機械工程科學(xué)前沿與發(fā)展課件

機械科學(xué)的前沿與發(fā)展

8/8/20231

機械科學(xué)的前沿與發(fā)展

7/30/20231目錄1.制造業(yè)與制造技術(shù)的重大意義2.以微見著——精密化是機械制造發(fā)展的核心3.以綜見著——自動化是機械制造發(fā)展的途徑4.以網(wǎng)見著——信息化是機械制造發(fā)展的急需5.以智見著——智能化是機械制造發(fā)展的方向6.制造業(yè)與制造技術(shù)的創(chuàng)新7.從制造大國走向制造強國8/8/20232目錄1.制造業(yè)與制造技術(shù)的重大意義7/30/20制造業(yè)與制造技術(shù)的重大意義8/8/20233制造業(yè)與制造技術(shù)的重大意義7/30/20233制造業(yè)創(chuàng)造了人類1）人從猿進(jìn)化而來,人猿分離,是由于人學(xué)會雙足行走和用手制造并使用工具。2）中國的元謀人（170萬年前的南方古猿）、非洲人早在160萬年前即開始用火，石料開采和加工，形成了原始制造業(yè)。飲食改善促進(jìn)了腦的發(fā)展。200萬年前的猿人腦容量約為700毫升，100萬年前的直立人腦容量約為1000毫升，50萬年前增加到1200毫升，1929年發(fā)現(xiàn)的57萬年前的北京（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：“直立和勞動創(chuàng)造了人類，而勞動是從制造工具開始的?！?/8/20234制造業(yè)創(chuàng)造了人類1）人從猿進(jìn)化而來,人猿分離,是由于人學(xué)制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(1)1.美國的教訓(xùn)1)上個世紀(jì)70年代,美國不重視制造業(yè),把制造業(yè)稱為“夕陽工業(yè)”,結(jié)果導(dǎo)致美國80年代的經(jīng)濟(jì)衰退。2)80年代后期，美國的一些國會議員、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，美國白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表了總數(shù)為22項的美國國家關(guān)鍵技術(shù)，其中制造技術(shù)占4項，標(biāo)志著美國科技政策的轉(zhuǎn)變。3)克林頓上臺后，對制造業(yè)大力支持，他把先進(jìn)制造技術(shù)列為六大國防關(guān)鍵技術(shù)之首。結(jié)果美國在機械工業(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，使美國的經(jīng)濟(jì)連續(xù)8年取得了2-3%的增長率，而且還同時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。8/8/20235制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(1)7/30/20235制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(2)2.日本的經(jīng)驗1）在上個世紀(jì)70-80年代，日本非常重視制造業(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，特別是大舉進(jìn)入了美國市場。2）日本的微電子芯片成為美國高技術(shù)產(chǎn)品的關(guān)鍵元件。1991年海灣戰(zhàn)爭結(jié)束后，日本人說美國贏得這場戰(zhàn)爭是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打敗了伊拉克的鋼片”。8/8/20236制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(2)2.日本的經(jīng)驗7/30/20236制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(3)3.東南亞經(jīng)濟(jì)危機的啟示1）1998年爆發(fā)的動南亞經(jīng)濟(jì)危機，從另一個側(cè)面反映了一個國家發(fā)展制造業(yè)的重要。一個國家，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，而無自己的制造業(yè)，這個國家的經(jīng)濟(jì)就容易形成泡沫經(jīng)濟(jì)，一有風(fēng)吹草動就會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)危機。2）新加坡、臺灣都有自己的制造業(yè)，因此受經(jīng)濟(jì)危機的影響小一些。8/8/20237制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(3)3.東南亞經(jīng)濟(jì)危機的啟示7/30/2制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(4)4.瑞士依靠什么使人均產(chǎn)值居世界第一？1）瑞士是一個僅700萬人口的小國，但瑞士的制造業(yè)十分發(fā)達(dá)，瑞士的精密機械產(chǎn)品的出口量是我國的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)在瑞士的年人均國民生產(chǎn)總值達(dá)到4.3萬美元以上,居世界第一。8/8/20238制造業(yè)不是夕陽工業(yè)(4)4.瑞士依靠什么使人均產(chǎn)值7/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：1733-18781）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。3）英國的制造業(yè)孕育和實現(xiàn)了瓦特的發(fā)明4）制造業(yè)和瓦特的發(fā)明推動了熱力學(xué)理論的誕生。8/8/20239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：1733-18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：1879-19451）又稱為：電氣革命。2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：電燈（愛迪生）、電話（貝爾）、電機（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力學(xué)理論的誕生。4）麥克斯韋電動力學(xué)理論推動了20世紀(jì)初開始的無線電、微波、雷達(dá)、合成孔徑、微波成像、衛(wèi)星通信、宇宙微波探測等技術(shù)的發(fā)展。5）牛頓力學(xué)和電動力學(xué)又為量子力學(xué)的發(fā)展指引了道路，導(dǎo)致了量子場論的創(chuàng)立。8/8/202310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：1879-19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：1945-19721）又稱為：電子（原子）革命。2）產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志：原子彈（1945）、電子計算機（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)了全新的信息時代。8/8/202311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：1945-19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、機器人、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、擴散、離子注入、外延、濺射、化學(xué)沉積（CVD）、光刻、表面貼裝、自動化組裝、進(jìn)而到納米器件制造工藝將把高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命推向頂峰。8/8/202312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：1973-7/21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(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)智能化趨勢現(xiàn)已顯露，預(yù)計21世紀(jì)70年代開始將成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的中心。8/8/20231321世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(1)一、中心科學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)移7/321世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(2)二、世界科技中心（地區(qū)或國家）的轉(zhuǎn)移

中國（公元3世紀(jì)—公元13世紀(jì))→

意大利（1540年—1610年）→

英國（1660年—1730年）→

法國（1770年—1830年）→

德國（1810年—1920年）→

美國（1920年—）→

可能轉(zhuǎn)向東方（日本、中國）8/8/20231421世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展總趨勢(2)二、世界科技中心（地區(qū)或國家高技術(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)）8/8/202315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21世紀(jì)改變?nèi)祟惖目茖W(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)

8/8/20231621世紀(jì)改變?nèi)祟惖目茖W(xué)與技術(shù)

7/30/202316從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到技術(shù)發(fā)明8/8/202317從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到技術(shù)發(fā)明7/30/20231720世紀(jì)改變世界的重要機電產(chǎn)品

8/8/20231820世紀(jì)改變世界的重要機電產(chǎn)品

7/30/2023188/8/2023197/30/202319中國制造業(yè)的成就(1)2001年,中國工程院的調(diào)查結(jié)論:1）中國制造業(yè)占國民生產(chǎn)總值的1/32）占整個工業(yè)生產(chǎn)的4/53）為國家財政提供1/3以上的收入4）貢獻(xiàn)出口總額的90%5）就業(yè)人員8043萬8/8/202320中國制造業(yè)的成就(1)2001年,中國工程院的調(diào)查結(jié)論:7/中國制造業(yè)的成就(2)改革開放20年來中國制造業(yè)的進(jìn)步：1）引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)2500多項，占全國的1/3以上。近幾年發(fā)展的新產(chǎn)品，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280萬輛以上（其中轎車120萬輛以上），大中型發(fā)電設(shè)備1200萬千瓦以上（火電1000萬千瓦，水電200萬千瓦），大中型拖拉機11萬臺以上，金切機床10萬臺以上。8/8/202321中國制造業(yè)的成就(2)改革開放20年來中國制造業(yè)的進(jìn)步：7/中國制造業(yè)的成就(3)改革開放20年來中國制造業(yè)的進(jìn)步：3）我國已成為世界最大的服裝紡織品出口國；與日本、馬來西亞和韓國并稱世界消費類電子產(chǎn)品四大生產(chǎn)國。4）成功開發(fā)生產(chǎn)了運七、運八、新舟60等支線飛機。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，如沈陽機床集團(tuán)的電主軸高速臥式加工中心、激光切割機床，沈陽變壓器廠的50萬伏超高壓變壓器，黎明航發(fā)集團(tuán)的中國第一臺擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的航空發(fā)動機、燃?xì)廨啓C，沈陽新松機器人自動化有限公司的6000米水下機器人等產(chǎn)品。8/8/202322中國制造業(yè)的成就(3)改革開放20年來中國制造業(yè)的進(jìn)步：7/制造業(yè)的重大意義(1)1）在發(fā)達(dá)國家中,制造業(yè)創(chuàng)造了約60%的社會財富、約45%的國民經(jīng)濟(jì)收入。2）據(jù)統(tǒng)計，美國68%的社會財富來自于制造業(yè)。3）CIRP在1999年的報告中指出：在國家生產(chǎn)力的構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占55%~65%。4）在許多國家的科技發(fā)展計劃中，先進(jìn)制造技術(shù)都被列為優(yōu)先發(fā)展的科技。8/8/202323制造業(yè)的重大意義(1)1）在發(fā)達(dá)國家中,制造業(yè)創(chuàng)造了約60%制造業(yè)的重大意義(2)“十五”規(guī)劃中確定的八個最具戰(zhàn)略影響的領(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)制造與自動化技術(shù)又是實現(xiàn)各種高新技術(shù)的保障技術(shù)。8/8/202324制造業(yè)的重大意義(2)“十五”規(guī)劃中確定的八個最具戰(zhàn)略影響的制造業(yè)的重大意義(3)8/8/202325制造業(yè)的重大意義(3)7/30/202325制造業(yè)的重大意義(4)人大常委會副委員長宋健指出：“制造業(yè)是實現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)的水之源、木之本，是實現(xiàn)工業(yè)化的保障和原動力，是國家實力的脊梁，是支持共和國大廈的基石。沒有強大制造能力的國家永遠(yuǎn)成不了經(jīng)濟(jì)強國。”8/8/202326制造業(yè)的重大意義(4)人大常委會副委員長宋健指出：7/30/制造業(yè)的重大意義(5)1）制造業(yè)處于國家工業(yè)的中心地位，2）是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，3）是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)動機和動力源，4）是在國際競爭中取勝的法寶，5）是技術(shù)進(jìn)步的主要舞臺，6）是提高人均收入的財源、國防安全的保障、發(fā)展現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。8/8/202327制造業(yè)的重大意義(5)1）制造業(yè)處于國家工業(yè)的中心地位，7/知識經(jīng)濟(jì)與制造業(yè)8/8/202328知識經(jīng)濟(jì)與制造業(yè)7/30/202328以微見著

—精密化是機械制造發(fā)展的核心—8/8/202329以微見著

—精密化是機械制造發(fā)展的核心—7/30/20232以微見著

—精密化是機械制造發(fā)展的核心—1.20世紀(jì)的三個重大科學(xué)成就都是“以微見著”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)代超精密機械對精度的要求5.細(xì)微與納米加工技術(shù)可達(dá)的水平6.微機電系統(tǒng)（MEMS）的重大意義7.各國對MEMS研究的關(guān)注8/8/202330以微見著

—精密化是機械制造發(fā)展的核心—7/30/2023320世紀(jì)的三個重大科學(xué)成就

都是“以微見著”(1)

1.量子力學(xué)

1900年，普朗克依據(jù)黑體輻射實驗而提出量子假說，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題：在原子尺度下，粒子的能量與波動的頻率成正比，動量與波長成反比。2.相對論

1)狹義相對論：1905年，愛因斯坦在邁克爾遜測量光速的基礎(chǔ)上，提出了狹義相對論，預(yù)示了原子能的巨大潛力：E=mc2E–能量，m–質(zhì)量，c–光速

2)廣義相對論：1915年提出廣義相對論，揭示了時間、空間、物質(zhì)和運動的普遍規(guī)律。8/8/20233120世紀(jì)的三個重大科學(xué)成就

都是“以微見著”(1)

1.量子

20世紀(jì)的三個重大科學(xué)成就

都是“以微見著”(2)

3.DNA（脫氧核糖核酸）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)入信息時代的標(biāo)志。3)1997年英國成功地用體細(xì)胞克隆技術(shù)培養(yǎng)出羊“多莉”，第一次實現(xiàn)了生命的復(fù)制。8/8/202332

20世紀(jì)的三個重大科學(xué)成就

都是“以微見著”(2)

7/3現(xiàn)代超精密機械對精度的要求8/8/202333現(xiàn)代超精密機械對精度的要求7/30/202333采用硅微工藝刻蝕制造的

微機械手8/8/202334采用硅微工藝刻蝕制造的

微機械手7/30/202334加工精度及其發(fā)展

1—車、銑2—磨3—CNC機床 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—衍射光柵刻線機8—電子束、離子束、X射線9—分子束生長、離子注10—掃描隧道技術(shù)8/8/202335加工精度及其發(fā)展

1—車、銑7/30/202335細(xì)微與納米加工技術(shù)可達(dá)的水平

8/8/202336細(xì)微與納米加工技術(shù)可達(dá)的水平

7/30/202336以綜見著—自動化是機械工程發(fā)展的途徑—

8/8/202337以綜見著—自動化是機械工程發(fā)展的途徑—

7/30/20233以綜見著

—綜合化是機械工程發(fā)展的途徑—

1.自動化是機械工程綜合化的核心和目標(biāo)2.機電一體化工程(MechatronicEngineering）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8/8/202338以綜見著

—綜合化是機械工程發(fā)展的途徑—

1.自動化是機械工自動化是機械工程

綜合化的核心和目標(biāo)

1.自動控制基礎(chǔ)理論的發(fā)展1）經(jīng)典控制論2）現(xiàn)代控制論3）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.制造中的自動化技術(shù)8/8/202339自動化是機械工程

綜合化的核心和目標(biāo)

1.自動控制基礎(chǔ)理論的工程控制論的前沿

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)非對稱6)非平衡8/8/202340工程控制論的前沿1.“非”:制造中的自動化技術(shù)1.CAD/CAM技術(shù)(包括CAT/CAE/---CAX)2.數(shù)字控制技術(shù)3.機電一體化技術(shù)(包括光、液、氣)4.傳感器與測試技術(shù)5.伺服驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)6.自動機技術(shù)(包括輸送、存儲、裝卸及機器人)7.加工、裝配和檢驗中的自動化技術(shù)8.制造系統(tǒng)技術(shù)9.管理信息化技術(shù)10.回收與維修中的自動化技術(shù)結(jié)論：制造自動化技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)字技術(shù)8/8/202341制造中的自動化技術(shù)1.CAD/CAM技術(shù)(包括CAT/CAE機電一體化工程是

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.新型機械設(shè)備8/8/202342機電一體化工程是

高技術(shù)裝備的基礎(chǔ)

1.微電子芯片制造7/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18—24個月翻一番，預(yù)計這一規(guī)律還要持續(xù)10-15年。

微電子芯片功能的增長情況：

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。8/8/202343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

關(guān)于微電子芯片制造(1)

1.巨大的投資建一座生產(chǎn)1000兆位存儲器的芯片制造廠，需要投資150億美元。2.我國的出路

1）美國德克薩斯儀器公司已設(shè)計出一套3000萬美元的裝置，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。8/8/202344

關(guān)于微電子芯片制造(1)

1.巨大的投資7/30/2023

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/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

2)重要的設(shè)備(1)深紫外線曝光+相移掩膜技術(shù)，達(dá)0.3~0.35微米(2)準(zhǔn)分子激光光源+相移掩膜技術(shù)，達(dá)0.18~0.25微米(3)電子束和X射線曝光技術(shù)，達(dá)0.01~0.04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~納米級(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、測試設(shè)備等）8/8/202345

關(guān)于微電子芯片制造(2)

3.當(dāng)前的芯片制造設(shè)備7/30重要的新型機械產(chǎn)業(yè)

（不包括車輛、航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)）1.電動車輛產(chǎn)業(yè)2.計算機數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)（這是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)）3.工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)(包括運輸、檢測、存儲)4.超精密機械產(chǎn)業(yè)（特別是微機電系統(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)代工程機械設(shè)備產(chǎn)業(yè)7.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械設(shè)備產(chǎn)業(yè)8.現(xiàn)代醫(yī)療機械設(shè)備產(chǎn)業(yè)9.新型交通工具產(chǎn)業(yè)（包括磁懸浮列車、太陽能車輛綠色汽車、微型飛行器…）10.現(xiàn)代家用電器產(chǎn)業(yè)8/8/202346重要的新型機械產(chǎn)業(yè)

（不包括車輛、航空、航天、船舶、兵器、核特種加工技術(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）8/8/202347特種加工技術(shù)與裝備

是典型的綜合技術(shù)與裝備

1.電火花加工先進(jìn)制造系統(tǒng)以綜合為手段(一)近二十年來，世界各國共提出數(shù)十種先進(jìn)制造系統(tǒng)，其中較重要的有38種：(1)CAD/CAM/CAE(計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造/計算機輔助工程);(2)成組技術(shù)(GroupTechnology)(GT);(3)全面質(zhì)量管理(TotalQualityManufacturing)(TQM);(4)材料需求計劃(MaterialRequisitePlanning)(MRP-I);8/8/202348先進(jìn)制造系統(tǒng)以綜合為手段(一)近二十年來，世界各國共提出數(shù)十先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(5)制造資源計劃(ManufacturingResourcePlanning)(MRP-II);(6)柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem)(FMS);(7)準(zhǔn)時生產(chǎn)制(JustInTime)(JIT);(8)計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP);8/8/202349先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))7/30/202349先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(9)為了制造的(裝配的，試驗的······)設(shè)計(DFMA,DFA,DFT······DFX);(10)計算機集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystem)（CIMS);(11)用戶驅(qū)動生產(chǎn)(CustomerDrivenProduction)(CDP);(12)企業(yè)重組(BusinessReengineering)(BR);(13)并行工程(ConcurrentEngineering)(CE);8/8/202350先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(9)為了制造的(裝配的先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(14)環(huán)境友好生產(chǎn)(EnvironmentFriendlyManufacturing)(EFM);(15)精益生產(chǎn)(LeanProduction)(LP);(16)敏捷制造(AgileManufacturing)(AM);(17)多智能體制造系統(tǒng)(Multi-AgentManufacturingSystem)(MAMS);8/8/202351先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))7/30/202351先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(18)虛擬制造(VirtualManufacturing)(VM);(19)增廣現(xiàn)實制造(AugmentedRealityManufacturing)(ARM);(20)協(xié)同制造(HolonicManufacturing)(HM);(21)生物型制造(BiologicalManufacturing)(BM);(22)壽命周期工程(LifeCycleEngineering)(LCE);(23)綠色制造(GreenManufacturing)(GM);8/8/202352先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(18)虛擬制造(Virtu先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(24)網(wǎng)絡(luò)合作制造(Network-CollaborativeManufacturing)(NCM);(25)遙遠(yuǎn)制造(RemoteManufacturing)(RM);(26)全面生產(chǎn)維護(hù)(TotalProductionMaintenance)(TPM);(27)開放結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)(OpenArchitectureManufacturingSystem)(OAMS);(28)智能制造(IntelligentManufacturing)(IM);8/8/202353先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(24)網(wǎng)絡(luò)合作制造(Network-Co先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(29)分形企業(yè)(FractalEnterprise)(FE);(30)預(yù)計生產(chǎn)改進(jìn)系統(tǒng)(Pre-PlannedProductImprovementsystem)(P3IS);(31)企業(yè)資源計劃(EnterpriseResourcePlanning)(ERP);(33)快速原型制造(RapidPrototypeManufacturing)(RPM);(34)自組織生產(chǎn)系統(tǒng)(Self-OrganisedProductionSystem)(SOPS);8/8/202354先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(29)分形企業(yè)(Fract先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))(35)可重組制造系統(tǒng)(ReconfigurableManufacturingSystem)(RCMS);(36)大規(guī)模定制(MassCustomization)(MC);(37)全球制造(GlobalManufacturing)(GM);(38)下一代制造系統(tǒng)(NextGenerationManufacturingSystem)(NGMS)8/8/202355先進(jìn)制造系統(tǒng)(續(xù))7/30/202355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)建模用的數(shù)學(xué)方法多達(dá)40多種，如：(1)專家系統(tǒng)(ExpertSystem)(KnowledgeBasedSystem)(ES);(2)模式識別(PatternRecognition)(PR);(3)圖論(GraphTheory)(GT);(4)相似理論(SimilarityTheory)(ST);(5)優(yōu)化理論(OptimizationTheory)(OT);8/8/202356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)建模用的數(shù)學(xué)方制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(6)博弈論(GameTheory)(GM);(7)時間序列分析(TimeSeriesAnalysis)(TSA);(8)小波理論(WaveletTheory)(WT);(9)制造幾何(ManufacturingGeometry)(MG);(10)樣條理論(SplineTheory)(ST);(11)逆向工程(ReverseEngineering)(RE);(12)計算機視覺(ComputerVision)(CV);(13)自然語言理解(NatureLanguageProcessing)(NLP);8/8/202357制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(6)博弈論(GameTh制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(14)知識表示(KnowledgeRepresentation)(KR);(15)啟發(fā)搜索(HeuristicSearch)(HS);(16)基于約束的搜索(ConstraintBasedSearch)(CBS);(17)可信度理論(ConfidenceTheory)(CT);(18)定性推理(QualitativeReasoning)(QR);(19)推理技術(shù)(ReasoningTechniques)(RT);8/8/202358制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(14)知識表示(Knowled制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(20)機器學(xué)習(xí)(MachineLearning)(McL);(21)機器證明(MachineProving)(MP);(22)多值邏輯(MultipleLogic)(ML);(23)模糊數(shù)學(xué)(FuzzyMathematics)(FM);(24)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NeuralNetwork)(NN);(25)Petri網(wǎng)絡(luò)(PetriNetwork)(PN);8/8/202359制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))7/30/202359制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(26)免疫網(wǎng)絡(luò)(ImmuneNetwork)(IN);(27)基因算法(GeneticAlgorithm)GA);(28)人工生命(ArtificialLife)(AL);(29)聯(lián)想記憶(AssociativeMemory)(AM);(30)黑板結(jié)構(gòu)(BlackboardArchitecture)(BA);(31)多智能體系統(tǒng)(Multi-AgentSystems)(MAS);8/8/202360制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))7/30/202360制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(32)成組技術(shù)(GroupTechnology)(GT);(33)并行工程(ConcurrentEngineering)(CN);(34)生物制造計算(BiologicalManufacturingComputation)(BMC);(35)Holonic制造計算(HolonicManufacturingComputation)(HMC);(36)非經(jīng)典控制論(Non-ClassicalControlTheory)(NCCT);(37)運籌學(xué)(OperationsResearch)(OR);8/8/202361制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(32)成組技術(shù)(GroupT制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(38)系統(tǒng)工程(SystemEngineering)(SE);(39)模擬退火(SimulatedAnnealing)(SA);(40)組合數(shù)學(xué)(ConbinatorialMathematics)(CM);(41)分形與分維(FractalTheory)(FT);(42)混沌理論(ChaosTheory)(CT);(43)非線性數(shù)學(xué)(NonlinearMathematics)(NM);(44)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)(NetworkMathematics)(NtM)(45)智能數(shù)學(xué)(IntelligentMathematics)(IM);8/8/202362制造系統(tǒng)建模的數(shù)學(xué)方法(續(xù))(38)系統(tǒng)工程(Syste以網(wǎng)見著

—信息化是機械工程發(fā)展的急需—

8/8/202363以網(wǎng)見著

—信息化是機械工程發(fā)展的急需—

7/30/2023以網(wǎng)見著

—網(wǎng)絡(luò)化是機械工程發(fā)展的急需—

1.三個時代的產(chǎn)業(yè)特征2.網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的特點3.我國信息產(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8/8/202364以網(wǎng)見著

—網(wǎng)絡(luò)化是機械工程發(fā)展的急需—

1.三個時代的產(chǎn)業(yè)三個時代的產(chǎn)業(yè)特征

8/8/202365三個時代的產(chǎn)業(yè)特征

7/30/202365網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的特點

1.沒有舊經(jīng)濟(jì)的衰退和通貨膨脹的周期性；2.知識分子將成為新經(jīng)濟(jì)時代的主體，社會結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；3.企業(yè)發(fā)展將是知識資本重于物質(zhì)資本；4.人才是知識資本的核心；5.企業(yè)的利潤主要來自于科技創(chuàng)新；6.虛擬企業(yè)、敏捷制造、企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟、供應(yīng)鏈等迅速發(fā)展，企業(yè)對市場的響應(yīng)越來越快；7.經(jīng)營具有全球性，電子商務(wù)成為經(jīng)營的主要形式；8.商品質(zhì)量越來越高、價格越來越低、服務(wù)越來越好；9.顧客參與設(shè)計與制造，商品個性化；10.人們生活方式變化，消費結(jié)構(gòu)變化：由吃、穿為主轉(zhuǎn)為住、用、休閑，非物質(zhì)消費占總消費的50%以上。8/8/202366網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的特點

1.沒有舊經(jīng)濟(jì)的衰退和通貨膨脹的周期性；7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)來發(fā)展企業(yè),到1987年成為億萬富翁，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）報道，蓋茨的個人財產(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（沃倫.巴菲特的個人凈資產(chǎn)為305億美元,去年為350億美元）。8/8/202367全球首富比爾?蓋茨1)比爾?蓋茨1973年（19歲）離開哈佛我國信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（1）(1)“九五”期間我國信息產(chǎn)業(yè)年平均增長速度達(dá)到31.4%，2000年中國信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值突破了1萬億元,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1.4萬億元。(2)2002年8月統(tǒng)計,我國家庭擁有電腦900多萬臺,普及率達(dá)18.3%。(3)彩電2002年生產(chǎn)5000萬臺，出口彩電1800萬臺，均居世界第一。(4)2002年11月底，固定、移動電話總數(shù)4.1299億戶，其中固定電話達(dá)到2.1268億戶(較上年增加3231萬戶),移動電話達(dá)到2.0031億戶(較上年增加5509萬戶),已大大超過美國,居世界第一位。8/8/202368我國信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（1）(1)“九五”期間我國信息產(chǎn)業(yè)我國信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（2）（5）2000年上網(wǎng)戶數(shù)為2250萬戶，2001年為4000萬戶，2002年11月底為4829萬戶,預(yù)計2005年將達(dá)到2億戶，上網(wǎng)普及率達(dá)15%左右。（6）目前我國手機年生產(chǎn)能力是2億部，2003年統(tǒng)計,國內(nèi)月銷售量達(dá)500萬部。（7）十五期間，中國的信息產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持20%的高速增長，市場規(guī)模比2000年翻一番，固定、移動電話網(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，全國電話普及率達(dá)到40%。到2010年，信息產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模再翻一番。也就是說，未來十年，信息產(chǎn)業(yè)將翻兩番。8/8/202369我國信息產(chǎn)業(yè)已駛上高速路（2）（5）2000年上網(wǎng)戶數(shù)為22機械工業(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e2，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

8/8/202370機械工業(yè)在信息化中做什么(1)1，傳統(tǒng)產(chǎn)品信息化7/30機械工業(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8/8/202371機械工業(yè)在信息化中做什么(2)4，開拓新的信息產(chǎn)品7/30/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，后來引進(jìn)信息技術(shù)，轉(zhuǎn)變到生產(chǎn)手機的公司。2000年銷售的手機占領(lǐng)全球市場的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)芬蘭政府整個年財政預(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,和該國總出口的1/5，把500萬芬蘭人與世界上各地?zé)o形網(wǎng)絡(luò)中的總計10億人連起來。8/8/202372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，后門鎖的變化機械鎖代碼鎖（機械碼、磁條碼、光電碼等等）指紋鎖圖像鎖8/8/202373門鎖的變化機械鎖在信息化過程中

值得注意的若干問題（1）1）信息化帶動工業(yè)化，但不能代替工業(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)國家的信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP40%-60%,目前我國信息化水平不到發(fā)達(dá)國家的10%，離現(xiàn)代化的要求還很遠(yuǎn)；8/8/202374在信息化過程中

值得注意的若干問題（1）1）信息化帶動工業(yè)化在信息化過程中

值得注意的若干問題（2）7）我國信息產(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，高額利潤被國外企業(yè)搶走了。目前，我國計算機行業(yè)的利潤率只有2%—3%，而國外一家只做系統(tǒng)芯片的公司的利潤率達(dá)到25%-35%；8）網(wǎng)絡(luò)安全問題是一個亟待解決的問題，主要是“一黃一黑”兩個問題。據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部對國內(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)，加強管理并為網(wǎng)絡(luò)提供良好的精神食糧。黑的問題主要是要有自主知識產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)，防止黑客侵襲，以保國家安全；9）軟件業(yè)要大發(fā)展，印度軟件的出口額是中國的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。8/8/202375在信息化過程中

值得注意的若干問題（2）7）我國信息產(chǎn)業(yè)的核以智見著

—智能化是機械工程發(fā)展的方向—

8/8/202376以智見著

—智能化是機械工程發(fā)展的方向—

7/30/2023以智見著

—智能化是機械工程發(fā)展的方向—

為什么說智能化是機械工程發(fā)展的方向?1.恩格斯指出，共產(chǎn)主義社會的特征是消滅“三大差別”。城鄉(xiāng)差別、工農(nóng)差別、體力勞動與腦力勞動的差別。其中，最本質(zhì)、最核心、最困難的消滅體力勞動與腦力勞動的差別，

所以智能化是實現(xiàn)未來理想社會的必要條件。2.“知識經(jīng)濟(jì)”的本質(zhì)是“智力經(jīng)濟(jì)”8/8/202377以智見著

—智能化是機械工程發(fā)展的方向—

為什么說智能化是機以智見著

—智能化是機械工程發(fā)展的方向—

為什么說智能化是機械工程發(fā)展的方向?3.本世紀(jì)中心學(xué)科發(fā)展的趨勢：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)化的實質(zhì)是智能化。5.國民經(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：智能計算機、智能車輛、智能機器、智能儀表、智能控制、智能材料…甚至智能大廈。8/8/202378以智見著

—智能化是機械工程發(fā)展的方向—

為什么說智能化是機關(guān)于制造系統(tǒng)和制造模式的模糊認(rèn)識

(1)把制造哲理說成制造系統(tǒng)或制造模式；(2)把制造技術(shù)說成制造系統(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)的管理模式說成制造模式；8/8/202379關(guān)于制造系統(tǒng)和制造模式的模糊認(rèn)識(1)把制造哲理說什么是系統(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、相對穩(wěn)定和可以控制的動態(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、相對穩(wěn)定和可以控制的動態(tài)整體。8/8/202380什么是系統(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程的制造理念或制造思想，它的特點是戰(zhàn)略性和適時性。

2.制造技術(shù)是在制造過程中應(yīng)用的工具、儀器、裝備和在制造過程中積累并體現(xiàn)出來的方法、經(jīng)驗、技巧和知識。

8/8/202381什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程的什么是制造模式？制造模式是制造系統(tǒng)或制造子系統(tǒng)的組織形式和運作方式。一般制造模式應(yīng)具有如下五個方面的內(nèi)容：（1）制造系統(tǒng)或制造子系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、通信和操作機制；（2）制造過程及其運行機制；（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、交易、合作、交流和動態(tài)聯(lián)盟的方式；（5）評價指標(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）四項內(nèi)容。8/8/202382什么是制造模式？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)的組織形式和運作方式，除了包含有表達(dá)這些組織形式和運作方式的技術(shù)外，一般不包括其它的制造技術(shù)。8/8/202383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）人類本身的人體系統(tǒng)，特別是人腦系統(tǒng)；（2）人類以其智能直接參與活動的系統(tǒng)，如金融系統(tǒng)、保險系統(tǒng)、體育系統(tǒng)等經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)；2.人為系統(tǒng)（1）人與機器共同工作的人機系統(tǒng)；（2）模擬或部分模擬人類智能的機器系統(tǒng)，如智能計算機系統(tǒng)、智能機器人系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、智能語言理解系統(tǒng)、智能圖象處理系統(tǒng)等。8/8/202384什么是智能系統(tǒng)？具有（或部分具有）人類智能或能模擬（部分模擬什么是智能制造系統(tǒng)？從工程的角度來討論這個問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）知識表達(dá)、獲取、存儲和處理（包括識別設(shè)計、計算、優(yōu)化、推理與決策）；（3）聯(lián)想記憶與智能控制；（4）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。8/8/202385什么是智能制造系統(tǒng)？從工程的角度來討論這個問題7/30/20智能計算機為什么沒能建成?

1.目前還缺乏足夠的知識來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器智能，什么是智能機器。3.人類思維的邏輯不是二值邏輯，而計算機工作的邏輯基礎(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器才稱為智能機器，而工程師則認(rèn)為只要機器有人腦的功能就稱為智能機器，而不管功能實現(xiàn)的途徑是什么。又如過去認(rèn)為計算是智能，現(xiàn)在則認(rèn)為不是了。5.人腦約由1000億個神經(jīng)元組成，神經(jīng)元間的聯(lián)系多達(dá)百萬億——千萬億。任何機器難以做成如此巨大的系統(tǒng)。8/8/202386智能計算機為什么沒能建成?

1.目前還缺乏足夠的知識來回答什機械工業(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)品作為機械企業(yè)未來發(fā)展的新產(chǎn)品2.機械企業(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、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)用計算機科學(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。8/8/202387機械工業(yè)在智能化中如何發(fā)展?1.要自主開發(fā)與創(chuàng)新智能機械工程中的智能化趨勢(1)機器“寵物”索尼公司的娛樂類機器寵物拉蒂這隻暫命名為「Necot」的機屬于“老實而沉默的性格”，而器寵物可透過手勢和聲音來溝邁卡龍則具有“開朗調(diào)皮的性格”，通，預(yù)計將在2004年3月上市，價格均為9萬8000日元。售價約29,800日圓(248.28美元)。

8/8/202388機械工程中的智能化趨勢(1)機器“寵物”7/30/2機械工程中的智能化趨勢(2)

智能“家電”

8/8/202389機械工程中的智能化趨勢(2)智能“家電”7/30/2023制造業(yè)與制造技術(shù)的創(chuàng)新8/8/202390制造業(yè)與制造技術(shù)的創(chuàng)新7/30/202390制造技術(shù)創(chuàng)新的指導(dǎo)思想

創(chuàng)新的目的是實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會的奮斗目標(biāo)從制造大國走向制造強國科學(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)8/8/202391制造技術(shù)創(chuàng)新的指導(dǎo)思想創(chuàng)新的目的是實現(xiàn)全面建設(shè)7/30/當(dāng)前最急需的機械制造創(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)新制造7.提高生活質(zhì)量的創(chuàng)新制造8.現(xiàn)代國防裝備的創(chuàng)新制造8/8/202392當(dāng)前最急需的機械制造創(chuàng)新領(lǐng)域1.從微電子制造到微電子產(chǎn)品

光刻機、研磨拋光機、粘貼機、鍵合機、塑封機、表面貼裝機先進(jìn)電子制造硬盤驅(qū)動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8/8/202393從微電子制造到微電子產(chǎn)品

光刻機、研磨拋光機、粘貼機、下一代電子制造的技術(shù)特點1.高制造精度(納米級)2.高加速度(15g)往復(fù)運動3.高定位精度(亞微米納米級定位精度)4.高可靠性(如封裝后芯片的千小時失效率小于1/109)8/8/202394下一代電子制造的技術(shù)特點7/30/202394微納米科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用的結(jié)合

納米材料計算機磁頭亞納米拋光（Ra<0.1nm）8/8/202395微納米科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用的結(jié)合

納米材料計算機磁頭亞納米拋光（R飛行高度<8nm控制精度<2nm表面粗糙度：磁頭Ra<0.2nm磁盤Ra<0.08nm波紋度<0.12nm磁頭表面保護(hù)膜厚度<2nm尋道精度:<0.125m磁存儲密度：100Gb/in2三維納米設(shè)計和加工納米級運動控制問題下一代磁頭、磁盤的技術(shù)難點亞微米級定位問題亞納米表面拋光與測量問題超薄膜的均勻生長問題8/8/202396飛行高度<8nm表面粗糙度：磁頭表面保護(hù)膜厚度<2nm圖片下一代封裝設(shè)備(引線鍵合)的技術(shù)難點起停頻率>15次/秒運動精度<2~5微米運動加速度>15g

高精度空間運動控制大行程微位移機構(gòu)高頻率系統(tǒng)的振動微操作理論三維空間檢測

芯片引腳間距<35μm機器視覺定位

35um機器視覺精度<1微米8/8/202397圖片下一代封裝設(shè)備(引線鍵合)的技術(shù)難點起停頻率>15次/秒光纖器件超精密制造中的對準(zhǔn)

微位移超精密定位精度：10-100nm6自由度對準(zhǔn)機構(gòu)驅(qū)動檢測控制通過驅(qū)動件與運動件的超精密制造與過程跟蹤，實現(xiàn)超精密定位。8/8/202398光纖器件超精密制造中的對準(zhǔn)微位移超精密定位精度：10-1

機械工程學(xué)科發(fā)展的新特點

多學(xué)科深度交叉機械工程科學(xué)微光機電系統(tǒng)納米機械學(xué)納米加工測量微操作系統(tǒng)機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、生物計算機；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8/8/202399機械工程學(xué)科發(fā)展的新特點

機械工程學(xué)科發(fā)展的新特點

向微納米機械學(xué)及應(yīng)用方向發(fā)展MEMS納米測量精度及溯源表面表層物理、表面表層化學(xué)、機械性能的測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)

機構(gòu)學(xué)力學(xué)摩擦學(xué)強度壽命8/8/2023100機械工程學(xué)科發(fā)展的新特點

向微納米機械學(xué)及應(yīng)用方向發(fā)展MEM微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢微電子技術(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0.13μm↘0.09μm（2005年）

集成度翻兩番——從目前1G↗16GDRAM（2005年）8/8/2023101微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢微電子技術(shù)的發(fā)展遵循摩爾定律7/30/2硅片的發(fā)展趨勢表面積：↗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：200mm↗300mm8/8/2023102硅片的發(fā)展趨勢表面積：↗225%，提集成電路制造系統(tǒng)WaferManufacturing硅片制造是集成電路制造中的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)8/8/2023103集成電路制造系統(tǒng)WaferManufacturing硅片制美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會（SIA）

提供的硅片技術(shù)指標(biāo)SIARoadmaponWaferSpecifications－WaferRequirementsYear19971999200220052008WaferDiametermm200200200/300300300/450SiteFlatness(SFQRmax)SiteSizeμ

mmm20.2022×220.1425×320.125×360.0725×400.0525×44FrontSideMicroroughnessnm0.20.150.10.10.1ParticlesperWaferParticleSizeμ

m1000.125800.09600.065500.05400.0358/8/2023104美國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會（SIA）

提供的硅片技術(shù)指標(biāo)SIARo傳統(tǒng)的硅片制造工藝流程WaferManufacturing8/8/2023105傳統(tǒng)的硅片制造工藝流程WaferManufacturing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。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，通過對微量血液或其它細(xì)胞的檢測可檢查人體各種疾??；2）作生物計算機用的生物芯片：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。

仿生機械仿鳥飛行的撲翼機、各種仿生機器人（如機器密蜂、機器蜻蜓、機器昆蟲、機器蛇、機器魚等）將可能在未來的戰(zhàn)爭中使用。8/8/2023106當(dāng)前生物制造的前沿人造器官7/30/2023106什么是微納制造？尺寸在10微米~1毫米之間的機械稱為微型機械；尺寸在10納米~10微米之間機械稱為納米機械或超微型機械；將微型和超微型機械與微型電子器件（或微型光電子器件）結(jié)合起來，便得到微機電系統(tǒng)（MicroElectro-MechanicalSystems,MEMS）,MEMS的尺寸可大到數(shù)十毫米;在微米級范圍的加工稱為細(xì)微加工，在納米級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,亦稱亞微米級加工。8/8/2023107什么是微納制造？尺寸在10微米~1毫米之間的機械稱為微型機械微機電系統(tǒng)（MEMS）的重大意義

1.信息領(lǐng)域：高密度磁盤存儲，芯片加工設(shè)備；2.航空航天領(lǐng)域：微型飛機（直升機）、微型衛(wèi)星（重0.1—10Kg）、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（重僅70Kg）（微傳感器、微儀表、微光學(xué)設(shè)備）；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)、小器官檢測等；6.微型機器人：單位模光導(dǎo)纖維引線操作。管道內(nèi)操作、腦科手術(shù)、收集情報與竊聽、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器人。7.文化領(lǐng)域：音、像、電子書刊、電視會議、遠(yuǎn)程教學(xué)、電子游戲等的制作及操作的微型機械設(shè)備。8/8/2023108微機電系統(tǒng)（MEMS）的重大意義

1.信息領(lǐng)域：高密度磁盤存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。微機電系統(tǒng)

特別在信息、生物、能源、國防、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)展微機電系統(tǒng)有可能引發(fā)一場新的技術(shù)革命。8/8/2023109微納制造的前沿微型傳感器7/30/2023109美國對微納制造技術(shù)的關(guān)注

美國總統(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》，這是美國自太空競賽以來最優(yōu)先資助的科技項目。美國總統(tǒng)布什批準(zhǔn)在未來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%用于政府實驗室。美南卡羅來納大學(xué)的納米技術(shù)專家戴維·貝魯布說：“納米技術(shù)如果美國不占據(jù)首位，日本或中國將取而代之。納米技術(shù)需要培養(yǎng)，沒有政府扶持，就不可能起飛。它的應(yīng)用要等到10年、15年乃至25年之后，沒有公司愿意在一項不能立刻提高利潤率的技術(shù)上投資。”8/8/2023110美國對微納制造技術(shù)的關(guān)注

美國總統(tǒng)布什于2003年12月3日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)成了制造強國最核心的能力;2.我國的裝備制造業(yè)是我國制造業(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.我國機械電子制造業(yè)在整個制造業(yè)中所占的比重偏低(發(fā)達(dá)國家占40%以上,我國占34%),制造業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整,應(yīng)以先進(jìn)裝備制造和機電一體化產(chǎn)品制造為突破口,加速推進(jìn)機械電子制造業(yè)的發(fā)展。8/8/2023111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,從制造大國

走向制造強國8/8/2023112從制造大國

走向制造強國7/30/2023112綠色制造是可持續(xù)發(fā)展的前提

目前機械制造業(yè)存在的主要問題是：1)廢舊或閑置設(shè)備回收和再利用率較低，如何改造和利用好這些舊設(shè)備是擺在我們面前的大課題；2)能源和原材料的浪費現(xiàn)象十分嚴(yán)重，比美國和日本等先進(jìn)國家高出數(shù)十倍之多；3)環(huán)境保護(hù)意識在機械制造廠家頭腦中還比較淡薄，尤其是一些中小企業(yè)對環(huán)境的污染還比較嚴(yán)重；綠色制造定義：綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響（負(fù)作用）最小，資源效率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。

8/8/2023113綠色制造是可持續(xù)發(fā)展的前提目前機械制造業(yè)存在的主要問題是：中國制造業(yè)的差距8/8/2023114中國制造業(yè)的差距7/30/2023114中國制造業(yè)的差距(1)尷尬的數(shù)據(jù)1.我國出口的產(chǎn)品大都是中低擋的,企業(yè)大都采取貼生產(chǎn)(OEM)的制造方式,外貿(mào)200強企業(yè)出口值有74%是通過加工貿(mào)易方式實現(xiàn)的;2.我國鋼產(chǎn)量已是世界第一,但高級鋼材每年卻需進(jìn)口近千萬噸;3.2001年,世界500強企業(yè)中,我國有11家入圍,但沒有一家是制造業(yè);4.格蘭仕已成為世界最大的微波爐生產(chǎn)商,然而其關(guān)鍵零部件磁控管至今仍然依靠進(jìn)口.我國已是全球最大的空調(diào)生產(chǎn)基地,然而高性能柜機仍要采用美國谷輪公司的渦旋壓縮機.8/8/2023115中國制造業(yè)的差距(1)尷尬的數(shù)據(jù)7/30/2023115中國制造業(yè)的差距(2)1.總體規(guī)模落后我國制造業(yè)雖名列世界第四,但總體規(guī)模僅相當(dāng)美國的1/5、日本的1/4強；2.人均勞動生產(chǎn)率落后我國制造業(yè)的人均勞動生產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家,僅為美國的1/25、日本的1/26、德國的1/20；3.制造業(yè)結(jié)構(gòu)仍然偏輕裝備制造在制造業(yè)中的比例僅為26.5%(1999年),低于美國(41.9%)、日本(43.6%)、德國(46.4%)；8/8/2023116中國制造業(yè)的差距(2)1.總體規(guī)模落后7/30/20231中國制造業(yè)的差距(3)4.技術(shù)創(chuàng)新能力十分薄弱產(chǎn)業(yè)主體技術(shù)依靠國外，有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，依附于國外企業(yè)的組裝業(yè)比重大，表現(xiàn)為工業(yè)增加值率僅為26%，遠(yuǎn)低于美國（49%）、日本（38%）、德國（48.5%),并且呈現(xiàn)逐年降低的趨勢;5.低水平生產(chǎn)能力嚴(yán)重過剩據(jù)第三次全國工業(yè)普查,機械電子、化工、建材、輕工、冶金等行業(yè)生產(chǎn)能力利用率分別為51.86%、54.45%、54.9%、64%、46.09%和好5.55%,而同時高水平生產(chǎn)能力不足，大量先進(jìn)裝備仍主要依賴進(jìn)口。8/8/2023117中國制造業(yè)的差距(3)4.技術(shù)創(chuàng)新能力十分薄弱7/30/20中國制造業(yè)的差距(4)6.裝備制造業(yè)設(shè)備陳舊,缺乏核心技術(shù)裝備制造業(yè)十分落后,新品開發(fā)周期平均為18個月(美國已達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計周期3個星期、試制周期3個月)。企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益低，1999年銷售收入利潤率為3.64%,勞動生產(chǎn)率3.36萬元/人年,低于整個制造業(yè)的數(shù)字。7.裝備制造業(yè)總體上與制造強國相距甚遠(yuǎn)我國現(xiàn)有3.6萬家國有裝備制造企業(yè),沒有一家能躋身于世界500強,全社會固定資產(chǎn)投資中設(shè)備投資的2/3依賴進(jìn)口,在裝備上每年有數(shù)百億美元的逆差。8.國有企業(yè)改革遠(yuǎn)未到位企業(yè)集中度低,大型骨干企業(yè)少,而且圍繞大型骨干企業(yè)的中小企業(yè)群體也未形成。8/8/2023118中國制造業(yè)的差距(4)6.裝備制造業(yè)設(shè)備陳舊,缺乏核心技術(shù)7從制造大國走向制造強國(1)1.將振興裝備制造業(yè)置于重要的戰(zhàn)略地位從本質(zhì)上說,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)成了制造強國最核心的能力。2.以先進(jìn)裝備和機電一體化產(chǎn)品制造為突破口加速推進(jìn)機械電子制造業(yè)的發(fā)展,為中國實現(xiàn)由“制造大國”向“制造強國”的跨越奠定可靠的基礎(chǔ)。8/8/2023119從制造大國走向制造強國(1)1.將振興裝備制造業(yè)置于重要的從制造大國走向制造強國(2)3.大力提高技術(shù)創(chuàng)新能力技術(shù)創(chuàng)新是建設(shè)制造強國的根本,也是提高中國制造業(yè)競爭力的關(guān)鍵。創(chuàng)新的動力來自市場需求，也源于科學(xué)發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步。關(guān)鍵技術(shù)的突破是實現(xiàn)跨越發(fā)展的前提，系統(tǒng)集成是制造業(yè)創(chuàng)新的重要形式。4.高度重視制造業(yè)共性技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)這些技術(shù)涉及產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)、設(shè)計方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、材料選擇、制造工藝、自動化測試技術(shù)和管理技術(shù)等方面。抓住這些技術(shù)，可以事倍功半地解決一大批產(chǎn)品與企業(yè)的同類問題。這些技術(shù)是提高產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力和競爭力的基礎(chǔ),能有效增強產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁。8/8/2023120從制造大國走向制造強國(2)3.大力提高技術(shù)創(chuàng)新能力7/3從制造大國走向制造強國(3)5.全力實施標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略和專利戰(zhàn)略我國加入世貿(mào)組織后,圍繞標(biāo)準(zhǔn)、專利、知識產(chǎn)權(quán)的貿(mào)易糾紛此起彼伏。中國的企業(yè)家們已經(jīng)開始體會到圍繞標(biāo)準(zhǔn)、專利、技術(shù)法規(guī)、知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)壁壘對企業(yè)的發(fā)展、市場競爭是何等重要！我們要制定標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)法規(guī)，研發(fā)自己的知識產(chǎn)權(quán)，申請專利，掌握保護(hù)自身權(quán)益所必須的重要工具和武器。8/8/2023121從制造大國走向制造強國(3)5.全力實施標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略和專利戰(zhàn)略從制造大國走向制造強國(4)6.采用先進(jìn)制造技術(shù),改革生產(chǎn)技術(shù)和管理企業(yè)要用信息化來帶動工業(yè)化，要積極應(yīng)用以CAD為基礎(chǔ)的現(xiàn)