1、第1章 緒論1.1 先進制造技術(shù)的背景1.1.1 世界制造業(yè)及其格局的發(fā)展變化近年來，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，制造技術(shù)中的某些技術(shù)已經(jīng)不再適應高科技的快速發(fā)展，不能很好地融入信息化產(chǎn)業(yè)的大潮，缺乏市場競爭力，甚至還可能危及生態(tài)環(huán)境。許多人認為制造業(yè)已成為“夕陽產(chǎn)業(yè)”。制造技術(shù)中確有“ 夕陽技術(shù)”,這些技術(shù)同信息化大潮格格不入，同高科技發(fā)展不相適應，缺乏市場競爭力，甚至還可能危害生態(tài)環(huán)境。面臨劇烈的市場變化和技術(shù)競爭，許多工業(yè)國家迅速調(diào)整其技術(shù)政策，把提高市場競爭力和增強綜合國力作為科技政策的核心。例如，歷來重視產(chǎn)業(yè)技術(shù)的日本、澳大利亞和一些新興工業(yè)化國家。美、英等國過去一貫主張，產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展

2、主要靠市場競爭，由企業(yè)自由發(fā)展，政府不必介入。 1.1.2 先進制造技術(shù)為制造業(yè)注入活力隨著科技進步特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)對制造業(yè)進行了重新的認識和定位，先進制造技術(shù)為制造業(yè)注入新的活力，使制造業(yè)又重新生機勃勃。制造業(yè)絕不是“ 夕陽產(chǎn)業(yè)” 和“ 夕陽技術(shù)”，先進制造技術(shù)是高技術(shù)的載體，沒有哪個工業(yè)發(fā)達國家不予以高度關(guān)注，先進制造技術(shù)已經(jīng)成為全球制造業(yè)爭奪的市場焦點。先進制造技術(shù)為制造業(yè)注入新鮮血液，是發(fā)展制造業(yè)的基礎(chǔ)，它是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷地吸收機械、信息、電子、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的最新技術(shù)成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計、制造、 檢測、管理和售后服務的制造全過程，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)

3、、高效、低耗、清潔和敏捷制造，并取得理想經(jīng)濟效果的前沿制造技術(shù)的總稱。從本質(zhì)上看，信息技術(shù)傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展 自動化技術(shù)現(xiàn)代管理技術(shù)就是先進制造技術(shù)。1.2 國外先進制造技術(shù)的現(xiàn)狀近些年來，世界經(jīng)濟發(fā)展的嚴峻事實使美國政府意識到，制造業(yè)是美國工業(yè)的基礎(chǔ)，政府必須介入工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。20世紀80年代末期，美國根據(jù)本國制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇，為增強制造業(yè)競爭力和促進國民經(jīng)濟增長，采取了一系列措施，進行了大規(guī)模的21世紀制造業(yè)的戰(zhàn)略研究，并首先提出了先進制造技術(shù)的理念。其中，強調(diào)要促進先進制造技術(shù)的發(fā)展，成立各種層次的先進制造技術(shù)研究中心，并提出了一系列如并行工程、精益生產(chǎn)和敏捷制造等先進制造技術(shù)的

4、新理論，收效良好。緊接著，許多工業(yè)國家如日本、澳大利亞、西歐各國以及一些新興的工業(yè)化國家也都迅速調(diào)整其技術(shù)政策，開始重視研究和應用先進制造技術(shù)，將提高市場競爭力和增強綜合國力作為科技決策的核心。自從美國提出先進制造技術(shù)這一概念以來，很快在日本、西歐各國以及亞洲新興工業(yè)國家做出了響應，紛紛將先進制造技術(shù)列為國家的高新技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展項目，世界各國都已重視研究、應用先進制造技術(shù)。1.2.1 制造業(yè)在美國經(jīng)濟的重要性強大的制造基礎(chǔ)對國家的經(jīng)濟和軍事力量是至關(guān)重要的。一個國家只有生產(chǎn)得好,才能生活得好。如美國2100萬就業(yè)者(占總勞動力的17%)從事20%30%高報酬的工作;雇傭了75%的科學家和工程師

5、進行90%的非軍事性的Research and Development研制與開發(fā) ；每100份工作支持著60個以上的非制造業(yè)職位；GNP的1/5(超過1兆美元)為其它經(jīng)濟部門提供基本產(chǎn)品 。1.2.2 發(fā)達國家先進制造技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略工業(yè)發(fā)達國家都把先進制造技術(shù)作為國家級關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種,但制造業(yè)的基礎(chǔ)地位不能忽視。20世紀90年代以來，各發(fā)達國家,如美國、日本、歐共體、德國等都針對先進制造技術(shù)的研發(fā)提出了國家級發(fā)展計劃，旨在提高本國制造業(yè)的國際競爭能力。20世紀90年代初,美國政府提出“先進制技術(shù) ”計劃 ,將基于信息高速公路的敏捷制造作為美國21世紀的

6、制造戰(zhàn)略。1991 年美國里海大學(Lehigh University)提出“美國企業(yè)網(wǎng)”(FAN, Factory American Net )計劃,該計劃的目的是研究如何利用信息高速公路,把美國的制造企業(yè)聯(lián)系在一起。2008年1月,歐洲聯(lián)盟公布了“第五框架計劃(20082012)”,將虛擬網(wǎng)絡(luò)企業(yè)列入研究主題2012年,歐盟提出了“第六框架計劃 ”,選定了需要重點攻關(guān)的 7大領(lǐng)域 ,其中包括信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。歐盟第六框架計劃的目的是 ,通過各種方法刺激信息技術(shù)的快速發(fā)展,加強信息的產(chǎn)業(yè)化 ,使所有歐洲公民從以信息和網(wǎng)絡(luò)為主體的知識社會和發(fā)展中獲益。2012年,美國洛克希德-馬丁公司提出了F-

7、22 飛機研制的虛擬工廠概念 , 打通了從設(shè)計、生產(chǎn)到管理的全數(shù)字化信息流。總之,工業(yè)化國家大都把先進制造技術(shù)作為本國的科技優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和高技術(shù)的實施重點；發(fā)展中國家也十分重視制造業(yè)信息化,都把信息技術(shù)作為改造傳統(tǒng)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要戰(zhàn)略；新興工業(yè)化國家希望通過加快制造業(yè)信息化,躋身世界先進行列,眾多發(fā)展中國家也希望以信息化推進工業(yè)化,以縮小與先進國家的差距 。1.3 我國先進制造技術(shù)的現(xiàn)狀先進制造技術(shù)是制造技術(shù)的最新發(fā)展階段，是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展起來的，既保持了過去制造技術(shù)中的有效要素，又要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，并滲透到產(chǎn)品生產(chǎn)的所有領(lǐng)域及其全部過程。先進制造技術(shù)的應用特別注意產(chǎn)生

8、最好的實際效果，其目標是為了提高企業(yè)競爭和促進國家經(jīng)濟和綜合實力的增長。目的是要提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。在20世紀 70年代以前，產(chǎn)品的技術(shù)相對比較簡單，一個新產(chǎn)品上市，很快就會有相同功能的產(chǎn)品跟著上市。因此，市場競爭的核心是如何提高生產(chǎn)率。到了20世紀80年代以后，制造業(yè)要贏得市場競爭的主要矛盾已經(jīng)從提高勞動生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r間為核心的時間、成本和質(zhì)量的三要素的矛盾。先進制造技術(shù)把這三個矛盾有機結(jié)合起來，使三者達到了統(tǒng)一。1.3.1 我國先進制造技術(shù)的特點先進制造技術(shù)是制造技術(shù)加信息技術(shù)和管理科學,再加上有關(guān)的科學技術(shù)交融而形成的制造技術(shù)。它不局限于制造工藝,而是覆蓋了市場分析、產(chǎn)

9、品設(shè)計、加工和裝配、銷售、維修、服務,以及回收再生的全過程。其具有如下特點：（1）全球化。21世紀是國際化的大市場，世界各國市場競相向國外開放，促成制造業(yè)競爭的國際化，主要反映在使制造業(yè)的資源配置由一國范圍擴大到世界范圍，致使制造業(yè)在全球范圍重新分布、組合和洗牌。（2）多樣化。由于每個用戶群的看法和觀點不同，其提出的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形狀也不盡相同，中小批量的產(chǎn)品越來越多，產(chǎn)品的多樣化特征也越來越明顯。（3）虛擬化。虛擬制造是指利用計算機模擬與仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、并行工程以CAD/CAPP/CAM/CAE等多種技術(shù)，模擬現(xiàn)實制造環(huán)境或現(xiàn)實制造過程,呈現(xiàn)現(xiàn)實制造系統(tǒng)的運行狀態(tài)或者現(xiàn)實產(chǎn)品性能的一種制

10、造技術(shù)。（4）生產(chǎn)過程的高速化和柔性化。由于產(chǎn)品設(shè)計和制造周期的不斷縮短，顧客要求的交貨期也相應的越來越短；因此，高速生產(chǎn)技術(shù)得到了普遍應用，即要求實現(xiàn)生產(chǎn)過程的高速化。（5）集群化。為了提高自身抵抗風險的能力，各個小型制造企業(yè)開始紛紛聯(lián)合組成集團公司，制造企業(yè)呈現(xiàn)越來越多的集中和并購，制造業(yè)的市場集中度也得到了進一步提高。（6）服務化。隨著當前綠色制造和循環(huán)制造概念的提出，制造業(yè)應不僅考慮產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)，還應考慮從市場調(diào)研開始到售后服務，再到產(chǎn)品報廢回收，以及循環(huán)使用的產(chǎn)品整個生命周期或多個生命周期。1.3.2 我國的先進制造技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家對比（1）管理方面：工業(yè)發(fā)達國家廣泛采用計算機

11、管理，重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展，推出了準時生產(chǎn)（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生產(chǎn)（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部采用了計算機輔助管理，多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管理階段。 （2）設(shè)計方面：工業(yè)發(fā)達國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和準則，采用新的設(shè)計方法，廣泛采用計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD/CAM），大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)計和生產(chǎn)。我國采用CAD/CAM技術(shù)的比例較低。（3）制造工藝方面：工業(yè)發(fā)達國家較廣泛的采用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機械和微米/納米技術(shù)、激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)以及復合加工技術(shù)等新型加工方法。我國普及率不高

12、，尚在開發(fā)、掌握之中。（4）自動化技術(shù)方面：工業(yè)發(fā)達國家普遍采用數(shù)控機床、加工中心及柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS），實現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。1.3.3 我國對先進制造的重視隨著美國政府采取一系列措施進行大規(guī)模的21世紀制造業(yè)戰(zhàn)略的研究。我國政府和企業(yè)界投入巨資，組織大量專家進行研究和分析，得出的結(jié)論是振興中國經(jīng)濟的出路在于振興美國的制造業(yè)，經(jīng)濟競爭歸根到底是制造技術(shù)和制造能力的競爭。因而，我國提出要促進先進制造技術(shù)的發(fā)展，成立國家級、地區(qū)級、大學、企業(yè)等各種層

13、次的先進制造技術(shù)協(xié)調(diào)、推廣、應用研究中心。這些措施收到了良好的效果，使制造水平大幅度提高。通過先進制造技術(shù)，讓企業(yè)適應多變的市場需求我國制造業(yè)市場具有很大的潛力，使得我國的制造技術(shù)水平和工業(yè)發(fā)達國家的差距進一步縮小。1.4 先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢1.4.1 數(shù)字化制造技術(shù)數(shù)字化制造技術(shù)是支持信息化和知識化制造業(yè)的技術(shù)，是先進制造技術(shù)發(fā)展的核心， 包括以設(shè)計為中心、以控制為中心和以管理為中心的數(shù)字制造。應用數(shù)字化制造技術(shù)，將會使全球制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的產(chǎn)品異地設(shè)計與制造成為21世紀的重要制造模式，促使制造技術(shù)和制造產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的變革。對全球制造業(yè)而言，在數(shù)字制造環(huán)境下，用戶借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)布信息，各類企

14、業(yè)通過電子商務實現(xiàn)優(yōu)勢互補，形成動態(tài)聯(lián)盟，迅速協(xié)同設(shè)計并制造出相應的產(chǎn)品。1.4.2 精密化是發(fā)展的關(guān)鍵現(xiàn)代超精密機械對精度要求極高，如借助于掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡，加工精度可 達0.1；而基于操作機械的移動距離為納米級，移動精度可達0.1。顯然，沒有先進制造技術(shù)就沒有先進電子技術(shù)裝備。先進制造技術(shù)與先進信息技術(shù)是相互滲透、相互促進和緊密結(jié)合的，精密化是當前先進制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。1.4.3 網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的道路隨著網(wǎng)絡(luò)化的進一步普及，各種網(wǎng)上銷售和網(wǎng)上購物正在悄然進入人們的生活當中，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為先進制造技術(shù)發(fā)展的必由之路，這必將導致新的制造模式，即虛擬制造組織，形成動態(tài)的虛擬企業(yè)或

15、企業(yè)聯(lián)盟。此時，各企業(yè)致力于其核心業(yè)務，實現(xiàn)優(yōu)勢互補和資源優(yōu)化動態(tài)組合與共享，如美國的“日不落計劃”正是基于這一點。1.4.4 綠色化是發(fā)展的方向綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響因素和資源效率的現(xiàn)代化制造模式，當前日趨嚴格的環(huán)境與資源的約束使綠色制造業(yè)顯得越來越重要，綠色制造技術(shù)也將獲得快速的發(fā)展。其要求產(chǎn)品、制造、使用、維修及回收全部綠色化，主要體現(xiàn)在：）綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)；）綠色制造技術(shù)；）產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造。1.4.5 智能化是發(fā)展的前景以智能機器人和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，使制造系統(tǒng)具有自適應能力、自學習能力和自組織能力，能極大地提高系統(tǒng)的響應速度和決策水平。與傳統(tǒng)制造相

16、比，智能制造系統(tǒng)的突出之處在于制造諸環(huán)節(jié)中以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動；同時，收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發(fā)展人類專家的制造智能。在不久的將來，為應對大量復雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈的市場競爭，智能制造會越來越受到重視。1.4.6 集成化是發(fā)展的方法集成化主要指現(xiàn)代技術(shù)、加工技術(shù)和企業(yè)等的集成，其使專業(yè)和學科間的界 限逐漸淡化和消失。先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展，使得冷、熱加工之間，加工、檢測、物流和裝配過程之間，設(shè)計、材料應用和加工制造之間的界限也逐漸淡 化，逐步走向一體化。例如，CAD/CAPP和CAM的出

17、現(xiàn)、精密成形技術(shù)的發(fā)展、 快速原型件制造技術(shù)的產(chǎn)生、機器人加工工作站及FMS的出現(xiàn)。很多新材料的配制和成型是同時完成的，很難劃清材料應用與制造技術(shù)的界限。1.5 對我國先進制造技術(shù)的思考我國制造業(yè)市場的巨大潛力，為先進制造技術(shù)發(fā)展提供了廣闊的市場空間。但是與制造業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)相比，國內(nèi)的先進制造技術(shù)的研發(fā)與市場拓展還不均衡。縱觀國際制造業(yè)的競爭與發(fā)展，面對國際、國內(nèi)個制造業(yè)市場的日漸融合，如何立足國內(nèi)制造 業(yè)的市場需求，整合分散的科研與企業(yè)資源，盡快形成自身在先進制造產(chǎn)業(yè)競爭中的技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)是擺在我國制造業(yè)面前的迫在眉睫的課題。發(fā)展先進制造技術(shù)要結(jié)合國情，突出重點，在吸收世界各國經(jīng)驗的基礎(chǔ)

18、上，走一條具有自身特點的道路。（1）高度重視，全面規(guī)劃。對涉及面廣、技術(shù)難度大的技術(shù)，其研究及推廣應用需要投入大量的力、物力及資金。（2）加強人員培養(yǎng)和培訓工作。人是技術(shù)的主體，沒有高素質(zhì)的人才，再好的技術(shù)也會被束之高閣。（3）嚴格論證，科學管理。擬實施和上馬的項目必須根據(jù)企業(yè)總體規(guī)劃進行嚴格論證。論證時應吸收有關(guān)各方人員參與，集思廣益，使實施計劃更趨于完善。（4）發(fā)展我國先進制造技術(shù)的關(guān)鍵前沿技術(shù)。利用自身優(yōu)勢，大力發(fā)展一些關(guān)鍵前沿技術(shù)，比如新一代材料成型技術(shù)、快速原型制造、智能制造等。第2章 先進制造技術(shù)與新工業(yè)革命2.1 先進制造技術(shù)的概念、內(nèi)涵及主要內(nèi)容先進制造技術(shù)（advanced

19、manufacturing technology簡稱AMT）是美國在20世紀80年代末提出的概念，是作用于產(chǎn)品整個壽命周期的所有實用技術(shù)的總稱，主要是指在當今技術(shù)條件下能顯著提高企業(yè)的設(shè)計、加工、檢測、物料儲運、營銷和生產(chǎn)管理等方面能力的設(shè)備，計算機軟硬件和管理方法，其涉及制造技術(shù)的各個方面，包括工程設(shè)計、制造自動化、制造工藝技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)以及相關(guān)的支持環(huán)境和條件。先進制造技術(shù)在不同時代具有不同的含義， 當前各種新出現(xiàn)的、先進的機械加工技術(shù)（納米加工、激光切割、增材制制造等）、精益生產(chǎn)、并行工程、柔性制造、虛擬制造、敏捷制造和現(xiàn)代集成制造模式等，都屬于AMT的研究之列。圖1 先進制造技術(shù)的

20、內(nèi)涵、層次及技術(shù)構(gòu)成從制造系統(tǒng)的觀點看，AMT是一個三層次的技術(shù)群，如圖1所示：第一個層次（內(nèi)層）為基礎(chǔ)制造技術(shù)，主要指優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔的通用共性技術(shù)；第二層（中層）是新型制造單元技術(shù)，由制造技術(shù)與信息技術(shù)、新型材料加工技術(shù)、清潔能源、環(huán)境科學等結(jié)合而成，涉及多學科交叉、集成與融合，對應于先進制造技術(shù)中的主體技術(shù)和管理技術(shù)；第三層（外層）為先進制造模式系統(tǒng)（集成技術(shù)），是由先進制造單元技術(shù)和組織管理等融合而成的現(xiàn)代集成制造模式，強調(diào)技術(shù)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的協(xié)同與融合。2.2先進制造工藝技術(shù)（1）高效精密、超精密加工技術(shù)，包括精密、超精密磨削、車削，細微加工技術(shù)，納米加工技術(shù)。超高速切削。精密

21、加工一般指加工精度在100.1m（相當于IT5級精度和IT5級以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1m以下的加工方法，如金剛車、金剛鏜、研磨、珩磨、超精研、砂帶磨、鏡面磨削和冷壓加工等。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差為0.10.01m數(shù)量級，表面粗糙度Ra值為0.001m數(shù)量級的加工方法。此外，精密加工與特種加工 一般都是計算機控制的自動化加工。（2) 精密成型制造技術(shù)，包括高效、精密、潔凈鑄造、鍛造、沖壓、焊接及熱處理與表面處理技術(shù)。（3）現(xiàn)代特種加工技術(shù)，包括高能束流（主要是激光束、以及電子束、離子束等）加工，電解加工與電火花（成型與線切割）加工、超聲波加工、高壓水加工等。電火花加工(E

22、lectrical discharge machining(EDM)電火花加工 （electric spark machining )是指在一定介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電蝕作用對工件進行的加工。能對任何導電材料加工而不受被加工材料強度和硬度的限制。可分為電火花成型加工(EDM)和電火花線切割加工兩大類。一般都采用CNC控制。（4）快速成型制造（RPM).快速成形技術(shù)是在計算機控制下，基于離散堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成型與制造的技術(shù)。從成型角度看，零件可視為“點”或“面”的疊加而成。從CAD電子模型中離散得到點、面的幾何信息，再與成型工藝參數(shù)信息結(jié)合，控制材

23、料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。（5）柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認為凡是側(cè)重于柔性，適應于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前，按規(guī)模大小劃分為：柔性制造系統(tǒng)（FMS），柔性制造單元（FMC）,柔性制造線（FML），柔性制造工廠（FMF）。柔性主要包括：機器柔性。工藝柔性。產(chǎn)品柔性。維護柔性。生產(chǎn)能力柔性。擴展柔性。運行柔性。隨著批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開

24、發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。2.3 先進制造模式/系統(tǒng)圖2 制造模式的演變制造模式是制造業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、市場競爭力、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)速度以完成特定的生產(chǎn)任務而采取的一種有效的生產(chǎn)方式和一定的生產(chǎn)組織形式。先進制造模式是以計算機信息技術(shù)和智能技術(shù)為代表的高新技術(shù)為支撐技術(shù)，在先進制造思想的指導下，用扁平化、網(wǎng)絡(luò)化組織結(jié)構(gòu)方式組織制造活動，追求社會整體效益、顧客體驗和企業(yè)盈利，是最優(yōu)化的柔性、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。如圖2所示， 按照制造技術(shù)的發(fā)展水平、生產(chǎn)組織方式和管理理念，將制造模式的發(fā)展歷程歸納為手工作坊式生產(chǎn)、機器生產(chǎn)、批量生產(chǎn)、低成本大批量生產(chǎn)、高質(zhì)量生產(chǎn)、 網(wǎng)絡(luò)化

25、制造、面向服務的制造、智能制造個階段。圖3 先進制造生產(chǎn)模式關(guān)系20世紀90年代，隨著先進制造理念、先進生產(chǎn)技術(shù)以及先進管理方式的不斷成熟與發(fā)展，各種新的制造理念、先進制造新模式得到了迅猛發(fā)展，理論界相繼出現(xiàn)了高質(zhì)量生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化制造、面向服務的制造、智能制造等一系列新概念， 各種先進制造模式之間的關(guān)系如圖3所示。制造技術(shù)的改進重點是規(guī)模化大批量生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率， 流水線式生產(chǎn)方式使得專業(yè)分工和標準化規(guī)模生產(chǎn)從技術(shù)方法上成為可能， 科學組織管理理念等又從組織、 結(jié)構(gòu)和方式上保障了流水線式生產(chǎn)的實現(xiàn)， 使得大規(guī)模制造成為可能。2.4 先進制造技術(shù)對產(chǎn)品生產(chǎn)活動的影響從生產(chǎn)流程來看，ATM與傳統(tǒng)制

26、造技術(shù)對制造過程的影響如圖4所示。傳統(tǒng)制造是利用制造資源將原材料轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的過程，僅為生產(chǎn)過程的一部分，一般包括產(chǎn)品的加工和裝配兩大內(nèi)容，制造商自行生產(chǎn)或者從供應商購買零件，將其組裝成產(chǎn)品并檢驗以符合要求。制造過程中輸入的是原材料、能量、信息、人力資源等，輸出的是符合要求的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)設(shè)計、制造與銷售各部分之間信息的傳遞與反饋不暢，各部門按功能分解任務，容易只考慮本部門的利益， 對系統(tǒng)的優(yōu)化考慮較少，造成設(shè)計與制造部門間難以協(xié)調(diào)、矛盾突出。ATM主要從材料設(shè)計、制造流程改造、產(chǎn)品服務融合的集成解決方案和循環(huán)利用四個方面拓展傳統(tǒng)制造技術(shù)。圖5 先進制造技術(shù)對制造業(yè)的影響圖4 先進制造（右

27、）與傳統(tǒng)制造（左）流程的比較從基礎(chǔ)制造技術(shù)、新型制造單元技術(shù)和現(xiàn)代先進集成制造技術(shù)對制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。基礎(chǔ)制造技術(shù)通過改進、整合形成新型制造單元技術(shù)，進而影響整個制造過程。具體來講，新型制造單元技術(shù)（圖1中第二層）對傳統(tǒng)制造流程的改造如圖5所示，增材精準制造用于對加工階段的改造；機器人自動化技術(shù)用于組裝和生產(chǎn)流程的自動化；先進電子技術(shù)用于產(chǎn)品和服務的融合以及加工過程的控制；供應鏈設(shè)計以整體效益最優(yōu)化為目標，以系統(tǒng)化的觀點綜合考慮人、技術(shù)、管理、設(shè)備、物料、信息等系統(tǒng)構(gòu)成要素的優(yōu)化組合，在滿足產(chǎn)品或服務供給要求的同時，達到成本最低；清潔生產(chǎn)技術(shù)主要用于材料的循環(huán)利用、 回收等環(huán)節(jié)；分子

28、生物學和生物制造用于材料設(shè)計及制造流程的改進；納米材料技術(shù)用于合成與加工功能梯度材料、復合材料等；物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)用于對產(chǎn)品全生命周期制造過程進行全方位跟蹤、分析、優(yōu)化和控制，實現(xiàn)多維度、 透明化的泛在感知，確保制造過程的高效、敏捷、可持續(xù)和智能化。2.5 新工業(yè)革命工業(yè)革命是生產(chǎn)技術(shù)的變革，同時也是一場深刻的社會關(guān)系變革。新科技群的協(xié)同效應和深度融合將導致生產(chǎn)組織方式和制造模式發(fā)生重大變化，從而引發(fā)新的工業(yè)革命。目前正在出現(xiàn)一種新工業(yè)革命，但仍是一個十分模糊的概念，不同研究者對新工業(yè)革命的概念有各自的理解，主要有種不同的觀點：圖6 里夫金提出的新工業(yè)革命的五個支柱（1）杰里米·

29、;里夫金認為，歷史上重要的工業(yè)革命都是在新通訊方式和新能源結(jié)合之際產(chǎn)生的，當前正由互聯(lián)網(wǎng)和新能源結(jié)合引發(fā)新的經(jīng)濟和社會變革，即包括五大支柱的新工業(yè)革命，如圖6所示，其中：能源轉(zhuǎn)型，向可再生能源轉(zhuǎn)型，利用風和陽光等，不再消耗石化產(chǎn)品；分散式生產(chǎn)，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)大大減小了時間、空間對人們的經(jīng)濟活動交的制約，基于知識的共享、創(chuàng)新和發(fā)展的扁平式、分散化、合作性的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)更加符合 現(xiàn)代商業(yè)的需求；存儲，充分利用社會基礎(chǔ)設(shè)施存儲間式可再生能源；構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)，通過一種網(wǎng)格式的智能分布式電力系統(tǒng)和他人共享；交通工具轉(zhuǎn)變，將汽車、卡車、火車等運輸工具轉(zhuǎn)

30、向插電式或者燃料電池等以可再生能源為動力的交通工具，電動車需要的電可在充電站購買。（2）克里斯·安德森認為，新型材料的應用和增材制造技術(shù)等數(shù)字化制造方式將引發(fā)新工業(yè)革命，采用新型材料、打印技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同制造服務等智能化與數(shù)字化制造方法，能夠迅速和精準地將計算機中的虛擬設(shè)計模型轉(zhuǎn)化為真實物體，甚至直接打印出零件或模具，基于網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字化設(shè)計及制造的創(chuàng)新提供給網(wǎng)絡(luò)用戶以創(chuàng)造真實物體的能力，將制造延伸至范圍更廣的生產(chǎn)人群中，這些制造過程蘊藏著由普通人完成的無限可能，眾多個人制造聯(lián)合推動全面創(chuàng)造，將直接加快向新型工業(yè)化趨勢發(fā)展的步伐，從而引領(lǐng)新工業(yè)革命。（3）英國彼得·馬什

31、在新工業(yè)革命：消費者、全球化以及大規(guī)模生產(chǎn)的終結(jié)一書中，將工業(yè)革命劃分為五次，如表所示，而將始于2005年的第五次工業(yè)革命稱為新工業(yè)革命。表1 馬什的工業(yè)革命劃分（4）保羅·麥基利的三次革命說認為，以制造業(yè)數(shù)字化為核心的第三次工業(yè)革命（新工業(yè)革命）即將到來，互聯(lián)網(wǎng)、智能軟件、新能源、新材料、機器人、新的制造方法和以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的商業(yè)服務模式將使技術(shù)要素和市場配置要素發(fā)生革命性變革，產(chǎn)生改變社會發(fā)展歷程的巨大能量。而制造業(yè)的數(shù)字化進程正從智能計算機軟件、新材料、更靈巧的機器人、基于網(wǎng)絡(luò)的制造業(yè)服務化、新的制造方法個方面向前推進。（5）德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會上，正式

32、推出了工4.0第四次工業(yè)革命項目，目的是支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。工業(yè)4.0強調(diào)在工業(yè)生產(chǎn)過程中，以信息物理融合系統(tǒng)為核心，將眾多智能體聚集在信息平臺上，形成一種高度協(xié)同的互聯(lián)互通關(guān)系，從而構(gòu)建智能化的新型生產(chǎn)模式與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。工業(yè)4.0正引領(lǐng)新一輪的工業(yè)革命，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域、商業(yè)模式和合作形式，將導致工業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和社會結(jié)構(gòu)從垂直向扁平轉(zhuǎn)變，從集中向分散轉(zhuǎn)變。新工業(yè)革命是基于新能源、智能制造、數(shù)字化制造、機器人技術(shù)、新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進技術(shù)綜合系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新及突破性的發(fā)展，融合信息、計算機、數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新變革，使工業(yè)生產(chǎn)方式與制造模

33、式發(fā)生巨大變化， 從而使交易方式與人們的生活方式發(fā)生重大變化。傳統(tǒng)的自上而下、集中規(guī)模化的生產(chǎn)模式將逐步被新工業(yè)革命的分散、扁平和協(xié)作的模式取代，定制化、個性化、智能化、分散化和合作化是新工業(yè)革命的主要特征。2.6先進制造技術(shù)與新工業(yè)革命之間關(guān)系圖7 制造技術(shù)/模式與工業(yè)革命的演變從主導技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的角度來看，以生產(chǎn)方式變革為主線的ATM的群體 涌現(xiàn)、協(xié)同融合將導致新的工業(yè)革命，各種技術(shù)之間產(chǎn)生的耦合效應推動了工業(yè)革命的進程。新工業(yè)革命不是依賴單一學科或某幾類技術(shù)，而應該是全方位的多學科、多技術(shù)層次、寬領(lǐng)域的協(xié)同效應和深度融合。人類制造模式的演變從原始手工生產(chǎn)模式到現(xiàn)代先進制造模式的演變過程

34、中， 經(jīng)歷了次大的革命性變革。圖7所示為由市場變化與技術(shù)發(fā)展推動的先進制造模式的變革。圖中：第一次工業(yè)革命中，由于蒸汽機、電氣技術(shù)、內(nèi)燃機的發(fā)明與改進，機器取代手工成為主導生產(chǎn)方式，制造業(yè)進入機械化制造時代，成為近代工業(yè)化大生產(chǎn)時代的開端。第二次工業(yè)革命中，大規(guī)模制造成為主導生產(chǎn)方式，20世紀20年代，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，以流水線為典型代表的大規(guī)模制造模式 在組織結(jié)構(gòu)上追求縱向一體化與大規(guī)模，內(nèi)部分工仔細，專業(yè)化程度高，簡單熟練的操作提高了生產(chǎn)效率，使制造成本隨規(guī)模遞減，同時質(zhì)量的穩(wěn)定性也得到提高，制造模式進入批量大規(guī)模制造階段。新工業(yè)革命是現(xiàn)代先進制造模式集成協(xié)同創(chuàng)新的結(jié)果，進入2

35、0世紀90年代后期，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、智能控制技術(shù)研究的深入和以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)濟時代的到來，制造業(yè)的市場環(huán)境與技術(shù)變革發(fā)生了根本性的改變。大規(guī)模制造系統(tǒng)的剛性與市場的個性化需求以及環(huán)境快速變化所要求的響應速度之間的矛盾日益尖銳，正是在此背景下，各種新制造模式研究探索與試驗如雨后春筍般迅速興起，現(xiàn)ATM融合自然科學和社會科學的最新進 展，以綠色、低碳、可持續(xù)為發(fā)展理念，帶來了產(chǎn)業(yè)組織模式的轉(zhuǎn)變，對轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式、政府管理模式和社會組織形態(tài)都有巨大的推動作用，使全球技術(shù)要素和市場要素配置方式發(fā)生了革命性變化。ATM的發(fā)展將在新工業(yè)革命中發(fā)揮 重要作用。如前所述，工業(yè)革命的實質(zhì)是制造業(yè)生產(chǎn)方式與制

36、造模式發(fā)生重大變化，它必然也是始于制造技術(shù)突破性的發(fā)展。ATM是制造業(yè)產(chǎn)生變革的根本力量， 新一代信息技術(shù)（云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、務聯(lián)網(wǎng)、云平臺等）、新能源（再生能源、清潔能源等）、新材料（復合材料、納米材料等）技術(shù)等將為新工業(yè)革命創(chuàng)造強大的新基礎(chǔ)設(shè)施；分散式制造（網(wǎng)絡(luò)化制造、制造物聯(lián)、云制造、智能制造）、眾包生產(chǎn)、集群效應、利基思維等使生產(chǎn)方式產(chǎn)生變革，將整個工業(yè)生產(chǎn)體系提升到一個新的水平，工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟體系和社會結(jié)構(gòu)將從垂直轉(zhuǎn)向扁平、 從集中轉(zhuǎn)向分散； 以智能制造為代表的新一代先進制造模式， 必將使商業(yè)模式、 管理模式、服務模式、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和人才資源需求發(fā)生巨大變化，給工業(yè)領(lǐng)域、 生產(chǎn)

37、價值鏈、業(yè)務模式乃至生活方式帶來根本性變革，進而推進和實現(xiàn)新的工業(yè)革命。制造模式的演進與新工業(yè)革命的出現(xiàn)由市場發(fā)展、 社會變革、 技術(shù)突破、 管理創(chuàng)新多種動因的綜合作用決定。對新工業(yè)革命的內(nèi)涵的理解必須通過與社會科學（如經(jīng)濟學和管理學）等跨學科的對話和交流，適當突破自然科學和工程技術(shù)學科的理論范疇。工業(yè)發(fā)展歷程表明，新的生產(chǎn)模式的出現(xiàn)均為與特定的社會制度、組織結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟因素等相互作用的產(chǎn)物,而新的制造模式又會對既有社會制度和管理方式提出新的要求，從而推進企業(yè)管理模式、社會制度環(huán)境的變革。綜上所述，在市場、技術(shù)、社會經(jīng)濟環(huán)境變化與全球一體化趨勢的推動下，制造業(yè)正在經(jīng)歷著一場革命，一場以實施先進制

38、造技術(shù)和經(jīng)營方式徹底變革為主要 內(nèi)容的先進制造模式的革命，涉及制造理念、制造戰(zhàn)略、制造技術(shù)、制造組織與管理各個領(lǐng)域的全面變革。第3章 航空發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)近年來，為適應國家安全和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，各種型號的預警機、殲擊機、直升機、大客大運等新型飛機不斷飛上藍天，但他們絕大多數(shù)依然缺乏一顆強勁的“中國心”。中國制造的 ARJ21 客機安裝著美國的CF34-10A發(fā)動機，中國制造的C919大型客機，將配裝美、法研制的LEAP-X1C 發(fā)動機，我們必須盡快翻過這一頁。可以相信，隨著中國制造 2025的全面布局，航空發(fā)動機重大工程的開展，通過航空發(fā)動機人的不懈努力，逐步解決航空發(fā)動機制造的關(guān)鍵技術(shù)、

39、基礎(chǔ)技術(shù)和熱點技術(shù).從關(guān)鍵技術(shù)、熱點技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)3個層面介紹航空發(fā)動機關(guān)鍵制造技術(shù)，制造關(guān)鍵技術(shù)是研制先進航空發(fā)動機必須具有的技術(shù)；制造熱點技術(shù)是提高發(fā)動機制造效率和制造品質(zhì)必須開展研究的技術(shù)；制造基礎(chǔ)技術(shù)是發(fā)動機研制和批量生產(chǎn)應逐步積累和發(fā)展的技術(shù)，代表發(fā)動機制造技術(shù)水平和生產(chǎn)能力的軟實力。3.1 航空發(fā)動機制造基礎(chǔ)技術(shù)（1）精密制坯技術(shù)。精密制坯技術(shù)包括精密鍛造制坯、精密鑄造制坯和3D 打印技術(shù)制坯，它是為現(xiàn)代航空發(fā)動機制造提供“糧食”的技術(shù)。（2）高效高質(zhì)量焊接技術(shù)。構(gòu)件整體化是新型航空發(fā)動機零件結(jié)構(gòu)發(fā)展變化的趨勢，高效焊接技術(shù)是實現(xiàn)構(gòu)件整體化的最有效方法之一。擴散連接焊、線性摩擦焊、

40、電子束焊等焊接工藝是實現(xiàn)航空發(fā)動機構(gòu)件整體化制造的3大關(guān)鍵技術(shù)。（3）刀具、機床、 構(gòu)件一體化技術(shù)。航空發(fā)動機上幾乎所有的零件都需要機械加工，機械加工離不了刀具和機床。現(xiàn)代航空發(fā)動機制造技術(shù)，使刀具技術(shù)和機床功能等得到了高速發(fā)展。（4）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和應用技術(shù)。國外航空發(fā)動機設(shè)計、試驗和制造大量采用仿真技術(shù)進行模擬相關(guān)零件、構(gòu)件或發(fā)動機整機的特性，模擬鍛件的變形、 鑄件的凝固、焊接件的連接、零件加工中材料的切削過程等。（5）加工廢料回收和再利用技術(shù)。高性能航空發(fā)動機需要使用高強度、耐高溫材料，靠近燃燒室的壓氣機和渦輪部件大量使用鎳基和鈷基超耐熱合金，風扇和壓氣機葉片、機匣、 盤大量采用鈦合金

41、、高溫合金材料。3.2 單晶渦輪葉片制造技術(shù)現(xiàn)代航空發(fā)動機渦輪前溫度大大提升，F(xiàn)119發(fā)動機渦輪前溫度高達 19002050K，傳統(tǒng)工藝鑄造的渦輪葉片根本無法承受如此高的溫度，甚至會被熔化， 無法有效地工作。單晶渦輪葉片成功解決了推重比10一級發(fā)動機渦輪葉片耐高溫的問題，單晶渦輪葉片優(yōu)異的耐高溫性能主要取決于整個葉片只有一個晶體，從而消除了等軸晶和定向結(jié)晶葉片多晶體結(jié)構(gòu)造成晶界間在高溫性能方面的缺陷。單晶渦輪葉片是目前航空發(fā)動機所有零件中制造工序最多、周期最長、合格率最低、國外封鎖和壟斷最為嚴格的發(fā)動機零件。制造單晶渦輪葉片的工序包括壓芯、修芯、型芯燒結(jié)、型芯檢驗、型芯與外型模具的匹配、蠟模壓

42、注、蠟模 X 光檢驗、蠟模壁厚檢測、蠟模修整、蠟模組合、引晶系統(tǒng)系統(tǒng)及澆冒口組合、 涂料撤砂、殼型干燥、殼型脫蠟、殼型焙燒、葉片澆注、單晶凝固、清殼吹砂、 初檢、熒光檢查、脫芯、打磨、弦寬測量、葉片X光檢查、X光底片檢查、型面檢查、精修葉片、葉片壁厚檢測、終檢等制造環(huán)節(jié)。除此之外，還必須完成渦輪葉片精鑄模具設(shè)計和制造工作。單晶渦輪葉片， 目前世界上只有美國、 俄羅斯、 英國、法國、中國等少數(shù)幾個國家能夠制造。近年來，國內(nèi)在單晶渦輪葉片制造中也取得了較大的進步，研制了推重比10一級發(fā)動機單晶渦輪葉片并批量生產(chǎn)了高功重比渦軸發(fā)動機單晶渦輪葉片。3.3 整體葉盤高效高精度低成本加工技術(shù)整體葉盤技術(shù)的

43、應用推動了航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新和制造工藝的跨越， 實現(xiàn)了發(fā)動機減重和增效的目的，提高了發(fā)動機工作的可靠性。同時，葉片的薄厚度、大彎扭高效率氣動設(shè)計，形成了葉片剛性差，加工易變形難控制的問題；葉片間窄而深的氣流通道，使葉盤加工工藝實現(xiàn)性差；鈦合金、高溫合金等高強材料，難切削加工，效率低。美英20世紀80年代的新型發(fā)動機開始應用整體葉盤技術(shù)，我國整體葉盤技術(shù)起步于1996年前后。整體葉盤技術(shù)的應用推動了發(fā)動機零件結(jié)構(gòu)整體化技術(shù)的發(fā)展，帶鼓筒葉盤、帶軸葉盤、盤片鼓筒軸組合葉盤、 帶箍閉式葉盤、整流器靜子環(huán)葉盤和兩級或多級葉盤組合的串列式整體葉盤結(jié)構(gòu)在新型航空發(fā)動機研制中陸續(xù)得到應用；整體葉盤的功

44、能結(jié)構(gòu)在軸流葉盤、離心葉輪的基礎(chǔ)上，發(fā)展了大小葉片結(jié)構(gòu)葉盤、斜流轉(zhuǎn)子葉盤。自整體葉盤在高性能航空發(fā)動機上應用以來，整體葉盤制造技術(shù)一直在發(fā)展和提升，目前整體葉盤加工的工藝方法主要有以下 5 種：失蠟精密鑄造整體葉盤、電子束焊接整體葉盤、 電化學加工整體葉盤、線性摩擦焊整體葉盤和五坐標數(shù)控機床加工整體葉盤等工藝方法。五坐標數(shù)控機床加工整體葉盤工藝方法是國內(nèi)航空發(fā)動機整體葉盤制造中技術(shù)研究開展的最早、工程應用面最寬、技術(shù)成熟度較高的葉盤制造工藝方法。其中，插銑開槽加工工藝、對稱螺旋銑削葉型精銑加工工藝、葉片前后緣加工誤差補償技術(shù)和整體葉盤葉型自適應加工工藝技術(shù)是該技術(shù)發(fā)展和應用的關(guān)鍵 。國外 T7

45、00 發(fā)動機、BR715 發(fā)動機增壓級、EJ200 發(fā)動機的整體葉盤使用此加工方法加工制造，我國 CJ1000A、WS500 等航空發(fā)動機整體葉盤也是采用五坐標數(shù)控加工技術(shù)制造。圖8為我國制造的商用航空發(fā)動機高壓壓氣機第一級整體葉盤。圖8 商用航空發(fā)動機高壓壓氣機第一級整體葉盤3.4 空心葉片制造技術(shù)圖9 空心風扇葉片及內(nèi)部三角形結(jié)構(gòu)渦扇發(fā)動機的風扇遠離燃燒室，熱負荷低，但先進航空發(fā)動機對其氣動效能的要求和防外物打傷的能力在不斷提升。高性能航空發(fā)動機風扇均采用寬弦、 無凸肩、空心風扇葉片。羅·羅公司研制的三角形桁架結(jié)構(gòu)的空心風扇葉片是對原蜂窩夾芯葉片的改進，羅·羅公司稱其為

46、第二代空心風扇葉片，其工藝是采用超塑成形/擴散連接（SPF/DB）組合工藝方法，將3層鈦合金板制成寬弦空心風扇葉片，葉片空心部位呈三角形桁架結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)葉片已經(jīng)在波音777和A330飛機的“遄達”發(fā)動機上使用。我國三角形桁架結(jié)構(gòu)的空心風扇葉片制造技術(shù)也取得突破（圖9為空心風扇葉片及內(nèi)部三角形結(jié)構(gòu)），但要滿足工程化應用還需開展大量的強度、振動、疲勞試驗和工藝優(yōu)化研究工作。空心葉片的制造工藝流程為：首先需準備3塊鈦合金板并按上、中、下3層放置，中間一層為芯板，上下層分別為葉盆和葉背層板， 然后按照除油酸洗 3 塊鈦合金板、 中間層噴涂止焊劑、 鈦板焊接、入模加溫、氬氣凈化、擴散連接、超塑成型、隨爐

47、冷卻、表面化洗、 葉根及進排氣邊加工、葉片檢驗等工序2超塑成形/擴散連接（SPF/DB）成風扇空心葉片。3.5 高端軸承制造技術(shù)軸承是航空發(fā)動機的關(guān)鍵零部件之一，軸承在以每分鐘上萬轉(zhuǎn)高速長時間運轉(zhuǎn)的同時，還要承受發(fā)動機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的巨大離心力和各種形式的擠壓應力、摩擦與超高溫作用。軸承的質(zhì)量和性能直接影響到發(fā)動機性能、壽命、可靠性和飛行安全。高端軸承的研制和生產(chǎn)與接觸力學、潤滑理論、摩擦學等學科交叉及疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎(chǔ)研究密切相關(guān)，同時還必須解決設(shè)計、材料、制造、制造裝備、檢測與試驗、油脂及潤滑等環(huán)節(jié)大量的技術(shù)難題。目前，高端軸承的研發(fā)、制造與銷售基本上被鐵姆肯、NSK、

48、SKF，F(xiàn)AG 等西方國家的軸承制造企業(yè)壟斷。我國航空發(fā)動機制造技術(shù)落后，國內(nèi)軸承制造企業(yè)的生產(chǎn)能力和研制水平， 在短期根本無法提供適合先進航空發(fā)動機使用的高端軸承。軸承已成為我國航空發(fā)動機研發(fā)中難以翻越的“珠穆朗瑪峰”，極大制約了我國高性能航空發(fā)動機的發(fā)展。3.6 粉末渦輪盤制造技術(shù)航空發(fā)動機渦輪盤承受著高溫和高應力的疊加作用，工作條件苛刻，制備工藝復雜，技術(shù)難度大，成為我國發(fā)動機發(fā)展的難點之一。基于粉末高溫合金具有優(yōu)異的綜合力學性能和良好的冷熱工藝性能等優(yōu)點，國外高性能航空發(fā)動機上廣泛使用粉末渦輪盤。粉末渦輪盤的制造包括材料研制、母合金熔煉、粉末制備與處理、熱等靜壓、等溫鍛造、熱處理，以及

49、高精度檢測與評價等一系列關(guān)鍵制造技術(shù)，它承載著先進航空發(fā)動機制造不可或缺的關(guān)鍵制造技術(shù)。國外粉末渦輪盤研究的趨勢為在渦輪盤使用性能上從高強型渦輪盤向耐損傷型渦輪盤發(fā)展、制粉工藝向超純凈細粉方向發(fā)展，成型工藝在采用熱等靜壓成型工藝的同時，還發(fā)展擠壓成型工藝、等溫鍛成型工藝。國內(nèi)，北京航空材料研究院已研制了多種航空發(fā)動機粉末渦輪盤，解決了先進航空發(fā)動機粉末渦輪盤的關(guān)鍵制造技術(shù)難題， 但粉末渦輪盤工程化制造問題還未徹底解決。3.7 葉片進排氣邊（前后緣）加工技術(shù)及自適應加工技術(shù)航空發(fā)動機葉片進排氣邊的加工質(zhì)量是影響航空發(fā)動機氣動性能的關(guān)鍵因素之一。進排氣邊也是葉片缺陷易發(fā)部位和鈦合金缺陷敏感區(qū)，大量

50、的發(fā)動機失效事件都是葉片進排氣邊加工缺陷造成的。由于葉片進排氣邊是葉片最薄的部位， 又是葉片的邊沿部位，其剛性差、加工變形量大，加工的葉片進排氣邊常常出現(xiàn)方頭、尖頭等。發(fā)動機葉片批量產(chǎn)中，高效高質(zhì)量葉片進排氣邊加工的關(guān)鍵工藝問題仍未徹底解決。自適應加工技術(shù)分為3種形式，即刀位軌跡的自適應規(guī)劃、數(shù)控系統(tǒng)的自適應控制和與數(shù)字化檢測相結(jié)合的自適應加工。國內(nèi)自適應加工技術(shù)在航空發(fā)動機精鍛/輥軋葉片加工、 損傷葉片修復和線性摩擦焊接整體葉盤加工中等到成功應用，雖然自適應加工技術(shù)在理論和實踐上都取得了突破和發(fā)展，但是自適應加工技術(shù)的工程化應用仍是航空發(fā)動機制造研究的熱點技術(shù)。3.8 防鳥撞技術(shù)鳥撞事件頻發(fā)

51、，由此造成危害巨大成為航空發(fā)動機研制不可避開的問題， 國內(nèi)外均開展了廣泛的研究。2015年7月美國FAA發(fā)布了運輸類飛機鳥撞要求的通告，此要求的發(fā)布不僅對未來航空發(fā)動機的防鳥撞、防外物打傷提出了具體的要求和規(guī)定，同時又為發(fā)動機新材料新結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的開展指明了又一新的研究方向。3.9 復合材料制造及3D 打印技術(shù)復合材料技術(shù)已在高性能航空發(fā)動機上取得廣泛的應用，為研制LEAP發(fā)動機的需要，斯耐克瑪公司采用三維編制樹脂轉(zhuǎn)移模塑（RTM）工藝技術(shù)，加工制造了復合材料風扇機匣和復合材料風扇葉片，RTM技術(shù)制造的LEAP發(fā)動機零件，不但強度高，而且質(zhì)量只有相同結(jié)構(gòu)鈦合金部件質(zhì)量的一半。在研制F119發(fā)動

52、機過程中，普惠公司研制連續(xù) SiC 纖維增強鈦基復合材料寬弦風扇葉片。該類復合材料葉片具有剛度高、質(zhì)量輕、耐撞擊等性能，被稱為第三代寬弦風扇葉片。3D打印也稱增材制造，集成CAD、CAM、粉末冶金、激光加工等多項技術(shù)。利用3D打印技術(shù)，我們可以把“大腦”的思維變成三維實體，把電腦上的零件圖像打印成“真實”零件。3D打印技術(shù)使制造技術(shù)和加工理念發(fā)生了“革命性”的變化。澳大利亞莫納什大學，成功制造出世界上首個3D打印噴氣發(fā)動機。同時，還與波音公司、空客集團和賽峰集團合作，為波音等提供3D打印的發(fā)動機原型機，用于飛行測試。采用3D打印技術(shù)，發(fā)動機零部件的制造時間可以從3個月縮短至6天。利用3D打印技

53、術(shù)制造了發(fā)動機上非承力件、靜子件零件，但零件使用的力學性能正在積極地評估，同時，使用3D打印技術(shù)制造發(fā)動機轉(zhuǎn)子零件、承力件等也開展了廣泛的研究工作。第4章 超精密加工領(lǐng)域的研究超精密加工是獲得高形狀精度、表面精度和表面完整性的必要手段。隨著對產(chǎn)品質(zhì)量和多樣化的要求日益提高，對超精密加工提出更多、更高的要求。超精密加工技術(shù)已成為包含當代最新科技成果的一個復雜系統(tǒng)工程。從加工精度、加工質(zhì)量和加工效率角度對先進的具有代表性的超精密加工機床、超精密切削、超精密磨削和超精密拋光技術(shù)進行重點評述和比較。超精密加工目前包括 4 個領(lǐng)域： 超精密切削加工； 超精密磨削加工； 超精密拋光加工； 超精密特種加工(

54、如電子束、離子束加工)。圖10給出了目前各種典型超精密加工方法的加工精度范圍。圖10目前各種超精密加工方法的精度范圍超精密加工是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要支撐技術(shù)，是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造科學的重要發(fā)展方向。以超精密加工技術(shù)為支撐的高性能武器，對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的進程及結(jié)果發(fā)揮了決定性的作用。以超精密加工技術(shù)為支撐的三代半導體器件，為電子、信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。圖10 目前各種超精密加工方法的精度范圍4.1 超精密機床超精密機床是實現(xiàn)超精密加工的首要基礎(chǔ)條件。對于切削和磨削來說，要實現(xiàn)超精密加工就是要實現(xiàn)材料的超微量去除，除了要有極鋒利的刀具或微細磨具之外，機床的動態(tài)剛度和精度以

55、及微量進給系統(tǒng)非常重要。超精密機床技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成為一項綜合性的系統(tǒng)工程，其發(fā)展綜合利用了基礎(chǔ)理論(包括切削機理、懸浮理論等)、關(guān)鍵單元部件技術(shù)、相關(guān)功能器件技術(shù)、刀具技術(shù)、計量與測試分析技術(shù)、誤差處理技術(shù)、切削工藝技術(shù)、運動控制技術(shù)和可重構(gòu)技術(shù)、環(huán)境技術(shù)等。因此，技術(shù)高度集成已成為超精密機床的主要特點。目前超精密機床已達到了很高的水平。現(xiàn)在美國和日本均各有幾十家工廠和研究所生產(chǎn)超精密機床，英國、荷蘭、德國等也都有單位在研發(fā)超精密機床，也都達到了較高的水平。目前美國超精密機床的水平最高，不僅有不少工廠生產(chǎn)中小型超精密機床，而且由于國防和尖端技術(shù)的需要，研發(fā)了大型超精密機床，其代表是LL國家實

56、驗室于 19831984 年研制成功的 DTM-3 和LODTM 大型金剛石超精密車床，這兩臺機床是目前為止世界公認的最高水平的大型超精密機床。超精密機床發(fā)展過程中，國際上一些典型的、具有代表性的機床技術(shù)性能指標如表2所示。4.2 超精密切削技術(shù)超精密切削是特指采用金剛石等超硬材料作為刀具的切削加工技術(shù)， 其加工表面粗糙度 Ra 可達到幾十納米，包括超精密車削、鏜削、銑削及復合切削(超聲波振動車削加工技術(shù)等)。采用微量切削可以獲得光滑而加工變質(zhì)層較少的表面。最小切削厚度取決于金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑，切削刃鈍圓半徑越小，則最小切削厚度越小。因此，具有納米級刃口鋒利度的超精密切削刀具的設(shè)計與制

57、造表2 幾種典型的超精密機床技術(shù)性能指標是實現(xiàn)超精密切削的關(guān)鍵技術(shù)之一。超精密切削用刀具材料目前均采用天然單晶金剛石。國外金剛石刀具制造廠商主要有英國的康圖公司、日本的大阪鉆石工業(yè)株式會社。目前國外高精度圓弧刃金剛石刀具的刃磨水平最高已達到數(shù)納米。國內(nèi)尚不能制造高精度的圓弧刃金剛石刀具，切削刃鈍圓半徑只能達到0.10.3 µm，生產(chǎn)中使用的高精度圓弧刃刀具均依賴于進口，價格昂貴。金剛石刀尖切削刃鈍圓半徑從理論上可達到 3nm，但目前還無法直接測量。由于金剛石刀具在切削黑色金屬如鋼材時磨損嚴重，因此在黑色金屬的超精密切削加工中也可以采用高性能陶瓷刀具、TiN、CBN、金剛石涂層的硬質(zhì)合

58、金刀具以及 CBN 刀片，但由于其加工表面質(zhì)量不如天然金剛石好，僅用于表面質(zhì)量不十分嚴格的場合。未來的發(fā)展趨勢是采用金剛石刀具材料表面改性或復合切削技術(shù)(如低溫切削技術(shù)、超聲波振動切削技術(shù)等)來減小金剛石刀具在切削黑色金屬時的磨損。微小結(jié)構(gòu)表面切削加工是超精密切削的一個新的研究方向，目前德國和日本在該領(lǐng)域的研究處于國際領(lǐng)先水平。德國夫瑯和費生產(chǎn)技術(shù)學院用微小單晶金剛石刀具加工出表面特征結(jié)構(gòu)尺寸小100µm 的金字塔微棱鏡陣列和壁厚1.5 µm、高 200µm 的微薄壁結(jié)構(gòu)，采用快速伺服刀架還加工出具有微反光面陣列的集成鏡片。4.3超精密磨削技術(shù)超精密磨削是指以利用

59、細粒度或超細粒度的固結(jié)磨料砂輪以及高性能磨床實現(xiàn)材料高效率去除、加工精度達到或高于0.1µm，加工表面粗糙度Ra<0.025 µm 的加工方法，是超精密加工技術(shù)中能夠兼顧加工精度、表面質(zhì)量和加工效率的加工手段。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，在機械、電子、通信、空間、光學等尖端技術(shù)和國防工業(yè)領(lǐng)域中，硬脆材料高精度，高表面質(zhì)量的零件獲得了廣泛的應用，如單晶硅片、工程陶瓷、光學玻璃、光學晶體、藍寶石基片等，超精密磨削技術(shù)就是為適應這些材料的高精度高表面質(zhì)量的加工需要而發(fā)展起來的，硬脆材料超精密磨削可獲得高度的鏡面，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α５捎谀ハ魇敲鏍畹毒吲c工件的作用，因此，與單刃刀具相比，其產(chǎn)生的磨削阻力要大數(shù)倍乃至百倍。為了獲得高的磨削精度，必須要有高剛度的砂輪和磨床。對硬脆材料的磨削