機(jī)械工程科學(xué)前沿與發(fā)展ppt課件

1、2021/2/3,1,機(jī)械科學(xué)的前沿與發(fā)展主講：左敦穩(wěn)，周燕飛,2021/2/3,2,目錄,1.制造業(yè)與制造技術(shù)的重大意義 2.以微見(jiàn)著 精密化是機(jī)械制造發(fā)展的核心 3.以綜見(jiàn)著 自動(dòng)化是機(jī)械制造發(fā)展的途徑 4.以網(wǎng)見(jiàn)著 信息化是機(jī)械制造發(fā)展的急需 5.以智見(jiàn)著 智能化是機(jī)械制造發(fā)展的方向 6.制造業(yè)與制造技術(shù)的創(chuàng)新 7.從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó),2021/2/3,3,制造業(yè)與制造技術(shù)的重大意義,2021/2/3,4,制造業(yè)創(chuàng)造了人類,1）人從猿進(jìn)化而來(lái), 人猿分離, 是由于人學(xué)會(huì)雙足行走和 用手制造并使用工具。 2）中國(guó)的元謀人（170萬(wàn)年前的南方古猿）、非洲人早 在160萬(wàn)年前即開始用火，石

2、料開采和加工，形成了 原始制造業(yè)。飲食改善促進(jìn)了腦的發(fā)展。200萬(wàn)年前 的猿人 腦容量約為700毫升，100萬(wàn)年前的直立人腦 容量約為1000毫升，50萬(wàn)年前增加到1200毫升，1929 年發(fā)現(xiàn)的57萬(wàn)年前的北京（直立）猿人為1050毫升， 而現(xiàn)代人的腦容量平均為1450毫升，現(xiàn)代人的大腦皮 層褶皺面積為 1700-2200平方厘米，是黑猩猩的3倍。 3）恩格斯指出：“直立和勞動(dòng)創(chuàng)造了人類，而勞動(dòng)是從 制造工具開始的。,2021/2/3,5,制造業(yè)不是夕陽(yáng)工業(yè)(1) 1.美國(guó)的教訓(xùn) 1)上個(gè)世紀(jì)70年代,美國(guó)不重視制造業(yè),把制造業(yè)稱為“夕陽(yáng)工業(yè)”, 結(jié)果導(dǎo)致美國(guó)80年代的經(jīng)濟(jì)衰退。 2)80年

3、代后期，美國(guó)的一些國(guó)會(huì)議員、政府要員紛紛要求政府出 面，協(xié)調(diào)和支持制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，1991年，布什政府期間，美 國(guó)白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表了總數(shù)為22項(xiàng)的美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵 技術(shù)，其中制造技術(shù)占4項(xiàng)，標(biāo)志著美國(guó)科技政策的轉(zhuǎn)變。 3)克林頓上臺(tái)后，對(duì)制造業(yè)大力支持，他把先進(jìn)制造技術(shù)列為六 大國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)之首。結(jié)果美國(guó)在機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)、航空 工業(yè)及信息產(chǎn)業(yè)等方面取得了明顯的進(jìn)展，使美國(guó)的經(jīng)濟(jì)連續(xù) 8年取得了2-3%的增長(zhǎng)率，而且還同時(shí)保持低通脹率和低失業(yè) 率。這就是克林頓雖發(fā)生丑聞而未被彈劾的主要原因,2021/2/3,6,制造業(yè)不是夕陽(yáng)工業(yè)(2,2.日本的經(jīng)驗(yàn) 1）在上個(gè)世紀(jì)70-80年代，日本

4、非常重視制造業(yè)， 特別大抓了汽車制造和微電子制造，結(jié)果日 本的汽車和家用電器占領(lǐng)了全世界的市場(chǎng)， 特別是大舉進(jìn)入了美國(guó)市場(chǎng)。 2）日本的微電子芯片成為美國(guó)高技術(shù)產(chǎn)品的關(guān) 鍵元件。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，日本人說(shuō) 美國(guó)贏得這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)是依靠的日本的芯片，是 “日本的芯片打敗了伊拉克的鋼片,2021/2/3,7,制造業(yè)不是夕陽(yáng)工業(yè)(3,3.東南亞經(jīng)濟(jì)危機(jī)的啟示 1）1998年爆發(fā)的動(dòng)南亞經(jīng)濟(jì)危機(jī)，從另一個(gè)側(cè) 面反映了一個(gè)國(guó)家發(fā)展制造業(yè)的重要。一個(gè) 國(guó)家，如果把經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)放在股票、旅游、 金融、房地產(chǎn)、服務(wù)業(yè)上，而無(wú)自己的制造 業(yè)，這個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)就容易形成泡沫經(jīng)濟(jì)， 一有風(fēng)吹草動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)危機(jī)。 2

5、）新加坡、臺(tái)灣都有自己的制造業(yè)，因此受經(jīng) 濟(jì)危機(jī)的影響小一些,2021/2/3,8,制造業(yè)不是夕陽(yáng)工業(yè)(4,4.瑞士依靠什么使人均產(chǎn)值 居世界第一？ 1）瑞士是一個(gè)僅700萬(wàn)人口的小國(guó)，但瑞士的制 造業(yè)十分發(fā)達(dá)，瑞士的精密機(jī)械產(chǎn)品的出口 量是我國(guó)的8倍，瑞士的手表世界第一，連小 小的軍刀，也風(fēng)靡全世界。 2）現(xiàn)在瑞士的年人均國(guó)民生產(chǎn)總值達(dá)到4.3萬(wàn)美 元以上,居世界第一,2021/2/3,9,制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍（1,第一次產(chǎn)業(yè)革命：1733-1878 1）又稱為：蒸汽革命。 2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)。 3）英國(guó)的制造業(yè)孕育和實(shí)現(xiàn)了瓦特的發(fā)明 4）制造業(yè)和瓦特的發(fā)明推動(dòng)了熱力學(xué)

6、理論 的誕生,2021/2/3,10,制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍（2,第二次產(chǎn)業(yè)革命：1879-1945 1）又稱為：電氣革命。 2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：電燈（愛(ài)迪生）、電話（貝爾）、 電機(jī)（西門子）等電氣化產(chǎn)品。 3）制造業(yè)肇始了電的應(yīng)用，而后才有麥克 斯韋電動(dòng)力學(xué) 理論的誕生。 4）麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)理論推動(dòng)了20世紀(jì)初開始的無(wú)線電、 微波、雷達(dá)、合成孔徑、微波成像、衛(wèi)星通信、宇宙 微波探測(cè)等技術(shù)的發(fā)展。 5）牛頓力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)又為量子力學(xué)的發(fā)展指引了道路， 導(dǎo)致了量子場(chǎng)論的創(chuàng)立,2021/2/3,11,制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍（3,第三次產(chǎn)業(yè)革命：1945-1972 1）又稱為：電子（原子）革命

7、。 2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：原子彈（1945）、 電子計(jì)算機(jī)（1946）、晶體管 （1948）、集成電路、微電子技術(shù) 等。 3）微電子制造技術(shù)開創(chuàng)了全新的信息 時(shí)代,2021/2/3,12,制造業(yè)是產(chǎn)業(yè)革命的主力軍（4,第四次產(chǎn)業(yè)革命：1973- 1）又稱為：高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命。 2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：眾多高新技術(shù)產(chǎn)品，如微電子產(chǎn) 品、電腦、新一代通信產(chǎn)品、新一代汽車、磁懸浮 列車、新一代飛機(jī)、機(jī)器人、生物工程產(chǎn)品、新一 代藥物、綠色食品、轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品等等。 3）微器件制造工藝，如拉單晶、摻雜、擴(kuò)散、離子注 入、外延、濺射、化學(xué)沉積（CVD）、光刻、表面 貼裝、自動(dòng)化組裝、進(jìn)而到納米器件制造工藝將把 高

8、新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命推向頂峰,2021/2/3,13,21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)(1,一、中心科學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)移 1.信息科學(xué)技術(shù) 目前是發(fā)展高峰期，預(yù)計(jì)其中心科學(xué)技術(shù) 的地位還可持續(xù)四十年。 2.生命科學(xué)技術(shù) 現(xiàn)在已開始注重其發(fā)展與應(yīng)用，預(yù)計(jì)21世 紀(jì)30年代開始逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹行目茖W(xué)技術(shù)。 3.認(rèn)知科學(xué)技術(shù) 智能化趨勢(shì)現(xiàn)已顯露，預(yù)計(jì)21世紀(jì)70年代 開始將成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的中心,2021/2/3,14,21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)(2,二、世界科技中心（地區(qū)或國(guó)家）的轉(zhuǎn)移 中國(guó) （公元3世紀(jì)公元13世紀(jì)) 意大利（1540年1610年） 英國(guó) （1660年1730年） 法國(guó) （1770年1830年） 德國(guó)

9、 （1810年1920年） 美國(guó) （1920年 ） 可能轉(zhuǎn)向東方（日本、中國(guó),2021/2/3,15,高技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)域,1)信息科學(xué)技術(shù)（包括微電子、光電子科學(xué)技術(shù)） (2)生物科學(xué)技術(shù)（包括生命科學(xué)技術(shù)） (3)新能源科學(xué)技術(shù)（包括核能科學(xué)技術(shù)） (4)新材料科學(xué)技術(shù)（包括納米科學(xué)技術(shù)） (5)環(huán)境科學(xué)技術(shù)（包括地球科學(xué)技術(shù)） (6)航空航天科學(xué)技術(shù)（包括軍事科學(xué)技術(shù)） (7)海洋科學(xué)技術(shù)（包括地球科學(xué)技術(shù)） (8)先進(jìn)制造科學(xué)技術(shù)（包括微機(jī)電系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)） (9)管理科學(xué)技術(shù)（包括軟科學(xué)技術(shù)） (10)認(rèn)知科學(xué)技術(shù)（包括人腦和智能系統(tǒng)科學(xué)技術(shù),2021/2/3,16,21世紀(jì)改變?nèi)祟惖?/p>

10、科學(xué)與技術(shù),科學(xué) 技術(shù) 物質(zhì)科學(xué) 信息技術(shù) 生命科學(xué) 生物技術(shù) 納米技術(shù) 能源技術(shù),2021/2/3,17,從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到技術(shù)發(fā)明,2021/2/3,18,20世紀(jì)改變世界的重要機(jī)電產(chǎn)品,2021/2/3,19,2021/2/3,20,中國(guó)制造業(yè)的成就(1,2001年,中國(guó)工程院的調(diào)查結(jié)論: 1）中國(guó)制造業(yè)占國(guó)民生產(chǎn)總值的1/3 2）占整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的4/5 3）為國(guó)家財(cái)政提供1/3以上的收入 4）貢獻(xiàn)出口總額的90% 5）就業(yè)人員8043萬(wàn),2021/2/3,21,中國(guó)制造業(yè)的成就(2,改革開放20年來(lái)中國(guó)制造業(yè)的進(jìn)步： 1）引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)2500多項(xiàng)，占全國(guó)的1/3以 上。近幾年發(fā)展的新產(chǎn)品

11、，50%達(dá)到80年代中 后期的世界水平。 2）一些重要產(chǎn)品的年生產(chǎn)能力已躍居世界前列， 如汽車280萬(wàn)輛以上（其中轎車120萬(wàn)輛以 上），大中型發(fā)電設(shè)備1200萬(wàn)千瓦以上（火 電1000萬(wàn)千瓦，水電200萬(wàn)千瓦），大中型拖 拉機(jī)11萬(wàn)臺(tái)以上，金切機(jī)床10萬(wàn)臺(tái)以上,2021/2/3,22,中國(guó)制造業(yè)的成就(3,改革開放20年來(lái)中國(guó)制造業(yè)的進(jìn)步： 3）我國(guó)已成為世界最大的服裝紡織品出口國(guó)；與日本、 馬來(lái)西亞和韓國(guó)并稱世界消費(fèi)類電子產(chǎn)品四大生產(chǎn)國(guó)。 4）成功開發(fā)生產(chǎn)了運(yùn)七、運(yùn)八、新舟60等支線飛機(jī)。 5）一些新產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)世界領(lǐng)先或先進(jìn)水平，如 沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)的電主軸高速臥式加工中心、激光切割

12、機(jī)床，沈陽(yáng)變壓器廠的50萬(wàn)伏超高壓變壓器，黎明航 發(fā)集團(tuán)的中國(guó)第一臺(tái)擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、 燃?xì)廨啓C(jī)，沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司的6000米 水下機(jī)器人等產(chǎn)品,2021/2/3,23,制造業(yè)的重大意義(1,1）在發(fā)達(dá)國(guó)家中,制造業(yè)創(chuàng)造了約60%的 社會(huì)財(cái)富、約 45%的國(guó)民經(jīng) 濟(jì)收入。 2）據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)68%的社會(huì)財(cái)富來(lái)自于制 造業(yè)。 3）CIRP在1999年的報(bào)告中指出：在國(guó)家 生產(chǎn)力的構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般 占55%65%。 4）在許多國(guó)家的科技發(fā)展計(jì)劃中，先進(jìn)制 造技術(shù)都被列為優(yōu)先發(fā)展的科技,2021/2/3,24,制造業(yè)的重大意義(2,十五”規(guī)劃中確定的八個(gè)最具戰(zhàn)略影響的

13、領(lǐng)域: 1) 信息技術(shù) 2) 生物技術(shù) 3) 新材料技術(shù) 4) 先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù) 5) 資源環(huán)境技術(shù) 6) 航空航天技術(shù) 7) 能源技術(shù) 8) 先進(jìn)防御技術(shù)， 其中，先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)又是實(shí)現(xiàn)各種高新技術(shù)的保障技術(shù),2021/2/3,25,制造業(yè)的重大意義(3,2021/2/3,26,制造業(yè)的重大意義(4,人大常委會(huì)副委員長(zhǎng)宋健指出： “制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)的水之源、木之本，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的保障和原動(dòng)力，是國(guó)家實(shí)力的脊梁，是支持共和國(guó)大廈的基石。沒(méi)有強(qiáng)大制造能力的國(guó)家永遠(yuǎn)成不了經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)。,2021/2/3,27,制造業(yè)的重大意義(5,1）制造業(yè)處于國(guó)家工業(yè)的中心地位， 2）是國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)

14、發(fā)展的基礎(chǔ)， 3）是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng) 力源， 4）是在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取勝的法寶， 5）是技術(shù)進(jìn)步的主要舞臺(tái)， 6）是提高人均收入的財(cái)源、國(guó)防安全的 保障、發(fā)展現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎(chǔ),2021/2/3,28,知識(shí)經(jīng)濟(jì)與制造業(yè),2021/2/3,29,以微見(jiàn)著,精密化是機(jī)械制造發(fā)展的核心,2021/2/3,30,以微見(jiàn)著精密化是機(jī)械制造發(fā)展的核心,1.20世紀(jì)的三個(gè)重大科學(xué)成就都是“以微見(jiàn)著” 2.信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)是微電子芯片制造 3.加工精度及其發(fā)展 4.現(xiàn)代超精密機(jī)械對(duì)精度的要求 5.細(xì)微與納米加工技術(shù)可達(dá)的水平 6.微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的重大意義 7.各國(guó)對(duì)MEMS研究的關(guān)注,2021

15、/2/3,31,20世紀(jì)的三個(gè)重大科學(xué)成就都是“以微見(jiàn)著”(1,1.量子力學(xué) 1900年，普朗克依據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)而提出量子假說(shuō)，后與玻爾、薛定諤等人于1925年建立量子力學(xué)。解決了波粒二重性問(wèn)題：在原子尺度下，粒子的能量與波動(dòng)的頻率成正比，動(dòng)量與波長(zhǎng)成反比。 2.相對(duì)論 1)狹義相對(duì)論：1905年，愛(ài)因斯坦在邁克爾遜測(cè)量光速的基礎(chǔ)上，提出了狹義相對(duì)論，預(yù)示了原子能的巨大潛力： E=mc2 E 能量，m 質(zhì)量，c 光速 2)廣義相對(duì)論：1915年提出廣義相對(duì)論，揭示了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律,2021/2/3,32,20世紀(jì)的三個(gè)重大科學(xué)成就都是“以微見(jiàn)著”(2,3.DNA（脫氧核糖核酸

16、）雙螺旋結(jié)構(gòu) 1)1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)生物大分子是由DNA組成，其結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，遺傳密碼存在于DNA中（稱為 基因）。 2)1973年美國(guó)的科恩和博耶演示了世界上第一例DNA分子重組，打開了理解生命奧秘的大門，1973年成為人類進(jìn)入信息時(shí)代的標(biāo)志。 3)1997年英國(guó)成功地用體細(xì)胞克隆技術(shù)培養(yǎng)出羊“多莉”，第一次實(shí)現(xiàn)了生命的復(fù)制,2021/2/3,33,現(xiàn)代超精密機(jī)械對(duì)精度的要求,2021/2/3,34,采用硅微工藝刻蝕制造的微機(jī)械手,2021/2/3,35,加工精度及其發(fā)展,1車、銑 2磨 3CNC機(jī)床 4研磨、工具磨 5光學(xué)磨、金剛石車、磨 6金剛石超精車、磨、 電解 加工 7衍

17、射光柵刻線機(jī) 8電子束、離子束、X射線 9分子束生長(zhǎng)、離子注 10 掃描隧道技術(shù),2021/2/3,36,細(xì)微與納米加工技術(shù)可達(dá)的水平,2021/2/3,37,以綜見(jiàn)著,自動(dòng)化是機(jī)械工程發(fā)展的途徑,2021/2/3,38,以綜見(jiàn)著綜合化是機(jī)械工程發(fā)展的途徑,1.自動(dòng)化是機(jī)械工程綜合化的核心和目標(biāo) 2.機(jī)電一體化工程(Mechatronic Engineering）是高技術(shù)裝備的基礎(chǔ) 3.先進(jìn)制造系統(tǒng)以綜合（集成、整合）為手段 4.特種加工技術(shù)與裝備是典型的綜合技術(shù)與裝備,2021/2/3,39,自動(dòng)化是機(jī)械工程綜合化的核心和目標(biāo),1.自動(dòng)控制基礎(chǔ)理論的發(fā)展 1）經(jīng)典控制論 2）現(xiàn)代控制論 3）

18、大系統(tǒng)控制論（智能控制論） 2.當(dāng)前工程控制論的前沿 3.制造中的自動(dòng)化技術(shù),2021/2/3,40,工程控制論的前沿,1. “非”: 2. “智”: 1) 非線性 1) 智能系統(tǒng) 2) 非定常 2) 智能控制 3) 非經(jīng)典 3) 智能優(yōu)化 4) 非一般 5) 非對(duì)稱 6) 非平衡,2021/2/3,41,制造中的自動(dòng)化技術(shù),1.CAD/CAM技術(shù)(包括CAT/CAE/-CAX) 2.數(shù)字控制技術(shù) 3.機(jī)電一體化技術(shù)(包括光、液、氣) 4.傳感器與測(cè)試技術(shù) 5.伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù) 6.自動(dòng)機(jī)技術(shù)(包括輸送、存儲(chǔ)、裝卸及機(jī)器人) 7.加工、裝配和檢驗(yàn)中的自動(dòng)化技術(shù) 8.制造系統(tǒng)技術(shù) 9.管理信息化

19、技術(shù) 10.回收與維修中的自動(dòng)化技術(shù) 結(jié)論：制造自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)字技術(shù),2021/2/3,42,機(jī)電一體化工程是高技術(shù)裝備的基礎(chǔ),1. 微電子芯片制造 2. 光電子器件制造 3. 自動(dòng)化設(shè)備制造 4. 儀器儀表、醫(yī)療、生物、 環(huán)保 等高技術(shù)設(shè)備 5. 新型機(jī)械設(shè)備,2021/2/3,43,信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)是微電子芯片制造,莫爾規(guī)律：一片硅片上的晶體管數(shù)（集成度），每隔1824個(gè)月翻一番，預(yù)計(jì)這一規(guī)律還要持續(xù)10-15年。 微電子芯片功能的增長(zhǎng)情況： 芯片上的微刻技術(shù)(納米加工技術(shù)) 生物芯片：比現(xiàn)有的芯片體積縮小50倍，速度快100倍，智能化程度更高,2021/2/3,44,關(guān)于微電子芯片制

20、造(1,1.巨大的投資 建一座生產(chǎn)1000兆位存儲(chǔ)器的芯片制造廠，需要投資150億美元。 2.我國(guó)的出路 1）美國(guó)德克薩斯儀器公司已設(shè)計(jì)出一套3000萬(wàn) 美元的裝置，稱為MMST（微電子生產(chǎn)科學(xué)技 術(shù)），其生產(chǎn)能力可與10億美元的工廠相比。 2）建小規(guī)模而有效益的專用集成電路（ASIC） 生產(chǎn)廠。 3）起步逐一研制制造芯片的有關(guān)設(shè)備,2021/2/3,45,關(guān)于微電子芯片制造(2,3. 當(dāng)前的芯片制造設(shè)備 1)當(dāng)前“三超”（超凈、超純、超精加工）的水平 (1) 超凈：塵埃顆粒直徑0.1微米顆粒數(shù)0.1個(gè)/立方英尺空氣 (2) 超純：有害雜質(zhì)含量達(dá)到ppb(十億分之一) (3) 超精加工：鈉米級(jí)

21、 2) 重要的設(shè)備 (1) 深紫外線曝光+相移掩膜技術(shù)，達(dá)0.30.35微米 (2) 準(zhǔn)分子激光光源+相移掩膜技術(shù)，達(dá)0.180.25微米 (3) 電子束和X射線曝光技術(shù)，達(dá)0.010.04微米 (4) 超薄層淀積（分子束外延和化學(xué)氣相淀積），達(dá)原子級(jí)納 米級(jí) (5)其他設(shè)備（各種干法刻蝕設(shè)備，大束流和低能離子注入精密 摻雜設(shè)備，淺結(jié)歐姆接觸和多層布線加工設(shè)備、超純材料制 備、超凈封裝、測(cè)試設(shè)備等,2021/2/3,46,重要的新型機(jī)械產(chǎn)業(yè)（不包括車輛、航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè),1.電動(dòng)車輛產(chǎn)業(yè) 2.計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)（這是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)） 3.工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)(包括運(yùn)輸、檢測(cè)、存儲(chǔ)) 4.超精

22、密機(jī)械產(chǎn)業(yè)（特別是微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備） 5.特種加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)(包括快速成形、表面技術(shù)、特種 材料加工等設(shè)備) 6.現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備產(chǎn)業(yè) 7.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)業(yè) 8.現(xiàn)代醫(yī)療機(jī)械設(shè)備產(chǎn)業(yè) 9.新型交通工具產(chǎn)業(yè)（包括磁懸浮列車、太陽(yáng)能車輛 綠色汽車、微型飛行器） 10.現(xiàn)代家用電器產(chǎn)業(yè),2021/2/3,47,特種加工技術(shù)與裝備是典型的綜合技術(shù)與裝備,1. 電火花加工 2. 電化學(xué)加工 3. 激光加工 4. 高能束加工 5. 其它特種加工(噴丸加工、噴射水 加工、表面噴涂、電鑄、光刻等) 6. 增材制造（包括快速成形,2021/2/3,48,先進(jìn)制造系統(tǒng)以綜合為手段(一,近二十年來(lái)，世界各國(guó)共提出數(shù)

23、十種先進(jìn)制造系統(tǒng)，其中較重要的有38種： (1)CAD/CAM/CAE(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì) 算機(jī)輔助制造/計(jì)算機(jī)輔助工程); (2)成組技術(shù)(Group Technology)(GT); (3)全面質(zhì)量管理(Total Quality Manufacturing)(TQM); (4)材料需求計(jì)劃(Material Requisite Planning)(MRP-I,2021/2/3,49,先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù),5)制造資源計(jì)劃(Manufacturing Resource Planning)(MRP- II); (6)柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)(FM

24、S); (7)準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)制(Just In Time) (JIT); (8)計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP,2021/2/3,50,先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù),9) 為了制造的(裝配的，試驗(yàn)的)設(shè)計(jì) (DFMA,DFA,DFTDFX); (10)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System)（CIMS); (11)用戶驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)(Customer Driven Production)(CDP); (12)企業(yè)重組(Business Reengineering)(BR); (13)并行工程(Concurrent Engineering)(CE,2021/2

25、/3,51,先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù),14)環(huán)境友好生產(chǎn)(Environment Friendly Manufacturing)(EFM); (15)精益生產(chǎn)(Lean Production)(LP); (16)敏捷制造(Agile Manufacturing)(AM); (17)多智能體制造系統(tǒng)(Multi-Agent Manufacturing System)(MAMS,2021/2/3,52,先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù),18)虛擬制造(Virtual Manufacturing)(VM); (19)增廣現(xiàn)實(shí)制造(Augmented Reality Manufacturing)(ARM); (20)協(xié)同制造

26、(Holonic Manufacturing)(HM); (21)生物型制造(Biological Manufacturing)(BM); (22)壽命周期工程(Life Cycle Engineering)(LCE); (23)綠色制造(Green Manufacturing)(GM,2021/2/3,53,先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù),24)網(wǎng)絡(luò)合作制造(Network-Collaborative Manufacturing)(NCM); (25)遙遠(yuǎn)制造(Remote Manufacturing)(RM); (26)全面生產(chǎn)維護(hù)(Total Production Maintenance)(TPM);

27、 (27)開放結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)(Open Architecture Manufacturing System)(OAMS); (28)智能制造(Intelligent Manufacturing)(IM,2021/2/3,54,先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù),29)分形企業(yè)(Fractal Enterprise)(FE); (30)預(yù)計(jì)生產(chǎn)改進(jìn)系統(tǒng)(Pre-Planned Product Improvement system)(P3IS); (31)企業(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning)(ERP); (33)快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturin

28、g)(RPM); (34)自組織生產(chǎn)系統(tǒng)(Self-Organised Production System)(SOPS,2021/2/3,55,先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù),35)可重組制造系統(tǒng)(Reconfigurable Manufacturing System)(RCMS); (36)大規(guī)模定制(Mass Customization)(MC); (37)全球制造(Global Manufacturing)(GM); (38)下一代制造系統(tǒng)(Next Generation Manufacturing System)(NGMS,2021/2/3,56,先進(jìn)制造系統(tǒng)以綜合為手段(二,各種先進(jìn)制造系統(tǒng)建模用

29、的數(shù)學(xué)方法多達(dá)40多種，如： (1)專家系統(tǒng)(ExpertSystem)(Knowledge Based System)(ES); (2)模式識(shí)別(Pattern Recognition)(PR); (3)圖論(Graph Theory)(GT); (4)相似理論(Similarity Theory)(ST); (5)優(yōu)化理論(Optimization Theory)(OT,2021/2/3,57,制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù),6) 博弈論(Game Theory)(GM); (7) 時(shí)間序列分析(Time Series Analysis)(TSA); (8) 小波理論(Wavelet Theo

30、ry)(WT); (9) 制造幾何(Manufacturing Geometry)(MG); (10)樣條理論(Spline Theory)(ST); (11)逆向工程(Reverse Engineering)(RE); (12)計(jì)算機(jī)視覺(jué)(Computer Vision)(CV); (13)自然語(yǔ)言理解(Nature Language Processing)(NLP,2021/2/3,58,制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù),14)知識(shí)表示(Knowledge Representation)(KR); (15)啟發(fā)搜索(Heuristic Search)(HS); (16)基于約束的搜索(Const

31、raint Based Search)(CBS); (17)可信度理論(Confidence Theory)(CT); (18)定性推理(Qualitative Reasoning)(QR); (19)推理技術(shù)(Reasoning Techniques)(RT,2021/2/3,59,制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù),20)機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning)(McL); (21)機(jī)器證明(Machine Proving)(MP); (22)多值邏輯(Multiple Logic)(ML); (23)模糊數(shù)學(xué)(Fuzzy Mathematics)(FM); (24)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural N

32、etwork)(NN); (25)Petri網(wǎng)絡(luò)(Petri Network)(PN,2021/2/3,60,制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù),26)免疫網(wǎng)絡(luò)(Immune Network)(IN); (27)基因算法(Genetic Algorithm)GA); (28)人工生命(Artificial Life)(AL); (29)聯(lián)想記憶(Associative Memory)(AM); (30)黑板結(jié)構(gòu)(Blackboard Architecture)(BA); (31)多智能體系統(tǒng)(Multi-Agent Systems)(MAS,2021/2/3,61,制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù),32)成

33、組技術(shù)(Group Technology)(GT); (33)并行工程(Concurrent Engineering)(CN); (34)生物制造計(jì)算(Biological Manufacturing Computation)(BMC); (35)Holonic制造計(jì)算(Holonic Manufacturing Computation)(HMC); (36)非經(jīng)典控制論(Non-Classical Control Theory)(NCCT); (37)運(yùn)籌學(xué)(Operations Research)(OR,2021/2/3,62,制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù),38)系統(tǒng)工程(System En

34、gineering)(SE); (39)模擬退火(Simulated Annealing)(SA); (40)組合數(shù)學(xué)(Conbinatorial Mathematics)(CM); (41)分形與分維(Fractal Theory)(FT); (42)混沌理論(Chaos Theory)(CT); (43)非線性數(shù)學(xué)(Nonlinear Mathematics)(NM); (44)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)(Network Mathematics)(NtM) (45)智能數(shù)學(xué)(Intelligent Mathematics)(IM,2021/2/3,63,以網(wǎng)見(jiàn)著,信息化是機(jī)械工程發(fā)展的急需,2021/2/3

35、,64,以網(wǎng)見(jiàn)著網(wǎng)絡(luò)化是機(jī)械工程發(fā)展的急需,1.三個(gè)時(shí)代的產(chǎn)業(yè)特征 2.網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn) 3.我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)駛上高速路 4.信息化、網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品 5.信息產(chǎn)業(yè)所需的設(shè)備 6.信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備,2021/2/3,65,三個(gè)時(shí)代的產(chǎn)業(yè)特征,2021/2/3,66,網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),1. 沒(méi)有舊經(jīng)濟(jì)的衰退和通貨膨脹的周期性； 2. 知識(shí)分子將成為新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的主體，社會(huì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化； 3. 企業(yè)發(fā)展將是知識(shí)資本重于物質(zhì)資本； 4. 人才是知識(shí)資本的核心； 5. 企業(yè)的利潤(rùn)主要來(lái)自于科技創(chuàng)新； 6. 虛擬企業(yè)、敏捷制造、企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、供應(yīng)鏈等迅速發(fā) 展，企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)越來(lái)越快； 7. 經(jīng)營(yíng)具有全球性，電子商務(wù)

36、成為經(jīng)營(yíng)的主要形式； 8. 商品質(zhì)量越來(lái)越高、價(jià)格越來(lái)越低、服務(wù)越來(lái)越好； 9. 顧客參與設(shè)計(jì)與制造，商品個(gè)性化； 10.人們生活方式變化，消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化：由吃、穿為主轉(zhuǎn)為 住、用、休閑，非物質(zhì)消費(fèi)占總消費(fèi)的50%以上,2021/2/3,67,全球首富比爾蓋茨,1)比爾蓋茨1973年（19歲）離開哈佛大學(xué)從商,1975年以5000美元資本創(chuàng)辦微軟，抓住信息技術(shù)的關(guān)鍵操作系統(tǒng)來(lái)發(fā)展企業(yè),到1987年成為億萬(wàn)富翁，1994年成為世界首富，現(xiàn)已連續(xù)九年居首位。 2福布斯環(huán)球商業(yè)與金融雜志（2003）報(bào)道，蓋茨的個(gè)人財(cái)產(chǎn)為410億美元，比前一年減少了100多億美元。但比第二名沃倫.巴菲特還是領(lǐng)先很多（沃

37、倫.巴菲特的個(gè)人凈資產(chǎn)為305億美元,去年為350億美元）,2021/2/3,68,我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（1,1)“九五”期間我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)年平均增長(zhǎng)速度達(dá)到31.4%，2000年中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值突破了1萬(wàn)億元, 已成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)的第一支柱。2002年信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值1.4萬(wàn)億元。 (2) 2002年8月統(tǒng)計(jì),我國(guó)家庭擁有電腦900多萬(wàn)臺(tái),普及率達(dá)18.3%。 (3)彩電2002年生產(chǎn)5000萬(wàn)臺(tái)，出口彩電1800萬(wàn)臺(tái)，均居世界第一。 (4)2002年11月底，固定、移動(dòng)電話總數(shù)4.1299億戶，其中固定電話達(dá)到2.1268億戶(較上年增加3231萬(wàn)戶),移動(dòng)電話達(dá)到2.0031億戶(較上年增

38、加5509萬(wàn)戶),已大大超過(guò)美國(guó),居世界第一位,2021/2/3,69,我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（2,5）2000年上網(wǎng)戶數(shù)為2250萬(wàn)戶，2001年為 4000萬(wàn)戶，2002年11月底為4829萬(wàn)戶, 預(yù)計(jì)2005年將達(dá)到2億戶，上網(wǎng)普及率達(dá)15%左右。 （6）目前我國(guó)手機(jī)年生產(chǎn)能力是2億部，2003年統(tǒng)計(jì), 國(guó)內(nèi)月銷售量達(dá)500萬(wàn)部。 （7）十五期間，中國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持20%的高速增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模比2000年翻一番，固定、移動(dòng)電話網(wǎng)規(guī)模容量將躍居世界第一位，電話用戶總數(shù)達(dá)到5億戶，全國(guó)電話普及率達(dá)到40%。到2010年，信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模再翻一番。也就是說(shuō)，未來(lái)十年，信息產(chǎn)業(yè)將翻兩番,20

39、21/2/3,70,機(jī)械工業(yè)在信息化中做什么(1,1，傳統(tǒng)產(chǎn)品信息化 今天的汽車要帶e 2，用信息技術(shù)、高新技術(shù)改造傳統(tǒng) 產(chǎn)業(yè) 先進(jìn)制造模式與管理模式 3，傳統(tǒng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)為信息產(chǎn)品 諾基亞的神話 門鎖的變化,2021/2/3,71,機(jī)械工業(yè)在信息化中做什么(2,4，開拓新的信息產(chǎn)品 日本的“法比”機(jī)器人寵物 5，信息產(chǎn)業(yè)的制造設(shè)備 芯片制造所需的設(shè)備 6，信息化服務(wù)設(shè)備及其制造設(shè)備 電子束、離子束、激光束等設(shè)備 7，制造業(yè)所需的軟件,2021/2/3,72,諾基亞的神話,1. 芬蘭的諾基亞公司原是生產(chǎn)橡膠鞋的工廠， 后來(lái)引進(jìn) 信 息技術(shù)，轉(zhuǎn)變到生產(chǎn)手機(jī)的公司。2000年銷售的手 機(jī)占 領(lǐng)全球市場(chǎng)的

40、37%。 2. 諾基亞現(xiàn)在全球有雇員54000名，其中22000人在芬蘭， 另有20000人在芬蘭依附諾基亞而工作。 3. 2000年3月諾基亞的市值達(dá)3000億美元，超過(guò)歐 洲的任 何公司。2001年全球銷售額250億美元，大致相當(dāng)芬蘭 政府整個(gè)年財(cái)政預(yù)算。 4. 諾基亞成為芬蘭經(jīng)濟(jì)的火車頭，它占了芬蘭股市值的 2/3, 和該國(guó)總出口的1/5，把500萬(wàn)芬蘭人與世界上各 地?zé)o形網(wǎng)絡(luò)中的總計(jì)10億人連起來(lái),2021/2/3,73,門鎖的變化,機(jī)械鎖 代碼鎖 （機(jī)械碼、磁條碼、 光電碼等等） 指紋鎖 圖像鎖,2021/2/3,74,在信息化過(guò)程中值得注意的若干問(wèn)題（1,1）信息化帶動(dòng)工業(yè)化，但不

41、能代替工業(yè)化； 2）信息化與工業(yè)化要均衡發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)與傳 統(tǒng)產(chǎn)業(yè)脫節(jié)會(huì)形成信息泡沫； 3）信息技術(shù)只是工具，它本身不是產(chǎn)品； 4）制造業(yè)才能把信息技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力； 5）發(fā)達(dá)國(guó)家的信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP40%- 60%,目前我國(guó)信息化水平不到發(fā)達(dá)國(guó) 家的10%，離現(xiàn)代化的要求還很遠(yuǎn),2021/2/3,75,在信息化過(guò)程中值得注意的若干問(wèn)題（2,7）我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)微電子芯片技術(shù)和操作系統(tǒng)技術(shù)依賴進(jìn)口，高額利潤(rùn)被國(guó)外企業(yè)搶走了。目前，我國(guó)計(jì)算機(jī)行業(yè)的利潤(rùn)率只有2%3%，而國(guó)外一家只做系統(tǒng)芯片的公司的利潤(rùn)率達(dá)到25%-35%； 8）網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，主要是“一黃一黑”兩個(gè)問(wèn)題。據(jù)

42、信息產(chǎn)業(yè)部對(duì)國(guó)內(nèi)一家網(wǎng)站的調(diào)查，上網(wǎng)人群中30%看休閑信息，22%看黃色信息。因此要完善法規(guī)，加強(qiáng)管理并為網(wǎng)絡(luò)提供良好的精神食糧。黑的問(wèn)題主要是要有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)，防止黑客侵襲，以保國(guó)家安全； 9）軟件業(yè)要大發(fā)展，印度軟件的出口額是中國(guó)的30倍。 10）關(guān)鍵中的關(guān)鍵是人才，特別是高素質(zhì)的復(fù)合型技術(shù)人才與管理人才,2021/2/3,76,以智見(jiàn)著,智能化是機(jī)械工程發(fā)展的方向,2021/2/3,77,以智見(jiàn)著智能化是機(jī)械工程發(fā)展的方向,為什么說(shuō)智能化是機(jī)械工程發(fā)展的方向? 1. 恩格斯指出，共產(chǎn)主義社會(huì)的特征是消滅“三 大差別”。城鄉(xiāng)差別、工農(nóng)差別、體力勞動(dòng)與 腦力勞動(dòng)的差別。其中，最本質(zhì)、最

43、核心、 最困難的消滅體力勞動(dòng)與腦力勞動(dòng)的差別， 所以智能化是實(shí)現(xiàn)未來(lái)理想社會(huì)的必要條件。 2. “知識(shí)經(jīng)濟(jì)”的本質(zhì)是“智力經(jīng)濟(jì),2021/2/3,78,以智見(jiàn)著智能化是機(jī)械工程發(fā)展的方向,為什么說(shuō)智能化是機(jī)械工程發(fā)展的方向? 3. 本世紀(jì)中心學(xué)科發(fā)展的趨勢(shì)：從信息科學(xué)到 生命科學(xué)（21世紀(jì)中葉）再轉(zhuǎn)向認(rèn)知科學(xué)（21世紀(jì)70年代）。 4. 信息化、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)質(zhì)是智能化。 5. 國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的智能化已露端倪,智能化成 為各行各業(yè)發(fā)展的趨向，如：智能計(jì)算機(jī)、 智能車輛、智能機(jī)器、智能儀表、智能控制、 智能材料甚至智能大廈,2021/2/3,79,關(guān)于制造系統(tǒng)和制造模式的模糊認(rèn)識(shí),1)把制造哲理說(shuō)成

44、制造系統(tǒng)或制造模式； (2)把制造技術(shù)說(shuō)成制造系統(tǒng)或制造模式； (3)混淆了制造子系統(tǒng)與制造系統(tǒng)的區(qū)別； (4)混淆了制造系統(tǒng)與制造模式的區(qū)別； (5)把制造系統(tǒng)或制造子系統(tǒng)的管理模式 說(shuō)成制造模式,2021/2/3,80,什么是系統(tǒng)、制造系統(tǒng),1）“系統(tǒng)”是由相互聯(lián)系、相互作用的具有不同 特征的若干部分（要素、子系統(tǒng)）組成的具 有一定結(jié)構(gòu)、確定功能、相對(duì)穩(wěn)定和可以控 制的動(dòng)態(tài)整體。由此定義可知，系統(tǒng)的特征 是整體性、關(guān)聯(lián)性、結(jié)構(gòu)性、目的性、動(dòng)態(tài) 性和調(diào)控性。 2）“制造系統(tǒng)”是按企業(yè)的生產(chǎn)目的，由一系列 相關(guān)的生產(chǎn)要素和制造子系統(tǒng)組成的，具有 一定結(jié)構(gòu)、確定功能、相對(duì)穩(wěn)定和可以控制 的動(dòng)態(tài)整

45、體,2021/2/3,81,什么是制造哲理和制造技術(shù),1. 制造哲理是貫穿于制造全過(guò)程的制造理念或制造思想，它的特點(diǎn)是戰(zhàn)略性和適時(shí)性。 2. 制造技術(shù)是在制造過(guò)程中應(yīng)用的工具、儀器、裝備和在制造過(guò)程中積累并體現(xiàn)出來(lái)的方法、經(jīng)驗(yàn)、技巧和知識(shí),2021/2/3,82,什么是制造模式,制造模式是制造系統(tǒng)或制造子系統(tǒng)的組織形式和運(yùn)作方式。 一般制造模式應(yīng)具有如下五個(gè)方面的內(nèi)容： （1）制造系統(tǒng)或制造子系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、通信和操作 機(jī)制； （2）制造過(guò)程及其運(yùn)行機(jī)制； （3）企業(yè)內(nèi)部人流、物流、能量流和信息流的管理與 處理方法； （4）企業(yè)外部的招標(biāo)、投標(biāo)、采購(gòu)、交易、合作、交 流和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的方式； （

46、5）評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法。 直接生產(chǎn)系統(tǒng)的制造模式是狹義理解的制造模式，它應(yīng)包含上述（1）、（2）、（3）、（5）四項(xiàng)內(nèi)容,2021/2/3,83,制造系統(tǒng)與制造模式的區(qū)別,制造系統(tǒng)與制造模式的區(qū)別在于： 制造系統(tǒng)是制造的總體，它由一系列相關(guān)的生產(chǎn)要素和制造子系統(tǒng)組成，其中還包括各種制造技術(shù)；而制造模式只是制造系統(tǒng)或制造子系統(tǒng)的組織形式和運(yùn)作方式，除了包含有表達(dá)這些組織形式和運(yùn)作方式的技術(shù)外，一般不包括其它的制造技術(shù),2021/2/3,84,什么是智能系統(tǒng),具有（或部分具有）人類智能或能模擬（部分模擬）人類智能的系統(tǒng)稱為智能系統(tǒng)。 智能系統(tǒng)可以分成下列幾種類型： 1.人本系統(tǒng) （1）人類本身的人體系

47、統(tǒng)，特別是人腦系統(tǒng)； （2）人類以其智能直接參與活動(dòng)的系統(tǒng)，如金融系統(tǒng)、 保險(xiǎn)系統(tǒng)、體育系統(tǒng)等經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)； 2.人為系統(tǒng) （1）人與機(jī)器共同工作的人機(jī)系統(tǒng)； （2）模擬或部分模擬人類智能的機(jī)器系統(tǒng)，如智能計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)、智能機(jī)器人系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、智 能控制系統(tǒng)、智能語(yǔ)言理解系統(tǒng)、智能圖象處理 系統(tǒng)等,2021/2/3,85,什么是智能制造系統(tǒng),從工程的角度來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題 具有下列特征之一（特別是特征（1）和（2）的制造系統(tǒng)，就應(yīng)稱為智能制造系統(tǒng)： （1）多信息感知與融合； （2）知識(shí)表達(dá)、獲取、存儲(chǔ)和處理（包括識(shí)別 設(shè)計(jì)、計(jì)算、優(yōu)化、推理與決策）； （3）聯(lián)想記憶與智能控制； （4）

48、自治性，即自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自 組織、自維護(hù)； （5）智能的演繹（分解）與歸納（集成）； （6）容錯(cuò),2021/2/3,86,智能計(jì)算機(jī)為什么沒(méi)能建成,1.目前還缺乏足夠的知識(shí)來(lái)回答什么是人類智能 2.在人類智能不清楚的條件下，不可能搞清什么是機(jī)器智能，什么是智能機(jī)器。 3.人類思維的邏輯不是二值邏輯，而計(jì)算機(jī)工作的邏輯基礎(chǔ)是二值邏輯。 4.關(guān)于人類智能行為的標(biāo)準(zhǔn)，不同學(xué)者有不同的看法，且此標(biāo)準(zhǔn)隨著科學(xué)技術(shù)的提高而不斷提高。如科學(xué)家認(rèn)為，只有按人腦的工作方式工作的機(jī)器才稱為智能機(jī)器，而工程師則認(rèn)為只要機(jī)器有人腦的功能就稱為智能機(jī)器，而不管功能實(shí)現(xiàn)的途徑是什么。又如過(guò)去認(rèn)為計(jì)算是智能，現(xiàn)在

49、則認(rèn)為不是了。 5.人腦約由1000億個(gè)神經(jīng)元組成，神經(jīng)元間的聯(lián)系多達(dá)百萬(wàn)億千萬(wàn)億。任何機(jī)器難以做成如此巨大的系統(tǒng),2021/2/3,87,機(jī)械工業(yè)在智能化中如何發(fā)展,1. 要自主開發(fā)與創(chuàng)新智能化的產(chǎn)品作為機(jī)械企業(yè)未來(lái)發(fā)展的新產(chǎn)品 2. 機(jī)械企業(yè)的制造和管理要向智能化方向發(fā)展 3. 用智能化技術(shù)充實(shí)、改造和提升企業(yè)的信息化與網(wǎng)絡(luò)化。 4. 關(guān)注和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能科學(xué)的最新成果。 5. 重視教育與培訓(xùn)，關(guān)鍵中的關(guān)鍵是人才,2021/2/3,88,機(jī)械工程中的智能化趨勢(shì)(1,機(jī)器“寵物” 索尼公司的娛樂(lè)類機(jī)器寵物拉蒂 這隻暫命名為Necot 的機(jī) 屬于“老實(shí)而沉默的性格”，而 器寵物可透過(guò)

50、手勢(shì)和聲音來(lái)溝 邁卡龍則具有“開朗調(diào)皮的性格”， 通，預(yù)計(jì)將在2004年3月上市， 價(jià)格均為9萬(wàn)8000日元。 售價(jià)約29,800日?qǐng)A(248.28美元,2021/2/3,89,機(jī)械工程中的智能化趨勢(shì)(2,智能“家電,2021/2/3,90,制造業(yè)與制造技術(shù)的創(chuàng)新,2021/2/3,91,制造技術(shù)創(chuàng)新的指導(dǎo)思想,創(chuàng)新的目的是實(shí)現(xiàn)全面建設(shè) 小康社會(huì)的奮斗目標(biāo) 從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó) 科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力 人才資源是第一資源 公民素質(zhì)是第一素質(zhì),2021/2/3,92,當(dāng)前最急需的機(jī)械制造創(chuàng)新領(lǐng)域,1. 電子制造 2. 生物制造 3. 微納制造 4. 裝備制造 5. 綠色制造 6. 傳統(tǒng)產(chǎn)品的創(chuàng)新

51、制造 7. 提高生活質(zhì)量的創(chuàng)新制造 8. 現(xiàn)代國(guó)防裝備的創(chuàng)新制造,2021/2/3,93,從微電子制造到微電子產(chǎn)品,光刻機(jī)、研磨拋光機(jī)、粘貼機(jī)、鍵合機(jī)、塑封機(jī)、表面貼裝機(jī),先進(jìn)電子制造,硬盤 驅(qū)動(dòng)器,微電子,磁頭制造,磁頭及組件,磁盤基片,磁盤及組件,單晶硅,芯 片,PCB,微電子產(chǎn)品,硅 片,2021/2/3,94,下一代電子制造的技術(shù)特點(diǎn),1. 高制造精度(納米級(jí)) 2. 高加速度(15 g )往復(fù)運(yùn)動(dòng) 3. 高定位精度(亞微米納米級(jí)定位精度) 4. 高可靠性(如封裝后芯片的千小時(shí)失效率小于1/109,2021/2/3,95,微納米科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用的結(jié)合納米材料計(jì)算機(jī)磁頭亞納米拋光（Ra0.

52、1nm,2021/2/3,96,飛行高度8 nm 控制精度2 nm,表面粗糙度： 磁頭Ra 0.2 nm 磁盤Ra 0.08 nm 波紋度 0.12 nm,磁頭表面保護(hù)膜厚度 2 nm,尋道精度: 0.125 m,磁存儲(chǔ)密度： 100 Gb/in2,三維納米設(shè)計(jì)和加工,納米級(jí)運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題,下一代磁頭、磁盤的技術(shù)難點(diǎn),亞微米級(jí)定位問(wèn)題,亞納米表面拋光與測(cè)量問(wèn)題,超薄膜的均勻生長(zhǎng)問(wèn)題,2021/2/3,97,圖片,下一代封裝設(shè)備(引線鍵合)的技術(shù)難點(diǎn),起停頻率15次/秒,運(yùn)動(dòng)精度 25微米,運(yùn)動(dòng)加速度 15 g,高精度空間運(yùn)動(dòng)控制,大行程微位移機(jī)構(gòu),高頻率系統(tǒng)的振動(dòng),微操作理論,三維空間檢測(cè),芯片

53、引腳間距 35m,機(jī)器視覺(jué)定位,35 um,機(jī)器視覺(jué)精度 1微米,2021/2/3,98,光纖器件超精密制造中的對(duì)準(zhǔn),微位移超精密定位,精度： 10-100nm,6自由度對(duì)準(zhǔn),機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng),檢測(cè),控制,通過(guò)驅(qū)動(dòng)件與運(yùn)動(dòng)件的超精密制造與過(guò)程跟蹤， 實(shí)現(xiàn)超精密定位,2021/2/3,99,機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展的新特點(diǎn) 多學(xué)科深度交叉,機(jī)械工程科學(xué),微光機(jī)電系統(tǒng) 納米機(jī)械學(xué) 納米加工測(cè)量,微操作系統(tǒng) 機(jī)械仿生 仿生制造,電子制造、e-制造、數(shù)字制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造,納米科技 納米材料 微型機(jī)械 納米器件,生命科技 人類基因組 基因工程 生物芯片,信息科技 光子、量子、 生物計(jì)算機(jī)； 網(wǎng)絡(luò)技術(shù),2021

54、/2/3,100,機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展的新特點(diǎn)向微納米機(jī)械學(xué)及應(yīng)用方向發(fā)展,MEMS,納米測(cè)量 精度及溯源 表面表層物理、 表面表層化學(xué)、 機(jī)械性能的測(cè)量,微納米尺度 加工與制造 微量切削磨削 微小零件制造 微高能束加工,尺度效應(yīng) 機(jī)構(gòu)學(xué) 力學(xué) 摩擦學(xué) 強(qiáng)度 壽命,2021/2/3,101,微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),微電子技術(shù)的發(fā)展遵循摩爾定律 芯片特征每3年 線寬縮小1/3 從目前 0.13m 0.09m（2005年） 集成度翻兩番 從目前1G16G DRAM（ 2005年,2021/2/3,102,硅片的發(fā)展趨勢(shì),表面積： 225%，提高芯片出片率，減少硅片邊角損失。 單片可載芯片： 240%，器

55、件廠投片數(shù)減少。 硅片成本： 24% 芯片成本： 37,下一代硅片直徑：200mm300mm,2021/2/3,103,集成電路制造系統(tǒng),硅片制造是集成電路制造中的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié),2021/2/3,104,美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）提供的硅片技術(shù)指標(biāo),SIA Roadmap on Wafer SpecificationsWafer Requirements,2021/2/3,105,傳統(tǒng)的硅片制造工藝流程,Wafer Manufacturing,2021/2/3,106,當(dāng)前生物制造的前沿,人造器官 人造骨(及骨關(guān)節(jié))已應(yīng)用于臨床試驗(yàn)。人造軟骨(如耳 廓軟骨)也已成功?，F(xiàn)正開始研究人造肝、人造

56、腎等器官。 生物芯片 1）醫(yī)用生物芯片：在電子芯片上裝有許多微型傳感 器，通過(guò)對(duì)微量血液或其它細(xì)胞的檢測(cè)可檢查人體各種 疾?。?）作生物計(jì)算機(jī)用的生物芯片：這種芯片上的生 物大分子，如人的視網(wǎng)膜分子，可作二值邏輯元件。 仿生機(jī)械 仿鳥飛行的撲翼機(jī)、各種仿生機(jī)器人（如機(jī)器密蜂、 機(jī)器蜻蜓、機(jī)器昆蟲、機(jī)器蛇、機(jī)器魚等）將可能在未 來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)中使用,2021/2/3,107,什么是微納制造,尺寸在10微米1毫米之間的機(jī)械稱為微型機(jī)械； 尺寸在10納米10微米之間機(jī)械稱為納米機(jī)械或超微型機(jī)械； 將微型和超微型機(jī)械與微型電子器件（或微型光電子器件）結(jié)合起來(lái)，便得到微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro-M

57、echanical Systems, MEMS）, MEMS的尺寸可大到數(shù)十毫米; 在微米級(jí)范圍的加工稱為細(xì)微加工，在納米級(jí)范圍的加工稱為納米加工，在數(shù)十納米至0.1微米之間的加工（表面粗糙度Ra小于0.025微米,機(jī)床定位分辨率和重復(fù)性高于0.01微米）稱為超精密加工,亦稱亞微米級(jí)加工,2021/2/3,108,微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的重大意義,1.信息領(lǐng)域：高密度磁盤存儲(chǔ)，芯片加工設(shè)備； 2.航空航天領(lǐng)域：微型飛機(jī)（直升機(jī)）、微型衛(wèi)星（重0.110Kg）、納米衛(wèi)星（重0.1Kg以下）； 3.軍用武器領(lǐng)域：精確制導(dǎo)、精確打擊系統(tǒng)，微型慣性平臺(tái)（重僅70Kg）（微傳感器、微儀表、微光學(xué)設(shè)備）；

58、 4.生命科學(xué)領(lǐng)域：小生理器官處理，基因操作系統(tǒng)、蛋白質(zhì)追蹤系統(tǒng)微型心臟起搏器、微型助聽器等； 5.醫(yī)療領(lǐng)域：非侵入性治療，顯微手術(shù)、小器官檢測(cè)等； 6.微型機(jī)器人：?jiǎn)挝荒９鈱?dǎo)纖維引線操作。管道內(nèi)操作、腦科手術(shù)、收集情報(bào)與竊聽、清除腦血栓阻塞、發(fā)現(xiàn)并殺死癌細(xì)胞等的微型或超微型機(jī)器人。 7.文化領(lǐng)域：音、像、電子書刊、電視會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)、電子游戲等的制作及操作的微型機(jī)械設(shè)備,2021/2/3,109,微納制造的前沿,微型傳感器 各種微型位移、速度、加速度、力、壓力、溫 度等物理量的傳感器。 微型器件 各種微型齒輪、凸輪、軸承等微型零件和微型 泵、微型閥、微型陀螺等微型部件。 微機(jī)電系統(tǒng) 特別在信

59、息、生物、能源、國(guó)防、航空航天等 高科技領(lǐng)域和醫(yī)療、環(huán)保、家電等生活領(lǐng)域有廣 闊的應(yīng)用前景。 發(fā)展微機(jī)電系統(tǒng)有可能引發(fā)一場(chǎng)新的技術(shù)革命,2021/2/3,110,美國(guó)對(duì)微納制造技術(shù)的關(guān)注,美國(guó)總統(tǒng)布什于2003年12月3日簽署了21世紀(jì)納米技術(shù)研究和開發(fā)法，這是美國(guó)自太空競(jìng)賽以來(lái)最優(yōu)先資助的科技項(xiàng)目。 美國(guó)總統(tǒng)布什批準(zhǔn)在未來(lái)4年內(nèi)撥款37億美元用于納米技術(shù)研發(fā)，其中95%用于科學(xué)研發(fā)大約60%用于院校研究，35%用于政府實(shí)驗(yàn)室。 美南卡羅來(lái)納大學(xué)的納米技術(shù)專家戴維貝魯布說(shuō)：“納米技術(shù)如果美國(guó)不占據(jù)首位，日本或中國(guó)將取而代之。納米技術(shù)需要培養(yǎng)，沒(méi)有政府扶持，就不可能起飛。它的應(yīng)用要等到10年、1

60、5年乃至25年之后，沒(méi)有公司愿意在一項(xiàng)不能立刻提高利潤(rùn)率的技術(shù)上投資。,2021/2/3,111,首先要振興裝備制造業(yè),1. 裝備制造業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)和核心, 提高裝備 制造能力是提升整體制造能力的前提, 裝備制 造能力構(gòu)成了制造強(qiáng)國(guó)最核心的能力; 2. 我國(guó)的裝備制造業(yè)是我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán) 節(jié), 尤其是大型成套裝備制造能力薄弱; 3. 我國(guó)機(jī)械電子制造業(yè)在整個(gè)制造業(yè)中所占的比 重偏低(發(fā)達(dá)國(guó)家占40%以上,我國(guó)占34%), 制 造業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整,應(yīng)以先進(jìn)裝備制造和機(jī)電一 體化產(chǎn)品制造為突破口, 加速推進(jìn)機(jī)械電子制 造業(yè)的發(fā)展,2021/2/3,112,從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó),2021/2/