1、機(jī)械工程先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)論北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院劉玉德2011年9月16日課程形式：講座內(nèi)容：機(jī)械工程先進(jìn)技術(shù)學(xué)時：34學(xué)時考核方式：3篇論文交論文時間：18周機(jī)械工程先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展概況先進(jìn)機(jī)械設(shè)計理論：有限元設(shè)計和評價技術(shù)疲勞和可靠性設(shè)計優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)工程方法人工智能和專家系統(tǒng)價值工程反求工程人機(jī)工程計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)等1.有限元設(shè)計和評價技術(shù)直接把所需分析的結(jié)構(gòu)離散化，使用最小位能原理或虛位移原理等力學(xué)基本原理，列出計算格式，用電子計算機(jī)求解。主要用于車身、車架等板梁結(jié)構(gòu)，還用來對各種零部件、組合結(jié)構(gòu)等進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、熱強(qiáng)度、振動模態(tài)、穩(wěn)定性等各種計算分析。 2. 優(yōu)化設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計的

2、基本任務(wù)是力求從各種可行方案中選擇最優(yōu)方案。優(yōu)化設(shè)計首先要確定設(shè)計變量、優(yōu)化準(zhǔn)則、優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件。 在零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，不僅可以進(jìn)行尺寸優(yōu)化。還可以進(jìn)行形狀優(yōu)化。 3. 系統(tǒng)工程方法 主要內(nèi)容為系統(tǒng)分析汽車的系統(tǒng)分析除研究汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)行為外，還研究汽車系統(tǒng)的受控方式，研究怎樣使汽車系統(tǒng)演化才能達(dá)到設(shè)計者所期望的目標(biāo)。通過建模和仿真進(jìn)行模擬研究4. 可靠性設(shè)計 可靠性理論是以產(chǎn)品的壽命特征作為主要研究對象的一門綜合性科學(xué)。 主要包括可靠性預(yù)測和可靠性分配等。 可靠性預(yù)測是一種預(yù)報方法，它在設(shè)計階段從所得到的失效率數(shù)據(jù)，預(yù)報零部件和系統(tǒng)實(shí)際可能達(dá)到的可靠度，預(yù)報這些零部件和系統(tǒng)在規(guī)定

3、時間、規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的概率。 先進(jìn)制造技術(shù)： 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)并行工程敏捷制造全能制造精良制造虛擬制造生物制造分形制造1. 計算機(jī)集成制造CIM (Computer Integrated Manufacturing) 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)(863計劃)CIM主題專家組對CIM定義： CIM是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)生產(chǎn)的新哲理，它借助計算機(jī)軟硬件，綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中的人、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息流和物流有機(jī)地集成并優(yōu)化運(yùn)

4、行，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)、低耗、上市快，從而使企業(yè)贏得市場競爭”。2. 并行工程(Concurrent Engineering,CE) 并行工程的目標(biāo)是為了提高產(chǎn)品開發(fā)全過程的質(zhì)量，包括設(shè)計、工藝、制造和服務(wù)的質(zhì)量;降低產(chǎn)品生命周期中的成本，包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)送、支持、客戶使用至產(chǎn)品報廢等成本;縮短產(chǎn)品研制開發(fā)周期，包括縮短設(shè)計時間、生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、制造時間和發(fā)送時間及減少設(shè)計反復(fù)。6.虛擬制造（Fictional Manufacturing）虛擬制造是通過計算機(jī)虛擬實(shí)現(xiàn)，完成產(chǎn)品從原料到成品的設(shè)計、開發(fā)和加工7.生物制造利用生物技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的制造8.分形制造建

5、立在分形幾何學(xué)基礎(chǔ)上的制造技術(shù)分形幾何學(xué)與傳統(tǒng)歐幾里德幾何學(xué)的最大區(qū)別在于：歐幾里德幾何學(xué)基于大小和尺寸分形幾何學(xué)沒有特定大小和比例造型更自然，適合于計算機(jī)處理今后的發(fā)展趨勢1. 微型化2. 集成化3. 柔性化4. 高速化19生物制造技術(shù)腸道機(jī)器人（大連理工）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在脊椎中穿行的機(jī)器人（以色列 ）23生物刻蝕加工微小齒輪工藝銅箔沖壓銅箔圓片施加掩膜紫外線輻射顯影生物刻蝕微小零件24掩膜板的制作微小齒輪圖形的尺寸25掩膜板的制作掩膜板及銅片上的齒輪圖形9/6/202226加工流程 加工流程掩模版金屬基片光致抗蝕劑去膠堅膜平行光曝光涂膠生物刻蝕顯影前烘正性膠27微小齒輪零件28微小齒輪零件的質(zhì)量

6、分析分析儀器內(nèi)容數(shù)據(jù)平臺移動量/mm100顯示解析度/0.1m0.1移動精度/m4功率/VA50重量/kg18超景深三維顯微系統(tǒng)-VHX600E基本數(shù)據(jù) 29微小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸分析1點(diǎn)處變化率2點(diǎn)處變化率3點(diǎn)處變化率4點(diǎn)處變化率根部圓半徑/m99.7710.86104.2215.897.288.0999.1110.12輪齒的齒側(cè)厚/m94.4787.2989.3584.98齒輪根部圓半徑的變化率在10左右，分析其原因主要是由于加工過程中，刻蝕掉了部分材料造成。因此，當(dāng)利用生物刻蝕方法加工零件時，需要預(yù)先考慮加工裕量。30微小齒輪齒廓分析利用生物刻蝕方法加工出的微小齒輪結(jié)構(gòu)非常清晰，齒輪結(jié)構(gòu)平面與齒廓的垂直方向加工清晰，未見有明顯的傾斜的側(cè)蝕現(xiàn)象，說明經(jīng)過誘變選育培養(yǎng)的T.f菌種在一