1、2023-2-15机械工程科学前沿与发展机械工程科学前沿与发机械工程科学前沿与发展展2023-2-15机械工程科学前沿与发展目录目录 1.1.制造业与制造技术的重大意义制造业与制造技术的重大意义 2.2.以微见著以微见著 精密化是机械制造发展的核心精密化是机械制造发展的核心3.3.以综见著以综见著 自动化是机械制造发展的途径自动化是机械制造发展的途径4.4.以网见著以网见著 信息化是机械制造发展的急需信息化是机械制造发展的急需5.5.以智见著以智见著 智能化是机械制造发展的方向智能化是机械制造发展的方向6.6.制造业与制造技术的创新制造业与制造技术的创新7.7.从制造大国走向制造强国从制造大国
2、走向制造强国2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业与制造技术制造业与制造技术的重大意义的重大意义2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业创造了人类制造业创造了人类1）人从猿进化而来）人从猿进化而来,人猿分离人猿分离,是由于人学会双足行走和是由于人学会双足行走和 用手制造并使用工具。用手制造并使用工具。2）中国的元谋人（）中国的元谋人（170万年前的南方古猿）、非洲人早万年前的南方古猿）、非洲人早 在在160万年前即开始用火，石料开采和加工，形成了万年前即开始用火，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。原始制造业。饮食改善促进了脑的发展。200万年前万年前 的
3、猿人的猿人 脑容量约为脑容量约为700毫升，毫升，100万年前的直立人脑万年前的直立人脑 容量约为容量约为1000毫升，毫升，50万年前增加到万年前增加到1200毫升，毫升，1929 年发现的年发现的57万年前的北京（直立）猿人为万年前的北京（直立）猿人为1050毫升，毫升，而现代人的脑容量平均为而现代人的脑容量平均为1450毫升，现代人的大脑皮毫升，现代人的大脑皮 层褶皱面积为层褶皱面积为 1700-2200平方厘米，是黑猩猩的平方厘米，是黑猩猩的3倍。倍。3）恩格斯指出：）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从直立和劳动创造了人类，而劳动是从 制造工具开始的。制造工具开始的。”20
4、23-2-15机械工程科学前沿与发展制造业不是夕阳工业制造业不是夕阳工业(1)(1)1.1.美国的教训美国的教训1)1)上个世纪上个世纪7070年代年代,美国不重视制造业美国不重视制造业,把制造业称为把制造业称为“夕夕阳工业阳工业”,结果导致美国结果导致美国8080年代的经济衰退。年代的经济衰退。2)802)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，面，协调和支持制造产业的发展，19911991年，布什政府期间，美年，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国白宫科学技术政策办公室发
5、表了总数为2222项的美国国家关键项的美国国家关键 技术，其中制造技术占技术，其中制造技术占4 4项，标志着美国科技政策的转变。项，标志着美国科技政策的转变。3)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 8年取得了年取得了2-3%2-3%的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业的增长率，而且还同时保持低
6、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。率。这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业不是夕阳工业制造业不是夕阳工业(2)(2)2.2.日本的经验日本的经验1 1）在上个世纪）在上个世纪70-8070-80年代，日本非常重视制造业，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，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。特别是大举进入了美国市场。2 2）日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关）日本的微电子芯片
7、成为美国高技术产品的关 键元件。键元件。19911991年海湾战争结束后，日本人说年海湾战争结束后，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日本的芯片打败了伊拉克的钢片”。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业不是夕阳工业制造业不是夕阳工业(3)(3)3.3.东南亚经济危机的启示东南亚经济危机的启示1 1）19981998年爆发的动南亚经济危机，从另一个侧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、国家
8、，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，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。一有风吹草动就会产生经济危机。2 2）新加坡、台湾都有自己的制造业，因此受经）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。济危机的影响小一些。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业不是夕阳工业制造业不是夕阳工业(4)(4)4.4.瑞士依靠什么使人均产值瑞士依靠什么使人均产值 居世界第一？居世界第一？1 1）瑞士是一个仅）瑞士是一个仅700700万人口的小国
9、，但瑞士的制万人口的小国，但瑞士的制 造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口造业十分发达，瑞士的精密机械产品的出口 量是我国的量是我国的8 8倍，瑞士的手表世界第一，连小倍，瑞士的手表世界第一，连小 小的军刀，也风靡全世界。小的军刀，也风靡全世界。2 2）现在瑞士的年人均国民生产总值达到）现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.34.3万美万美 元以上元以上,居世界第一。居世界第一。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业是产业革命的主力军（制造业是产业革命的主力军（1 1）第一次产业革命：第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。）又称为：蒸汽革命。2）产业革命的标志：瓦特发
10、明的蒸汽机。）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）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）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。的诞生。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业是产业革命的主力军（制造业是产业革命的主力军（2 2）第二次产业革命：第二次产业革命：1879-19451）又称为：电气革命。）又称为：电气革命。2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、）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。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）
11、制造业肇始了电的应用，而后才有麦克 斯韦电动力学斯韦电动力学 理论的诞生。理论的诞生。4）麦克斯韦电动力学理论推动了）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、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、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。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，）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。导致了量子场论的创立。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业是产业革命的主力军（制造业是产业革命的主力军（3 3）第三次产业革命：第三次产业革
12、命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。）又称为：电子（原子）革命。2）产业革命的标志：原子弹（）产业革命的标志：原子弹（1945）、）、电子计算机（电子计算机（1946）、晶体管）、晶体管 （1948）、集成电路、微电子技术）、集成电路、微电子技术 等。等。3）微电子制造技术开创了全新的信息）微电子制造技术开创了全新的信息 时代。时代。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业是产业革命的主力军（制造业是产业革命的主力军（4 4）第四次产业革命：第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。）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
13、）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。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）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（入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面）、光刻、表面 贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把贴装、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。高新
14、技术产业革命推向顶峰。2023-2-15机械工程科学前沿与发展2121世纪科学技术发展总趋势世纪科学技术发展总趋势(1)(1)一、中心科学技术的转移一、中心科学技术的转移 1.1.信息科学技术信息科学技术 目前是发展高峰期，预计其中心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。的地位还可持续四十年。2.2.生命科学技术生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计现在已开始注重其发展与应用，预计2121世世 纪纪3030年代开始逐步转变为中心科学技术。年代开始逐步转变为中心科学技术。3.3.认知科学技术认知科学技术 智能化趋势现已显露，预计智能化趋势现已显露，预计212
15、1世纪世纪7070年代年代 开始将成为科学技术发展的中心。开始将成为科学技术发展的中心。2023-2-15机械工程科学前沿与发展2121世纪科学技术发展总趋势世纪科学技术发展总趋势(2)(2)二、世界科技中心（地区或国家）的转移二、世界科技中心（地区或国家）的转移 中国中国 （公元（公元3 3世纪世纪公元公元1313世纪世纪)意大利意大利（15401540年年16101610年）年）英国英国 （16601660年年17301730年）年）法国法国 （17701770年年18301830年）年）德国德国 （18101810年年19201920年）年）美国美国 （19201920年年 ）可能转向东
16、方（日本、中国）可能转向东方（日本、中国）2023-2-15机械工程科学前沿与发展高技术及其产业的领域高技术及其产业的领域(1)(1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）(2)(2)生物科学技术（包括生命科学技术）生物科学技术（包括生命科学技术）(3)(3)新能源科学技术（包括核能科学技术）新能源科学技术（包括核能科学技术）(4)(4)新材料科学技术（包括纳米科学技术）新材料科学技术（包括纳米科学技术）(5)(5)环境科学技术（包括地球科学技术）环境科学技术（包括地球科学技术）(6)(6)航空航天科学技术（包括军事科学技术）航空航天科学技术（包括
17、军事科学技术）(7)(7)海洋科学技术（包括地球科学技术）海洋科学技术（包括地球科学技术）(8)(8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）(9)(9)管理科学技术（包括软科学技术）管理科学技术（包括软科学技术）(10)(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）2023-2-15机械工程科学前沿与发展21世纪改变人类的科学与技术世纪改变人类的科学与技术 科学科学 技术技术 物质科学物质科学 信息技术信息技术 生命科学生命科学 生物技术生物技术 纳米技术纳米技术 能源技术能源技术 2023-2-15机
18、械工程科学前沿与发展从科学发现到技术发明从科学发现到技术发明2023-2-15机械工程科学前沿与发展2020世纪改变世界的重要机电产品世纪改变世界的重要机电产品2023-2-15机械工程科学前沿与发展2023-2-15机械工程科学前沿与发展中国制造业的成就中国制造业的成就(1)2001年年,中国工程院的调查结论中国工程院的调查结论:1）中国制造业占国民生产总值的）中国制造业占国民生产总值的1/3 2）占整个工业生产的）占整个工业生产的4/53）为国家财政提供）为国家财政提供1/3以上的收入以上的收入4）贡献出口总额的）贡献出口总额的90%5）就业人员）就业人员8043万万2023-2-15机械
19、工程科学前沿与发展中国制造业的成就中国制造业的成就(2)改革开放改革开放20年来中国制造业的进步：年来中国制造业的进步：1 1）引进国外先进技术）引进国外先进技术25002500多项，占全国的多项，占全国的1/31/3以以 上。近几年发展的新产品，上。近几年发展的新产品，50%50%达到达到8080年代中年代中 后期的世界水平。后期的世界水平。2 2）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，）一些重要产品的年生产能力已跃居世界前列，如汽车如汽车280280万辆以上（其中轿车万辆以上（其中轿车120120万辆以万辆以 上），大中型发电设备上），大中型发电设备12001200万千瓦以上（火万千瓦以
20、上（火 电电10001000万千瓦，水电万千瓦，水电200200万千瓦），大中型拖万千瓦），大中型拖 拉机拉机1111万台以上，金切机床万台以上，金切机床1010万台以上。万台以上。2023-2-15机械工程科学前沿与发展中国制造业的成就中国制造业的成就(3)改革开放改革开放20年来中国制造业的进步：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、）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。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）成功开发生产了运七、运八、新舟60等支线飞机。
21、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）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，沈阳变压器厂的机床，沈阳变压器厂的50万伏超高压变压器，黎明航万伏超高压变压器，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、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燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米米 水下机器人等产品。水下机器人等产品。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业的重大意义制造业的重大意义(
22、1)1）在发达国家中）在发达国家中,制造业创造了约制造业创造了约60%的的 社会财富、约社会财富、约 45%的国民经的国民经 济收入。济收入。2）据统计，美国）据统计，美国68%的社会财富来自于制的社会财富来自于制 造业。造业。3）CIRP在在1999年的报告中指出：在国家年的报告中指出：在国家 生产力的构成中，制造技术的作用一般生产力的构成中，制造技术的作用一般 占占55%65%。4）在许多国家的科技发展计划中，先进制）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。造技术都被列为优先发展的科技。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业的重大意义制造业的重大意义(2)
23、“十五十五”规划中确定的八个最具战略影响的领域规划中确定的八个最具战略影响的领域:1)信息技术信息技术 2)生物技术生物技术 3)新材料技术新材料技术 4)先进制造与自动化技术先进制造与自动化技术 5)资源环境技术资源环境技术 6)航空航天技术航空航天技术 7)能源技术能源技术 8)先进防御技术，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。的保障技术。2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业的重大意义制造业的重大意义(3)2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业的重大意义制造业的重大意义(4)人大常委会副委员
24、长宋健指出：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、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。能力的国家永远成不了经济强国。”2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造业的重大意义制造业的重大意义(5)1）制造业处于国家工业的中心地位，）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，）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）是工业化、现
25、代化建设的发动机和动 力源，力源，4）是在国际竞争中取胜的法宝，）是在国际竞争中取胜的法宝，5）是技术进步的主要舞台，）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）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。保障、发展现代文明的物质基础。2023-2-15机械工程科学前沿与发展知识经济与制造业知识经济与制造业2023-2-15机械工程科学前沿与发展以微见著以微见著精密化是机械制造发展的核精密化是机械制造发展的核心心2023-2-15机械工程科学前沿与发展以微见著以微见著精密化是机械制造发展的核心精密化是机械制造发展的核心1.201.20世纪的三个重大科学成就
26、都是世纪的三个重大科学成就都是“以微见著以微见著”2.2.信息产业的基础是微电子芯片制造信息产业的基础是微电子芯片制造3.3.加工精度及其发展加工精度及其发展4.4.现代超精密机械对精度的要求现代超精密机械对精度的要求5.5.细微与纳米加工技术可达的水平细微与纳米加工技术可达的水平6.6.微机电系统（微机电系统（MEMSMEMS）的重大意义）的重大意义7.7.各国对各国对MEMSMEMS研究的关注研究的关注2023-2-15机械工程科学前沿与发展20世纪的三个重大科学成就世纪的三个重大科学成就都是都是“以微见著以微见著”(1)1.1.量子力学量子力学 19001900年，普朗克依据黑体辐射实验
27、而提出量子假说，后与玻尔、年，普朗克依据黑体辐射实验而提出量子假说，后与玻尔、薛定谔等人于薛定谔等人于19251925年建立量子力学。解决了波粒二重性问题：在年建立量子力学。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。比。2.2.相对论相对论 1 1)狭义相对论狭义相对论：19051905年，爱因斯坦在迈克尔逊测量光速的基础上，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：提出了狭义相对论，预示了原子能的巨大潜力：E=mcE=mc2 2 E E 能量，能量，m m
28、 质量，质量，c c 光速光速 2)2)广义相对论广义相对论：19151915年提出广义相对论，揭示了时间、空间、物质年提出广义相对论，揭示了时间、空间、物质和运动的普遍规律。和运动的普遍规律。2023-2-15机械工程科学前沿与发展20世纪的三个重大科学成就世纪的三个重大科学成就都是都是“以微见著以微见著”(2)3.DNA3.DNA（脱氧核糖核酸）双螺旋结构（脱氧核糖核酸）双螺旋结构 1)19531)1953年沃森和克里克发现生物大分子是由年沃森和克里克发现生物大分子是由DNADNA组成，组成，其结构是双螺旋结构，遗传密码存在于其结构是双螺旋结构，遗传密码存在于DNADNA中（称为中（称为
29、基因基因）。）。2)19732)1973年美国的科恩和博耶演示了世界上第一例年美国的科恩和博耶演示了世界上第一例DNADNA分分子重组子重组，打开了理解生命奥秘的大门，打开了理解生命奥秘的大门，19731973年成为人年成为人类进入信息时代的标志。类进入信息时代的标志。3)19973)1997年英国成功地用体细胞年英国成功地用体细胞克隆技术克隆技术培养出羊培养出羊“多多莉莉”，第一次实现了生命的复制。，第一次实现了生命的复制。2023-2-15机械工程科学前沿与发展现代超精密机械对精度的要求现代超精密机械对精度的要求2023-2-15机械工程科学前沿与发展采用硅微工艺刻蚀制造的采用硅微工艺刻蚀
30、制造的微机械手微机械手2023-2-15机械工程科学前沿与发展加工精度及其发展加工精度及其发展1车、铣车、铣2磨磨 3CNC机床机床4研磨、工具磨研磨、工具磨5光学磨、金刚石车、磨光学磨、金刚石车、磨 6金刚石超精车、磨、金刚石超精车、磨、电解电解 加工加工7衍射光栅刻线机衍射光栅刻线机 8电子束、离子束、电子束、离子束、X射线射线9分子束生长、离子注分子束生长、离子注 10 扫描隧道技术扫描隧道技术2023-2-15机械工程科学前沿与发展细微与纳米加工技术可达的水平细微与纳米加工技术可达的水平2023-2-15机械工程科学前沿与发展以综见著以综见著自动化是机械工程发展的途径自动化是机械工程发
31、展的途径2023-2-15机械工程科学前沿与发展以综见著以综见著综合化是机械工程发展的途径综合化是机械工程发展的途径1.1.自动化是机械工程综合化的核心和目标自动化是机械工程综合化的核心和目标2.2.机电一体化工程机电一体化工程(Mechatronic Engineering(Mechatronic Engineering）是高技术装备的基础是高技术装备的基础3.3.先进制造系统以综合（集成、整合）为手段先进制造系统以综合（集成、整合）为手段4.4.特种加工技术与装备是典型的综合特种加工技术与装备是典型的综合技术与装备技术与装备2023-2-15机械工程科学前沿与发展自动化是机械工程自动化是机
32、械工程综合化的核心和目标综合化的核心和目标1.自动控制基础理论的发展自动控制基础理论的发展1）经典控制论）经典控制论2）现代控制论）现代控制论3）大系统控制论（智能控制论）大系统控制论（智能控制论）2.当前工程控制论的前沿当前工程控制论的前沿3.制造中的自动化技术制造中的自动化技术2023-2-15机械工程科学前沿与发展工程控制论的前沿工程控制论的前沿 1.“非非”:2.“智智”:1)非线性非线性 1)智能系统智能系统 2)非定常非定常 2)智能控制智能控制 3)非经典非经典 3)智能优化智能优化 4)非一般非一般 5)非对称非对称 6)非平衡非平衡2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造
33、中的自动化技术制造中的自动化技术1.CAD/CAM技术技术(包括包括CAT/CAE/-CAX)2.数字控制技术数字控制技术3.机电一体化技术机电一体化技术(包括光、液、气包括光、液、气)4.传感器与测试技术传感器与测试技术5.伺服驱动系统技术伺服驱动系统技术6.自动机技术自动机技术(包括输送、存储、装卸及机器人包括输送、存储、装卸及机器人)7.加工、装配和检验中的自动化技术加工、装配和检验中的自动化技术8.制造系统技术制造系统技术9.管理信息化技术管理信息化技术10.回收与维修中的自动化技术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结论：制造自动化技术的基础是数字技术2023
34、-2-15机械工程科学前沿与发展机电一体化工程是机电一体化工程是高技术装备的基础高技术装备的基础1.微电子芯片制造微电子芯片制造2.光电子器件制造光电子器件制造3.自动化设备制造自动化设备制造4.仪器仪表、医疗、生物、仪器仪表、医疗、生物、环保环保 等高技术设备等高技术设备5.新型机械设备新型机械设备2023-2-15机械工程科学前沿与发展信息产业的基础是微电子芯片制造信息产业的基础是微电子芯片制造 莫尔规律莫尔规律：一片硅片上的晶体管数（集成度），每隔：一片硅片上的晶体管数（集成度），每隔18241824个月翻一番，预计这一个月翻一番，预计这一规律还要持续规律还要持续10-1510-15年。
35、年。微电子芯片功能的增长情况微电子芯片功能的增长情况：芯片上的微刻技术芯片上的微刻技术(纳米加工技术纳米加工技术)生物芯片生物芯片：比现有的芯片体积缩小：比现有的芯片体积缩小5050倍，速度快倍，速度快100100倍，智能化程度更高。倍，智能化程度更高。2023-2-15机械工程科学前沿与发展关于微电子芯片制造关于微电子芯片制造(1)1.1.巨大的投资巨大的投资 建一座生产建一座生产10001000兆位存储器的芯片制造厂，需兆位存储器的芯片制造厂，需要投资要投资150150亿美元。亿美元。2.2.我国的出路我国的出路 1 1）美国德克萨斯仪器公司已设计出一套）美国德克萨斯仪器公司已设计出一套3
36、0003000万万 美元的装置，称为美元的装置，称为MMSTMMST（微电子生产科学技（微电子生产科学技 术），其生产能力可与术），其生产能力可与1010亿美元的工厂相比。亿美元的工厂相比。2 2）建小规模而有效益的专用集成电路（）建小规模而有效益的专用集成电路（ASICASIC）生产厂。生产厂。3 3）起步逐一研制制造芯片的有关设备。）起步逐一研制制造芯片的有关设备。2023-2-15机械工程科学前沿与发展关于微电子芯片制造关于微电子芯片制造(2)3.当前的芯片制造设备当前的芯片制造设备 1)1)当前当前“三超三超”（超净、超纯、超精加工）的水平（超净、超纯、超精加工）的水平 (1)超净：尘
37、埃颗粒直径超净：尘埃颗粒直径0.1微米颗粒数微米颗粒数0.1个个/立方英尺空气立方英尺空气 (2)超纯：有害杂质含量达到超纯：有害杂质含量达到ppb(十亿分之一十亿分之一)(3)超精加工：钠米级超精加工：钠米级 2)2)重要的设备重要的设备 (1)深紫外线曝光深紫外线曝光+相移掩膜技术，达相移掩膜技术，达0.30.35微米微米 (2)准分子激光光源准分子激光光源+相移掩膜技术，达相移掩膜技术，达0.180.25微米微米 (3)电子束和电子束和X射线曝光技术，达射线曝光技术，达0.010.04微米微米 (4)超薄层淀积（分子束外延和化学气相淀积），达原子级超薄层淀积（分子束外延和化学气相淀积），
38、达原子级纳纳 米级米级 (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）备、超净封装、测试设备等）2023-2-15机械工程科学前沿与发展重要的新型机械产业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）（不包括车辆、航空、航天、船舶、兵器、核工业）1.1.电动车辆产业电动车辆产业2.2.计算机数控机床产业（这是基础产业）计算机数控机床产业（这是基础产业）3.3.工业机器人产业工业机器
39、人产业(包括运输、检测、存储包括运输、检测、存储)4.4.超精密机械产业（特别是微机电系统设备）超精密机械产业（特别是微机电系统设备）5.5.特种加工设备产业特种加工设备产业(包括快速成形、表面技术、特种包括快速成形、表面技术、特种 材料加工等设备材料加工等设备)6.6.现代工程机械设备产业现代工程机械设备产业7.7.现代农业机械设备产业现代农业机械设备产业8.8.现代医疗机械设备产业现代医疗机械设备产业9.9.新型交通工具产业（包括磁悬浮列车、太阳能车辆新型交通工具产业（包括磁悬浮列车、太阳能车辆 绿色汽车、微型飞行器绿色汽车、微型飞行器）10.10.现代家用电器产业现代家用电器产业2023
40、-2-15机械工程科学前沿与发展特种加工技术与装备特种加工技术与装备是典型的综合技术与装备是典型的综合技术与装备1.电火花加工电火花加工2.电化学加工电化学加工3.激光加工激光加工4.高能束加工高能束加工5.其它特种加工其它特种加工(喷丸加工、喷射水喷丸加工、喷射水 加工、表面喷涂、电铸、光刻等加工、表面喷涂、电铸、光刻等)6.增材制造（包括快速成形）增材制造（包括快速成形）2023-2-15机械工程科学前沿与发展先进制造系统以综合为手段先进制造系统以综合为手段(一一)近二十年来，世界各国共提出数十种先近二十年来，世界各国共提出数十种先进制造系统，其中较重要的有进制造系统，其中较重要的有38种
41、种：(1)CAD/CAM/CAE(计算机辅助设计计算机辅助设计/计计 算机辅助制造算机辅助制造/计算机辅助工程计算机辅助工程);(2)成组技术成组技术(Group Technology)(GT);(3)全面质量管理全面质量管理(Total Quality Manufacturing)(TQM);(4)材料需求计划材料需求计划(Material Requisite Planning)(MRP-I);2023-2-15机械工程科学前沿与发展先进制造系统先进制造系统(续续)(5)制造资源计划制造资源计划(Manufacturing Resource Planning)(MRP-II);(6)柔性制造
42、系统柔性制造系统(Flexible Manufacturing System)(FMS);(7)准时生产制准时生产制(Just In Time)(JIT);(8)计算机辅助工艺规划（计算机辅助工艺规划（CAPP);2023-2-15机械工程科学前沿与发展 先进制造系统先进制造系统(续续)(9)为了制造的为了制造的(装配的，试验的装配的，试验的)设计设计 (DFMA,DFA,DFTDFX);(10)计算机集成制造系统计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System)（CIMS);(11)用户驱动生产用户驱动生产(Customer Driven
43、Production)(CDP);(12)企业重组企业重组(Business Reengineering)(BR);(13)并行工程并行工程(Concurrent Engineering)(CE);2023-2-15机械工程科学前沿与发展先进制造系统先进制造系统(续续)(14)环境友好生产环境友好生产(Environment Friendly Manufacturing)(EFM);(15)精益生产精益生产(Lean Production)(LP);(16)敏捷制造敏捷制造(Agile Manufacturing)(AM);(17)多智能体制造系统多智能体制造系统(Multi-Agent Ma
44、nufacturing System)(MAMS);2023-2-15机械工程科学前沿与发展 先进制造系统先进制造系统(续续)(18)虚拟制造虚拟制造(Virtual Manufacturing)(VM);(19)增广现实制造增广现实制造(Augmented Reality Manufacturing)(ARM);(20)协同制造协同制造(Holonic Manufacturing)(HM);(21)生物型制造生物型制造(Biological Manufacturing)(BM);(22)寿命周期工程寿命周期工程(Life Cycle Engineering)(LCE);(23)绿色制造绿色制
45、造(Green Manufacturing)(GM);2023-2-15机械工程科学前沿与发展先进制造系统先进制造系统(续续)(24)网络合作制造网络合作制造(Network-Collaborative Manufacturing)(NCM);(25)遥远制造遥远制造(Remote Manufacturing)(RM);(26)全面生产维护全面生产维护(Total Production Maintenance)(TPM);(27)开放结构制造系统开放结构制造系统(Open Architecture Manufacturing System)(OAMS);(28)智能制造智能制造(Intelli
46、gent Manufacturing)(IM);2023-2-15机械工程科学前沿与发展 先进制造系统先进制造系统(续续)(29)分形企业分形企业(Fractal Enterprise)(FE);(30)预计生产改进系统预计生产改进系统(Pre-Planned Product Improvement system)(P3IS);(31)企业资源计划企业资源计划(Enterprise Resource Planning)(ERP);(33)快速原型制造快速原型制造(Rapid Prototype Manufacturing)(RPM);(34)自组织生产系统自组织生产系统(Self-Organi
47、sed Production System)(SOPS);2023-2-15机械工程科学前沿与发展先进制造系统先进制造系统(续续)(35)可重组制造系统可重组制造系统(Reconfigurable Manufacturing System)(RCMS);(36)大规模定制大规模定制(Mass Customization)(MC);(37)全球制造全球制造(Global Manufacturing)(GM);(38)下一代制造系统下一代制造系统(Next Generation Manufacturing System)(NGMS)2023-2-15机械工程科学前沿与发展先进制造系统以综合为手段先
48、进制造系统以综合为手段(二二)各种先进制造系统建模用的数学方法多达各种先进制造系统建模用的数学方法多达40多种，如：多种，如：(1)专家系统专家系统(ExpertSystem)(Knowledge Based System)(ES);(2)模式识别模式识别(Pattern Recognition)(PR);(3)图论图论(Graph Theory)(GT);(4)相似理论相似理论(Similarity Theory)(ST);(5)优化理论优化理论(Optimization Theory)(OT);2023-2-15机械工程科学前沿与发展制造系统建模的数学方法制造系统建模的数学方法(续续)(6
49、)博弈论博弈论(Game Theory)(GM);(7)时间序列分析时间序列分析(Time Series Analysis)(TSA);(8)小波理论小波理论(Wavelet Theory)(WT);(9)制造几何制造几何(Manufacturing Geometry)(MG);(10)样条理论样条理论(Spline Theory)(ST);(11)逆向工程逆向工程(Reverse Engineering)(RE);(12)计算机视觉计算机视觉(Computer Vision)(CV);(13)自然语言理解自然语言理解(Nature Language Processing)(NLP);2023
50、-2-15机械工程科学前沿与发展制造系统建模的数学方法制造系统建模的数学方法(续续)(14)知识表示知识表示(Knowledge Representation)(KR);(15)启发搜索启发搜索(Heuristic Search)(HS);(16)基于约束的搜索基于约束的搜索(Constraint Based Search)(CBS);(17)可信度理论可信度理论(Confidence Theory)(CT);(18)定性推理定性推理(Qualitative Reasoning)(QR);(19)推理技术推理技术(Reasoning Techniques)(RT);2023-2-15机械工程科
