全固化时手工去除，容易破坏成型件。 （2）纸张叠层造型法

纸张叠层造型法目前以Helisys公司开发的LOM装置应用最广。

LOM可制作一些光造型法难以制作的大型零件和厚壁样件，且制作成本低廉（约为光造型法的1/2）、速度高（约为木模制作时间的1/5以下），并可简便地分析设计构思和功能。

LOM快速原型技术的优点是：

① 由于只需要使激光束沿着物体的轮廓进行切割，无需扫描整个断面，所以这是一个

高速的快速原型工艺。常用于加工内部结构简单的大型零件及实体件。 ② 无需设计和构建支撑结构。 LOM快速原型技术的缺点是：

① 需要专门实验室环境，维护费用高昂。

② 可实际应用的原材料种类较少，尽管可选用若干原材料，例如纸、塑料、陶土以及

合成材料，但目前常用的只是纸，其他箔材商在研制开发中。

③ 表面比较粗糙，工件表面有明显的台阶纹，成型后要进行打磨；且纸制零件很容易

吸潮，必须立即进行后处理、上漆。

④ 难以构建精细形状的零件，即仅限于结构简单的零件。

⑤ 由于难以（虽然并非不可能）去除里面的废料，该工艺不宜构建内部结构复杂的零

件。

⑥ 当加工室的温度过高时常有火灾发生。因此，工作过程中需要专职人员职守。 （3）热可塑造型法

热可塑造型法以DTM公司开发的选择性激光烧结即SLS（Selective Laser Sintering）应用较多。

SLS快速原型技术的优点是：

① 与其他工艺相比，能生产较硬的模具，有直接金属型的概念。 ② 可以采用多种原料，包括类工程塑料、蜡、金属、陶瓷等。 ③ 零件的构建时间较短，可达到1in/h高度。 ④ 无需设计和构造支撑。 SLS快速原型技术缺点是：

① 需要专门实验室环境，维护费用高昂。

② 在加工前，要花近2小时的时间将粉末加热到熔点以下，当零件构建之后，还要花

5-10小时冷却，然后才能将零件从粉末缸中取出。 ③ 成形件强度和表面质量较差，精度低。表面的粗糙度受粉末颗粒大小及激光光斑的

限制。

④ 零件的表面多孔性，为了使表面光滑必须进行渗蜡等后处理。在后处理中难于保证

制件尺寸精度，后处理工艺复杂，样件变型大，无法装配。

⑤ 需要对加工室不断充氮气以确保烧结过程的安全性，加工的成本高。 ⑥ 该工艺产生有毒气体，污染环境。

3-3 就目前技术条件下精密加工和超精密加工是如何划分的？

根据目前技术水平及国内外专家的看法，对中小型零件的加工形状误差△ 和表面粗糙度Ra的数量级可分为以下档次。精密加工：Δ =1.0～0.1 μm，Ra=0.1～0.03 μm；超精密加工：Δ =0.1～0.01 μm，Ra=0.03～0.005 μm；纳微米加工：Δ <0.01μm，Ra<0.005μm。

3-4 超精密加工所涉及的技术范围包含哪些？ 答：（1）超精密加工机理,超精密加工是从被加工表面去除一层微量的表面层，包括超精密切削、超精密磨削和超精密特种加工等。当然，超精密加工也应服从一般加工方法的普遍规律，但也有不少其自身的特殊性，如刀具的磨损、积屑瘤的生成规律、磨削机理、加工参数

对表面质量的影响等。

（2）超精密加工的刀具、磨具及其制备技术,包括金刚石刀具的制备和刃磨、修整等是超精密加工的重要的关键技术。

（3）超精密加工机床设备,超精密加工对机床设备有高精度、高刚度、高的抗振性、高稳定性和高自动化的要求，具有微量进给机构。

（4）精密测量及补偿技术,超精密加工必须有相应级别的测量技术和装置，具有在线测量和误差补偿。

（5）严格的工作环境,超精密加工必须在超稳定的工作环境下进行，加工环境的极微小的变化都可能影响加工精度。因而，超精密加工必须具备各种物理效应恒定的工作环境，如恒温室、净化间、防振和隔振地基等。

3-5 叙述精密和超精密加工方法的分类、加工机理及加工方法示例。 精密和超精密加工方法 分类 加工机理 力学加工、力溅射 主要加工方法示例 去除加工 （分离加工） 切削、磨削、研磨、抛光、超精加工、珩磨、 超声波加工、离子溅射加工 等离子加工 喷射电物理加工 加工； 电化学加工 电火花加工（电火花成型、电火花线切割）； 热蒸发、热扩散 、热溶解 电解加工、蚀刻（电子束曝光）、 化学机械抛光； 电子束加工、激光加工、脱碳处理、气割 化学 电化学 附着加工 热、热熔化 力物理 化学 注入加工 电化学热 （渗入加热扩散 工） 力物理 连接加工 热物理、电物理化学 化学镀、化学气相沉积； 电镀、电铸； 真空蒸镀、熔化镀； 离子镀（离子沉积）、物理气相沉积 氧化、氮化、活性化学反应； 阳极氧化； 晶体生长、分子束外延、掺杂、渗碳和烧结； 离子束外延、离子注入 激光焊接、气焊、电焊、快速成型加工； 化学粘接 锻造、热流动加工（气体火焰、高频电流、热射线、电子束和激光）； 铸造、液体流动加工（金属、塑料等压铸、注塑）；液晶定向 结合加工 变形加工 （流动加工） 热流动、表面热流动 粘滞流动 分子定向

3-6 试说明超精密切削、超精密磨削加工的特点和各自的适应场合。 答：超精密切削是借助锋利的金刚石刀具对工件进行车削或铣削。主要用于加工要求低粗糙度和高形状精度的有色金属或非金属零件，如激光或红外的平面，非球面反射镜、磁盘铝基底、VTR辊轴、有色金属轴套和塑料多面棱镜等，甚至直接加工纳米级表面的硬脆材料。超精密金刚石刀具镜面车削加工人造卫星仪器轴承——真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙

度R。达到1 nm，圆度和圆柱度均为纳米级精度。超精密车削可达到粗糙度Ra0.005μm和0.1μm的非球面形状精度。

超精密磨削：

超精密磨削是利用磨具上尺度均匀性好、近似等高的磨粒（金刚石砂轮和CBN砂轮）对被加工零件表面进行摩擦、耕犁及切削的过程。主要用于硬度较高的金属和非金属零件，如对加工尺寸及形状精度要求很高的伺服阀、空气轴承主轴、陀螺仪超精密轴承、光学玻璃基片等。超精密磨削可达到R。0．002μm的表面粗糙度和 0．01μm的圆度。

3-7 超精密加工时机床设备和环境有何要求？ 答：超精密加工时机床设备：

超精密加工机床应具有高精度、高刚度、高加工稳定性和高度自动化的要求，超精密机床的质量主要取决于机床的主轴部件、床身导轨以及驱动部件等关键部件的质量。 (1) 精密主轴部件

精密主轴部件是超精密机床的圆度基准，也是保证机床加工精度的核心。主轴要求达到极高的回转精度，精度范围为0.02～0.1μm，此外，主轴还要具有相应的刚度，以抵抗受力后的变形。主轴运转过程中产生的热量和主轴驱动装置产生的热量对机床精度有很大影响，故必须严格控制温升和热变形。为了获得平稳的旋转运动，超精密机床主轴广泛采用空气静压轴承，主轴驱动采用皮带卸载驱动和磁性联轴节驱动的主轴系统。

(2) 床身和精密导轨 床身是机床的基础部件，应具有抗振衰减能力强、热膨胀系数低、尺寸稳定性好的要求。目前，超精密机床床身多采用人造花岗岩材料制造。人造花岗岩是由花岗岩碎粒用树脂粘结而成，它不仅具有花岗岩材料的尺寸稳定性好、热膨胀系数低、硬度高、耐磨且不生锈的特点，又可铸造成形，克服了天然花岗岩有吸湿性的不足，并加强了对振动的衰减能力。

超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度，不能有爬行，导轨偶合面不能有磨损，因而液体静压导轨、气浮导轨和空气静压导轨，均具有运动平稳、无爬行、摩擦因数接近于零的特点，在超精密机床中得到广泛的使用。

(3) 微量进给装置

在超精密加工中，要求微量进给装置满足如下的要求：①稍微进给与粗进给分开，以提高微位移的精度、分辨率和稳定性；②运动部分必须是低摩擦和高稳定性，以便实现很高的重复精度；③末级传动元件必须有很高的刚度，即夹固刀具处必须是高刚度的；④工艺性好，容易制造；⑤应能实现微进给的自动控制，动态性能好。

微量进给装置有机械或液压传动式、弹性变形式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式、压电陶瓷式等多种结构形式。

超精密加工时工作环境：

工作环境的任何微小变化都可能影响加工精度的变化，使超精加工达不到精度要求。因此，超精密加工必须在超稳定的环境下进行。超稳定环境主要是指恒温、超净和防振三个方面。

超精密加工一般应在多层恒温条件下进行，不仅放置机床的房间应保持恒温，还要求机床及部件应采取特殊的恒温措施。一般要求加工区温度和室温保持在 20土 0.06℃的范围内。

超净化环境对超精密加工也很重要，因为环境中硬粒子会严重影响被加工表面的质量。 外界振动对超精密加工的精度和粗糙度影响甚大。采用带防振沟的隔振地基和把机床安装在专用的隔振设备上，都是极有效的防振措施。

3-8 在怎样的速度范围下加工属于高速加工？分析高速切削加工所用解决的关键技术。 答：超高速加工是指高于常规切削速度5倍乃至十几倍条件下所进行的切削加工。例如在试验室中，铝合金加工已达6000m/min；而在实际生产中也达到了1500-5500m/min。在实验室中，磨削中单层镀砂轮磨削速度达300m/s，目前正探索500m/s速度的磨削；而实际生产中也达到了250m/s。超高速加工不但可以大幅度提高零件的加工效率、缩短加工时间、降低加工成本；而且可以使零件的表面加工质量和加工精度达到更高的水平。

高速切削加工比常规切削加工的切削速度高5～10倍，进给速度随切削速度的提高也可相应提高5－10倍。

3-9 超高速切削的包含哪些相关技术？ 答：超高速切削是一种综合性的高新技术，超高速切削技术的推广应用是多项相关技术发展到与之相匹配的程度而产生的综合效应。超高速切削的相关技术包括：超高速切削中的刀具技术、高速主轴技术、直线滚动导轨和直线驱动技术、高速数控技术、机床结构等技术。

3-10 简述超高速磨削特点及关键技术？ 答：超高速磨削技术特点：

( 1) 大幅度提高磨削效率，设备使用台数少； ( 2) 磨削力小、磨削温度低、加工表面完整性好； ( 3) 砂轮使用寿命长，有助于实现磨削加工的自动化； ( 4) 实现对难加工材料的磨削加工。 超高速磨削关键技术 1、超高速磨削的砂轮

超高速磨削砂轮应具有良好的耐磨性、高动平衡精度和机械强度、高刚度和良好的导热性等。

（1）超高速砂轮的材料：超高速磨削用砂轮应具有强度高、抗冲击强度高、耐热性好、微破碎性好、杂质含量低等优点。超高速磨削砂轮可以使用AI2O3、SiC、CBN和金刚石磨料。

（2）超高速砂轮的修整：超高速单层电镀砂轮一般不需修整。特殊情况下利用粗磨粒、低浓度电镀杯形金刚石修整器对个别高点进行微米级修整。 2、 超高速主轴和超高速轴承

（1）超高速电主轴技术：超高速磨削主要采用大功率超高速电主轴。高速电主轴惯性扭矩小，振动噪声小，高速性能好，可缩短加减速时间，但它有很多技术难点。

（2）超高速轴承技术：高速主轴采用的轴承有滚动轴承、气浮轴承、液体静压轴承和磁悬浮轴承几种形式。

3、超高速磨削的砂轮平衡技术与防护装置：对于超高速砂轮系统不仅进行静平衡，还必须根据系统及不平衡质量划分平衡阶段，进行分级动平衡以保证在工作转速下的稳定磨削。

4、磨削液供给系统

超高速磨削常用的冷却液注入方法有：高压喷射法，空气挡板辅助截断气流法，气体内冷却法，径向射流冲击强化换热法等。为提高供液效果，应对供液系统参数包括供液压力、流量、磨削液喷注位置、喷嘴结构及尺寸等进行优化设计，此外系统还需配有高效率油气分离和吸排风单元。

5、超高速磨削进给系统

随着高速超高速加工技术的发展，国内外都采用了直线伺服电机直接驱动技术。使用高动态性能的直线电机结合数字控制技术，避免了传统的滚珠丝杠传动中的反向间隙、弹性变

形、磨擦磨损和刚度不足等缺陷，可获得高精度的高速移动并具有极好的稳定性。

6、磨削状态检测及数控技术

利用磨削过程中产生的各种声发射源，如砂轮与工件弹性接触、接合剂破裂、磨粒与工件磨擦、砂轮破碎和磨损、工件表面裂纹和烧伤、砂轮与修整轮的接触等，可以通过检测声发射信号的变化来对磨削状态进行判别和监测。此外，工件精度和加工表面质量的在线监控技术也是高效率磨削的关键技术。

3-11 简述超高速铣削特点及关键技术？ 答：1、超高速铣削的技术特点：

（1）生产效率高，成本低

超高速铣削高硬度钢的金属切除率高、没有手工精加工等耗时的工序，缩短了生产过程，简化了辅助工作，能使整体加工效率提高几倍乃至十几倍，且其能耗低，能源和设备的利用率高，从而降低了生产成本。

（2）加工精度高

对于同样的切削层参数：在超高速铣削条件下，单位切削力显著下降，且其变化幅度小，使工件的受力变形显著减小；同时，由于机床主轴运转速度极高： 激振频率远离机床、工件、刀具工艺系统的高阶固有频率：能有效减小系统的振动，因此有利于获得高的加工精度

（3）加工表面质量好

超高速铣削的加工过程极为迅速，加工表面的受热时间极短，95%-98%以上的切削热被切屑带走，传入工件的切削热大为减少，切削温度低，热影响区和热影响程度都较小：有利于获得低损伤的加工表面；同时，由于超高速铣削时切削振动对加工质量的影响很小，因而能显著降低加工表面粗糙度，表面粗糙度Ra值可达到0.1um。

（4）适于加工薄壁类精细零件

与常规切削相比，超高速铣削加工时的切削力至少降低30%，尤其是径向切削力显著降低，非常有利于薄壁类精细零件的加工。例如，当切削速度达到13000r/min 时，可以铣削壁厚仅0.0165的薄壁零件。

2、超高速铣削的关键技术

超高速铣削刀具几何角度：超高速铣削高硬度钢时，刀具的主要失效形式为刀尖破损，设计时应着重考虑提高刀尖的抗冲击强度。通常采用较小的前角（零度或负角度前角）。增大后角可减少刀具的磨损，但后角过大会影响刀具的强度和散热条件，故也不宜过大。较大的螺旋角可增大实际工作前角，减小被切金属的变形，降低切削力，还可大大降低切削力的振幅，减小振动加速度，从而改善加工表面质量。

超高速铣削刀具材料：有整体硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、硬质合金和立方氮化硼等。

3-12 特种加工技术的特点及应用领域。

特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合施加在工件的被加工部位上以实现材料切除的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。与传统机械加工方法相比具有许多独到之处：

1)在加工范围上不受材料的物理、机械性能限制。能加工硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属及非金属材料；

2)易获得良好的表面质量，残余应力、热应力、热影响区、冷作硬化等均比较小； 3)易于加工比较复杂的型面、微细表面及柔性零件；

4)各种加工方法易于复合形成新的工艺方法，便于推广和应用。 特种加工技术所包含的范围非常广，随着科学技术的发展，特种加工技术的内容也不断丰富。目前各种特种加工方法已达数十种，其中也包含一些借助机械能切除材料， 但又不同于一般切削和磨削的加工方法，如磨粒流加工、液体喷射流加工、磨粒喷射加工、磁磨粒加工等等。除了借助于化学能或机械能的加工方法以外，大多数常用的特种加工方法均为直接利用电能或电能所产生的特殊作用所进行的加工方法，通常将这些方法统称为电加工。

3-13 电火花加工的原理与应用。

电火花加工（又称放电加工、电蚀加工，简称EDM）是一种利用脉冲放电对导电材料电蚀来去除多余材料的工艺方法。

1、加工原理

电火花加工的原理示意图如图3-20所示。加工时，将工具与工件置于具有一定绝缘强度的液体介质中，并分别与脉冲电源的正、负极相连接。调节装置控制工具电极，保证工具与工件间维持正常加工所需的很小放电间隙。当两极之间的电场强度增加到足够大时，两极间最近点的液体介质被击穿，产生短时间、高能量的火花放电，放电区域的温度瞬时可达10000℃以上，金属被熔化或气化。灼热的金属蒸汽具有很大的压力，引起剧烈的爆炸，而将熔融的金属抛出，金属微粒被液体介质冷却并迅速从间隙中冲走，工件与工具表面形成一个小凹坑（图3-20（b、c））。第一个脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第一脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，得到由无数小凹坑组成的加工表面，工具的形状最终被复制在工件上。

进行电火花加工必须具备下列三个条件：

①必须采用脉冲电源，以形成瞬时的脉冲式放电。每次放电时间极短，使放电产生的热量来不及传输出去，而集中于微小区域。

②必须采用自动进给调节装置，保证工具电极与工件电极间微小的放电间隙（0.01～0.05 mm），以维持适宜的火花放电状态。

③火花放电必须具有足够大的能量密度，且必须在具有一定的绝缘强度的液体介质（工作液）中进行。大的能量密度用以熔化（或气化）工件材料，液体介质除对放电通道有压缩作用外，还可排除电蚀产物，冷却电极表面。常用的液体介质有煤油、矿物油、皂化液或去离子水等。

2、 电火花加工的应用 （1）电火花穿孔

穿孔加工是指贯通的二维型孔的加工，是电火花加工中应用最广的一种，常加工的型孔有圆孔、方孔、多边形孔、异形孔、曲线孔及小孔、微孔等，例如冷冲模、拉丝模、 挤压模、喷嘴、喷丝头上的各种型孔和小孔。穿孔的尺寸精度主要靠工具电极的尺寸和火花放电的间隙来保证。

（2）电火花型腔加工

电火花型腔加工指三维型腔和型面的加工及电火花雕刻。例如加工锻模、压铸模、挤压模、胶木模、塑料模等。

型腔加工比较困难，首先是因为均是盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环和电蚀产物排除条件差，工具电极损耗后无法靠进给补偿；其次是加工面积变化大，加工过程中电规准调节范围较大，并由于型腔复杂，电极损耗不均匀，对加工精度影响很大，因此型腔加工生产率低，质量保证有一定困难。 （3）电火花线切割加工

电火花线切割加工简称线切割加工，它是利用一根运动的细金属丝（φ0.02～φ0.3 mm

的钼丝或铜丝）作工具电极，在工件与金属丝间通以脉冲电流，靠火花放电对工件进行切割加工。其工作原理是，工件上预先打好穿丝孔，电极丝穿过该孔后，经导向轮由储丝筒带动作正、反向交替移动；放置工件的工作台按预定的控制程序，在X、Y两个坐标方向上作伺服进给移动，把工件切割成形。加工时，需在电极丝和工件间不断浇注工作液。

电火花加工还有其他许多方式的应用。如用电火花磨削，可磨削加工精密小孔、深孔、薄壁孔及硬质合金小模数滚刀、成形铣刀的后面；用电火花共轭回转加工可加工精密内、外螺纹环规，内锥螺纹，精密内、外齿轮等；此外还有电火花表面强化和刻字加工等。

3-14 电解加工的应用有哪些？

电解加工首先在国防工业中应用于加工炮管膛线。目前已成功地应用于叶片型面、模具型腔与花键、深孔、异型孔及复杂零件的薄壁结构等加工；用于电解刻印、电解倒棱去毛刺时，加工效率高、费用低；用电解抛光不仅效率比机械抛光高，而且抛光后表面耐腐蚀性好。另外电解加工与机械加工结合能形成多种复合加工，如电解磨削、电解珩磨、电解研磨等。 （1）电解整体叶轮 采用电解加工的方法，不受材料硬度和韧性的限制，在一次行程中可加工出具有复杂叶型面的整体叶轮，比切削加工有明显的优越性。电解加工整体叶轮前，先加工好整体叶轮的毛坯，然后用套料法加叶片。每加工完一个叶片，退出阴极（工具），分度后再依次加工下一个叶片。这样不但解决了刀具磨损问题，缩短了加工周期，而且可保证叶轮的整体强度和质量。

（2）深孔扩孔加工

深孔扩孔电解加工时，常采用移动式阴极。将待扩孔的工件用夹具固定，工件接电源正极，移动工具接电源负极。工具（阴极）由接头、密封圈、前引导、出水孔、阴极主体及后

引导等部分组成。 （3）电解去毛刺

电解去毛刺是电解加工技术应用的又一个方面。图3-28为电解去小孔毛刺的原理图，它以工件为阳极，工具电极为阴极。电解液流过工件上的毛刺与工具阴极之间的狭小间隙（0.3～1 mm）时，在直流电压的作用下，工件的尖角、棱边处的电流密度最大，使毛刺迅速被溶解去除，棱边也可获得倒圆。工件上的其余部分有绝缘层屏蔽保护，不会因为电解作用而破坏原有精度。 （4）电解磨削

电解磨削是靠阳极金属的电化学溶解（占95%～98%）和机械磨削作用（占2%～5%）相结合的复合加工方法。

电解磨削克服了电解加工精度不高的弱点，集中了电解加工和机械磨削的优点。其加工精度平均为0.02 mm，最高可达0.001 mm，表面粗糙度Ra值平均为0.8µm，最高可达0.02µm；其磨削效率一般高于机械磨削，而砂轮的损耗远比机械磨削小。

电解磨削适合于磨削高强度、高硬度、热敏性和磁性材料，如硬质合金、高速钢、不锈钢、钛合金、镍基合金等。在生产中已用来磨削各种硬质合金刀具、量具、涡轮叶片棒头、蜂窝结构件、轧辊、挤压与拉丝模等，并且应用范围正在日益扩大。

（5）电解抛光

电解抛光是利用不锈钢在电解液中的选择性阳极溶解而达到抛光和清洁表面目的的一种电化学表面处理方法。其作为一种表面处理方法，具有以下突出优点：

①极大提高表面耐蚀性。由于电解抛光对元素的选择性溶出，使得表面生成一层致密坚固的富铬固体透明膜，并形成等电势表面，从而消除和减轻微电池腐蚀。

②电解抛光后的微观表面比机械抛光的更平滑，反光率更高。这使得设备不粘壁、不挂料、易清洗，达到GMP和FDA规范要求。

③电解抛光不受工件尺寸和形状的限制。对不宜进行机械抛光的工件可实施电化学抛光，例如细长管内壁、弯头、螺栓、螺母和容器内外壁。

3-15 超声加工工艺特点及应用。

超声加工（简称USM）也称超声波加工，是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。

工艺特点

（1）适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料，如玻璃、宝石、陶瓷、金刚石及各种半导体材料。

（2）由于去除加工材料是靠极小磨粒瞬时局部的撞击作用， 故工件表面的宏观切削力很小， 切削应力、切削热很小， 不会引起变形及烧伤， 避免了被加工工件的物理和化学性能的变化， 表面粗糙度也较好， 可达Ra1～0.1 mm， 加工精度可达0.01～0.02 mm， 而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件。

（3）由于工具可用较软的材料， 做出较复杂的形状， 故不需要使工具和工件作比较复杂的相对运动，因此超声加工机床的结构一般比较简单， 只需一个方向轻压进给， 操作、维修方便。

（4）超声加工的生产率较低。对导电材料的加工效率远不如电火花与电解加工；对软质、反弹性大的材料，加工较为困难。

超声加工的应用：

工业上超声应用可以分为加工应用和非加工应用两大类。加工应用包括传统的超声加工(USM )、金刚石工具超声旋转加工(RUM)和各种超声复合加工等。非加工应用包括：清洗、塑料焊接、金属焊接、超声分散、化学处理、塑料金属成形和无损检测等。表3-7列出了超声的工业应用。

（1）深小孔加工

与加工一般的轴或平面比较，在相同的要求及加工条件下，加工孔要复杂得多。一般来说，加工孔的工具长度总是大于孔的直径，在切削力的作用下易产生变形，从而影响加工质量和加工效率。特别是对难加工材料的深孔钻削来说，会出现很多问题。如切削液很难进入切削区，造成切削温度高；刀刃磨损快，产生积屑瘤，排屑困难，切削力增大等问题。采用超声加工则可有效解决上述问题。

（2）硬脆材料加工

陶瓷材料，因具有高硬度、耐磨损、耐高温、化学稳定性好、不易氧化、耐腐蚀等优点而被广泛使用。然而，由于工程陶瓷等硬脆材料具有极高的硬度和脆性，其成形加工十分困难，特别是成形孔的加工尤为困难，严重阻碍了材料的应用推广。可采用超声旋转加工、超声分层铣削加工解决上述问题。

（3）超声复合加工

超声加工与传统机械加工或特种加工方法相结合，就形成了各种超声复合加工工艺，如超声车削、超声磨削、超声钻孔、超声螺纹加工、超声研磨抛光、超声电火花复合加工等。超声复合加工方式适用于陶瓷材料的加工，它强化了原加工过程，其加工效率随着材料脆性的增大而提高，实现了低耗高效的目标，加工质量也能得到不同程度的改善。

（4）超声磨削加工

超声磨削是利用超声振动和砂轮磨削的复合作用来形成加工表面。优点是加工效率高，缺点是加工变质层较深。已有研究表明：当磨削深度小于某临界值时，工程陶瓷的去除机理与金属磨削相似，工件材料在磨刃的作用下通过塑性流动形成切屑，避免较深变质层的形成，塑性磨削可获得Ra<0.01μm的良好镜面。

3-16 试说明离子束刻蚀的加工方法及应用。

1、加工原理

离子束加工是在真空条件下将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后，打到工件表面以实现去除加工（图3-33）。与电子束等加工方法不同的是，电子束加工是靠动能转化为热能来进行加工的，而离子束加工是靠微观的机械撞击动能。离子带正电荷，其质量比电子大干、万倍，最小的氢离子，其质量是电子质量的1840倍，氩离子的质量是电子质量的7.2万倍。由于离子的质量大，故在同样的电场中加速较慢，速度较低，但是，一旦加速到高速度时，离子束比电子束具有大得多的冲击能量。离子撞击工件材料时，可将工件表面的原子一个一个打击出去，从而实现对工件的加工。

2、离子束加工的应用 （1）离子溅射

如果将离子加速到几十～几千电子伏时，即可用于离子溅射加工。离子溅射沉积和离子镀膜原理相同，即用离子轰击靶材，将靶材上的原子击出，沉积在靶材附近的工件上，使工件表面镀上一层薄膜。离子镀膜时同时轰击工件表面，以增加靶（膜）材与工件表面的结合力。离子膜加工已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等，用离子镀膜在切削工具表面镀渗氮钛、渗碳钛等超硬层，可提高刀具的耐用度。用离子镀膜还可显著提高模具的使用寿命。

（2）离子刻蚀 又称离子铣削。如果将离子加速到一万～几万电子伏，且离子入射方向与被加工表面成25～30时，离子可将工件表面的原子或分子逐个撞击出去，实现离子铣削、离子蚀刻或离子抛光等。离子束刻蚀已用于加工陀螺仪气动轴承（碳化硼、钛合金和钢结硬质合金等材料）的异形沟槽、非球面透镜及刻蚀集成电路等微电子器件亚微米图形，还用来制作集成光路中的光栅和波导、薄石英晶体振荡器和压电传感器等。

（3）离子注入

如果将离子加速到几十万电子伏或更高时，离子可穿入被加工材料内部，从而达到改变材料化学成分的目的。离子注入在半导体方面的应用很普遍，如将硼、磷等“杂质”离子注入半导体，用以改变导电形式（P型或N型）和制造P—N结。也可用此法制造一些用热扩散难以获得的各种特殊要求的半导体器件。因此，离子束加工已成为制造半导体器件和大面积集成电路的重要手段。

3-17 LIGA技术加工工艺及主要应用对象是哪些？

LIGA 是光刻（Lithografie）、电铸（Galvanoformung）、模铸（Abformung）的缩写，主要包括三个工艺：深层同步辐射软X射线光刻、电铸成型及铸塑。其特点是能制作高径比很大的塑料、金属、陶瓷的三维微结构，广泛应用于微型机械、微光学器件制作、装配和内连技术、光纤技术、微传感技术、医学和生物工程方面。从而成为MEMS极其重要的一种微制造技术。

3-18 微机械加工中的关键技术？

与传统机械相比，微机械在许多方面都具有自身特色，这是因为在微小尺寸和微小尺度

空间内，许多宏观状态下的物理量和机械量都发生了变化，并在微观领域状态下呈现出特有规律，由此决定了微机械具有自身特有的理论基础。目前微机械加工中的主要关键技术有以下几项：

(1) 微系统建模技术 微小型化的尺寸效应和微小型理论基础研究是设计研究不可缺少的课题，如力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等。

(2) 微细加工技术 主要指高深度比多层微结构的硅表面加工和体加工技术，利用X射线光刻、电铸加工技术、微电火花加工、能量束加工等。

(3) 微型机械组装和封装技术 主要指材料的粘接、硅玻璃静电封接、硅键合技术和自对准组装技术，具有三维可动部件的封装技术和真空封装技术。

(4) 自组织成形工艺 模仿生物的生长发育过程让材料通过自组织作用，自动生长成为所要求形状以超分子的自组织实验模拟生物自组织生长过程制备三维网格，并以生物酶对之进行加工和修饰；并可对形状和尺寸进行控制的方法。

4-1 试论述制造自动化技术的内涵及关键技术。 制造自动化技术是制造业的关键技术，对制造业的发展具有非常重要的作用。制造自动化概念是一个动态发展的过程。20世纪初对制造自动化的理解或者说制造自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，制造自动化的概念已扩展为不仅包括用机器（包括计算机）代替人的体力劳动和脑力劳动，而且还包括人和机器及制造过程的控制、管理和协调优化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。

实现21世纪制造自动化所涉及的关键技术主要有：

1．集成化技术。在过去制造系统中仅强调信息的集成，这是不够的。现在更强调技术、人和管理的集成。在开发制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成、资源集成、过程集成、技术集成及人员集成。

2．智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持用户到产品报废等）各个环节智能化，实现生产过程（包括组织、管理、计划、调度、控制等）各个环节的智能化、并实现人与制造系统的融合及人的智能的充分发挥。

3．网络技术。网络技术包括硬件与软件的实现。各种通信协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。

4．分布式并行处理技术。该技术实现制造系统中各种问题的协同求解，获得系统的全局最优解，进而实现系统的最优决策。

5．多学科、多功能综合产品开发技术。机电产品的开发设计不仅涉及到机械科学的理论与知识而且还涉及到电磁学、光学、控制理论等。不仅要考虑技术因素，还必须考虑到经济、心理、环境、人文及社会等方面因素。机电产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求机电产品动静特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。

6．虚拟现实技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机仿真技术，实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真，采用多种介质来存储、表达、处理多种信息，融文字、语音、图像、动画于一体，给人一种真实感及身临其境感。

7．人一机一环境系统技术。将人、机器和环境作为一个系统来研究，发挥系统的最佳效益。研究的重点是：人机环境的体系结构及集成技术、人在系统中的作用及发挥、人机柔性交互技术、人机智能接口技术、清洁制造等。这些主要关键技术体现了21世纪制造技术对

CAD／CAM集成系统的要求，表达了CAD／CAM集成发展的方向。

4-2 加工中心根据其加工范围可以分为哪几类？它们与普通的数控机床的最大区别是什么？

数控加工中心按主轴的方向可分为立式和卧式两种，立式加工中心的主轴是垂直的，主要用于精密加工，适合复杂型腔的加工。卧式加工中心的主轴是水平的，一般具有回转工作台，可进行四面或五面加工，特别适合于箱体零件的加工。除此之外，还有用于精密加工的门形构造加工中心。

按工艺用途可分为镗铣加工中心、车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。加工中心按主轴在加工时的空间位置可分为立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）加工中心。

在实际应用中，以加工棱柱体类工件为主的镗铣加工中心和以加工回转体类工件为主的车削加工中心最为多见。由于镗铣加工中心（1958年由美国KM公司在数控铣床上加刀库）最早出现，且名为加工中心（Machining Center），所以习惯上常把“镗铣加工中心”称为“加工中心”。

它们与普通的数控机床的最大区别是：数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称为自动换刀数控机床，其特点是工序集中和自动化程度高，能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行加工，可减少工件装夹次数，避免工件多次定位所产生的累积误差，节省辅助时间，实现高质、高效加工。

4-3 试论述工业机器人的相关单元技术、分类及性能特征。

相关单元技术：工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等几个部分组成。

（1）执行机构 执行机构是一种具有和人手相似的动作功能，可在空间抓放物体或执行其它操作的机械装置，通常包括如下的一些部件：

手部：又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具。此外，在手部安装的某些专用工具，如：焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧紧器等，可视为专用的特殊手部。

腕部：是联接手部和手臂的部件，用以调整手部的姿态和方位。 手臂：是支承手腕和手部的部件，由动力关节和连杆组成。用以承受工件或工具的负荷，改变工件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置。

机座：包括立柱，是整个工业机器人的基础部件，起着支承和联接的作用。

（2）控制系统 控制系统是机器人的大脑，支配着机器人按规定的程序运动，并记忆人们给予的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度等），同时按其控制系统的信息对执行机构发出执行指令。

（3）驱动系统 驱动系统是按照控制系统发来的控制指令进行信息放大，驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压、气压、电气和机械等四种传动形式。

（4）位置检测装置通过力、位置、触觉、视觉等传感器检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便使执行机构以一定的精度达到设定的位置。

工业机器人的分类： （1）按系统功能分类

①专用机器人：在固定地点以固定程序工作的机器人，其结构简单、无独立控制系统、造价低廉，如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。

②通用机器人：具有独立控制系统，通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。其结构复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。

③示教再现式机器人：具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。

④智能机器人：采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等多种感觉功能和识别功能机器人，通过比较和识别，自主做出决策和规划，自动进行信息反馈．完成预定的动作。

（2）按驱动方式分类 ①气压传动机器人：以压缩空气作为动力源驱动执行机构运动的机器人，具有动作迅速、结构简单、成本低廉的特点，适用于高速轻载、高温和粉尘大的环境作业。

②液压传动机器人：采用液压元器件驱动，具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏的特点，适用于重或低速驱动场合。

③电气传动机器人：用交流或直流伺服电动机驱动的机器人，不需要中间转换机构，机械结构简单、响应速度快、控制精度高，是近年来常用的机器人传动结构。

（3）按结构形式分类

①直角坐标机器人：由三个相互正交的平移坐标轴组成（图4—12a），可沿三个直角坐标移动，各个坐标轴运动独立，具有控制简单、定位精度高的特点。

②圆柱坐标机器人；由支柱和一个安装在立柱上的水平臂组成，其立柱安装在回转机座上，水平臂可以自由伸缩，并可沿立柱上下移动。该类机器人具有一个旋转轴和两个平移轴（图4—12b）。

③球坐标机器人：由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成，具有两个旋转轴和一个平移轴（图4—12c）。可伸缩摇臂的运动结构与坦克的转塔类似，可实现旋转和俯仰运动。

④关节机器人：关节机器人的运动类似人的手臂，由大小两臂和立柱等机构组成。大小臂之间用铰链联接形成肘关节，大臂和立柱联接形成肩关节，可实现三个方向旋转运动（图4—12d）。它能抓取靠近底座的物件，也能绕过机体和目标间的障碍物去抓取物件，具有较高的运动速度和极好的灵活性，成为最通用的机器人。

（4）按执行机构运动的控制机能分类 可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

工业机器人的性能特征：

工业机器人的性能特征影响着机器人的工作效率相可靠性，在机器人设计和选用时应考虑如下几个性能指标：

（1）自由度 自由度是衡量机器人技术水平的主要指标。所谓自由度是指运动件相对于固定坐标系所具有的独立运动。每个自由度需要一个伺服轴进行驱动，因而自由度数越高，机器人可以完成的动作越复杂，通用性越强，应用范围也越广，但相应地带来的技术难度也越大。一般情况下，通用工业机器人有3—6个自由度。

（2）工作空间 是指机器人应用手爪进行工作的空间范围。机器人的工作空间取决于机器人的结构形式和每个关节的运动范围。如图4-12a、b、c、d分别为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人、关节机器人的工作空间，而直角坐标机器人的工作空间则是一个矩形空间。圆柱坐标机器人的工作空间是一圆柱体，而球坐标机器人是一球体。所以，工作空间是选用机器人时应考虑的一个重要因素。

（3）提取重力 机器人提取的重力反映其负载能力的一个参数，根据提取重力的不同，可将机器人大致分为：①微型机器人，提取重力在10N以下；②小型机器人，提取重力为10~50N；③中型机器人，提取重力50~300N；④大型机器人，提取重力为300~500N；⑤重型机器人，提取重力为在500N以上。目前实际应用机器人一般为中小型机器人。

（4）运动速度 运动速度影响机器人的工作效率，它与机器人所提取的重力和位置精

度均有密切的关系。运动速度高，机器人所承受的动载荷增大，必将承受着加减速时较大的惯性力，影响机器人的工作平稳性和位置精度。就目前的技术水平而言，通用机器人的最大直线运动速度大多在1000mm／s以下。

（5）位置精度 是衡量机器人工作质量的又一技术指标。位置精度的高低取决于位置控制方式以及机器人运动部件本身的精度和刚度，此外还与提取重力和运动速度等因素有密切的关系。

4-4 叙述CAPP的定义及其分类。

CAPP是计算机辅助工艺(Computer Aided Process Planning) 简称，是指利用计算机技术实现工艺过程设计自动化。一般认为CAPP系统的功能包括毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定和工时定额计算。在CIMS中，CAPP起的作用就是将加工过程变为实际的工艺过程和工艺参数描述，并能将加工过程表示成实际的工序图描述。

CAPP系统分类：

目前，国内外商品化的CAPP系统可分为以下几种： （1）基于智能化和专家系统思想开发的CAPP系统。其特点是片面强调工艺设计的完全自动化，忽略人在工艺决策中的作用。

（2）基于低端数据库（FoxPro等）开发的CAPP系统。这种CAPP系统所处理的数据和生成的数据必须都是基于数据库的，但因为开发技术所限，很难做到“所见所得”，不是交互式设计方式。工艺卡片的生成是由程序来完成或是在CAD中生成，系统的实用性较差。

（3）基于AutoCAD或自主图形平台开发的CAPP系统。采用CAD技术开发了一些CAPP系统，它解决了实用性问题，但却忽视了最根本的问题：工艺是以相关的数据为对象的，而不是以卡片为对象的。此类CAPP是基于文件系统CAD技术开发的，特别是自主CAD平台软件，文件格式采用了非标准的自定义格式，信息的交换存在较大的问题。

（4）完全基于数据库，采用交互式设计方式、注重数据的管理与集成的综合式平台类CAPP系统。此类系统集中了第2、第3两种系统的优点，是国内外CAPP学者公认的最佳开发模式，同时满足了特定企业、特定专业的智能化专家系统的二次开发的需要。

4-5 简述数控编程程序编制的方法。

用普通机床加工零件，事先需要根据生产计划和零件图纸的要求编制工艺规程，其中包括确定工艺路线、选择加工机床、设计零件装夹方式、计算工序尺寸和规定切削用量等。应用数控机床加工时，大体也要经历这些步骤。这时的工作流程可以简略地用图4-16表示。

图4- 16数控编程的步骤

图中数控编程的内容与步骤如下。

（1）分析零件图样，进行工艺处理

编程人员首先要对零件的图纸及技术要求进行详细的分析，考虑数控机床使用的合理性及经济性，从而选择合适的加工设备，然后确定加工方案、加工工艺过程、设计装夹方式、

确定加工路线、合理选择刀具等。

（2）数学处理

根据零件的几何形状，确定走刀路线及数控系统的功能，计算出刀具运动轨迹的坐标数据，得到刀位数据文件。例如，对于由直线、圆弧组成的简单平面零件，只需计算出零件轮廓的相邻几何元素的交点或切点的坐标值，得到各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值即可。

（3）编写零件加工程序

完成上述工艺处理及数值计算后，即按照数控机床规定的程序格式和编程指令将加工工序及可走刀路线数据编写成相应的程序段。

（4）控制介质及输入程序

将程序单上的内容记录在控制介质上，如穿孔纸带、磁带和软盘，作为数控机床的输入信息。现在也可通过控制面板或直接通讯的方法将程序输入数控系统中。

（5）程序校验及试切

上述所编程序和穿孔带必须经过校核和试切，确认无误后才能进行正式加工。一般的校核方法是将程序输送给机床进行空运转画图检查，检查机床运动轨迹与动作的正确性。若在具有图形显示屏幕的数控机床上，可用显示走刀轨迹或模拟刀具和工件的切削过程的方法进行检查。对于复杂的空间零件，则需要使用石蜡、木材进行试切，检查程序与加工精度是否正确。现在随着数控加工技术的不断发展，可采用先进的数控仿真系统，对数控加工程序进行检验。

4-6 试论述图形交互式编程原理及其特点。

计算机辅助图形自动编程是近几年发展起来的新型自动编程方法。利用CAD软件的图形编辑功能，将零件图绘制到计算机上，其几何形状数据储存在数据库中。然后调用数控编程模块，通过人机对话的方式选刀具、走刀路径以及工艺参数之后，计算机便可自动进行必要的数学处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态地显示出刀具的加工轨迹。这种方法的优点是零件的几何数据已经在CAD中建立，省去了像APT自动编程时人工编写零件源程序的工作，避免了数据重复输入引起的错误。此外，零件能在各种角度下进行屏幕显示、放大，还可以显示刀具的运动轨迹，用剖切面来检查加工情况以便检查程序中的错误。采用交互式数控编程比用高级语言自动编程大大提高了数控编程的效率，对降低成本、缩短生产周期有明显效果。因此，计算机辅助图形自动编程已经成为目前国内外先进的CAD／CAE／CAM软件所普遍采用的数控编程方法。

4-7 试论述CAD／CAPP／CAM各自的功能及集成的必要性。

CAD/CAPP/CAM系统是现代制造技术的方向， 经过集成后的CAD/CAM的产品生产过程如图4-20所示。纵观国内外CAD/CAPP/CAM集成技术的研究及其今后的发展，可以将CAD/CAPP/CAM集成系统分为三种类型即传统、并行工程环境中和虚拟现实环境中的集成系统。

图4- 20产品生产过程及CAD/CAM过程链

①传统的集成系统只注重CAPP输入数据直接从CAD零件数据中提取，而NC自动编程及其它CAM所需数据直接从CAPP和CAD数据库中获得。显然集成结果减少了许多中间输入环节，提高了效率。

②并行工程强调产品和制造过程同步设计，在此过程中产品设计中制造性不好的部分及时地反馈给设计者并得以及时修改，这样做能大大减少返工，因而从整体上优化产品设计，更有利于缩短产品研制周期，提高产品质量和降低成本。

③虚拟产品开发是将虚拟现实建模和仿真技术应用于原型产品开发，虚拟技术的基本特征是沉浸、交互和想象，将它应用于产品开发，主要指标是逼真现实世界。它实际上是并行工程CAD/CAPP/CAM集成系统上增加了虚拟现实可视化仿真，使产品和制造过程等设计人员在一个沉浸逼真的氛围中完成各种过程设计。由于虚拟技术依赖于高性能的计算机设备及软件，因此目前只有汽车等少数行业得以应用，但它是设计制造一体化的发展方向。

长期以来，CAD、CAPP、CAM各系统中所用的语言、数据库结构、数据调用方式不相同，系统间缺少统一的数据接口，使得CAD、CAPP、CAM各个系统都是独立环境下的开发的“自动化孤岛”。为了解决CIMS环境下的信息集成，必须在CAD、CAPP、CAM之间制定数据交换标准，便于实现系统间的数据通讯。而就CAD/CAPP/CAM集成系统来说，主要指CAD/CAPP间以及CAPP/CAM间的信息集成。

4-8 试论述柔性制造系统的组成及其物流控制系统的组成。

柔性制造系统（FMS）可概括为由以下三个部分组成：多工位的数控加工系统，自动化的物料贮运系统和计算机控制的信息系统。

1．加工系统

加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。通常由若干台对工件进行加工的CNC机床和所使用的刀具构成，是FMS的基本制造单元。

2．物流系统

在FMS中工件、工具流统称物流，物流系统即物料贮运系统，是柔性制造系统的一个重要组成部分。一个工件从毛坯到成品的整个生产过程中，只有相当小的一部分时间是在机床上进行切削加工，大部分时间都是消耗于物料的贮运过程中。合理地选择物料贮运系统，可以大大减少物料的运送时间，提高整个制造系统的柔性和效率。

物流系统一般由三个部分组成：

(1)输送系统建立各个加工设备之间的自动化联系。

(2)贮运系统具有自动存取机能，用于调节加工节拍的差异。

(3)操作系统建立加工系统同物流系统和贮运系统之间的自动化联系。

FMS中物料输送系统与传统的自动化生产线或流水线不同，FMS的工件输送系统可以不按固定的节拍强迫运送工件，工件的传输也没有固定的顺序，甚至可以是几种工件混杂在一起输送，而且工件输送系统都处于可以进行随机调度的工作状态。

FMS的物料贮运系统一般包含工件装卸站、托盘缓冲站、物料运送装置、中央刀具库、无人运输小车、输送带、搬运机器人和自动化仓库几个部分，主要用来执行工件、刀具、托盘以及其它辅助设备与材料的装卸运输和贮运工作。

3．信息系统

信息系统包括过程控制和过程监控两个系统，其功能分别为：过程控制系统进行加工系统及物流系统的自动控制；过程监控进行在线状态数据的自动采集和处理。信息系统的核心是一个分布式数据库管理系统和控制系统，整个系统采用分级控制结构，即FMS中的信息由多级计算机进行处理和控制，其主要任务是：组织和指挥制造流程，并对制造流程进行控制和监视；向FMS的加工系统、物流系统（贮存系统、输送系统及操作系统）提供全部控制信

息并进行过程监视，反馈各种在线检测数据，以便修正控制信息，保证安全运行。

FMS的工作过程可以这样来描述：柔性制造系统接收到上一级控制系统的有关生产计划信息和技术信息后，由其信息系统进行数据信息的处理、分配并按照所给的程序对物流系统进行控制。

物料库和夹具库根据生产的品种及调度计划信息提供相应品种的毛坯，选出加工所需要的夹具。毛坯的随行夹具由输送系统送出，工业机器人或自动装卸机按照信息系统的指令和工件及夹具的编码信息，自动识别和选择所装卸的工件及夹具，并将其安装到相应的机床上。

机床的加工程序识别装置根据送来的工件及加工程序编码，选择加工所需的加工程序，并进行检验。全部加工完毕后，由装卸及运输系统送入成品库，同时把加工质量、数量信息送到监视和记录装置，随行夹具被送回夹具库。

当需要改变加工产品时，只要改变传输给信息系统的生产计划信息、技术信息和加工程序，整个系统即能迅速、自动地按照新的要求来完成新的产品的加工。

中央计算机控制系统中物料的循环，执行进度安排、调度和传送协调等功能。它不断地收集每个工位上的统计数据和其它制造信息，以便做出系统的控制决策。FMS是在加工自动化的基础上实现物流和信息流的自动化，其“柔性”是指生产组织形式和自动化制造设备对加工任务（工件）的适应性。

4-9 CIMS系统的定义是什么？它由哪几部分功能组成？

计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，简称CIMS)，是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它借助于计算机的硬件、软件技术，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，对企业的生产作业、管理、计划、调度、经营、销售等整个生产过程中的信息进行统一处理，并对分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统的功能进行有机地集成，并优化运行，从而缩短产品开发周期、提高质量、降低成本，进而提高企业的柔性、健壮性和敏捷性，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。它是工厂自动化的发展方向，未来制造业工厂的模式，是当代生产自动化领域的前沿学科，也是集中多种高新技术为一体的现代化制造技术。

CIMS一般可划分为4个功能分系统和2个支撑分系统，它们分别是:工程设计自动化分系统、制造自动化分系统、管理信息分系统、质量保证分系统以及计算机网络支撑分系统和数据库支撑分系统。

工程设计自动化分系统包括产品设计、工程分析、工艺设计、工装设计、数控编程等子系统，它们不仅能支持产品的各项设计活动，也应支持新产品的研究、设计等。工程设计自动化分系统一般主要指CAD/CAPP/CAM。

制造自动化分系统支持制造现场(车间)的各种活动，包括车间管理、单元调度、工作站及设备的控制；人、财、物的管理等。它不仅包括各种自动化设备和系统，也包括人参与的半自动化系统，甚至手工操作的设备。

管理信息分系统包括经营计划、销售管理、财务成本管理、生产管理、物料管理、设备管理、人事管理、质量管理等子系统。

根据企业的需要将企业内各种质量保证功能集成起来，构成质量保证分系统。 计算机支撑环境主要包括计算机网络支撑分系统和数据库支撑分系统，也可包括支持系统集成运行的集成平台，如位能器、集成框架等。

4-10 什么是智能制造系统？

智能制造技术(IMT)是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科相互渗透、相互交织而形成的一门综合技术。其具体涵义是指在制造工业的各个环节以一种高度柔性与

高度集成的方式，通过计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动；并对人类专家的制造智能进行收集、存贮、完善、共享、继承与发展。

4-11 简述虚拟制造技术分类。 一般来说，虚拟制造的研究都与特定的应用环境和对象相联系，由于应用的不同要求而存在不同的侧重点，Lawrence协会根据虚拟制造应用的范围不同，将虚拟制造分成三类，即以设计为中心的虚拟制造技术(Design-centered VM)，以生产为中心的虚拟制造技术(Production-centered VM)和以控制为中心的虚拟制造技术(Control-centered VM)。

(1)以设计为中心的虚拟制造技术

以设计为中心的虚拟制造技术把制造信息引入到设计全过程，利用仿真技术来优化产品设计，从而在设计阶段就可以对所设计的零件甚至产品整体进行可制造性分析，以及预测产品性能、报价和成本。它的主要目的是优化产品设计及工艺过程，它主要是解决“设计出来的产品是怎样”的问题。

(2)以生产为中心的虚拟制造技术

以生产为中心的虚拟制造技术是在生产过程模型中融入仿真技术，以此来评估和优化生产过程，以更低费用、快速的评价不同的工艺方案、资源需求规划、生产计划等，其主要目标是评价可生产性。主要是解决“这样组织生产是否合理”的问题。

(3)以控制为中心的虚拟制造技术

以控制为中心的虚拟制造的核心思想是：通过对制造设备和制造过程进行仿真，建立虚拟的制造单元，对各种制造单元的控制策略和制造设备的控制策略进行评估，从而实现车间级的基于仿真的最优控制。单元控制器根据制造需求规划和调度若干个工件在本制造单元的加工工序和各工序的顺序、加工时间等，而每个制造设备的控制器只规划和调度工件在本台设备上的加工顺序、加工代码等。总之，它主要是解决“这样控制是否合理、是否最优”的问题。

5-1 MRPⅡ的系统特点。

MRPⅡ系统的特点反映了企业在管理模式和行为的变革，主要有以下几个方面：

(1) 实现了整个企业的系统管理。MRPⅡ系统是一个系统工程，它把企业所有与生产经营直接相关部门的工作联成一个整体，每个部门都从系统整体出发做好本岗位工作，各部门信息共享，分工明确而又相互配合。

(2) 数据共享性。MRPⅡ中企业各部门都依据同一数据库的信息进行管理，任何一种数据变动都能及时地反映给所有部门，做到数据共享(如图5-4所示)，在统一数据库支持下按照规范化的处理程序进行管理和决策，改变过去那种信息不同、情况不明、相互矛盾的现象。

(3) 管理决策支持。这一特点体现在模拟预见性和动态应变性。模拟预见性是指可以利用MRPⅡ系统中的数据和建立的模型，分析某种方案或是决策的可能结果，为决策提供依据。动态应变性是指MRPⅡ系统的实时跟踪与反馈功能，使管理人员随时掌握内、外部环境的变化，做出敏捷的反映。

(4) 计划的一贯性和可行性。MRPⅡ系统是一种计划主导型的管理模式，计划层次从宏观到微观逐层细化，但始终保持与企业经营战略目标一致。“一个计划(one plan)”是MRPⅡ系统的原则精神，它把通常的三级计划管理统一起来，编制计划集中在厂级职能部门，车间班组只是执行计划、调度和反馈信息。计划下达前反复进行能力平衡，并根据反馈信息及时调整，处理好供需矛盾，保证计划的一贯性和可行性。

(5) 生产运作系统与财务系统的统一。财务部门可以及时掌握并分析企业的财务状况，

指导生产部门有效的控制成本。同时生产部门可以参与决策，努力消除浪费和节约成本。

5-2 ERP有哪些功能模块？ 1、财务管理模块

企业中，清晰分明的财务管理是极其重要的。所以，在ERP整个方案中它是不可或缺的一部分。ERP中的财务模块与一般的财务软件不同，作为ERP系统中的一部分，它和系统的其它模块有相应的接口，能够相互集成，比如：它可将由生产活动、采购活动输入的信息自动计入财务模块生成总账、会计报表，取消了输入凭证繁琐的过程，几乎完全替代以往传统的手工操作。

一般的ERP软件的财务部分分为会计核算与财务管理两大块。会计核算主要是记录、核算、反映和分析资金在企业经济活动中的变动过程及其结果。它由总账、应收账、应付帐、现金、固定资产、多币制等部分构成。财务管理的功能主要是基于会计核算的数据，再加以分析，从而进行相应的预测、管理和控制活动。它侧重于财务计划、控制、分析和预测。

2、生产控制管理模块

这一部分是ERP系统的核心所在，它将企业的整个生产过程有机的结合在一起，使得企业能够有效的降低库存，提高效率。同时各个原本分散的生产流程的自动连接，也使得生产流程能够前后连贯的进行，而不会出现生产脱节，耽误生产交货时间。

生产控制管理是一个以计划为导向的先进的生产、管理方法。首先，企业确定它的一个总生产计划，再经过系统层层细分后，下达到各部门去执行。即生产部门以此生产，采购部门按此采购等。

3、物流管理模块 （1）分销管理

销售的管理是从产品的销售计划开始，对其销售产品、销售地区、销售客户各种信息的管理和统计，并可对销售数量、金额、利润、绩效、客户服务做出全面的分析，这样在分销管理模块中大致有三方面的功能：对于客户信息的管理和服务；对于销售订单的管理；对于销售的统计与分析。 （2）库存控制

用来控制存储物料的数量，以保证稳定的物流支持正常的生产，但又最小限度的占用资本。它是一种相关的、动态的、及真实的库存控制系统。它能够结合、满足相关部门的需求，随时间变化动态地调整库存，精确的反映库存现状。 （3）采购管理

确定合理的定货量、优秀的供应商和保持最佳的安全储备。能够随时提供定购、验收的信息，跟踪和催促对外购或委外加工的物料，保证货物及时到达。建立供应商的档案，用最新的成本信息来调整库存的成本。

3、 人力资源管理模块

以往的ERP系统基本上都是以生产制造及销售过程（供应链）为中心的。因此，长期以来一直把与制造资源有关的资源作为企业的核心资源来进行管理。但近年来，企业内部的人力资源，开始越来越受到企业的关注，被视为企业的资源之本。在这种情况下，人力资源管理，作为一个独立的模块，被加入到了ERP的系统中来，和ERP中的财务、生产系统组成了一个高效的、具有高度集成性的企业资源系统。它与传统方式下的人事管理有着根本的不同。包括：人力资源规划的辅助决策、招聘管理、工资核算、差旅核算。

5-3 简述PDM的主要功能。

PDM宏观管理与控制产品整个生命周期内所有与产品相关的信息和过程。PDM包含多项

功能，从用户的角度来看，PDM系统应该具有电子仓库存储功能、文档管理、产品结构与配置管理、项目管理、分类与检索功能等主要功能。

1、电子仓库存储功能

电子仓库是PDM的核心，是存储文档的地方，一般是建立在关系型数据库的基础上，目的是为了保证数据的安全性和完整性，并支持各种查询与检索功能。电子仓库通过权限来保证产品数据的安全性，可以方便地管理档案以及数据库资料的版本与权限，以面向对象的数据组织形式提供快速有效的信息访问，实现信息透明、过程透明，而不必关心数据具体存放在何处、应用软件的运行路径等信息。电子仓库的安全机制可以帮助管理员定义不同的角色并赋予这些角色不同的对文档的访问权限。

2、文档管理

PDM系统中的文档管理取代了人工方式的档案管理，使用户方便、快捷、安全地存取、维护及处理各种有关文档，包括在设计阶段产生的AutoCAD图纸文件、3D实体模型、CAE的分析报告、制造阶段可能产生的变更单、安全标准等，都是文档管理的对象。PDM把管理的所有文档分为五种类型进行管理：①图形文件：各种不同的CAD软件产生的描述产品几何图形的文件；②文本文件：描述产品或零部件性能的文件：③数据文件：优化零部件设计，进行各种有限元分析、机构运动模拟、试验测试报告等数据文件；④表格文件：包括有关产品或零部件的定义信息和结构关联信息；⑤多媒体文件：生动反映了产品的性能指标、生产过程、维修指南等产品信息的图像照片、影音文件等。

3、产品结构与配置管理

产品结构与配置管理提供在产品整个生命周期内建立和管理产品的定义和结构的功能，它是PDM体系结构中重要的组成部分。为了实现产品结构管理，首先要创建产品零件结构树，它是由产品装配系统图、产品零部件明细表产生，并用树状方式进行描述，树中的各个节点分别表示部件或者组件，叶节点表示零件。这种图示方式反映了组成产品的各个零部件之间的层次关系。图5-9形象地表达了产品电脑雕刻机X3025的层次关系。产品配置是指按照产品结构及版本号等信息对产品数据进行组织的过程，是建立在产品结构管理的基础之上的一项管理功能。

产品结构与配置管理的基本功能主要包括：①物料清单(Bill of Material，BOM)的创建、修改、版本控制和多视图管理；②对产品结构的图示化浏览与查询；③支持对产品文档的查询；④与MRP、ERP等系统集成。

4、项目管理

项目管理属于PDM系统中非常重要的一个组成部分，不同的PDM软件中项目管理功能的强弱也不尽相同。一般情况下，项目管理应该能够实现创建新项目、删除项目、监控项目执行情况等功能。项目完成是以任务树的完成为标志的，每一个树结点是一个任务，每一个任务可以有若干个文档任务组成，并且有项目组的成员负责完成。

4、 分类与检索功能

为了很好地建立、使用和维护数据，PDM系统提供了方便快捷的分类与检索功能。分类管理是将全厂生产的所有零件按照它们设计和工艺上的相似性进行分类，形成零件族。每一个零件族中的零件具有相似的设计或制造特性，为提高单件小批量生产的经济效益开辟了新途径。常见的分类技术有：使用智能化的零件序号、成组技术、检索技术、零件建库技术等。零件分类并不是最终目标，通过零件分类，能够将借助于分类方法检索到的对象直接作用于产品开发的各个阶段，从而加快了产品形成的速度。经验表明，如果一个设计师可以很轻易地找到类似或标准的零部件，他将会更倾向于重复使用过去的设计去做设计变更，从而加快了产品开发的速度与效率。

5-4 准时生产的基本思想是什么？

准时生产方式基本思想可概括为“在需要的时候，按需要的量生产所需的产品”，也就是通过生产的计划和控制及库存管理，追求一种无库存，或库存达到最小的生产系统。开发了包括“看板”在内的一系列具体方法，并逐渐形成了一套独具特色的生产经营体系。

5-5 试述精益生产的特点和体系结构。 精益生产的特点：

1、拉动式准时化生产，以最终用户的需求为生产起点。强调物流平衡，追求零库存，要求上一道工序加工完的零件立即可以进入下一道工序。组织生产线依靠一种称为看板（Kanban）的形式，即由看板传递下道向上道需求的信息。生产中的节拍可由人工干预、控制，但重在保证生产中的物流平衡（对于每一道工序来说，即为保证对后道工序供应的准时化）。由于采用拉动式生产，生产中的计划与调度实质上是由各个生产单元自己完成，在形式上不采用集中计划，但操作过程中生产单元之间的协调极为必要。

2、全面质量管理

强调质量是生产出来而非检验出来的，由生产中的质量管理来保证最终质量。生产过程中对质量的检验与控制在每一道工序都进行。重在培养每位员工的质量意识，在每一道工序进行时注意质量的检测与控制，保证及时发现质量问题。如果在生产过程中发现质量问题，根据情况，可以立即停止生产，直至解决问题，从而保证不出现对不合格品的无效加工。对于出现的质量问题，一般是组织相关的技术与生产人员作为一个小组，一起协作，尽快解决。

3、 团队工作法（Teamwork）

每位员工在工作中不仅是执行上级的命令，更重要的是积极地参与，起到决策与辅助决策的作用。组织团队的原则并不完全按行政组织来划分，而主要根据业务的关系来划分。团队成员强调一专多能，要求能够比较熟悉团队内其他工作人员的工作，保证工作协调的顺利进行。团队人员工作业绩的评定受团队内部的评价的影响（这与日本独特的人事制度关系较大）。团队工作的基本氛围是信任，以一种长期的监督控制为主，而避免对每一步工作的校核，提高工作效率。团队的组织是变动的，针对不同的事物，建立不同的团队，同一个人可能属于不同的团队。

4、并行工程（Concurrent Engineering）

在产品的设计开发期间，将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来，保证以最快的速度按要求的质量完成。各项工作由与此相关的项目小组完成。进程中小组成员各自安排自身的工作，但可以定期或随时反馈信息并对出现的问题协调解决。依据适当的信息系统工具，反馈与协调整个项目的进行。利用现代CIM技术，在产品的研制与开发期间，辅助项目进程的并行化。

精益生产的体系结构：

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。这不仅是因为它的某项管理手段比大批量生产方式或其他生产方式优越，而且在于它依托所处的经济、技术和人文环境，来用了适应环境的管理体系，构建了一个完整的体系，从而体现了巨大的优越性。从现实的手段看，精益生产体系区别于传统的生产体系有如下优点.

1、消除任何形式的浪费

在精益生产体系中，浪费被定义为凡是不增加产品价值的生产环节都属于浪费的范畴，比如在制品库存，在制品的搬运，原材料的库存等。从常规的生产方式来看，许多属于浪费范畴的生产环节都是理所应当，必然存在的，如在制品库存等，而精益生产体系则认为客户并不会因为企业的在制品库存多就购买你的产品，因此这是一种浪费，这也是两种生产体系所追求的目标不同所产生的本质的区别。

2、紧凑的产品生产流程

精益生产体系中，因为产品的生产为多品种，小批量，这就要求生产制造系统能够适应不同产品的制造工艺要求，以及应数量变化而产生的生产负荷波动的情况。在实践中，制造单元(Manufacture cell)，U型生产线是一种常用而且有效的生产流程技术，它是按照零部件加工工艺的要求，将所需的机器设备串联在一起，布置成为U型制造单元，并在此基础上，将几个U行制造单元结合在一起，连接成一个整合的生产线。这样的生产流程是基于精益生产追求准时和灵活性思想的指导下产生的一种有效的生产流程技术，该种技术既能满足客户多品种，小批量的需求，又能有效的降低在制品库存量。

3、小批量，多品种的投产技术

由于紧凑型产品生产流程决定了投产顺序计划要根据混合装配线上不同的产品安排不同投入顺序。因为如果各工序的作业速度不一样，就有全线停产的可能性。为了避免这种情况，就必须制定使各工序的作业速度差保持最小的投入顺序计划。因此在制定投入顺序计划时，要注意到混合装配线之前的各工序的生产均衡化，同时考虑设法减少供应零部件的各工序产量以及运送量的变化，减少在制品的储存量。为了达到这个目的，混合装配线所需要的各种零部件的单位时间使用量就应尽可能保持不变，即掌握生产的节拍时间。

小批量，多品种的投产技术是基于精益生产的消除浪费的思想，从计划的角度将生产过程中多余的生产消除，以消除多余的在制品库存和成品库存。

4、工装设备的管理技术

由于多品种，小批量的生产方式必然要求工装设备的调整，切换比较频繁，只有将工装设备的调整，切换时间压缩在合理的范围之内，精益生产的生产成本才能具有市场竞争力，要做到这一点，目前公认的最有效的技术和方法包括：

(1) 快速工装设备切换技术。 (2) 全员生产保养方法。

(3) 整齐清洁的工作场所管理方法一5S管理。 工装设备的管理技术目的在于通过对设备的管理，以维持设备能够满足生产需求和通过5S管理对工作现场的管理，以保持工作现场的整齐清洁来保证生产的顺利进行，以消除生产过程中的等待时间和降低不良品产生的机会。在一定程度上降低不良品的库存。

5、以看板为核心的车间底层控制方式

看板最初是丰田汽车公司与50年代从超级市场的运作机制得到启示，将它作为一种生产，运作指令的传递工具而被创造出来的。其主要功能可概括为:

(1) 生产以及运送的工作指令——看板中记载着生产量，时间，方法，顺序以及运送量，运送时间，运送目的地，放置场所，搬运工具等信息，从最后一道装配工序逐次向前工序追溯。

(2) 防止过量生产和过量运送一看板必须按照既定的运用规则来使用，没有看板就不能运送，只运送看板上规定的数量。

(3) 进行“目视管理”的工具一看板必须附在实物上存放，前工序按照看板取下的顺序进行生产，作业现场的管理人员对于生产的优先顺序能够一目了然，很容易管理。

构建一个以看板为核心的精益生产体系，通过不断减少看板的数量，工序间的在制品存量就会相应减少，这样过高的在制品库存所掩盖的设备故障，不良产品等问题便会直接暴露出来，从而必须立即采取改善措施来解决问题，以减少企业内部库存。同时以顾客需求为导向，建立小批量，多品种的投产技术和紧凑的生产流程降低成品库存，从而达到企业内部库存管理的目的。

5-6 简述敏捷制造的研究内容？

敏捷制造（Agile Manufacturing，简称AM）是不断采用最新的标准化和专业化的网络及专业手段，以高素质、协同良好的工作人员为核心，在信息集成及共享的基础上，以分布式结构动态联合各类组织，构成优化的敏捷制造环境，快速高效地实现企业内外部资源合理集成及生产符合用户要求的产品。

AM改变了传统的企业设计与制造方式，其设计、制造过程对用户透明，用户可参与设计到销售业务等各个方面的活动。AM系统的框架如图5-13所示。AM先进制造模式已成为美国制造业广为接受的21世纪赢得竞争、获取利润的主要生产模式。

其中，敏捷制造环境里的主体是：虚拟企业(Virtual Enterprise) ，也叫动态联盟。它是指某组织经过市场调研后完成某一产品的概念设计并建立相应的项目，然后联合其他在此项目中各有所长的组织( 企业) 组成动态联盟，快速完成该项目的设计加工，抢占市场，项目完成后，联盟解散。盟友( 各联盟组织) 间通过现代通信技术相互联系，由盟主( 创立项目的组织) 协同工作，实现同地或异地设计制造过程。虚拟企业的特点是：功能的虚拟化、组织的虚拟化和地域的虚拟化。

敏捷制造的基本原理为：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；系统运行目标是最大限度满足客户的需求。

根据上述的基本原理，可将敏捷制造的特点归纳为：

(1) 不仅能迅速设计、试制全新的产品，而且还易于吸收实际经验和工艺改革建议，不断改进老产品；

(2) 能在整个生命周期中满足用户要求；

(3) 生产成本与生产批量无关，其战略着眼点在于长期获取经济效益；

(4) 采用多变的动态组织结构；通过所建立的基础结构来实现企业经营目标； (5) 把最大限度地调动、发挥人的作用作为强大的竞争武器。 综上所述，一个敏捷制造企业就是由敏捷的员工用敏捷的工具，通过敏捷的生产过程制造出敏捷的产品。

5-7 网络设计制造的关键技术是什么？ 1、分布式网络通讯技术

网络制造的基础是信息的处理、交换、传送和通讯。快速、有效和灵活的通讯是实现网络制造的必要条件。Internet、Web等网络技术的发展使异地的网络信息传输、数据访问成为可能。特别是Web技术的实现，可以提供一种支持成本低、用户界面友好的网络访问介质，解决制造过程中用户访问困难的问题 。

2、网络数据存取、交换技术

各种制造企业存在着大量不同的应用系统，都有其各自的数据格式。企业在实施网络制造过程中，要求不同应用系统之间的信息能够准确交换和集成。随着企业需求和技术不断发展，企业同时也要求新建立的应用系统和原有的信息系统之间能够进行信息交换和集成。通过建立一个信息交换标准协议模型，利用各种相应的标准来完成不同应用系统之间的信息交换。

3、工作流管理

工作流管理与PDM是产品开发生命周期中的2个组成部分，是从面向任务与面向信息2个不同的角度提出的管理方法。应用工作流管理集成PDM，是产品开发过程发展的趋势，只有这样才能把数据信息融入到生产的统一流程中，提高生产效率。工作流管理系统的主要组件是工作流应用规划接口和工作流制定服务。前者进行工作流、工作流行为与行为资源的标准化；后者包含执行接口和工作流引擎的执行服务。

4、网络安全性

由于网络制造的各种信息交流通常在Internet上进行，因此信息被监听、篡改和丢失的风险不可避免。在信息交互过程中，为了保证信息的安全，必须建立一个值得信赖的网络环境，确保制造企业中以及各制造企业间的各种制造信息和数据的安全交换和在Internet 上安全可靠地传输，确保远程通讯的保密性、完整性和不可否认性，确保各制造企业的技术、知识和专利不被非法窃取。

网络信息的机密性、认证和授权、完整性、抗抵赖性是网络制造信息安全面临的4个问题，也是推动网络制造发展的4大障碍 。

5、网络制造企业的有效管理模式

网络制造的服务系统涉及不同的企业单位。因此，企业的运作与经营管理成为实现网络制造企业目标的重要因素。如何在一定的时间、一定的空间内，根据各方所能提供的人力与物力，利用计算机网络，进行合理的利益分配，使小组成员共享知识与信息，形成良性循环。同时建立有效的管理机制，避免潜在的不相容性引起的矛盾，是保证系统成功运行的关键所在。

5-8 绿色制造的研究内容是什么？

对绿色制造面向应用技术的研究主要集中在以下几个方面：

1、绿色材料的研究：在满足一般功能要求的前提下，材料需具有良好的环境兼容性； 2、绿色设计的研究；

3、绿色制造工艺的研究：它是实现绿色制造的重要环节；

4、绿色包装的研究：主要包括选择绿色包装材料和改进产品结构和包装两方面； 5、产品，使用及其用后处置的研究：主要集中在延长产品的使用周期和减少使用中的能源浪费及环境污染。