第一篇：日用陶瓷材料的應用與發(fā)展趨勢

日用陶瓷材料的應用與發(fā)展 法學092

劉婷

09437105 陶瓷材料是人類應用時間最早，并且應用領域最廣的材料之一。它是一種天然或人工合成的粉狀合成物，經過成型或高溫燒結，由金屬元素和非金屬的無機化合物構成的固體材料。

陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、原料豐富、成本低廉等諸多優(yōu)點。現在，最受關注的三大固體材料是金屬材料、高分子材料，以及陶瓷材料。按照其用途的不同，通?？蓪⑻沾刹牧戏譃楣I(yè)、藝術和日用陶瓷三大類。其中工業(yè)陶瓷是指應用于各種工業(yè)的陶瓷制品，包括建筑陶瓷、化工陶瓷、電子陶瓷和特種陶瓷幾大類；藝術陶瓷主要指花瓶、雕塑等以陳列欣賞和美化環(huán)境為主要作用的陶瓷；而日用陶瓷主要是指如餐具、茶具、潔具等日常生活中應用的陶瓷制品。本文主要研究日用陶瓷的應用形式及其發(fā)展趨勢。

陶瓷材料與其他材料

相對而言，金屬材料具有良好的延展性和可塑性，具有良好的熱傳導性，可是其耐溫性和耐腐蝕性較差。高分子材料具有耐腐蝕性和可加工性，色彩豐富，但是其機械強度，耐高溫性和耐磨性較差。陶瓷具有高硬度、耐磨、耐酸、耐堿、耐熱、耐冷等優(yōu)越的性能，肌理富于變化，色彩豐富而且不褪色，造型可塑性強，在豐富人們的物質和精神生活，美化環(huán)境，以及提升生活品質等方面可達到作用，是其他材料不可替代的。陶瓷致命的缺點在于高脆性和韌性差，這是材料結構所決定的。在室溫下，陶瓷材料分子結構幾乎不會產生滑移和位錯運動，材料處于受力狀態(tài)時無法通過塑性變形來松弛應力[2]。但是隨著生產技術的發(fā)展和陶瓷新品種的開發(fā)，必然可在其原有基礎上逐步改善其容易碎裂的不足，滿足相應的產品設計要求。

現在，金屬材料和高分子材料越來越多的應用于餐具，容器等日用產品，走入了人們的日常生活中。其優(yōu)勢在于，易于批量生產成本低，具有良好的韌性，不易碎裂，高分子材料產品更具有色彩豐富而亮麗，造型多樣，尺寸標準等優(yōu)點，甚至在一定程度上替代了瓷器的原有地位，特別是在快餐店等場所的應用廣泛。但是瓷器作為傳統(tǒng)的日用產品材料，耐磨易洗，質地溫潤光澤，花色紋飾高雅，并且具有較高的藝術價值，其正統(tǒng)地位和品質仍是不可替代的。因此，陶瓷在日用餐具容器的設計方面，應當注意與其他材料產品的檔次區(qū)別，揚長避短，發(fā)揚本身的特色。

日用陶瓷材料的應用

陶瓷是人民日常生活中所不可缺少的日用品，幾千年來一直是人類用以生活的主要餐具、茶具和容器。在人民生活水平日益提高的形勢下，與人民生活密切相關的陶瓷制品必然面臨對品質和數量提出更高要求的局面。而且，陶瓷又是制造美術陳設器皿的最耐久最富于裝飾性的材料，陶瓷的堅致潔白、明潤如玉、便于塑造、適于多種裝飾手段、變化萬千、豐富多彩是其它材料所無法替代的。

目前，陶瓷在日用方面的發(fā)展，除了與日常生活息息相關的傳統(tǒng)餐具，茶具，各種容器之外，還可以應用于家具類產品的設計當中。

將陶瓷應用于家居設計當中，不僅能體現其優(yōu)勢特性的實用價值，使家具耐磨損、易清潔、不變形、不褪色，而且具有其他材料無法比擬的藝術效果。將陶瓷材料應用于家具設計中，是目前陶瓷制品的發(fā)展方向之一。家具材料的發(fā)展具有多元化的趨勢，為保護生態(tài)環(huán)境，在相當長一段時間內要減少天然林珍貴木材的采伐量，也會影響到全實木家具的生產量?？纱罅Πl(fā)展非木材資源的復合材料與實木混合原料的家具，減少實木用量。多元化材料的開發(fā)與運用是必然趨勢，也將給家具業(yè)的發(fā)展帶來更廣闊的空間。在這種發(fā)展趨勢下，陶瓷材料因其獨有的裝飾韻味和諸多優(yōu)越性能備受關注[1]。但是，要將陶瓷材料廣泛的應用于家具設計中，材料成本過高仍是一大制約因素，而易碎等弱點也還有待于研究解決。

日用陶瓷的發(fā)展趨勢

陶瓷材料自誕生之日起，一直受到人們的關注。陶瓷材料的發(fā)展與人類歷史有著密切的關系，瓷器的發(fā)明及技術的進步對人類的文明和生活都產生了巨大的影響，幾乎成為社會發(fā)展中文化藝術和技術進步的重要時代標志[3]。

新品種材料的出現和工藝水平的不斷進步推動著陶瓷發(fā)展，其應用領域不斷擴大，材料性能不斷提升，不僅在工業(yè)、電子、航天、軍事、醫(yī)療等領域的應用范圍不斷擴展，而且在建筑、裝飾、生活日用方面的產品性能不斷優(yōu)化提升，為人類營造著舒適、便捷、高品質的生活空間。

陶瓷材料發(fā)展趨勢

陶瓷材料的發(fā)展趨勢是復合化、多功能化、智能化、材料工藝一體化，單一特性和功能的材料很難滿足現代技術對材料綜合性能的要求[4]。人們在傳統(tǒng)陶瓷的基礎上，開發(fā)出應用領域廣泛，功能豐富的多種新型陶瓷。在日用陶瓷領域，分析日用產品的發(fā)展趨勢，結合陶瓷的特性得出以下發(fā)展方向。

納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。開發(fā)功能性與結構性結合的復合材料，促使產品向輕、薄、小的方向發(fā)展。當材料特征尺寸縮小到納米級，可能使陶瓷材料產生獨特的電、熱、聲、光、熱等物理和化學特性。由于普通陶瓷材料太硬太脆，加工極困難，很難像金屬一樣進行切割、鉆孔等操作，這也是普通陶瓷材料應用受局限的原因之一，但是納米陶瓷的出現卻使陶瓷材料有希望改變這些塑性局限性。陶瓷材料一直給人“易碎”的印象，雖然具有諸多優(yōu)越性能，但因其易碎的特性而限制了它的應用范圍，納米陶瓷同樣可能改善陶瓷材料的韌性。納米陶瓷技術將有可能改變陶瓷的致命弱點。這樣的話，陶瓷材料作為一種家具新材料，將給家具造型設計帶來更多的可能性，并可以以主體材料的形式出現。

智能材料是陶瓷發(fā)展的更高階段，是陶瓷疊層化技術、復合技術、集成化技術以及自動化技術和微電子技術發(fā)展的結果，是陶瓷新材料發(fā)展的熱點，具有誘人的應用前景。集傳感、執(zhí)行、處理、傳輸和控制于一體的新材料有待發(fā)展。目前多采用陶瓷復合和集成技術，將已有具有某些智能化屬性的功能材料、驅動器和反饋系統(tǒng)等組合起來的智能材料系統(tǒng)和結構。如高級轎車的減震裝置和智能雨刷。

隨著陶瓷材料的研究和發(fā)展，很多新型特種陶瓷材料被開發(fā)利用，陶瓷新品裝飾材料不斷面世，應用領域也越拓越寬，給人類的生活以越來越重要的影響。例如：(1)發(fā)光陶瓷。國外市場上推出的這種發(fā)光陶瓷，它是在瓷磚光澤釉或無光澤釉表面，利用絲網印刷方法，在所定圖案下放以僅在紫外線照射下產生熒光的顏料，并采用熒光顏料與熱固性樹脂混合加熱或在800攝氏度下烘烤處理法，該陶瓷用于裝飾具有獨特的裝飾效果。(2)超輕陶瓷。日本研制出一種比木頭更輕的能浮在水上的超輕量陶瓷，它是將一種被稱為“中空樹脂填料”的物質按一定數量的比例同粘士摻和而成，用這種材料制成的陶瓷器，其比重下降至0.3，但其強度卻與傳統(tǒng)陶瓷無異。用這種超輕陶瓷材料燒制鋪蓋屋頂的瓦片，重量輕、耐地震，而且降低運輸成本。(3)柔性陶瓷。其成分中除含有粘土外，還含有合成橡膠，因而具有柔軟性。用這種軟陶瓷可制作磚面、衛(wèi)生潔具、貼面層等，具有一定的韌性，不易破碎，其表面光滑、阻燃、隔音，便于貯藏[5]。

陶瓷材料在家具領域的應用前景是廣闊的。這不僅因為陶瓷作為一種獨特的藝術媒介語言，有其特有的材質特性與歷史文化底蘊。以材料語言來說，它溫和的質地，多變的釉彩，豐富的肌理，以及在制作中的偶然性，賦予陶藝相比其他材料無法成就的魅力。同時，陶瓷材料具有硬度強、耐磨、耐酸、耐堿、耐冷、耐熱等優(yōu)越性能，被運用于現代裝飾中，是其它材料所無法抗衡的。通過現代材料科學技術手段，納米陶瓷技術將有可能改變陶瓷材料易碎這一致命弱點，使其成為一種高強度、高韌性的家具新材料，這將給家具造型設計與裝飾設計的變化帶來更多的可能性與發(fā)揮空間。

陶瓷產品的發(fā)展趨勢(1)降低成本

開發(fā)新型快速成型技術，降低陶瓷產品成本。要滿足日益激烈的市場競爭、日益縮短產品更新周期。陶瓷材料制備工藝是降低陶瓷制品生產成本、提高陶瓷材料可靠性和可重復性。從提高產能、節(jié)約能源的角度去實現陶瓷的生產，降低陶瓷產品的成本。從原料選取、利用，加工技術，完善包裝，降低運輸損耗各方面改善，降低陶瓷制品的成本。

(2)綠色化

“綠色”這個時下健康的代名詞，是人們關注的焦點。作為與人們生活密切相關的日用品，‘綠色產品’使用安全，成為大眾關注的焦點。利用新型材料替代鉛元素，保證陶瓷產品對人體的安全和健康，是陶瓷產品綠色化的發(fā)展方向之一。

除了材料的綠色化，生產過程也要綠色化。要在保護環(huán)境的前提下，努力提高資源利用效率、節(jié)省能源，對不可再生的天然礦物原料鉆探、開采、利用制定科學規(guī)劃。大力提倡低質料、廢渣廢棄物的使用，禁止用優(yōu)質料做低附加值產品，提高能源、資源的利用效率，減少環(huán)境污染，推動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。積極推進循環(huán)經濟，把生態(tài)工業(yè)、清潔生產、生態(tài)農業(yè)等措施綜合起來，使資源得到最有效利用，污染物排放最少。

建設節(jié)約型產業(yè)將是我國陶瓷工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。從粗放型向精細、精準、節(jié)約型轉化，更多地采用節(jié)能新技術，以節(jié)能、降耗為重點，大力開發(fā)和推廣使用先進的節(jié)能技術和環(huán)保技術，努力開發(fā)低消耗、無污染、高性能、多功能、高附加值的新陶瓷產品。

(3)藝術傳承

陶瓷文化一直以來都是中國人的驕傲，從它的身上可以看到中國歷史的變遷和文化的堆積。陶瓷的發(fā)展經歷了一個不斷演化、不斷更新的過程，這個家族日益豐富多彩。彩陶、黑陶、白陶、唐三彩、紫砂器、青瓷、白瓷、青花瓷、五彩繽紛的彩繪瓷陶器作為一種生活用品，從它產生之時開始，就和藝術密不可分，無論是器形還是紋飾，都是藝術的創(chuàng)造或模仿。也許，沒有一種材料能像陶瓷一樣在每一個時代都參與了人類的生活。而在當今的現代生活中沒有陶瓷藝術是不可想象的，這一古老的文明為現代人們的生活增添了許多情趣與歷史文化的積淀。

因此，未來陶瓷發(fā)展趨勢不能忘記對歷史的繼承，注重民族藝術的傳承性。(4)設計現代化——特色與個性

陶瓷制品幾千年來在中國歷史上一直占有了它獨特的一席，它早已深入到了普通百姓的家中并受到喜愛。

然而陶瓷作為一種古老悠遠的文化，近幾年卻受到了來自西方文化的沖擊，外國的瓷器正在以它們時尚多變的形象對傳統(tǒng)的陶瓷文化做出挑戰(zhàn)，另外隨著搪瓷等一些的其它材質的日用品的出現，陶瓷文化面臨的舶來品的沖擊，中國的傳統(tǒng)陶瓷受到了前所未有的沖擊?！爸挥惺澜缧?，才有更深刻的民族性。倘若一個民族的東西，不具備普遍性特質，那就根本難以為其他民族所理解”

陶瓷設計要跟上時代的發(fā)展，就必須更新設計觀念，把握時尚的價值體系，設計師通過對時尚動向，以及對市場各方面的反饋信息進行組合重構，從而使陶瓷更遠，更新的發(fā)展。

日用陶瓷發(fā)展出現的新格局，顯示著陶瓷材料新技術與新工藝的廣泛應用。但日用陶瓷要想發(fā)展，就應有與時俱進的設計理念，在產品設計上要創(chuàng)新，走可持續(xù)發(fā)展道路，節(jié)能降耗，生產“綠色陶瓷”和“生態(tài)陶瓷”。參考文獻：

[1]鄭豐銀.論陶瓷藝術在現代家庭裝飾中的意義[J].中國陶瓷.2003 [2]華南工學院等.陶瓷材料物理性能[M].中國建筑工業(yè)出版社出版.1980 [3]李國禎，郭演儀.中國名瓷工藝基礎[M].上海科學技術出版社，1985

[5]葉國珍.先進陶瓷材料的研究現狀與發(fā)展趨勢[J].今日科技，2002 [6]費利君.中國古代陶瓷紋樣中的象征意味[J].美與時代.2005 [4]謝征芳等.特種陶瓷的發(fā)展與展望[J].中國陶瓷工業(yè)，2000

第二篇：現代CAPP的應用與發(fā)展趨勢

現代CAPP的應用與發(fā)展趨勢

自20世紀80年代以來,CAPP技術一直是先進制造技術領域的研究熱點和難點,國內外對CAPP技術進行了大量的探討與研究.近10年來,CAPP無論是在技術水平還是應用程度上都取得了很大的發(fā)展.根據覆蓋18個國家的國際制造戰(zhàn)略調查項目(International Manufacturing Strategy Survey,IMSS)2000年所得到的數據,總結得出結論:3年內CAPP和共享數據庫的應用將顯著增加.而3年來國內CAPP市場增長的趨勢也證明了這一點,預計未來3年這種高速增長的趨勢還將繼續(xù).……

一、引言

60年代末，人們就開始了CAPP的研究與開發(fā)，最早研究CAPP技術的國家有挪威及前蘇聯等。但在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是設在美國的國際性組織CAM-I于1976年開發(fā)的CAPP(CAM-I's Automated Process Planning)系統(tǒng)。國內最早開發(fā)的CAPP系統(tǒng)是同濟大學的修訂式TOJICAP系統(tǒng)和西北工業(yè)大學的創(chuàng)成式CAOS系統(tǒng)，其完成的時間都在80年代初。

經過20多年的歷程，國內外對CAPP技術已進行了大量的探討與研究，無論在研究的深度上和廣度上都不斷取得進展。

但是，同CAD、CAM等計算機輔助技術相比，CAPP在應用方面仍是薄弱環(huán)節(jié)。一方面，這是由工藝設計問題的復雜性和特性所決定的；另一方面，也受CAPP發(fā)展的大背景和指導思想影響。因此，盡管在國內外CAPP研究中，各種新概念、新方法不斷涌現，但CAPP的發(fā)展缺乏堅實的實踐基礎是公認的事實。

本文從CAPP的應用角度，回顧CAPP的發(fā)展歷程、探討CAPP未來的發(fā)展，以期為制造業(yè)信息化中的CAPP應用提供一些思路。

二、基于自動化思想的修訂/創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的CAPP研究開發(fā)中，人們依據工藝決策方式，將CAPP系統(tǒng)劃分為兩大類：修訂式(Variant，亦稱派生式)CAPP系統(tǒng)和創(chuàng)成式(Generative，亦稱生成式)CAPP系統(tǒng)。根據技術發(fā)展及實際開發(fā)需求，也有兼容上述兩種方法的混合式系統(tǒng)，以及影響更大的應用人工智能（AI）及專家系統(tǒng)（ES）技術的CAPP專家系統(tǒng)。這類系統(tǒng)以自動化為唯一目標，以期在工藝設計上代替工藝人員，因此，造成開發(fā)應用中的諸多問題：系統(tǒng)開發(fā)周期長、費用高、難度大；工藝人員在使用中需交互輸入大量的零件信息，麻煩而又容易出錯，難以掌握系統(tǒng)的使用；系統(tǒng)功能和應用范圍有限(局限性大)，缺乏適應生產環(huán)境變化的靈活性和適用性，難以推廣應用。

為了解決上述問題，國內外不斷地在開發(fā)工具（包括專家系統(tǒng)開發(fā)工具）的開發(fā)、面向對象(O-O)技術的應用、CAD/CAPP集成應用等方面進行探索，但未能有效推進CAPP的實用化。

三、基于計算機化思想的實用化CAPP系統(tǒng)

20世紀90年代以來，CAPP的實用化問題引起研究者和企業(yè)技術工作者的重視，以實現工藝設計的計算機化為目標或強調CAPP應用中計算機的輔助作用的實用化CAPP系統(tǒng)成為新的主題。這些實用CAPP系統(tǒng)或是專用開發(fā)或是基于商品化系統(tǒng)的應用開發(fā)，大致可分為以下兩大類。

1．基于Word/Excel/AutoCAD及其他圖形系統(tǒng)的工藝卡片填寫系統(tǒng)

由于以自動化為目標的修訂/創(chuàng)成式CAPP應用存在的問題，許多企業(yè)自行基于Word/Excel/AutoCAD等通用軟件開發(fā)工藝卡片填寫系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，很多只是基于簡單模板的計算機卡片，僅取得了一定的應用效果，但也有不少是企業(yè)在工藝標準化、規(guī)范化的基礎上花費大量人力、物力所開發(fā)出來的，取得了很好的應用效果。

1997年以來，國內推出了幾個商品化CAPP系統(tǒng)，其中許多是基于AutoCAD和其他一些圖形系統(tǒng)的工藝卡片填寫工具系統(tǒng)。這類系統(tǒng)片面強調工藝設計的“所見即所得”，完全以文檔為核心，忽視企業(yè)信息化中產品工藝數據的重要性，存在難以保證產品工藝數據準確性、一致性和進行工藝信息集成的致命問題。這類系統(tǒng)基以文件形式進行管理，有些雖然宣稱數據庫管理，事實上是基于文件封裝概念的管理，產品工藝數據的準確性、一致性和工藝信息集成等問題仍無法解決。

2．基于結構化數據的CAPP系統(tǒng)

從信息系統(tǒng)開發(fā)角度，分析產品工藝文件中所涉及的數據/信息，建立結構化的數據模型，并以模型驅動進行工藝設計。一些企業(yè)開發(fā)的專用CAPP系統(tǒng)基本屬于該類系統(tǒng)，大都采用通用數據庫管理系統(tǒng)進行開發(fā)。CAPPFramework作為商品化CAPP應用框架，以面向對象分析與信息建模為基礎，采用ODBC技術來適應各類關系型數據庫系統(tǒng)，并實現了模型驅動下的“所見即所得”工藝設計界面，為工藝信息的可靠、有效集成和CAPP的深入應用奠定了良好的基礎。

在國內推出的商品化CAPP系統(tǒng)中，有些雖然也強調了產品工藝數據的重要性，但仍以文檔為核心組織數據，因此數據結構化程度低。這類系統(tǒng)只能稱其為基于半結構化數據的CAPP系統(tǒng)。

實用化CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，看上去是回退到CAPP系統(tǒng)發(fā)展的初級階段，但實際上并非如此。目前實用化CAPP系統(tǒng)在開發(fā)應用過程中，其目與傳統(tǒng)目標有很大的不同，這類CAPP系統(tǒng)在國內越來越多的企業(yè)得到應用，短短幾年已取得相當顯著的效果。目前，CAPP的發(fā)展正在逐步體現現代先進制造思想，向工藝設計與工藝管理一體化的制造工藝信息系統(tǒng)發(fā)展。

四、面向產品的CAPP應用與制造工藝信息系統(tǒng)

在制造企業(yè)中，最終產品在整個生命周期內的工藝設計通常涉及到產品裝配工藝、機械加工工藝、鈑金沖壓工藝、焊接工藝、熱表處理工藝、毛坯制造工藝、返修處理工藝等各類工藝設計，在一般產品的機械加工工藝中通常涉及到回轉體類零件、箱體類零件、支架類零件等各種零件類型。顯然，若采用以零組件為主體對象的CAPP應用模式，CAPP在企業(yè)的應用只能是局部的應用，CAPP的應用缺乏應有的廣度，從而使CAPP的發(fā)展缺乏堅實的實踐基礎。從企業(yè)發(fā)展長遠看，必將造成企業(yè)工藝管理上的不一致與不協(xié)調，將在根本上阻礙CAPP的應用和發(fā)展。CAPP應用應從以零組件為主體對象的局部應用走向以整個產品為對象的全面應用，實現產品工藝設計與管理的一體化，建立企業(yè)制造工藝信息系統(tǒng)。

1．面向產品的CAPP方法論

面向產品的CAPP方法論的基本內容是：CAPP系統(tǒng)首先應是以產品工藝數據為中心的集工藝設計與信息管理為一體的交互式計算機應用系統(tǒng)，并逐步集成檢索、修訂、創(chuàng)成等多工藝決策混合技術及多人工智能技術，實現人機混合智能(Human-machine Hybrid Intelligence)和人、技術與管理的集成，逐步和部分實現工藝設計與管理的自動化，從設計和管理等多方面提高工藝人員的工作效率，且在應用中不斷積累工藝設計人員的經驗。

(1)CAPP系統(tǒng)首先應是交互式計算機應用系統(tǒng) 在以交互式為基礎的CAPP系統(tǒng)模式下，工藝人員是工藝決策的主體，系統(tǒng)采用檢索、修訂、創(chuàng)成等多工藝決策混合技術及多人工智能技術將著眼于局部工藝決策功能的自動化，并作為從整體上提高工藝人員的工作效率的手段之一，而不是簡單地實現工藝決策全過程的自動化，更不應成為CAPP所要實現的唯一或主要目標。

(2)產品工藝數據是CAPP系統(tǒng)的中心 產品工藝數據是產品數據的重要組成部分，也是企業(yè)生產信息的匯集處。產品工藝數據的完整性、一致性及企業(yè)產品工藝信息的集成與共享對于企業(yè)信息化具有重要的意義，而工藝卡片是工藝數據的格式化表現形式，完全可由系統(tǒng)自動生成。在此基礎上，CAPP也完全可自動完成各個層次(產品層、部件層、零件層)的工裝設備、材料、工藝關鍵件、外協(xié)外制件、工藝分配工時定額、輔助用料、關鍵工序等各類統(tǒng)計匯總功能，并自動生成匯總統(tǒng)計報表（明細表），這樣不僅可以極大地提高工藝文件的編制效率，而且可最大限度地減少不必要的人為失誤。

(3)產品工藝設計及管理的一體化 從企業(yè)管理來看，工裝設備、材料、工藝關鍵件、外協(xié)外制件、工時定額、輔助用料、關鍵工序等各類統(tǒng)計匯總、產品工藝文件的更改與歸檔管理等產品工藝管理工作占有十分重要的地位；有的企業(yè)工藝數據的匯總、計算、抄寫等重復性勞動占全部工作量的50-60%。工藝人員的很大部分時間用于工藝數據的匯總統(tǒng)計等重復性勞動工作，不僅工作效率低，而且很難保證工藝文件的準確性、一致性。

隨著CIMS、敏捷制造等新的生產方式和哲理的出現和發(fā)展，在企業(yè)為了增強市場競爭力和快速響應市場的變化而采用這些新技術的環(huán)境下，僅僅實現工藝規(guī)程編制的計算機化難以滿足企業(yè)信息化的需求。除了方便的計算機輔助工藝規(guī)程編制功能外，更要包含對企業(yè)制造工藝信息及工藝工作流進行快速有效的管理，實現產品工藝設計及管理一體化，建立企業(yè)完整的制造工藝信息系統(tǒng)。

2．制造工藝信息系統(tǒng)

在企業(yè)中，完整的制造工藝信息系統(tǒng)要以各專業(yè)工藝的計算機輔助設計為基礎，實現基礎工藝信息管理、面向制造的產品結構管理、材料定額編制、工藝分工與工藝設計流程管理、產品工藝數據綜合管理等工藝管理功能以及與CAD/PDM、ERP的集成和資源共享。

五、基于知識的CAPP綜合智能化

建立以交互式CAPP為基礎的制造工藝信息系統(tǒng)，并不排斥在CAPP智能化方向的努力。在建立豐富的工藝知識庫基礎上，應用各種人工智能決策技術，實現各階段各種有效的智能化在線輔助，仍是CAPP發(fā)展的重要目標。

在一個企業(yè)CAPP應用的早期階段，交互式設計是主要的設計方式。隨著工藝數據與知識的大量積累，不僅交互式設計的效率將大大提高，更為重要的是為各種智能決策功能的開發(fā)提供了很好的條件和基礎。

1.計算機輔助工藝標準化、規(guī)范化

CAPP的應用將大大促進工藝的標準化；反過來，工藝的標準化是提高CAPP應用效果的重要方面，并將從根本上提高工藝設計的質量。無論是早期的成組工藝，還是企業(yè)內部開展的標準化工作，由于受計算機應用基礎的限制，所取得的實際效果有限。在面向產品的CAPP應用模式下，工藝的標準化、規(guī)范化可貫穿在CAPP的應用過程中，并可開發(fā)工藝標準化、規(guī)范化的計算機輔助工具軟件。

2.基于實例的相似工藝自動檢索

采用相似工藝檢索技術，不僅可大大減少工藝人員的工作強度和對有經驗工藝人員的依賴，而且會提高產品工藝的繼承性和重用性，促進工藝的標準化。在傳統(tǒng)的修訂式CAPP系統(tǒng)開發(fā)中，需要事先花費大量的人力、物力和財力進行零件的編碼與標準工藝規(guī)程的編制等準備工作。而在面向產品的CAPP應用模式下，相似工藝的自動檢索是基于實例的相似工藝自動檢索。成組技術(GT)、基于實例(Case-Based)的技術、模糊邏輯等是實現基于實例的相似工藝自動檢索的基礎。3.工藝知識自動獲取

學習是智能的重要特征。機器學習是CAPP智能化的重要方面，國內外在應用ANN等人工智能技術進行工藝知識自動獲取方面作了許多的研究工作，但受訓練樣本等的限制，存在一定的局限性。隨著CAPP的廣泛應用，企業(yè)將積累豐富的產品工藝數據庫，數據挖掘與知識發(fā)現技術將為充分利用這些企業(yè)的寶貴財富提高CAPP系統(tǒng)的智能化程度提供新的方法。

顯然，面向產品的CAPP應用為開發(fā)各階段各種有效的智能化在線輔助決策功能提供了堅實的實踐基礎，也必將CAPP的智能化推向一個新的階段。

六、結束語

工藝過程設計是典型的復雜問題，包含了分析、選擇、規(guī)劃、優(yōu)化等不同性質的各種功能要求，所涉及的范圍十分廣泛，用到的信息量相當龐大，又與具體的生產環(huán)境及個人經驗水平密切相關。而長期以來，CAPP的研究開發(fā)忽視了對工藝準備活動所涉及的基礎任務、方法和數據的深入研究和探索，缺乏一種對工藝業(yè)務活動的整體把握，過多的局限于某些局部環(huán)節(jié)，從而造成開發(fā)、實施具體應用系統(tǒng)的困難，也使新概念、新技術、新方法的采用一直缺乏應用和理論基礎。因而，從現代制造業(yè)整個產品生命周期對工藝工作的需求出發(fā)，以未來虛擬企業(yè)和網絡化全球制造為背景，以CAPP的全面應用為基礎，建立工藝設計與管理一體化的制造工藝信息系統(tǒng)，是制造企業(yè)信息化的重要基礎。

摘自《CAD/CAM與制造業(yè)信息化》

第三篇：汽車材料的應用現狀與發(fā)展趨勢探討

http://004km.cn 得到無間隙原子的材料組織[9]。IF鋼是目前世界最先進的汽車用鋼之一。由于沒有間隙原子，IF鋼具有優(yōu)越的深沖性能，近年來由于冶煉技術的提高，鋼材強度也進一步提高，目前其最高強度已經達到了440MPa[10]。高強度的IF鋼廣泛用于制造車身結構件和“開合件”，能使汽車構件減輕、變薄，因此，發(fā)展、應用前景很廣闊[11-13]。

BH鋼（Bake Hardenable Steel）,即烘烤硬化鋼。這是一種低碳、低屈服強度和較好成形性的鋼。在其成形過程中產生應變硬化，隨后通過油漆烘烤（約170℃）或高溫處理，產生烘烤硬化，能很好的解決鋼板的成形性和抗凹陷性的矛盾，還能獲得良好的表面質量[14]。世界多家汽車公司均已掌握了BH鋼的相關工藝技術，諸如特殊的沖壓工藝技術、激光焊接技術等，使BH鋼的應用范圍向制造汽車外覆件，如發(fā)動機罩、行李箱蓋板、車門等發(fā)展[15]。

DP鋼（Dual Phase Steel），雙相鋼。雙相鋼最早發(fā)展于20世紀70年代，其組織中主要由鐵素體和馬氏體組成。馬氏體為強化相，以小島狀形式分布于鐵素體上，其體積分數通常隨強度的增加而增加；軟相鐵素體是連續(xù)的，從而使這類鋼具有極好的延展性。但是，當發(fā)生形變時，應變主要集中在被島狀馬氏體包圍的強度相對較低的鐵素體上，產生高硬化速率且具有高延伸率[16]。因此，與具有相同屈服強度的普通鋼相比，DP鋼具有更高的抗拉強度，是一種高成形性、高強度的鋼材，制造工藝和方法比較簡便。它主要用于需要高強度、高抗碰撞吸收能且對成形要求嚴格的汽車零件，如車輪、保險杠、懸掛系統(tǒng)等[17]。如美國通用和福特公司用雙相鋼制造汽車輪輻，質量減輕約14%，而疲勞壽命可達普通碳素鋼的2倍[18]。

TRIP鋼（Transformation Induced Plasticity Steel）,相變誘導塑性鋼。此種鋼是由貝氏體、奧氏體和鐵素體組成的一種低碳型高強度鋼。因其應變誘發(fā)殘余奧氏體發(fā)生馬氏體轉變，提高了鋼材的強度和延性而得名[19]。TRIP鋼比具有同樣強度的鋼材有更高的疲勞強度。這是由于在鋼材變形時形成的疲勞裂紋的尖部，局部的殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體產生了顯著的加工硬化，并伴隨相變產生的壓應力阻礙了疲勞裂紋的擴展，因而改善了疲勞性能[20]。在汽車制造中選用TRIP鋼制成車架橫梁件或者其他構件上，可以充分發(fā)揮這種鋼既有高強度、又有高塑性的特點，達到輕量化和降低油耗、減少排放的目的，而且可以改善整車的安全性能，提升該車的性能等級[21]。

鍍鋅板因其具有良好的可焊性、成形性、鍍層附著能力，特別是優(yōu)良的耐蝕性，近年來發(fā)展和應用非常迅速，現在已開發(fā)出很多產品[22]。早期鍍層多為純鋅鍍層，近年來又開發(fā)出了熱鍍Zn10%-Fe20%合金鍍層板、電鍍Zn-Ni合金鍍層板等新產品，其鍍層結合力、防腐性能、成形性能以及綜合性價比等更好。目前，圍繞汽車輕量化、高安全性、綠色環(huán)保等因素，大量新的鍍層鋼板正在研發(fā)當中，原有產品也正在進行性能改進。

超細晶粒鋼是當前世界汽車用鋼鐵材料研究的熱點。超細晶粒鋼是21世紀先進高性能結構材料的代表。其強化思路具有明顯的特點，即通過晶粒的超細化同時實現強韌化，完全

http://004km.cn 具有高的彈性變形能力；②其密度約為鋼的1/3，純鋁的密度僅為2.68g/cm3;③具有良好的導熱性，導熱性比鋼大3倍，僅次于銅；④機械加工性能比鋼高4.5倍；⑤單位質量導電率為銅的2倍；⑥其表面具有良好的耐蝕性，可形成致密的氧化膜，即使在酸性介質中也具有良好的耐蝕性；⑦加工性能好，可鑄造，容易和一些金屬融合形成性能優(yōu)異的鋁合金，可鍛造、焊接、軋制、沖壓成形，類同于鋼，以滿足不同的使用個加工要求；⑧無磁、無毒、無火花放電[32-34]。

汽車用鋁合金主要有變型鋁合金和鑄造鋁合金兩大類[35]。變型鋁合金主要用于制造汽車散熱系統(tǒng)、發(fā)動機罩、車身等。鑄造鋁合金主要用于制造變速箱殼體、發(fā)動機缸體、輪轂等。未來汽車材料構成比例中，鋁合金的比例還會進一步增加。如在德國的試驗車中，鋁合金使用率達到了全部材料質量的30%?？梢灶A言，未來若干年鋁合金仍舊是汽車輕量化選材的首選材料[36]。

除了鋁合金外，鎂合金也是車用輕質合金材料之一。雖然鎂合金的用量遠不如鋁合金，在汽車上的應用比例約占0.3%，平均質量約5KG，但是，近年來鎂合金的用量正在迅速增加[37]。

鎂合金材料具有密度小、可回收、比剛度接近鋁合金和鋼材、比強度高于鋁和鋼材、易切削、尺寸穩(wěn)定性好、優(yōu)良的阻尼減震性能、抗EMI電磁波等優(yōu)點[38]。

研究汽車用鎂壓鑄件并將鎂合金材料應用于汽車制造是汽車輕量化的熱點。鎂合金用于制造座椅、輪圈可以減少振動，提高汽車安全性和舒適性，制造發(fā)動機氣缸蓋、離合器殼、變速器殼等在降低噪聲方面優(yōu)于一般金屬材料。此外，鎂合金還被大量應用于制造汽車儀表、車門框架、轉向盤等元件。歐盟、日本、美國等用鎂合金以制造零部件為主，占汽車用鎂合金用量的80%以上[39-40]。

除了常用鎂合金外，各種新型鎂合金相繼問世，據2007年第1期《現代材料動態(tài)》報道，一種耐熱、抗蠕變稀土鎂合金汽車材料由瑞格鎂業(yè)研發(fā)成功，并用于制造多個汽車部件。

鈦合金屬于新型結構材料。鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能，密度小，密度僅為鋼的60%左右，比斷裂韌性和比強度高，抗腐蝕性能優(yōu)異，在較高的溫度下仍能保持較高的強度和其他機械性能，可在450℃~500℃的溫度環(huán)境下長期工作而不失效。鈦合金還有較好的低溫性能，如間隙元素極低的鈦合金TA7，在—253℃還具有一定的塑性[41-42]。

隨著科學技術的日漸成熟和低成本鈦合金的開發(fā)，鈦合金在汽車材料上的應用得到了不斷的發(fā)展。日本正在用Ti-5Al-2Cr-Fe合金試制曲軸。寶馬、法拉利、本田、通用等世界著名汽車廠家已經將鈦制連桿、氣門、氣門彈簧等應用于發(fā)動機。通用、大眾公司底盤系統(tǒng)中懸掛系統(tǒng)的加速器、制動踏板、緊固件等也采用了鈦制零件。此外，鈦制輪轂、閥、螺栓、中控臺面板等零件在通用、福特等汽車產品中亦可見[43-44]。

4.車用陶瓷

陶瓷是一種具有獨特的力學、熱學性能的無機非金屬材料。它具有高溫強度高、耐腐蝕、5

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第四篇：金屬材料的應用現狀與發(fā)展趨勢

金屬材料的發(fā)展現狀與前景

摘要：金屬是人們日常生活生產中最不可或缺的材料，更是人類社會進步的關鍵所在，本篇論文主要論述金屬材料的種類、性能及在社會發(fā)展中的重要應用，并且展望金屬材料在未 的發(fā)展前景。

關鍵詞：金屬材料、鎂合金、鋁合金、稀土、汽車

引言

金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬間化合物和特種金屬材料等。

人類文明的發(fā)展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志?，F代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質基礎。我們對金屬材料的認識應從以下幾方面開始：

一、分類：

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

1、黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90％以上的工業(yè)純鐵，含碳 2％～4％的鑄鐵，含碳小于 2％的碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

2、有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數小。

3、特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復合材料等。

4、金屬材料按生產成型工藝又分為鑄造金屬、變形金屬、噴射成形金屬，以及粉末冶金材料。鑄造金屬通過鑄造工藝成型，主要有鑄鋼、鑄鐵和鑄造有色金屬及合金。變形金屬通過壓力加工如鍛造、軋制、沖壓等成型，其化學成分與相應的鑄造金屬略有不同。噴射成形金屬是通過噴射成形工藝制成具有一定形狀和組織性能的零件和毛坯。

二、性能

金屬材料的性能可分為工藝性能和使用性能兩種。為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零、構件在正常工作情況下應具備的性能（使用性能）及其在冷熱加工過程中材料應具備的性能（工藝性能）。

材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學性能也叫機械性能。

材料的工藝性能指材料適應冷、熱加工方法的能力。

三、應用現狀：

金屬材料的發(fā)展已從純金屬、純合金中擺脫出來。隨著材料設計、工藝技術及使用性能試驗的進步，傳統(tǒng)的金屬材料得到了迅速發(fā)展，新的高性能金屬材料不斷開發(fā)出來。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比強和高比模的鋁鋰合金、有序金屬間化合物及機械合金化合金、氧化物彌散強化合金、定向凝固柱晶和單晶合金等高溫結構材料、金屬基復合材料以及形狀記憶合金、釹鐵硼永磁合金、貯氫合金等新型功能金屬材料，已分別在航空航天、能源、機電等各個領域獲得了應用，并產生了巨大的經濟效益。

1、鎂及鎂合金

鎂由于優(yōu)良的物理性能和機械加工性能，豐富的蘊藏量，已經被業(yè)內公認為最有前途的輕量化材料及21世紀的綠色金屬材料，未來幾十年內鎂將成為需求增長最快的有色金屬。1.1在汽車領域的應用

20世紀70年代以來，各國尤其是發(fā)達國家對汽車的節(jié)能和尾氣排放提出了越來越嚴格的限制，這些要求迫使汽車制造商采用更多高新技術，生產重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車。據測算，汽車自重減輕10%，其燃油效率可提高5.5%，如果每輛汽車能使用70公斤鎂，CO的年排放量就能減少30%以上。鎂作為實際應用中最輕的金屬結構材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用受到人們的重視。1.2、電子及家電用鎂合金

汽車行業(yè)對鎂合金的大量需求，推動了鎂合金生產技術的多項突破，鎂合金的使用成本也大幅度下降，從而促進了鎂合金在計算機、通訊、儀器儀表、家電、醫(yī)療、輕工等行業(yè)的應用發(fā)展。其中，鎂合金應用發(fā)展最快的是電子信息和儀器儀表行業(yè)。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環(huán)保方面的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇。另外，鎂合金外殼可使產品更豪華、美觀。在電子信息和儀器儀表行業(yè)的鎂合金制品的單位重量和尺寸不如汽車零部件，但它的數量大、覆蓋面廣，其用量也是巨大的。所以，近幾年電子信息行業(yè)鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動全球鎂消耗量增加的另一重要因素。1.3、其它應用領域

其它如鋁合金添加劑、鎂犧牲陽極和型材用鎂合金等。鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應用于長距離輸送的地下鐵制管道和石油儲罐。目前，作為鎂犧牲陽極的鎂合金有3～4萬噸/年的市場需求量，且每年以20%的速度增長。鎂合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或國防領域。近幾年由于鎂合金生產能力和技術水平的提高，其生產成本已下降到與鋁合金相當的程度，極大地刺激了其在民用領域的應用，如用做自行車架、輪椅、康復和醫(yī)療器械及健身器材。

2、鈦及鈦合金

鈦及鈦合金具有密度小、比強度高和耐蝕性好等優(yōu)良特性。隨著國民經濟及國防工業(yè)的發(fā)展，鈦日漸被人們普遍認識，廣泛地應用于汽車、電子、化工、航空、航天、兵器等領域。

從鈦金屬的應用領域來看，以美國、日本為例，美國鈦的最大應用領域是航空航天，占到總消費量的58.5%；日本則是火力、核電廠，及板式熱交換器，兩者合計占總消費量的41.9%。從下表可以看出，與美國相比，日本在更多方面使用鈦。在體育用品方面，除了在高爾夫球桿頭上使用鈦以外，還有短距離用跑鞋的銷釘、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行車架、輪椅等等。美日兩國在化學工業(yè)及油氣田鉆探裝置上的用鈦量都在增加。在計算機磁盤(真空鍍膜)、纖維紡織機的框架、餐具、帳篷用具、拐杖和照相機等方面都巧妙地使用鈦。

3、鋁及鋁合金

鋁合金具有密度小、導熱性好、易于成形、價格低廉等優(yōu)點，已廣泛應用于航空航天、交通運輸、輕工建材等部門，是輕合金中應用最廣、用量最多的合金。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和冶煉技術的突破，其性價比大為提高，目前交通運輸業(yè)已成為鋁合金材料的 合性能等具有非常積極的作用，在汽車領域有著良好的應用前景。

泡沫鋁材被認為是一種大有前途的未來汽車的良好材料。泡沫鋁材在汽車制造中的應用多為三明治式的三夾板，即：芯層為泡沫鋁或泡沫鋁合金，上下層為鋁板或其他金屬薄板。德國卡曼汽車公司用三明治式復合泡沫鋁材制造的吉雅輕便轎車的頂蓋板的剛度，比原來的鋼構件高7倍左右，而其質量卻比鋼件輕25%。

四、發(fā)展展望

可以預見的是，金屬材料依然不會被人類忽視，甚至應該是更受到重視和發(fā)展。但是就金屬材料從古至今的長期發(fā)展規(guī)律我們可以發(fā)現，金屬在人類的應用歷史，正呈現著一種不斷減重的趨勢，即人類所最為依賴和一種的金屬質量正在逐漸減少。這其實并不奇怪，在人類日新月異的技術，幾乎越是高端的技術，就越是追求精巧別致，比如如今火熱的納米技術，核能開發(fā)等。而金屬作為傳統(tǒng)的人類常用材料，自然也要跟上這一趨勢。這也便是人類在利用金屬的過程會漸漸向質量輕的金屬去靠攏。從最初的銅鐵，到之后的鋁，到如今，未來最熱門的金屬已變?yōu)榱随V，鈦等輕金屬，這些，既證明了人類社會的不斷進步，同時也讓金屬的價值得到了越來越大的發(fā)掘和提高。而在這其中，稀土的金屬的開發(fā)已成為了全世界的一個焦點，稀土金屬又稱稀土元素，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱。稀土元素是典型的金屬元素，它們的金屬活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬，比其他金屬元素都活潑，可與多種元素化合，稀土氧化物的熔點都很高，生成自由能負值很大，說明它們都是很穩(wěn)定的化合物。由于稀土元素的特殊性質，決定了稀土的用途。其中煉鋼生產中最常用的有兩種，一是稀土合金，塊狀稀土硅鐵合金，以前用于大包投入，大包壓入，粉狀一般用于大包內噴粉、模鑄中注管噴粉等方法加入鋼中；二是混合稀土金屬，制成絲(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，絲用于鋼包、中注管或連鑄結晶器，使用喂絲機喂入鋼中，棒采用模內吊掛的方法熔入鋼中。稀土金屬包芯線作為線性添加材料的新品種，由于喂絲技術在煉鋼生產中的廣泛應用，必將得到進一步的發(fā)展。

可以肯定的是，在未來，隨著人類生活中的不斷需要，還會有更多的金屬被開發(fā)出他獨特的用途，成為人類社會中所必不可少的材料。也將同樣引起未來科技的震蕩，從而強力的推動社會的發(fā)展。好不夸張的說，未來社會人類能否生存，是否能利用好一些新興金屬將在很大程度上起著決定性的因素。因而，金屬在未來的前景依然一片大好。

金屬材料與人類社會進步的關系已不需多言，其體現的價值早已不再是簡單一種人類所熟知的材料而已了。更多的，是一種社會進步的推動力。顯而易見，金屬材料的存在讓人類的社會的進步加速了很多。而能夠學會利用金屬材料，毫無疑問，也是人類社會在不斷前進中的一大幸事。所以，我們應該感謝金屬材料在人類社會中起到的作用，也應更好的在未來利用好金屬，讓他的光芒更加閃耀。參考文獻：

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第五篇：淺談分布式防火墻技術的應用與發(fā)展趨勢

淺談分布式防火墻技術的應用與發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的防火墻分為包過濾型和代理型，他們都有各自的缺點與局限性。隨著計算機安全技術的發(fā)展和用戶對防火墻功能要求的提高，目前出現一種新型防火墻，那就是“分布式防火墻”，英文名為“Distributed Firewalls”。它是在目前傳統(tǒng)的邊界式防火墻基礎上開發(fā)的。但目前主要是以軟件形式出現的，也有一些國際著名網絡設備開發(fā)商開發(fā)生產了：集成分布式防火墻技術的硬件分布式防火墻，做成嵌入式防火墻PCI卡或PCMCIA卡的形式，但負責集中管理的還是一個服務器軟件。因為是將分布式防火墻技術集成在硬件上，所以通常稱之為“嵌入式防火墻”，其實其核心技術就是“分布式防火墻”技術。

1．分布式防火墻的產生

1．1 傳統(tǒng)防火墻的缺陷

傳統(tǒng)防火墻根據所采用的技術，可以分為包過濾型和代理型。下面重點介紹包過濾型防火墻和應用網關防火墻的原理及其缺點。

包過濾防火墻的工作原理：包過濾技術包括兩種基本類型：無狀態(tài)檢查的包過濾和有狀態(tài)檢查的包過濾，其區(qū)別在于后者通過記住防火墻的所有通信狀態(tài)，并根據狀態(tài)信息來過濾整個通信流，而不僅僅是包。包過濾是在IP層實現的，因此，它可以只用路由器完成。包過濾根據包的源IP地址、目的IP地址、源端口、目的端口及包傳遞方向等報頭信息來判斷是否允許包通過。過濾用戶定義的內容，如IP地址。其工作原理是系統(tǒng)在網絡層檢查數據包，與應用層無關，包過濾器的應用非常廣泛，因為CPU用來處理包過濾的時間可以忽略不計。而且這種防護措施透明，合法用戶在進出網絡時，根本感覺不到它的存在，使用起來很方便。這樣系統(tǒng)就具有很好的傳輸性能，易擴展。但是這種防火墻不太安全，因為系統(tǒng)對應用層信息無感知――也就是說，它們不理解通信的內容，不能在用戶級別上進行過濾，即不能識別不同的用戶和防止IP地址的盜用。如果攻擊者把自己主機的IP地址設成一個合法主機的IP地址，就可以很輕易地通過包過濾器，這樣更容易被黑客攻破?；谶@種工作機制，包過濾防火墻有以下缺陷：

（1）特洛伊木馬使包過濾器失效；

（2）第0個分段中便過濾TCP；

（3）只能訪問部分數據包的頭信息；

（4）不能保存來自于通信和應用的狀態(tài)信息；

（5）處理信息的能力有限。

（6）允許1024以上的端口通過； 應用網關防火墻也存在著許多缺陷：

（1）不能為UDP、RPC等協(xié)議族提供代理；

（2）可提供的服務數和伸縮性也有限；

（3）不能被設置為網絡透明工作；

（4）容易消除阻斷的URL；

（5）無法保護操作系統(tǒng)；

（6）管理復雜，影響系統(tǒng)的整體性能等。

基于上述原因，一種新型的防火墻技術，分布式防火墻（Distributed Firewalls）技術產生了。它可以很好地解決邊界防火墻以上的不足，它通過把防火墻的安全防護系統(tǒng)延伸到網絡中各臺主機，一方面有效地保證了用戶的投資不會很高，另一方面給網絡帶來全面的安全防護。

1．2 分布式防火墻定義

1．廣義分布式防火墻

防火墻是一道介于開放的、不安全的公共網與信息、資源匯集的內部網之間的屏障，由一個或一組系統(tǒng)組成。

圖

（二）其工作原理由圖所示。

廣義分布式防火墻是一種全新的防火墻體系結構，包括網絡防火墻、主機防火墻和中心管理三部分：

（1）網絡防火墻（Network Firewall）：用于內部網與外部網之間(即傳統(tǒng)的邊界防火墻)和內部網與子網之間的防護產品，后者區(qū)別于前者的一個特征是需要支持內部網可能有的IP和非IP協(xié)議。

（2）主機防火墻（Host Firewall）：有純軟件和硬件兩種產品，是用于對網絡的服務器和桌面機進行防護。它是作用在同一內部子網之間的工作站與服務器之間，以確保內部網絡服務器的安全。它達到了應用層的安全防護，比起網絡層更加徹底。

（3）中心管理（Central Management）：這是一個防火墻服務器管理軟件，負責總體安全策略的策劃、管理、分發(fā)及日志的匯總。這是新的防火墻的管理功能，也是以前傳統(tǒng)邊界防火墻所不具有的。

2．分布式防火墻的特點

綜合起來分布式防火墻技術具有以下幾個主要特點：

1．保護全面性

分布式防火墻把Internet和內部網絡均視為“不友好的”。它們對個人計算機進行保護的方式如同邊界防火墻對整個網絡進行保護一樣。對于Web服務器來說，分布式防火墻進行配置后能夠阻止一些非必要的協(xié)議，如HTTP 和 HTTPS之外的協(xié)議通過，從而阻止了非法入侵的發(fā)生，同時還具有入侵檢測及防護功能。

2．主機駐留性

分布式防火墻是一種主機駐留式的安全系統(tǒng)。主機防火墻對分布式防火墻體系結構的突出貢獻是，使安全策略不僅僅停留在網絡與網絡之間，而是把安全策略推廣延伸到每個網絡末端。

3．嵌入操作系統(tǒng)內核

主要是針對目前的純軟件式分布式防火墻。操作系統(tǒng)自身存在許多安全漏洞，運行在其上的應用軟件無一不受到威脅。分布式主機防火墻也運行在主機上，所以其運行機制是主機防火墻的關鍵技術之一。為自身的安全和徹底堵住操作系統(tǒng)的漏洞，主機防火墻的安全監(jiān)測核心引擎要以嵌入操作系統(tǒng)內核的形態(tài)運行，直接接管網卡，在把所有數據包進行檢查后再提交操作系統(tǒng)。為實現這樣的運行機制，除防火墻廠商自身的開發(fā)技術外，與操作系統(tǒng)廠商的技術合作也是必要的條件，因為這需要一些操作系統(tǒng)不公開內部技術接口。

4．類似個人防火墻

針對桌面應用的狹義分布式防火墻與個人防火墻有相似之處，如都對應個人系統(tǒng)，但兩者的差別又是本質的。首先，它們的管理方式不同，個人防火墻的安全策略由系統(tǒng)使用者自己設置，目標是防止外部攻擊;而針對桌面應用的狹義防火墻的安全策略是由管理員統(tǒng)一設置，除了對該桌面系統(tǒng)起到保護作用外，還對該桌面系統(tǒng)的對外訪問加以控制，并且這種安全機制是使用者不能改動的。其次，個人防火墻面向個人用戶，而針對桌面應用的狹義防火墻面向的是企業(yè)級用戶，是企業(yè)級安全解決方案的組成部分。

5．適用于服務器托管

不同的托管用戶都有不同數量的服務器在數據中心托管，服務器上也有不同的應用。對于安裝了中心管理系統(tǒng)的管理終端，數據中心安全服務部門的技術人員可以對所有在數據中心委托安全服務的服務器的安全狀況進行監(jiān)控，并提供有關的安全日志記錄。3．分布式防火墻的優(yōu)點

綜合起來這種新的防火墻技術具有以下幾個主要優(yōu)點：

1．分布式體系結構保護內網安全

分布式的系統(tǒng)構架能夠滿足不同形態(tài)和規(guī)模的網絡，能夠適應網絡結構和規(guī)模的變化，系統(tǒng)的靈活性得到充分的體現。[5]分布式的安全思路是在保證每個節(jié)點安全的前提上，達到整個網絡的安全，某個節(jié)點的脆弱環(huán)節(jié)不會導致整個網絡的安全遭到破壞。因此，創(chuàng)新的分布式的體系架構對于內網和移動辦公的防黑和防木馬、防病毒都起到很好的防護作用。

2．集中管理

獨特的集中管理方式，對所有節(jié)點的管理可以通過統(tǒng)一的安全策略管理服務器來完成。中央策略管理服務器是一個集成的管理環(huán)境，負責給各個節(jié)點分發(fā)安全策略，記錄客戶端的工作狀態(tài)，記錄客戶端強制復制的日志，記錄服務器日志，并可以生成，指派，掃描和檢查所有的客戶端安全策略。通過集中管理控制中心，統(tǒng)一制定和分發(fā)安全策略，真正做到多主機統(tǒng)一管理，最終用戶“零”負擔。同時，通過不同的集中管理控制策略的制定，還可以對最終用戶的上網行為進行控制。

3．中央控制策略動態(tài)更新

管理員在管理服務器更新安全策略之后，會在很短的時間內動態(tài)分發(fā)到各個客戶端節(jié)點，只要客戶端的機器空閑，客戶端就會自動從統(tǒng)一策略服務器更新策略，用戶也可以手動啟動安全策略更新程序。客戶端將會自動加載這些新的安全策略。安全策略在網絡傳輸的過程中是以加密的形式完成的，不會被黑客竊聽安全策略的具體內容。同時客戶端所自行采用的安全策略只能比統(tǒng)一分發(fā)的中央控制策略的安全級別更高，不可以低于統(tǒng)一分發(fā)的中央控制策略的安全級別。

4．系統(tǒng)擴展性增強

分布式防火墻隨系統(tǒng)擴充提供了安全防護無限擴充的能力。因為分布式防火墻分布在整個企業(yè)的網絡或服務器中，所以它具有無限制的擴展能力。隨著網絡的增長，它們的處理負荷也在網絡中進一步分布，因此它們的高性能可以持續(xù)保持住。而不會像邊界式防火墻一樣隨著網絡規(guī)模的增大而不堪重負。

4．分布式防火墻的主要功能

綜合起來分布式防火墻技術具有以下幾個主要功能：

1．控制網絡連接（包過濾、基于狀態(tài)的過濾）

2．應用訪問控制

3．網絡狀態(tài)監(jiān)控

4．入侵檢測

5．防御黑客攻擊

6．腳本過濾（對常見的各種腳本，如JavaScript、VBScript等ActiveX腳本進行分析檢查）

7．日志管理

8．客戶端定制的安全策略

9．對安全策略、日志和數據庫的備份

10．統(tǒng)一的安全策略管理服務器 5．分布式防火墻技術的發(fā)展

隨著分布式防火墻技術的不斷發(fā)展，未來分布式防火墻技術將主要向兩個方向發(fā)展：分布式主動型防火墻技術和分布式智能型防火墻技術。

1．分布式主動型防火墻

隨著分布式防火墻技術的不斷發(fā)展，未來分布式防火墻技術將向分布式主動型防火墻技術發(fā)展。不是被動地防止攻擊，而是將內部的攻擊拒絕在攻擊者處。有效防止來自內部的拒絕服務攻擊，使服務器能正常提供服務，從而克服分布式防火墻在防止拒絕服務攻擊上的不足。

2．分布式智能型防火墻

分布式智能型防火墻是未來分布式防火墻發(fā)展的另一個方向。它具有以下幾個特點：

（1）透明流量分擔技術

保證了防火墻能夠加大帶寬，同時又起到雙機設備的作用，顯著提高防火墻的可用性。其巨大的吞吐能力，保證了客戶網絡巨大數據流的來往，并且不會影響網絡速度和性能。

（2）內核集成IPS模塊

分布式智能型防火墻將IPS作為一個模塊集成到里面，直接在主干上直接監(jiān)測并且阻斷供給，更高效更安全。并且，如果單獨放置IPS，那么這些DOS攻擊以及防掃描的工作就被提到了應用空間去完成，顯然沒有集成之后的IPS直接在防火墻的內核處理的效率和穩(wěn)定性高。

（3）預置防IP欺騙策略

智能型分布式防火墻的“防黒客”功能，能夠對IP欺騙，碎片攻擊，源路由攻擊，DOS攻擊等各種黑客攻擊進行有效的抵抗和防御。

結論：

縱觀防火墻技術的發(fā)展歷史，分布式防火墻技術無疑是一座里程碑。它不但彌補了傳統(tǒng)邊界式防火墻的不足，而且把防火墻的安全防護系統(tǒng)延伸到網絡中各臺主機，一方面有效地保證了用戶的投資不會很高，另一方面給網絡帶來全面的安全防護。分布式防火墻分布在整個企業(yè)的網絡或服務器中，具有無限制的擴展能力，隨著網絡的增長，它們的處理負荷也在網絡中進一步分布，進而持續(xù)保持高性能。然而當前黑客入侵系統(tǒng)技術的不斷進步以及網絡病毒朝智能化和多樣化發(fā)展，對分布式防火墻技術提出了更高的要求。分布式防火墻技術只有不斷向主動型和智能型等方向發(fā)展，才能滿足人們對防火墻技術日益增長的需求。