制造业及制造技术的重大意义的分析讲解(ppt 127页).ppt

1、2020/9/11,1,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,2020/9/11,2,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,2020/9/11,3,制造业与制造技术的重大意义,2020/9/11,4,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

2、）、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。”,/ (海量营销管理培训资料下载),2020/9/11,5,制造业不是夕阳工业(1) 1.

3、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

4、生丑闻而未被弹劾的主要原因。,2020/9/11,6,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”。,/ (海量营销管理培训资料下载),2020/9/11,7,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

5、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。,2020/9/11,8,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。,2

6、020/9/11,9,制造业是产业革命的主力军（1）,第一次产业革命：1733-1878 1）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。,2020/9/11,10,制造业是产业革命的主力军（2）,第二次产业革命：1879-1945 1）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、

7、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。,2020/9/11,11,制造业是产业革命的主力军（3）,第三次产业革命：1945-1972 1）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。,2020/9/11,12,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

8、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。,2020/9/11,13,21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

9、成为科学技术发展的中心。,2020/9/11,14,21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）,2020/9/11,15,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）

10、(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）,2020/9/11,16,21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,2020/9/11,17,从科学发现到技术发明,2020/9/11,18,20世纪改变世界的重要机电产品,2020/9/11,19,2020/9/11,20,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

11、1/3 2）占整个工业生产的4/5 3）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8043万,2020/9/11,21,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。,2020/9/11,22,中国制造业的成就(3),改

12、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。,2020/9/11,23,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

13、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。,2020/9/11,24,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。,2020/9/11,25,制造业的重大意义(3),2020/9/11,26

14、,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。”,2020/9/11,27,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。,2020/9/11,28,知识经济与制造业,2020/9/11,29,以微见著,精密化是机械

15、制造发展的核心,2020/9/11,30,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,2020/9/11,31,20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

16、 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=mc2 E 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。,2020/9/11,32,20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)

17、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。,2020/9/11,33,现代超精密机械对精度的要求,2020/9/11,34,采用硅微工艺刻蚀制造的微机械手,2020/9/11,35,加工精度及其发展,1车、铣 2磨 3CNC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,2020/9/11,36,细微与纳米加工技术可达的水平,2020/9/11,37,以综见著,自动化是机械工程发展的途径,2020/9/11,38,以综见著综合化是机械工程发展

18、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(Mechatronic Engineering）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,2020/9/11,39,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,2020/9/11,40,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)

19、 非一般 5) 非对称 6) 非平衡,2020/9/11,41,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,2020/9/11,42,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

20、术设备 5. 新型机械设备,2020/9/11,43,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1824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。,2020/9/11,44,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

21、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。,2020/9/11,45,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0.30.35微米 (2) 准分子激光光源+相移掩膜技术，达0.180.25微米 (3) 电子束和X射线曝光技术，达0.010.04微米 (4) 超薄层淀积（分子束外延和

22、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）,2020/9/11,46,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、

23、太阳能车辆 绿色汽车、微型飞行器） 10.现代家用电器产业,2020/9/11,47,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）,2020/9/11,48,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(Group Technology)(GT); (3)全面质量管理(Tot

24、al Quality Manufacturing)(TQM); (4)材料需求计划(Material Requisite Planning)(MRP-I);,2020/9/11,49,先进制造系统(续),(5)制造资源计划(Manufacturing Resource Planning)(MRP- II); (6)柔性制造系统(Flexible Manufacturing System)(FMS); (7)准时生产制(Just In Time) (JIT); (8)计算机辅助工艺规划（CAPP);,2020/9/11,50,先进制造系统(续),(9) 为了制造的(装配的，试验的)设计 (DFM

25、A,DFA,DFTDFX); (10)计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System)（CIMS); (11)用户驱动生产(Customer Driven Production)(CDP); (12)企业重组(Business Reengineering)(BR); (13)并行工程(Concurrent Engineering)(CE);,2020/9/11,51,先进制造系统(续),(14)环境友好生产(Environment Friendly Manufacturing)(EFM); (15)精益生产(Lean Production)

26、(LP); (16)敏捷制造(Agile Manufacturing)(AM); (17)多智能体制造系统(Multi-Agent Manufacturing System)(MAMS);,2020/9/11,52,先进制造系统(续),(18)虚拟制造(Virtual Manufacturing)(VM); (19)增广现实制造(Augmented Reality Manufacturing)(ARM); (20)协同制造(Holonic Manufacturing)(HM); (21)生物型制造(Biological Manufacturing)(BM); (22)寿命周期工程(Life C

27、ycle Engineering)(LCE); (23)绿色制造(Green Manufacturing)(GM);,2020/9/11,53,先进制造系统(续),(24)网络合作制造(Network-Collaborative Manufacturing)(NCM); (25)遥远制造(Remote Manufacturing)(RM); (26)全面生产维护(Total Production Maintenance)(TPM); (27)开放结构制造系统(Open Architecture Manufacturing System)(OAMS); (28)智能制造(Intelligent

28、Manufacturing)(IM);,2020/9/11,54,先进制造系统(续),(29)分形企业(Fractal Enterprise)(FE); (30)预计生产改进系统(Pre-Planned Product Improvement system)(P3IS); (31)企业资源计划(Enterprise Resource Planning)(ERP); (33)快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturing)(RPM); (34)自组织生产系统(Self-Organised Production System)(SOPS);,2020/9/11,55,先进

29、制造系统(续),(35)可重组制造系统(Reconfigurable Manufacturing System)(RCMS); (36)大规模定制(Mass Customization)(MC); (37)全球制造(Global Manufacturing)(GM); (38)下一代制造系统(Next Generation Manufacturing System)(NGMS),2020/9/11,56,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)(Knowledge Based System)(ES); (2)

30、模式识别(Pattern Recognition)(PR); (3)图论(Graph Theory)(GT); (4)相似理论(Similarity Theory)(ST); (5)优化理论(Optimization Theory)(OT);,2020/9/11,57,制造系统建模的数学方法(续),(6) 博弈论(Game Theory)(GM); (7) 时间序列分析(Time Series Analysis)(TSA); (8) 小波理论(Wavelet Theory)(WT); (9) 制造几何(Manufacturing Geometry)(MG); (10)样条理论(Spline T

31、heory)(ST); (11)逆向工程(Reverse Engineering)(RE); (12)计算机视觉(Computer Vision)(CV); (13)自然语言理解(Nature Language Processing)(NLP);,2020/9/11,58,制造系统建模的数学方法(续),(14)知识表示(Knowledge Representation)(KR); (15)启发搜索(Heuristic Search)(HS); (16)基于约束的搜索(Constraint Based Search)(CBS); (17)可信度理论(Confidence Theory)(CT);

32、 (18)定性推理(Qualitative Reasoning)(QR); (19)推理技术(Reasoning Techniques)(RT);,2020/9/11,59,制造系统建模的数学方法(续),(20)机器学习(Machine Learning)(McL); (21)机器证明(Machine Proving)(MP); (22)多值逻辑(Multiple Logic)(ML); (23)模糊数学(Fuzzy Mathematics)(FM); (24)神经网络(Neural Network)(NN); (25)Petri网络(Petri Network)(PN);,2020/9/11

33、,60,制造系统建模的数学方法(续),(26)免疫网络(Immune Network)(IN); (27)基因算法(Genetic Algorithm)GA); (28)人工生命(Artificial Life)(AL); (29)联想记忆(Associative Memory)(AM); (30)黑板结构(Blackboard Architecture)(BA); (31)多智能体系统(Multi-Agent Systems)(MAS);,2020/9/11,61,制造系统建模的数学方法(续),(32)成组技术(Group Technology)(GT); (33)并行工程(Concurre

34、nt Engineering)(CN); (34)生物制造计算(Biological Manufacturing Computation)(BMC); (35)Holonic制造计算(Holonic Manufacturing Computation)(HMC); (36)非经典控制论(Non-Classical Control Theory)(NCCT); (37)运筹学(Operations Research)(OR);,2020/9/11,62,制造系统建模的数学方法(续),(38)系统工程(System Engineering)(SE); (39)模拟退火(Simulated Anne

35、aling)(SA); (40)组合数学(Conbinatorial Mathematics)(CM); (41)分形与分维(Fractal Theory)(FT); (42)混沌理论(Chaos Theory)(CT); (43)非线性数学(Nonlinear Mathematics)(NM); (44)网络数学(Network Mathematics)(NtM) (45)智能数学(Intelligent Mathematics)(IM);,2020/9/11,63,以网见著,信息化是机械工程发展的急需,2020/9/11,64,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

36、.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,2020/9/11,65,三个时代的产业特征,2020/9/11,66,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

37、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。,2020/9/11,67,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） 。

38、,2020/9/11,68,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。,2

39、020/9/11,69,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。,2020/9/11,70,机械工业在信息化中做

40、什么(1),1，传统产品信息化 今天的汽车要带e 2，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,2020/9/11,71,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,2020/9/11,72,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

41、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。,2020/9/11,73,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,2020/9/11,74,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

42、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；,2020/9/11,75,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

43、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。,2020/9/11,76,以智见著,智能化是机械工程发展的方向,2020/9/11,77,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

44、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”,2020/9/11,78,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。,2020/9/11,79,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

45、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；,2020/9/11,80,什么是系统、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

46、态整体。,2020/9/11,81,什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。,2020/9/11,82,什么是制造模式？,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

47、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。,2020/9/11,83,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。,2020/9/11,84,什么是智能系统？,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

48、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。,2020/9/11,85,什么是智能制造系统？,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）； （

49、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。,2020/9/11,86,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

50、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。,2020/9/11,87,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。,2020/9/11,88,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

51、 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)。,2020/9/11,89,机械工程中的智能化趋势(2),智能“家电”,2020/9/11,90,制造业与制造技术的创新,2020/9/11,91,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,2020/9/11,92,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

52、. 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,2020/9/11,93,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,2020/9/11,94,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(15 g )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 ),2020/9/

53、11,95,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（Ra0.1nm）,2020/9/11,96,飞行高度8 nm 控制精度2 nm,表面粗糙度： 磁头Ra 0.2 nm 磁盘Ra 0.08 nm 波纹度 0.12 nm,磁头表面保护膜厚度 2 nm,寻道精度: 0.125 m,磁存储密度： 100 Gb/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,2020/9/11,97,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 25微米,运动加速度 15 g,高精

54、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 35m,机器视觉定位,35 um,机器视觉精度 1微米,2020/9/11,98,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。,2020/9/11,99,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

55、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,2020/9/11,100,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,2020/9/11,101,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 0.13m 0.09m（2005年） 集成度翻两番 从目前1G16G DRAM（ 2005年）,2020/9/11,102,硅片

56、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：200mm300mm,2020/9/11,103,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,2020/9/11,104,美国半导体工业协会（SIA）提供的硅片技术指标,SIA Roadmap on Wafer SpecificationsWafer Requirements,2020/9/11,105,传统的硅片制造工艺流程,Wafer Manufacturing,2020/9/11,106,当前生物制造的前沿

57、,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。,2020/9/11,107,什么是微纳制造？,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；

58、 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（Micro Electro-Mechanical Systems, 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。,2020/9/11,108,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0.110Kg）、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