機械設計論文(中文).doc

摘 要 討論了機電一體化技術對于改變整個機械制造業(yè)面貌所起的重要作用，并說明其在鋼鐵工業(yè)中的應用以及發(fā)展趨勢。關鍵詞 機電一體化 技術 應用1 機電一體化技術發(fā)展機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關技術的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。1.1 數(shù)字化微控制器及其發(fā)展奠定了機電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎，如不斷發(fā)展的數(shù)控機床和機器人；而計算機網(wǎng)絡的迅速崛起，為數(shù)字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數(shù)字化要求機電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數(shù)字化的實現(xiàn)將便于遠程操作、診斷和修復。1.2 智能化即要求機電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機床上增加人機對話功能，設置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會給使用、操作和維護帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術的進步與發(fā)展，為機電一體化技術發(fā)展開辟了廣闊天地。1.3 模塊化由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標準機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項復雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機一體的動力驅(qū)動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。1.4 網(wǎng)絡化由于網(wǎng)絡的普及，基于網(wǎng)絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術使家用電器網(wǎng)絡化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產(chǎn)品無疑應朝網(wǎng)絡化方向發(fā)展。1.5 人性化機電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。1.6 微型化微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫(yī)用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。1.7 集成化集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結構的優(yōu)化與復合，又包含在生產(chǎn)過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動化與高效率，應使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運轉(zhuǎn)，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。1.8 帶源化是指機電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產(chǎn)品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。1.9 綠色化科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結束時，產(chǎn)品可分解和再生利用。2 機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中應用在鋼鐵企業(yè)中，機電一體化系統(tǒng)是以微處理機為核心，把微機、工控機、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業(yè)中主要應用于以下幾個方面：2.1 智能化控制技術(IC)由于鋼鐵工業(yè)具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點，傳統(tǒng)的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、控制、設備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼連鑄軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。2.2 分布式控制系統(tǒng)(CS)分布式控制系統(tǒng)采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現(xiàn)場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發(fā)展，分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制，而且還可以實現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實時調(diào)度、生產(chǎn)計劃統(tǒng)計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。CS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。CS是監(jiān)視集中控制分散，故障影響面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強，具有更高的安全性。是當前大型機電一體化系統(tǒng)的主要潮流。2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是目前計算機技術發(fā)展所引出的新的結構體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規(guī)程的共識和支持，按此標準設計的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡使各種控制設備、管理計算機互聯(lián)，實現(xiàn)控制與經(jīng)營、管理、決策的集成，通過現(xiàn)場總線使現(xiàn)場儀表與控制室的控制設備互聯(lián)，實現(xiàn)測量與控制一體化。2.4 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實現(xiàn)了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，及時交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀80年代已廣泛實現(xiàn)CIMS化。2.5 現(xiàn)場總線技術(BT)現(xiàn)場總線技術(ie Bus Technology)是連接設置在現(xiàn)場的儀表與設置在控制室內(nèi)的控制設備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場總線技術取代現(xiàn)行的信號傳輸技術(如420mA，C直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場儀表裝置與更高一級的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進行雙向傳送。通過現(xiàn)場總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場信號連接導線?，F(xiàn)場總線的引入導致CS的變革和新一代圍繞開放自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場總線化檢測儀表、現(xiàn)場總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場就地控制站等的發(fā)展。2.6 交流傳動技術傳動技術在鋼鐵工業(yè)中起作至關重要的作用。隨著電力電子技術和微電子技術的發(fā)展，交流調(diào)速技術的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動的優(yōu)越性，電氣傳動技術在不久的將來由交流傳動全面取代直流傳動，數(shù)字技術的發(fā)展，使復雜的矢量控制技術實用化得以實現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達到和超過直流調(diào)速水平?，F(xiàn)在無論大容量電機或中小容量電機都可以使用同步電機或異步電機實現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎，應用不斷擴大。參考文獻1 楊自厚 人工智能技術及其在鋼鐵工業(yè)中的應用冶金自動化，1994（5）2 唐立新.鋼鐵工業(yè)CIMS特點和體系結構的研究冶金自動化，1996（4） 3 唐懷斌 工業(yè)控制的進展與趨勢 自動化與儀器儀表，1996（4） 4 王俊普 智能控制M 合肥：中國科學技術大學出版社，1996 5 林行辛 鋼鐵工業(yè)自動化的進展與展望河北冶金，1998（1）6殷際英 光機電一體化實用技術北京：化學工業(yè)出版社，20037 芮延年 機電一體化系統(tǒng)設計 北京：機械工業(yè)出版社，2004制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%55%。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構成中，制造技術的作用一般占60%左右。專家認為，世界上各個國家經(jīng)濟的競爭，主要是制造技術的競爭。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。隨著經(jīng)濟技術的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進制造技術的研究。1 當前制造科學要解決的問題當前制造科學要解決的問題主要集中在以下幾方面：（1）制造系統(tǒng)是一個復雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應和快速重組的能力，必須借鑒信息科學、生命科學和社會科學等多學科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結構、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運行機制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結構和良好的運行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標。制造系統(tǒng)新的體系結構不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。 （2）為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術中產(chǎn)品開發(fā)和制造的關鍵問題。例如在計算機輔助設計與制造(CADCAM)集成、坐標測量(CMM)和機器人學等方面，在三維現(xiàn)實空間(3-Real Space)中，都存在大量的幾何算法設計和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理問題；在測量和機器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間(配置空間Configuration Space)的幾何計算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機器人多指抓取規(guī)劃、裝配運動規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw Space)進行幾何推理。制造過程中物理和力學現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進一步突破，當前一門新學科-計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。（3）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學發(fā)展的一個重點。由于制造系統(tǒng)信息組織和結構的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結構模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。（4）各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應用促進了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進化算法的計算智能工具，在包括調(diào)度問題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術領域中，受到越來越普遍的關注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設計、智能加工、機器人學、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。這些問題是當前產(chǎn)品創(chuàng)新的關鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學的重要基礎性問題。這些問題的重點突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎研究體系。2 現(xiàn)代機械工程的前沿科學不同科學之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學聚集，經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步對科學技術產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學。前沿科學也就是已解決的和未解決的科學問題之間的界域。前沿科學具有明顯的時域、領域和動態(tài)特性。工程前沿科學區(qū)別于一般基礎科學的重要特征是它涵蓋了工程實際中出現(xiàn)的關鍵科學技術問題。超聲電機、超高速切削、綠色設計與制造等領域，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關鍵是機械科學問題還不明朗。大型復雜機械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設計和產(chǎn)品創(chuàng)新設計、智能結構和系統(tǒng)、智能機器人及其動力學、納米摩擦學、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細加工關鍵工藝基礎、大型和超大型精密儀器裝備的設計和制造基礎、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯(lián)軸機床、微型機電系統(tǒng)等領域國內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關鍵科學技術問題有待解決。信息科學、納米科學、材料科學、生命科學、管理科學和制造科學將是改變21世紀的主流科學，由此產(chǎn)生的高新技術及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學、納米機械和納米制造科學、仿生機械和仿生制造學、制造管理科學和可重構制造系統(tǒng)等會是21世紀機械工程科學的重要前沿科學。21 制造科學與信息科學的交叉-制造信息科學機電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應用十分重要。信息化是制造科學技術走向全球化和現(xiàn)代化的重要標志。人們一方面對制造技術開始探索產(chǎn)品設計和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對制造技術本身加以改造，以使得其適應新的信息化制造環(huán)境。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達，以進一步達到實現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。 與制造有關的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領域有如下主要研究方向和內(nèi)容：(1) 制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應用，大量制造信息向知識和決策轉(zhuǎn)化。(2) 非符號信息的表達、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡環(huán)境下的設計和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學問題。這些內(nèi)容是制造科學和信息科學基礎融合的產(chǎn)物，構成了制造科學中的新分支-制造信息學。22 微機械及其制造技術研究微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。MEMS技術的目標是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)無法完成的任務。例如用尖端直徑為5m的微型鑷子可以夾起一個紅細胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機等。MEMS技術的發(fā)展開辟了技術全新的領域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。微機械是機械技術與電子技術在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學家提出微型機械的設想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60120m的硅微型靜電電動機，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結構并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機械技術有可能像20世紀的微電子技術那樣，在21世紀對世界科技、經(jīng)濟發(fā)展和國防建設產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機械的發(fā)展令人矚目。其特點如下：相當數(shù)量的微型元器件(微型結構、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實的和潛在的應用價值；多種微型制造技術的發(fā)展，特別是半導體微細加工等技術已成為微系統(tǒng)的支撐技術；微型機電系統(tǒng)的研究需要多學科交叉的研究隊伍，微型機電系統(tǒng)技術是在微電子工藝的基礎上發(fā)展的多學科交叉的前沿研究領域，涉及電子工程、機械工程、材料工程、物理學、化學以及生物醫(yī)學等多種工程技術和科學。目前對微觀條件下的機械系統(tǒng)的運動規(guī)律，微小構件的物理特性和載荷作用下的力學行為等尚缺乏充分的認識，還沒有形成基于一定理論基礎之上的微系統(tǒng)設計理論與方法，因此只能憑經(jīng)驗和試探的方法進行研究。微型機械系統(tǒng)研究中存在的關鍵科學問題有微系統(tǒng)的尺度效應、物理特性和生化特性等。微系統(tǒng)的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領域。23 材料制備零件制造一體化和加工新技術基礎材料是人類進步的里程碑，是制造業(yè)和高技術發(fā)展的基礎。每一種重要新材料的成功制備和應用，都會推進物質(zhì)文明，促進國家經(jīng)濟實力和軍事實力的增強。21世紀中，世界將由資源消耗型的工業(yè)經(jīng)濟向知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設計實現(xiàn)定量化、數(shù)字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實現(xiàn)二者一體化、集成化。材料和零件的數(shù)字化設計與擬實仿真優(yōu)化是實現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備制造及二者一體化、集成化制造的關鍵。一方面，通過計算機完成擬實仿真優(yōu)化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實驗性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，研究材料和零件的設計形式。進而結合傳統(tǒng)的去除材料式制造技術、增加材料式覆層技術等，研究多種材料組分的復合成形工藝技術。形成材料與零件的數(shù)字化制造理論、技術和方法，如快速成形技術采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統(tǒng)的去材法和變形法機械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復雜形狀又具有一定功能的三維實體模型或零件。 24 機械仿生制造21世紀將是生命科學的世紀，機械科學和生命科學的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結構)，開發(fā)出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設計、制造過程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領域。地球上的生物在漫長的進化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現(xiàn)象中學習組織與運行復雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長與自進化等功能結構和運行模式的一種制造系統(tǒng)與制造過程。如果說制造過程的機械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，仿生制造則可以說延伸了人類自身的組織結構和進化過程。仿生制造所涉及的科學問題是生物的自組織機制及其在制造系統(tǒng)中的應用問題。所謂自組織是指一個系統(tǒng)在其內(nèi)在機制的驅(qū)動下，在組織結構和運行模式上不斷自我完善、從而提高對于環(huán)境適應能力的過程。仿生制造的自組織機制為自下而上的產(chǎn)品并行設計、制造工藝規(guī)程的自動生成、生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎和實現(xiàn)條件。仿生制造屬于制造科學和生命科學的遠緣雜交，它將對21世紀的制造