生产管理知识_制造业与制造技术的重大意义与创新

2020 2 23 1 制造业与制造技术的重大意义朱剑英教授南京航空航天大学 2020 2 23 2 目录 1 制造业与制造技术的重大意义2 以微见著 精密化是机械制造发展的核心3 以综见著 自动化是机械制造发展的途径4 以网见著 信息化是机械制造发展的急需5 以智见著 智能化是机械制造发展的方向6 制造业与制造技术的创新7 从制造大国走向制造强国 2020 2 23 3 制造业与制造技术的重大意义 2020 2 23 4 制造业创造了人类 1 人从猿进化而来 人猿分离 是由于人学会双足行走和用手制造并使用工具 2 中国的元谋人 170万年前的南方古猿 非洲人早在160万年前即开始用火 石料开采和加工 形成了原始制造业 饮食改善促进了脑的发展 200万年前的猿人脑容量约为700毫升 100万年前的直立人脑容量约为1000毫升 50万年前增加到1200毫升 1929年发现的57万年前的北京 直立 猿人为1050毫升 而现代人的脑容量平均为1450毫升 现代人的大脑皮层褶皱面积为1700 2200平方厘米 是黑猩猩的3倍 3 恩格斯指出 直立和劳动创造了人类 而劳动是从制造工具开始的 2020 2 23 5 制造业不是夕阳工业 1 1 美国的教训1 上个世纪70年代 美国不重视制造业 把制造业称为 夕阳工业 结果导致美国80年代的经济衰退 2 80年代后期 美国的一些国会议员 政府要员纷纷要求政府出面 协调和支持制造产业的发展 1991年 布什政府期间 美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为22项的美国国家关键技术 其中制造技术占4项 标志着美国科技政策的转变 3 克林顿上台后 对制造业大力支持 他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首 结果美国在机械工业 汽车工业 航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展 使美国的经济连续8年取得了2 3 的增长率 而且还同时保持低通胀率和低失业率 这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因 2020 2 23 6 制造业不是夕阳工业 2 2 日本的经验1 在上个世纪70 80年代 日本非常重视制造业 特别大抓了汽车制造和微电子制造 结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场 特别是大举进入了美国市场 2 日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件 1991年海湾战争结束后 日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片 是 日本的芯片打败了伊拉克的钢片 2020 2 23 7 制造业不是夕阳工业 3 3 东南亚经济危机的启示1 1998年爆发的动南亚经济危机 从另一个侧面反映了一个国家发展制造业的重要 一个国家 如果把经济的基础放在股票 旅游 金融 房地产 服务业上 而无自己的制造业 这个国家的经济就容易形成泡沫经济 一有风吹草动就会产生经济危机 2 新加坡 台湾都有自己的制造业 因此受经济危机的影响小一些 2020 2 23 8 制造业不是夕阳工业 4 4 瑞士依靠什么使人均产值居世界第一 1 瑞士是一个仅700万人口的小国 但瑞士的制造业十分发达 瑞士的精密机械产品的出口量是我国的8倍 瑞士的手表世界第一 连小小的军刀 也风靡全世界 2 现在瑞士的年人均国民生产总值达到4 3万美元以上 居世界第一 2020 2 23 9 制造业是产业革命的主力军 1 第一次产业革命 1733 18781 又称为 蒸汽革命 2 产业革命的标志 瓦特发明的蒸汽机 3 英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4 制造业和瓦特的发明推动了热力学理论的诞生 2020 2 23 10 制造业是产业革命的主力军 2 第二次产业革命 1879 19451 又称为 电气革命 2 产业革命的标志 电灯 爱迪生 电话 贝尔 电机 西门子 等电气化产品 3 制造业肇始了电的应用 而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生 4 麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电 微波 雷达 合成孔径 微波成像 卫星通信 宇宙微波探测等技术的发展 5 牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路 导致了量子场论的创立 2020 2 23 11 制造业是产业革命的主力军 3 第三次产业革命 1945 19721 又称为 电子 原子 革命 2 产业革命的标志 原子弹 1945 电子计算机 1946 晶体管 1948 集成电路 微电子技术等 3 微电子制造技术开创了全新的信息时代 2020 2 23 12 制造业是产业革命的主力军 4 第四次产业革命 1973 1 又称为 高新技术产业革命 2 产业革命的标志 众多高新技术产品 如微电子产品 电脑 新一代通信产品 新一代汽车 磁悬浮列车 新一代飞机 机器人 生物工程产品 新一代药物 绿色食品 转基因产品等等 3 微器件制造工艺 如拉单晶 掺杂 扩散 离子注入 外延 溅射 化学沉积 CVD 光刻 表面贴装 自动化组装 进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰 2020 2 23 13 21世纪科学技术发展总趋势 1 一 中心科学技术的转移1 信息科学技术目前是发展高峰期 预计其中心科学技术的地位还可持续四十年 2 生命科学技术现在已开始注重其发展与应用 预计21世纪30年代开始逐步转变为中心科学技术 3 认知科学技术智能化趋势现已显露 预计21世纪70年代开始将成为科学技术发展的中心 2020 2 23 14 21世纪科学技术发展总趋势 2 二 世界科技中心 地区或国家 的转移中国 公元3世纪 公元13世纪 意大利 1540年 1610年 英国 1660年 1730年 法国 1770年 1830年 德国 1810年 1920年 美国 1920年 可能转向东方 日本 中国 2020 2 23 15 高技术及其产业的领域 1 信息科学技术 包括微电子 光电子科学技术 2 生物科学技术 包括生命科学技术 3 新能源科学技术 包括核能科学技术 4 新材料科学技术 包括纳米科学技术 5 环境科学技术 包括地球科学技术 6 航空航天科学技术 包括军事科学技术 7 海洋科学技术 包括地球科学技术 8 先进制造科学技术 包括微机电系统科学技术 9 管理科学技术 包括软科学技术 10 认知科学技术 包括人脑和智能系统科学技术 2020 2 23 16 21世纪改变人类的科学与技术 科学技术物质科学信息技术生命科学生物技术纳米技术能源技术 2020 2 23 17 从科学发现到技术发明 2020 2 23 18 20世纪改变世界的重要机电产品 2020 2 23 19 2020 2 23 20 中国制造业的成就 1 2001年 中国工程院的调查结论 1 中国制造业占国民生产总值的1 32 占整个工业生产的4 53 为国家财政提供1 3以上的收入4 贡献出口总额的90 5 就业人员8043万 2020 2 23 21 中国制造业的成就 2 改革开放20年来中国制造业的进步 1 引进国外先进技术2500多项 占全国的1 3以上 近几年发展的新产品 50 达到80年代中后期的世界水平 2 一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列 如汽车280万辆以上 其中轿车120万辆以上 大中型发电设备1200万千瓦以上 火电1000万千瓦 水电200万千瓦 大中型拖拉机11万台以上 金切机床10万台以上 2020 2 23 22 中国制造业的成就 3 改革开放20年来中国制造业的进步 3 我国已成为世界最大的服装纺织品出口国 与日本 马来西亚和韩国并称世界消费类电子产品四大生产国 4 成功开发生产了运七 运八 新舟60等支线飞机 5 一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平 如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心 激光切割机床 沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器 黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机 燃气轮机 沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人等产品 2020 2 23 23 制造业的重大意义 1 1 在发达国家中 制造业创造了约60 的社会财富 约45 的国民经济收入 2 据统计 美国68 的社会财富来自于制造业 3 CIRP在1999年的报告中指出 在国家生产力的构成中 制造技术的作用一般占55 65 4 在许多国家的科技发展计划中 先进制造技术都被列为优先发展的科技 2020 2 23 24 制造业的重大意义 2 十五 规划中确定的八个最具战略影响的领域 1 信息技术2 生物技术3 新材料技术4 先进制造与自动化技术5 资源环境技术6 航空航天技术7 能源技术8 先进防御技术 其中 先进制造与自动化技术又是实现各种高新技术的保障技术 2020 2 23 25 制造业的重大意义 3 2020 2 23 26 制造业的重大意义 4 人大常委会副委员长宋健指出 制造业是实现现代化工业的水之源 木之本 是实现工业化的保障和原动力 是国家实力的脊梁 是支持共和国大厦的基石 没有强大制造能力的国家永远成不了经济强国 2020 2 23 27 制造业的重大意义 5 1 制造业处于国家工业的中心地位 2 是国民经济持续发展的基础 3 是工业化 现代化建设的发动机和动力源 4 是在国际竞争中取胜的法宝 5 是技术进步的主要舞台 6 是提高人均收入的财源 国防安全的保障 发展现代文明的物质基础 2020 2 23 28 知识经济与制造业 2020 2 23 29 以微见著 精密化是机械制造发展的核心 2020 2 23 30 以微见著 精密化是机械制造发展的核心 1 20世纪的三个重大科学成就都是 以微见著 2 信息产业的基础是微电子芯片制造3 加工精度及其发展4 现代超精密机械对精度的要求5 细微与纳米加工技术可达的水平6 微机电系统 MEMS 的重大意义7 各国对MEMS研究的关注 2020 2 23 31 20世纪的三个重大科学成就都是 以微见著 1 1 量子力学1900年 普朗克依据黑体辐射实验而提出量子假说 后与玻尔 薛定谔等人于1925年建立量子力学 解决了波粒二重性问题 在原子尺度下 粒子的能量与波动的频率成正比 动量与波长成反比 2 相对论1 狭义相对论 1905年 爱因斯坦在迈克尔逊测量光速的基础上 提出了狭义相对论 预示了原子能的巨大潜力 E mc2E 能量 m 质量 c 光速2 广义相对论 1915年提出广义相对论 揭示了时间 空间 物质和运动的普遍规律 2020 2 23 32 20世纪的三个重大科学成就都是 以微见著 2 3 DNA 脱氧核糖核酸 双螺旋结构1 1953年沃森和克里克发现生物大分子是由DNA组成 其结构是双螺旋结构 遗传密码存在于DNA中 称为基因 2 1973年美国的科恩和博耶演示了世界上第一例DNA分子重组 打开了理解生命奥秘的大门 1973年成为人类进入信息时代的标志 3 1997年英国成功地用体细胞克隆技术培养出羊 多莉 第一次实现了生命的复制 2020 2 23 33 现代超精密机械对精度的要求 2020 2 23 34 采用硅微工艺刻蚀制造的微机械手 2020 2 23 35 加工精度及其发展 1 车 铣2 磨3 CNC机床4 研磨 工具磨5 光学磨 金刚石车 磨6 金刚石超精车 磨 电解加工7 衍射光栅刻线机8 电子束 离子束 X射线9 分子束生长 离子注10 扫描隧道技术 2020 2 23 36 细微与纳米加工技术可达的水平 2020 2 23 37 以综见著 自动化是机械工程发展的途径 2020 2 23 38 以综见著 综合化是机械工程发展的途径 1 自动化是机械工程综合化的核心和目标2 机电一体化工程 MechatronicEngineering 是高技术装备的基础3 先进制造系统以综合 集成 整合 为手段4 特种加工技术与装备是典型的综合技术与装备 2020 2 23 39 自动化是机械工程综合化的核心和目标 1 自动控制基础理论的发展1 经典控制论2 现代控制论3 大系统控制论 智能控制论 2 当前工程控制论的前沿3 制造中的自动化技术 2020 2 23 40 工程控制论的前沿 1 非 2 智 1 非线性1 智能系统2 非定常2 智能控制3 非经典3 智能优化4 非一般5 非对称6 非平衡 2020 2 23 41 制造中的自动化技术 1 CAD CAM技术 包括CAT CAE CAX 2 数字控制技术3 机电一体化技术 包括光 液 气 4 传感器与测试技术5 伺服驱动系统技术6 自动机技术 包括输送 存储 装卸及机器人 7 加工 装配和检验中的自动化技术8 制造系统技术9 管理信息化技术10 回收与维修中的自动化技术结论 制造自动化技术的基础是数字技术 2020 2 23 42 机电一体化工程是高技术装备的基础 1 微电子芯片制造2 光电子器件制造3 自动化设备制造4 仪器仪表 医疗 生物 环保等高技术设备5 新型机械设备 2020 2 23 43 信息产业的基础是微电子芯片制造 莫尔规律 一片硅片上的晶体管数 集成度 每隔18 24个月翻一番 预计这一规律还要持续10 15年 微电子芯片功能的增长情况 芯片上的微刻技术 纳米加工技术 生物芯片 比现有的芯片体积缩小50倍 速度快100倍 智能化程度更高 2020 2 23 44 关于微电子芯片制造 1 1 巨大的投资建一座生产1000兆位存储器的芯片制造厂 需要投资150亿美元 2 我国的出路1 美国德克萨斯仪器公司已设计出一套3000万美元的装置 称为MMST 微电子生产科学技术 其生产能力可与10亿美元的工厂相比 2 建小规模而有效益的专用集成电路 ASIC 生产厂 3 起步逐一研制制造芯片的有关设备 2020 2 23 45 关于微电子芯片制造 2 3 当前的芯片制造设备1 当前 三超 超净 超纯 超精加工 的水平 1 超净 尘埃颗粒直径 0 1微米颗粒数 0 1个 立方英尺空气 2 超纯 有害杂质含量达到ppb 十亿分之一 3 超精加工 钠米级2 重要的设备 1 深紫外线曝光 相移掩膜技术 达0 3 0 35微米 2 准分子激光光源 相移掩膜技术 达0 18 0 25微米 3 电子束和X射线曝光技术 达0 01 0 04微米 4 超薄层淀积 分子束外延和化学气相淀积 达原子级 纳米级 5 其他设备 各种干法刻蚀设备 大束流和低能离子注入精密掺杂设备 浅结欧姆接触和多层布线加工设备 超纯材料制备 超净封装 测试设备等 2020 2 23 46 重要的新型机械产业 不包括车辆 航空 航天 船舶 兵器 核工业 1 电动车辆产业2 计算机数控机床产业 这是基础产业 3 工业机器人产业 包括运输 检测 存储 4 超精密机械产业 特别是微机电系统设备 5 特种加工设备产业 包括快速成形 表面技术 特种材料加工等设备 6 现代工程机械设备产业7 现代农业机械设备产业8 现代医疗机械设备产业9 新型交通工具产业 包括磁悬浮列车 太阳能车辆绿色汽车 微型飞行器 10 现代家用电器产业 2020 2 23 47 特种加工技术与装备是典型的综合技术与装备 1 电火花加工2 电化学加工3 激光加工4 高能束加工5 其它特种加工 喷丸加工 喷射水加工 表面喷涂 电铸 光刻等 6 增材制造 包括快速成形 2020 2 23 48 先进制造系统以综合为手段 一 近二十年来 世界各国共提出数十种先进制造系统 其中较重要的有38种 1 CAD CAM CAE 计算机辅助设计 计算机辅助制造 计算机辅助工程 2 成组技术 GroupTechnology GT 3 全面质量管理 TotalQualityManufacturing TQM 4 材料需求计划 MaterialRequisitePlanning MRP I 2020 2 23 49 先进制造系统 续 5 制造资源计划 ManufacturingResourcePlanning MRP II 6 柔性制造系统 FlexibleManufacturingSystem FMS 7 准时生产制 JustInTime JIT 8 计算机辅助工艺规划 CAPP 2020 2 23 50 先进制造系统 续 9 为了制造的 装配的 试验的 设计 DFMA DFA DFT DFX 10 计算机集成制造系统 ComputerIntegratedManufacturingSystem CIMS 11 用户驱动生产 CustomerDrivenProduction CDP 12 企业重组 BusinessReengineering BR 13 并行工程 ConcurrentEngineering CE 2020 2 23 51 先进制造系统 续 14 环境友好生产 EnvironmentFriendlyManufacturing EFM 15 精益生产 LeanProduction LP 16 敏捷制造 AgileManufacturing AM 17 多智能体制造系统 Multi AgentManufacturingSystem MAMS 2020 2 23 52 先进制造系统 续 18 虚拟制造 VirtualManufacturing VM 19 增广现实制造 AugmentedRealityManufacturing ARM 20 协同制造 HolonicManufacturing HM 21 生物型制造 BiologicalManufacturing BM 22 寿命周期工程 LifeCycleEngineering LCE 23 绿色制造 GreenManufacturing GM 2020 2 23 53 先进制造系统 续 24 网络合作制造 Network CollaborativeManufacturing NCM 25 遥远制造 RemoteManufacturing RM 26 全面生产维护 TotalProductionMaintenance TPM 27 开放结构制造系统 OpenArchitectureManufacturingSystem OAMS 28 智能制造 IntelligentManufacturing IM 2020 2 23 54 先进制造系统 续 29 分形企业 FractalEnterprise FE 30 预计生产改进系统 Pre PlannedProductImprovementsystem P3IS 31 企业资源计划 EnterpriseResourcePlanning ERP 33 快速原型制造 RapidPrototypeManufacturing RPM 34 自组织生产系统 Self OrganisedProductionSystem SOPS 2020 2 23 55 先进制造系统 续 35 可重组制造系统 ReconfigurableManufacturingSystem RCMS 36 大规模定制 MassCustomization MC 37 全球制造 GlobalManufacturing GM 38 下一代制造系统 NextGenerationManufacturingSystem NGMS 2020 2 23 56 先进制造系统以综合为手段 二 各种先进制造系统建模用的数学方法多达40多种 如 1 专家系统 ExpertSystem KnowledgeBasedSystem ES 2 模式识别 PatternRecognition PR 3 图论 GraphTheory GT 4 相似理论 SimilarityTheory ST 5 优化理论 OptimizationTheory OT 2020 2 23 57 制造系统建模的数学方法 续 6 博弈论 GameTheory GM 7 时间序列分析 TimeSeriesAnalysis TSA 8 小波理论 WaveletTheory WT 9 制造几何 ManufacturingGeometry MG 10 样条理论 SplineTheory ST 11 逆向工程 ReverseEngineering RE 12 计算机视觉 ComputerVision CV 13 自然语言理解 NatureLanguageProcessing NLP 2020 2 23 58 制造系统建模的数学方法 续 14 知识表示 KnowledgeRepresentation KR 15 启发搜索 HeuristicSearch HS 16 基于约束的搜索 ConstraintBasedSearch CBS 17 可信度理论 ConfidenceTheory CT 18 定性推理 QualitativeReasoning QR 19 推理技术 ReasoningTechniques RT 2020 2 23 59 制造系统建模的数学方法 续 20 机器学习 MachineLearning McL 21 机器证明 MachineProving MP 22 多值逻辑 MultipleLogic ML 23 模糊数学 FuzzyMathematics FM 24 神经网络 NeuralNetwork NN 25 Petri网络 PetriNetwork PN 2020 2 23 60 制造系统建模的数学方法 续 26 免疫网络 ImmuneNetwork IN 27 基因算法 GeneticAlgorithm GA 28 人工生命 ArtificialLife AL 29 联想记忆 AssociativeMemory AM 30 黑板结构 BlackboardArchitecture BA 31 多智能体系统 Multi AgentSystems MAS 2020 2 23 61 制造系统建模的数学方法 续 32 成组技术 GroupTechnology GT 33 并行工程 ConcurrentEngineering CN 34 生物制造计算 BiologicalManufacturingComputation BMC 35 Holonic制造计算 HolonicManufacturingComputation HMC 36 非经典控制论 Non ClassicalControlTheory NCCT 37 运筹学 OperationsResearch OR 2020 2 23 62 制造系统建模的数学方法 续 38 系统工程 SystemEngineering SE 39 模拟退火 SimulatedAnnealing SA 40 组合数学 ConbinatorialMathematics CM 41 分形与分维 FractalTheory FT 42 混沌理论 ChaosTheory CT 43 非线性数学 NonlinearMathematics NM 44 网络数学 NetworkMathematics NtM 45 智能数学 IntelligentMathematics IM 2020 2 23 63 以网见著 信息化是机械工程发展的急需 2020 2 23 64 以网见著 网络化是机械工程发展的急需 1 三个时代的产业特征2 网络经济的特点3 我国信息产业驶上高速路4 信息化 网络化产品5 信息产业所需的设备6 信息网络服务设备 2020 2 23 65 三个时代的产业特征 2020 2 23 66 网络经济的特点 1 没有旧经济的衰退和通货膨胀的周期性 2 知识分子将成为新经济时代的主体 社会结构发生变化 3 企业发展将是知识资本重于物质资本 4 人才是知识资本的核心 5 企业的利润主要来自于科技创新 6 虚拟企业 敏捷制造 企业动态联盟 供应链等迅速发展 企业对市场的响应越来越快 7 经营具有全球性 电子商务成为经营的主要形式 8 商品质量越来越高 价格越来越低 服务越来越好 9 顾客参与设计与制造 商品个性化 10 人们生活方式变化 消费结构变化 由吃 穿为主转为住 用 休闲 非物质消费占总消费的50 以上 2020 2 23 67 全球首富比尔 盖茨 1 比尔 盖茨1973年 19岁 离开哈佛大学从商 1975年以5000美元资本创办微软 抓住信息技术的关键 操作系统来发展企业 到1987年成为亿万富翁 1994年成为世界首富 现已连续九年居首位 2 福布斯环球商业与金融 杂志 2003 报道 盖茨的个人财产为410亿美元 比前一年减少了100多亿美元 但比第二名沃伦 巴菲特还是领先很多 沃伦 巴菲特的个人净资产为305亿美元 去年为350亿美元 2020 2 23 68 我国信息产业已驶上高速路 1 1 九五 期间我国信息产业年平均增长速度达到31 4 2000年中国信息产业总产值突破了1万亿元 已成为工业经济的第一支柱 2002年信息产业总产值1 4万亿元 2 2002年8月统计 我国家庭拥有电脑900多万台 普及率达18 3 3 彩电2002年生产5000万台 出口彩电1800万台 均居世界第一 4 2002年11月底 固定 移动电话总数4 1299亿户 其中固定电话达到2 1268亿户 较上年增加3231万户 移动电话达到2 0031亿户 较上年增加5509万户 已大大超过美国 居世界第一位 2020 2 23 69 我国信息产业已驶上高速路 2 5 2000年上网户数为2250万户 2001年为4000万户 2002年11月底为4829万户 预计2005年将达到2亿户 上网普及率达15 左右 6 目前我国手机年生产能力是2亿部 2003年统计 国内月销售量达500万部 7 十五期间 中国的信息产业继续保持20 的高速增长 市场规模比2000年翻一番 固定 移动电话网规模容量将跃居世界第一位 电话用户总数达到5亿户 全国电话普及率达到40 到2010年 信息产业市场规模再翻一番 也就是说 未来十年 信息产业将翻两番 2020 2 23 70 机械工业在信息化中做什么 1 1 传统产品信息化 今天的汽车要带e2 用信息技术 高新技术改造传统产业 先进制造模式与管理模式3 传统产品转为信息产品 诺基亚的神话 门锁的变化 2020 2 23 71 机械工业在信息化中做什么 2 4 开拓新的信息产品 日本的 法比 机器人宠物5 信息产业的制造设备 芯片制造所需的设备6 信息化服务设备及其制造设备 电子束 离子束 激光束等设备7 制造业所需的软件 2020 2 23 72 诺基亚的神话 1 芬兰的诺基亚公司原是生产橡胶鞋的工厂 后来引进信息技术 转变到生产手机的公司 2000年销售的手机占领全球市场的37 2 诺基亚现在全球有雇员54000名 其中22000人在芬兰 另有20000人在芬兰依附诺基亚而工作 3 2000年3月诺基亚的市值达3000亿美元 超过欧洲的任何公司 2001年全球销售额250亿美元 大致相当芬兰政府整个年财政预算 4 诺基亚成为芬兰经济的火车头 它占了芬兰股市值的2 3 和该国总出口的1 5 把500万芬兰人与世界上各地无形网络中的总计10亿人连起来 2020 2 23 73 门锁的变化 机械锁代码锁 机械码 磁条码 光电码等等 指纹锁图像锁 2020 2 23 74 在信息化过程中值得注意的若干问题 1 1 信息化带动工业化 但不能代替工业化 2 信息化与工业化要均衡发展 网络与传统产业脱节会形成信息泡沫 3 信息技术只是工具 它本身不是产品 4 制造业才能把信息技术转化为生产力 5 发达国家的信息产业产值占GDP40 60 目前我国信息化水平不到发达国家的10 离现代化的要求还很远 2020 2 23 75 在信息化过程中值得注意的若干问题 2 7 我国信息产业的核心技术 微电子芯片技术和操作系统技术依赖进口 高额利润被国外企业抢走了 目前 我国计算机行业的利润率只有2 3 而国外一家只做系统芯片的公司的利润率达到25 35 8 网络安全问题是一个亟待解决的问题 主要是 一黄一黑 两个问题 据信息产业部对国内一家网站的调查 上网人群中30 看休闲信息 22 看黄色信息 因此要完善法规 加强管理并为网络提供良好的精神食粮 黑的问题主要是要有自主知识产权的网络 防止黑客侵袭 以保国家安全 9 软件业要大发展 印度软件的出口额是中国的30倍 10 关键中的关键是人才 特别是高素质的复合型技术人才与管理人才 2020 2 23 76 以智见著 智能化是机械工程发展的方向 2020 2 23 77 以智见著 智能化是机械工程发展的方向 为什么说智能化是机械工程发展的方向 1 恩格斯指出 共产主义社会的特征是消灭 三大差别 城乡差别 工农差别 体力劳动与脑力劳动的差别 其中 最本质 最核心 最困难的消灭体力劳动与脑力劳动的差别 所以智能化是实现未来理想社会的必要条件 2 知识经济 的本质是 智力经济 2020 2 23 78 以智见著 智能化是机械工程发展的方向 为什么说智能化是机械工程发展的方向 3 本世纪中心学科发展的趋势 从信息科学到生命科学 21世纪中叶 再转向认知科学 21世纪70年代 4 信息化 网络化的实质是智能化 5 国民经济各部门的智能化已露端倪 智能化成为各行各业发展的趋向 如 智能计算机 智能车辆 智能机器 智能仪表 智能控制 智能材料 甚至智能大厦 2020 2 23 79 关于制造系统和制造模式的模糊认识 1 把制造哲理说成制造系统或制造模式 2 把制造技术说成制造系统或制造模式 3 混淆了制造子系统与制造系统的区别 4 混淆了制造系统与制造模式的区别 5 把制造系统或制造子系统的管理模式说成制造模式 2020 2 23 80 什么是系统 制造系统 1 系统 是由相互联系 相互作用的具有不同特征的若干部分 要素 子系统 组成的具有一定结构 确定功能 相对稳定和可以控制的动态整体 由此定义可知 系统的特征是整体性 关联性 结构性 目的性 动态性和调控性 2 制造系统 是按企业的生产目的 由一系列相关的生产要素和制造子系统组成的 具有一定结构 确定功能 相对稳定和可以控制的动态整体 2020 2 23 81 什么是制造哲理和制造技术 1 制造哲理是贯穿于制造全过程的制造理念或制造思想 它的特点是战略性和适时性 2 制造技术是在制造过程中应用的工具 仪器 装备和在制造过程中积累并体现出来的方法 经验 技巧和知识 2020 2 23 82 什么是制造模式 制造模式是制造系统或制造子系统的组织形式和运作方式 一般制造模式应具有如下五个方面的内容 1 制造系统或制造子系统的功能 结构 通信和操作机制 2 制造过程及其运行机制 3 企业内部人流 物流 能量流和信息流的管理与处理方法 4 企业外部的招标 投标 采购 交易 合作 交流和动态联盟的方式 5 评价指标和方法 直接生产系统的制造模式是狭义理解的制造模式 它应包含上述 1 2 3 5 四项内容 2020 2 23 83 制造系统与制造模式的区别 制造系统与制造模式的区别在于 制造系统是制造的总体 它由一系列相关的生产要素和制造子系统组成 其中还包括各种制造技术 而制造模式只是制造系统或制造子系统的组织形式和运作方式 除了包含有表达这些组织形式和运作方式的技术外 一般不包括其它的制造技术 2020 2 23 84 什么是智能系统 具有 或部分具有 人类智能或能模拟 部分模拟 人类智能的系统称为智能系统 智能系统可以分成下列几种类型 1 人本系统 1 人类本身的人体系统 特别是人脑系统 2 人类以其智能直接参与活动的系统 如金融系统 保险系统 体育系统等经济系统和社会系统 2 人为系统 1 人与机器共同工作的人机系统 2 模拟或部分模拟人类智能的机器系统 如智能计算机系统 智能机器人系统 智能制造系统 智能控制系统 智能语言理解系统 智能图象处理系统等 2020 2 23 85 什么是智能制造系统 从工程的角度来讨论这个问题具有下列特征之一 特别是特征 1 和 2 的制造系统 就应称为智能制造系统 1 多信息感知与融合 2 知识表达 获取 存储和处理 包括识别设计 计算 优化 推理与决策 3 联想记忆与智能控制 4 自治性 即自相似 自学习 自适应 自组织 自维护 5 智能的演绎 分解 与归纳 集成 6 容错 2020 2 23 86 智能计算机为什么没能建成 1 目前还缺乏足够的知识来回答什么是人类智能2 在人类智能不清楚的条件下 不可能搞清什么是机器智能 什么是智能机器 3 人类思维的逻辑不是二值逻辑 而计算机工作的逻辑基础是二值逻辑 4 关于人类智能行为的标准 不同学者有不同的看法 且此标准随着科学技术的提高而不断提高 如科学家认为 只有按人脑的工作方式工作的机器才称为智能机器 而工程师则认为只要机器有人脑的功能就称为智能机器 而不管功能实现的途径是什么 又如过去认为计算是智能 现在则认为不是了 5 人脑约由1000亿个神经元组成 神经元间的联系多达百万亿 千万亿 任何机器难以做成如此巨大的系统 2020 2 23 87 机械工业在智能化中如何发展 1 要自主开发与创新智能化的产品作为机械企业未来发展的新产品2 机械企业的制造和管理要向智能化方向发展3 用智能化技术充实 改造和提升企业的信息化与网络化 4 关注和应用计算机科学和人工智能科学的最新成果 5 重视教育与培训 关键中的关键是人才 2020 2 23 88 机械工程中的智能化趋势 1 机器 宠物 索尼公司的娱乐类机器宠物拉蒂這隻暫命名為 Necot 的機属于 老实而沉默的性格 而器寵物可透過手勢和聲音來沟迈卡龙则具有 开朗调皮的性格 通 預計將在2004年3月上市 价格均为9万8000日元 售價約29 800日圓 248 28美元 2020 2 23 89 机械工程中的智能化趋势 2 智能 家电 2020 2 23 90 制造业与制造技术的创新 2020 2 23 91 制造技术创新的指导思想 创新的目的是实现全面建设小康社会的奋斗目标从制造大国走向制造强国科学技术是第一生产力人才资源是第一资源公民素质是第一素质 2020 2 23 92 当前最急需的机械制造创新领域 1 电子制造2 生物制造3 微纳制造4 装备制造5 绿色制造6 传统产品的创新制造7 提高生活质量的创新制造8 现代国防装备的创新制造 2020 2 23 93 从微电子制造到微电子产品 光刻机 研磨抛光机 粘贴机 键合机 塑封机 表面贴装机 先进电子制造 硬盘驱动器 微电子 磁头制造 磁头及组件 磁盘基片 磁盘及组件 单晶硅 芯片 PCB 微电子产品 硅片 2020 2 23 94 下一代电子制造的技术特点 1 高制造精度 纳米级 2 高加速度 15g 往复运动3 高定位精度 亚微米 纳米级定位精度 4 高可靠性 如封装后芯片的千小时失效率小于1 109 2020 2 23 95 微纳米科学技术与应用的结合纳米材料计算机磁头亚纳米抛光 Ra 0 1nm 2020 2 23 96 飞行高度 8nm控制精度 2nm 表面粗糙度 磁头Ra 0 2nm磁盘Ra 0 08nm波纹度 0 12nm 磁头表面保护膜厚度 2nm 寻道精度 0 125 m 磁存储密度 100Gb in2 三维纳米设计和加工 纳米级运动控制问题 下一代磁头 磁盘的技术难点 亚微米级定位问题 亚纳米表面抛光与测量问题 超薄膜的均匀生长问题 2020 2 23 97 图片 下一代封装设备 引线键合 的技术难点 起停频率 15次 秒 运动精度 2 5微米 运动加速度 15g 高精度空间运动控制 大行程微位移机构 高频率系统的振动 微操作理论 三维空间检测 芯片引脚间距 35 m 机器视觉定位 35um 机器视觉精度 1微米 2020 2 23 98 光纤器件超精密制造中的对准 微位移超精密定位 精度 10 100nm 6自由度对准 机构 驱动 检测 控制 通过驱动件与运动件的超精密制造与过程跟踪 实现超精密定位 2020 2 23 99 机械工程学科发展的新特点多学科深度交叉 机械工程科学 微光机电系统纳米机械学纳米加工测量 微操作系统机械仿生仿生制造 电子制造 e 制造 数字制造 虚拟制造 网络制造 纳米科技纳米材料微型机械纳米器件 生命科技人类基因组基因工程生物芯片 信息科技光子 量子 生物计算机 网络技术 2020 2 23 100 机械工程学科发展的新特点向微纳米机械学及应用方向发展 MEMS 纳米测量精度及溯源表面表层物理 表面表层化学 机械性能的测量 微纳米尺度加工与制造微量切削磨削微小零件制造微高能束加工 尺度效应机构学力学摩擦学强度寿命 2020 2 23 101 微电子技术的发展趋势 微电子技术的发展遵循摩尔定律芯片特征每3年线宽缩小1 3 从目前0 13 m 0 09 m 2005年 集成度翻两番 从目前1G 16GDRAM 2005年 2020 2 23 102 硅片的发展趋势 表面积 225 提高芯片出片率 减少硅片边角损失 单片可载芯片 240 器件厂投片数减少 硅片成本 24 芯片成本 37 下一代硅片直径 200mm 300mm 2020 2 23 103 集成电路制造系统 硅片制造是集成电路制造中的重要基础环节 2020 2 23 104 美国半导体工业协会 SIA 提供的硅片技术指标 SIARoadmaponWaferSpecifications WaferRequirements 2020 2 23 105 传统的硅片制造工艺流程 WaferManufacturing 2020 2 23 106 当前生物制造的前沿 人造器官人造骨 及骨关节 已应用于临床试验 人造软骨 如耳廓软骨 也已成功 现正开始研究人造肝 人造肾等器官 生物芯片1 医用生物芯片 在电子芯片上装有许多微型传感器 通过对微量血液或其它细胞的检测可检查人体各种疾病 2 作生物计算机用的生物芯片 这种芯片上的生物大分子 如人的视网膜分子 可作二值逻辑元件 仿生机械仿鸟飞行的扑翼机 各种仿生机器人 如机器密蜂 机器蜻蜓 机器昆虫 机器蛇 机器鱼等 将可能在未来的战争中使用 2020 2 23 107 什么是微纳制造 尺寸在10微米 1毫米之间的机械称为微型机械 尺寸在10纳米 10微米之间机械称为纳米机械或超微型机械 将微型和超微型机械与微型电子器件 或微型光电子器件 结合起来 便得到微机电系统 MicroElectro MechanicalSystems MEMS MEMS的尺寸可大到数十毫米 在微米级范围的加工称为细微加工 在纳米级范围的加工称为纳米加工 在数十纳米至0 1微米之间的加工 表面粗糙度Ra小于0 025微米 机床定位分辨率和重复性高于0 01微米 称为超精密加工 亦称亚微米级加工 2020 2 23 108 微机电系统 MEMS 的重大意义 1 信息领域 高密度磁盘存储 芯片加工设备 2 航空航天领域 微型飞机 直升机 微型卫星 重0 1 10Kg 纳米卫星 重0 1Kg以下 3 军用武器领域 精确制导 精确打击系统 微型惯性平台 重仅70Kg 微传感器 微仪表 微光学设备 4 生命科学领域 小生理器官处理 基因操作系统 蛋白质追踪系统微型心脏起搏器 微型助听器等 5 医疗领域 非侵入性治疗 显微手术 小器官检测等 6 微型机器人 单位模光导纤维引线操作 管道内操作 脑科手术 收集情报与窃听 清除脑血栓阻塞 发现并杀死癌细胞等的微型或超微型机器人 7 文化领域 音 像 电子书刊 电视会议 远程教学 电子游戏等的制作及操作的微型机械设备 2020 2 23 109 微纳制造的前沿 微型传感器各种微型位移 速度 加速度 力 压力 温度等物理量的传感器 微型器件各种微型齿轮 凸轮 轴承等微型零件和微型泵 微型阀 微型陀螺等微型部件 微机电系统特别在信息 生物 能源 国防 航空航天等高科技领域和医疗 环保 家电等生活领域有广阔的应用前景 发展微机电系统有可能引发一场新的技术革命 2020 2 23 110 美国对微纳制造技术的关注 美国总统布什于2003年12月3日签署了 21世纪纳米技术研究和开发法 这是美国自太空竞赛以来最优先资助的科技项目 美国总统布什批准在未来4年内拨款37亿美元用于纳米技术研发 其中95 用于科学研发 大约60 用于院校研究 35 用于政府实验室 美南卡罗来纳大学的纳米技术专家戴维 贝鲁布说 纳米技术如果美国不占据首位 日本或中国将取而代之 纳米技术需要培养 没有政府扶持 就不可能起飞 它的应用要等到10年 15年乃至25年之后 没有公司愿意在一项不能立刻提高利润率的技术上投资 2020 2 23 111 首先要振兴装备制造业 1 装备制造业是制造业的基础和核心 提高装备制造能力是提升整体制造能力的前提 装备制造能力构成了制造强国最核心的能力 2 我国的装备制造业是我国制造业发展的薄弱环节 尤其是大型成套装备制造能力薄弱 3 我国机械电子制造业在整个制造业中所占的比重偏低 发达国家占40 以上 我国占34 制造业的结构调整 应以先进装备制造和机电一体化产品制造为突破口 加速推进机械电子制造业的发展 2020 2 23 112 从制造大国走向制造强国 2020 2 23 113 绿色制造是可持续发展的前提 目前机械制造业存在的主要问题是 1 废旧或闲置设备回收和再利用率较低 如何改造和利用好这些旧设备是摆在我们面前的大课题 2 能源和原材料的浪费现象十分严重 比美国和日本等先进国家高出数十倍之多 3 环境保护意识在机械制造厂家头脑中还比较淡薄 尤其是一些中小企业对环境的污染还比较严重 绿色制造定义 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式 其目标是使得产品从设计 制造 包装 运输 使用到报废处理的整个产品生命周期中 对环境的影响 负作用 最小 资源效率最高 并使企业经济效益和社会效益协调优化 2020 2 23 114 中国制造业的差距 2020 2 23 115 中国制造业的差距 1 尴尬的数据1 我国出口的产品大都是中低挡的 企业大都采取贴生产 OEM 的制造方式 外贸200强企业出口值有74 是通过加工贸易方式实现的 2 我国钢产量已是世界第一 但高级钢材每年却需进口近千万吨 3 2001年 世界500强企业中 我国有11家入围 但没有一家是制造业 4 格兰仕已成为世界最大的微波炉生产商 然而其关键零部件磁控管至今仍然依靠进口 我国已是全球最大的空调生产基地 然而高性能柜机仍要采用美国谷轮公司的涡旋压缩机 2020 2 23 116 中国制造业的差距 2 1 总体规模落后我国制造业虽名列世界第四 但总体规模仅相当美国的1 5 日本的1 4强 2 人均劳动生产率落后我国制造业的人均劳动生产率远远落后于发达国家 仅为美国的1 25 日本的1 26 德国的1 20 3 制造业结构仍然偏轻装备制造在制造业中的比例仅为26 5 1999年 低于美国 41 9 日本 43 6 德国 46 4 2020 2 23 117 中国制造业的差距 3 4 技术创新能力十分薄弱产业主体技术依靠国外 有自主知识产权的产品少 依附于国外企业的组装业比重大 表现为工业增加值率仅为26 远低于美国 49 日本 38 德国 48 5 并且呈现逐年降低的趋势 5 低水平生产能力严重过剩据第三次全国工业普查 机械电子 化工 建材 轻工 冶金等行业生产能力利用率分别为51 86 54 45 54 9 64 46 09 和好5 55 而同时高水平生产能力不足 大量先