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1 模具的歷史發(fā)展
David O.Kazmer.Injection mold design engineering.
Hanser Gardner Publications，2007.
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。
19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時(shí)美國的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進(jìn)技術(shù)，如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動(dòng)化技術(shù)等，其大多起源于美國；而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)、蘇聯(lián)對(duì)塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。50年代，模具行業(yè)工作重點(diǎn)是根據(jù)用戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計(jì)多憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有圖紙和感性認(rèn)識(shí)，對(duì)所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)能缺乏真切了解。從1955年到1965年，是沖壓工業(yè)的探索和開發(fā)時(shí)代——對(duì)模具主要零部件的機(jī)能和受力狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分橋，并把這些知識(shí)不斷應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是總結(jié)出了模具的設(shè)計(jì)原則，并使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、模具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動(dòng)化裝置等領(lǐng)域更新?lián)Q代，并向?qū)嵱没姆较蚯斑M(jìn)，從而使沖壓加工進(jìn)入生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。
進(jìn)入70年代，模具進(jìn)入高速化、機(jī)械化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個(gè)過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、高壽命、高精度、多功能的自動(dòng)化模具。其代表是多個(gè)工位的級(jí)進(jìn)模和十幾個(gè)工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機(jī)—彎曲機(jī)。在此期間，日本站到了世界最前列——其模具加工精度進(jìn)入了微米級(jí)，模具壽命，合金鋼制造的模具達(dá)到了幾千萬次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾億次。在沖壓模具中，每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機(jī)通常為200至300次，最高為1200次至1500次。在此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要，各種經(jīng)濟(jì)型模具，如鋅鉻合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。
從70年代中期至今可以說是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模具業(yè)對(duì)設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗(yàn)和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來，機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了NC機(jī)床，如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。進(jìn)而出現(xiàn)了采用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程、控制的CNC機(jī)床，提高了數(shù)控機(jī)床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺(tái)計(jì)算機(jī)以分時(shí)的方式直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的NNC系統(tǒng)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，包括設(shè)計(jì)、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2000年，作為設(shè)計(jì)和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動(dòng)設(shè)計(jì)的最根本點(diǎn)是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過去以人的思考判斷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心所組成的設(shè)計(jì)方法，就必須把過去的經(jīng)驗(yàn)和思考方法，進(jìn)行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中。因?yàn)槟＞邩?gòu)成元件也干差萬別，要搞出一個(gè)能適應(yīng)各種零件的設(shè)計(jì)軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，可總結(jié)歸納，為自動(dòng)設(shè)計(jì)提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等，所用時(shí)間由手工的20%、工時(shí)減少到35小時(shí)；從80年代初日本就將三維的CAD／CAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前，在實(shí)體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、標(biāo)注以及對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)編程，產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水平；計(jì)算機(jī)仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上，CAD／CAM／CAE集成的，即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息．實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前．國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。
2 沖壓
沖壓是通過模具使板材產(chǎn)生塑性變形而獲得成品零件的一種成形工藝方法。由于沖壓通常在冷態(tài)下進(jìn)行，因此也稱冷沖壓。只有當(dāng)板材厚度超過8-100毫米時(shí)，才采用熱沖壓。沖壓加工的原材料一般為板材或帶材，故也稱板材沖壓。某些非金屬板材(如膠木板、云母片、石棉、皮革等)亦可采用沖壓成形工藝進(jìn)行加工。
沖壓廣泛應(yīng)用于金屬制品各行業(yè)中，尤其在汽車、儀表、軍工、家用電器等工業(yè)中占有極其重要的地位。
沖壓成形需研究工藝、設(shè)備和模具三類基本問題。
板材沖壓具有下列特點(diǎn)：
(1)材料利用率高；
(2)可加工薄壁、形狀復(fù)雜的零件；
(3)沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性好；
(4)能獲得質(zhì)量輕而強(qiáng)度高、剛性好的零件；
(5)生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；
沖壓模具制造成本高，因此適合于大批量生產(chǎn)。對(duì)于小批量、多品種生產(chǎn)常采用簡易沖模，同時(shí)引進(jìn)沖壓加工中心等新型設(shè)備，以滿足市場(chǎng)求新求變的需求。
板材沖壓常用的金屬材料有低碳鋼、銅、鋁、鎂合金及高塑性的合金鋼等。如前所述，材料形狀有板材和帶材。
沖壓生產(chǎn)設(shè)備有剪床和沖床。剪床是用來將板材剪切成具有一定寬度的條料，以供后續(xù)沖壓工序使用，沖床可用于剪切及成形。
生產(chǎn)實(shí)踐中所采用的沖壓成形工藝方法有很多，具有多種形式和名稱，但其塑性變形本質(zhì)是相同的。沖壓成形具有如下幾個(gè)非常突出的特點(diǎn)。
(1)垂直于板面方向的單位面積上的壓力，其數(shù)值不大便足以在板面方向上使板材產(chǎn)生塑性變形。由于垂直于板面方向上的單位面積上壓力的數(shù)值遠(yuǎn)小于板面方向上的內(nèi)應(yīng)力，所以大多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當(dāng)作平面應(yīng)力狀態(tài)來處理，使其變形力學(xué)的分析和工藝參數(shù)的計(jì)算等工作都得到很大的簡化。
(2)由于沖壓成形用的板材毛坯的相對(duì)厚度很小，在壓應(yīng)力作用下的抗失穩(wěn)能力也很差，所以在沒有抗失穩(wěn)裝置(如壓邊圈等)的條件下，很難在自由狀態(tài)下順利地完成沖壓成形過程。因此，以拉應(yīng)力作用為主的伸長類沖壓成形過程，多于以壓應(yīng)力作用為主的壓縮類成形過程。
(3)沖壓成形時(shí)，板材毛坯內(nèi)應(yīng)力的數(shù)值等于或小于材料的屈服應(yīng)力。在這一點(diǎn)上，沖壓成形與體積成形的差別很大。因此，在沖壓成形時(shí)變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力成分對(duì)成形極限與變形抗力的影響，已失去其在體積成形時(shí)的重要程度，有些情況下，甚至可以完全不予考慮，即使有必要考慮時(shí)，其處理方法也不相同。
(4)在沖壓成形時(shí)，模具對(duì)板材毛坯作用力所形成的約束作用較輕，不像體積成形(如模鍛等)是靠與制件形狀完全相同的型腔對(duì)毛坯進(jìn)行全面接觸而實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)制成形。在沖壓成形中，大多數(shù)情況下，板材毛坯都有某種程度的自由度，常常是只有一個(gè)表面與模具接觸，甚至有時(shí)存在板材兩側(cè)表面都不與模具接觸的變形部分。在這種情況下，這部分毛坯的變形是靠模具對(duì)其相鄰部分施加的外力實(shí)現(xiàn)其控制作用的。例如，球面和錐面零件成形時(shí)的懸空部分和管坯端部的卷邊成形等都屬這種情況。
由于沖壓成形具有上述一些變形與力學(xué)方面的特點(diǎn)，致使沖壓技術(shù)也形成了一些與體積成形不同的特點(diǎn)。
(1)由于不需要在板材毛坯的表面施加很大的單位壓力即可使其成形，所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強(qiáng)度與剛度的研究并不十分重要。相反地卻發(fā)展了許多簡易模具技術(shù)。由于相同的原因，也促使靠氣體或液體壓力成形的工藝方法得以發(fā)展。
(2)因沖壓成形時(shí)的平面應(yīng)力狀態(tài)或更為單純的應(yīng)變狀態(tài)(與體積成形相比)，當(dāng)前對(duì)沖壓成形中毛坯的變形、力與電能參數(shù)方面的研究較為深人，有條件運(yùn)用合理的科學(xué)方法進(jìn)行沖壓加工。借助于電子計(jì)算機(jī)與先進(jìn)的測(cè)試手段，在對(duì)板材性能與沖壓變形參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)沖壓過程智能化控制的研究工作也在開展。
(3)人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到?jīng)_壓成形與原材料有十分密切的關(guān)系。所以，對(duì)板材沖壓性能即成形性與形狀穩(wěn)定性的研究，目前已成為沖壓技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。對(duì)板材沖壓性能的研究工作不僅是沖壓技術(shù)發(fā)展的需要，而且也促進(jìn)了鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，為其提高板材的質(zhì)量提供了一個(gè)可靠的基礎(chǔ)與依據(jù)。
3 我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個(gè)概念。生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟(jì)效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá)200億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60％左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，1997年進(jìn)口模具價(jià)值6.3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。
3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
??按照中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計(jì)算，目前我國沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40％以上。
??我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級(jí)進(jìn)模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達(dá)到1億次以上，精度達(dá)到3～5um，有50個(gè)以上的級(jí)進(jìn)工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進(jìn)水平。
我國的塑料成形模具設(shè)計(jì)，制作技術(shù)起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達(dá)70％以上，仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達(dá)到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達(dá)到了80年代中期至90年代初期的國際先進(jìn)水平。
3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
?? 我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達(dá)工業(yè)國家及港臺(tái)地區(qū)先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面，無論是應(yīng)用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面，僅有約10%的模具在設(shè)計(jì)中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動(dòng)畫游戲階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近10多年來引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備）或因計(jì)算機(jī)制式（IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運(yùn)算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項(xiàng)工作；在應(yīng)用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備簡陋，能耗高。設(shè)備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識(shí)面寬、知識(shí)結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識(shí)老化，知識(shí)結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)匱乏，動(dòng)手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)水平難以提高。
3.3 模具工業(yè)配套材料，標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
?? 近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點(diǎn)，但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價(jià)格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應(yīng)用不多。
?? 模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)，大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段，如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
?? 我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占20%，從市場(chǎng)上能配到的也只有約30個(gè)品種，且僅限于中小規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng)，模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差。
3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
?? 我國的模具工業(yè)相對(duì)較落后，至今仍不能稱其為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個(gè)大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關(guān)，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。
?? 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時(shí)，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi)，技術(shù)改造后不能很快收回其投資，甚至負(fù)債累累，影響發(fā)展。雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強(qiáng)，設(shè)備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設(shè)備利用率低。
?? 我國模具價(jià)格長期以來同其價(jià)值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟(jì)效益小，社會(huì)效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩?biāo)準(zhǔn)件的，干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?，F(xiàn)象存在。
4 工程
工程這門科學(xué)，是運(yùn)用科學(xué)，數(shù)學(xué)，經(jīng)濟(jì)，社會(huì)和實(shí)用知識(shí)的總稱，常用于設(shè)計(jì)和建造建筑物，機(jī)器，設(shè)備，系統(tǒng)等等，可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)的需求提供解決方案的專業(yè)。
美國工程師專業(yè)發(fā)展理事會(huì)（ECPD，ABET的前身）定義了“工程”為：朗顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音
創(chuàng)造性地運(yùn)用科學(xué)原理，設(shè)計(jì)或開發(fā)的結(jié)構(gòu)，機(jī)器，儀器或生產(chǎn)工藝，或單獨(dú)或聯(lián)合的利用他們的產(chǎn)品，或建造或操作其設(shè)計(jì)，或預(yù)測(cè)其具體的操作條件下的行為，作為全方位的預(yù)定功能，是安全操作和經(jīng)濟(jì)學(xué)的生命和財(cái)產(chǎn)。
4.1 歷史
在維基詞典中查找工程，工程的概念已經(jīng)存在，解釋為制造，如滑輪，杠桿和車輪等等古代人類發(fā)明的。這些發(fā)明每一方都與現(xiàn)代的工程定義相一致，利用基本力學(xué)原理，開發(fā)有用的工具和對(duì)象
長期的工程技術(shù)本身有一個(gè)更近詞源，工程師。而它本身的歷史可以追溯到1325年，當(dāng)一個(gè)engine'er（字面上看，一個(gè)經(jīng)營發(fā)動(dòng)機(jī)）原指“軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造”，現(xiàn)在已經(jīng)過時(shí)了，一個(gè)“發(fā)動(dòng)機(jī)”指的是一個(gè)軍事機(jī)器，也就是說，在戰(zhàn)爭中使用的機(jī)械武器（例如，一個(gè)投石器）。過時(shí)的用法有存活至今例外，其中值得注意的是軍事工程兵，例如，美國陸軍工程兵。
這個(gè)“engine'er”本身更老的起源是，最終從拉丁語派生ingenium（約1250），意思是“生的素質(zhì)，特別是精神力量”后來，隨著橋梁和建筑技術(shù)學(xué)科成熟的平民建筑設(shè)計(jì)，土木工程一詞進(jìn)入，以此來區(qū)分在這些非專業(yè)的軍事工程建設(shè)，并參與了這些詞庫舊的軍事工程學(xué)科。
4.2 古代時(shí)代
在亞歷山大燈塔，埃及金字塔，巴比倫的空中花園，雅典衛(wèi)城帕特農(nóng)神廟和希臘，羅馬渡槽，威盛阿皮亞和羅馬斗獸場(chǎng)，特奧蒂瓦坎的城市和瑪雅，印加和阿茲特克帝國， 中國的長城，其中許多東西能作為一個(gè)獨(dú)立的聰明才智和古代民事和軍事工程師技能的證明。
最早的土木工程師的美稱，是印和闐。左塞爾作為法老的官員之一，他可能在公元前約2630至2611年于薩卡拉設(shè)計(jì)和監(jiān)督建造階梯金字塔。他可能也已為第一位的建筑工程師。
古希臘的發(fā)展無論在民用和軍事領(lǐng)域，都使用了安提凱希拉機(jī)制，第一個(gè)已知的機(jī)械計(jì)算機(jī)，與阿基米德的機(jī)械的發(fā)明是早期機(jī)械工程的例子。阿基米德的發(fā)明以及安提凱希拉機(jī)制的若干規(guī)定以及差行星齒輪傳動(dòng)裝置或更復(fù)雜的知識(shí)，兩機(jī)理論的主要原則，幫助設(shè)計(jì)了工業(yè)革命的齒輪火車，今天仍然被廣泛地應(yīng)用于不同領(lǐng)域，如機(jī)器人和汽車工程。
中國，希臘和羅馬軍隊(duì)，如火炮是由希臘人圍繞公元前4世紀(jì)發(fā)明，中世紀(jì)弩和投石車、投石機(jī)的復(fù)雜的軍事機(jī)器的發(fā)明和設(shè)計(jì)制造。
4.3文藝復(fù)興時(shí)代
第一個(gè)電氣工程師被認(rèn)為是1600年的Magnete，對(duì)“電”的出版創(chuàng)始人威廉吉爾伯特。 第一臺(tái)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，由機(jī)械工程師托馬斯薩弗里發(fā)明于1698年。此裝置的研制牽扯到了在未來幾十年的工業(yè)革命，大規(guī)模生產(chǎn)的開始。
隨著工程師這種職業(yè)的地位不斷上升，在十八世紀(jì)，這個(gè)詞的意義變得更加狹窄，其中應(yīng)用到數(shù)學(xué)和科學(xué)應(yīng)用到這些目標(biāo)的領(lǐng)域。同樣，軍事和民用工程機(jī)械工業(yè)也作為已知的領(lǐng)域融入到了工程。
4.4 現(xiàn)代時(shí)代
國際空間站是一個(gè)由多學(xué)科組成的現(xiàn)代工程技術(shù)。
電氣工程可以在1800年追溯到亞歷山德羅伏，邁克爾法拉第，格奧爾格歐姆的實(shí)驗(yàn)，他人和電動(dòng)機(jī)發(fā)明的實(shí)驗(yàn)起源于1872年。詹姆斯麥克斯韋和赫茲于19世紀(jì)的作品引擴(kuò)寬了電子領(lǐng)域。在真空管和晶體管的發(fā)明，后來進(jìn)一步加速了電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展到這樣的程度，目前電氣和電子工程師數(shù)量超過任何其他工程專業(yè)的同類。
托馬斯薩弗里和蘇格蘭工程師瓦特的發(fā)明提升了現(xiàn)代機(jī)械工程。在工業(yè)革命的發(fā)源地英國和海外發(fā)展的專業(yè)機(jī)器和他們的維修工具導(dǎo)致機(jī)械工程的快速增長。
化學(xué)工程，像它的對(duì)手機(jī)械工程一樣在十九世紀(jì)工業(yè)革命時(shí)期發(fā)展。由1880年的化學(xué)品的大規(guī)模生產(chǎn)的需要以及工業(yè)革命生產(chǎn)要求的新材料，新工藝，人民創(chuàng)建了一個(gè)新的行業(yè)，致力于大規(guī)模開發(fā)化學(xué)品?；瘜W(xué)工程師的角色是設(shè)計(jì)這些化學(xué)工廠和建造。
航空航天工程是一個(gè)更現(xiàn)代化的工程，擴(kuò)展了包括航天器設(shè)計(jì)，使其達(dá)到高度。它的起源可以追溯到大約在世紀(jì)之交的航空先驅(qū)，19世紀(jì)末至20初。早期航空的工程知識(shí)，主要是一些概念和其他部門的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的引進(jìn)。
1863年在耶魯大學(xué)應(yīng)用科學(xué)工程中的第一個(gè)博士在美國獲得前往威拉德吉布斯的機(jī)會(huì)，他也是第二批博士在美國進(jìn)修。僅僅十年后，萊特兄弟成功的飛行，20世紀(jì)20年代通過第一次世界大戰(zhàn)軍用飛機(jī)的發(fā)展，航空工業(yè)獲得廣泛發(fā)展。同時(shí)，提供基本的背景研究，科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，理論物理仍在繼續(xù)。 1990年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，師艾倫設(shè)計(jì)了第一個(gè)電腦工程。
4.5 工程主要分公司
工程，就像其他科學(xué)，是一個(gè)廣泛的學(xué)科，通常分為幾個(gè)子學(xué)科。這些不同學(xué)科的關(guān)注自己工作領(lǐng)域的工程。最初的工程師將在一個(gè)特定的學(xué)科培訓(xùn)在整個(gè)工程師的生涯中，工程師有可能成為多學(xué)科。歷史上工程的主要分支分類如下：
航天工程 - 飛機(jī)，航天器和相關(guān)主題的設(shè)計(jì)。
化學(xué)工程 - 化工原理開發(fā)及大規(guī)模的化學(xué)過程，以及設(shè)計(jì)新的特殊材料和燃料。
土木工程 - 設(shè)計(jì)以及公共和私人工程，如基礎(chǔ)設(shè)施（道路，鐵路，供水和水處理等），橋梁和建筑物的建設(shè)。
電氣工程 - 一個(gè)非常廣泛的領(lǐng)域，可能包括設(shè)計(jì)和各種電器及電子系統(tǒng)，如電子線路，發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，電磁/機(jī)電設(shè)備，電子器件，電子電路，光纖，光電器件，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，研究，電信和電子產(chǎn)品。
機(jī)械工程 - 以物理，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮機(jī)，動(dòng)力系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)鏈，真空技術(shù)，設(shè)備和振動(dòng)隔離設(shè)備的工程。
有時(shí)新專業(yè)與傳統(tǒng)領(lǐng)域相結(jié)合，形成新的分支。一個(gè)新的或新興的應(yīng)用領(lǐng)域通常會(huì)暫時(shí)被定義為一個(gè)置換或?qū)ΜF(xiàn)有學(xué)科的一個(gè)子集，往往有灰色地帶時(shí)，以一個(gè)給定的子場(chǎng)變大或突出到足以作為一個(gè)新的“分支分類”。出現(xiàn)這樣的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是重點(diǎn)大學(xué)時(shí)開始在新的領(lǐng)域建立部門和方案。
對(duì)于其中的每個(gè)領(lǐng)域存在著相當(dāng)多的重疊，尤其是在物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)應(yīng)用到了自己的學(xué)科領(lǐng)域。
4.6 方法
例如渦輪的設(shè)計(jì)需要從許多領(lǐng)域的工程師合作，因?yàn)橄到y(tǒng)是受機(jī)械，電磁和化學(xué)過程。葉片，轉(zhuǎn)子和定子以及蒸汽循環(huán)都需要精心設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
工程師運(yùn)用物理學(xué)和數(shù)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域找到合適的解決問題的方法并作出舉措改善現(xiàn)狀。比以往任何時(shí)候，工程師們現(xiàn)在要求為他們?cè)O(shè)計(jì)項(xiàng)目有關(guān)的科學(xué)知識(shí)更豐富，因此，他們?cè)谡麄€(gè)職業(yè)生涯的不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)。
工程師設(shè)計(jì)選擇不同的解決方案，如果有多個(gè)選項(xiàng)存在的利弊權(quán)衡的，必須選擇出最符合要求的那一個(gè)，工程師的重要而獨(dú)特的任務(wù)就是將其識(shí)別，理解和解釋上的設(shè)計(jì)，以便產(chǎn)生一個(gè)成功的設(shè)計(jì)。但它通常是不夠的，建立一個(gè)在技術(shù)上成功的產(chǎn)品，還必須滿足進(jìn)一步的要求并克服限制。限制可能包括可用資源有限，有想象力或技術(shù)的限制，為今后的修改和補(bǔ)充的靈活性，以及諸如成本，安全性，市場(chǎng)化，生產(chǎn)能力和可維護(hù)性要求的其他因素。通過了解的限制，工程師導(dǎo)出了在其中一個(gè)可行的物體或系統(tǒng)。
4.7 問題解決
工程師利用他們的科學(xué)，數(shù)學(xué)和相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，以尋找合適的解決方案的一個(gè)問題。工程被認(rèn)為是應(yīng)用數(shù)學(xué)和科學(xué)的一個(gè)分支。建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型的一個(gè)問題讓他們?nèi)シ治鏊y(cè)試可能的解決方案。
一個(gè)問題通常存在多種合理的解決方案，因此工程師必須評(píng)估其優(yōu)劣，選擇不同的設(shè)計(jì)選擇最佳的解決方案能滿足其需求。收集大量專利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以“低層次”工程設(shè)計(jì)的核心，而在更高層次上做出最好的設(shè)計(jì)，消除矛盾，找出導(dǎo)致了問題的核心。
工程師一般嘗試預(yù)測(cè)他們的設(shè)計(jì)有多好并發(fā)揮自己的所有能力后全面生產(chǎn)。他們使用包括：原型，比例模型，模擬，破壞性試驗(yàn)，無損檢測(cè)，壓力試驗(yàn)。測(cè)試確保產(chǎn)品將達(dá)到預(yù)期效果。
作為專業(yè)工程師要有認(rèn)真對(duì)待設(shè)計(jì)產(chǎn)品的責(zé)任，并完成生產(chǎn)預(yù)期的設(shè)計(jì)，以免造成意外傷害殃及市場(chǎng)。因此通常需要校核，包括工程師在其設(shè)計(jì)的安全系數(shù)，工程師的設(shè)計(jì)需要更大的安全系數(shù)，以減少意外的失敗的風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)不合格產(chǎn)品的研究被稱為法醫(yī)工程，并能通過幫助評(píng)估它的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師。例如橋梁工程，在橋梁坍塌后，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析，找出橋梁坍塌的原因以及造成災(zāi)害的損失。
4.8 電腦使用
航天飛機(jī)在周圍的高速空氣中重返大氣層進(jìn)行流量計(jì)算機(jī)模擬。解決方案要求的流量建模的流體流動(dòng)與傳熱方程的綜合影響進(jìn)行計(jì)算。這樣的計(jì)算只能依靠計(jì)算機(jī)的使用。
如同所有的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，計(jì)算機(jī)和軟件發(fā)揮著越來越重要的作用。以及典型的商業(yè)應(yīng)用軟件也有計(jì)算機(jī)輔助申請(qǐng)數(shù)目（計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)），專門用于工程。計(jì)算機(jī)可用于生成基本物理過程，可以用數(shù)值方法解決模式。
行業(yè)最廣泛使用的工具之一，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件使工程師創(chuàng)建三維模型，二維圖紙，繪制設(shè)計(jì)原理圖。民航處聯(lián)同數(shù)字樣機(jī)（DMU）的和CAE如有限元分析方法或分析元素軟件允許工程師創(chuàng)建的外觀設(shè)計(jì)，可以無需進(jìn)行昂貴且費(fèi)時(shí)的物理原型的分析模型。
這些讓產(chǎn)品和組件為缺陷檢查;評(píng)估適應(yīng)和組裝，研究人體工程學(xué)，并分析系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的特征，如壓力，溫度，電磁輻射的電流和電壓，數(shù)字邏輯電平，流體流動(dòng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)。所有這些訪問和信息的發(fā)布是普遍組織了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件的使用。也有許多工具支持，如電腦輔助制造（CAM）軟件工程任務(wù)的具體產(chǎn)生數(shù)控加工指令;生產(chǎn)工程制造流程管理軟件的EDA印刷電路板（PCB）和電子工程師電路原理圖;維修申請(qǐng)維修管理，民用工程AEC軟件。 近年來，利用計(jì)算機(jī)軟件來輔助品開發(fā)已集體來被視為產(chǎn)品生命周期管理（PLM）而聞名。
4.9社會(huì)背景
工程是一大課題，合作范圍從小型個(gè)人項(xiàng)目到大型國家企業(yè)。幾乎所有工程項(xiàng)目都依賴于一些融資機(jī)構(gòu)類別：一個(gè)公司，一個(gè)投資者的集合，或者一個(gè)政府。工程的最低限度是由少數(shù)種類的限制等問題是無償開放式設(shè)計(jì)，工程和工程。
由于工程其本身的性質(zhì)，必然與社會(huì)和人的行為相接觸。每個(gè)工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品都將影響到社會(huì)。工程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常強(qiáng)大的工具，使環(huán)境，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)變化，它的應(yīng)用帶來了很大的責(zé)任。許多工程協(xié)會(huì)建立了工作守則和道德守則，以指導(dǎo)廣大成員，并告知公眾。
工程項(xiàng)目可能會(huì)受到爭議。從不同的工程學(xué)科的例子包括核武器的發(fā)展，三峽大壩的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)型多用途車的使用和石油開采。對(duì)此，一些西方工程公司已制定嚴(yán)重的企業(yè)和社會(huì)責(zé)任政策。
工程是人類發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。撒哈拉以南的非洲地區(qū)，許多國家僅有非常小的工程能力，這導(dǎo)致很多重要基礎(chǔ)設(shè)施無法發(fā)展，僅靠外來援助。對(duì)千年發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要很多足夠的工程成就，發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施能力和可持續(xù)的技術(shù)發(fā)展。所有海外發(fā)展和救濟(jì)的非政府組織作出的工程設(shè)計(jì)中，工程師大量使用適用于災(zāi)害和開發(fā)方案的解決方案。一個(gè)慈善機(jī)構(gòu)的目標(biāo)是將良好的工程更好的服務(wù)于人類。