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1、 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 第六章第六章 先进制造新概念先进制造新概念1智能制造智能制造2敏捷制造敏捷制造3并行工程并行工程4虚拟制造虚拟制造5快速原型技术快速原型技术6绿色制造绿色制造7先进制造技术发展趋势先进制造技术发展趋势 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Techn
2、ology 一、智能制造一、智能制造 智能制造的定义智能制造的定义 智能制造智能制造是研究制造活动中的是研究制造活动中的信息感知与分析信息感知与分析、知识表知识表达与学习达与学习、智能决策与执行智能决策与执行的一门综合交叉技术，是实现知的一门综合交叉技术，是实现知识属性和功能的必然手段。识属性和功能的必然手段。 智能制造是人类的智慧向制造装备转移的过程。智能制造是人类的智慧向制造装备转移的过程。？ Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造的技术体系智能制造的技术体系智能制造：智能制造：感知与
3、测控网络感知与测控网络机器学习与制造知识发现机器学习与制造知识发现面向制造的综合推理面向制造的综合推理图形化建模与仿真图形化建模与仿真智能全息人机交互智能全息人机交互智能制造设备：智能制造设备：工况感知与智能识别工况感知与智能识别性能预测与智能维护性能预测与智能维护智能规划与智能编程智能规划与智能编程智能数控与伺服驱动智能数控与伺服驱动智能制造系统：智能制造系统：系统建模与自组织系统建模与自组织智能制造执行系统智能制造执行系统智能企业管控智能企业管控智能供应链管理智能供应链管理流程智能控制流程智能控制智能制造服务：智能制造服务：服务感知与控制的互联服务感知与控制的互联工业产品智能服务工业产品智
4、能服务服务过程的智能运控服务过程的智能运控物联网与物流智能服务物联网与物流智能服务制造与服务的集成共享制造与服务的集成共享一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 新型光机电传感系统、嵌入式控制系统新型光机电传感系统、嵌入式控制系统等；等；数字制造技术数字制造技术：CNC/CAD、CAM、CAE、CIMS；传感与控制技术传感与控制技术；人工智能技术人工智能技术：知识表示、机器学习、自动推理、智能计算；：知识表示、机器学习、自动推理、智能计算；互联网、物联网及射频识别技术互联网
5、、物联网及射频识别技术（RFID，电子标签），电子标签）数学数学：数理逻辑、数学机械化、随机过程与统计分析、运筹与：数理逻辑、数学机械化、随机过程与统计分析、运筹与决策分析、计算几何、非线性系统动力学等。决策分析、计算几何、非线性系统动力学等。 智能制造的支持技术智能制造的支持技术一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 无线射频识别无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间
6、建立机械目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触或光学接触。一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 知识经济时代的必然选择知识经济时代的必然选择 与设备、资本投入作为经济增长模式不同，知识含与设备、资本投入作为经济增长模式不同，知识含量起着越来越重要的因素。量起着越来越重要的因素。市场的必然选择市场的必然选择 可以提高能源和原材料的利用率，降低污染排放水可以提高能源和原材料的利用率，降低污染排放水平，提高产品质量。平，提高产品质量。是先进生产力的重
7、要体现是先进生产力的重要体现 科学技术是第一生产力，而智能制造技术是先进科科学技术是第一生产力，而智能制造技术是先进科学技术在制造领域的集中体现。学技术在制造领域的集中体现。智能制造是制造技术发展的必然趋势智能制造是制造技术发展的必然趋势一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造与制造智能智能制造与制造智能制造智能的涵义制造智能的涵义 制造智能制造智能指制造过程中的知识、知识的发现和推理能力、指制造过程中的知识、知识的发现和推理能力、智能系统结构与结构演化能力。是智能
8、系统结构与结构演化能力。是智能制造智能制造的基础和共性技术，的基础和共性技术，包括以下包括以下关键技术关键技术： 感知与测控网络技术；感知与测控网络技术； 机器学习与制造知识发现技术；机器学习与制造知识发现技术； 面向制造的综合推理技术；面向制造的综合推理技术； 图形化建模与仿真技术；图形化建模与仿真技术； 智能全息人机交互技术。智能全息人机交互技术。一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1）感知与测控网络技术感知与测控网络技术 感感 知知：各种智能传感器，智能仪表：各种
9、智能传感器，智能仪表 测控网络测控网络：通过计算机实时网络技术实现感知到的信息的收：通过计算机实时网络技术实现感知到的信息的收集、传输、管理、使用的技术。集、传输、管理、使用的技术。 研究目标研究目标：研究微型多功能集成智能传感器与传输技术，：研究微型多功能集成智能传感器与传输技术，RFID和物联网智能终端技术；开发基于工业总线的即插即用和物联网智能终端技术；开发基于工业总线的即插即用技术和实时网络操作系统，开发基于技术和实时网络操作系统，开发基于M2M和制造物联网的产和制造物联网的产品设计品设计 、生产、管理和服务技术。、生产、管理和服务技术。制造智能的关键技术制造智能的关键技术一、智能制造
10、一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 机器学习机器学习：把人类的知识教给计算机：把人类的知识教给计算机 知识发现知识发现：计算机通过机器学习、知识发掘从数据和信息：计算机通过机器学习、知识发掘从数据和信息中自动提炼知识并升华为制造策略。中自动提炼知识并升华为制造策略。 研究目标研究目标：解决异构数据库：解决异构数据库/知识库间的冲突和一致性维知识库间的冲突和一致性维护问题，实现异构数据库护问题，实现异构数据库/知识库间的透明访问，针对特知识库间的透明访问，针对特定的制造活动，开发工艺
11、知识库系统，研究高效、分布、定的制造活动，开发工艺知识库系统，研究高效、分布、异构数据挖掘技术与知识发现技术。异构数据挖掘技术与知识发现技术。2）机器学习与制造知识发现技术）机器学习与制造知识发现技术制造智能的关键技术制造智能的关键技术一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3）面向制造的综合推理技术）面向制造的综合推理技术 制造过程中的推理制造过程中的推理：制造过程中的推理是不确定、不：制造过程中的推理是不确定、不 精精确、不完整的推理问题。确、不完整的推理问题。 研究目
12、标研究目标：建立不确定、不精确、非完整信息的分布：建立不确定、不精确、非完整信息的分布/混混合推理技术；研究抽象代数、计算几何、微分几何在数控合推理技术；研究抽象代数、计算几何、微分几何在数控加工、自动装配、逆向工程、机器视觉、形位测量与误差加工、自动装配、逆向工程、机器视觉、形位测量与误差评定中的应用。评定中的应用。制造智能的关键技术制造智能的关键技术一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 4）图形化建模与仿真技术）图形化建模与仿真技术 图形化建模与仿真图形化建模与仿真：
13、图形操作代替符号、数字操作实现制造：图形操作代替符号、数字操作实现制造过程中的建模和仿真。过程中的建模和仿真。 研究目标研究目标：建立制造资源不同属性以及资源间互相作用：建立制造资源不同属性以及资源间互相作用/约约束的抽象的统一描述方法，建立面向制造资源库的图形化建束的抽象的统一描述方法，建立面向制造资源库的图形化建模、规划、编程与仿真集成开发平台。模、规划、编程与仿真集成开发平台。制造智能的关键技术制造智能的关键技术一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 5）智能全息人机
14、交互技术）智能全息人机交互技术 目前交互方法目前交互方法：键盘、鼠标、图形、视频、语音、触摸屏、：键盘、鼠标、图形、视频、语音、触摸屏、数据手套等。数据手套等。 研究目标研究目标：研究实时鲁棒处理技术和基于机器视觉的刚：研究实时鲁棒处理技术和基于机器视觉的刚/柔柔体空间状态感知和运动识别技术；研究视网膜扫描、脑机体空间状态感知和运动识别技术；研究视网膜扫描、脑机接口、生机接口和生理信号识别技术；最终实现全浸入式接口、生机接口和生理信号识别技术；最终实现全浸入式的的“人在场景中人在场景中”智能人机交互系统。智能人机交互系统。制造智能的关键技术制造智能的关键技术一、智能制造一、智能制造 Advan
15、ced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造装备智能制造装备 智能制造装备的涵义智能制造装备的涵义 智能制造装备具有感知、决策、执行功能，其技术特智能制造装备具有感知、决策、执行功能，其技术特征是：自行感知分析和处理运行环境；自行规划、控制、征是：自行感知分析和处理运行环境；自行规划、控制、决策，故障自行诊断和修复，主动分析自身性能力劣化和决策，故障自行诊断和修复，主动分析自身性能力劣化和维护，能够参与网络集成和网络协调。维护，能够参与网络集成和网络协调。 未来市场需求及产品未来市场需求及产品 （1） 智
16、能机床智能机床 （2） 智能成形制造设备智能成形制造设备 （3）特种智能制造设备）特种智能制造设备 （4）智能机器人）智能机器人 （5）智能工程机械）智能工程机械一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造装备的关键技术智能制造装备的关键技术 1）装备运行状态和环境的感知与识别技术）装备运行状态和环境的感知与识别技术 对于金属切削机床指：加工精度、温度、切削力、热变对于金属切削机床指：加工精度、温度、切削力、热变形、应力应变、图像信息等。形、应力应变、图像信息等。 研究
17、目标研究目标：新型传感器技术：新型传感器技术：高灵敏、高可靠、高精度的检测环境高灵敏、高可靠、高精度的检测环境信息；信息； 感知系统的组网感知系统的组网：高速、高精度数据传输、安全处理和：高速、高精度数据传输、安全处理和容错能力，异构信息的无缝交换能力；容错能力，异构信息的无缝交换能力；基于机器视觉的基于机器视觉的多元环境建模和图像理解能力多元环境建模和图像理解能力。 一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2）性能预测和智能维护技术）性能预测和智能维护技术 内内 容容：刀
18、具磨损情况、机床故障状态、振动状态、精度退：刀具磨损情况、机床故障状态、振动状态、精度退化状态等。化状态等。 研究目标研究目标：建立状态表征体系（振动、负载、热变形、温度、压力等）建立状态表征体系（振动、负载、热变形、温度、压力等）与装备性能表征指标间的映射关系；与装备性能表征指标间的映射关系； 研究损伤智能识别，自愈合和智能维护技术，完善损伤特征研究损伤智能识别，自愈合和智能维护技术，完善损伤特征提取方法和实时处理技术，最终实现对故障自诊断和自修提取方法和实时处理技术，最终实现对故障自诊断和自修复；复；实现重大技术装备的寿命测试和寿命预测，对可靠性和寿命实现重大技术装备的寿命测试和寿命预测，
19、对可靠性和寿命精确评估。精确评估。 一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3）智能工艺规划和智能编程技术）智能工艺规划和智能编程技术 问问 题题：现有的工艺规划基本是依靠经验的派生式，现有的：现有的工艺规划基本是依靠经验的派生式，现有的编程系统主要是面向零件几何的编程，没有综合考虑机床工编程系统主要是面向零件几何的编程，没有综合考虑机床工装和零件材料特性，智能工艺规划和编程主要是由计算机模装和零件材料特性，智能工艺规划和编程主要是由计算机模拟专家处理上述情况。拟专家处理上
20、述情况。 研究目标研究目标：研究工艺系统和子系统间的复杂界面行为和耦合关系，建立研究工艺系统和子系统间的复杂界面行为和耦合关系，建立工艺系统和作业环境的集成数学模型和标定方法；工艺系统和作业环境的集成数学模型和标定方法； 建立面向典型行业的工艺数据库和工艺知识库，完善机床、建立面向典型行业的工艺数据库和工艺知识库，完善机床、机器人、工程机械模型库，实现多目标工艺优化；机器人、工程机械模型库，实现多目标工艺优化；完善专家经验与计算智能的融合，建立规划与编程的智能推完善专家经验与计算智能的融合，建立规划与编程的智能推理和决策方法。理和决策方法。 一、智能制造一、智能制造 Advanced Manu
21、facturing Technology Advanced Manufacturing Technology 4）智能数控系统与智能数控驱动技术）智能数控系统与智能数控驱动技术 内内 容容：数控功能的提高，如视觉伺服功能、力反馈与力：数控功能的提高，如视觉伺服功能、力反馈与力/位反馈混合控制功能、振动控制功能、负荷控制功能、质位反馈混合控制功能、振动控制功能、负荷控制功能、质量调控功能、伺服参数和插补参数自调整功能、各种误差量调控功能、伺服参数和插补参数自调整功能、各种误差补偿功能等。补偿功能等。 研究目标研究目标：完善伺服控制技术，实现系统参数自动识别、控制参数自完善伺服控制技术，实现系统参
22、数自动识别、控制参数自动配置、多轴参数的自动优化、振动主动控制；动配置、多轴参数的自动优化、振动主动控制； 完善基于视觉感知的伺服控制，实现防碰撞技术，实现自完善基于视觉感知的伺服控制，实现防碰撞技术，实现自律运动、无人驾驶和灵巧操作；律运动、无人驾驶和灵巧操作；运用虚拟现实和人工智能技术，实现语音控制和基于虚拟运用虚拟现实和人工智能技术，实现语音控制和基于虚拟现实环境的操作，发展智能化人机交互技术。现实环境的操作，发展智能化人机交互技术。 一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technol
23、ogy 制制 造造 智智 能能 技技 术术目标：智能感知、学习、目标：智能感知、学习、推理、决策、执行推理、决策、执行智能终端技术、智能终端技术、机器学习机器学习/数据挖掘数据挖掘/知识发现技术、知识发现技术、综合推理综合推理/决策支持技术决策支持技术智能人机交互技术、智能人机交互技术、图形化建模与仿真技术图形化建模与仿真技术目标：即插即用目标：即插即用即插即用技术、即插即用技术、嵌入式操作系统技术、嵌入式操作系统技术、实时网络操作系统技术、实时网络操作系统技术、M2M(Machine-to-Machine/Man)制造物联网技术制造物联网技术2010年2020年2030年制造智能技术制造智能
24、技术一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造装备技术智能制造装备技术 智智 能能 制制 造造 装装 备备 技技 术术目标：智能感知、智能决策、目标：智能感知、智能决策、智能执行智能执行工况感知技术、工况感知技术、智能维护技术、智能维护技术、智能工艺规划技术智能工艺规划技术智能伺服驱动技术智能伺服驱动技术目标：学习、推理、自律目标：学习、推理、自律智能编程技术、智能编程技术、智能数控技术智能数控技术2010年2020年2030年一、智能制造一、智能制造 Advance
25、d Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造系统技术智能制造系统技术 智智 能能 制制 造造 系系 统统 技技 术术目标：智能决策、智能调度、目标：智能决策、智能调度、智能管控智能管控智能制造执行技术、智能制造执行技术、企业智能管控技术、企业智能管控技术、智能仪表智能仪表/执行器技术执行器技术FCS与智能控制技术与智能控制技术目标：可重构、自组织、目标：可重构、自组织、协调优化协调优化建模与自组织技术、建模与自组织技术、智能供应链管理、智能供应链管理、全生产线的在线协调全生产线的在线协调 优化控制技术优化控制
26、技术2010年2020年2030年一、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造服务技术智能制造服务技术 智智 能能 制制 造造 服服 务务 技技 术术目标：智能感知与智能服务目标：智能感知与智能服务服务状态感知技术、服务状态感知技术、产品智能服务技术、产品智能服务技术、生产智能服务技术生产智能服务技术目标：制造物联网目标：制造物联网制造物联网技术、制造物联网技术、智能物流技术、智能物流技术、制造与服务智能集成与共享制造与服务智能集成与共享2010年2020年2030年一
27、、智能制造一、智能制造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造实例智能制造实例磨削力适应控制磨削力适应控制 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造实例智能制造实例凸轮自动定位凸轮自动定位 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 智能制造实例智能制造实例基于计算机视觉的数控加工基于计算机视觉的
28、数控加工 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 先进制造新概念先进制造新概念1智能制造智能制造2敏捷制造敏捷制造3并行工程并行工程4虚拟制造虚拟制造5快速原型技术快速原型技术6绿色制造绿色制造7先进制造技术发展趋势先进制造技术发展趋势 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 二、敏二、敏 捷捷 制制 造造 敏捷制造敏捷制造（Agile Manufacturing）这一概念是）这一概念是1991年美年美国
29、国防部为解决国防制造能力问题而委托美国里海国国防部为解决国防制造能力问题而委托美国里海（Lehigh）大学亚柯卡（）大学亚柯卡（Iacocca）研究所，拟定的一个）研究所，拟定的一个同时体现工业界和国防部共同利益的中长期制造技术规划同时体现工业界和国防部共同利益的中长期制造技术规划框架。框架。 它包括如下特征：它包括如下特征： （1）敏捷制造是信息时代最有竞争力的生产模式。）敏捷制造是信息时代最有竞争力的生产模式。 （2）敏捷制造具有灵活的动态组织机构。）敏捷制造具有灵活的动态组织机构。 （3）敏捷制造采用了先进制造技术。）敏捷制造采用了先进制造技术。 （4）敏捷制造必须建立开放的基础结构。）
30、敏捷制造必须建立开放的基础结构。 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 敏捷制造的内涵敏捷制造的内涵 敏捷制造模式的创立人认为，随着生活水平的日趋提敏捷制造模式的创立人认为，随着生活水平的日趋提高，对产品的需求和评价标准从质量、价格、功能转变为高，对产品的需求和评价标准从质量、价格、功能转变为最短交货期、最大客户满意、资源保护和污染控制等方面，最短交货期、最大客户满意、资源保护和污染控制等方面，是一种继大量生产时代后的制造产品、分配产品和提供服是一种继大量生产时代后的制造产品、分配产品和提供服务的
31、新的制造模式。务的新的制造模式。 它强调将许多柔性的、先进的、实用的制造技术，高它强调将许多柔性的、先进的、实用的制造技术，高素质的劳动者以及企业之间和企业内部灵活的管理三者有素质的劳动者以及企业之间和企业内部灵活的管理三者有机地结合起来，对顾客需求的产品和服务驱动的市场，迅机地结合起来，对顾客需求的产品和服务驱动的市场，迅速做出快速响应。速做出快速响应。二、敏二、敏 捷捷 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 敏捷制造企业的主要特征敏捷制造企业的主要特征 1高度柔性高度柔性 2先进的
32、技术系统先进的技术系统3高素质人员高素质人员4用户的参与用户的参与 二、敏二、敏 捷捷 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 敏捷制造基本思想：敏捷制造基本思想： 通过将高素质的员工、动态灵活的组织结构、企业内及企通过将高素质的员工、动态灵活的组织结构、企业内及企业间的灵活管理以及柔性的先进生产技术进行全面集成，使企业间的灵活管理以及柔性的先进生产技术进行全面集成，使企业能对连续变化、不可预测的市场需求作出快速反应，由此而业能对连续变化、不可预测的市场需求作出快速反应，由此而获得长期的
33、经济效应。获得长期的经济效应。 敏捷制造的出发点是多样化、个性化的市场需求和瞬息万敏捷制造的出发点是多样化、个性化的市场需求和瞬息万变的经营机遇，是一种变的经营机遇，是一种“定单式定单式”的制造方式。敏捷性反映的是的制造方式。敏捷性反映的是制造业驾御变化、把握机遇和发动创新的能力。制造业驾御变化、把握机遇和发动创新的能力。 敏捷制造是推行面向产品过程的小组工作式，企业间由机敏捷制造是推行面向产品过程的小组工作式，企业间由机遇驱动而形成动态联盟。虚拟制造是敏捷制造的一种实现手段遇驱动而形成动态联盟。虚拟制造是敏捷制造的一种实现手段.二、敏二、敏 捷捷 制制 造造 Advanced Manufac
34、turing Technology Advanced Manufacturing Technology 100多年前，福特汽车公司为了确保汽车各零件之间的互换性和多年前，福特汽车公司为了确保汽车各零件之间的互换性和严格的交货周期，建立了纵向一体化的大而全的企业，利用严格管理，严格的交货周期，建立了纵向一体化的大而全的企业，利用严格管理，实现大批量、低成本、高效率的生产目标。实现大批量、低成本、高效率的生产目标。 随着社会的进步，福特等公司也随之变成了只掌握设计及总装的随着社会的进步，福特等公司也随之变成了只掌握设计及总装的企业，汽车的大多数配件都是协作厂生产的。经验证明，大而全的企企业，汽车的
35、大多数配件都是协作厂生产的。经验证明，大而全的企业王国，纵向一层一层的结构，容易产生官僚主义，对市场的响应也业王国，纵向一层一层的结构，容易产生官僚主义，对市场的响应也慢。企业集成的发展道路就是充分针对某种产品开发的企业动态联盟，慢。企业集成的发展道路就是充分针对某种产品开发的企业动态联盟，并以最快最省的方式开发产品，推向市场。并以最快最省的方式开发产品，推向市场。 美国把敏捷制造看成美国把敏捷制造看成21世纪的制造战略，是重振美国制造业雄风世纪的制造战略，是重振美国制造业雄风的关键。的关键。 我国一直提倡的我国一直提倡的“专业化协作生产专业化协作生产”就是朴素的敏捷制造的思就是朴素的敏捷制造
36、的思想，但技术手段则是十分原始的。想，但技术手段则是十分原始的。二、敏二、敏 捷捷 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 先进制造新概念先进制造新概念1智能制造智能制造2敏捷制造敏捷制造3并行工程并行工程4虚拟制造虚拟制造5快速原型技术快速原型技术6绿色制造绿色制造7先进制造技术发展趋势先进制造技术发展趋势 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 三、并行工程三、并行工程 需求需求需求需求
37、结构设计结构设计结构设计结构设计 工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计 制造制造制造制造a a）串行工程）串行工程）串行工程）串行工程b b）串行工程）串行工程）串行工程）串行工程T 1988年，美国防御分析研究所以武器生产为背景，对传年，美国防御分析研究所以武器生产为背景，对传统的生产模式进行了分析，首次提出了并行工程的概念。统的生产模式进行了分析，首次提出了并行工程的概念。1992年引入我国。年引入我国。 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 串行的产品设计方法串行的产品设计方法 存在的问题存在的
38、问题各下游开发部门所具有的知识难以加入到早期设计。各下游开发部门所具有的知识难以加入到早期设计。各部门目标和评价标准的差异和矛盾降低了整体效率各部门目标和评价标准的差异和矛盾降低了整体效率部门之间难沟通；设计改动量大；部门之间难沟通；设计改动量大；产品开发周期长；产品成本高。产品开发周期长；产品成本高。 概而言之概而言之：以部门为基础的组织机构严重地妨碍了产：以部门为基础的组织机构严重地妨碍了产品开发的速度和质量品开发的速度和质量三、并行工程三、并行工程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 并行
39、工程并行工程(CE) 概述概述 市场竞争日趋激烈市场竞争日趋激烈,而唯有提高产品质量、缩短产品开发而唯有提高产品质量、缩短产品开发周期、降低成本才能使企业在竞争中取胜。因此，并行工程周期、降低成本才能使企业在竞争中取胜。因此，并行工程(CE)应运而生。并行工程自提出以来，引起各国的政府部门、应运而生。并行工程自提出以来，引起各国的政府部门、学术界和工业界的高度重视，并迅速由研究走向应用开发。学术界和工业界的高度重视，并迅速由研究走向应用开发。我国对此也非常重视，国家科委从战略的高度出发，将并行我国对此也非常重视，国家科委从战略的高度出发，将并行工程设立为工程设立为(CIMS)关键技术攻关项目关
40、键技术攻关项目，作为，作为CIMS 进一步发进一步发展的方向。展的方向。三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 并行的产品设计方法并行的产品设计方法 1）并行工程主要思想）并行工程主要思想 并并行行工工程程是是一一种种强强调调各各阶阶段段领领域域专专家家共共同同参参加加的系统化产品设计方法；的系统化产品设计方法；设计时同时考虑产品生命周期的所有因素设计时同时考虑产品生命周期的所有因素。 设计过程中各活动并行交叉进行设计过程中各活动并行交叉进行。不同领域技术人员的全面参
41、与和协同工作。不同领域技术人员的全面参与和协同工作。三、并行工程三、并行工程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 设设计计时时同同时时考考虑虑产产品品生生命命周周期的所有因素期的所有因素（研制）（研制）（研制）（研制）研究研究研究研究市场市场市场市场制定产品规格制定产品规格制定产品规格制定产品规格设计设计设计设计开发开发开发开发适用性适用性适用性适用性供应单位供应单位供应单位供应单位 采购采购采购采购制定工艺制定工艺制定工艺制定工艺研究研究研究研究销售销售销售销售生产生产生产生产检验检验检验检验
42、工序控制工序控制工序控制工序控制测试测试测试测试仪器仪表以仪器仪表以仪器仪表以仪器仪表以及设备装置及设备装置及设备装置及设备装置服务服务服务服务市场市场市场市场并行工程并行工程-过程重构过程重构三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 并行工程设计并行工程设计时同时考虑产品生命周期的时同时考虑产品生命周期的所有因素所有因素三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Te
43、chnology 并行工程并行工程并行工程并行工程可制造性可制造性可制造性可制造性可装配性可装配性可装配性可装配性质量保证质量保证质量保证质量保证顾客满意顾客满意顾客满意顾客满意可靠性可靠性可靠性可靠性环境保护环境保护环境保护环境保护功能功能功能功能并行工程设计并行工程设计时同时考虑产品生命周期的时同时考虑产品生命周期的所有因素所有因素三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 概念设计概念设计结构概念设计结构概念设计工艺概念设计工艺概念设计初步设计初步设计产品初步方案产
44、品初步方案工艺初步方案工艺初步方案详细设计详细设计产品详细方案产品详细方案工艺详细方案工艺详细方案企企企企业业业业各各各各职职职职能能能能部部部部门门门门设计过程中各种活动并行设计过程中各种活动并行交叉进行交叉进行三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 环保人员环保人员环保人员环保人员开发小组开发小组顾客顾客顾客顾客供应商供应商供应商供应商质量人员质量人员质量人员质量人员制造人员制造人员制造人员制造人员装配人员装配人员装配人员装配人员营销人员营销人员营销人员营销人员设
45、计人员设计人员设计人员设计人员跨职能小组跨职能小组生产生产生产生产财务财务财务财务供应供应供应供应采购采购采购采购用户用户用户用户设计设计设计设计工艺工艺工艺工艺其他其他其他其他 不同领域技术人不同领域技术人员的员的全面参与全面参与三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 总经理总经理设计设计生产制造生产制造销售销售财务、人力等财务、人力等供应商供应商服装经销商服装经销商其他相关人员其他相关人员时装开发并行工程项目组时装开发并行工程项目组时装开发的并行工程工作模式的组织
46、结构平台时装开发的并行工程工作模式的组织结构平台时装设计公司并行工程案例时装设计公司并行工程案例三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 并并并并行行行行式式式式设设设设计计计计模模模模块块块块绿绿绿绿色色色色度度度度评评评评估估估估指指指指标标标标概念设计概念设计概念设计概念设计结构设计结构设计结构设计
47、结构设计工艺设计工艺设计工艺设计工艺设计加工装配加工装配加工装配加工装配储运销售储运销售储运销售储运销售使用维护使用维护使用维护使用维护废弃后处理废弃后处理废弃后处理废弃后处理考虑考虑环保环保条件下的并行式绿色设计的产品开发过程条件下的并行式绿色设计的产品开发过程资源性指标资源性指标能耗性指标能耗性指标环境性指标环境性指标经济性指标经济性指标三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 并行工程中的并行工程中的主要问题主要问题包括：包括：并行工程并行工程系统化、集成化产品开
48、发方法与技术。系统化、集成化产品开发方法与技术。产品开发过程产品开发过程-并行工程实施的引擎。并行工程实施的引擎。产品数据管理产品数据管理系统功能与应用分析和系统功能与应用分析和PDM的功能。的功能。产品数据集成产品数据集成-并行工程的核心思想是在并行工程的核心思想是在CIMS信息集成的信息集成的基基 础上实现产品开发过程的集成，其基本支条件之一是各础上实现产品开发过程的集成，其基本支条件之一是各种计算机辅助工具之间必须实现产品信息的数字化定义及种计算机辅助工具之间必须实现产品信息的数字化定义及信息集成。信息集成。并行工程集成框架并行工程集成框架-并行工程重要的支撑系统之一是集成框并行工程重要
49、的支撑系统之一是集成框架。架。三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 制造业第一要旨制造业第一要旨：使满足用户需求的新产品尽快上市而赢得市：使满足用户需求的新产品尽快上市而赢得市场竞争。场竞争。 传统的开发模式传统的开发模式不能在设计的早期就对产品生命周期中的各种不能在设计的早期就对产品生命周期中的各种因素考虑周全，致使设计频繁更改，因而延长了开发周期，增因素考虑周全，致使设计频繁更改，因而延长了开发周期，增加了产品成本，并且用户需求还得不到满足。加了产品成本，并且用
50、户需求还得不到满足。 并行工程并行工程(CE)的出现解决了这一难题的出现解决了这一难题, 是一种集成、并行地设是一种集成、并行地设计产品及相关过程的系统化方法，通过组织多学科产品开发队计产品及相关过程的系统化方法，通过组织多学科产品开发队伍，改进产品开发流程，利用各种计算机辅助工具等手段，使伍，改进产品开发流程，利用各种计算机辅助工具等手段，使产品开发在初期阶段就能及早考虑下游的各种因素，以达到缩产品开发在初期阶段就能及早考虑下游的各种因素，以达到缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，从而增强企短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，从而增强企业竞争能力的目标。业竞争能力的目标。三
51、、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 运用领域运用领域：航空、航天、电子、汽车等领域，对我国的制造业：航空、航天、电子、汽车等领域，对我国的制造业既是挑战，也是机遇。既是挑战，也是机遇。 组织结构形式组织结构形式：矩阵制（攻关小组，开发小组）：矩阵制（攻关小组，开发小组） 开发小组开发小组：将不同的专业人员（包括设计、工艺、制造、销售、：将不同的专业人员（包括设计、工艺、制造、销售、市场、维修等）组成的开发小组，在同一计算机辅的环境支持市场、维修等）组成的开发小组，在
52、同一计算机辅的环境支持下协同工作（甚至可以做到异地设计）；将原来的串行过程尽下协同工作（甚至可以做到异地设计）；将原来的串行过程尽可能并行进行，以保证在产品设计阶段尽量消除各种不必要的可能并行进行，以保证在产品设计阶段尽量消除各种不必要的返工，使产品开发一次成功，从而进一步缩短产品开发时间，返工，使产品开发一次成功，从而进一步缩短产品开发时间，降低开发成本，以优良的性能价格比参与竞争。降低开发成本，以优良的性能价格比参与竞争。 虚拟制造支持虚拟制造支持三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing
53、 Technology 并行工程的核心内容：并行工程的核心内容：（1）产品开发队伍重构）产品开发队伍重构 将传统的部门制或专业组变成以产品将传统的部门制或专业组变成以产品（型号）为主线的多功能集成产品开发团队（型号）为主线的多功能集成产品开发团队（IPT）（2）过程重构）过程重构 下流过程在产品开发的早期即参与过程，过程下流过程在产品开发的早期即参与过程，过程精简，以使信息流动与共享的效率更高精简，以使信息流动与共享的效率更高（3）数字化产品定义数字化产品模式和产品生命周期数据管）数字化产品定义数字化产品模式和产品生命周期数据管理（理（PDM）；数字化工具定义和信息集成，如）；数字化工具定义和
54、信息集成，如DFM、CAD/CAE/CAM等。等。（4）协同工作环境）协同工作环境 用于支持产品开发团队（用于支持产品开发团队（IPT）协同工作的）协同工作的网络与计算机平台。网络与计算机平台。三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 并行工程的重要性并行工程的重要性：提高新产品开发能力：提高新产品开发能力 “并行工程作为企业的基本战略，对提高企业的竞争能力已变并行工程作为企业的基本战略，对提高企业的竞争能力已变得绝对重要，企业高层领导的重视程度对并行工程是否能够应得绝
55、对重要，企业高层领导的重视程度对并行工程是否能够应用成功起着重要的作用用成功起着重要的作用”。 早在早在20世纪世纪50年代我国曾经提出过的年代我国曾经提出过的“两参一改三结合两参一改三结合”的管的管理模式，可以说是并行工程最初的朴素哲理。可惜后来未能从理模式，可以说是并行工程最初的朴素哲理。可惜后来未能从理论上加以充实、完善，以致逐步失去了昔日的光彩。理论上加以充实、完善，以致逐步失去了昔日的光彩。三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 并行工程并行工程应用实例应用
56、实例：（1）洛克希德公司新型导弹的开发）洛克希德公司新型导弹的开发 1992.10.洛克希德洛克希德LMSC接受了美国国防部用于接受了美国国防部用于“战区高空战区高空防御防御”的新型号导弹开发计划，开发经费为的新型号导弹开发计划，开发经费为6.88亿美圆，要亿美圆，要求在求在24个月内完成任务，而过去一般需要个月内完成任务，而过去一般需要5年，采用并行工年，采用并行工程的方法，最终得以将产品开发周期缩短了程的方法，最终得以将产品开发周期缩短了60%，完成了，完成了预定的目标。预定的目标。洛克希德公司实施并行工程的主要方法和技术有：洛克希德公司实施并行工程的主要方法和技术有：l改进产品开发流程改
57、进产品开发流程l实现信息集成与共享实现信息集成与共享l组织综合的产品开发队伍组织综合的产品开发队伍l为群组工作提供网络通信环境，支持异地的电子评审为群组工作提供网络通信环境，支持异地的电子评审三、并三、并 行行 工工 程程 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology （2）波音公司的应用）波音公司的应用 波音企业于波音企业于1991年开始开发新型的年开始开发新型的777双发动机大型客机。双发动机大型客机。传统的串行开发流程大型客机从设计到原型制造一般需要多传统的串行开发流程大型客机从设计到原型制造一般需
58、要多则十年，少则七八年，采用了全新的并行产品定义的概念，则十年，少则七八年，采用了全新的并行产品定义的概念，实现了五年从设计到一次试飞成功的目标。实现了五年从设计到一次试飞成功的目标。波音实施并行工程的主要方法和技术有：波音实施并行工程的主要方法和技术有：l按飞机的部件组成了按飞机的部件组成了200多个集成产品开发团队多个集成产品开发团队l通过并行产品定义（通过并行产品定义（CPD）技术，实施改进的产品开发流程）技术，实施改进的产品开发流程l大量应用大量应用CAD/CAM技术，做到无图纸生产技术，做到无图纸生产l应用仿真技术与虚拟现实技术应用仿真技术与虚拟现实技术三、并三、并 行行 工工 程程
59、 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 先进制造新概念先进制造新概念1智能制造智能制造2敏捷制造敏捷制造3并行工程并行工程4虚拟制造虚拟制造5快速原型技术快速原型技术6绿色制造绿色制造7先进制造技术发展趋势先进制造技术发展趋势 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟加工技术虚拟装配技术 虚拟车间技术虚拟车间技术 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Tech
60、nology Advanced Manufacturing Technology 虚拟加工技术虚拟加工技术 早在早在20世纪世纪60年代，数控机床就已经获得了应用。年代，数控机床就已经获得了应用。70年代就有了自动编程技术年代就有了自动编程技术APT。70年代后期年代后期CAD也获得了广泛也获得了广泛的的错误率应用。但是实现的的错误率应用。但是实现CAD和和CAM的集成是一种始终复杂的集成是一种始终复杂的工作。所以在实际的制造系统中，经过的工作。所以在实际的制造系统中，经过CAD/CAM的零件，在的零件，在正式加工之前，一般要进行试切这一步骤。试切的过程也就是正式加工之前，一般要进行试切这一步
61、骤。试切的过程也就是 CAD/CAM/ NC系统生成的系统生成的NC程序的检验过程。随着程序的检验过程。随着NC编程的编程的复杂化，复杂化，NC代码也越来越高。如果代码也越来越高。如果NC程序生成不正确，就会造程序生成不正确，就会造成过切、少切，或加工出废品，也可能发生零件与刀具，刀具成过切、少切，或加工出废品，也可能发生零件与刀具，刀具与夹具，刀具与工作台的干涉和碰撞，这显然是十分危险的。与夹具，刀具与工作台的干涉和碰撞，这显然是十分危险的。传统的试切时采用塑模、腊模或木模在专用设备上进行的。这传统的试切时采用塑模、腊模或木模在专用设备上进行的。这不但浪费人力物力，而且延缓了生产周期，增加了
62、产品开发成不但浪费人力物力，而且延缓了生产周期，增加了产品开发成本，降低了生产效率，极大影响系统性能。本，降低了生产效率，极大影响系统性能。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟加工虚拟加工是实际加工在计算机上的本质实现，一般采用三维是实际加工在计算机上的本质实现，一般采用三维实体仿真技术。在三维实体仿真软件实体仿真技术。在三维实体仿真软件(亦称为加工过程仿真亦称为加工过程仿真器器)的支持下，以的支持下，以NC代码为驱动，数控指令翻译器对输入的代码为驱动，数控指
63、令翻译器对输入的Nc代码进行语法检查、翻译。根据指令生成相应的刀具扫描代码进行语法检查、翻译。根据指令生成相应的刀具扫描体，并在指令的驱动下，对刀具扫描体与被加工零件的几何体，并在指令的驱动下，对刀具扫描体与被加工零件的几何体进行求交运算、碰撞干涉检查、材料切除等，并生成指令体进行求交运算、碰撞干涉检查、材料切除等，并生成指令执行后的中间结果，所有这些虚拟加工过程均可以在计算机执行后的中间结果，所有这些虚拟加工过程均可以在计算机屏幕上通过三维动回显示出来。指令不断执行，每一条指令屏幕上通过三维动回显示出来。指令不断执行，每一条指令的执行结果均可保存，以便查验，直到所有指令执行完毕，的执行结果均
64、可保存，以便查验，直到所有指令执行完毕，虚拟加工任务结束。虚拟加工任务结束。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟加工过程仿真器应包括以下几个主要的功能模块虚拟加工过程仿真器应包括以下几个主要的功能模块 (1)几何建模几何建模。可进行加工中心设备的几何建模，。可进行加工中心设备的几何建模，包括简单体宏定义和装配以形成构成加工中心设备的主轴包括简单体宏定义和装配以形成构成加工中心设备的主轴(箱箱)、工作台、换刀机械手、导轨及其他部分几何模型，可、工作台、换刀机械
65、手、导轨及其他部分几何模型，可对简单零件和毛坯进行几何建棋或从其他对简单零件和毛坯进行几何建棋或从其他cADcAPPcAM系统转换零件的几何模型，可实现工件毛坯及夹具在系统转换零件的几何模型，可实现工件毛坯及夹具在拖盘上的装夹定义。拖盘上的装夹定义。 (2)机床定义机床定义。对机床几何模型赋予加工铀、刀库、主。对机床几何模型赋予加工铀、刀库、主轴、工作台等逻辑定义。轴、工作台等逻辑定义。 (3)刀库定义刀库定义。可对铿、铣、钻、车削等用的各类刀具。可对铿、铣、钻、车削等用的各类刀具参数进行定义和管理。参数进行定义和管理。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturi
66、ng Technology Advanced Manufacturing Technology (4)加工任务设置。加工任务设置。包括刀库定义、工件装夹、零偏设置、包括刀库定义、工件装夹、零偏设置、NC代码加载等。代码加载等。 (5)Nc代码翻译转换。代码翻译转换。可支持多种控制器的可支持多种控制器的Nc代码解释，代码解释，不仅可提取出驱动加工中心设备模型运动的数据，而且可提取不仅可提取出驱动加工中心设备模型运动的数据，而且可提取各种加工状态信息和工步信息，以支持工件材料切除的计算。各种加工状态信息和工步信息，以支持工件材料切除的计算。 (6)加工过程仿真。加工过程仿真。用动画展现加工过程中材
67、料切除的过程用动画展现加工过程中材料切除的过程和设备的工作状态，并支持和设备的工作状态，并支持Nc代码窗口调试能力，检查刀具代码窗口调试能力，检查刀具与夹具和工作台的碰撞及过切、少切现象检查无效的与夹具和工作台的碰撞及过切、少切现象检查无效的NC代代码动作、进给和切削用量的合理性。码动作、进给和切削用量的合理性。 (7)成品检验。成品检验。对加工后的工件几何模型进行各种测量。对加工后的工件几何模型进行各种测量。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟加工虚拟加工数
68、控机床的几何建摸数控机床的几何建摸 机械设备的几何建模包括零件的几何建模和设备的机械设备的几何建模包括零件的几何建模和设备的几何建摸。在单个零件的几何建模方面，一般以几何建摸。在单个零件的几何建模方面，一般以csG和和Brep表示或两者的混合表示为基础。建模方法中有简洁易行的平扫表示或两者的混合表示为基础。建模方法中有简洁易行的平扫法、回转法，还有特征造型和参数化造型方法。在机械设备建法、回转法，还有特征造型和参数化造型方法。在机械设备建模方面，一般采用两种方法来表示装配体中组成元件之间的相模方面，一般采用两种方法来表示装配体中组成元件之间的相互关系。一类是宜接存储元件之间的相互位置信息，如齐
69、次变互关系。一类是宜接存储元件之间的相互位置信息，如齐次变换矩阵换矩阵35一种方法是只存储组件之间的配合、连接等装配信息。一种方法是只存储组件之间的配合、连接等装配信息。对数控机床的几何表示目前还没有一个较为治确酌模型，数控对数控机床的几何表示目前还没有一个较为治确酌模型，数控机床有它自己的结构特点，它的几何模型既要适应加工过程中机床有它自己的结构特点，它的几何模型既要适应加工过程中的快速显示，又要便于描述它的运动，建立它的运动模型。的快速显示，又要便于描述它的运动，建立它的运动模型。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advan
70、ced Manufacturing Technology 虚拟加工虚拟加工数控机床的运动学模型和刀具管理数控机床的运动学模型和刀具管理 目前，机械系统的运动学建模方法很多，但对于数控机目前，机械系统的运动学建模方法很多，但对于数控机床的仿真运动模型的描述研究还比较少。对于刀具的管理，床的仿真运动模型的描述研究还比较少。对于刀具的管理，目前已有一些研究主要集中在刀库存储管理、刀具标准化、目前已有一些研究主要集中在刀库存储管理、刀具标准化、刀具的加工设置、对刀具员优化加工条件、刀具在刀架上的刀具的加工设置、对刀具员优化加工条件、刀具在刀架上的排列和刀具的磨损监控等何题，人们也作了研究。虽然刀具排列
71、和刀具的磨损监控等何题，人们也作了研究。虽然刀具涉及的问题报复杂，但针对具体情况提出的理论和方法往往涉及的问题报复杂，但针对具体情况提出的理论和方法往往是有效的。是有效的。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟加工虚拟加工数控程序约分析处理数控程序约分析处理 Nc代码翻译器用于指挥虚拟机床的动作和状代码翻译器用于指挥虚拟机床的动作和状态，机床的一切动作和状态都要受态，机床的一切动作和状态都要受NC代码翻译器的控制。代码翻译器的控制。20世纪世纪70年代以来，随
72、着数控图形编程和实体显示技术的年代以来，随着数控图形编程和实体显示技术的迅速发展，对迅速发展，对Nc代码翻译器的需求也日益强烈。目前的代码翻译器的需求也日益强烈。目前的Nc代码翻译器为专用翻译器，即只适用于其一类数控系统。代码翻译器为专用翻译器，即只适用于其一类数控系统。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟加工虚拟加工运动物体的碰撞检测和加工件的逐步成形运动物体的碰撞检测和加工件的逐步成形 运动物体的几何碰撞十涉检验算法的研究在图形学、运动物体的几何碰撞十涉检
73、验算法的研究在图形学、起动物体仿真和规划，以及制造系统的编程与控制中占据着起动物体仿真和规划，以及制造系统的编程与控制中占据着极其重要的地位。碰撞检测算法一般可根据其采用的表示模极其重要的地位。碰撞检测算法一般可根据其采用的表示模型来划分。成形的算法大都是以型来划分。成形的算法大都是以B，eP几何表示模型为基几何表示模型为基础的，碰撞检测是由连续的表面和形体的相交测试来实现的。础的，碰撞检测是由连续的表面和形体的相交测试来实现的。显然，这种算法计算时间取决于物体表而的数量，运算效率显然，这种算法计算时间取决于物体表而的数量，运算效率比较低。为了提高效率人们在八叉树的基础上提出一种快比较低。为了
74、提高效率人们在八叉树的基础上提出一种快速算法和以层次球状为基础的碰撞检验算法。速算法和以层次球状为基础的碰撞检验算法。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟装配技术虚拟装配技术 装配是产品开发活动中最具影响力的一个环节。装配是产品开发活动中最具影响力的一个环节。现代产品的竞争是性能、质量、价格、上
75、市时间、外观形状、现代产品的竞争是性能、质量、价格、上市时间、外观形状、售后服务等多种因素的综合竞争，所有这些因素无不与装配售后服务等多种因素的综合竞争，所有这些因素无不与装配存在密切联系。产品的质量是由设计师设计拟定的，由制造存在密切联系。产品的质量是由设计师设计拟定的，由制造阶段提供保证，并由装配阶段具体落实的。装配质量的好坏阶段提供保证，并由装配阶段具体落实的。装配质量的好坏直接反映在产品的性能、质量上。直接反映在产品的性能、质量上。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Tech
76、nology 20世纪世纪90年代，年代，并行工程并行工程(CE)和和虚拟制造虚拟制造(VM)技技术的兴起导致了产品设计的广义化，许多处于下游阶段的活术的兴起导致了产品设计的广义化，许多处于下游阶段的活动如制造、装配、测试、质量控制等都可望在产品设计的同动如制造、装配、测试、质量控制等都可望在产品设计的同时并行考虑。在此背景下，装配设计范围自然扩展为产品生时并行考虑。在此背景下，装配设计范围自然扩展为产品生命周期中与装配有关的各种活动。从这个意义上讲，产品装命周期中与装配有关的各种活动。从这个意义上讲，产品装配结构设计、装配公差分析与综合、装配工艺规划配结构设计、装配公差分析与综合、装配工艺规
77、划(APP)、装配系统规划装配系统规划(ASP)等，均应是广义的装配设计范围，实际等，均应是广义的装配设计范围，实际上，它是一种基于三维数字模型的集成化装配设计，亦称为上，它是一种基于三维数字模型的集成化装配设计，亦称为虚拟装配。虚拟装配。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟装配技术的内涵虚拟装配技术的内涵 虚拟装配是虚拟产品开发过程中至关重要的一环，虚拟装配是虚拟产品开发过程中至关重要的一环，是一项涉及到零部件构型与布局、材料选择、装配工艺规划、是一项涉及
78、到零部件构型与布局、材料选择、装配工艺规划、公差分析与综合等众多内容的复杂、综合性工作，其作用和公差分析与综合等众多内容的复杂、综合性工作，其作用和地位可归结为如下几个方面，地位可归结为如下几个方面， (1)拟定结构方案，优化装配结构。拟定结构方案，优化装配结构。这是装配设计的外在表这是装配设计的外在表现，装配设计的基本任务是从原理方案出发在各种因隶制约现，装配设计的基本任务是从原理方案出发在各种因隶制约下寻求装配结构的员优解，由此拟定装配草图。下寻求装配结构的员优解，由此拟定装配草图。 (2)改进装配性能，降低装配成本。改进装配性能，降低装配成本。基本要求是确保产品的基本要求是确保产品的军部
79、件能够装配到位；进一步的要求是确保产品装配能够比军部件能够装配到位；进一步的要求是确保产品装配能够比较容易实现，即装配成本尽可能低廉。较容易实现，即装配成本尽可能低廉。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology (3)产品可制造性的基础和依据。产品可制造性的基础和依据。制造的最终目的是制造的最终目的是能够形成满足用户要求的产品，考虑可装配性必须先于可能够形成满足用户要求的产品，考虑可装配性必须先于可制造性一旦离开了产品可装配这一前提，谈论可制造性便制造性一旦离开了产品可装
80、配这一前提，谈论可制造性便是毫无意义的，因而虚拟装配是产品可制造性的出发点。是毫无意义的，因而虚拟装配是产品可制造性的出发点。 (4)产品并行设计的技术支持和保障。产品并行设计的技术支持和保障。产品并行设计是让产品并行设计是让下游有关活动尽早融汇到上游的过程中来，使下游的有关下游有关活动尽早融汇到上游的过程中来，使下游的有关因素能在设计早期加以考虑。这种融汇是通过诸如因素能在设计早期加以考虑。这种融汇是通过诸如DFx等等技术来具体实现和保证的，装配在生产过程中的支配地位技术来具体实现和保证的，装配在生产过程中的支配地位确定了虚拟装配的龙头作用。确定了虚拟装配的龙头作用。 四、虚四、虚 拟拟 制
81、制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟装配的定义虚拟装配的定义为：虚拟装配是装配过程在计算机上的本为：虚拟装配是装配过程在计算机上的本质实现，是基于产品的数字化实体模型，在计算机上分析与验质实现，是基于产品的数字化实体模型，在计算机上分析与验证产品的装配性能及工艺过程，从而提高产品的可装配性。装证产品的装配性能及工艺过程，从而提高产品的可装配性。装配在此有双重合义，一是由零部件组成的好态的装配体，二是配在此有双重合义，一是由零部件组成的好态的装配体，二是该装配体的形成过程。该装配体的
82、形成过程。 虚拟装配以装配对象虚拟装配以装配对象(产品及其零部件产品及其零部件)的三维实体模型为的三维实体模型为基础，通过虚拟的实体模型在计算机上仿真装配操作的全过程，基础，通过虚拟的实体模型在计算机上仿真装配操作的全过程，进行装配操作及其相关特性的系统分析，实现产品的装配工艺进行装配操作及其相关特性的系统分析，实现产品的装配工艺规划，并得到能指导实际装配操作的工艺文件。它是实际装配规划，并得到能指导实际装配操作的工艺文件。它是实际装配过程在虚拟环境下的映射，因此，从本质上讲，虚拟装配就是过程在虚拟环境下的映射，因此，从本质上讲，虚拟装配就是要在产品设计阶段，利用计算机装配出要在产品设计阶段，
83、利用计算机装配出“虚拟产品虚拟产品”，以可视，以可视化方式验证、展示和完善产品及其零部件的可装配性。化方式验证、展示和完善产品及其零部件的可装配性。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 作为一个新兴研究领域，虚拟装配实际上是多种作为一个新兴研究领域，虚拟装配实际上是多种技术的结合，其发展与技术的结合，其发展与产品设计方法学产品设计方法学、可视化技术可视化技术、仿真仿真技术技术、决策技术决策技术、装配和制造技术装配和制造技术，以及，以及装配和制造设备装配和制造设备的
84、的发展等等紧密相关。发展等等紧密相关。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 装配信息建模装配信息建模从虚拟制造从虚拟制造(VM)和虚拟产品开发和虚拟产品开发(VPD)的观点来看，装的观点来看，装配模型应该是一种集成化的信息模型，原则上支持面向全生配模型应该是一种集成化的信息模型，原则上支持面向全生命周期产品设计过程中与装配有关的所有活动和过程，包括命周期产品设计过程中与装配有关的所有活动和过程，包括产品定义、生产规划和过程仿真中与装配相关的各个子过程。产品定义、生
85、产规划和过程仿真中与装配相关的各个子过程。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 装配模型的信息组成装配模型的信息组成 建立产品装配模型的目的是为面向装配的产品设计建立产品装配模型的目的是为面向装配的产品设计提供信息来源和存取机制。装配模型不仅要处理设计系统的提供信息来源和存取机制。装配模型不仅要处理设计系统的输入信息，还应能处理设计过程的中可信息和结果信息，因输入信息，还应能处理设计过程的中可信息和结果信息，因此装配模型信息应随设计过程的推进而逐渐丰富和完善。此装配
86、模型信息应随设计过程的推进而逐渐丰富和完善。 装配模型信息主要由装配模型信息主要由6个方面的内容组成个方面的内容组成: 1、管理信息；、管理信息； 2、几何信息；、几何信息；3、拓扑信息；、拓扑信息； 4、工程语义信息；、工程语义信息；5、装配工艺信息；、装配工艺信息； 6、装配资源信息、装配资源信息 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 装配资源装配资源是用以实施装配拆卸操作的各种工具、夹具是用以实施装配拆卸操作的各种工具、夹具和辅具等，它们在装配拆卸操作中对装配
87、元件起到夹取、运和辅具等，它们在装配拆卸操作中对装配元件起到夹取、运输、操纵和测试的作用，在产品生命周期的制造、维护和回收输、操纵和测试的作用，在产品生命周期的制造、维护和回收等环节中有着非常重要的意义。等环节中有着非常重要的意义。 某些情况下，由于产品设计阶段没能充分考虑装配资源这某些情况下，由于产品设计阶段没能充分考虑装配资源这一因素的制约，后续阶段为了实施产品或部件的装配拆卸操一因素的制约，后续阶段为了实施产品或部件的装配拆卸操作，往往不得不设计出专用的工具、夹具或辅具，用以解决遇作，往往不得不设计出专用的工具、夹具或辅具，用以解决遇到的各种问题，这无疑在很大程度上增加了产品实现的成本。
88、到的各种问题，这无疑在很大程度上增加了产品实现的成本。因此，产品的设计者和装配工艺规划人员必须充分考虑装配资因此，产品的设计者和装配工艺规划人员必须充分考虑装配资源的合理配置，才能实现装配工艺规程的员优化，保证装配质源的合理配置，才能实现装配工艺规程的员优化，保证装配质量和装配效率，从而降低产品装配成本和产品的总成本。量和装配效率，从而降低产品装配成本和产品的总成本。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 装配资源建模的目的装配资源建模的目的装配资源建模的主要目的装
89、配资源建模的主要目的，是为了确定一种机制，使装，是为了确定一种机制，使装配资源能够快捷有效地介入、操作和退出，从而为考虑装配配资源能够快捷有效地介入、操作和退出，从而为考虑装配资源约束的装配工艺规划和仿真提供虚拟装配工作环境。资源约束的装配工艺规划和仿真提供虚拟装配工作环境。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Techn
90、ology 虚拟车间技术虚拟车间技术 虚拟车间虚拟车间定为各种类型的软件、建模工具及支持在制造定为各种类型的软件、建模工具及支持在制造领域内解决各种问题的方法学集成的一种隐喻。它保证产品领域内解决各种问题的方法学集成的一种隐喻。它保证产品设计在制造阶段的成功实施，是一个计划设计在制造阶段的成功实施，是一个计划 仿真仿真 优化生产优化生产系统的过程，具有设计、测试、分析、优化生产布局、生产系统的过程，具有设计、测试、分析、优化生产布局、生产线的可靠度的能力，实现快速、低成本、高质量地完成所设线的可靠度的能力，实现快速、低成本、高质量地完成所设计的产品的制造生产。他研究如何在企业已有资源的约束下，
91、计的产品的制造生产。他研究如何在企业已有资源的约束下，进行生产环境的布局及设备集成、企业生产计划及调度的优进行生产环境的布局及设备集成、企业生产计划及调度的优化、基于虚拟样机的工艺规划及生产过程仿真等研究。化、基于虚拟样机的工艺规划及生产过程仿真等研究。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟车间虚拟车间研究的内容包括研究的内容包括虚拟车间的设计虚拟车间的设计、分析分析及其及其支撑平支撑平台技术台技术。 虚拟车间设计的虚拟车间设计的主要任务主要任务是把生产设备、
92、刀具、夹具、工是把生产设备、刀具、夹具、工件、生产计划、调度单等生产要素有机地组织起来。它与车间中件、生产计划、调度单等生产要素有机地组织起来。它与车间中设备的利用率、产品的生产效率等密切相关，如果设计不当，就设备的利用率、产品的生产效率等密切相关，如果设计不当，就会造成设备利用率低、产量低、操作人员空闲多。在车间设计的会造成设备利用率低、产量低、操作人员空闲多。在车间设计的初步阶段，设计者根据用户需求，确定车间的功能需求、车间的初步阶段，设计者根据用户需求，确定车间的功能需求、车间的模式、主要加工设备、刀具和夹具的类型和数量，提出一组候选模式、主要加工设备、刀具和夹具的类型和数量，提出一组候
93、选方案。在详细设计阶段，设计者完成对各个组成单元的完整描述，方案。在详细设计阶段，设计者完成对各个组成单元的完整描述，运用虚拟车间技术生成各个组成单元的虚拟表示，并进而用这些运用虚拟车间技术生成各个组成单元的虚拟表示，并进而用这些虚拟单元布置整个车间，其中还可加上自动引导小车、机器人仓虚拟单元布置整个车间，其中还可加上自动引导小车、机器人仓库等车间常用设备，虚拟车间技术帮助设计者评价、修改设计方库等车间常用设备，虚拟车间技术帮助设计者评价、修改设计方案，得到最佳结果，提高设计的成功率。案，得到最佳结果，提高设计的成功率。四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturin
94、g Technology Advanced Manufacturing Technology 虚拟车间分析的主要任务虚拟车间分析的主要任务是研究虚拟车间的调度模型、是研究虚拟车间的调度模型、投料策略与排序策略的协同机制、多目标的调度算法，包括投料策略与排序策略的协同机制、多目标的调度算法，包括投料策略、排序策略等，以直观的形式显示调度方案的执行投料策略、排序策略等，以直观的形式显示调度方案的执行过程，并对制造单元内部各设备之间的协调控制进行设计和过程，并对制造单元内部各设备之间的协调控制进行设计和优化，实现信息、设计与控制的集成。优化，实现信息、设计与控制的集成。 虚拟车间支撑平台的主要任务虚
95、拟车间支撑平台的主要任务在于研究和开发支持虚在于研究和开发支持虚拟车间设计和分析的开放式的仿真平台，建立支持生产过拟车间设计和分析的开放式的仿真平台，建立支持生产过程快速重组的生产线模型库、决策知识库和产品与设备资程快速重组的生产线模型库、决策知识库和产品与设备资源数据库，为开展虚拟车间的设计与分析提供集成的仿真源数据库，为开展虚拟车间的设计与分析提供集成的仿真环境和针对仿真结果的分析评价机制。环境和针对仿真结果的分析评价机制。 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology
96、 四、虚四、虚 拟拟 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 先进制造新概念先进制造新概念1智能制造智能制造2敏捷制造敏捷制造3并行工程并行工程4虚拟制造虚拟制造5快速原型技术快速原型技术6绿色制造绿色制造7先进制造技术发展趋势先进制造技术发展趋势 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速原型制造技快速原型制造技术产生的背景术产生的背景市场变化市场变化 客户要求客户要求计算机技术计算机技术
97、材料科学材料科学CAD/CAM 能源科学能源科学RP五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速成型快速成型(Rapid Prototyping)技术是近年来发展起来的技术是近年来发展起来的直接根据直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。技成果，是先进制造技术的重要
98、组成部分。 与传统制造方法不同，与传统制造方法不同，快速成型快速成型从零件的从零件的CAD几何模几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三其他方法将材料堆积而形成实体零件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。高了生产效率和制造柔性。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Adv
99、anced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 一个更为人们关注的问题是一个产品从概念到可销售一个更为人们关注的问题是一个产品从概念到可销售的成品的流程速度。同时，还有一个更为令人关心的问的成品的流程速度。同时，还有一个更为令人关心的问题是产品的高质量生产。由于这些原因，努力使高质量题是产品的高质量生产。由于这些原因，努力使高质量的产品快速的进入市场就显得极为重要。的产品快速的进入市场就显得极为重要。 快速成型技术问世这些年，已实现了相当大的市场，发展快速成型技术问世这些年，已实现了相当大的市场，发展非常迅速。非
100、常迅速。 五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速原型技术的优点：快速原型技术的优点： 1.快快速速原原型型作作为为一一种种使使设设计计概概念念可可视视化化的的重重要要手手段段，计计算算机机辅辅助助设设计计的的零零件件的的实实物物模模型型可可以以在在很很短短时时间间内内被被加加工工出出来，从而可以很快对加工能力和设计结果进行评估。来，从而可以很快对加工能力和设计结果进行评估。 2.由由于于它它是是将将复复杂杂的的三三维维型型体体转转化化为为两两维维截截
101、面面来来解解决决，因因此此，它它能能制制造造任任意意复复杂杂型型体体的的高高精精度度零零件件，而而无无须须任任何何工工装模具。装模具。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3. 快快速速原原型型作作为为一一种种重重要要的的制制造造技技术术，采采用用适适当当的的材材料料，这这种原型可以被用在后续生产操作中以获得最终产品。种原型可以被用在后续生产操作中以获得最终产品。4. 快快速速原原型型操操作作可可以以应应用用于于模模具具制制造造，可可以以快快速速、经经济
102、济地地获获得模具。得模具。5. 产产品品制制造造过过程程几几乎乎与与零零件件的的复复杂杂性性无无关关，可可实实现现自自由由制制造造(Free Form Fabrication)，这是传统制造方法无法比拟的。，这是传统制造方法无法比拟的。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速成型的基本原理快速成型的基本原理 基基于于材材料料累累加加原原理理的的快快速速成成型型的的操操作作过过程程实实际际上上是是一一层层一一层层地地离离散散制制造造零零件件。快快速速成成
103、型型有有很很多多种种工工艺艺方方法法，但但所所有有的的快快速速成成型型工工艺艺方方法法都都是是一一层层一一层层地地制制造零件，区别是制造每一层的方法和材料不同而已。造零件，区别是制造每一层的方法和材料不同而已。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速成型的一般工艺过程原理如下：快速成型的一般工艺过程原理如下：1. 三维模型的构造三维模型的构造 在在三三维维CAD设设计计软软件件（如如Pro/E、UG、SolidWorks、SolidEdge等）中获得描
104、述该零件的等）中获得描述该零件的CAD文件。文件。 目目前前一一般般快快速速成成型型支支持持的的文文件件输输出出格格式式为为STL模模型型，即即对对实实体体曲曲面面近近似似处处理理,即即所所谓谓面面型型化化(Tessallation)处处理理,是是用用平平面面三三角角面面片片近近似似模模型型表表面面。这这样样处处理理的的优优点点是是大大大大地地简简化化了了CAD模模型型的的数数据据格格式式,从从而而便便于于后后续续的的分分层层处理。处理。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing
105、Technology 在三维在三维CAD设计软件对设计软件对CAD模型进行面型化处理时模型进行面型化处理时,一般一般软件系统中有输出精度控制参数，通过控制该参数，可减小曲软件系统中有输出精度控制参数，通过控制该参数，可减小曲面近似处理误差。如面近似处理误差。如Pro/E软件是通过选定弦高值软件是通过选定弦高值(ch-chord height)作为逼近的精度参数，如图为一球体作为逼近的精度参数，如图为一球体,给定的两种给定的两种ch值所值所转化的情况。转化的情况。 五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced M
106、anufacturing Technology 2.三维模型的离散处理三维模型的离散处理 通过专用的分层通过专用的分层程序将三维实体模程序将三维实体模型分层，通过一簇型分层，通过一簇平行平面沿制作方平行平面沿制作方向与向与CAD模型相截模型相截,所得到的截面交线所得到的截面交线就是薄层的轮廓信就是薄层的轮廓信息息,而实体信息是通而实体信息是通过一些判别准则来过一些判别准则来获取的。获取的。快速成型原理图快速成型原理图(a) (a) 零零件件的的三维模型三维模型(b) (b) 零零件件被被分层离散分层离散(c) (c) 支支撑撑材材料料(d) (d) 采用熔积法对图采用熔积法对图(e) (e)
107、A-AA-A截截面面加加工工的的挤挤压压路径路径五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 分层切片分层切片是在选定了制作是在选定了制作(堆积堆积)方向后方向后,需对需对CAD模型进模型进行一维离散行一维离散,获取每一薄层片截面轮廓及实体信息。获取每一薄层片截面轮廓及实体信息。 平行平面之间的距离就是分层的厚度平行平面之间的距离就是分层的厚度,也就是成型时堆积也就是成型时堆积的单层厚度。的单层厚度。 轮廓轮廓是由求交后的一系列交点顺序连成的折线段构成。是由求交
108、后的一系列交点顺序连成的折线段构成。 由于分层，破坏了切片方向由于分层，破坏了切片方向CAD模型表面的连续性模型表面的连续性,不可不可避免地丢失了模型的一些信息避免地丢失了模型的一些信息,导致零件尺寸及形状误差的产导致零件尺寸及形状误差的产生。切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的生。切片层的厚度直接影响零件的表面粗糙度和整个零件的型面精度。型面精度。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 分层后所得到的模型轮廓是近似的分层后所得到的模型轮廓是近
109、似的,而层层之间的轮廓信而层层之间的轮廓信息已经丢失息已经丢失,层厚大层厚大,丢失的信息多丢失的信息多,导致在成型过程中产生了导致在成型过程中产生了型面误差。为提高零件精度型面误差。为提高零件精度,应该考虑更小的切片层厚度。应该考虑更小的切片层厚度。 3.层截面的制造与累加层截面的制造与累加 在在计计算算机机控控制制下下，快快速速成成型型系系统统中中的的成成型型头头在在X-Y平平面面内内自自动动按按截截面面轮轮廓廓进进行行层层制制造造，得得到到一一层层层层截截面面。每每层层截截面面成成型型后后，下下一一层层材材料料被被送送至至已已成成型型的的层层面面上上，进进行行后后一一层层的的成成型型，并并
110、与与前前一一层层相相粘粘接接，从从而而一一层层层层的的截截面面累累加加叠叠合合在在一一起起，形成三维零件。形成三维零件。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology RP技术的基本原理图技术的基本原理图五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速原型快速原型制造技术发展历史制造技术发展历史1892年年 美国美国 层层合方法合
111、方法制制作作三维地图三维地图模型模型1979年年 日本日本 东东京大京大学学中川威雄中川威雄发明叠层发明叠层模型造型法模型造型法1980年年 日本日本 名古屋名古屋工业大学工业大学小玉秀男提小玉秀男提出光造型法出光造型法(立体立体印刷成型印刷成型) 1984年年 美国美国 UVP公司完成了公司完成了Stereo Lithography Apparatus系统系统SLA-1（3D System ） 1984年年 美国美国 M Feygin提出提出层层合合实体制实体制造造（ Helisys ）1986年年 美国美国 得克得克萨萨斯大斯大学学C.Deckard提提出出选区激光烧结选区激光烧结（ DT
112、M ）1988年年 美国美国 S.Crump提出熔融提出熔融沉积沉积造型造型五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 液体材料液体材料SLALTPBISHISRP RP 工艺方法及其分类工艺方法及其分类粉状材料粉状材料BMP3DWFDMSDMSLSGPD3DPTSFSF片状材料片状材料LOMSFPSGCES目前快速成型主要工艺方法及其分类目前快速成型主要工艺方法及其分类液体树液体树脂固化脂固化熔融材熔融材料固化料固化激光熔激光熔合材料合材料粘结剂粘结剂粘结材
113、料粘结材料粘性片材粘性片材的粘结的粘结UVUV粘结粘结片状材料片状材料快速成型的工艺方法快速成型的工艺方法五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1.熔积成型法（熔积成型法（Fused Deposition Modeling） 在在熔熔积积成成型型法法（FDM）的的过过程程中中龙龙门门架架式式的的机机械械控控制制喷喷头头可可以以在在工工作作台台的的两两个个主主要要方方向向移移动动，工工作作台台可可以以根根据据需需要要向向上上或或向向下下移移动动。热热塑塑性
114、性塑塑料料或或蜡蜡制制的的熔熔丝丝从从加加热热小小口口处处挤挤出出。最最初初的的一一层层是是按按照照预预定定的的轨轨迹迹以以固固定定的的速速率率将将熔熔丝丝挤挤出出在在泡泡沫沫塑塑料料基基体体上上形形成成的的。当当第第一一层层完完成成后后，工工作作台台下下降降一一个个层层厚厚并并开开始始迭迭加制造一层。加制造一层。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology (b) (b) 熔熔积积成成型型50005000，熔熔积积成成型设备。型设备。(a) (a) 熔积法成型
115、的示意图熔积法成型的示意图熔积成型法原理图熔积成型法原理图五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology FDM FDM 制作复杂的零件时，必须添加工艺支撑。如图所示制作复杂的零件时，必须添加工艺支撑。如图所示(b) (b) 在快速原型机器中在快速原型机器中 常用的支撑结构常用的支撑结构(a)(a)有一个突出截面需要有一个突出截面需要(b)(b) 支撑材料的零件支撑材料的零件快速原型支撑结构图快速原型支撑结构图五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advan
116、ced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology FDM的优点是材料的利用率高；材料的成本低；可选的优点是材料的利用率高；材料的成本低；可选用的材料种类多；工艺干净、简单、易于操作且对环境的用的材料种类多；工艺干净、简单、易于操作且对环境的影响小。缺点是精度低；结构复杂的零件不易制造；表面影响小。缺点是精度低；结构复杂的零件不易制造；表面质量差；成型效率低，不适合制造大型零件。质量差；成型效率低，不适合制造大型零件。 该工艺适合于产品的概念建模以及它的形状和功能测试，该工艺适合于产品的概念建模以及它的形状和功能测试，中
117、等复杂程度的中小原型。特别适合薄壁零件。中等复杂程度的中小原型。特别适合薄壁零件。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2.光敏液相固化法 光敏液相固化法是目前应用最为广泛的一种快速原型制造工艺。原理如图所示光固化成型原理图光固化成型原理图五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 光光固固化化采采用用的的是是将将液液态
118、态光光敏敏树树脂脂固固化化到到特特定定形形状状的的原原理理。以以光光敏敏树树脂脂为为原原料料，在在计计算算机机控控制制下下的的紫紫外外激激光光按按预预定定零零件件各各分分层层截截面面的的轮轮廓廓为为轨轨迹迹对对液液态态树树脂脂逐逐点点扫扫描描，使使被被扫扫描描区区的的树树脂脂薄薄层层产产生生光光聚聚合合反反应应，从从而而形形成成零零件件的的一一个薄层截面。个薄层截面。 光光固固化化成成形形所所能能达达到到的的最最小小公公差差取取决决于于激激光光的的聚聚焦焦程度；通常是程度；通常是0.0125mm。 五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Tec
119、hnology Advanced Manufacturing Technology SLA工工艺艺优优点点是是精精度度较较高高，一一般般尺尺寸寸精精度度控控制制在在0.1mm；表表面面质质量量好好；原原材材料料的的利利用用率率接接近近100；能能制制造造形形状状特特别别复复杂杂、特特别别精精细细的的零零件件；设设备备的的市市场场占占有有率率很很高。高。 缺缺点点是是需需要要设设计计支支撑撑；可可以以选选择择的的材材料料种种类类有有限限；容容易易发发生生翘翘曲曲变变形形；材材料料价价格格较较贵贵。该该工工艺艺适适合合比比较较复复杂杂的的中中小件。小件。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术
120、Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3.激光选区烧结（Selective Laser Sinering） 激光选区烧结（激光选区烧结（SLS）是一种将非金属（或普通金）是一种将非金属（或普通金属）粉末有选择地烧结成单独物体的工艺。该法采用属）粉末有选择地烧结成单独物体的工艺。该法采用CO2激激光器作为能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。光器作为能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technolo
121、gy Advanced Manufacturing Technology SLS工艺特别适合制作功能测试零件。可用于直接制工艺特别适合制作功能测试零件。可用于直接制造金属模具。由于该工艺能够直接烧结蜡粉，与熔模铸造金属模具。由于该工艺能够直接烧结蜡粉，与熔模铸造工艺相接特别适合进行小批量比较复杂的中小零件的造工艺相接特别适合进行小批量比较复杂的中小零件的生产。生产。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology b) b) 由由选选区区片片层层粘粘结结法法制造的机
122、轴零件图制造的机轴零件图选区片层粘结法原理图选区片层粘结法原理图a)a)选区片层粘结法工艺原理图选区片层粘结法工艺原理图五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology LOM工艺优点是无须设计和构建支撑；激光束只是沿工艺优点是无须设计和构建支撑；激光束只是沿着物体的轮廓扫描，无需填充扫描，成型效率高；成型件的着物体的轮廓扫描，无需填充扫描，成型效率高；成型件的内应力和翘曲变形小；制造成本低。内应力和翘曲变形小；制造成本低。 缺点是材料利用率低；表面质量差；后处理难
123、度大，尤缺点是材料利用率低；表面质量差；后处理难度大，尤其是中空零件的内部残余废料不易去除；可以选择的材料类其是中空零件的内部残余废料不易去除；可以选择的材料类有限，目前常用的主要是纸；对环境有一定的污染。有限，目前常用的主要是纸；对环境有一定的污染。 LOM工艺适合制作大中型原型件，翘曲变形小和形状工艺适合制作大中型原型件，翘曲变形小和形状简单的实体类零件。通常用于产品设计的概念建模和功能测简单的实体类零件。通常用于产品设计的概念建模和功能测试零件，且由于制成的零件具有木质属性，特别适用于直接试零件，且由于制成的零件具有木质属性，特别适用于直接制作砂型铸造模。制作砂型铸造模。 五、快五、快
124、速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快快速速模模具具及及快快速速复复制制技技术术是是近近几几年年在在国国内内外外发发展展起起来来的的一一种种快快速速制制造造技技术术。该该项项技技术术融融合合了了高高分分子子复复合合材材料料应应用用、快快速速成成型型技技术术、快快速速翻翻制制工工艺艺以以及及CNC加加工工等等新新技技术术、新新工工艺艺，可可快快速速、低低成成本本地地制制造造非非金金属属模模具具，用用于于10-1000件批量产品的快速制造，受到了市场的欢迎。件批量产品的
125、快速制造，受到了市场的欢迎。基于快速成型的快速模具技术基于快速成型的快速模具技术 适适用用于于产产品品开开发发过过程程中中的的小小批批量量试试制制，以以及及小小批批量量生生产的、结构较简单的覆盖件生产。产的、结构较简单的覆盖件生产。 按模具制造方式来分，可分为直接制模法和间接制模法。按模具制造方式来分，可分为直接制模法和间接制模法。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1.直接制模法直接制模法(Direct ToolingDT) 直接制模法直接制模法是指
126、将模具是指将模具CAD的结果由的结果由RP系统直接制系统直接制造成型。即在造成型。即在RP系统上直接制造出模具供生产使用。系统上直接制造出模具供生产使用。 这种方法不需要这种方法不需要RP原型作样件，也不依赖传原型作样件，也不依赖传统的模具制造工艺，对金属模具的制造尤其快捷，是一统的模具制造工艺，对金属模具的制造尤其快捷，是一种有开发前景的快速模具制造方法。种有开发前景的快速模具制造方法。 制造出的模具具有一定的耐高温和较好的机械强度制造出的模具具有一定的耐高温和较好的机械强度和稳定性，故用和稳定性，故用RP技术直接制造的模具经表面处理后可技术直接制造的模具经表面处理后可直接用于生产中。但由于
127、直接用于生产中。但由于RP成型工艺和成型材料等原因，成型工艺和成型材料等原因，直接制造金属模具的技术和方法正在研究之中。直接制造金属模具的技术和方法正在研究之中。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2.间接制模法间接制模法 间接间接RT法法是以是以RP原型作样件间接制造模具的方原型作样件间接制造模具的方法。法。 RPM技术克服了传统样件技术克服了传统样件(模样模样)制作的缺点，能够更快、制作的缺点，能够更快、更好、更方便地设计并制造出各种复杂的原型更好
128、、更方便地设计并制造出各种复杂的原型(样件样件)。一般可使模具制造周期和制造成本降低一般可使模具制造周期和制造成本降低1/2，大大提高了，大大提高了生产效率和产品质量。生产效率和产品质量。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 间间接接RT法法已已日日臻臻成成熟熟。其其方方法法则则根根据据零零件件的的生生产产批批量量的大小而不同。常用的有：的大小而不同。常用的有： 用用RP原型制作简易模具原型制作简易模具 1)用快速成型件作母模，制作硅橡胶模用快速成型件作
129、母模，制作硅橡胶模 当制造的零件件数较少（批量在当制造的零件件数较少（批量在2050件）时，一般采用件）时，一般采用这种硅橡胶模。这种硅橡胶模。 工工艺艺过过程程为为：以以RP原原型型作作样样件件，采采用用室室温温硫硫化化的的有有机机硅硅橡胶浇注制作硅橡胶模。橡胶浇注制作硅橡胶模。 独独特特之之处处：由由于于硅硅橡橡胶胶良良好好的的柔柔性性和和弹弹性性，对对于于结结构构复复杂杂、花花纹纹精精细细、无无拔拔模模斜斜度度以以及及具具有有深深凹凹槽槽的的零零件件来来说说，制制件件浇注完成后均可直接取出。浇注完成后均可直接取出。 制作周期为制作周期为1周左右。周左右。五、快五、快 速速 原原 型型 技
130、技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2)以快速成型件作母模，进行树脂型复合制模以快速成型件作母模，进行树脂型复合制模 以以液液态态的的环环氧氧树树脂脂与与有有机机或或无无机机材材料料复复合合为为基基体体材材料料，以以RP原型为基准浇铸模具的一种制模方法。原型为基准浇铸模具的一种制模方法。 制制造造的的模模具具寿寿命命为为1001000件件。为为延延长长模模具具寿寿命命，通通常在环氧树脂中添加各种添加剂。常在环氧树脂中添加各种添加剂。 具具有有工工艺艺简简单单、模模具具传传导导率率高高、
131、强强度度高高及及型型面面不不加加工工的的特特点点，适适于于塑塑料料注注射射模模、薄薄板板拉拉伸伸模模及及吸吸塑塑模模和和聚聚氨氨酯酯发泡成型模。发泡成型模。 制作周期为制作周期为12周。周。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3)金属喷涂（金属喷涂（Metal Spraying）制模法）制模法 以以RP原原型型作作样样件件，将将低低熔熔点点的的熔熔化化金金属属充充分分雾雾化化后后以以一一定定的的速速度度喷喷射射到到样样件件的的表表面面，形形成成模模具具
132、型型腔腔表表面面，充充填背衬复合材料的制模技术。填背衬复合材料的制模技术。 这种模具用于这种模具用于3000件以下的注塑件生产。件以下的注塑件生产。 特特点点：工工艺艺简简单单，周周期期短短；型型腔腔表表面面及及其其精精细细花花纹纹一一次次同时形成；不需机加工；模具尺寸精度高。同时形成；不需机加工；模具尺寸精度高。 制作周期为制作周期为34周。周。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 通通常常将将硅硅橡橡胶胶模模、环环氧氧树树脂脂模模、金金属属喷喷涂涂模
133、模等等称称为为软软模模 具具 （ Soft Tooling ） 或或 叫叫 经经 济济 模模 具具 （ Economical Tooling）。一一般般用用于于批批量量小小的的零零件件生生产产或或者者用用于于产产品品试试制制阶段，并非一定用钢铁材料制作的成本较低的模具。阶段，并非一定用钢铁材料制作的成本较低的模具。 五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 用用RP原型快速制作钢模原型快速制作钢模1)陶瓷型精密铸造法制造钢陶瓷型精密铸造法制造钢/铁型腔铁型腔
134、 过过程程：制制作作钢钢/铁铁型型腔腔，将将RP原原型型置置于于陶陶瓷瓷沙沙浆浆中中，形形成成模模壳壳在在炉炉中中固固化化模模壳壳，烧烧去去RP原原型型在在炉炉中中预预热热模模壳壳在在模模壳壳浇浇铸铸钢钢/铁铁型型腔腔型型腔腔表表面面抛抛光光加加入入浇浇注注系统和冷却系统等系统和冷却系统等批量生产用注塑模批量生产用注塑模。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2)消失模铸生产模具消失模铸生产模具 利用利用RP原型或由原型翻制的硅橡胶模原型或由原型翻制的硅
135、橡胶模/金属树脂复合金属树脂复合模模/聚氨酯材料制成的蜡模的成形模，然后用成形模生产聚氨酯材料制成的蜡模的成形模，然后用成形模生产蜡模，用于失蜡铸造工艺制造钢蜡模，用于失蜡铸造工艺制造钢/铁型腔模具。另外在单铁型腔模具。另外在单件生产复杂模具时，也可直接用件生产复杂模具时，也可直接用RP原型代替蜡模。原型代替蜡模。 消失模铸造具有工艺简单和尺寸精度高的特点，广泛消失模铸造具有工艺简单和尺寸精度高的特点，广泛应用于生产汽车覆盖件模具。应用于生产汽车覆盖件模具。 这种制模方法可用于大型、复杂的模具。这种制模方法可用于大型、复杂的模具。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced M
136、anufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 模型实例模型实例 轿车车灯轿车车灯五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 模型实例模型实例 电话机外壳电话机外壳五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 模型实例模型实例 皮鞋底皮鞋底五、快五、快 速速 原
137、原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 模具实例模具实例 手机外壳橡胶模手机外壳橡胶模 五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 模具实例模具实例 拐头树脂型复合模拐头树脂型复合模五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Tec
138、hnology 模具实例模具实例 电子产品注射模电子产品注射模五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速原型在快速原型在产品开发产品开发上的重要性上的重要性CAID应用应用: 工业设计师工业设计师在短在短时间内时间内得到得到精准精准的原型的原型与业与业者作造形者作造形检讨；检讨；机构设计应用机构设计应用: 进行进行干涉干涉检讨检讨，及提早，及提早发现设计错误发现设计错误以以减减少少后后面模具面模具修改工作修改工作； CAE功效功效: 快速模具快速模具技术
139、技术以功能性材料以功能性材料制制作功能性模具，以作功能性模具，以进行进行产品产品功能性功能性测试与检讨；测试与检讨；RP展望展望五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology Rapid Tooling (快速模具快速模具)应用应用: 快快速速翻翻制暂制暂用模具或永久模具，做少量用模具或永久模具，做少量生产生产或量或量产；产；视觉视觉效果效果(visualization) 设计人员设计人员能在短能在短时间时间之之内内便能看到便能看到设计设计的的雏雏型，可作型，可作
140、为进为进一步研一步研发发的基石的基石；设计确认设计确认(verification): 可在短可在短时间内时间内即可完成原型的即可完成原型的制制作，使作，使设计人员设计人员有充有充分的分的时间对于设计时间对于设计的的产品产品做做详细详细的的检讨；检讨；五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 复制与复制与最佳化最佳化设计设计(iteration & optimization) 可一次可一次制制作多作多个个元件，可使每元件，可使每个个元件元件针对针对不同的不同的
141、设计设计要要求求同时进行测试同时进行测试的工作，以在最短的工作，以在最短时间内时间内完成完成设计设计的最佳的最佳化化；直接直接生产生产(fabrication): 直接生产直接生产小型工具，或作小型工具，或作为为翻模工具翻模工具。五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速原型的快速原型的经济经济效益效益缩短产品缩短产品加工加工时间时间增加使增加使构构想想具体具体化能力化能力降低原型降低原型生产周生产周期期降低降低设计错误设计错误的的发生发生及所花費成本及
142、所花費成本增加在增加在设计过程设计过程中中了解产品机械了解产品机械特性的能力特性的能力五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 快速原型快速原型制造技术发展趋势制造技术发展趋势概念概念创新创新和和技术改进技术改进 精度、精度、时间时间、成本、最、成本、最终终用途零件、用途零件、复杂结构复杂结构、材料材料组织；组织；寻求适合寻求适合集成集成制造制造的新材料的新材料 快速、快速、精确精确加工成型、加工成型、强度强度、方便、方便后处理后处理、最、最终终零零部件、生
143、物材料部件、生物材料； 开发开发功能功能强大强大的的数据采集数据采集、处理处理和和监控软件监控软件 快速原型快速原型数据与数据与CAD/CAM、三维制造系统数据交三维制造系统数据交换换、接口新、接口新技术技术及控制及控制技术；技术；曲面切片、不等厚分曲面切片、不等厚分层；层；五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 拓展新的拓展新的应用领域应用领域 快速模具、快速模具、医学领域医学领域 、古陶瓷器、古陶瓷器 研制经济研制经济、精密、可靠、高效的、精密、可靠、
144、高效的制造设备制造设备 精度高、可靠性好、效率高且精度高、可靠性好、效率高且价廉价廉 实现实现智能化加工智能化加工 经验经验因素、因素、支撑结构支撑结构五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 制造设备制造设备和和技术技术集成化集成化 三维三维CAD建模建模系统系统、数据数据逆向逆向系统系统、快速成型、快速成型与制与制造系统造系统和和数控数控加工加工系统系统集成集成 原型原型制造技术与传统制造技术制造技术与传统制造技术集成集成 网络网络加工加工 远远程程制造
145、制造、桌面化、桌面化 生生长长成型成型 生物工程生物工程、活性材料、基因工程活性材料、基因工程 、仿生成型、仿生成型五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 工程应用工程应用概念模型概念模型视觉视觉造型造型组装组装验证与验证与最佳化最佳化功能功能测试测试小批量小批量制造制造快速模具快速模具五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technol
146、ogy 科科学应用学应用古生物古生物学学模型模型生物模型生物模型考古研究模型考古研究模型四、快四、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 医学应用医学应用人工骨人工骨头制作头制作手术规划手术规划齿齿模模制作制作义义耳耳制作制作五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology CT扫描股骨模型五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Ad
147、vanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 五、快五、快 速速 原原 型型 技技 术术 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 先进制造新概念先进制造新概念1智能制造智能制造2敏捷制造敏捷制造3并行工程并行工程4虚拟制造虚拟制造5快速原型技术快速原型技术6绿色制造绿色制造7先进制造技术发展趋势先进制造技术发展趋势 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufac
148、turing Technology 1.绿色制造绿色制造绿色制造绿色制造2.绿色设计绿色设计绿色设计绿色设计3.清洁生产清洁生产清洁生产清洁生产4.再资源化技术再资源化技术再资源化技术再资源化技术六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1.1 1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 1. 1. 绿色制造的概念绿色制造的概念绿色制造绿色制造又称为环境意识制造和面向环境的制造，是一又称为环境意识制造和面向环境的制造，是一个综合考虑环境影响和资源消耗的
149、个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式现代制造模式。其。其目标目标是是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期，对环境负面影响最小、资源利用率最高，并使企生命周期，对环境负面影响最小、资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。业经济效益和社会效益协调优化。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 绿色制造涉及的问题领域有三部分：绿色制造涉及的问题领域有三部分： （1 1）制造问题制造问
150、题，包括产品生命周期全过程。，包括产品生命周期全过程。 （2 2）环境保护问题环境保护问题。 （3 3）资源优化利用问题资源优化利用问题。 绿色制造就是这三部分绿色制造就是这三部分内容交叉内容交叉，如图所示。，如图所示。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2. 2. 绿色制造的内涵绿色制造的内涵 1）绿色制造是）绿色制造是“大制造大制造”：绿色制造中的绿色制造中的“制造制造”涉及到涉及到产品产品整个生命周期整个生命周期，因而同计算机集成制造、敏捷制造等概念，因而同
151、计算机集成制造、敏捷制造等概念中的中的“制造制造”一样，是一个一样，是一个“大制造大制造”概念概念。 2）绿色制造范围广：）绿色制造范围广：绿色制造涉及的范围非常广泛。包括绿色制造涉及的范围非常广泛。包括机械、电子、食品、化工、军工机械、电子、食品、化工、军工等，几乎覆盖整个等，几乎覆盖整个工业领域工业领域。 3）绿色制造重视资源和环境问题：）绿色制造重视资源和环境问题：资源问题、环境问题、资源问题、环境问题、人口问题人口问题是当今人类社会面临的三大主要问题。绿色制造从制是当今人类社会面临的三大主要问题。绿色制造从制造系统工程的观点出发，是一种充分考虑前两大问题的一种造系统工程的观点出发，是一
152、种充分考虑前两大问题的一种现现代制造模式代制造模式，是充分考虑，是充分考虑制造业资源和环境问题的制造业资源和环境问题的复杂的复杂的系统系统工程工程问题。问题。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3. 3. 绿色制造的研究现状绿色制造的研究现状 1）国外绿色制造研究现状）国外绿色制造研究现状 在在美国美国，从一些国家重点实验室到国家研究中心，从东海，从一些国家重点实验室到国家研究中心，从东海岸的麻省理工学院到西海岸的岸的麻省理工学院到西海岸的Berkeley 加州大
153、学，加州大学，大量的研究大量的研究工作正在进行工作正在进行。 在在欧欧洲洲，国国际际生生产产工工程程学学会会（CIRP）近近几几年年均均有有大大量量论论文文对对绿绿色色制制造造和和多多生生命命周周期期工工程程等等本本质质问问题题进进行行研研究究。英英国国CFSD（the center for sustainable design）对对生生态态设设计计、可可持持续续性性产产品品设设计计等等进进行行了了集集中中研研究究，并并开开展展了了有有关关的的教教育育工工作作，发发行了行了The Journal of Sustainable Product Design杂志。杂志。六、绿六、绿 色色 制制 造
154、造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 国际电子电器工程师协会（国际电子电器工程师协会（IEEE）和和日本生态设计日本生态设计（EcoDesign）协会）协会联合发起，在松下、索尼、联合发起，在松下、索尼、IBM、丰田等、丰田等多家跨国公司赞助下，多家跨国公司赞助下，International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing国际研讨会迄今已成功举办了国际研讨会迄今已成功举办了3届，对届
155、，对环境意环境意识制造和逆向制造技术识制造和逆向制造技术展开了讨论。欧洲、日本、美国等发展开了讨论。欧洲、日本、美国等发达国家的许多跨国公司都制定了达国家的许多跨国公司都制定了绿色制造实施目标和措施绿色制造实施目标和措施，开展开展节能、降耗、产品生命周期评估（节能、降耗、产品生命周期评估（LCA）、环境审核、）、环境审核、绿色产品开发绿色产品开发等具体工作。等具体工作。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2）国内绿色制造研究现状）国内绿色制造研究现状 重庆大学和
156、武汉科技大学重庆大学和武汉科技大学合作，承担了合作，承担了国家国家863项目项目（“绿色制造的资源流模型和实施关键技术研究绿色制造的资源流模型和实施关键技术研究”、“绿色制造绿色制造的集成运行模式和使用评估技术的集成运行模式和使用评估技术”、“面向绿色制造的工艺面向绿色制造的工艺规划关键使能技术及应用支持系统研究规划关键使能技术及应用支持系统研究”等）和国家自然科等）和国家自然科学基金项目（学基金项目（“绿色制造的理论体系和决策支持技术研究绿色制造的理论体系和决策支持技术研究”、“制造系统资源消耗模型和资源消耗特性的研究制造系统资源消耗模型和资源消耗特性的研究”等），初等），初步步建立了绿色制
157、造的理论体系和技术体系建立了绿色制造的理论体系和技术体系，对制造系统物料，对制造系统物料和能源、资源优化利用以及面向绿色制造的工艺规划方面进和能源、资源优化利用以及面向绿色制造的工艺规划方面进行较为深入的研究，开发了一套行较为深入的研究，开发了一套“面向绿色制造的工艺规划面向绿色制造的工艺规划应用支持系统应用支持系统（著作权登记号：（著作权登记号：2003SR9386）”，并在中国现，并在中国现代集成制造系统网络中开辟了绿色制造专题。代集成制造系统网络中开辟了绿色制造专题。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Ma
158、nufacturing Technology 清清华华大大学学、机机械械科科学学研研究究院院、上上海海交交通通大大学学、装装甲甲兵兵工工程程学学院院以以及及其其他他高高校校和和研研究究机机构构，如如合合肥肥工工业业大大学学、华华中中科科技技大大学学等等对对绿绿色色制制造造的的理理论论体体系系、专专题题技技术术等等也也进进行行了了不不少少的的研究。研究。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 4. 4. 绿色制造发展趋势绿色制造发展趋势 1）绿色制造正朝着）绿色制造正朝
159、着标准化、政策化、法律化标准化、政策化、法律化的方向发展的方向发展 2） “绿色贸易壁垒绿色贸易壁垒”促使着绿色制造技术的促使着绿色制造技术的全球化发展全球化发展 3）绿色制造技术的）绿色制造技术的集成特性集成特性愈来愈突出愈来愈突出 主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面： （1）效益目标集成效益目标集成 ； （2）组织模式集成组织模式集成 ； （3）技术集成技术集成 ； （4）绿色产品制造业正带动着传统产业的）绿色产品制造业正带动着传统产业的更新换代更新换代； （5）绿色制造带来的）绿色制造带来的新兴产业新兴产业正在兴起。正在兴起。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced
160、Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系 绿绿色色制制造造作作为为一一种种先先进进制制造造模模式式，它它强强调调在在产产品品生生命命周周期期全全过过程程中中采采取取绿绿色色措措施施，从从而而尽尽可可能能地地减减少少产产品品在在整整个个生生命命周周期期中中对对环环境境和和人人体体健健康康的的负负面面影影响响，提提高高资资源源和和能能源源的的利利用用率率，所所谓谓产产品品生生命命周周期期全全过过程程，是是指指从从地地球球环环境境（土土地地、空空气气和和海海洋洋）中中提提取取材材料料，加
161、加工工制制造造成成产产品品，并并流流通通给给消消费费者者使使用用。产产品品报报废废后后经经拆拆卸卸、回回收收和和再再循循环环将将资资源源重重新新利利用用的整个过程，如图。的整个过程，如图。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 由由图图可可以以看看出出，绿绿色色产产品品的的生生命命周周期期可可大大致致
162、分分为为五五个个阶阶段段：原原材材料料绿绿色色制制备备阶阶段段、产产品品绿绿色色设设计计与与清清洁洁生生产产阶阶段段、产产品品的的绿绿色色流流通通阶阶段段及及产产品品绿绿色色使使用用阶阶段段及及产产品品再再资资源源化化阶阶段段。绿绿色色制制造造谋谋求求经经济济性性的的实实现现如如下下的的产产品品生生命命周周期期环环境境协协调特性。调特性。 （1）节省资源与能源节省资源与能源 ； （2）良好的）良好的环境保护特性环境保护特性 ； （3）良好的）良好的劳动保护特性劳动保护特性。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced M
163、anufacturing Technology 绿绿色色制制造造的的内内容容及及其其相相互互关关系系可可以以由由图图6-3表表示示。它它包包括括绿绿色色设设计计、清清洁洁生生产产、绿绿色色包包装装、绿绿色色运运输输、再再资资源源化化技技术术及及企企业业环环境境管管理理等等内内容容。其其中中，绿绿色色设设计计是是绿绿色色制制造造的的核核心心，它它在在企企业业硬硬件件、软软件件、组组织织机机构构、管管理理模模式式的的支支持持下下，不不断断地地同同产产品品生生命命周周期期的的其其他他阶阶段段以以及及外外部部环环境境因因素素交交换换信信息息，通通过过信信息息的的反反馈馈与与控控制制实实现现产产品品的的
164、清清洁洁生生产产、绿绿色色消消费费、绿绿色回收处理色回收处理及再利用。及再利用。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 绿色制造各部分的主要内容如下：绿色制造各部分的主要内容如下： 1）企业环境管理）企业环境管理 企业可持续发展策略；企业可持续发展策略；ISO14000环境管理标准认证；环境管理标准认
165、证；环境信息统计分析及综合管理；环境信息统计分析及综合管理；企业环境管理内审；企业环境管理内审；产品生命周期的废物管理；产品生命周期的废物管理；可回收件标志和管理等。可回收件标志和管理等。 2）绿色设计）绿色设计 绿色产品的技术、经济、环境模型；绿色产品的技术、经济、环境模型；绿色设计中的绿色设计中的材料选择技术；材料选择技术；产品均衡寿命设计；产品均衡寿命设计；产品长寿命设计；产品长寿命设计；节能设计；节能设计；面向环境的设计；面向环境的设计；人机工程设计；人机工程设计；可拆可拆卸性设计；卸性设计；面向环境的数据库系统开发技术；面向环境的数据库系统开发技术；生命周期生命周期评价；评价；并行工
166、程及人工智能的应用；并行工程及人工智能的应用；绿色设计工具与平绿色设计工具与平台等。台等。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3 3）清洁生产）清洁生产 生产过程能源优化利用；生产过程能源优化利用；生产过程资源优化利用；生产过程资源优化利用；生产过程环境状况检测；生产过程环境状况检测；生产过程的劳动保护等生产过程的劳动保护等。 4 4）绿色包装）绿色包装 包装材料的选择；包装材料的选择；包装结构；包装结构；包装的清洁生产；包装的清洁生产；包装物的再资源化技术等。包
167、装物的再资源化技术等。 5 5）绿色运输）绿色运输 最佳运输路线及运输方案设计；最佳运输路线及运输方案设计；物料、仓储的优化物料、仓储的优化设计；设计；安装调试过程的节能；安装调试过程的节能；安装调试中的节省资源等。安装调试中的节省资源等。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 6）绿色材料）绿色材料 可降解材料的开发；可降解材料的开发；材料的轻量化设计；材料的轻量化设计；材料的材料的长寿命设计；长寿命设计；绿色材料的生命周期评价；绿色材料的生命周期评价；绿色材料数据
168、绿色材料数据库开发等。库开发等。 7）绿色能源）绿色能源 可再生能源的应用；可再生能源的应用；新能源的开发；新能源的开发；传统能源的清传统能源的清洁使用；洁使用；能源的生命周期评价；能源的生命周期评价；绿色能源数据库开发等。绿色能源数据库开发等。 8）再资源化技术）再资源化技术 废物管理系统；废物管理系统；废物无公害处理；废物无公害处理；废物循环利用；废物循环利用；报废产品的拆卸及分类；报废产品的拆卸及分类；报废产品及零件的再制造及重报废产品及零件的再制造及重用等。用等。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Man
169、ufacturing Technology 绿色设计的实施过程 绿色设计的绿色设计的过程和方法过程和方法如图如图6-4所示。主要包括以下步骤：所示。主要包括以下步骤：六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1）初步设计）初步设计 根据有关理论和历史资料，用根据有关理论和历史资料，用生命周期评价生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）方法，分析待设计产品生命周期各个阶）方法，分析待设计产品生命周期各个阶段可能出现的环境影响因素。在此基础上，运用
170、段可能出现的环境影响因素。在此基础上，运用并行设计并行设计的的原理，在设计中全面考虑产品生命周期各阶段中产品的绿色原理，在设计中全面考虑产品生命周期各阶段中产品的绿色特性，并借助各种设计方法与理论，完成产品的初步设计。特性，并借助各种设计方法与理论，完成产品的初步设计。 2）详细设计）详细设计 运用运用LCA模拟追踪模拟追踪所设计产品生命周期过程，评估设计所设计产品生命周期过程，评估设计方案的绿色特性，在此基础上，完成详细设计。方案的绿色特性，在此基础上，完成详细设计。 3）改进设计）改进设计 根据评估结果，找出产品绿色特性问题所在，进行改进根据评估结果，找出产品绿色特性问题所在，进行改进设计
171、，并从产品生命周期的角度出发对产品绿色设计进行设计，并从产品生命周期的角度出发对产品绿色设计进行整整体优化体优化。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 绿色设计与传统设计的区别绿色设计与传统设计的区别 绿绿色色设设计计是是指指借借助助产产品品生生命命周周期期中中与与产产品品相相关关的的各各类类信信息息（技技术术信信息息、环环境境协协调调性性信信息息、经经济济信信息息），利利用用并并行行设设计计等等各各种种先先进进的的理理论论，使使设设计计出出的的产产品品具具有有先先
172、进进的的技技术术性性、良良好好的的环环境境协协调调性性以以及及合合理理的的经经济济性性的的一一种种系系统统设设计计方方法法。绿绿色色设设计计的的内内涵涵较较传传统统设设计计丰丰富富得得多，主要表现在如下两方面：多，主要表现在如下两方面： （1）绿色设计将产品的生命周期拓展为从）绿色设计将产品的生命周期拓展为从原材料制备到产品报废原材料制备到产品报废后的后的回收处理及再利用回收处理及再利用，从而有助于真正实现产品，从而有助于真正实现产品“从摇篮到坟墓从摇篮到坟墓（Cradle to Grave）”的绿色化。的绿色化。 （2）绿色设计在系统论的基础上，利用并行工程的思想，将）绿色设计在系统论的基础
173、上，利用并行工程的思想，将环境、环境、安全性、能源、资源安全性、能源、资源等因素集成到产品的设计活动当中，有助于实现等因素集成到产品的设计活动当中，有助于实现产品生命周期中产品生命周期中“预防为主，治理为辅预防为主，治理为辅”的绿色设计战略，从根本上的绿色设计战略，从根本上达到保护环境、保护人体健康和优化利用资源与能源的目的。达到保护环境、保护人体健康和优化利用资源与能源的目的。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 绿色设计的环境协调原则绿色设计的环境协调原则 1）
174、资源利用最佳原则）资源利用最佳原则 （1）在资源选用时，应充分考虑资源的）在资源选用时，应充分考虑资源的再生能力再生能力，避免因资，避免因资源的不合理使用而加剧资源的源的不合理使用而加剧资源的稀缺稀缺和造成资源和造成资源枯竭枯竭危机，从而制危机，从而制约生产的约生产的可持续发展可持续发展。因此，设计中应尽可能选择。因此，设计中应尽可能选择可再生资源可再生资源。 （2）在设计上，应尽可能保证资源在产品的整个生命周期中）在设计上，应尽可能保证资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用，力争使得到最大限度的利用，力争使资源的回收利用和投入比率趋于资源的回收利用和投入比率趋于1。 （3）对于确因技术
175、水平限制而不能回收、再生、重用的废弃）对于确因技术水平限制而不能回收、再生、重用的废弃物，应能够物，应能够自然降解自然降解，或便于安全的最终处理，以免，或便于安全的最终处理，以免增加环境的增加环境的负担负担。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2）能量利用最佳原则）能量利用最佳原则 （1）在选用能源类型时，应尽可能选用太阳能、风能等）在选用能源类型时，应尽可能选用太阳能、风能等清洁型可再生能源清洁型可再生能源。优化能源结构，尽量减少汽油、煤油等。优化能源结构，尽
176、量减少汽油、煤油等不可再生能源的使用，以有效不可再生能源的使用，以有效减缓能源危机减缓能源危机。 （2）通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，）通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，使使有效能量与总能耗之比趋于有效能量与总能耗之比趋于1，以减少能源的浪费。同时，以减少能源的浪费。同时，减少由于这些浪费的能量造成的减少由于这些浪费的能量造成的振动、噪声、热辐射振动、噪声、热辐射以及以及电电磁波磁波等对等对环境产生污染环境产生污染。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Tec
177、hnology 3）污染极小化原则）污染极小化原则 绿色设计应彻底抛弃传统的绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染、后治理先污染、后治理”的末端治理的末端治理方式。在设计时，就充分考虑如何使产品在其全生命周期中对环方式。在设计时，就充分考虑如何使产品在其全生命周期中对环境的污染最小，考虑如何境的污染最小，考虑如何消除污染源消除污染源，从根本上消除污染。确保，从根本上消除污染。确保产品在其全生命周期中产生的环境污染接近于零产品在其全生命周期中产生的环境污染接近于零，是绿色设计的，是绿色设计的理想目标。理想目标。 4）安全宜人化原则）安全宜人化原则 绿色设计不仅要求从产品的制造和使用环境以及产品的质量绿
178、色设计不仅要求从产品的制造和使用环境以及产品的质量和可靠性等方面，考虑如何确保生产者和使用者的安全，而且还和可靠性等方面，考虑如何确保生产者和使用者的安全，而且还要求产品符合要求产品符合人机工效学人机工效学、美学美学等有关原理，以使产品安全可靠、等有关原理，以使产品安全可靠、操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不仅要求所设计的产操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不仅要求所设计的产品在其全生命周期过程中对人们的身心健康造成伤害最小，还要品在其全生命周期过程中对人们的身心健康造成伤害最小，还要求给产品的生产者和使用者提供求给产品的生产者和使用者提供舒适宜人的作业环境舒适宜人的作业环境。六、绿
179、六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 生命周期评价生命周期评价 生命周期评价生命周期评价（Life Cycle Assessment），也称），也称生命周期分析生命周期分析（Life Cycle Analysis，LCA），是绿色设计的分析基础。所谓），是绿色设计的分析基础。所谓LCA，就是针对产品的环境协调性（如能源、资源的消耗，产品，就是针对产品的环境协调性（如能源、资源的消耗，产品对生态环境和人体健康的影响），运用系统的观点，对产品生命对生态环境和人体健康的影响），
180、运用系统的观点，对产品生命周期的各个阶段（材料制备、设计开发、制造、包装、发运、安周期的各个阶段（材料制备、设计开发、制造、包装、发运、安装、使用、最终处理及回收再生）进行详细的分析或评估，从而装、使用、最终处理及回收再生）进行详细的分析或评估，从而获得产品相关信息的获得产品相关信息的总体情况总体情况，为改进产品性能提供完整、准确，为改进产品性能提供完整、准确的信息。的信息。 LCA的普通标准己于的普通标准己于1997年完成，并编制在年完成，并编制在ISO14040中。中。LCA原理如图原理如图6-5所示。所示。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing T
181、echnology Advanced Manufacturing Technology 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 生命周期评价生命周期评价1. 1. 确定目标与范围确定目标与范围 生命周期评价的目标，取决于进行生命周期评价的动机。生命周期评价的目标，取决于进行生命周期评价的动机。通常，进行生命周期分析的动机有下面四种。通常，进行生命周期分析的动机有下面四种。 1）建立建立某类产品的某类产品的参考标准参考标准 2）识别识别某类产品的某类产品的改善潜力改善潜
182、力 3）用于）用于概念设计概念设计时的时的方案比较方案比较 4）用于）用于详细设计详细设计时的时的方案比较方案比较 利用生命周期评价方法，寻找详细设计方案的利用生命周期评价方法，寻找详细设计方案的优缺点优缺点，并，并做出做出综合评判综合评判，从中寻求，从中寻求最优方案最优方案，并对方案进行，并对方案进行改进改进。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2. 2. 清单分析清单分析 清清单单分分析析（Inventory Analysis）是是LCA的的核核心心和和关关键
183、键。它它包包括括数数据据的的收收集集和和处处理理，当当产产品品生生命命周周期期评评价价的的目目标标和和范范围围确确定定以以后后，就就可可以以模模拟拟（对对产产品品设设计计分分析析）或或追追踪踪（对对产产品品性性能能评评估估）产产品品的的整整个个生生命命周周期期，详详细细列列出出各各个个阶阶段段的的各各种种输输入入和和输输出出清清单单，并并进进行行分分析析，从从而而为为下下一一阶阶段段进进行行各各种种因因素素对对目目标标性性能能的的影影响响评评价价作作准准备备。通通常常，生生命命周周期期评评价价清清单分析的过程如图单分析的过程如图6-6所示。所示。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced
184、 Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3. 3. 影响评价影响评价 影响评价影响评价（Impact Assessment）就是根据清单中的信息，）就是根据清单中的信息，定性或定量分析其对生态系统、人体健康、自然资源及能源定性或定量分析其对生态系统、人体健康、自然资源及能源消耗等产生的影响。然而，绿色产品涉及到的评价指标众多，消耗等产生的影响。然而，
185、绿色产品涉及到的评价指标众多，其中既有其中既有定量指标定量指标又有又有定性指标定性指标，这些指标都从不同侧面描，这些指标都从不同侧面描述了产品的述了产品的环境协调性环境协调性，必须对其进行综合评价。目前有关，必须对其进行综合评价。目前有关影响评价的指标体系和方法很多，归纳起来主要包括影响评价的指标体系和方法很多，归纳起来主要包括定性分定性分析法析法和和定量分析法定量分析法两大类。两大类。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设
186、计 面向产品生命周期各（某）环节的设计（面向产品生命周期各（某）环节的设计（Design for X）的缩写是）的缩写是DFX。主要有：。主要有： 面向采购的设计面向采购的设计（Design for Procurement，DFP）；）； 面向制造的设计面向制造的设计（Design for Manufacture，DFM）；）； 面向装配的设计面向装配的设计（Design for Assembly，DFA）；）； 面向维修的设计面向维修的设计（Design for Service/Maintain/Repair，DFS）；）； 面向拆卸的设计面向拆卸的设计（Design for Disasse
187、mbly，DFD）；）； 面向回收的设计面向回收的设计（Design for Recovering & Recycling，DFR）等）等 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 绿色设计中的材料选择绿色设计中的材料选择 1）绿色设计中的材料选择过程）绿色设计中的材料选择过程六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2）绿色设计中的材料选择准则
188、）绿色设计中的材料选择准则 （1）材料的环境协调性原则材料的环境协调性原则。其主要内容包括：。其主要内容包括： 材料的材料的最佳利用最佳利用原则。原则。 第一，尽量选择第一，尽量选择绿色材料、可再生材料和回收的零部件绿色材料、可再生材料和回收的零部件或或材料材料，使材料的回收利用与投入比率趋于，使材料的回收利用与投入比率趋于1。 第二，尽量选择具有第二，尽量选择具有相容性的材料相容性的材料 。 第三，第三，减少减少使用材料的使用材料的种类种类。 第四，材料选择时应尽可能考虑第四，材料选择时应尽可能考虑材料的利用率材料的利用率。 第五，对不同材料进行第五，对不同材料进行标识标识。 六、绿六、绿
189、色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 能源的最佳利用原则。能源的最佳利用原则。 第一，材料生命周期中应尽可能采用第一，材料生命周期中应尽可能采用清洁型可再生能源清洁型可再生能源（也称绿色能源），如太阳能、风能、水能、地热能等。（也称绿色能源），如太阳能、风能、水能、地热能等。 第二，材料生命周期第二，材料生命周期能量利用率最高能量利用率最高原则，即输入与输出原则，即输入与输出能量的比值最大。能量的比值最大。 污染最小原则。污染最小原则。 材料生命周期全过程中产出的材料生命周期全过
190、程中产出的环境污染环境污染最小。材料选择时最小。材料选择时必须考虑其对环境的影响，尽量避免选择对环境有害的材料。必须考虑其对环境的影响，尽量避免选择对环境有害的材料。例如在低压电器生产中，应避免采用含镉的例如在低压电器生产中，应避免采用含镉的银氧化镉银氧化镉（AgCdO）触头材料。）触头材料。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 损害最小原则。损害最小原则。 材料生命周期全过程中对人体健康的损害最小。材料选材料生命周期全过程中对人体健康的损害最小。材料选择必须考虑其
191、对人体健康的损害、通常应注意择必须考虑其对人体健康的损害、通常应注意材料的辐射强材料的辐射强度、腐蚀性、毒性度、腐蚀性、毒性等。等。 （2）材料的经济性原则。）材料的经济性原则。 这不仅指优先考虑选用价格比较便宜的材料，而且综合这不仅指优先考虑选用价格比较便宜的材料，而且综合考虑材料对整个考虑材料对整个制造、运行使用、产品维修乃至报废后的回制造、运行使用、产品维修乃至报废后的回收处理成本收处理成本等的影响，以达到最佳技术经济效益。材料的经等的影响，以达到最佳技术经济效益。材料的经济性原则主要表现为两方面。济性原则主要表现为两方面。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufac
192、turing Technology Advanced Manufacturing Technology 材料的成本效益分析。在绿色设计中，产品的成本应该材料的成本效益分析。在绿色设计中，产品的成本应该由由材料生命周期成本材料生命周期成本来表示。显然，降低材料生命周期成本对来表示。显然，降低材料生命周期成本对制造者、使用者和回收者都是有利的。影响材料成本的主要因制造者、使用者和回收者都是有利的。影响材料成本的主要因素包括六个方面：第一，材料本身的素包括六个方面：第一，材料本身的相对价格相对价格；第二，材料的；第二，材料的加工费用加工费用；第三，材料的；第三，材料的利用率利用率；第四，采用；第四，
193、采用组合结构组合结构；第五，；第五，节约稀有材料节约稀有材料；第六，；第六，回收成本回收成本。 材料的供应状况。选材时还应考虑当时当地材料的供应状况。选材时还应考虑当时当地材料的供应材料的供应情况情况，为了简化供应和储存的材料品种，应尽可能地减少同一，为了简化供应和储存的材料品种，应尽可能地减少同一部机器上使用的部机器上使用的材料品种材料品种。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2. 2. 绿色包装设计绿色包装设计 1）绿色包装材料选择）绿色包装材料选择 应该遵
194、循上述绿色设计中的材料选择准则。应该遵循上述绿色设计中的材料选择准则。 2）进行合理的结构设计）进行合理的结构设计 （1）通过合理的包装结构设计，提高包装的）通过合理的包装结构设计，提高包装的刚度和强度刚度和强度，减少包装材料减少包装材料的使用。的使用。 （2）通过合理的）通过合理的包装形态设计包装形态设计，减少包装材料减少包装材料的使用。的使用。 （3）了解包装印刷工艺和内结构，实现包装的）了解包装印刷工艺和内结构，实现包装的省料设计省料设计。 （4）避免）避免过度包装过度包装。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advance
195、d Manufacturing Technology （5）通过合理的）通过合理的结构设计结构设计，提高，提高运输的效率运输的效率。 （6）通过合理的包装结构设计，避免包装物的）通过合理的包装结构设计，避免包装物的随意丢弃随意丢弃，从而减小包装物从而减小包装物收集和回收收集和回收的难度。的难度。 （7）在包装设计中，在产品外包装上使用各种）在包装设计中，在产品外包装上使用各种回收标志回收标志。使用不同使用不同颜色颜色或其他或其他辅助辨识系统辅助辨识系统，显著地标明其废弃方法、，显著地标明其废弃方法、废弃地点、分类标识等，以增强包装物的废弃地点、分类标识等，以增强包装物的有效回收有效回收。 （8
196、）外包装的结构设计应）外包装的结构设计应避免造成对人体的伤害避免造成对人体的伤害。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3. 3. 面向拆卸回收的设计面向拆卸回收的设计 产品结构产品结构不宜于连续拆卸和回收不宜于连续拆卸和回收，主要表现在以下几方面。，主要表现在以下几方面。 1）连接结构连接结构难于拆卸难于拆卸 2）材料多样性材料多样性 3）未考虑）未考虑拆卸回收过程拆卸回收过程 4）产品使用后，）产品使用后，拆卸难度拆卸难度加大加大 5）缺乏所拆卸产品的）缺乏所拆
197、卸产品的完整信息完整信息六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 解决上述问题的基本思想就是：解决上述问题的基本思想就是：以方便维修、方便更换、以方便维修、方便更换、方便回收为目标进行可拆卸设计方便回收为目标进行可拆卸设计。 1）面向拆卸的设计）面向拆卸的设计 面向拆卸设计的基本准则主要包括：面向拆卸设计的基本准则主要包括： （1）明确）明确拆卸对象拆卸对象。 （2）减少）减少拆卸工作量拆卸工作量。 （3）增加）增加易拆卸性能易拆卸性能。 （4）增加）增加易处理性易处理
198、性，即在设计时要考虑工人安全操作或，即在设计时要考虑工人安全操作或实现实现自动操作自动操作。 （5）增加）增加易分离性易分离性。 （6）减少）减少零部件的多样性零部件的多样性。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2）拆卸工艺设计）拆卸工艺设计 主要要考虑下列问题：主要要考虑下列问题： （1）拆卸类型拆卸类型的确定的确定 （2）拆卸信息拆卸信息 产品拆卸工艺设计所需的信息如图产品拆卸工艺设计所需的信息如图6-8所示。所示。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Adva
199、nced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology （3）拆卸深度。）拆卸深度。 拆卸时，通常遵从拆卸时，通常遵从先拆去最有价值先拆去最有价值的零部件的原则。刚的零部件的原则。刚开始拆卸时，所获得的资源回收价值较大，拆卸也较容易，开始拆卸时，所获得的资源回收价值较大，拆卸也较容易，相应的相应的拆卸费用拆卸费用也较低，即单位资源拆卸效益高。随着拆卸也较低，即单位资源拆卸效益高。随着拆卸程度的加深，单位资源的程度的加深，单位资源的回收价值回收价值减少，减少，拆卸难度拆卸难度增加，单增加，单位资源的拆卸效益下降。当单位资源回
200、收价值等于单位资源位资源的拆卸效益下降。当单位资源回收价值等于单位资源拆卸费用，即单位资源拆卸效益为零时，达到拆卸技术与经拆卸费用，即单位资源拆卸效益为零时，达到拆卸技术与经济的协调，所得拆卸的济的协调，所得拆卸的总利润最大总利润最大。如果继续拆卸，则拆卸。如果继续拆卸，则拆卸效益为负，拆卸的总利润减少。因此，从经济角度出发，拆效益为负，拆卸的总利润减少。因此，从经济角度出发，拆卸工艺设计时，应尽量寻找卸工艺设计时，应尽量寻找最优拆卸深度最优拆卸深度。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing
201、 Technology 清洁生产清洁生产 节省材料技术 1. 提高构件承载能力 1）提高构件的静态强度）提高构件的静态强度 （1）合理设计构件的）合理设计构件的截面形状截面形状 （2）对于轴类零件，应采用）对于轴类零件，应采用空心环形截面空心环形截面 （3）采用）采用等强度梁等强度梁 （4）改善构件的）改善构件的受力状况受力状况 （5）对构件进行）对构件进行弹、塑性强化弹、塑性强化，依此抵消部分，依此抵消部分工作应力工作应力。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology
202、2）提高构件的疲劳强度）提高构件的疲劳强度 主要方法有：主要方法有： （1）降低）降低应力集中应力集中 （2）提高）提高表面质量表面质量 （3）进行）进行表面处理表面处理 3）提高构件的抗冲击能力）提高构件的抗冲击能力 主要途径是：主要途径是： （1）减小构件刚度，增大）减小构件刚度，增大静变形静变形j。 （2）设计）设计缓冲结构缓冲结构。 （3）合理）合理选择材料选择材料。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 4）提高构件的刚度）提高构件的刚度 主要途径是合理配置
203、系统的几何参数：主要途径是合理配置系统的几何参数： （1）合理设计零部件的）合理设计零部件的形状结构形状结构。 （2）施加）施加预变形预变形。 （3）提高）提高接触刚度接触刚度。 5）提高构件的稳定性）提高构件的稳定性 （1）合理的）合理的截面形状截面形状。 （2）改善杆端）改善杆端支承状况支承状况，减小，减小支座系数支座系数。 （3）等稳定性等稳定性结构。结构。 （4）增加）增加中间支承中间支承。 （5）改善结构，降低）改善结构，降低压杆受力压杆受力。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturin
204、g Technology 2. 2. 改善机械运动设计方案改善机械运动设计方案 1）按节材原则设计传动系统）按节材原则设计传动系统 推广应用推广应用标准化、系列化和通用化标准化、系列化和通用化的零部件，是节省材的零部件，是节省材料的重要措施之一。料的重要措施之一。 采用采用新型传动形式新型传动形式，如同步带、窄，如同步带、窄V带、摆线针轮行星传带、摆线针轮行星传动、谐波齿轮传动、活齿传动等。动、谐波齿轮传动、活齿传动等。 合理地改善合理地改善结构布置结构布置，可以有效地减小，可以有效地减小外廓尺寸和重量外廓尺寸和重量。 2）按照节材原则设计执行机构）按照节材原则设计执行机构 在机电产品的设计过
205、程中，原动机和传动装置大多是根在机电产品的设计过程中，原动机和传动装置大多是根据工作条件选配，而执行机构则需要设计者据工作条件选配，而执行机构则需要设计者自行设计自行设计。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3. 3. 机械装置的轻量化设计机械装置的轻量化设计 在满足产品功能、性能的前提下，机械装置的在满足产品功能、性能的前提下，机械装置的轻量化轻量化不不仅可以仅可以节省材料节省材料，还可以带来如下，还可以带来如下优点优点： （1）能）能减轻减轻其他部件或构件所承
206、受的其他部件或构件所承受的载荷载荷。 （2）由于机器重量的减轻，能使）由于机器重量的减轻，能使有效载荷增加有效载荷增加（如飞机、（如飞机、车辆、挖掘机等）。车辆、挖掘机等）。 （3）节省能源节省能源、减少、减少运行费用运行费用。 （4）易于）易于操作和搬运操作和搬运（如建筑机械、家用电器、体育设（如建筑机械、家用电器、体育设备等）。备等）。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 机械装置轻量化设计的主要方法有以下几种：机械装置轻量化设计的主要方法有以下几种： 1）改善
207、机械装置中零件的受力状况）改善机械装置中零件的受力状况 合理地布置合理地布置零件位置零件位置；合理设计零件的；合理设计零件的卸载及均载结构卸载及均载结构；减；减小零件的小零件的附加载荷附加载荷。 2）限制机械系统的受力）限制机械系统的受力 设置设置安全联轴器或缓冲器安全联轴器或缓冲器等。等。 3）提高传统装置承载能力）提高传统装置承载能力 传动系统的结构尺寸对机械装置的机架、箱体，甚至对机器传动系统的结构尺寸对机械装置的机架、箱体，甚至对机器的总体尺寸均有重大影响。选择和开发的总体尺寸均有重大影响。选择和开发新型传动装置新型传动装置；采用；采用强化强化工艺工艺提高传动零件的提高传动零件的承载能
208、力承载能力。 4）合理设计机械装置的结构）合理设计机械装置的结构 提高零部件疲劳强度的提高零部件疲劳强度的结构设计结构设计；减轻机架重量的；减轻机架重量的结构设计结构设计。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 节省资源技术节省资源技术 机械设备常常是企业的耗能大户；节能主要可从如下几个机械设备常常是企业的耗能大户；节能主要可从如下几个方面着手。方面着手。 1. 1. 运动部件轻量化运动部件轻量化 在保证设备运行正常的情况下、设备在保证设备运行正常的情况下、设备运动部
209、件轻量化运动部件轻量化可以可以减小能耗减小能耗。以汽车为例，车体。以汽车为例，车体重量减小重量减小10%，可以，可以降低油耗降低油耗10%。运动部件轻型化可以通过选择。运动部件轻型化可以通过选择高强度钢、轻质材料高强度钢、轻质材料或或改进结构设计改进结构设计来实现。来实现。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2. 2. 减少运动副之间的摩擦减少运动副之间的摩擦 在机械设备中，摩擦不仅会在机械设备中，摩擦不仅会磨损设备磨损设备，还会因克服摩擦力，还会因克服摩擦力而而
210、浪费不少能量浪费不少能量。常用的减磨措施有：。常用的减磨措施有： （1）靡擦副采用）靡擦副采用互溶性小的材料互溶性小的材料，以，以减小摩擦系数减小摩擦系数。 （2）选择合适的摩擦副）选择合适的摩擦副表面粗糙度表面粗糙度，减小摩擦系数减小摩擦系数。 （3）改变）改变摩擦副性质摩擦副性质，尽量采用，尽量采用滚动摩擦副滚动摩擦副或或流体摩擦副流体摩擦副。 （4）加强摩擦副之间的）加强摩擦副之间的润滑润滑。3. 3. 改进传动系统，提高传动效率改进传动系统，提高传动效率 一般机床的传动系统中，主传动系统一般机床的传动系统中，主传动系统功率损失高达功率损失高达20%。传动系统传动效率的提高，可通过传动系
211、统传动效率的提高，可通过缩短传动链缩短传动链、采用、采用新型高新型高效传动机构效传动机构以及以及加强传动系统的润滑加强传动系统的润滑等措施来实现。等措施来实现。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 4. 4. 采用节能措施采用节能措施 很多产品使用过程中，并非时刻都处于做有用功的状态，很多产品使用过程中，并非时刻都处于做有用功的状态，有很多时间处于有很多时间处于“空载空载”状态。因此，设计时应尽可能采用状态。因此，设计时应尽可能采用节能控制，如采用节能控制，如采用变
212、频技术变频技术、模糊控制模糊控制等。等。5. 5. 适度自动化适度自动化 设备的功能不要一味追求设备的功能不要一味追求自动化自动化，应以，应以实用实用为原则。在保为原则。在保证不增加操作者劳动强度和保证操作者安全的情况下，可适证不增加操作者劳动强度和保证操作者安全的情况下，可适当采用当采用手动机构手动机构；而不顾实际情况的；而不顾实际情况的过度自动化过度自动化，往往会造，往往会造成成能耗的大量增加能耗的大量增加。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 6. 6. 提高
213、能量的转换效率提高能量的转换效率 在机械设备中往往还存在一次或多次的在机械设备中往往还存在一次或多次的能源转换能源转换，如电，如电能转换为机械能、化学能转换为机械能等。在转换过程中，能转换为机械能、化学能转换为机械能等。在转换过程中，往往存在较大的往往存在较大的能量损失能量损失。因此，应尽可能地。因此，应尽可能地提高提高产品使用产品使用过程中的过程中的能量转换效率能量转换效率。7. 7. 减少能量储备减少能量储备 不必要的不必要的能量储备能量储备实际上是一种实际上是一种浪费浪费。例如当设备的电动。例如当设备的电动机容量选择不合理时，会出现机容量选择不合理时，会出现产品功率不匹配产品功率不匹配的
214、现象（如的现象（如“大马拉小车大马拉小车”），造成），造成能量损失能量损失。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 环境友好技术环境友好技术1. 1. 干切削技术干切削技术 切削液切削液带来的带来的负面效应负面效应，主要表现在以下几个方面：，主要表现在以下几个方面： （1）切削液的添加剂含）切削液的添加剂含硫、氯硫、氯等，润滑剂中含等，润滑剂中含亚硝胺、多亚硝胺、多环芳香烃和细菌分解产物环芳香烃和细菌分解产物，切削加工中产生的，切削加工中产生的高温高温，使切削液，使切
215、削液形成形成雾状挥发物雾状挥发物，污染环境，并，污染环境，并损害操作者的健康损害操作者的健康。 （2）某些切削液及粘有该切削液的切屑必须作为）某些切削液及粘有该切削液的切屑必须作为有毒、有有毒、有害材料害材料处理，处理，处理费用处理费用非常高。非常高。 （3）切削液的）切削液的渗漏渗漏、溢出对、溢出对安全生产安全生产有很大影响。有很大影响。 （4）切削液的处理、循环、泵吸和过滤使加工系统复杂化，）切削液的处理、循环、泵吸和过滤使加工系统复杂化，处理成本高处理成本高。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufa
216、cturing Technology 1）干切削及其特点）干切削及其特点 干切削技术是在加工过程中干切削技术是在加工过程中不施加任何切削液不施加任何切削液的工艺方法，的工艺方法，从源头上消除了切削液带来的环境负面效应。它具有以下特点：从源头上消除了切削液带来的环境负面效应。它具有以下特点： （1）形成的）形成的切屑无污染切屑无污染，易于回收和处理易于回收和处理。 （2）节约了与切削液有关的）节约了与切削液有关的传输、回收，过滤传输、回收，过滤等装置及等装置及费费用用。 （3）不会发生与切削液有关的）不会发生与切削液有关的环境污染环境污染、安全和质量事故安全和质量事故。六、绿六、绿 色色 制制
217、造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2）实现干切削加工的措施）实现干切削加工的措施 （1）刀具要求刀具要求。干切削要求刀具材料应具有优良的。干切削要求刀具材料应具有优良的耐热耐热性能和耐磨性能性能和耐磨性能。常用的刀具材料有。常用的刀具材料有金刚石、立方氮化硼金刚石、立方氮化硼、陶瓷、涂层和超细晶粒硬质合金陶瓷、涂层和超细晶粒硬质合金等。采用等。采用涂层技术涂层技术，因为性，因为性能优良的涂层可降低刀具与工件表面之间的能优良的涂层可降低刀具与工件表面之间的摩擦摩擦，减少切削，减少切削力。目
218、前所使用的刀具中，力。目前所使用的刀具中，40%采用了涂层技术采用了涂层技术。选择适合。选择适合干切削加工的干切削加工的刀具几何形状刀具几何形状，以减少加工中，以减少加工中刀具、切屑和工刀具、切屑和工件件间的摩擦。间的摩擦。 （2）切削用量切削用量的选择，见表的选择，见表6-1。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Tec
219、hnology （3）机床结构设计机床结构设计。研究表明，切削液的主要作用是散。研究表明，切削液的主要作用是散热和排屑，润滑作用只占热和排屑，润滑作用只占10%。因此，机床的结构设计应保。因此，机床的结构设计应保证证快速排屑和散热快速排屑和散热，并尽量，并尽量消除切屑对环境消除切屑对环境的不利影响。的不利影响。 2. 2. 无铅化技术无铅化技术 由于铅对环境和人体健康具有很大的危害，由于铅对环境和人体健康具有很大的危害，无铅化无铅化已经成已经成为为机电行业的发展趋势机电行业的发展趋势。 3. 3. 无铬工艺无铬工艺 六价铬及其化合物六价铬及其化合物对人体的皮肤、粘膜和呼吸系统有很大对人体的皮肤
220、、粘膜和呼吸系统有很大的的刺激性和腐蚀性刺激性和腐蚀性，对，对中枢神经系统中枢神经系统有毒害作用，并且有有毒害作用，并且有强强致癌性致癌性，毒性是，毒性是三价铬的三价铬的100倍倍。欧盟的。欧盟的RoHS/WEEE和我国和我国电子信息产品生产污染防治管理法电子信息产品生产污染防治管理法明确规定，明确规定，禁止使用禁止使用包括六价铬等有害物质包括六价铬等有害物质。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 再资源化技术再资源化技术拆卸工艺及工具拆卸工艺及工具拆卸工艺及工具
221、拆卸工艺及工具1. 拆卸工艺制定步骤 1）产品分析）产品分析 在先拆卸最有价值零部件的总体原则下，结合设计信息，在先拆卸最有价值零部件的总体原则下，结合设计信息，对产品对产品可回收再利用可回收再利用的零件与材料进行的零件与材料进行分析分析，以获得，以获得再生、再生、再利用程度与可能性再利用程度与可能性以及以及最佳可拆卸程度最佳可拆卸程度等信息，为制定正等信息，为制定正确的确的拆卸路线拆卸路线，选择适当的，选择适当的拆卸方式拆卸方式作好准备。作好准备。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing
222、Technology 2）产品装配分析）产品装配分析 产品的产品的装配关系装配关系对拆卸有极大的影响，因为拆卸在多数对拆卸有极大的影响，因为拆卸在多数情况下是装配的情况下是装配的逆过程逆过程。因此必须准确掌握产品装配的有关。因此必须准确掌握产品装配的有关信息，对产品中各零部件的信息，对产品中各零部件的紧固连接元件、连接方式紧固连接元件、连接方式以及产以及产品生产时品生产时装配顺序装配顺序等进行详尽地分析，为产品的拆卸提供等进行详尽地分析，为产品的拆卸提供技技术参考术参考。 3）产品使用方式和影响分析）产品使用方式和影响分析 主要是对产品的主要是对产品的使用过程使用过程与与环境进行分析环境进行分
223、析，以考虑产品，以考虑产品在使用过程中，因使用环境或维护等原因对拆卸造成的在使用过程中，因使用环境或维护等原因对拆卸造成的不确不确定因素定因素。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 4）决定拆卸策略）决定拆卸策略 根据所获得的信息，决定产品零部件的根据所获得的信息，决定产品零部件的拆卸方式拆卸方式，是进，是进行行破坏性拆卸破坏性拆卸、非破坏性拆卸非破坏性拆卸还是还是部分破坏性拆卸部分破坏性拆卸。 5）拆卸过程计划和策略）拆卸过程计划和策略 在上述步骤基础上，确定在上
224、述步骤基础上，确定拆卸深度拆卸深度、优化、优化拆卸路线拆卸路线、细、细化化拆卸工艺拆卸工艺（比如决定拆卸方式、选择拆卸工具、确定拆卸（比如决定拆卸方式、选择拆卸工具、确定拆卸运动等）及制定运动等）及制定拆卸工艺书拆卸工艺书等。等。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2. 2. 拆卸技术拆卸技术 产品报废后，必须采取一定的拆卸手段才能实现零部件的产品报废后，必须采取一定的拆卸手段才能实现零部件的拆卸。选择合理的拆卸。选择合理的拆卸技术拆卸技术，直接关系到产品，直接关
225、系到产品能否拆卸成功和能否拆卸成功和拆卸的经济性拆卸的经济性。 拆卸技术按其自动化程度，可分为拆卸技术按其自动化程度，可分为手动拆卸和自动拆卸手动拆卸和自动拆卸两类。两类。手动拆卸主要依靠手动拆卸主要依靠手动工具和工人的拆卸技艺手动工具和工人的拆卸技艺来完成拆卸工作，来完成拆卸工作，具有对产品类型变化具有对产品类型变化适应能力强适应能力强等优点；但是等优点；但是拆卸效率低、拆拆卸效率低、拆卸质量卸质量也受工人技术水平、精神状态等人为因素的影响，多见也受工人技术水平、精神状态等人为因素的影响，多见于各种于各种小型或个人小型或个人的拆卸厂。自动化拆卸方式更受大企业、大的拆卸厂。自动化拆卸方式更受大
226、企业、大公司的青睐。拆卸系统的规模以及自动化程度，应根据被公司的青睐。拆卸系统的规模以及自动化程度，应根据被拆卸拆卸产品要求、技术条件和企业自身产品要求、技术条件和企业自身的实际情况决定。的实际情况决定。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1. 1. 再制造定义再制造定义 再制造是指以产品全寿命周期理论为指导，以废旧产品再制造是指以产品全寿命周期理论为指导，以废旧产品性能实现跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、节材、性能实现跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、
227、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，对废旧产品环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，对废旧产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。简言进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。简言之，再制造就是废旧产品高技术维修的产业化。之，再制造就是废旧产品高技术维修的产业化。 再制造工程再制造工程六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2.2.再制造过程再制造过程 包括产品包括产品清洗清洗、目标对象、目标对象拆卸拆卸、清洗清洗、检测检测、再制造再
228、制造零零部件部件分类分类、再制造技术选择再制造技术选择、再制造再制造、检验检验等八个步骤（图等八个步骤（图6-9）。）。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1）产品清洗）产品清洗 产品清洗对于产品性能检测、再制造目标的确定等非常产品清洗对于产品性能检测、再制造目标的确定等非常重要。其目的是重要。其目的是清除产品尘土、油污、泥沙清除产品尘土、油污、泥沙等脏物。等脏物。 2）目标对象拆卸）目标对象拆卸 通过分析产品零部件之间的约束关系，确定目标对象的通过分析产品零部
229、件之间的约束关系，确定目标对象的拆拆卸路径卸路径，完成目标，完成目标对象拆卸对象拆卸。 3）目标对象清洗）目标对象清洗 目标对象的清洗就是根据目标对象的目标对象的清洗就是根据目标对象的材质、精密程度、材质、精密程度、污染物污染物性质不同，以及零件性质不同，以及零件清洁度清洁度的要求，选择合适的的要求，选择合适的设备设备、工具工具、工艺工艺和和清洗介质清洗介质进行清洗。目标对象清洗，有助于发进行清洗。目标对象清洗，有助于发现目标对象的现目标对象的问题和缺陷问题和缺陷。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufa
230、cturing Technology 4）目标对象检测）目标对象检测 目标对象检侧目的是为了确定目标对象的目标对象检侧目的是为了确定目标对象的技术、性能状技术、性能状态态。常用的检测内容和方法有：。常用的检测内容和方法有：几何几何形状精度形状精度检测；检测；表表面面位置精度位置精度检测；检测；表面质量表面质量检测；检测；内部缺陷内部缺陷检测；检测；力力学物理性能学物理性能检测；检测；零件称重与平衡零件称重与平衡。 5）再制造零部件分类）再制造零部件分类 再制造零部件应根据其再制造零部件应根据其几何形状、损坏性质和工艺特性几何形状、损坏性质和工艺特性的共同性来的共同性来分类分类。再制造零件的分类
231、，为再制造企业采用大。再制造零件的分类，为再制造企业采用大批量或批量方法批量或批量方法实现再制造实现再制造提供了条件。提供了条件。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 6）再制造技术选择）再制造技术选择 根据再制造企业的根据再制造企业的技术水平技术水平、目标对象的、目标对象的损坏情况损坏情况以及以及各种各种再制造技术再制造技术的的技术、经济和环境特性技术、经济和环境特性选择适宜的再制造选择适宜的再制造技术。技术。 7）再制造）再制造 根据所选的根据所选的再制造技术再
232、制造技术，进行目标对象的，进行目标对象的再制造再制造。 8）检验）检验 对再制造后的目标零件进行检验，看是否达到对再制造后的目标零件进行检验，看是否达到技术要求技术要求。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 3.3.再制造技术再制造技术 废废旧旧零零部部件件再再制制造造技技术术很很多多，主主要要包包括括喷喷涂涂法法、粘粘修修法法、焊修法、电镀法、熔敷法、塑性变形法及机械加工修理法焊修法、电镀法、熔敷法、塑性变形法及机械加工修理法等。等。六、绿六、绿 色色 制制 造造
233、 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1）热喷涂技术）热喷涂技术 热喷涂技术是一种用专用设备把某种热喷涂技术是一种用专用设备把某种固体材料熔化固体材料熔化并加速并加速喷射喷射到到机件表面机件表面上，形成一上，形成一特制薄层特制薄层，以提高机件，以提高机件耐蚀、耐耐蚀、耐磨和耐高温磨和耐高温等性能的新兴材料等性能的新兴材料表面科学技术表面科学技术。 2）堆焊修复技术）堆焊修复技术 堆焊修复技术是借用堆焊修复技术是借用焊接手段焊接手段对金属材料表面进行对金属材料表面进行厚膜改厚膜改质质，即在零件上堆
234、覆一层或几层具有，即在零件上堆覆一层或几层具有希望性能希望性能的材料。这些的材料。这些材料可以是材料可以是合金合金，也可以是，也可以是陶瓷陶瓷。堆焊就其物理本质和冶金。堆焊就其物理本质和冶金过程而言，具有焊接的一般规律。堆焊可以在零件工作表面过程而言，具有焊接的一般规律。堆焊可以在零件工作表面上取得上取得任意厚度和化学成分的焊层任意厚度和化学成分的焊层，可以获得各种，可以获得各种高硬度和高硬度和耐磨特性耐磨特性的的堆焊层堆焊层。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology
235、3）特种电镀技术）特种电镀技术 镀层的种类很多镀层的种类很多，不同成分不同成分和和不同组合方式不同组合方式的镀层具有的镀层具有不同不同的性能的性能。按照使用性能可分为下面几类：。按照使用性能可分为下面几类：防护性镀层防护性镀层、防护装防护装饰性镀层、装饰性镀层、耐磨和减摩镀层、电性能镀层、磁性电饰性镀层、装饰性镀层、耐磨和减摩镀层、电性能镀层、磁性电镀层、焊接时镀层、耐热镀层及修复用镀层镀层、焊接时镀层、耐热镀层及修复用镀层等。合理选择镀层时，等。合理选择镀层时，首先要了解基材和各种镀层的性能，然后按照零件的首先要了解基材和各种镀层的性能，然后按照零件的服役条件及服役条件及使用性能要求使用性能
236、要求，选用，选用相匹配的镀层相匹配的镀层。 4）激光修复技术）激光修复技术 激光的强度高、方向性好、颜色单纯，激光束可以通过光学激光的强度高、方向性好、颜色单纯，激光束可以通过光学系统聚焦成直径仅有系统聚焦成直径仅有几微米到几十微米几微米到几十微米的的光斑光斑，获得，获得1081010W/cm2的能量密度的能量密度，以及，以及10000以上以上的高温，从而能在的高温，从而能在千分千分之几秒之几秒甚至更短的时间内使各种物质甚至更短的时间内使各种物质熔化和气化熔化和气化。常用的激光修。常用的激光修复技术有：复技术有：激光焊接激光焊接；激光表面熔敷激光表面熔敷；激光相变硬化激光相变硬化等。等。六、绿
237、六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 5）胶接修复技术）胶接修复技术 胶接就是通过胶接就是通过胶粘剂胶粘剂，将两个或两个以上的，将两个或两个以上的同质或不同同质或不同质质的物体连接在一起。它是通过的物体连接在一起。它是通过物理或者化学物理或者化学的作用来实现的作用来实现的。胶粘剂的种类很多，按照基本成分、可分为的。胶粘剂的种类很多，按照基本成分、可分为有机胶粘剂有机胶粘剂和和无机胶粘剂无机胶粘剂两类。两类。 随着随着胶接材料胶接材料和和胶接工艺胶接工艺的进步，胶接在再制造
238、中的应的进步，胶接在再制造中的应用越来越受到人们的重视。用越来越受到人们的重视。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1. 1. 粉碎技术粉碎技术 粉粉碎碎是是破破碎碎和和磨磨碎碎的的统统称称。其其中中，破破碎碎是是指指产产品品粒粒度度大大部部分分在在5mm以以上上的的作作业业。磨磨碎碎是是指指产产品品的的粒粒度度大大部部分分在在5mm以以下下的的作作业业。粉粉碎碎的的方方法法包包括括常常温温机机械械粉粉碎碎、低低温温冷冷冻冻粉粉碎碎、半半湿湿式式粉粉碎碎、湿湿式式
239、粉粉碎碎等等物物理理粉粉碎碎方方法法，以以及及爆爆破破粉粉碎碎等等化化学粉碎方法。学粉碎方法。材料再资源化技术材料再资源化技术六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 2. 2. 材料的分选技术材料的分选技术 为了有效、经济合理的利用资源，就需要对破碎后的物为了有效、经济合理的利用资源，就需要对破碎后的物料进行料进行分选分选。对固体物料的分选主要是根据物料不同组分之。对固体物料的分选主要是根据物料不同组分之间的物理及化学性质差异而进行的。其主要分选方法有间的物理及化学性
240、质差异而进行的。其主要分选方法有重力重力分选、磁力分选、静电分选、浮游分选、摩擦与弹跳分选、分选、磁力分选、静电分选、浮游分选、摩擦与弹跳分选、拣选拣选等。等。3. 3. 热分解热分解 热分解又称热分解又称热裂解热裂解，是利用有机物的，是利用有机物的热不稳定性热不稳定性，在缺氧，在缺氧条件下加热使相对分子质量大的有机物产生条件下加热使相对分子质量大的有机物产生热裂解热裂解，转化为，转化为相对分子质量小的相对分子质量小的燃料气、液体燃料气、液体（油，油脂等）及（油，油脂等）及残渣残渣等。等。热分解与焚烧不同，焚烧只能回收热能，而热分解可从废物热分解与焚烧不同，焚烧只能回收热能，而热分解可从废物中
241、回收可以中回收可以储存、输送的能源储存、输送的能源（油或燃气等）。（油或燃气等）。六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 1. 1. 逆向物流的定义逆向物流的定义 逆向物流是一种包含了逆向物流是一种包含了产品退回、物料替代、物品再利产品退回、物料替代、物品再利用、废弃处理、维修与再制造用、废弃处理、维修与再制造等过程的物流活动。等过程的物流活动。 2. 2. 逆向物流的驱动因素逆向物流的驱动因素 逆向物流的形成主要有四个方面的原因：逆向物流的形成主要有四个方面的原因：
242、 1）法规强制）法规强制 2）经济利益）经济利益 3）生态效益）生态效益 4）社会效益）社会效益逆向物流技术逆向物流技术六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 逆向物流的发展趋势逆向物流的发展趋势 （1）从个案中总结出逆向物流系统设计的）从个案中总结出逆向物流系统设计的一般性原则一般性原则，从理论上建立完整的从理论上建立完整的系统结构框架系统结构框架。 （2）逆向物流系统中）逆向物流系统中信息的管理与共享信息的管理与共享，正逆向物流系，正逆向物流系统的统的整合、通信与
243、优化整合、通信与优化。 （3）逆向物流系统中）逆向物流系统中成员的关系成员的关系，包括，包括决策权力决策权力的的调配调配以及以及利润的分配利润的分配。 （4）网络环境下逆向物流系统的）网络环境下逆向物流系统的重构重构以及业务流程的以及业务流程的优优化重组化重组等。等。 六、绿六、绿 色色 制制 造造 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 先进制造新概念先进制造新概念1智能制造智能制造2敏捷制造敏捷制造3并行工程并行工程4虚拟制造虚拟制造5快速原型技术快速原型技术6绿色制造绿色制造7先进制造技术发展
244、趋势先进制造技术发展趋势 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology 七、先进制造技术发展趋势七、先进制造技术发展趋势“数数”是发展的核心是发展的核心 数字化数字化“精精”是发展的关键是发展的关键 精密化精密化“极极”是发展的焦点是发展的焦点 极端条件极端条件“自自”是发展的条件是发展的条件 自动化自动化“集集”是发展的方向是发展的方向 集成化集成化“网网”是发展的道路是发展的道路 网络化网络化“智智”是发展的前景是发展的前景 智能化智能化“绿绿”是发展的必然是发展的必然数字化制造数字化制造指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。 Advanced Manufacturing Technology Advanced Manufacturing Technology The end Thanks!
