2013年第二学习阶段 姓名：
中南大学网络教育课程考试 《先进制造技术》答卷
本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。签名____ __
题号 成绩 一 二 三 四 五 总分（百分制） 评阅人签字
一、为什么说先进制造技术是具有很强实用性的新技术？（15分）
答： 先进制造技术最重要的特点在于，它首先是一项面向工业应用，具有很强实用性的新技术。从先进制造技术的发展过程，从其应用于制造全过程的范围，特别是达到的目标与效果，无不反映这是一项应用于制造业，对制造业、对国民经济的发展可以起重大作用的实用技术。先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业（如汽车制造、电子工业）的需求而发展起来的先进、适用的制造技术，有明确的需求导向的特征；先进制造技术不是以追求技术的高新为目的，而是注重产生最好的实践效果，以提高效益为中心，以提高企业的竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。
二、FMS由哪几部分组成？各子系统的功能特征是什么？（15分）
答：FMS主要由如下几部分组成：
（1）加工系统：FMS 的基本制造单元，由CNC 机床、柔性制造单元（FMC）及工具等组成。 特征：1）工序集中 如选用多功能机床、加工中心等，以减少工位数和减轻物流负担，保证加
工质量。
2）控制功能强、扩展性好 如选用模块化结构，外部通信功能和内部管理功能强，有内装可编程序控制器，有用户宏程序的数控系统，以易于与上下料、检测等辅助装臵连接和增加各种辅助功能，方便系统调整与扩展，以及减轻通信网络和上级控制器的负载。
3）高刚度、高精度、高速度 选用切削功能强，加工质量稳定，生产效率高的机床。 4）使用经济性好 如导轨油可回收，断、排屑处理快速、彻底等，以延长刀具使用寿命。节省系统运行费用，保证系统能安全、稳定、长时间无人值守而自动运行。 5）操作性、可靠性、维修性好 机床的操作、保养与维修方便，使用寿命长。 6）自保护性、自维护性好 如设有切削力过载保护、功率过载保护、行程与工作区域限制等。导轨和各相对运动件等无须润滑或能自动加注润滑，有故障诊断和预警功能。 7）对环境的适应性与保护性好 对工作环境的温度、湿度、噪声、粉尘等要求不高，各种密封件性能可靠、无渗漏，冷却液不外溅，能及时排除烟雾、异味，噪声、振动小，能保护良好的生产环境。
8）其他 如技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调
（2）物流系统：包括自动化仓库、中央刀具库、无人运输小车、输送带及搬运机器人等。
特征：1）通用性 能适合一定范围内不同输送对象的要求，与物料存储装臵、缓冲站和加工设
备等的关联性好，物料交接的可控制性和匹配性（如形状、尺寸、重量和姿势等）好。
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2）变更性 能快速地、经济地变更运行轨迹，尽量增大系统的柔性。 3）扩展性 能方便地根据系统规模扩大输送范围和输送量。
4）灵活性 能接受系统的指令，根据实际加工情况完成不同路径、不同节拍、不同数量
的输送工作。
5）可靠性 平均无故障时间长。
6）安全性 定位精度高，定位速度快
（3）控制与管理系统：包含过程控制及过程监控两个子系统，进行加工系统及物流系统的自动控
制，以及在线状态数据自动采集和处理。 特征：（1）数据分配功能 向FMS内的各种设备发送数据，加工艺流程、工时标准、生产
调度计划、数控加工程序、设备控制程序、工件检验程序等。
（2）控制与协调功能 控制系统内各设备的运行并协调各设备间的各种活动，使物
料分配与输送能及时满足加工设备对被加工工件的需求，工件加工质量满足设计要求。
（3）决策与优化功能 根据当前生产任务和系统内的资源状况，决策生产方案，优
化资源分配，使各设备达到最佳使用状态，保证任务的按时、按质完成和以最少的投入获得最大的利润。
（4）操作支持功能 通过系统的人机交互界面，使操作者对系统进行操作、监视、
控制和数据输入，在系统发生故障后使系统具有通过人工介入而实现再启动和继续运行。
三、为什么说CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手段之一？（15分）
答：从70年代直至90年代初期，工业发达国家付出极大努力，将制造业的系统观点和CIM系统
的概念和技术加以发展，并付诸实践，以期获得CIM的潜在效益。然而，世界上只有少数几个公司在实施中取得示范性的潜在效益，大多数公司几乎失败了。人们逐渐认识到，制造企业缺乏足够的合格工程师，人们进一步发现，CIMS技术对于忽视人力资源要素造成的影响特别敏感。
ISO标准（TC184／SC5／WG1，1992年）提出：CIM是把人及其经营知识和能力与信息技术、制造技术综合应用，以提高制造企业的生产率和灵活性。由此，将一个企业所有的人员、功能、 信息和组织方面集成为一个整体。显然，ISO标准关于CIM的定义，将人及其能力与技术并重。
在90年代，人们基于这一新的认识，产生了制造系统运作的新观点，即培养并使用制造业的人的能力，进而开发的提供制造技术，以这样的方法来支持那些人的能力。这意味着放弃传统的做法，即先开发的提供制造技术，然后利用人的能力来支持技术。这也意味着CIM概念从以技术为中心转向以管理为中心。
人力资源要素在制造企业实施CIMS技术的成败起着关键作用，这一认识导致人们对初始的CIM系统概念的再思考，需要将主要在一个公司内进行技术运作的CIM系统概念，扩展到作为 集成制造企业的公司，不仅进行技术的运作，也进行管理运作，特别强调面向人力资源 的管理运作。
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四、什么是现代管理信息系统？它与传统的管理信息系统有什么差别？（20分）
答：从字面上看，现代管理信息系统采用的是现代的设计思想、技术和手段，实现或辅助
现代的管理；从内涵上看，现代管理信息系统是以Intranet（企业内部网）作为信息基础设施构架，以信息广泛共享（同构信息和异构信息）为目标，以数据仓库为数据组织和处理的形式，强调数据挖掘和多维数据分析，提供内（Intranet）外（Internet）部的信息撷取的方法和途径，追求管理信息系统与管理的融合。一般地，现代管理信息系统所依附的网络是纵横连接的，局域网（Local Area Network---LAN）部分是宽带的，其应用模式是一种高效的网络中心计算模式（Web模式或Web机制），系统具有良好的可伸缩性（Scalability）。而传统的管理信息系统是一种基于单机或局域网的封闭系统，数据组织单一，信息共享弱，数据挖掘缺乏方法和手段，数据源严重不足，系统可伸缩性差，难以适应变化的管理需求。
现代管理信息系统依附于现代信息基础设施（Information Infrastructure），其应用开发基于网络中心计算，实现现代管理思想，指导、影响或作用于现代管理行为。 现代管理信息系统依附于现代信息基础设施，其应用开发基于网络中心计算，实现现代管理思想，指导、影响或作用于现代管理行为。
五、模具是制造业必不可少的手段，但传统的模具制造方法耗时耗钱，查阅相关文献，撰写一篇主题为“快
速成形技术在模具快速制造中的应用”的短文，要求字数不少于500字。（35分）
答：近10年来，制造业市场环境发生了巨大的变化，迅速将产品推向市场已成为制造商把握市场
先机的重要保障。因此，产品的快速开发技术将成为赢得21世纪制造业市场的关键。 快速成形技术(以下简称RPM)是一种集计算机辅助设计、精密机械、数控激光技术和材料学为一体的新兴技术，它采用离散堆积原理，将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。由于RPM采用将三维形体转化为二维平面分层制造的原理，对物体构成复杂性不敏感，因此物体越复杂越能体现它的优越性。 以RPM为技术支撑的快速模具制造RT(Rapid Tooling)也正是为了缩短新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的、按客户意图定制的多品种、小批量产品而发展起来的新型制造技术。由于产品开发与制造技术的进步，以及不断追求新颖、奇特、多变的市场消费导向，使得产品(尤其是消费品)的寿命周期越来越短已成为不争的事实。例如，汽车、家电、计算机等产品，采用快速模具制造技术制模，制作周期为传统模具制造的1/3～1/10，生产成本仅为1/3～1/5。所以，工业发达国家已将RPM/RT作为缩短产品开发时间及模具制作周期的重要研究课题和制造业核心技术之一，我国也已开始了快速制造业的研究与开发应用工作。
二、基于RPM的快速模具制造方法
模具是制造业必不可少的手段，其中用得最多的有铸模、注塑模、冲压模和锻模等。传统制作模具的方法是：对木材或金属毛坯进行车、铣、刨、钻、磨、电蚀等加工，得到所需模具的形状和尺寸。这种方法既费时又费钱，特别是汽车、摩托车和家电所需的一些大型模具，往往造价数十万元以上，制作周期长达数月甚至一年。而基于RPM技术的RT直接或间接制作模具，使模具的制造时间大大缩短而成本却大大降低。
1. 用快速成形机直接制作模具
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由于一些快速成形机制作的工件有较好的机械强度和稳定性，因此快速成形件可直接用作模具。例如，KINERGY公司ZIPPY快速成形机的制件坚如硬木，可承受200℃高温，经表面处理(如喷涂清漆，高分子材料或金属)后可用作砂型铸造木模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模以及熔模铸造的压型。当用作砂形铸造的木模时，它可用来重复制作50～100件砂型。作为蜡模的成型模时，它可用来重复注射100件以上的蜡模。用SLS快速成形机能选择性地融合包裹热塑性粘结剂的金属粉，构成模具的半成品，烧结金属粉并在孔隙渗入第二种金属（铜）从而制作成金属模。 2.用快速成形件作母模，复制软模具(Soft tooling)
用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具，或先浇注硅橡胶、环氧树脂模(即蜡模的压型)，再浇注蜡模。其中，蜡模可用于熔模铸造，而硅橡胶模、环氧树脂模等可用作试制用注塑模或低熔点合金铸造模。 3.用快速成形件作母模，复制硬模具(Iron tooling)
用快速成形件作母模，或据其复制的软模具，可浇注(或涂覆)石膏、陶瓷、金属基合成材料、金属，构成硬模具(如各种铸造模、注塑模、蜡模的压型、拉伸模)，从而批量生产塑料件或金属件。这种模具有良好的机械加工性能，可进行局部切削加工，以便获得更高的精度，或镶入嵌块、冷却系统、浇注系统等。用金属基合成材料浇注成的蜡模的压型，其模具寿命可达1000～10000件。 4. 用快速成形系统制作电脉冲机床用电极
用快速成型件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石墨电极。
三、基于RPM的快速模具制造的应用
1. 利用硅橡胶模(Silicon Rubber Mold)制作佛头、线圈
硅橡胶有很好的弹性和复制性能，用它来复制模具可不考虑拔模斜度，基本不会影响尺寸精度，而且这种材料有很好的切割性能，用薄片就可容易地将其切开且切面间非常贴合，因此用它来复制模具时可以先不分上下模，整体浇注出软模后，再沿预定的分模面将其切开，取出母模，即可得到上下两个软模。
(1)试验用设备和材料
所用的设备：SPS-600激光快速成形机、HVC-1真空注型机和恒温箱。所用的材料：日产KE-1310ST透明硅橡胶、日产CAT-1310固化剂(浇注时，KE-1310ST与CAT-1310以100：10混合)和PX215真空注型硬制聚氨脂树脂(异氰酸脂，多元醇1∶1混合)。 (2)制模工艺路线
使用 UG、Solid Edge 等软件进行三维实体造型，以STL文件格式保存；将文件输入快速成形机作出制件原型，处理后作为硅橡胶母模；组合模框后将硅橡胶和固化剂的混合物浇注于框中，通过真空脱泡、固化后剖切取出母样即得硅胶模；最后在真空注型机中浇注塑料样件。
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