時間：2023-03-20 16:13:34
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇虛擬制造技術論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關鍵詞：虛擬制造技術；現代機械工程設計；機械制造；機械產品；機械設計
文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計
隨著知識經濟和工業制造的快速發展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優的品質、最短的研發時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統設計的工藝比較粗糙、開發的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續性發展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。
1虛擬機械制造技術
以往傳統的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現合理、高效和準確。但是在現代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現設計經驗依賴性強、設計過程靜態性和設計理念隨意性向現代化設計精確性、以數據知識工程和專家系統為保證的設計方式的發展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優的設計方案和數值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數據庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經歷的主要階段有裝配產品的概念設計、動態仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態實現檢查，對零件設計中的錯誤及時發現，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協調。
2虛擬制造技術的關鍵
虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結構、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：
2.1虛擬技術中的建模技術
虛擬指的是在系統中將現實制造系統映射到虛擬環境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態描述和動態描述兩種。靜態描述主要是關于對系統生產能力和生產特性。動態描述是在已經被得知的系統狀態和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術中的仿真技術
仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統的抽象化和簡潔化最終形成的系統模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統性性能分析。仿真主要以系統模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統沒有直接的干擾作用，并且仿真系統可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優。仿真技術過程的主要步驟有系統研究、數據收集、系統模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統產品的開發中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現實技術
虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統和多種接口設備組成，使人在虛擬環境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統是虛擬現實系統的基礎。虛擬現實系統中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。
3機械虛擬樣機技術介紹
虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統動態仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發展中發展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現改進。用數字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產品的設計開發過程，有效縮短產品開發的時間，最大程度降低產品的開發成本和費用，實現產品質量和系統性能的提升，使設計產品實現最優化和最具創新性。綜合以上優勢，該技術一經出現就受到了眾多工業發達和高等院校及設計和生產企業的重視，許多著名的產品開發設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產品的開發中，并且取得了極好的經濟和生產效益。在機械工程設計
中應用仿真技術對零件進行設計、生產工序等方面的選用以及工藝參數、加工工藝、裝配工藝等構件的運動性等均可以實現建模仿真。
4虛擬制造技術在機械工程中發揮的優勢
4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力
虛擬樣機技術建立和發展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統的詳細環節進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機械系統建模帶來便利
傳統的機械系統建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。
4.3強大的后期處理能力
在傳統的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。
5結語
虛擬制造技術實現了現代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現了在產品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環境中生成產品的原型，更好地替代現實中的硬件產品，更方便地對設計產品的性能和可生產性進行評估，極大地縮短了產品的設計和生產周期，最大化地節約了產品開發的成本，保證產品的開發和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現對眾多產品的開發和設計，不僅不會造成實際物質的浪費，并且還能更直觀地了解產品生產的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。
參考文獻
[1]李銳．虛擬制造技術在現代機械工程設計領域中的應用[J]．河南科技，2013，（13）．
[2]劉玲娣．淺談虛擬制造技術在農機設計制造中的應用[J]．河北農機，2013，（2）．
[3]孫福臻，閻勤勞，單忠德，等．機械虛擬現實技術的應用與發展[J]．機械設計與制造，2010，（5）．
[4]郝虎．虛擬樣機技術在采煤機械設計中的應用[J]．城市建設理論研究（電子版），2011，（25）．
[5]陶表達，姚桂玲．虛擬技術在現代機械產品研發中的應用[J]．湖北第二師范學院學報，2010，（2）．
摘要：隨著信息技術的高速發展，制造行業發生了翻天覆地的變化，先進的制造技術不斷地被應用于生產，大大地提高了工作效率，本文對現代集成制造系統的構成和特點作了分析。
關鍵詞：集成；系統；技術構成
一、現代集成制造系統的含義與定位
現代集成制造系統(ContemporaryIntegratedManufacutringSystem)是計算機集成制造系統新的發展階段，在繼承計算機集成制造系統優秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術中相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業集成方向迅速發展，在先進制造技術中處于核心地位。具體地說，它將傳統的制造技術與現代信息技術、管理技術、自動化技術、系統工程技術進行有機地結合，通過計算機技術使企業產品在全生命周期中有關的組織、經營、管理和技術有機集成和優化運行。在企業產品全生命周期中實現信息化、智能化、集成優化，達到產品上市快、服務好、質量優、成本低的目的，進而提高企業的柔性、健壯性和敏捷性，使企業在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
二、現代集成制造系統的技術構成
先進制造技術(AMTAdvancedManufacturingTechnology)作為一個專有名詞目前還沒有準確的定義。通過對其內涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。其具有如下一些特點：
1、從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術的發展更加符合人類社會的需要；
2、從強調專業化分工向模糊分工、一專多能轉變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發揮；
3、從金字塔的多層管理結構向扁平的網絡化結構轉變，減少層次和中間環節；
4、從傳統的順序工作方式向并行工作方式轉變，縮短工作周期，提高工作質量；
5、從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態的自主管理的小組工作方式轉變。
通過對先進制造技術的定義和特點的分析發現，現代集成制造系統擁有先進制造技術的絕大部分特點，只不過先進制造技術所涉及的范圍要比現代集成制造系統大，現代集成制造系統在吸收計算機集成制造系統的優秀成果的基礎上，繼續推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態聯盟的研究工作，并不斷吸收先進制造技術中的成功經驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現代集成制造系統成為先進制造技術的核心。
（1）并行工程(CEConcurrentEngineering)并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展就是虛擬制造技術。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、網絡技術的優秀成果，使其成為先進制造技術的基礎。
（2）虛擬制造(VMVirtualManufacturing)虛擬制造利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而使產品一次性制造成功，達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。
（3）敏捷制造(AMAgileManufacturing)敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎的，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎的。敏捷制造是現代集成制造系統從信息集成發展到企業集成的必由之路，它的發展水平代表了現代集成制造系統的發展水平，是現代集成制造系統的發展方向。
關鍵詞：虛擬制造技術；現代機械工程設計；機械制造；機械產品；機械設計
文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計
隨著知識經濟和工業制造的快速發展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優的品質、最短的研發時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統設計的工藝比較粗糙、開發的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續性發展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。
1虛擬機械制造技術
以往傳統的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現合理、高效和準確。但是在現代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現設計經驗依賴性強、設計過程靜態性和設計理念隨意性向現代化設計精確性、以數據知識工程和專家系統為保證的設計方式的發展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優的設計方案和數值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數據庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經歷的主要階段有裝配產品的概念設計、動態仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態實現檢查，對零件設計中的錯誤及時發現，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協調。
2虛擬制造技術的關鍵
虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結構、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：
2.1虛擬技術中的建模技術
虛擬指的是在系統中將現實制造系統映射到虛擬環境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態描述和動態描述兩種。靜態描述主要是關于對系統生產能力和生產特性。動態描述是在已經被得知的系統狀態和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術中的仿真技術
仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統的抽象化和簡潔化最終形成的系統模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統性性能分析。仿真主要以系統模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統沒有直接的干擾作用，并且仿真系統可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優。仿真技術過程的主要步驟有系統研究、數據收集、系統模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統產品的開發中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現實技術
虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統和多種接口設備組成，使人在虛擬環境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統是虛擬現實系統的基礎。虛擬現實系統中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。
3機械虛擬樣機技術介紹
虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統動態仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發展中發展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現改進。用數字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產品的設計開發過程，有效縮短產品開發的時間，最大程度降低產品的開發成本和費用，實現產品質量和系統性能的提升，使設計產品實現最優化和最具創新性。綜合以上優勢，該技術一經出現就受到了眾多工業發達和高等院校及設計和生產企業的重視，許多著名的產品開發設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產品的開發中，并且取得了極好的經濟和生產效益。在機械工程設計中應用仿真技術對零件進行設計、生產工序等方面的選用以及工藝參數、加工工藝、裝配工藝等構件的運動性等均可以實現建模仿真。
4虛擬制造技術在機械工程中發揮的優勢
4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力
虛擬樣機技術建立和發展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統的詳細環節進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機械系統建模帶來便利
傳統的機械系統建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。
4.3強大的后期處理能力
在傳統的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。
5結語
虛擬制造技術實現了現代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現了在產品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環境中生成產品的原型，更好地替代現實中的硬件產品，更方便地對設計產品的性能和可生產性進行評估，極大地縮短了產品的設計和生產周期，最大化地節約了產品開發的成本，保證產品的開發和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現對眾多產品的開發和設計，不僅不會造成實際物質的浪費，并且還能更直觀地了解產品生產的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。
參考文獻
[1]李銳．虛擬制造技術在現代機械工程設計領域中的應用[J]．河南科技，2013，（13）．
[2]劉玲娣．淺談虛擬制造技術在農機設計制造中的應用[J]．河北農機，2013，（2）．
[3]孫福臻，閻勤勞，單忠德，等．機械虛擬現實技術的應用與發展[J]．機械設計與制造，2010，（5）．
[4]郝虎．虛擬樣機技術在采煤機械設計中的應用[J]．城市建設理論研究（電子版），2011，（25）．
[5]陶表達，姚桂玲．虛擬技術在現代機械產品研發中的應用[J]．湖北第二師范學院學報，2010，（2）．
論文語種：中文
您的研究方向：管理
是否有數據處理要求：否
您的國家：北京
您的學校背景：北京理工大學
要求字數：6000 (開題報告)
論文用途：碩士畢業論文
是否需要盲審(博士或碩士生有這個需要)：否
補充要求和說明：先要一個開題報告! 正式畢業論文的要求 學校還沒通知 開題報告要求 見 附件 題目方向是 三維制造工藝 對機加企業(車間) 的影響 或 數字化制造 對機加企業(車間)的影響 (最好是針對航天制造企業)
北京理工大學研究生院工程碩士學位論文開題報告：基于三維模型的工藝對技術對航天制造企業生產效率的影響
一、學位論文選題的目的和意義
1.1 選題背景
進入21世紀,數字化設計制造技術在國際航空制造業新產品研制中發展迅猛,傳統的以模擬量傳遞為基礎的設計制造手段，已經逐漸被以數字量傳遞為基礎的數字化手段所代替,通過全面采用數字化產品定義、數字化預裝配、產品數據管理、并行工程和虛擬制造技術,極大縮短了機型研制周期、提高了產品質量。
二、本選題研究領域歷史、現狀、發展趨勢分析
三、研究方案
四、研究計劃進度表
五、經費預算
六、參考文獻
[1] masuzwa t, fujino m, kobaryashik. wire elctro-discharge grinding for micro-machining [j]. annals of the cirp, 1985, 34(1): 431-434.
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[5] murti v s r, philip p k. an analysis of the debris in ultrasonic-assisted electrical discharge machining[j]. wear, 1987, 117(2): 241-250.
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[7] 中航商用飛機有限公司.arj21數字化樣機實施規定[g].新型渦扇支線飛機項目,XX
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[10]范玉青.飛機數字化裝配技術綜述[d].航空制造技術,XX(10): 44-48.
【關鍵詞】先進制造技術；發展趨勢；關鍵技術
【中圖分類號】TH16 【文獻標識碼】A
【文章編號】1007―4309（2010）10―0086―2
先進制造技術AMT（Advanced Manufacturing Technology）是傳統制造技術在不斷吸收機械、材料、電子、信息、能源和現代化管理等領域的成果上產生的，它被綜合應用于產品的生產、設計、制造、檢測、管理和售后服務的全過程。它是由傳統的制造技術發展而來的，保留了過去制造技術中的有效要素，是制造技術與現代高新技術結合而產生的完整的技術群，先進制造技術的發展，大體經歷了四個階段：
第一階段（20世紀60―70年代）：柔性制造單元（CAD/CAM），它是以數控機床、加工中心和工業機器人為代表的。
第二階段（20世紀70―80年代）：柔性制造系統（FMS），它是以柔性制造單元加上自動或半自動物流輸送組合而成的，但特點仍然是分布式生產過程。
第三階段（20世紀80―90年代）：集成階段（CIMS），是以信息、工藝、物流、計算機集成控制為特點的。
第四階段（20世紀90年代至今）：智能集成制造系統階段，是以設計智能化、單元加工過程智能化和系統整體管理智能化為特征的。
一、先進制造技術的特點
目前，每一個國家都處于全球化市場中，先進制造技術的競爭是面向全球的。一個國家的先進制造技術對該國制造業在全球范圍市場的競爭力發揮著非常重要和不可替代的作用。先進制造技術的目標是要提高產品對動態多變的市場的適應能力以及競爭能力，同時實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產。它不局限于制造工藝，而是覆蓋了市場分析、產品設計、加工和裝配、銷售、維修、服務，以及回收再生的全過程，概括起來有以下特點：
（1）成形和加工技術日趨精密化。
（2）企業裝備將以制造工藝、設備和工廠的柔性與可重構性作為顯著特點。
（3）虛擬制造技術和網絡制造技術將被廣泛應用。
（4）機電產品和先進制造技術將把智能化、數字化作為發展方向。
（5）以提高對市場快速反應能力為目標的制造技術將超速發展。
（6）先進制造技術的發展越來越離不開信息技術，信息技術發揮著越來越重要的作用。
（7）21世紀的企業面臨著要在管理方面進行創新的新課題。
（8）現代設計技術將成為21世紀制造業的重要特征。（現代技術的內涵即為：綠色產品設計技術、優良性能設計基礎技術、競爭優勢創建技術、全壽命周期設計技術。）
二、當前先進制造技術的發展趨勢
市場需求的個性化與多樣化趨勢越來越明顯，精密化、綠色化、智能化、信息化、虛擬化將成為未來先進制造技術發展的總趨勢。其主要體現在以下幾個方面：
（一）信息化
近幾年，信息技術和制造技術的不斷融合，使得數字化成為制造業日益發展的趨勢。數字化制造技術具有較多的優點，如使市場多樣化和個性化的需求得到滿足；能夠對市場作出快速的響應，使生產成本得以降低；能夠提高產品精度和可靠性；等等。數字化產品既方便、直觀，又便于通過計算機控制產品，對信息進行處理和傳遞。隨著計算機技術的飛速發展，制造業應用系統越來越離不開Internet技術，Internet技術是實現各種制造系統自動化的基礎，是其重要的支撐平臺。基于Web技術的供應鏈管理系統、數據交換轉換系統等成為產品的主流。據專家預測，在未來生產中占主導地位的將是基于網絡制造的分布式網絡化生產系統。因此，先進制造技術將把以微電子技術、軟件技術為核心，以數字化、網絡化為特征的信息化制造技術作為重要的發展方向。
（二）智能化
智能化就是應用人工智能技術實現產品生命周期（包括產品設計、制造、發貨、支持等）各個環節的智能化，如生產設備的智能化，人與制造系統的融合及人在其中智能的充分發揮等。智能化能夠使制造系統的自動化和柔性化水平得到進一步的提高，使生產系統的適應與判斷能力更加完善。
（三）精密化
超高速切削、超精密加工技術以及發展新一代制造裝備成為了加工制造技術的發展方向。
1.超精密加工技術
目前已進入納米級加工時代，加工精度和表面粗糙度分別達到了0.025μm和0．0045μm。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見光波段甚至更短波段近；超精加工機床向多功能模塊化方向發展；超精加工材料由金屬擴大到非金屬。
2.超高速切削
目前，鋁合金超高速切削的切削速度已超過1 600m/min，鑄鐵、超耐熱鎳合金、鈦合金的速度分別為1 500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的發展已轉移到一些難加工材料的切削加工上。
3.新一代制造裝備的發展
市場競爭和新的產品、技術和材料的發展對新型加工設備的研究與開發起著推動作用，如“并聯桁架式結構數控機床”的發展就是一個典型的例子。它采用六個軸長短的變化，以實現刀具相對于工件的加工位姿的變化，是對傳統機床結構方案的突破。
（四）綠色化
由于資源與環境的約束日益嚴格，21世紀的制造業要以綠色制造為重要特征。與此相適應的，綠色制造技術的發展也將是快速的。主要表現為：
1.綠色產品設計技術，既能夠保證產品在生命周期內環保和對人類健康無危害，又能保證低能耗和高資源利用率。
2.綠色制造技術，使整個制造的過程對環境所造成的不利影響最小，廢棄物和有害物質的排放量最少，資源利用效率最高。
3.產品的回收和循環再制造，它主要包括以設計產品和處理材料為主的生產系統工廠和以處理循環產品生命周期結束時的材料為主的恢復系統工廠。如汽車等產品的拆卸、回收技術和生態工廠的循環式制造技術。
（五）虛擬化
在制造業中，虛擬現實技術（Virtual Reality Technology）越來越被廣泛地應用，它主要包括兩部分，即虛擬企業和虛擬制造技術。虛擬制造技術是在產品真正制出之前，先在虛擬制造環境中生成軟產品原型進行試驗，并且預測和評價其性能和可制造性。
三、未來先進制造技術發展中的關鍵技術
（一）虛擬制造VM（virtual manufacturing）
VM技術的發展是以仿真技術和虛擬現實VR（virtual reality）技術為基礎的。VM技術是在虛擬條件下模擬產品的設計、制造、測試、營銷的全過程，并預測和評價有關技術數據和性能指標，從而使產品開發周期得以縮短，使制造過程得以優化。VM技術是工程設計的一次革命性的進步，它的應用范圍是非常廣泛的，如快速設計與快速原型、面向裝配或制造的設計、產品維護、產品設計進入市場的并行處理和人員培訓等領域。
（二）智能制造IM（intelligent manufacturing）
智能制造技術是一門綜合技術。之所以這么說，是因為它是通過自動化技術、制造技術、系統工程和人工智能等學科互相交織和滲透形成的一門技術。智能設計、智能裝配、智能加工、智能控制、智能工藝規劃、智能調度與管理、智能測量與診斷等都屬于智能制造技術的范疇。對于制造系統集成自動化和柔性自動化來說智能制造是其新發展，也是其重要組成部分，智能傳感與檢測是智能制造的重點。
（三）納米制造
20世紀出現了一種高新技術，即納米技術。它的加工精度或尺寸為0.1nm―100nm。而納米制造是納米技術與制造技術相融合而產生的，精密加工、超精加工、微細加工和超微細加工都屬于納米制造。常用的制造技術有聚焦離子束工藝等。
（四）綠色制造GM（green manufacturing）
綠色制造是一種現代制造模式，它綜合考慮資源消耗和環境影響，其目的是使產品在整個生命周期中（包括從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理）做到對資源利用率最高，對環境的不利影響最小，并優化協調企業經濟效益和社會效益。目前綠色制造受到了全球制造業的關注，因為未來制造業的可持續發展離不開綠色制造，綠色制造已成為先進制造技術的主要內容，也是各國支持和優先發展的研究項目。
四、結論
我國將先進制造技術列入“九五”科技規劃和15年科技發展規劃中。21世紀的今天，經濟全球化進程日益加快，隨之而來的日益加劇的制造業領域的競爭，實際上是以先進制造技術為競爭核心的。在這樣的大環境、大背景下，我國不僅要迎接挑戰，而且要抓住機遇，要不斷地對傳統產業進行改造，發展先進制造技術，要在技術、機制、管理以及人才等方面進行創新，只有這樣我國才能實現躋身世界制造強國的目標。
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關鍵詞：虛擬網絡；虛擬企業；企業組織發展趨勢；企業經營發展趨勢
一、引言
以虛擬企業為主要模式，以虛擬網絡產品或技術為平臺，現代企業的組織結構呈現出網絡化趨勢。現代企業的網絡化不僅體現在內部組織的網絡化，在企業外部也呈現出網絡化趨勢。本文以虛擬企業為主要模式探討企業外部網絡化趨勢，從企業組織發展史角度闡述企業內部網絡化趨勢。
企業經營是個系統工程，涉及研發、生產、銷售等諸多方面。本文探討企業經營在研發、生產、銷售方面呈現出的虛擬化趨勢。
二、企業組織發展趨勢
（一）企業外部網絡化
企業外部網絡化主要是指企業間的契約性協作與聯盟。企業間網絡是企業外部網絡化的最主要形式。與新經濟相聯系的企業網絡主要有：虛擬企業、外包或下包的企業網絡、供應鏈準一體化協調、企業集團、戰略聯盟和企業集群等。
互聯網、信息網為企業外部網絡化提供了平臺。互聯網使企業能夠在全球范圍進行經營活動。信息網是一個開放的、經過資格認證的潛在合作伙伴的集合，包括基礎信息技術和加盟企業的完整信息資料庫，是動態的伙伴關系網絡。信息網的成員可以通過互聯網進行E-mail、聲音郵件、音頻會議、視頻會議等的通訊。互聯網和信息網使得企業能夠跨越地理邊界，甚至國際邊界,在不同的文化氛圍、市場疆域中合作與交流。正是由于互聯網、信息網等的存在，企業外部網絡化成為可能。
功能虛擬化的虛擬企業是企業外部網絡化的典型形式。功能虛擬化的虛擬企業，其機構所在地是存在的。企業在運作時也有完整的功能產生，如生產、營銷、財務、設計等。但在本企業內僅保留核心或關鍵功能，而其他功能則根據業務需要，借助外部企業來實現。功能虛擬的企業，雖然在靜態、孤立考察時，是很小或者較小的企業，但在運作時，相應于不同的市場機遇，它可以迅速演化成任意規模的、集中了各類核心能力的技術先進的企業。功能虛擬化的核心思想的通俗表達就是“去掉四肢，留下大腦”。企業擁有核心能力、執行關鍵功能（如設計開發產品和營銷），將次要功能（如加工制作）交給有契約聯系的其他企業去做。耐克公司是這種類型的典型代表。耐克公司本身僅保留了產品設計開發，加工制造外包給了全球各地的制造加工企業。把耐克公司看作功能虛擬化的虛擬企業時，是把耐克以及受耐克公司委托制造耐克產品的所有公司或工廠都看作虛擬企業的組成部分，而不是把耐克公司看作功能虛擬的“頭腦型虛擬企業”。也就是說，把耐克看作虛擬企業時，應該將整個由外包形成的企業網絡或企業集團看作一個虛擬企業，而不是僅僅將核心企業自身看作功能虛擬的虛擬企業。
（二）企業內部網絡化
先從整體上探討網絡化在企業管理史上的地位，如表1所示：
從表1可知，現代企業的網絡化是以知識為基礎、以虛擬企業為主要模式，從傳統金字塔式的等級管理體系（又稱科層管理）向簡化等級、強調相互聯系與合作的管理體系轉變。
內部龐大、體系復雜的組織結構越來越不適應變化無窮、競爭激烈的市場要求，促成了從金字塔等級企業組織結構向網絡型企業組織結構的轉變。金字塔結構包含許多層次，實施嚴格職能定位、縱向管理和逐級負責模式。在行業發展平衡、可預測性大時是有效的，但同時也產生了，大量例行程序消耗了企業的資源。企業規模越大，內部能耗、僵化性就越嚴重。而在企業外部，市場越來越多變，競爭越來越激烈，客觀上要求變革傳統的企業組織結構，使企業具備適應市場變化的能力。
計算機、互聯網等網絡技術為企業組織結構的變革提供了可能。企業網絡化的技術基礎是計算機網、互聯網等高新技術工具和產品。網絡工具使得人們能夠超越組織內外的界限進行交流。如企業內部網（Intranet）使成千上萬的員工可以同時分享信息，電子數據交換(EDI)技術使企業和顧客之間信息同步,企業外部網（Extranet）使企業和供應商之間隨時交流信息。在網絡化的企業中，人不在作為大機器上的一個被割裂的螺絲釘，而是作為網絡中的一個節點，通過計算機系統來全面感知公司的運作，各種虛擬的以任務為中心的團隊不斷地與財務、人力資源、原材料及供應商進行交流，和分銷網絡及顧客交流，從而能夠主動地對市場迅速做出反應。
組織結構虛擬化的虛擬企業是企業組織結構內部網絡化的最典型、最極端的形式。組織虛擬化的虛擬企業中，找不到辦公大樓，而是通過信息網絡和契約關系把相關的、分布于不同地方的資源連接起來。高度知識化的企業可以是這類虛擬企業。例如，有的企業家組織人員開發軟件時，只是在某個臨時辦事處的基礎上成立“虛擬企業”，并不按照常規的模式租用辦公大樓、購置設備、招聘人員、發展出科層制的組織關系，而是把軟件開發工作包給若干個程序編制員（可能處在不同的省、市）。在辦事處，可能最多只能找到一個程序員，該程序員既不是領導也不是總經理，只是負責整個項目的協調工作。
三、企業經營發展趨向
（一）虛擬研究開發
虛擬研究開發有兩種含義：其一，企業的研究開發在以計算機網絡、互聯網為技術平臺構筑的虛擬空間中進行，直到最后一刻才變成實體方案設計（狹義上的虛擬企業）；其二，企業將研究開發業務外包給其他企業，企業內部不進行研究開發（“業務外包”型虛擬企業）。本文主要探討虛擬研究開發的第一種含義，即在以計算機網絡、互聯網為技術平臺構筑的虛擬網絡空間中進行的研究開發。
企業的研究開發主要包括三個階段：發現、調查和用戶測試。發現是指一種新觀點的形成；調查是對發現的新觀點加以證明，對發現過程中提出的所有問題作出可行的回答；用戶測試是對用戶進行觀點的測試。
發現逐步從實體世界向虛擬世界轉移。傳統的發現方法是通過量的不斷積累而形成。它要求研究人員在自己的研究領域掌握前沿的思想和觀點，不斷地出席會議、閱讀報紙、與同事進行探討，從而能夠認識、鑒定、吸收新的發現并將其運用到規劃和方案設計中。計算機和互聯網的應用并不能改變信息加工和處理的過程。研究人員正在將大量的研究方法直接與互聯網相結合。在以互聯網為平臺形成的虛擬世界中，研究人員能夠在現有水平上吸收更多的經驗。例如，IBM在互聯網上公布從美國專利局獲得的所有詳細信息。研究人員要了解研究領域的最新動態，查詢最新專利信息，可以上IBM的信息專利網patents.省略/ibm.html。如此，研究人員能夠自幾分鐘內完成以前需要花幾天、甚至幾個星期才能完成的工作。
調查逐漸從實體世界向虛擬世界轉移。傳統的調查是在實體世界中進行，不斷采用實體物質制造新模型，經常直接與有關部門人員或者目標顧客群面對面交流，從而改進產品和服務。傳統的調查方式既耗時又耗錢。計算機和互聯網的應用，使得企業能夠在虛擬世界中完成調查的過程。只要將數據輸入到計算機，通過有關軟件程序，就能生成相應的模型，而不必實體制造。研究人員之間的討論，與目標客戶的交流可以在互聯網形成的虛擬空間中進行。波音777式客機就是最典型的例子。設計師采用由法國的Dassault系統研制計算機輔助三維互動應用（CATIA）產品，將1700個波音飛機工作站和全世界范圍內500個供應商聯系在一起。虛擬空間能夠有助于有關人員相互合作、交流。在還未研制生產實物飛機模型之前就能對一些觀點和想法加以肯定和否決，缺點和錯誤在整個研發過程早期就被指出。
虛擬科研開發的極端是按照客戶的需求設計產品，用戶測試過程融入到虛擬發現和調查中。例如，滑雪工具的生產者正試圖提供一套系統使得通過互聯網可以為每個滑雪者設計個性化產品。滑雪者敲擊鍵盤，說出想法，幾天后，產品就會送到。
（二）虛擬生產
虛擬生產，又稱虛擬制造，有兩種含義：其一，企業的服務提供或產品生產在以計算機網、互聯網為平臺營造的虛擬空間中進行，直到最后一刻才變成實體服務或產品；其二，企業將生產制造業務外包給其他企業，企業內部不進行生產制造。我們將主要探討第二種意義上的虛擬生產，即生產或制造業務外包。
生產業務外包是企業把業務鏈的中間制造環節部分或全部進行弱化，實行委托協作加工，而對業務鏈上游的產品開發設計，下游的市場營銷(包括售后服務)等環節進行強化的一種虛擬制造管理模式。
虛擬制造是產業鏈上各種要素定期、定向在全球范圍內移動的外在表現形式。對優勢企業而言，其移動趨向于產業鏈的中高端，最終達到對整個產業鏈的掌控；對一般中小企業、弱勢企業而言，其移動趨向于產業鏈的中低端，成為產業鏈的一個環節或某個環節的若干部分，最終其“附生”于優勢企業，從而形成一個有活力的產業生態系統。
虛擬制造主要有以下三種形式：一是定牌制造，又稱OEM制造。指核心企業把設計好的產品交由專業制造承包商生產，并在最終產品上打上核心企業的知名品牌。二是定牌設計制造。指銷售商購買制造商的設計資料讓代工企業組織產品生產制造，打上自己品牌對外銷售。三是工序外包制造，通常指核心企業把一些粗加工及技術含量低的工序擴散到周邊人力成本低廉地區的企業代為加工，把關鍵工序如精加工、裝配、檢測等工序交由自己控制。
虛擬制造能夠增進企業效率。其途徑主要有以下幾個方面：一是精簡機構，減少冗員，降低人工成本和運營成本。二是減少固定資產和原材料投入，轉嫁并分散風險，提高資金周轉率及投資回報率。部分或全部加工業務實行外包后，核心企業用于生產設備、廠房等方面的固定資產投入可以削減甚至不用再投入，避免盲目鋪攤子。同時，原材料采購、物流管理可以由承包商負責，使前期資金投入減到最小。企業也不必擔心銷售淡季工廠內人手及設備冗余，銷售旺季時人員設備又嫌不足，從而提高企業的市場的應變能力。三是集中資源，促進研發和銷售，或進行企業購并，實現低成本快速擴張。
虛擬制造模式正越來越多被歐美企業逐步采用。美國的IBM、耐克公司以及一些汽車廠商正在將制造業務轉移或外包給發展中國家的企業，只保留研究開發、服務等核心業務，以增進企業效率。例如，IBM在2005年上半年將臺式機、筆記本的生產制造業務出售給中國大陸的聯想，IBM逐步向僅進行研發、服務等高增值業務轉型。
（三）虛擬銷售
虛擬銷售有兩種含義：其一，企業的服務或產品銷售在以計算機網、互聯網為平臺營造的虛擬空間中進行，直到最后一刻才變成實體服務或產品；其二，企業將銷售業務外包給其他企業，企業內部不進行銷售。
先分析第一種意義上的虛擬銷售。傳統意義上的銷售遵循標準的商品銷售和配送模式。制造商通過地區分布廣泛的中間商（批發商、零售商、分銷商等）銷售產品。保險、旅游等服務企業也采用相同的模式銷售產品。計算機網、互聯網的出現與應用使得企業可以縮減銷售的中間環節，甚至實現零中間環節的直接銷售。第三節中介紹的虛擬銷售網絡就屬于該意義上的虛擬銷售。虛擬銷售在零售業中最為盛行。虛擬銷售的網上零售商幾乎沒有庫存，直接根據客戶的需要向上游廠商訂購產品，然后向顧客配送貨物。
第二種意義上的虛擬銷售是一種類型的業務外包。對該意義上虛擬銷售的分析可以參照第三節對功能虛擬型虛擬企業的分析以及本節中對虛擬生產或制造的分析。
四、小結
互聯網、信息網為企業外部網絡化提供了平臺。功能虛擬化的虛擬企業是企業外部網絡化的典型形式。
虛擬研究開發、生產和銷售不僅涉及狹義上的虛擬企業，而且“業務外包”型虛擬企業。
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【摘要】在對綠色制造概念介紹的基礎上,介紹了模具綠色制造的整個生命周期,包括綠色設計、綠色制造、綠色包裝、綠色維護和綠色回收、再處理等階段,并結合鍛模、沖壓模、注塑模具自身的特點,具體闡述了基于綠色制造的模具設計與制造的原則與方法。指出了模具的設計和先進制造技術與綠色思想的結合是模具工業的發展必然。
【關鍵詞】綠色制造;模具;先進制造技術
制造業是社會經濟向前快速發展的重要支柱產業,制造業在將制造資源轉化成產品以及隨后產品的使用和廢棄后的處理過程中,將會給生態環境帶來了不同程度的污染。對于制造業來說,未來所面臨解決的重大問題是如何減少資源的消耗和盡可能少地產生環境污染。因而綠色制造(GreenManufacturing)應運而生,其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中,對環境的負影響最小,資源使用效率最高[1-2]。綠色制造主要包括以下幾方面內容:一是制造問題,包括產品生命周期全過程;二是環境影響問題;三是資源優化問題。綠色制造就是這三部分內容的交叉和有機集成。
模具是制造業中使用量大、影響面廣的工具產品,是工業生產當中的基礎工藝裝備。它的生產技術水平的高低,已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志。傳統的模具設計過程一般僅僅需要考慮模具產品的基本屬性,如模具的功能、質量、成本和壽命等等,而很少、甚至不考慮它的環境屬性和對資源、能源造成的浪費。模具工業作為制造業的一個重要組成部分,并且在我國得到迅猛發展,因而在模具行業中提倡綠色制造尤為重要。
1模具的綠色制造
由綠色制造的概念可知,“綠色模具”不僅僅指在使用時對環境的影響小,還應是從制造到報廢的整個生命周期內對環境的破壞是最小的。因此,模具的綠色制造設計要求設計者在構思階段就要優先考慮模具產品的環境屬性(模具的可拆卸性、可再次回收性等等),然后再考慮原有應該考慮的模具產品應用的基本屬性[3]。總的來說,模具綠色制造的整個生命周期包括綠色設計、綠色制造、綠色包裝、綠色維護和綠色回收、再處理等階段。
1.1模具的綠色設計:模具綠色設計對模具綠色制造有著非常重要的地位,這一步解決的好壞直接影響到最終利用模具加工產品的綠色生產問題。
1.1.1模具材料的選擇:模具材料的選擇是模具產品設計的第一步。模具材料的“綠色程度”對最終產品的“綠色性能”具有非常重要的影響。因此,綠色模具設計必須建立在綠色模具材料基礎上。綠色模具材料應是低能耗、低成本的材料,尤其是少污染的材料;是易加工和加工過程中無污染或少污染的材料;是易回收處理、可重復多次使用或可降解的材料。比如,可選擇優質鏡面模具鋼加工型腔,輔之以良好的拋光手段;直接用不銹鋼材料來加工防腐的模具,以替代表面處理的方式。另外除在材料上選用不銹鋼來避免使用電鍍外,也可采用鎳磷鍍替代電鍍鉻,因為鎳磷鍍在對氯化氫氣體的防腐上要優于電鍍鉻,且前者對環境的危害也要小于后者。
1.1.2延長壽命的模具設計:延長產品壽命是綠色制造的主要手段之一。對于鍛造模具,在提高模具壽命方面已有很多的措施,如正確選擇分模面位置、選擇適當的飛邊槽、選擇合適噸位的鍛造設備、在一副鍛模上開設兩個終鍛模膛分別單獨使用等。對于沖壓模具,如沖壓間隙值的合理選取、盡量壓縮凸模工作部分長度、采用彈性卸料板、改進凸(凹)模的結構如采用一模多形、一形兩用和拼裝式模具來提高模具的利用率。對于注塑模具,如采用隨形冷卻水道可提高注塑精度和模具使用壽命;將模具型芯由整體結構改為鑲拼式結構,可解決模具的變形問題,提高模具壽命。
1.1.3模具的可回收性設計:模具的回收性設計是指在模具產品綠色的設計初期充分考慮產品中所用各種材料的回收、再利用的可能性、回收處理的方法、回收性的技術經濟評估以及回收性的結構框架設計等有關一系列問題。這樣就可在后續生產中盡可能節約材料,減少浪費。因此,因避免或不要過多使用銅、鉛等有害或對環境有重污染的材料;盡可能減少所用材料的種類;避免使用與現有標準循環再回收過程中不相兼容的材料;多使用無需特殊工具的連接件;設計時盡可能允許使用現有的一些可重復利用的零部件等。
1.1.4模具的可拆卸性設計:模具可拆卸性對于模具綠色制造來說是很重要的。當模具在使用過程中部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊磨損較大時,只需更換這部分零部件模具仍可使用。此外,有時只要更換凸、凹模即可實現一種新產品的生產。如果模具不具備可拆卸性不僅回造成大量可重復零部件材料的浪費,而且因廢棄物處理不好導致嚴重的環境污染。因而在設計初期就要考慮模具結構易于拆卸,維護方便,這樣就便于在后續回收處理中再利用。因此,在模具設計時應盡可能選擇通用結構,以便更換;在滿足強度要求的前提下,盡量采用可拆卸聯接(如螺紋聯接),不用焊接、鉚接、膠接等;不用或少用過盈配合;采用組合模架。
1.1.5模具設計的標準化、規范化、系列化:無論是鍛造、沖壓模還是塑料模,都有必要向標準化、規范化、系列化方向發展,模具標準化是組織模具專業化生產的前提,而模具的專業化生產是提高模具質量、縮短模具制造周期、降低成本的關鍵。模具設計向標準化、規范化、系列化方向發展,便于采用和購買模許多規格的標準模架及其它標準件,而這些模架及標準件又可由專門的廠家、企業通過社會化分工進行生產,從而使有限的資源得到優化配置。另外,模具各結構單元的規范化、標準化,可使生產其的夾具數量大為減少,從而節約資源,并且加快了設計速度,縮短了設計周期,方便加工管理。
1.1.6模具CAD/CAPP/CAM一體化:模具CAD/CAPP/CAM是模具設計走向全盤自動化的重大措施。采用CAD/CAPP/CAM技術,可實現少圖紙或無圖紙加工和管理,一方面,節約用紙即節約資源和能源;另一方面,模具CAD/CAPP/CAM一體化也為并行工程的實現提供可能,可縮短模具設計與制造周期,提高模具研制的成功率及模具質量。
1.1.7模具的綠色并行工程:綠色并行工程是現代綠色產品設計和開發的新模式,它的核心是并行一體化設計,強調產品設計及其相關過程同時交叉進行,即在設計階段就要考慮整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有環節和因素,如質量、成本、用戶要求、環境影響、資源消耗狀況等。因此,涉及產品整個生命周期的各個部分的小組成員必須協同工作。對于模具設計,不但需要模具設計小組成員之間進行討論,協調產品的設計任務,而且其他部門如工藝、制造、質量等小組也要參與產品的設計工作,對產品設計方案提出修改意見等,從而使得整個模具設計工作一次成功。
1.1.8其他綠色設計:鍛造、沖壓車間是機械工廠的高噪聲車間之一。大量的鍛壓設備在生產運轉過程中所產生的強烈噪聲,危害工人的健康,影響了生產效率,干擾了環境的安寧。因此,在進行模具設計的時候,必須對噪聲加以控制和消減。對于鍛造設備,如使用排氣消聲器、用液壓模鍛錘代替蒸空模鍛錘等等。對于沖壓設備,消減聲源噪聲的措施有:用V帶傳動代替齒輪傳動;以摩擦離合器代替剛性離合器;采用鑄鐵機身以增加壓力機的剛性和減震能力;作好飛輪等回轉體的動平衡等等。控制噪聲傳播的途徑有在軸承和軸承座之間加彈性襯套;在壓力機產生噪聲的主要部位加蓋隔聲罩;采用具有油減震器的無沖擊模架等等。對于注塑模具,澆道設計上要注意澆道凝料與塑料制品的體積比率,一般應小于30%。如果達不到,就要考慮進一步優化澆道設計和調整型腔數量,或者采用熱流道技術。熱流道技術在塑料原料的節約上有突出的優勢,在產品價格競爭日益激烈的今天,這一點尤為重要。因此近幾年該技術的應用得到快速普及。
1.2模具的綠色制造工藝:在模具綠色制造過程中,采用綠色制造工藝也是實現模具綠色制造的一個重要環節,它是一種既能提高經濟效益,又能同時減少環境影響的工藝技術。近來年,隨著先進制造技術在模具行業的推廣,模具行業也向著綠色制造工藝方向努力。目前,在模具行業中應用的較為典型的先進制造技術有:
1.2.1快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing,RP&M)[4-5]:
快速原型制造是一項集計算機、激光、數控及精密傳動等技術于一體的先進制造技術,其在原理上突破了傳統加工技術采用材料“去除”的原則,而采用材料“逐層堆積”的原理,能根據產品的CAD數據,快速地制造出具有一定結構和功能的原型,甚至產品,由此可有效地加快新產品的開發速度。而以RP&M原型作母模來翻制模具的快速模具制造技術,進一步發揮了快速成型技術的優越性,可在短期內迅速推出滿足用戶需求的產品,大幅度降低新產品開發研制的成本和投資風險,縮短了新產品研制和投放市場的周期,在小批量、多品種、改型快的現代模具制造模式下具有強勁的發展勢頭。
1.2.2虛擬制造技術(VirtualManufacturing)[1]:
虛擬制造是對制造過程中的各個環節,包括產品的設計、加工、裝配,乃至企業的生產組織管理與調度進行統一建模,形成一個可運行的虛擬制造環境,以專門的虛擬軟件技術為支撐,借助高性能的硬件,在虛擬制造環境中生成數字化產品,實現產品設計、性能分析、工藝決策、制造裝配和質量檢驗,從而縮短模具產品的設計與制造周期,降低開模的開發成本,提高快速響應市場變化的能力。
1.2.3高速切削(HighSpeedMachining,HSM):
高速切削在模具領域的應用主要是加工復雜曲面[6],其中高速銑削(也稱為硬銑削,HardMilling,HM)可以把復雜形面加工得非常光滑。加工表面粗糙度值很小、淺腔大曲率半徑的模具完全可用高
速銑削來代替電加工;對深腔小曲率半徑的模具可用高速銑削加工作為粗加工和半精加工,而電加工只作為精加工。這樣可大大節約電火花和拋光的時間以及有關材料的消耗,這對保護環境的貢獻是不言而喻的。同時,極大地縮短了加工周期,提高了加工效率,降低了加工成本。
1.3模具的綠色包裝:模具的綠色包裝是模具銷售過程中涉及到的綠色問題,它著重從保護環境的角度出發,盡可能使模具產品進入銷售、使用、廢棄的物流過程中,其對環境資源消耗和廢棄物產生量最小。模具的綠色包裝主要包括三個方面的內容:模具包裝材料的選擇、模具包裝結構和模具包裝材料的回收。具體來講,第一方面就是在模具遠程配送過程中,在不影響包裝強度的前提下盡可能使用一些常見的木制材料(如合成板),這是由于模具產品不同于其他一些精制產品,它不太注重產品的外包裝精美問題,只關心產品的內在保護質量。第二方面就是要合理設計包裝箱內部結構,從而簡化包裝復雜度。即多個零件盡量在一個包裝箱中放置。同時,為了避免零件之間在運輸過程中互相摩擦造成磨損而影響模具產品表面質量,可在其中多放置一些軟性材料來隔離。第三方面就是要在包裝箱上注明包裝材料的可回收性標志及回收處理方式。如果用戶不能處理或難處理的,可注明可寄回原處處理,并給予一定的經濟補償。這樣的處理表面上看會使初期的成本可能有所增加,但從長遠來考慮,這也是節省成本的好方法。
1.4模具的綠色維護:在模具的使用過程中,由于其特殊性,要經常進行模具的修模工序。因此,同模具綠色制造過程一樣,修模過程也需要進行綠色處理。比如,在進行尺寸修模時,盡可能進行人工修護,少用或不用機加工;少用或不用有害溶液對模具進行表面處理,如鹽酸或甲醇等;在維護模具表面硬度方面,盡可能減少熱處理工序等等。
1.5模具的綠色回收、再處理:由于新產品的不斷開發以及產品更新換代的步伐不斷加快,舊產品模具必將被逐一淘汰。如何對廢棄模具進行回收處理,這是目前一直困擾模具行業無法得到解決的問題。提出模具綠色制造問題,很大一部分原因就是要有效地解決這個問題。如果模具在設計和制造階段就采用了綠色概念,則后續的回收處理就比較簡單,即只需根據模具的具體磨損情況,有針對性地進行拆卸,取其可用部分,進行適當修護加工,就可應用到新模具產品上,而剩余部分則可作廢料處理。
論文摘要：在機械設計中引入CAD技術，可以解決機械企業中重復性設計多、信息資源利用率低的難題，縮短產品開發周期，具有巨大的經濟效益和應用前景。
1 CAD技術的發展
CAD(Computer Aided Design)是計算機輔助設計的英文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產品的設計與分析，達到理想的目的，并取得創新成果的一種技術。自1950年計算機輔助設計（CAD）技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率飛速地提高。現已將計算機輔助制造技術（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和產品數據管理技術（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一體。
產品設計是決定產品命運的研究，也是最重要的環節，產品的設計工作決定著產品75%的成本。目前，CAD系統已由最初的僅具數值計算和圖形處理功能的CAD系統發展成為結合人工智能技術的智能CAD系統（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀，ICAD技術將具備新的特征和發展方向，以提高新時代制造業對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力。
以智能CAD（ICAD）為代表的現代設計技術、智能活動是由設計專家系統完成。這種系統能夠模擬某一領域內專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內的特定問題。該系統把人工智能技術和優化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。
2 三維CAD技術在機械設計中的優點
通過實際應用三維CAD系統軟件，筆者體會到三維CAD系統軟件比二維CAD在機械設計過程中具有更大的優勢，具體表現在以下幾點:
2.1 零件設計更加方便
使用三維CAD系統，可以裝配環境中設計新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件，既方便又快捷，避免了單獨設計零件導致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來，使人一目了然。
2.2 裝配零件更加直觀
在裝配過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關系，若裝配不正確即予以顯示，另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件的時候，可清楚地看到內部的裝配結構。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示，對于有一定運動行程要求的，可檢驗行程是否達到要求，及時對設計進行更改，避免了產品生產后才發現需要修改甚至報廢。
2.3 縮短了機械設計周期
采用三維CAD技術，機械設計時間縮短了近1/3，大幅度地提高了設計和生產效率。在用三維CAD系統進行新機械的開發設計時，只需對其中部分零部件進行重新設計和制造，而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息，使機械設計的效率提高了3~5倍。同時，三維CAD系統具有高度變型設計能力，能夠通過快速重構，得到一種全新的機械產品。
2.4 提高機械產品的技術含量和質量
由于機械產品與信息技術相融合，同時采用CAD CIMS組織生產，機械產品設計有了新發展。三維CAD技術采用先進的設計方法，如優化、有限元受力分析、產品的虛擬設計、運動方針和優化設計等，保證了產品的設計質量。同時，大型企業數控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工，一致性很好，保證了產品的質量。
3 CAD技術在機械設計中的應用
3.1 零件與裝配圖的實體生成
3.1.1 零件的實體建模。CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中，系統提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體和楔形體。對簡單的零件，可通過對其進行結構分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。
對于有些復雜的零件，往往難以分解成若干個基本體，使組合或分解后產生的基本體過多，導致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉得到新的“基本體”，進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。
3.1.2 實體裝配圖的生成。在零件實體構造完成后，利用機器運動分析過程中的資料，在運動的某一位置，按各零件所在的坐標進行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現。
3.2 模具CAD/CAM的集成制造
隨著科學技術的不斷發展，制造行業的生產技術不斷提高，從普通機床到數控機床和加工中心，從人工設計和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業正向數字化和計算機化方向發展。同時，模具CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術(RPM)等，幾乎覆蓋了整個現代制造技術。
一個完整的CAD/CAM軟件系統是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數控加工、有限元分析、動態顯示等。這些模塊應以工程數據庫為基礎，進行統一管理，而實體造型是工程數據的主要來源之一。
3.3 機械CAE軟件的應用
機械CAE系統的主要功能是:工程數值分析、結構優化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學/運動學仿真等。CAD技術在解決造型問題后，才能由CAE解決設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態特性等。
4 CAD前沿技術與發展趨勢
4.1 圖形交互技術
CAD軟件是產品創新的工具，務求易學好用，得心應手。一個友好的、智能化的工作環境可以開拓設計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創造性的工作中。因此，智能化圖標菜單、“拖放式”造型、動態導航器等一系列人性化的功能，為設計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術也正在研究之中。
4.2 智能CAD技術
CAD/CAM系統應用逐步深入，逐漸提出智能化需求.設計是一個含有高度智能的人類創造性活動。智能CAD/CAM是發展的必然方向。智能設計在運用知識化、信息化的基礎上，建立基于知識的設計倉庫，及時準確地向設計師提品開發所需的知識和幫助，智能地支持設計人員，同時捕獲和理解設計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能，使設計新手也能做出好的設計來，現代設計的核心是創新設計，人們正試圖把創新技法和人工智能技術相結合應用到CAD技術中，用智能設計、智能制造系統去創造性指導解決新產品、新工程和新系統的設計制造，這樣才能使我們的產品、工程和系統有創造性。
4.3 虛擬現實技術
虛擬現實技術在CAD中已開始應用，設計人員在虛擬世界中創造新產品，可以從人機工程學角度檢查設計效果，可直接操作模擬對象，檢驗操作是否舒適、方便，及早發現產品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題，及早看到新產品的外形，從多方面評價所設計的產品.虛擬產品建模就是指建立產品虛擬原理或虛擬樣機的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析，以評價其性能，可制造性、可裝配性、可維護性和成本、外觀等，基于虛擬樣機的試驗仿真分析，可以在真實產品制造之前發現并解決問題，從而降低產品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態企業聯盟將成為CAD技術在電子商務時代繼續發展的一個重要方向.另外，隨著協同技術、網絡技術、概念設計面向產品的整個生命周期設計理論和技術的成熟和發展，利用基于網絡的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術，實現真正的全數字化設計和制造，已成為機械設計制造業的發展趨勢。
參考文獻
[1]黃森彬主編.機械設計基礎.高等教育出版社.
[2]榮涵銳.新編機械設計CAD技術基礎〔M〕.北京:機械工業出版社，2002.
[3]徐建平，盛和太.精通AutoCAD2005[M].北京:清華大學出版社，2004.
