先進制造技術(shù)

先進制造技術(shù)2021年第二學習階段姓名：中南大學網(wǎng)絡(luò)教育課程考試《先進制造技術(shù)》答卷本人承諾：本試卷確為本人獨立完成，若有違反愿意接受處理。簽名______題號成績一二三四五總分（百分制）評閱人簽字一、為什么說先進制造技術(shù)是具有很強實用性的新技術(shù)？（15分）答：先進制造技術(shù)最重要的特點在于，它首先是一項面向工業(yè)應(yīng)用，具有很強實用性的新技術(shù)。從先進制造技術(shù)的發(fā)展過程，從其應(yīng)用于制造全過程的范圍，特別是達到的目標與效果，無不反映這是一項應(yīng)用于制造業(yè)，對制造業(yè)、對國民經(jīng)濟的發(fā)展可以起重大作用的實用技術(shù)。先進制造技術(shù)的發(fā)展往往是針對某一具體的制造業(yè)（如汽車制造、電子工業(yè)）的需求而發(fā)展起來的先進、適用的制造技術(shù)，有明確的需求導向的特征；先進制造技術(shù)不是以追求技術(shù)的高新為目的，而是注重產(chǎn)生最好的實踐效果，以提高效益為中心，以提高企業(yè)的競爭力和促進國家經(jīng)濟增長和綜合實力為目標。二、FMS由哪幾部分組成？各子系統(tǒng)的功能特征是什么？（15分）答：FMS主要由如下幾部分組成：（1）加工系統(tǒng)：FMS的基本制造單元，由CNC機床、柔性制造單元（FMC）及工具等組成。特征：1）工序集中如選用多功能機床、加工中心等，以減少工位數(shù)和減輕物流負擔，保證加工質(zhì)量。2）控制功能強、擴展性好如選用模塊化結(jié)構(gòu)，外部通信功能和內(nèi)部管理功能強，有內(nèi)裝可編程序控制器，有用戶宏程序的數(shù)控系統(tǒng)，以易于與上下料、檢測等輔助裝?Z連接和增加各種輔助功能，方便系統(tǒng)調(diào)整與擴展，以及減輕通信網(wǎng)絡(luò)和上級控制器的負載。3）高剛度、高精度、高速度選用切削功能強，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高的機床。4）使用經(jīng)濟性好如導軌油可回收，斷、排屑處理快速、徹底等，以延長刀具使用壽命。節(jié)省系統(tǒng)運行費用，保證系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定、長時間無人值守而自動運行。5）操作性、可靠性、維修性好機床的操作、保養(yǎng)與維修方便，使用壽命長。6）自保護性、自維護性好如設(shè)有切削力過載保護、功率過載保護、行程與工作區(qū)域限制等。導軌和各相對運動件等無須潤滑或能自動加注潤滑，有故障診斷和預(yù)警功能。7）對環(huán)境的適應(yīng)性與保護性好對工作環(huán)境的溫度、濕度、噪聲、粉塵等要求不高，各種密封件性能可靠、無滲漏，冷卻液不外濺，能及時排除煙霧、異味，噪聲、振動小，能保護良好的生產(chǎn)環(huán)境。8）其他如技術(shù)資料齊全，機床上的各種顯示、標記等清楚，機床外形、顏色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調(diào)（2）物流系統(tǒng)：包括自動化倉庫、中央刀具庫、無人運輸小車、輸送帶及搬運機器人等。特征：1）通用性能適合一定范圍內(nèi)不同輸送對象的要求，與物料存儲裝?Z、緩沖站和加工設(shè)備等的關(guān)聯(lián)性好，物料交接的可控制性和匹配性（如形狀、尺寸、重量和姿勢等）好。先進制造技術(shù)2021年第二學習階段姓名：2）變更性能快速地、經(jīng)濟地變更運行軌跡，盡量增大系統(tǒng)的柔性。3）擴展性能方便地根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模擴大輸送范圍和輸送量。4）靈活性能接受系統(tǒng)的指令，根據(jù)實際加工情況完成不同路徑、不同節(jié)拍、不同數(shù)量的輸送工作。5）可靠性平均無故障時間長。6）安全性定位精度高，定位速度快（3）控制與管理系統(tǒng)：包含過程控制及過程監(jiān)控兩個子系統(tǒng)，進行加工系統(tǒng)及物流系統(tǒng)的自動控制，以及在線狀態(tài)數(shù)據(jù)自動采集和處理。特征：（1）數(shù)據(jù)分配功能向FMS內(nèi)的各種設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，加工藝流程、工時標準、生產(chǎn)調(diào)度計劃、數(shù)控加工程序、設(shè)備控制程序、工件檢驗程序等。（2）控制與協(xié)調(diào)功能控制系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的運行并協(xié)調(diào)各設(shè)備間的各種活動，使物料分配與輸送能及時滿足加工設(shè)備對被加工工件的需求，工件加工質(zhì)量滿足設(shè)計要求。（3）決策與優(yōu)化功能根據(jù)當前生產(chǎn)任務(wù)和系統(tǒng)內(nèi)的資源狀況，決策生產(chǎn)方案，優(yōu)化資源分配，使各設(shè)備達到最佳使用狀態(tài)，保證任務(wù)的按時、按質(zhì)完成和以最少的投入獲得最大的利潤。（4）操作支持功能通過系統(tǒng)的人機交互界面，使操作者對系統(tǒng)進行操作、監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)輸入，在系統(tǒng)發(fā)生故障后使系統(tǒng)具有通過人工介入而實現(xiàn)再啟動和繼續(xù)運行。三、為什么說CIM/CIMS不是企業(yè)的目標，而是達到企業(yè)目標的手段之一？（15分）答：從70年代直至90年代初期，工業(yè)發(fā)達國家付出極大努力，將制造業(yè)的系統(tǒng)觀點和CIM系統(tǒng)的概念和技術(shù)加以發(fā)展，并付諸實踐，以期獲得CIM的潛在效益。然而，世界上只有少數(shù)幾個公司在實施中取得示范性的潛在效益，大多數(shù)公司幾乎失敗了。人們逐漸認識到，制造企業(yè)缺乏足夠的合格工程師，人們進一步發(fā)現(xiàn)，CIMS技術(shù)對于忽視人力資源要素造成的影響特別敏感。ISO標準（TC184／SC5／WG1，1992年）提出：CIM是把人及其經(jīng)營知識和能力與信息技術(shù)、制造技術(shù)綜合應(yīng)用，以提高制造企業(yè)的生產(chǎn)率和靈活性。由此，將一個企業(yè)所有的人員、功能、信息和組織方面集成為一個整體。顯然，ISO標準關(guān)于CIM的定義，將人及其能力與技術(shù)并重。在90年代，人們基于這一新的認識，產(chǎn)生了制造系統(tǒng)運作的新觀點，即培養(yǎng)并使用制造業(yè)的人的能力，進而開發(fā)的提供制造技術(shù)，以這樣的方法來支持那些人的能力。這意味著放棄傳統(tǒng)的做法，即先開發(fā)的提供制造技術(shù)，然后利用人的能力來支持技術(shù)。這也意味著CIM概念從以技術(shù)為中心轉(zhuǎn)向以管理為中心。人力資源要素在制造企業(yè)實施CIMS技術(shù)的成敗起著關(guān)鍵作用，這一認識導致人們對初始的CIM系統(tǒng)概念的再思考，需要將主要在一個公司內(nèi)進行技術(shù)運作的CIM系統(tǒng)概念，擴展到作為集成制造企業(yè)的公司，不僅進行技術(shù)的運作，也進行管理運作，特別強調(diào)面向人力資源的管理運作。先進制造技術(shù)2021年第二學習階段姓名：四、什么是現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)？它與傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)有什么差別？（20分）答：從字面上看，現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)采用的是現(xiàn)代的設(shè)計思想、技術(shù)和手段，實現(xiàn)或輔助現(xiàn)代的管理；從內(nèi)涵上看，現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)是以Intranet（企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)）作為信息基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架，以信息廣泛共享（同構(gòu)信息和異構(gòu)信息）為目標，以數(shù)據(jù)倉庫為數(shù)據(jù)組織和處理的形式，強調(diào)數(shù)據(jù)挖掘和多維數(shù)據(jù)分析，提供內(nèi)（Intranet）外（Internet）部的信息擷取的方法和途徑，追求管理信息系統(tǒng)與管理的融合。一般地，現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)所依附的網(wǎng)絡(luò)是縱橫連接的，局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork---LAN）部分是寬帶的，其應(yīng)用模式是一種高效的網(wǎng)絡(luò)中心計算模式（Web模式或Web機制），系統(tǒng)具有良好的可伸縮性（Scalability）。而傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)是一種基于單機或局域網(wǎng)的封閉系統(tǒng)，數(shù)據(jù)組織單一，信息共享弱，數(shù)據(jù)挖掘缺乏方法和手段，數(shù)據(jù)源嚴重不足，系統(tǒng)可伸縮性差，難以適應(yīng)變化的管理需求?，F(xiàn)代管理信息系統(tǒng)依附于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施（InformationInfrastructure），其應(yīng)用開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)中心計算，實現(xiàn)現(xiàn)代管理思想，指導、影響或作用于現(xiàn)代管理行為。現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)依附于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)中心計算，實現(xiàn)現(xiàn)代管理思想，指導、影響或作用于現(xiàn)代管理行為。五、模具是制造業(yè)必不可少的手段，但傳統(tǒng)的模具制造方法耗時耗錢，查閱相關(guān)文獻，撰寫一篇主題為“快速成形技術(shù)在模具快速制造中的應(yīng)用”的短文，要求字數(shù)不少于500字。（35分）答：近10年來，制造業(yè)市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，迅速將產(chǎn)品推向市場已成為制造商把握市場先機的重要保障。因此，產(chǎn)品的快速開發(fā)技術(shù)將成為贏得21世紀制造業(yè)市場的關(guān)鍵?？焖俪尚渭夹g(shù)(以下簡稱RPM)是一種集計算機輔助設(shè)計、精密機械、數(shù)控激光技術(shù)和材料學為一體的新興技術(shù)，它采用離散堆積原理，將所設(shè)計物體的CAD模型轉(zhuǎn)化成實物樣件。由于RPM采用將三維形體轉(zhuǎn)化為二維平面分層制造的原理，對物體構(gòu)成復雜性不敏感，因此物體越復雜越能體現(xiàn)它的優(yōu)越性。以RPM為技術(shù)支撐的快速模具制造RT(RapidTooling)也正是為了縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，早日向市場推出適銷對路的、按客戶意圖定制的多品種、小批量產(chǎn)品而發(fā)展起來的新型制造技術(shù)。由于產(chǎn)品開發(fā)與制造技術(shù)的進步，以及不斷追求新穎、奇特、多變的市場消費導向，使得產(chǎn)品(尤其是消費品)的壽命周期越來越短已成為不爭的事實。例如，汽車、家電、計算機等產(chǎn)品，采用快速模具制造技術(shù)制模，制作周期為傳統(tǒng)模具制造的1/3～1/10，生產(chǎn)成本僅為1/3～1/5。所以，工業(yè)發(fā)達國家已將RPM/RT作為縮短產(chǎn)品開發(fā)時間及模具制作周期的重要研究課題和制造業(yè)核心技術(shù)之一，我國也已開始了快速制造業(yè)的研究與開發(fā)應(yīng)用工作。二、基于RPM的快速模具制造方法模具是制造業(yè)必不可少的手段，其中用得最多的有鑄模、注塑模、沖壓模和鍛模等。傳統(tǒng)制作模具的方法是：對木材或金屬毛坯進行車、銑、刨、鉆、磨、電蝕等加工，得到所需模具的形狀和尺寸。這種方法既費時又費錢，特別是汽車、摩托車和家電所需的一些大型模具，往往造價數(shù)十萬元以上，制作周期長達數(shù)月甚至一年。而基于RPM技術(shù)的RT直接或間接制作模具，使模具的制造時間大大縮短而成本卻大大降低。1.用快速成形機直接制作模具先進制造技術(shù)2021年第二學習階段姓名：由于一些快速成形機制作的工件有較好的機械強度和穩(wěn)定性，因此快速成形件可直接用作模具。例如，KINERGY公司ZIPPY快速成形機的制件堅如硬木，可承受200℃高溫，經(jīng)表面處理(如噴涂清漆，高分子材料或金屬)后可用作砂型鑄造木模、低熔點合金鑄造模、試制用注塑模以及熔模鑄造的壓型。當用作砂形鑄造的木模時，它可用來重復制作50～100件砂型。作為蠟?zāi)５某尚湍r，它可用來重復注射100件以上的蠟?zāi)?。用SLS快速成形機能選擇性地融合包裹熱塑性粘結(jié)劑的金屬粉，構(gòu)成模具的半成品，燒結(jié)金屬粉并在孔隙滲入第二種金屬（銅）從而制作成金屬模。2.用快速成形件作母模，復制軟模具(Softtooling)用快速成形件作母模，可澆注蠟、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等軟材料，構(gòu)成軟模具，或先澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂模(即蠟?zāi)５膲盒?，再澆注蠟?zāi)?。其中，蠟?zāi)？捎糜谌勰ｈT造，而硅橡膠模、環(huán)氧樹脂模等可用作試制用注塑?；虻腿埸c合金鑄造模。3.用快速成形件作母模，復制硬模具(Irontooling)用快速成形件作母模，或據(jù)其復制的軟模具，可澆注(或涂覆)石膏、陶瓷、金屬基合成材料、金屬，構(gòu)成硬模具(如各種鑄造模、注塑模、蠟?zāi)５膲盒汀⒗炷?，從而批量生產(chǎn)塑料件或金屬件。這種模具有良好的機械加工性能，可進行局部切削加工，以便獲得更高的精度，或鑲?cè)肭秹K、冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)等。用金屬基合成材料澆注成的蠟?zāi)５膲盒?，其模具壽命可達1000～10000件。4.用快速成形系統(tǒng)制作電脈沖機床用電極用快速成型件作母體，通過噴鍍或涂覆金屬、粉末冶金、精密鑄造、澆注石墨粉或特殊研磨，可制作金屬電極或石墨電極。三、基于RPM的快速模具制造的應(yīng)用1.利用硅橡膠模(SiliconRubberMold)制作佛頭、線圈硅橡膠有很好的彈性和復制性能，用它來復制模具可不考慮拔模斜度，基本不會影響尺寸精度，而且這種材料有很好的切割性能，用薄片就可容易地將其切開且切面間非常貼合，因此用它來復制模具時可以先不分上下模，整體澆注出軟模后，再沿預(yù)定的分模面將其切開，取出母模，即可得到上下兩個軟模。(1)試驗用設(shè)備和材料所用的設(shè)備：SPS-600激光快速成形機、HVC-1真空注型機和恒溫箱。所用的材料：日產(chǎn)KE-1310ST透明硅橡膠、日產(chǎn)C