先进制造技术论文

第一篇：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

[3] 徐丽娜.神经网络控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2008.3

[4]朱大奇.人工神经网络研究现状及其展望.江南大学学报，2004

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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

[8]胡守仁，余少波，戴葵.神经网络导论.国防科技大学出版社，1992

[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

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第三篇：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

第四篇：先进制造技术论文19

《先进制造系统》结课论文

3D打印技术对航空制造业发展的影响

学 号

姓 名：

学 院：机 械 电 气 工 程 学 院

专 业：机 械 电 子 工 程

2014年1月

3D打印技术对航空制造业发展的影响

摘 要: 对3D打印的技术体系和国内外产业发展现状、发展趋势、应用前景进行了综合分析，介绍了3D打印技术在国内外航空制造业的应用发展情况，对3D打印技术将给制造业带来的冲击进行了探讨，并对我国航空制造业如何应对3D打印技术带来的产业巨变提出了建议。

关键词：3D打印；快速成形技术；航空制造业 0 引言

2012年英国著名杂志《经济学人》制作专题并指出，全球工业正在经历第三次工业革命。第三次工业革命的说法是世界趋势大师杰里米•里夫金(Jeremy Rifkin)在《第三次工业革命》一书中提出的，是指目前新兴的可再生能源技术和互联网技术的出现、使用和不断融合后，将带给人类生产方式以及生活方式的再次巨大改变。他认为第三次工业革命已经开始，并逐步会形成新兴的经济模式，而可再生能源的转变、分散式生产、储存(以氢的形式)、通过能源互联网实现分配和零排放的交通方式则构成了新经济模式的五个支柱。与此思路类似，英国《经济学人》杂志2012年制作专题论述了当今全球范围内工业领域正在经历的第三次革命，认为这次革命是一种建立在互联网和新材料、新能源相结合的工业革命，它以“制造业数字化”为核心，并将使全球技术要素和市场要素配置方式发生革命性变化。新材料、新工艺、新机器人、新的网络协同制造服务，生产会更加经济、高效、灵活、精简。3D打印技术作为“第三次工业革命的重要标志”，被认为是推动新一轮工业革命的重要契机，已经引起全世界的广泛关注。3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术，正在使传统生产方式和生产工艺发生深刻变革。3D打印技术将以其革命性的“制造灵活性”和“大幅节省原材料”在制造业掀起一场革命。它最适合应用于多品种、小批量、结构复杂、原材料价值量高的结构制造，因此有望在航空制造领域获得广泛应用。1 3D打印的主流技术手段

3D打印技术（3D Printing）是快速成形技术（Rapid Prototyping，RP）的一种，也叫做增材制造（Additive Manufacturing）。基本原理是把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。快速成形技术使用的方法有很多种，比较主流的方法包括光固化立体成形（Stereo Lithography Apparatus，SLA）、分层实体制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）、选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）、熔积成形（Fused Deposition Modeling，FDM）等。1）光固化立体成形

光固化立体成形由美国3D Systems公司在20世纪80年代后期推出。它是在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，使其在激光束的照射下快速固化，然后工作台下降一层薄片的高度，进行第二层激光扫描固化，如此重复，直到整个产品成形完毕。

2）分层实体制造

供料机构将底面涂有热熔胶的箔材—段段地送至工作台的上方。激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓用CO2激光束对箔材沿轮廓线将工作台上的纸割出轮廓线，并将纸的无轮廓区切割成小碎片。3）选择性激光烧结工艺

选择性激光烧结采用CO2激光器对粉末材料（塑料粉、陶瓷与黏结剂的混合粉、金属与黏结剂的混合粉等）进行选择性烧结．是一种由离散点一层层堆积成

三维实体的工艺方法。4）熔积成形

熔积成形工艺是一种不依靠激光作为成形能源，而将各种丝材加热熔化的成形方法。3D打印技术及产业发展

3D打印技术的历史由来已久。1986年，美国3D Systems公司推出了第一款工业化的“3D打印”设备，1990年开始销售，短短几年形成了巨大的市场。3D打印设备应用的方式有两种：一种是大企业为自己的产品开发服务，如波音、通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒三大汽车公司、IBM、苹果、丰田等都在应用；另一种方式为大学、研究所甚至由六、七个人组织的服务机构以一台或数台成形机为中心，开展对中小企业的服务。目前，全球有两家3D打印机制造巨头，分别为3D Systems和Stratasys，均为美国上市公司，2011年营业收人分别是2.3亿美元和1.6亿美元。2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元。

自20世纪90年代以来，国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发，并进行了产业化运作。西安交通大学、清华大学、华中利一技大学、北京隆源公司、中航重机激光等院校和企业在典型的快速成形设备、软件、材料等方面的研究和产业化获得了重大进展，我国快速成形技术的研究工作基本与国际同步，但在快速成形技术新设备研发和应用方面则落后于国外。国外快速成形技术在航空领域有超过8%的应用量，而我国在这方面的应用量则非常低。据估计，3D打印设备在我国企业级装机量在400台左右，2010年以来年增速为70%左右，市场规模超过1亿元。3D打印技术在航空领域的应用

欧美已将3D打印技术视为提升航空航天领域水平的关键支撑技术之一。3D打印技术在航空领域的应用主要集中在3类:外形验证、直接产品制造和精密熔模铸造的原型制造等。1)国外应用情况

波音公司已经利用三维打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件，包括将冷空气导人电子设备的形状复杂导管。目前波音公司和霍尼韦尔正在研究利用3D打印技术打印出机翼等更大型的产品。

空客在A380客舱里使用3D打印的行李架，在“台风”战斗机中也使用了3D打印的空调系统。空客公司最近提出“透明飞机概念”计划，制定了一张“路线图”，从打印飞机的小部件开始，一步一步发展，最终在 2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。“概念飞机”本身有许多令人眼花缭乱的复杂系统，比如仿生的弯曲机身，能让乘客看到周围蓝天白云的透明机壳等，采用传统制造手段难以实现，3D打印或许是一条捷径。

GE航空在2012年11月20日收购了一家名为Morris Technologies的3D打印企业，计划利用后者的3D打印技术打印LEAP发动机组件。GE把这次收购

看作是对新制造技术的投资，认为具备处理新兴材料与复杂设计的工艺制造开发能力，对GE的未来至关重要。2)国内应用情况

中航重机激光技术团队早在2000年前后，开始进行“3D激光焊接快速成形技术”研发。目前，中航重机激光产品已应用于我国多款新型军用飞机，并起到关键作用。除了军用飞机，中航重机激光还在开拓整体叶盘应用市场，以及大型水面水下舰艇市场。

北京航空航天大学同我国主要飞机设计研究所等单位通过“产学研”紧密合作，瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求，历经17年研究在国际上首次全面突破了钦合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，并已在飞机大型构件生产中研发出五代、10余型装备系统，已经受近十年的工程实际应用考验，使我国成为迄今唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。2013年1月18日，王华明联合研发团队凭“3D激光快速成形技术”获国家技术发明一等奖。3D打印对生产方式的变革

相对于传统制造业，3D打印使制造模式、流程、供应链等方面发生巨大变化。1）定制成为新标准

制造模式上，过去是生产线规模化生产，今后则可能更多的是数字化、个性化、分散化的定制生产，不再需要库存大量零部件，也不需要大量生产。2）缩短上市时间 D 打印无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期。3）更优越的产品性能

3D打印的产品是自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要高于焊接等传统方法。

4）开放式的产品设计

3D打印产品设计者与消费者之间可以通过互动改进产品，这个互动是双向的，消费者也可以自己设计产品。5）改变离岸经济模式 D 打印对产品供应链有重大影响，选择生产地时，劳动力成本不再那么重要，而是考虑如何接近消费者，传统过程的供应链就变得短了，使得传统的离岸经济模式得以改变。3D打印产业的未来发展前景

对于3D打印未来的发展前景，业界普遍看好。作为全国工业的主管部门，工信部准备组织研究制定3D打印技术路线图、中长期发展战略，推动完善3D打印技术规范和标准制定，研究制定支持3D打印产业发展的专项财税政策。据

报道，科技与信息化部的3D打印相关战略规划也正在研究制定中，近期即将公布。据高德纳（Gartner）公司2012年的新兴技术炒作周期报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，在5～10年的时间内将迎来发展高峰。据Wohlers Associates报告分析，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增速。2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元，到2016年产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元，其中零部件制造将占80%。而对于快速成形应用领域，则市场更为广阔。2012年，全世界快速成形制造的产值估计为230亿美元，2015年产值将会达到350亿美元。3D打印技术要想进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着一些瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难；二是打印材料方面，目前3D打印的成形材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成形品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患；三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突；四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。6 3D打印技术未来发展的主要趋势

随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成形技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求；软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造。

航空制造业整合3D打印技术的建议

我国是制造业大国，3D打印技术对中国诸多企业将是颠覆性的变革。我国航空制造业必须未雨绸缪，积极为迎接此技术革命做好准备。

1）推进“产学研用”结合，拓展应用领域，延伸产业链，提高产业化程度。2）改变产品，如研发现有产品的数字版及3D打印所需相应的硬软件。3）改变制造过程和方法，首先将现有制造系统智能化自动化，并引入3D制造系统，将3D打印的增材和传统的减材制造结合，形成复合体系。因为现有技术不会完全消失，杂交制造体系在今后将会长期存在。

4）改变商业模式。这一新工业革命要求完全不同的价值获取与盈利模式，及相关的流程设计，资源配置和组织机构的形式。

5）通过一些资本化运作手段，兼并收购一些具有核心技术的3D打印企业，以核心制造能力和低成本的制造效率为重点，打造航空企业自身的价值元宝曲线，或许是在这次工业革命中实现快速赶超的有效途径。

参考文献

[1] Gartner Inc.Hype cycle for emerging technologies 2012[R].2012． [2] Wohlers Associates Inc．Wohlers report 2012[R].2012．

[3] 王雪莹.3D 打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012(26): 3-5.[4] 古丽萍．蓄势待发的3D 打印机及其发展[J].数码印刷，2011(10):64-67． [5] 刘厚才，莫健华，刘海涛．三维打印快速成形技术及其应用[J]．机械科学与技术，2008（9）:1184-1186

第五篇：先进制造技术论文[范文]

激 光 加 工 技 术 姓名：姜周 班级：电信1002班 学号：20101186069 序言

激光英文全名為Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(LASER)。于1960年面世，是一種因刺激產生輻射而強化的光。科學家在電管中以光或電流的能量來撞擊某些晶體或原子易受激發的物質，使其原子的電子達到受激發的高能量狀態，當這些電子要回復到平靜的低能量狀態時，原子就會射出光子，以放出多余的能量；而接著，這些被放出的光子又會撞擊其它原子，激發更多的原子產生光子，引發一連串的「連鎖反應」，并且都朝同一個方前進，形成強烈而且集中朝向某個方向的光；因此強的激光甚至可用作切割鋼板！激光幾乎是一種單色光波，頻率范圍極窄，又可在一個狹小的方向內集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以對各種材料進行打孔。以紅寶石激光器為例，它輸出脈沖的總能量不夠煮熟一個雞蛋，但卻能在3毫米的鋼板上鉆出一個小孔。激光擁有上述特性，并不是因為它有與別不同的光能，而是它的功率密度十分高，這就是激光被廣泛應用的原因。

回顾20世纪对人类社会产生重大影响的科技发明，激光器的诞生无疑是一个极为耀眼的亮点，激光以其无与伦比的技术优势

正继微电子技术之后，推动人类科学技术进入新的发展阶段。发达国家为了在全球竞争环境中占据世界信息技术的制高点，赢得主动权，纷纷加紧实施激光产业发展计划，如美国的“激光核聚变计划”，德国的“激光2001行动计划”，英国实施“ 阿维尔计划”，日本启动“激光研究五年计划”等。这些项目的实施，有效推动了全球激光产业进入高速发展阶段。

而在我国，自1961年中科院长春光学精密机械研究所研制出我国第一台红宝石激光器至今，我国激光技术的发展已有四十余年的历史。经过四十年的艰苦发展，激光产品已在国内占据了较大的市场份额，在产品质量、性能等方面初步具备了与国外大公司竞争的实力。尤为可喜的是，在现代经济向全球化发展的大趋势下，国内一部分激光厂商充分认识到，在全球化的大风暴之下，特别是在中国加入WTO后，中国激光产业不能只固守自己的市场，而应该放眼全球，参与全球的竞争，向经济全球化与贸易自由化主流迈出关键一步。1998年，武汉楚天激光集团成功地与全球最大医疗激光仪器制造商——以色列ESC/SharPlan公司合作，成立了夏普兰楚天医疗激光制造有限公司，现已发展成为国内最大的激光医疗和美容设备制造商；华工激光走出国门，成功收购了澳大利亚切割系统公司，直接进入国际市场，具备雄厚实力的中国激光企业已经迈出了自己全球化的步伐。

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所以，无论从国际形势还是从国内形势我们都可以看到：激光的发展很有可能会引发新的一场技术革命，特别是在材料加工行业，它将掀起一次很大的风暴，值得我们期待！

摘要：激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术。激光加工作是激光应用的首要领域，激光对物体材料的强化处理在此领域中占有很重要的位置，特别是对材料表面可进行多种强化处理。还有就是激光微细加工，作为一种新的激光应用技术，它的发展前景不可小觑。

关键词：强化处理、微细加工 在材料加工业中，切削加工是基本而又常用的精密加工手段，在机械、电机、电子等各种产业部分中都起着重要的作用，决定切削加工效率的因素很多如机床、刀具、工件等，其中刀具是最活跃的因素。而刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上取决于刀具材料的机械性能和加工性能，因此人们不断地研究开发新的刀具材料。但新材料的开发速度常常与现代切削加工生产要求存在一定的差距，如在高速切削300～1000m/min切削钢、90～200m/min切削钛合金等要达到这样高的切削速度，就要发展具有更加优异的高温力学性能、高化学

稳定性和热稳定性及高温热抗振性的刀具材料，加速刀具材料的研究与开发，合理选用刀具材料是推动高速切削技术广泛应用的重要前提。而激光对物体材料表面的强化处理就可以解决刀具材料选择这一问题，下面我就将对这种技术从各方面做一简要的介绍。

激光表面强化技术基于激光束的高能量密度加热和工件快速自冷却两个过程，在金属材料激光表面强化中，当激光束能量密度处于低端时可用于金属材料的表面相变强化，当激光束能连密度处于高端时，工件表面光斑出相当与一个移动的坩埚，可完成一系列的 冶金过程，包括表面重熔、表层增碳、表层合金化和表层熔覆。这些功能在实际应用中引发的材料替代技术，将给制造业带来巨大的经济效益。

激光表面强化包括金属表面淬火、表面合金化、表面涂复三个方面，激光表面强化是利用大功率CO2激光器产生的激光束作热源，用激光来辐射待强化的金属表面。通过激光淬火、激光熔融改变合金表面成分，激光熔敷难熔金属或陶瓷，以大幅度改变金属表面的机械性能、化学性能、耐热抗氧化性能，该技术效率高、适应性强、淬火硬度比一般热处理高5—10HRC，同时节材、节电，不变形，无公害。

而在刀具材料改性中主要应用的是熔化处理，熔化处理是金属材料表面在激光束照射下成为溶化状态，同时迅速凝固，产生

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新的表面层。根据材料表面组织变化情况，可分为合金化、溶覆、重溶细化、上釉和表面复合化等。

激光熔凝是用适当的参数的激光辐照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，获得较为细化均质的组织和所需性质的表面改性技术。它具有以下优点： 1.表面熔化时一般不添加任何金属元素，熔凝层与材料基体形成冶金结合。2.在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的杂志有较高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。

3.其熔层薄、热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大。有时可不再进行后续磨光而直接使用。

4.提高溶质原子在基体中固溶度极限，晶粒及第二相质点超细化，形成亚稳相可获得无扩散的单一晶体结构甚至非晶态，从而使生成的新型合金获得传统方法得不到的优良性能。

5.光束可以通过光路导向，因而可以处理零件特殊位置和形状复杂的表面。

激光堆焊是继激光熔覆技术上发展起来的一项新的激光加工技术，借鉴传统的堆焊技术优点，用大功率激光为加热源，对同步送入的合金焊丝与基体表层同时快速熔化，得到和基体完全冶金结合的并具有特殊性能（耐磨、耐蚀、耐热等）的表层，形成复合层，用于制造双金属刀具。而激光合金化则是在基体的表面熔融层内加入合金元

素，从而形成以基材为基础的新的合金层，达到表面改性，刃口强韧化的目的。

民用刀具使用量大面广，有：厨刀、剪刀、剃须刀、粉碎刀等，目前刀具失效原因主要在刀刃，如刃口磨损、崩刃、腐蚀等，为了达到经久耐用的目的，一般制造工艺方法是：

1、采用整体高性能合金材料，如高速钢等；

2、采用复合钢，如复合钢板刀剪等；

3、刃口镶焊硬质合金材料，如硬质合金、陶瓷、高速钢等。前两种方法原材料要求较高，制造成本较高；而后者由于镶焊往往为材料硬脆性材料，给制造工艺带来困难，如硬质合金与基体的镶焊强度、硬质合金镶焊长度有限等，使用寿命受到影响。

综合激光技术的优点及以被广泛应用的技术的缺点，把激光技术应用于刀具材料表面强化处理，将是提高刀具耐磨性及其使用寿命的重要途径之一，尤其对于陶瓷、硬质合金刀具这种高硬度、耐热性好等优点，有利于提高加工效率和加工精度，并能对难加工材料如淬火钢在不利的加工条件下进行切削加工。由于它们强度相对较低，韧性较差，严重地限制了它们的应用范围，因此把激光表面强化技术应用于陶瓷、硬质合金刀具具有深刻的研究意义和广阔的应用前景。

目前，国内外提高刀具抗磨损的方法主要分为两类：一种是常规的表面处理法，如采用非常规的表面淬火方法、激光熔覆的方法（覆层的合金粉多为Ni、Co基自熔合金

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或添加粗颗粒的碳化钨或者采用激光厚层熔覆，这类方法比较适用于磨粒磨损很高的工况，例如，矿山、石油、农机等采掘工具）等，其存在的缺点就是易产生裂纹等缺陷。另一种是最近发展起来的涂层刀具，此类方法的缺点就是沉积涂层较薄。这两种方法都有其不同程度的缺点。前者是通过材料本身发生的显微组织转变来提高硬度及耐磨性，因而只对碳钢有效，而对硬质合金、高速钢材料的刀具材料而言则效果不明显，采用后者不仅涂层较薄，涂层沉积时间较长，而且实际使用中常常发生剥落现象。可见激光强化处理技术它的优势是无法估量的，它会给加工业注入新的活力。

以下为激光表面强化技术在刀具材料改性中的应用实例。

1、家用厨刀激光熔覆表面改性

采用激光涂层在常用的不锈钢厨刀刃口进行薄层快速熔覆，得到涂覆层均匀、高耐磨的刀具刃口，代替传统的刀具生产工艺，改造其产业提高刀具（厨刀）产品的内在质量和附加值。通过对涂层材料的配比、激光涂层性能等方面的分析研究，开发出与“懒汉刀”同等水平的厨刀并将其实用化。通过优化工艺采用预置式合金粉末得到了无裂纹、一定硬度涂层的厚度、变形小、回火带窄的刃口。可以看出，熔覆层均匀覆盖在刀刃上。

2、激光熔渗纳米改性强化刀具

激光熔渗是一种结合激光熔覆工艺和

激光合金化工艺的表面改性的方法。将其运用到园林刀具生产过程中，可以对不同类型的刀具进行激光表面改性强化。纳米材料较之微米级材料具有更好的力学性能，涂覆于基体表面的纳米合金粉在高密度的激光束作用下快速熔凝，以部分纳米硬质合金颗粒渗入到基体材料中，起到了微合金化作用，而刀具表面又可以获得纳米晶的覆层，因而不仅提高了强韧性及耐磨而且还加深了刀具刃口的硬度层深，延长了刀具的使用寿命。

所以，激光强化技术在刀具材料改性应用潜力将是巨大的。目前国内外对工程陶瓷与硬质合金材料的研究有一定的进展，另一方面激光对刀具进行表面强化处理属当前机械加工领域的前沿，用强激光束对代替某些热处理是一种有效的方法，结合当前纳米技术的发展，在这三个方向的基础上找到它们的结合点，参照同类近似的研究方法，对陶瓷、硬质合金的激光强化机理及技术进行研究，提出了在以后研究工作中将通过对高耐磨/耐蚀/耐热纳米硬质粉材（陶瓷、复合材料等）的研制及配比、激光纳米强化层性能、激光厚层堆焊工艺与硬质合金材料等方面的分析研究，针对不同刀具采用相应的工艺，利用普通的刀具材料开发出提高刀具刃口强韧性、耐磨性及使用寿命的新产品，获得对各种刀具类材料激光堆焊复合、纳米合金熔渗及产品化实用化的总体工艺技术，使其能满足实际生产的复杂要求，尤其是克服

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陶瓷刀具材料脆性大、可靠性低等缺点，为改进硬质合金和陶瓷材料增添了一条有效的途径。

相信激光合金化表面强化技术在刀具材料改性中具有广泛的应用范围和广阔的应用前景。

而激光微细加工技术作为一种刚发展起来的先进技术，它在将来的材料加工业中的作用难以估量。这一点可以从这里看到：激光微细加工的一个主要优点是其固有的加工灵活性，这为各种微细结构的加工生产提供了极大的可能性。例如，在显示器件加工应用中，可用准分子激光器微细加工系统执行如下加工：

.加工透明导电氧化物（例如铟锡氧化物（ＩＴＯ））电极图案或其他图案； .在聚合物中加工薄层结构和加工制造发光二极管（ＬＥＤ）器件；

.钻通互连器件，为多层结构系统钻通孔；

.加工诸如光学组件使用的微透镜之类的微细结构。

而这是精密机械加工方法所不能实现的。

同时，激光微细加工在微电子产业中的应用也给微电子产业带来了很大的变革，如其在一些复杂电路的铺设上就优于现在以有的技术。而它还在光学材料的制造等很多方面起到了重要作用。作为新生事物它潜在的应用市场是现在很难预计的，不过我们应

该相信它会和现在已经得到广泛应用的激光技术一样在不久的将来得到广泛应用，会在未来的材料加工业中占有一席之地。

但是，不止是这两种技术，其他的激光加工技术也给材料加工业带来了巨大的变革。总之，激光在材料加工领域的应用将会带来一场加工业的革命。然而，我们看到激光加工技术的应用的同时也要看到其未来的发展趋势。

由于激光其性能特征，其未来的有激光手术、激光武器、和激光能源等。取其一而说之：

激光能源：

激光可應用于核能發電上。世界上現在建成的核發電站使用的核燃料是鈾，使用氚核燃料的研究尚未成功。從研究所得，氚核燃料比鈾核燃料更加 耐燒，1公斤氚核燃料燃燒產生的能量比鈾核燃料高3倍多。更有吸引力的是氚核燃料在地球上的貯量大。1公斤海水中含有0.03克氚，地球上的海洋中就裝有1021 公斤海水;或者說，地球的海洋中就貯藏有1017 公斤氚，把它開發出來做燃料，就相當于給我們提供了10萬億億(1017)噸煤，足夠人類用上幾億年，既然氚核燃料這么好.為甚么現在還不用? 問題就在于把它點火燃燒不是一件容易做到的事。劃一根火柴燃燒的溫度就可以把紙片，汽油點著火，要讓這種核燃料著火，則需要億度的高溫。激光是目前較有可能達到這個點火溫度的技術。

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环顾激光加工技术的应用及其发展趋势而言，激光加工技术无疑是现代加工技术的前沿技术，在工业生产加工方面将引入一个超精密的阶段。

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