现代先进制造技术的应用与发展论文424

第一篇：现代先进制造技术的应用与发展论文424

现代先进制造技术的应用与发展

摘要：

本文介绍了当今制造技术面临的问题，论述了先进制造的前沿科学，并展望了先进制造技术的发展前景。

关键词：问题，先进制造技术，前沿科学，应用前景 Abstract：This paper has presented the problem facing todays manufacturing technology,advanced manufacturing discussed in the forefront of science,and avision for the future development of advanced manufacturing technology.Keyword: Advanced manufacturing technologies;frontier science;Applications prospects 1.引言

1.1什么是先进制造技术

先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

1.2现代先进制造技术的现状

工业发达国家都把先进制造技术作为国家级关键技术和优先发展领域。尽管决定国家综合竞争力的因素有多种，但制造业的基础地位不能忽视。20世纪90年代以来，各发达国家，如美国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术的研发提出了国家级发展计划，旨在提高本国制造业的国际竞争能力。1.3现代先进制造技术的应用与发展趋势 1.3.1 现代先进制造技术的应用

CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)，MIS(管理信息系统)，CAT(计算机辅助测试)，CAE(计算机辅助工程)1.3.2现代先进制造技术的发展趋势

信息化，精密化，集成化，柔性化，动态化，虚拟化，智能化，绿色化，全球化

1.3.3先进制造技术的特点

先进制造技术最重要的特点在于，它是一项面向工业应用，具有很强实用性的新技术。与传统制造技术相比，先进制造技术更具有系统性、集成性、广泛性、高精度性。先进制造技术虽然仍大量应用于加工和装配过程，但在其制造过程中还综合应用了设计技术、自动化技术、系统管理技术等。先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从而产生了一系列先进的制造模式，并能实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。

2.先进制造技术的分类 2.1虚拟制造技术

2.1.1虚拟制造技术简介

虚拟制造是在产品设计阶段实时地、并行地模拟产品未来制造全过程及其对

现代先进制造技术的应用与发展

产品设计的影响，预测产品性能、产品的可制造性、产品的成本等，从而更有效地、柔性灵活地组织生产，并使新产品开发一次获得成功，目的是尽量降低产品的成本，缩短产品的开发周期，提高产品的质量和寿命，快速有效地响应瞬息万变的市场。

2.1.2虚拟制造技术的应用与发展

美国、欧洲等国开始对其进行研究，并在虚拟原型系统开发、虚拟环境构筑、虚拟装配等方面取得了一系列的成果;除了实验室的研究工作外，虚拟制造在工业上，尤其是汽车、飞机、军工等领域也得到有效应用并取得明显收益。虚拟制造技术的发展前景是非常广阔的，其与Internet的结合将发展成为一项很有前景和应用潜力的技术。2.2微细加工技术

2.2.1微细加工技术简介

微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技术。从广义的角度来讲，微细加工包括各种传统精密加工方法和与传统精密加工方法完全不同的方法，如切削技术，磨料加工技术，电火花加工，电解加工，化学加工，超声波加工，微波加工，等离子体加工，外延生产，激光加工，电子束加工，粒子束加工，光刻加工，电铸加工等。从狭义的角度来讲，微细加工主要是指半导体集成电路制造技术，因为微细加工和超微细加工是在半导体集成电路制造技术的基础上发展的，特门市大规模集成电路和计算机技术的技术基础，是信息时代微电子时代，光电子时代的关键技术之一。2.2.2微细加工技术的应用与发展

作为一个新兴行业，微细加工和精密超精密加工的发展前景是无可限量的，只要我们高度重视它的发展，我们将开创一个科学领域的新局面，攀上科技的高峰。

2.3激光加工技术

2.3.1激光加工技术简介

激光打标加工是在激光焊接、激光热处理、激光切割、激光打孔等应用技术之后发展起来的一门新型激光加工技术，是一种非接触、无污染、无磨损的新标记工艺。近年来，随着激光器的可靠性和实用性的提高，加上计算机技术的迅速发展和光学器件的改进，促进了激光加工技术的发展。2.3.2激光加工技术的应用与发展

激光加工已应用的行业有电子工业、汽车工业、工具量具、航空航天、仪器仪表、包装工业、医疗产品、家用电器、键盘、面板、广告标牌、证件卡片、日常用品、珠宝钻石等领域。标记对象的材料可以是各类金属和非金属。如不锈钢、铝合金、有机玻璃、塑料、陶瓷、合成材料、木材、橡胶、皮革制品、纸制品、印刷电路板、多种电子电器元件、香烟、钮扣、雷管、金属零件，一直到食品包装、药品包装，以至螃蟹等。激光技术将会推动人类科学技术的革命与进步。2.4柔性制造系统

2.4.1柔性制造系统简介

柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂，加工工序多，批量大的零件。2.4.2柔性制造系统的应用与发展

柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计扣辅

现代先进制造技术的应用与发展

助制造系统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化，特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中，柔性制造系统只是它的一个组成部分。2.5成组制造技术

2.5.1成组制造技术简介

成组技术是一门生产技术科学，它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性，并对其进行充分利用。即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。2.5.2成组制造技术的应用与发展

目前发展的成组技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施成组技术以提高综合经济效益。成组制造技术主要应用于产品设计方面，制造工艺方面，生产组织管理方面等。随着应用推广和科研工作的持续开展，制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用。2.6工业机器人

2.6.1工业机器人简介

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。2.6.2工业机器人的应用与发展

工业机器人主要应用在汽车制造、机械制造、电子器件、集成电路、塑料加工等较大规模生产企业。工业机器人的发展趋势是从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。

2.6.3对工业机器人技术产生的感想

在机器人自动装配技术中，要求机器人对外部环境和对象物体由自适应能力，即具有一定的“智能”，智能化机器人由感觉，知觉等很强的检测功能和判断功能，为此必须开发累死人类感觉器官的传感器。发展多传感器的信息融合技术，通过各种传感器完成模式识别，利用智能系统进行问题求解，动作规划。3.结论

随着国际现代先进制造技术的不断发展与完善，我国制造业面临的竞争越来越激烈，创新已成为企业竞争策略的重点，新生产模式越来越重视知识，必须采用先进制造技术来改造传统产业。但在我国，制造业应用先进制造技术和发展先进生产模式必须依据我国国情，在跟踪、消化国外先进生产模式的基础上，结合国情，博采众长来发展我国的制造业先进生产模式，推广现代先进制造技术。

参考文献

1.卢小平，现代制造技术【M】.北京：清华大学出版社，2003，6

现代先进制造技术的应用与发展

2.王超越，谈大龙.多智能体机器人系统的研究进展.中国第五节机器人学术会议论文集，1997，17-23 3.蒋新松，未来机器人技术发展方向的探讨.机器人，1996，18（5）：289-291

第二篇：先进制造技术论文

先进制造论文

院系：周口科技机械工程

姓名：曹军科

班级：数控

日 先进制造技术

4班

时间：2010年月2512先进制造技术

材料加工工程在先进制造技术中占有重要地位，是发展高新技术产业和传统工业更新换代的重要科学基础和共性技术。其中包括高效、精密的加工工艺、装备和检测技术，低能耗、低成本产品的流程制造，集成、柔性、智能化制造系统，是工程可持续发展与绿色制造体系的重要组成部分。

材料合成与加工新技术研究包含纳米结构材料和金属加工、聚合物加工、陶瓷加工、复合材料加工、快速凝固、超纯材料、近终型加工等各类合成和加工的基础研究。根据材料的服役效能来调整成分、组织、结构、进而对材料的制备工艺进行设计，将使材料在强韧性、抗摩擦、抗冲击、抗腐蚀等方面的性能大大提高，对材料科学的全面发展起关键的促进作用。

材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的性质是决定材料使用性能的最基本的三大要素。一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结构的后处理等工序才能进入实际应用。

下面将分别介绍新材料加工技术的研究现状、工作原理、特点及发展趋势。

一、研究现状

新材料成形加工技术的研究开发，是近二、三十年来材料科学技术领域最为活跃的方向之一。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。

先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的“21世纪新材料研究计划”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在20世纪90年代后期，先后实施了“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。同时开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身发展的需求。

一大批先进技术和工艺不断发展和完善，并逐步获得实际应用，如快速凝固、定向凝固、连续铸轧、连续铸挤、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶态成型、热等静压、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表面改性等，促进了传统材料的升级换代，加速了新材料的研究开发、生产和应用，解决了高技术领域发展对特种高性能材料的制备加工与组织性能精确控制的急需。

现在将主要的先进材料加工技术分别介绍如下： 1.快速凝固

快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，如非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。2.半固态成型

半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接用于成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压）。3.无模成型

为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。4.超塑性成型技术

超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。5.金属粉末材料成型加工

粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。6.陶瓷胶态成型

在围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。7.激光快速成型

采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组织，从而具有优越的力学性能和物理化学性能，同时零件的复杂程度基本不受限制，并且可以缩短加工周期，降低成本。目前发达国家已进入实际应用阶段，主要应用于国防高科技领域。

8.电磁场附加制备与成型技术

在材料的制备与成形加工过程中，通过施加附加外场（如温度场、磁场、电场、力场等），可以显著改善材料的组织，提高材料的性能，提高生产效率。典型的温度场附加制备与成形加工技术有熔体过热处理、定向凝固技术等；典型的力场附加制备与成形技术有半固态加工等；典型的电磁场附加制备与成形加工技术有电磁铸轧技术、电磁连铸技术、磁场附加热处理技术、电磁振动注射成形技术等。近年来，有关电磁场附加制备与成形加工技术的研究在国际上已形成一门新的材料科学分支——材料电磁处理，并且得到迅速发展。9.先进连接技术

先进连接技术主要包括：铝合金激光焊接、镁合金激光焊接、机器人智能焊接。

10.表面改质改性

在材料的使用过程中，材料的表面性质和功能非常重要，许多体材料的失效也往往是从表面开始的。通过涂覆（或沉积、外延生长）表面薄层材料或特殊能量手段改变原材料表面的结构（即对处理进行表面改性），赋予较廉价的体材料以高性能、高功能的表面，可以大大提高材料的使用价值和产品的附加值，是数十年来材料表面加工处理研究领域的主要努力方向。

二、工作原理

新材料成形加工技术的原理主要分为三个方向介绍。（1）材料的精确成形：

金属材料的精确成形包括液态金属精确成形(铸)、金属材料塑性精确成形(锻)、金属材料的精确连接成形(焊)。

无机非金属材料的精确成形包括陶瓷精确成形(塑性滚压成形法、注浆成形法、粉料压力成形法和特种成形法四种)、玻璃精确成形(吹制法、拉制法、压制法和吹/压制法四种)等。

高分子材料的精确成形包括液态高分子材料精确成形(如环氧树脂的浇注成形等)，固态高分子材料精确成形(如塑料的注射成形、挤出成形等)。

（2）快速成形技术：快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。快速成型（RP）的技术设想，即是利用连续层的选区固化生产三维实体。快速成型制造是将制品离散成为相互独立的层并将各层独立制造。快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。

（3）高分子材料加工技术：现代材料科学的范围定义为研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。

大多数情况下，高分子的加工通常包括两个过程：首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状。高分子加工与成型通常有以下形式：高分子熔体的加工、类橡胶状聚合物的加工、高分子液体的加工、低分子聚合物或预聚物的加工、高分子悬浮体的加工以及高分子的机械加工。

三、特点

现代的产品开发系统的特点是：采用现代设计理论与方法；进行全生命周期设计；设计全过程采用信息技术；加快采用新材料、新工艺；产品开发周期短，返工少，成本低，努力做到一次成功；产品有创新，在国际市场上有竞争能力。

而材料则由传统结构材料向高性能、复合化、结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净。材料成形加工技术是以成形技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的技术。以材料为加工对象的特点决定了材料科学也成为技术的基础知识，而以过程控制为质量保证措施这一特点，决定了控制理论也成为重要组成部分。因此，材料成形加工技术是以材料学科和自动化专业及计算机科学与技术等为基础进行发展的技术。此外，随着科学技术的发展和学科交叉，材料成形加工也紧密地依赖诸如数学、物理、化学、微电子、计算机、系统论、信息论、控制论及现代化管理等各门学科及其最新成就。

下面例举几种新材料加工技术的特点予以说明。（1）快速成形技术：

1）高度柔性；

2）技术的高度集成； 3）设计制造一体化； 4）快速性；

5）自由成形制造(Free Form Fabrication，FFF)； 6）材料的广泛性

（2）复合材料制品成型工艺特点：

与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：

1）材料制造与制品成型同时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。

2）制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它 材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。

(3)高分子材料加工成形技术

现在采用的是聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同，该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点，解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题，同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点。

四、发展趋势

轻量化、精确化、高效化将是未来材料成形加工技术的重要发展方向。新材料加工技术的总体发展趋势，可以概括为三个综合，即过程综合、技术综合、学科综合。由于上述材料加工技术的总体发展趋势，可以预见，在今后较长一段时间内，材料制备、成形与加工技术的发展将具有以下两个主要特征：

（1）性能设计与工艺设计的一体化。

（2）在材料设计、制备、成型与加工处理的全过程中对材料的组织性能和形状尺寸进行精确控制。

基于上述材料加工技术的总体发展趋势和特征，新材料加工技术的主要发展方向包括以下几个方面。

1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。

打破传统材料成形与加工模式，工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产提高生产效率。

2）发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制

例如，非平衡凝固技术、电磁铸轧技术、电磁连铸技术、等温成形技术、低温强加工技术、先进层状复合材料成形、先进超塑性成形、激光焊接、电子束焊接、复合热源焊接、扩散焊接、摩擦焊接等先进技术，实现组织与性能的精确控制，不仅可以提高传统材料的使用性能，还有利于改善难加工材料的加工性能，开发高附加值材料。

3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化

发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。

4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品 块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。

5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库

基于知识的材料成形工艺模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域和研究热点。模拟仿真可提高产品质量5～15倍，增加材料出品率25％，降低工程技术成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，提高投入设备利用率30%～60%，缩短产品设计和试制周期30%～60%等。

高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、μm到nm尺度）则是近年来研究的新热点课题。通过计算机模拟，可深入研究材料的结构、组成及其各物理化学过程中宏观、微观变化机制，并由材料成分、结构及制备参数的最佳组合进行材料设计。

6）材料的智能化制备与成形加工技术

材料的智能化制备与成形加工技术是1986年由美国材料科学界提出的“第三代”材料成形加工技术，20世纪90年代以来受到日本等先进工业国家的重视它通过综合利用计算机技术、人工智能技术、数据库技术和先进控制技术等，以成分、性能、工艺一体化设计与工艺控制方法，实现材料组织性能与成形加工质量，同时达到缩短研制周期、降低生产成本、减少环境负荷的目的。

材料的智能化制备与成形加工技术的研究尚处于概念形成与探索阶段，被认为是21世纪前期材料成形加工新技术中最富潜力的前沿研究方向之一。

7)其他的材料先进制备与成形加工前沿技术:电磁软接触连铸、钛合金连铸连轧技术、高性能金属材料喷射成形技术、轻合金半固态加工技术、泡沫铝材料制备、钢质蜂窝夹芯板扩散-轧制复合、金属超细丝材制备技术、超细陶瓷粉末燃烧合成、模具表面渗注镀复合强化、金属管件内壁等离子体强化技术、钛合金激光熔覆技术、非纳米晶复合涂层制备技术等。

参考文献

[1] 刘颖(编者), 李树奎(编者)，工程材料及成形技术基础，北京理工大学出版社;第1版(2009年7月1日)

[2]浅析高分子材料成型加工技术，硅谷2008年第8期，中图分类号：TU5文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0420066－01 [3] 王英杰，金属材料及其成形加工，机械工业出版社，第1版，2008 [4]柳百成，沈厚发 主编，21世纪的材料成形加工技术与科学，机械工业出版社，2004

[5] 胡亚民 主编，材料成形技术基础，重庆大学出版社，2008 [6] 樊自田等，先进材料成形技术与理论，化学工业出版社，2006 [7] 谢建新等编著，材料加工新技术与新工艺，北京：冶金工业出版社，2004 [8]荣烈润，材料成形加工技术发展趋势，航空精密制造技术，2009年02期 [9]Dlias Cueto,Advanced in Material Forming, Francisco Chinesta，2007 [10] Anne Marie Habraken, Kogan Page Science,Material forming processes, 2003 [11] Dorel Banabic，Sheet Metal Forming Process，Springer，2010

第三篇：先进制造技术论文

《先进制造技术》课程论文

——人工神经网络

摘要：人工神经网络是对人脑功能的某些程度的反映，具有自适应和自学习的能力，可通过对模式 样本的自学习，从中获取特征，并能将学习获得的知识应用到图像、文字等识别中。本文对人工神经网络做了简要的概述，重点讲述了两种应用最广泛的神经网络模型：BP神经网络和Hopfield神经网络。对BP神经网络作了详细的介绍，重点在于三层BP网络的学习。Hopfield神经网络应用非常广泛，本文用Hopfield 神经网络进行英文字母识别。

关键词：人工神经网络，BP神经网络，三层BP网络，Hopfield神经网络，模式识别

Study on Simulation Analytical Method of Artificial neural network

(School of Engineering, HLJ August First Land Reclamation University, Daqing 163319)Abstract:Artificial neural network is to the brain function, some degree of reflect with adaptive and self-learning ability, but through the study of pattern samples from, obtain characteristics, and can be applied to study the knowledge obtained recognition of images and text.Based on artificial neural network did briefly, focused on the two kinds of the most widely used neural network model: BP neural network and Hopfield neural networks.On BP neurl network is analyzed in detail, the emphasis is on three layers of BP neural network learning.Hopfield neural network is us extensively, this article with the Hopfield neural network for English letters recognition.Key words: artificial neural network, the BP neural network, and the third floor Hopfield

neural network BP network, pattern recognition

1引言

随着多媒体和网络技术的飞速发展及广泛应用，人工神经网络已被广泛运用于各种领域，而它的预测功能也在不断被人挖掘着。人工神经网络是一种旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统。现代计算机构成单元的速度是人脑中神经元速度的几百万倍，对于那些特征明确，推理或运算规则清楚地可编程问题，可以高速有效地求解，在数值运算和逻辑运算方面的精确与高速极大地拓展了人脑的能力，从而在信息处理和控制决策等方面为人们提供了实现智能化和自动化的先进手段。但由于现有计算机是按照冯·诺依曼原理，基于程序存取进行工作的，历经半个多世纪的发展，其结构模式与运行机制仍然没有跳出传统的逻辑运算规则，因而在很多方面的功能还远不能达到认得智能水平。随着现代信息科学与技术的飞速发展，这方面的问题日趋尖锐，促使科学和技术专家们寻找解决问题的新出路。当人们的思想转向研究大自然造就的精妙的人脑结构模式和信息处理机制时，推动了脑科学的深入发展以及人工神经网络和闹模型的研究。随着对生物闹的深入了解，人工神经网络获得长足发展。在经历了漫长的初创期和低潮期后，人工神经网络终于以其不容忽视的潜力与活力进入了发展高潮。这么多年来，它的结构与功能逐步改善，运行机制渐趋成熟，应用领域日益扩大，在解决各行各业的难题中显示出巨大的潜力，取得了丰硕的成果。通过

运用人工神经网络建模，可以进行预测事物的发展，节省了实际要求证结果所需的研究时间。

2我国人工神经网络现状

随着人工神经网络的20世纪80年代在世界范围内的复苏，国内也逐步掀起了研究热潮，1989年10月和11月分别在北京和广州召开了神经网络及其应用讨论会和第一届全国型号处理——神经网络学术会议；1990年2月由国内八个学会（中国电子学会、人工智能学会、自动化学会、通信学会、物理学会、生物物理学会和心理学会）联合在北京召开“中国神经网络首届学术会议”，这次大会以“八学会联盟，探只能奥秘为主题，收到了300多篇学术论文”，开创了中国人工神经网络及神经计算机方面科学研究的新纪元，经过十几年的发展，中国学术界和工程界在人工神经网络的理论研究和应用方面取得了丰硕成果，学术论文、应用成果和研究人员逐年增加。在国际上，1987年，在美国加洲召开第一届国际神经网络学会，此后每年召开两次国际联合神经网络大会（UCNN），不久，改学会创办了刊物Journal Neural Networks，另有十几种国际著名的神经网络学术刊物相继问世。至此，神经网络理论研究在国际学术领域获得了其应有的地位。

经过多年的发展，目前已有上百种的神经网络模型被提出。这么多年来，它的结构与功能逐步改善，运行机制渐趋成熟，应用领域日益扩大，在解决各行各业的难题中显示出巨大的潜力，取得了丰硕的成果

[1]。正是由于人工神经网络是一门新兴的学科，它在理论、模型、算法、应用和时限等方面都还有很多空白点需要努力探索、研究、开拓和开发。因此，许多国家的政府和企业都投入了大量的资金，组织大量的科学和技术专家对人工神经网络的广泛问题立项研究。从人工神经网络的模拟程序和专用芯片的不断推出、论文的大量发表以及各种应用的报道可以看到，在这个领域里一个百家争鸣的局面已经形成。

3人工神经网络现状的分析

人工神经网络是一个新兴学科，因此还存在许多问题。其主要表现有：

(1)受到脑科学研究的限制：由于生理实验的困难性，因此目前人类对思维和记忆机制的认识还很肤浅，还有很多问题需要解决；

(2)还没有完整成熟的理论体系；

(3)还带有浓厚的策略和经验色彩；

(4)与传统技术的接口不成熟。

上述问题的存在，制约了人工神经网络研究的发展。

我相信只要能客服这些局限性，人工神经网络的发展将不可限量。

4结论

在理论上．RBF网络和BP网络一样能以任意精度逼近任何非线性函数。但由于它们使用的激励函数不同，其逼近性能也不相同。Poggio和Girosi已经证明，RBF网络是连续函数的最佳逼近，而BP网络不是。BP网络使用的Sigmoid函数具有全局特性，它在输入值的很大范围内每个节点都对输出值产生影响，并且激励函数在输入值的很大范围内相互重叠，因而相互影响，因此BP网络训练过程很长。此外，由于BP算法的固有特性，BP网络容易陷入局部极小的问题不可能从根本上避免，并且BP网络隐层节点数目的确定依赖于经验和试凑，很难得到最优网络。采用局部激励函数的RBF网络在很大程度上克服了上述缺点，RBF不仅有良好的泛化能力，而且对于每个输入值，只有很少几个节点具有非零激励值，因此只需很少部分节点及权值改变。学习速度可以比通常的BP算法提高上千倍,容易适应新数据，其隐层节点的数目也在训练过程中确定，并且其收敛性也较BP网络易于保证，因此可以得到最优解[10] [11]。

从上面所示的结果来看，主要有一下几方面的不同：

（1）由于学习速率是固定的，因此BP网络的训练过程较长，当需要处理较复杂的问题时，需要的时间很长。而RBF网络的建网过程即是训练过程此外，训练时间较少．精度也比较高。

（2）在处理同一问题时，通常情况BP网络所需的神经元个数比RBF网络要少。

（3）BP网络的输出和初始的权值有关，而RBF网络的输出与初始的权值无关。

（4）RBP网络隐含层的层数和单元数的选择要凭借经验反复验证，因此网络的冗余性比较大。RBF隐层节点的数目也在训练过程中确定。但是要确定径向基函数的分布密度。

人工神经网络近来越来越受到人们的关注，因为它为解决大复杂度问题提供了一种相对来说比较有效的简单方法。可以通过神经网络对事物进行预测从而用简单的方法完成复杂的问题。

参考文献：

[1] 高隽.人工神经网络原理及其仿真实例 机械工业出版社，2007.2

[2] 边肇祺，张学工.模式识别.清华大学出版社，2006.1

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[7]马锐.人工神经网络原理.北京机械工业出版社，2010

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[9]胡金滨，唐旭清.人工神经网络的BP算法及其应用.信息技术，2004

[10]宋桂荣.改进BP算法在故障诊断中的应用.沈阳工业大学学报，2001

第四篇：先进制造技术论文

人工智能先进制造技术

课程名称

先进制造技术 学生姓名 学

号

专业班级机械设计制造及其自动化 指导教师

完成日期 2017/10/20

目录

一、概述

二、人工智能技术的国内外发展现状与趋势

三、人工智能技术的主要研究内容与核心技术难题

四、人工智能技术的评价与认识

五、结论

六、参考文献

一、概述

先进制造技术(advanced manufacturing technique，缩写AMT，具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。

先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。而先进制造技术主要包括以下三个技术群:（1）主体技术群：是制造技术的核心,它包括两个基本部分:有关产品设计技术和工艺技术。

（2）支撑技术群：a.信息技术:接口和通信、数据库技术、集成框架、软件工程人工智能、专家系统和神经网络、决策支持系统。b.标准和框架：数据标准、产品定义标准、工艺标准、检验标准、接口框架。c.机床和工具技术。d.传感器和控制技术：单机加工单元和过程的控制、执行机构、传感器和传感器组合、生产作业计划。e.其它;（3）制造技术基础设施.要素包括了车间工人、工程技术人员和管理人员在各种先进生产技术和方案方面的培训和教育等。

先进制造技术是在传统制造的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称，也是取得理想技术经济效益的制造技术的总称。先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。先进制造技术是当今国际间科技竞争的焦点，随着社会的发展，市场需求的个性化与多元化，人们对产品的要求也日益多元化，市场竞争日趋激烈，企业要在日趋激烈的市场竞争中生存发展，就必须采用先进的制造技术。

二、人工智能技术的国内外发展现状与趋势

人工智能技术简介

人工智能的传说可以追溯到古埃及，但随着1941年以来电子计算机的发展，技术已最终可以创造出机器智能，“人工智能”（ARTIFICIAL INTELLIGENCE）一词最初是在1956年DARTMOUTH学会上提出的，从那以后，研究者们发展了众多理论和原理，人工智能的概念也随之扩展，在它还不长的历史中，人工智能的发展比预想的要慢，但一直在前进，从40年前出现至今，已经出现了许多AI程序，并且它们也影响到了其它技术的发展。人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。1956年夏季，以麦卡赛、明斯基、罗切斯特和申农等为首的一批有远见卓识的年轻科学家在一起聚会，共同研究和探讨用机器模拟智能的一系列有关问题，并首次提出了“人工智能”这一术语，它标志着“人工智能”这门新兴学科的正式诞生。IBM公司“深蓝”电脑击败了人类的世界国际象棋冠军更是人工智能技术的一个完美表现。从1956年正式提出人工智能学科算起，50多年来，取得长足的发展，成为一门广泛的交叉和前沿科学。总的说来，人工智能的目的就是让计算机这台机器能够像人一样思考。如果希望做出一台能够思考的机器，那就必须知道什么是思考，更进一步讲就是什么是智慧。什么样的机器才是智慧的呢？科学家已经作出了汽车，火车，飞机，收音机等等，它们模仿我们身体器官的功能，但是能不能模仿人类大脑的功能呢？到目前为止，我们也仅仅知道这个装在我们天灵盖里面的东西是由数十亿个神经细胞组成的器官，我们对这个东西知之甚少，模仿它或许是天下最困难的事情了。

当计算机出现后，人类开始真正有了一个可以模拟人类思维的工具，在以后的岁月中，无数科学家为这个目标努力着。如今人工智能已经不再是几个科学家的专利了，全世界几乎所有大学的计算机系都有人在研究这门学科，学习计算机的大学生也必须学习这样一门课程，在大家不懈的努力下，如今计算机似乎已经变得十分聪明了。例如，1997年5月，IBM公司研制的深蓝（DEEP BLUE）计算机战胜了国际象棋大师卡斯帕洛夫（KASPAROV）。大家或许不会注意到，在一些地方计算机帮助人进行其它原来只属于人类的工作，计算机以它的高速和准确为人类发挥着它的作用。人工智能始终是计算机科学的前沿学科，计算机编程语言和其它计算机软件都因为有了人工智能的进展而得以存在。

著名的美国斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授对人工智能下了这样一个定义：“人工智能是关于知识的学科――怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”而另一个美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。即人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。

实际应用，机器视觉:指纹识别，人脸识别，视网膜识别，虹膜识别，掌纹识别，专家系统,智能搜索，定理证明，博弈，自动程序设计，还有航天应用等。学科范畴：人工智能是一门边沿学科，属于自然科学和社会科学的交叉。涉及学科：哲学和认知科学，数学，神经生理学，心理学，计算机科学，信息论，控制论，不定性论，仿生学，研究范畴：自然语言处理，知识表现，智能搜索，推理，规划，机器学习，知识获取，组合调度问题，感知问题，模式识别，逻辑程序设计，软计算，不精确和不确定的管理，人工生命，神经网络，复杂系统，遗传算法 人类思维方式

应用领域：智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程，机器人工厂，安全问题。目前人工智能还在研究中，但有学者认为让计算机拥有智商是很危险的，它可能会反抗人类。人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。人工智能将涉及到计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科。可以说几乎是自然科学和社会科学的所有学科，其范围已远远超出了计算机科学的范畴，人工智能与思维科学的关系是实践和理论的关系，人工智能是处于思维科学的技术应用层次，是它的一个应用分支。从思维观点看，人工智能不仅限于逻辑思维，要考虑形象思维、灵感思维才能促进人工智能的突破性的发展，数学常被认为是多种学科的基础科学，数学也进入语言、思维领域，人工智能学科也必须借用数学工具，数学不仅在标准逻辑、模糊科学等范围发挥作用，数学进入人工智能学科，它们将互相促进而更快地发展。

人工智能技术在国内的发展与趋势

人工智能学习的发展历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。除了计算机科学以外，人工智能还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。中国经济经过30年改革开放的快速增长,取得了令世人瞩目的骄人业绩,综合国力和经济总量位居世界前列。自20世纪80年代以来,我国制造业取得了长足的发展。目前,中国正成为“世界工厂”,承接全世界制造业的转移。据相关资料表明,世界上国家之间的经济竞争,先进制造技术是重要的竞争手段之一。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场

占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化,这种竞争日趋激烈,因而我国非常重视对先进制造技术的研究。制造业是我国国民经济和综合国力的重要支柱产业,其先进生产总值占国民生产总值(GDP)的40%左右。尤其，中国近几年来房地产业的崛起，带动了三一重工、中联重科、徐工等一批工程机械企业的发展，而这些企业的发展的同时又带动了先进制造技术的发展，然而虽然我们在先进制造技术方面取得了很多卓越的成绩，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。主要体现在以下几个方面：

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

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

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

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

产品结构方面：中国机械制造业的快速发展，主要依靠技术引进和赶超型发展战略，加之中国劳动力丰富而资金相对短缺，致使机械制造业的科技开发明显滞后。虽然中国机械制造业的产品数量已经位居世界前列，但主要是劳动密集型产品，具有自主知识产权的高、精、尖产品比较少。比如数控机床和精密机床的可靠性差、质量问题严重，轴承、液压件、密封件等基础件产品水平低、品种少、满足度低、质量不稳定。

人工智能技术的发展趋势表现在：

全球化：一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的市场；另一方面，网络通讯技术的快速发展推动企业向着既竞争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。网络化：网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。

虚拟化：制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产

品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。

自动化：自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。

绿色化：绿色制造则通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。精密化：现代高新技术产品需要高精度制造，社会的发展对机械产品的质量提出了越来越高的要求。这决定了发展精密加工、超精密加工技术是机械制造未来的一个重点 智能化：智能制造是指综合利用各个学科、各种先进技术和方法，解决和处理制造系统中的各种问题。系统能领会设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。

快速化：快速化是指对市场的快速响应，对生产的快速重组。它要求生产模式有高度的柔性与高度敏捷性。快速化能强有力地推动着制造技术的进步与发展，它是先进制造技术发展的“动力”。

集成化：现代制造业的方向并不只是计算机的集成，信息的集成，而是人、技术、组织的整体集成，包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间的集成。

人工智能技术在国外的发展与趋势

智能是一种知识与思维的合成,是人类认识世界和改造世界过程中的一种分析问题和解决问题的综合能力。对于人工智能，美国麻省理工学院的温斯顿教授提出“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作”，斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授提出“人工智能是关于知识的学科――怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学”。综合来看人工智能是相对人的智能而言的。其本质是对人思维的信息过程的模拟，是人的智能的物化。是研究、开发模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能经过信息采集、处理和反馈三个核心环节，综合表现出智能感知、精确性计算、智能反馈控制，即感知、思考、行动三个层层递进的特征。

智能感知：智能的产生首先需要收集到足够多的结构化数据去表述场景，因此智能感知是实现人工智能的第一步。智能感知技术的目的是使计算机能 “听”、会“看”,目前相应的计算机视觉技术和自然语言处理技术均已经初步成熟，开始商业化尝试。智能处理：产生智能的第二步是使计算机具备足够的计算能力模拟人的某些思维过程和行为对分析收集来的数据信息做出判断，即对感知的信息进行自我学习、信息检索、逻

辑判断、决策，并产生相应反映。具体的研究领域包括知识表达、自动推理、机器学习等，与精确性计算及编程技术、存储技术、网络技术等密切相关，是大数据技术发展的远期目标，目前该领域研究还处于实验室研究阶段，其中机器学习是人工智能领域目前热度最高，科研成果最密集的领域。

智能反馈：智能反馈控制将前期处理和判断的结果转译为肢体运动和媒介信息传输给人机交互界面或外部设备，实现人机、机物的信息交流和物理互动。智能反馈控制是人工智能最直观的表现形式，其表达能力展现了系统整体的智能水平。智能反馈控制领域与机械技术、控制技术和感知技术密切相关，整体表现为机器人学，目前机械技术受制于材料学发展缓慢，控制技术受益于工业机器人领域的积累相对成熟。在学术界，实现人工智能有三种路线，一是基于逻辑方法进行功能模拟的符号主义路线，代表领域有专家系统和知识工程。二是基于统计方法的仿生模拟的连接主义路线，代表领域有机器学习和人脑仿生，三是行为主义，希望从进化的角度出发，基于智能控制系统的理论、方法和技术，研究拟人的智能控制行为。

各国政府高度重视人工智能相关产业的发展。自人工智能诞生至今，各国都纷纷加大对人工智能的科研投入，其中美国政府主要通过公共投资的方式牵引人工智能产业的发展，2013财年美国政府将22亿美元的国家预算投入到了先进制造业，投入方向之一便是“国家机器人计划”。

在技术方向上，美国将机器人技术列为警惕技术，主攻军用机器人技术，欧洲主攻服务和医疗机器人技术，日本主攻仿人和娱乐机器人。

现阶段的技术突破的重点一是云机器人技术，二是人脑仿生计算技术。美国、日本、巴西等国家均将云机器人作为机器人技术的未来研究方向之一。伴随着宽带网络设施的普及，云计算、大数据等技术的不断发展，未来机器人技术成本的进一步降低和机器人量产化目标实现，机器人通过网络获得数据或者进行处理将成为可能。目前国外相关研究的方向包括：建立开放系统机器人架构（包括通用的硬件与软件平台）、网络互联机器人系统平台、机器人网络平台的算法和图像处理系统开发、云机器人相关网络基础设施的研究等。

由于深度学习的成功，学术界进一步沿着连接主义的路线提升计算机对人脑的模拟程度。人脑仿生计算技术的发展，将使电脑可以模仿人类大脑的运算并能够实现学习和记忆，同时可以触类旁通并实现对知识的创造，这种具有创新能力的设计将会让电脑拥有自我学习和创造的能力，与人类大脑的功能几无二致。在2013年初的国情咨文中，美国总统奥巴马特别提到为人脑绘图的计划，宣布投入30亿美元在10年内绘制出“人类大脑图谱”，以了解人脑的运行机理。欧盟委员会也在2013年初宣布，石墨烯和人脑工程两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”，并为此设立专项研发计划，每项计划将在未来10年内分别获得10亿欧元的经费。美国IBM公司正在研究一种新型的仿生芯片，利用这些芯片，人类可以实现电脑模仿人脑的运算过程，预计最快到2019年可完全模拟出人类大脑。智能更面向实用。另外，由于Hopfield 多层神经网络模型的提出，使人工神经网络研究与应用出现了欣欣向荣的景象。人工智能已深入到社会生活的各个领域。

既然“人工智能”的发展如此吸引人，那就一定具有相当多的发展方向啦，那么未来它的发展趋势会是如何呢？我们不妨可以设想一下： 在计算机网络如此发达的社会中，我们可以利用人工智能来实现语言技术与人类生活的联系，虽然目前关于语言的研究尚未突破语义障碍，现在还看不出在解决自然语言中含糊暧昧的成份方面可能会取得多大的进展，也很难想象在近期内能实现对任意输入均可产生高质量译文的机器翻译系统或非常理想的篇章理解系统，我们所能看到的是一些有一定限制的但与人类生活密切相关的语言处理技术的发展。随着语言技术产品市场的不断壮大，语言技术也会得到更快的发展。另外，我们也可以利用人工智能来建立与理解复杂的自适应系统：下一个十年人工智能研究应着重于对未必能符号化、信息未必完全的复杂的自适应系统的研究，其中最关键的是如何理解与建立这样的系统。建立这样的系统需要发展一些新的理论与技术。首先必须发展能理解与处理上下文的技术，使所建立的系统能在不同的上下文情境下合理地处理各类问题；其次应发展多路学习机制，使系统能从复杂的变化的环境中同时学到多种技能(如机器人足球运动员就需要有这样的功能)；另外还应探讨系统的可自动进化机制，使系统能从简单的被动式的系统逐步进化为复杂的具有自适应能力的系统。基于人工智能的发展趋势，还可以在机器学习的研究方面取得长足的发展。许多新的学习方法相继问世并获得了成功的应用,如增强学习算法、reinforcement learning等。也应看到,现有的方法处理在线学习方面尚不够有效,寻求一种新的方法,以解决移动机器人、自主agent、智能信息存取等研究中的在线学习问题是研究人员共同关心的问题,相信不久会在这些方面取得突破。

还有，在最受人关注的机器人领域里，人工智能蕴含着十分强大的发展空间！虽然现在已经实现了机器人与人的对话交流等强大的功能，但相信在未来，人们一定会挖掘出人工智能更多更强大的功能来运用到机器人中去，让机器人更好的未人们服务！最后，在控制领域内，虽然已经实现了远程操控技术，但并不普及，相信在未来，我们可以更轻松自如的利用人工智能来实现对家用电器等的远程控制的普及，让每一个房子都装有这样的系统，那么在主人回家之前就可以设定好最符合主人生活习惯的环境，让辛苦劳累了一天的主人能够更好的享受到家的温馨！

人工智能诞生50多年来，在崎岖不平的道路上取得了可喜的进展。人工智能的人工智能的研究一旦取得突破性进展，将会对信息时代产生重大影响，对人类文明产生重大影响。不管是在昨天、今天还是明天，“人工智能”都是新时代的宠儿，注定未社会的发展，人们生活水平的提高做出不可小觑的贡献！我们共同希望“人工智能”的明天更美好！

三、人工智能技术的主要研究内容与核心技术难题

人工智能是一种外向型的学科,它不但要求研究它的人懂得人工智能的知识,而且要求有比较扎实的数学基础及哲学和生物学基础,只有这样才可能让一台什么也不知道的机器模拟人的思维。

因为人工智能的研究领域十分广阔,它总的来说是面向应用的,主要研究领域有专家系统,有人在工作,它就可以用在什么地方,因为人工智能的最根本目的还是要模拟人类的思维。可以归纳为八个字:机器智能、智能机器。

机器智能：例如,用计算机打印常用的报表,进行一些常规的文字处理,都是程序化的操作,谈不上有智能。但是,用计算机给人看病,进行病理诊断和药物处方,或者,用计算机给机器看病,进行故障诊断和维修处理,就需要计算机有人工智能。人工智能学科领域中有一个重要的学科分支是“专家系统”(Expert System),简称代写论文ES。就是用计算机去模拟、延伸和扩展专家的智能。基于专家的知识和经验,可以求解专业性问题的、具有人工智能的计算机应用系统。如:医疗诊断专家系统,故障诊断专家系统等。

智能机器：“智能机器”(Intelligent Machine),简称IM,研究如何设计和制造具有更高智能水平的机器,特别是设计和制造更聪明的计算机。现在的计算机,虽然经历了从电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等几代的发展,在工艺和性能方面都有巨大的进步。但是,在原理上,还没有重大的突破。通常,人们用计算机,不仅要告诉计算机:做什么?,而且还必须详细地、正确地告诉计算机:如何做?。也就是说,人们要根据工作任务的需求,以适当的计算机语言,进行相应的软件设计,编制面向该任务的计算机应用程序,并且,正确地操作计算机,装入、启动该应用程序,才能用计算机完成该项工作任务。这里,计算机实质上只是机械地、被动地执行人们编制的应用程序指令的“电子奴仆”,也不理解为什么要做这项工作,即不懂得:为什么?。因而,只不过是一个低智能的、不聪明的“电脑”。那么,如何设计和制造高智能的、聪明的“电脑”呢?这正是人工智能另一方面的研究对象和学科任务。

目前人工智能主要研究内容是:分布式人工智能与多智能主体系统、人工思维模型、知识系统(包括专家系统、知识库系统和智能决策系统)、知识发现与数据挖掘(从大量的、不完全的、模糊的、有噪声的数据中挖掘出对我们有用的知识)、遗传与演化计算(通过对生物遗传与进化理论的模拟,揭示出人的智能进化规律)、人工生命(通过构造简单的人工生命系统并观察其行为,探讨初级智能的奥秘)、人工智能应用(如:模糊控制、智能大厦、智能人机接口、智能机器人等)等等。

未来人工智能的研究方向主要有:人工智能理论、机器学习模型和理论、不精确知识表示及其推理、常识知识及其推理、人工思维模型,智能人机接口、多智能主体系统、知识发现与知识获取、人工智能应用基础等。

“人工智能”(Artificial Intelligence)一词最初是在1956年Dartmouth学会上提出的。人工智能是指研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够实现人工智能技术的机器就是计算机,人工智能的发展历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。人工智能理论进入21世纪,正酝酿着新的突破,人工智能的研究成果将能够创造出更多更高级的智能“制品”,并使之在越来越多的领域超越人类智能,人工智能将为发展国民经济和改善人类生活做出更大贡献。

人工智能的近期研究目标在于建造智能计算机，用以代替人类从事脑力劳动，即使现有的计算机更聪明更有用。正是根据这一近期研究目标，我们才把人工智能理解为计算机科学的一个分支。人工智能还有它的远期研究目标，即探究人类智能和机器智能的基本原理，研究用自动机(automata)模拟人类的思维过程和智能行为。这个长期目标远远超出计算机科学的范畴，几乎涉及自然科学和社会科学的所有学科。在重新阐述我们的历史知识的过程中，哲学家、科学家和人工智能学家有机会努力解决知识的模糊性以及消除知识的不一致性。这种努力的结果，可能导致知识的某些改善，以便能够比较容易地推断出令人感兴趣的新的真理。人工智能研究尚存在不少问题，这主要表现在下列几个方面： 宏观与微观隔离：一方面是哲学、认知科学、思维科学和心理学等学科所研究的智能层次太高、太抽象；另一方面是人工智能逻辑符号、神经网络和行为主义所研究的智能层次太低。这两方面之间相距太远，中间还有许多层次未予研究，无法把宏观与微观有机地结合起来和相互渗透。全局与局部割裂：人类智能是脑系统的整体效应，有着丰富的层次和多个侧面。但是，符号主义只抓住人脑的抽象思维特性；连接主义只模仿人的形象思维特性；行为主义则着眼于人类智能行为特性及其进化过程。它们存在明显的局限性。必须从多层次、多因素、多维和全局观点来研究智能，才能克服上述局限性。3 理论和实际脱节 大脑的实际工作，在宏观上我们已知道得不少；但是智能的千姿百态，变幻莫测，复杂得难以理出清晰的头绪。在微观上，我们对大脑的工作机制却知之甚少，似是而非，使我们难以找出规律。在这种背景下提出的各种人工智能理论，只是部分人的主观猜想，能在某些方面表现出”智能”就算相当成功了。

上述存在问题和其它问题说明，人脑的结构和功能要比人们想象的复杂得多，人工智能研究面临的困难要比我们估计的重大得多，人工智能研究的任务要比我们讨论过的艰巨得多。同时也说明，要从根本上了解人脑的结构和功能，解决面临的难题，完成人工智能的研究任务，需要寻找和建立更新的人工智能框架和理论体系，打下人工智能进一步发展的理论基础。我们至少需要经过几代人的持续奋斗，进行多学科联合协作研究，才可能基本上解开”智能”之谜，使人工智能理论达到一个更高的水平。人工智能要解决的问题主要是以下几个方面：

一、识别过程，外界输入的信息向概念逻辑信息转译，将动态静态图像、声音、语音、文字、触觉、味觉等信息转化为形式化（大脑中的信息存储形式）的概念逻辑信息。

二、智能运算过程，输入信息刺激自我学习、信息检索、逻辑判断、决策，并产生相应反应。

三、控制过程，将需要输出的反应转译为肢体运动和媒介信息。实用机器人在第三个方面做得比较多，而识别和智能运算是很弱的，尤其是概念知识的存储形式、逻辑判断和决策这些方面更是鲜有成果，这正是人工智能要重点解决的问题。

四、人工智能技术的评价与认识

人工智能是一门包括计算机科学、控制学、信系论、语言论、神经生理学、心理学、数学、哲学等多种学科相互渗透发展起来的学科,其研究对象可以归纳为“机器智能、智能机器”,它体现在思维、感知、行为三个层次,而它要模拟眼神、扩展人的智能,其研究内容可以分为机器思维和思维机器、机器感知和感知机器、机器行为和行为机器三个层次。人工智能研究与应用虽然取得了不少成果,但离全面推广应用还有很大距离,还有许多问题有待于解决且需要许多学科的研究专家共同创作。人工智能（AI）是机器智能和计算机科学的一个分支。人工智能将是21世纪逻辑学发展的主要动力源泉，并且在很大程度上将决定21世纪逻辑学的面貌。这些年来,人工智能在计算机科学、逻辑学等领域已取得重大成就,但离真正的人类智能还相差甚远。

人工智能是一门研究机器智能和智能机器的新型的、综合性的、具有强大生命力的边缘学科，它研究怎样让计算机或智能机器（包括硬件和软件）模仿、延伸和扩展人脑从事推理、规划、计算、思考、学习等思维活动，解决迄今为止需要人类专家才能处理好的复杂问题。

人工智能远期目标是要制造智能机器，使现有的计算机更聪明，能够模拟人类的智能行为。人工智能的近期目标是实现机器智能，即先部分地或某种程度地实现机器的智能，从而使现有的计算机更灵活、更好用和更有用，成为人类的智能化信息处理工具。目前，人工智能技术正在向大型分布式人工智能、大型分布式多专家协同系统、广义知识表达、综合知识库、并行推理、多种专家系统开发工具、大型分布式人工智能开发环境和分布式环境下的多智能体协同系统等方向发展。尽管如此，从目前来看，人工智能仍处于学科发展的早期阶段，其理论、方法和技术都不太成熟，人们对它的认识也比较肤浅。这些还都有待于人工智能工作者的长期探索。

五、结论

先进制造技术当今国际间科技竞争的焦点，随着社会的发展，市场需求的个性化与多元化，人们对产品的要求也日益多元化，市场竞争日趋激烈，企业要在日趋激烈的市场竞争中生存发展，就必须采用先进的制造技术。进入新世纪，随着中国加入WTO,中国与世界的越来越紧密，先进制造制造技术必然会朝着全球化、系统化、集成化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化、精密化、智能化、快速化的趋势发展。

人工智能对自然科学的影响。在需要使用数学计算机工具解决问题的学科，AI带来的帮助不言而喻。更重要的是，AI反过来有助于人类最终认识自身智能的形成。

人工智能对经济的影响。专家系统更深入各行各业，带来巨大的宏观效益。AI也促进了计算机工业网络工业的发展。但同时，也带来了劳务就业问题。由于AI在科技和工程中的应用，能够代替人类进行各种技术工作和脑力劳动，会造成社会结构的剧烈变化。人工智能对社会的影响。AI也为人类文化生活提供了新的模式。现有的游戏将逐步发展为更高智能的交互式文化娱乐手段，今天，游戏中的人工智能应用已经深入到各大游戏制造商的开发中。

伴随着人工智能和智能机器人的发展，不得不讨论是人工智能本身就是超前研究，需要用未来的眼光开展现代的科研，因此很可能触及伦理底线。作为科学研究可能涉及到的敏感问题，需要针对可能产生的冲突及早预防，而不是等到问题矛盾到了不可解决的时候才去想办法化解。

人工智能的长期目标是建立人类水平的人工智能，由脑科学、认知科学、人工智能等共同研究，形成交叉学科智能科学。脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平研究自然智能机理，建立脑模型，揭示人脑的本质。认知科学是研究人类感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程的科学。人工智能研究用人工的方法和技术，模仿、延伸和扩展人的智能，实现机器智能。智能科学不仅要进行功能仿真，而且要从机理上研究，探索智能的新概念、新理论、新方法。

人工智能的研究一旦取得突破性进展，将会对信息时代产生重大影响，对人类文明产生重大影响。科学发展到今天，一方面是高度分化，学科在不断细分，新学科、新领域不断产生;另一方面是学科的高度融合，更多地呈现交叉和综合的趋势，新兴学科和交叉学科不断涌现。大学科交叉的这种普遍趋势，在人工智能学科方面表现尤其突出。由脑科学、认知科学、人工智能等共同研究智能的本质和机理，形成交叉学科智能科学。学科交叉将催生更多的研究成果，对于人工智能学科整体而言，要有所突破，需要多个学科合作协同，在交叉学科研究中实现创新。

六、参考文献 [1]《人工智能简史》孙兴 清华大学出版社，1990年 [2]蔡自兴 徐光佑 《人工智能及其应用》 清华大学出版社 2002年1月 [3]王万森

人工智能原理及其应用北京：电子工业出版社，2010

第五篇：先进制造技术应用试卷

继续教育《先进制造技术应用》试卷

单位

姓名

成绩

一、选择题（30分）

1.目前国际上最先进、最流行的玻璃内雕刻加工技术是采用()加工技术。A.等离子束 B.电火花 C.电子束 D.激光 2.精度从高到低依次是()。

A.液体静压轴承、球形空气静压轴承、圆柱空气静压轴承 B.圆柱空气静压轴承、球形空气静压轴承、液体静压轴承 C.球形空气静压轴承、圆柱空气静压轴承、液体静压轴承 D.液体静压轴承、圆柱空气静压轴承、球形空气静压轴承

3.电铸成型时，要求电铸层与原模分离，其厚度约为()mm。A.0.5—80 B.0.0015—0.5 C.0.05—8 D.0.15—5 4.激光加工下列材料时，效率最低的是()。A.金刚石 B.铝合金 C.有机玻璃 D.陶瓷

5.电火花慢走丝线切割加工尺寸精度可达()mm。A.0.0003 B.0.003 C.0.03 D.0.01 6.电解加工是特种加工中材料去除速度最快之一，约为电火花加工方法的()倍。

A.5—10 B.10—20 C.20—30 D.30—40 7.精密加工一般指加工精度在()微米。A.5 B.10 C.10—0.1 D.0.1—0.01 8.电火花加工中工具电极损耗越少越好，下列材料磨损比最低的是()。A.紫铜 B.钢 C.黄铜 D.钨

9.现在的FMS机床设备的配置形式大多采用()。A.互替式 B.互补式 C.互替和互补混合使用

10.电火花快走丝线切割加工尺寸精度可达()mm。A.0.0003 B.0.003 C.0.03 D.0.01 11.激光加工下列材料时，效率最低的是()。A.宝石 B.橡胶 C.铜合金 D.陶瓷 12.发动机气缸宜采用()加工。

A.珩磨 B.电火花 C.电子束 D.金刚石刀具

13.要得到3—6级淬硬齿轮，工艺路线为()。A.精滚—淬火—磨齿 B.精滚—磨齿—淬火 C.磨齿—淬火—精滚 D.磨齿—精滚—淬火

14.复杂零件和相似性较差的零件不适宜采用()CAPP系统。A.派生型 B.创成型 C.综合式 D.各种类型

15.按我国目前加工水平，超精密加工的加工精度为()微米数量级。A.10 B.10—0.1 C.0.1—0.01 D.0.01—0.001

二、判断题（20分）

()1.电解加工能加工导电材料和非导电材料，但较难加工窄缝、小孔及尖角。

()2.电刷镀是电镀技术的新发展，又称涂镀、刷镀或无槽电镀，是在金属工件表面局部快速电化学沉积金属的新技术。

()3.电解加工比电解磨削有更好的加工精度和表面质量，比机械磨削有更高的生产率。

()4.金刚石刀具的精密、超精密切削加工主要用于切削铜、铝及其合金。()5.磨料喷射加工应用范围广，加工成本低，一般用于脆性或韧性材料加工。

()6.在先进制造技术的发展过程中其内涵不是绝对一成不变的。()7.绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征。()8.现代制造技术发展过程，其内涵是不变的。

()9.对电火花加工表面粗糙度影响最大的是单个脉冲能量。

()10.变频空调开机后，压缩机先以低速运转制冷(暖)，一定时间后才达到高速运转，其达到设定温度的时间比普通空调慢一半左右。

()11.电解磨削比电解加工有更好的加工精度和表面质量，比机械磨削有更高的生产率。

()12.电解加工不能加工非导电材料，较难加工窄缝、小孔及尖角。()13.CAPP系统的成组技术的核心问题就是充分利用零件上的几何形状及加工工艺相似性进行设计和组织生产，以获得最大经济效益。()14.精良生产所追求的目标不是“零缺陷”，而是“尽可能好一些”。()15.电解加工不但能加工导电材料和非导电材料，而且还能加工较难加工窄缝、小孔及尖角。

()16.电火花加工用的工具电极，也可以采用电铸方法制造。()17.在现代制造技术的发展过程中其内涵不是一成不变的。

()18.AutoCAD由美国CNC Software公司开发，是一种应用广泛的中低档CAD/CAM软件。该软件操作简便实用，容易学习，但三维造型功能稍差。()19.电解加工比电解磨削有更好的加工精度和表面质量，比机械磨削有更高的生产率。

()20.Cimatron是模具行业CAD/CAM软件，由以色列开发。

三、术语解释（20分）

1.CIMS

2.FMS

3.机器人自由度

4.并行工程技术(CE)

5.现代制造系统

四、问答题（30分）

1.超声波加工中变幅杆有何作用？其外形有几种？简要说明各自主要特点。

2.简要说明等离子加工的基本原理及特点。

3.说明影响电火花加工电蚀量及加工精度的主要因素。

4.说明FMS对加工设备的要求及机床配置形式。

5.试论述精密圆柱齿轮的加工工艺路线，其主要加工方法有哪些？