先进制造技术机械仿生制造.doc

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1、仿生制造技术课程名称先进制造技术学生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目录一、仿生技术的发展概述 二、仿生技术在机械制造的应用三、机械仿生四、总结仿生制造概述随着人们对生物体认识的深入，借助于生物的特性与功能的研究，仿生设计也将会有更加广阔的前景，通过研究、学习、模仿来复制和再造某些生物特性和功能，来改进现有的或创造新的机械制造。将生物系统的优异功能运用于新技术设备的设计与制造，或者使机械操作技术系统具有类似生物系统。同时也提高人类对自然的适应和改造能力，产生巨大的社会经济效益。仿生技术在机械制造中的应用

2、分析对机械制造的进步具有重要意义。 　　一、仿生技术的发展概述 　　仿生技术是一项新的技术，主要目的是实现特定功能，它是根据生物体系的结构性质、能量转换与信息传递过程，系统地运用相互交叉和相互渗透的理论知识与技术手段，它涉及到信息科学、物质科学、生命科学、工程技术学、系统科学甚至经济学等多学科，采用最广泛地运用类比、模拟和模型方法的模仿科学。20世纪仿生技术研究广泛应用在高科技领域，包括机械、航天航空等。仿生科学的突出成就是计算机技术发展推动下出现的各种各样机器人的设计制造和应用，这是宏观仿生技术指导下取得的成果。越来越

3、多的学者开始研究仿生技术，涉及到机械仿生、能量仿生、化学仿生、信息与控制仿生和食品仿生等诸多领域的研究。机械仿生是由多种学科相互渗透、结合而成的一门边缘学科。其主要研究领域有生物力学、控制体和机器人。研究课题包括拟人型机械手，步行机、假肢以及模仿鸟类人的各种机械。仿生技术在机械制造中得到了广泛应用，在机械制造过程中借助于仿生学设计原理，仿照生物的形态结构或机能特点，设计制造用于特殊目的的“功能器件”，开发现代机械化仿生技术与仿生装备研究意义是极其重大的。因此，在机械制造的应用中展示出仿生技术在研究领域中巨大的潜力和无限的

4、魅力。仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。属于生物科学与技术科学之间的边缘学科。它涉及生物学、生物物理学、生物化学、物理学、控制论、工程学等学科领域。仿生技术通过对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究，最后实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。生物制造与仿生制造是机械领域与生物领域交叉产生的新领域。生物方式制造是利用生物手段的制造方法，已提出生物去除加工、生物约束成形、生物生长成形、生物连接成形、生物复制成形、生物自组织成形等加工成形方法。仿生制造

5、是模拟生物形体与功能的结构制造，包括仿生材料结构、仿生表面结构、仿生运动结构等结构制造。仿生制造的结构往往比较复杂，利用增材快速原型和传统机械制造方法效率通常较低，利用生物方式制造方法往往更加简便和快捷。阐明生物成形方法在仿生微纳复杂形体、结构、功能界面制造上的优势，表明生物成形技术在节能、环保、微纳等领域具有广阔的应用前景。模仿生物的组织结构和运行模式的制造系统与制造过程称为“仿生制造”它通过模拟生物器官的自组织、自愈、自增长与自进化等功能，以迅速响应市场需求并保护自然环境。制造过程与生命过程有很强的相似性。生物体能够

6、通过诸如自我识别、自我发展、自我恢复和进化等功能使自己适应环境的变化来维持自己的生命并得以发展和完善。生物体的上述功能是通过传递两种生物信息来实现的：一种为DNA类型信息,即基因信息,它是通过代与代的继承和进化而先天得到的;另一种是BN类型信息,是个体在后天通过学习获得的信息。这两种生物信息协调统一使生物体能够适应复杂的和动态的生存环境。生物的细胞分裂、个体的发育和种群的繁殖,涉及遗传信息的复制、转录和解释等一系列复杂的过程,这个过程的实质在于按照生物的信息模型准确无误地复制出生物个体来。这与人类的制造过程中按数控程序加

7、工零件或按产品模型制造产品非常相似。制造过程中的几乎每一个要素或概念都可以在生命现象中找到它的对应物。就制造系统而言,现在已越来越趋向于大规模、复杂化、动态及高度非线性化。因此，在生命科学的基础研究成果中选取富含对工程技术有启发作用的容，将这些研究成果同制造科学结合起来，建立新的制造模式和研究新的仿生加工方法，将为制造科学提供新的研究课题并丰富制造科学的涵。此外，进行与仿生机械相关的生物力学原理研究，将昆虫运动仿生研究与微系统的研究相结合，并开发出新型智能仿生机械和结构，将在军事、生物医学工程和人工康复等方面有重要的应用

8、前景。研究仿生制造系统的自组织机制与方法，例如：基于充分信息共享的仿生设计原理，基于多自律单元协同的分布式控制和基于进化机制的寻优策略；研究仿生制造的概念体系及其基础，例如：仿生空间的形式化描述及其信息映射关系，仿生系统及其演化过程的复杂度计量方法。机械仿生与仿生制造是机械科学与生命科学、信息科学、材料科学等学科的高