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制造和制造技术标准的意义 PPT第127页

制造及制造技术的意义 南京航空航天大学 朱建英教授 目录 1.制造及制造技术的重大意义 2.从小处看——精度是机械制造发展的核心 3.从小处看总论——自动化是机械制造发展的出路 4、从网络看——信息化是机械制造发展的迫切需要 5、从智慧看——智能化是机械制造的发展方向 6、创新制造与制造技术的意义 制造与制造技术从制造强国到制造强国的意义 制造业创造了人类 1)人是由猿类进化而来,人与猿的分离是因为人学会了两条腿走路用手制作和使用工具。 2)中国的元谋人(170万年前的南方古猿)和非洲人早在160万年前就开始使用火、石料开采和加工,形成了原始制造业。 改善饮食可以促进大脑发育。 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,北京人发现1929年是57万年前,现代人类的脑容量平均为1450毫升,现代人类大脑皮层的褶皱面积为1700-2200平方厘米,是黑猩猩的三倍。 3)恩格斯指出:“正直和劳动创造了人类,劳动是从制造工具开始的”。 制造业不是夕阳产业(一)一、美国的教训1)20世纪70年代,美国不重视制造业,称制造业为“夕阳产业”,导致美国经济衰退在 20 世纪 80 年代。

 

2)20世纪80年代末,美国一些国会议员和政府官员要求政府出面协调和支持制造业的发展。 1991年布什执政期间,白宫科技政策办公室共公布了22项国家关键技术,其中制造技术占​​4项,标志着美国科技政策的转变。 3)克林顿上任后大力支持制造业。 他将先进制造技术列为国防六大关键技术之首。 由此,美国在机械工业、汽车工业、航空工业和信息产业等方面取得了重大进展,使美国经济连续八年实现2-3%的增长率,同时保持低通胀和低失业率。 这也是克林顿在丑闻曝光后没有被弹劾的主要原因。 制造业不是夕阳产业(二) 二、日本的经验 1)20世纪70年代和80年代,日本非常重视制造业,特别是汽车制造和微电子制造。 由此,日本汽车和家电占领了世界各地的市场,尤其是美国市场。 2)日本微电子芯片成为美国高科技产品的关键部件。 1991年海湾战争结束后,日本人称美国依靠日本芯片赢得了战争,并称“日本芯片打败了伊拉克的钢铁芯片”。 制造业不是夕阳产业(三) 三、东南亚经济危机的启示 1)1998年爆发的南亚经济危机从另一个方面体现了一个国家制造业的重要性。

如果一个国家的经济以股票、旅游、金融、房地产、服务业为基础,而没有自己的制造业,那么这个国家的经济很容易形成泡沫经济,稍有风吹草动就会发生经济危机。 2)新加坡和台湾都有自己的制造业,受经济危机影响较小。 制造业不是夕阳产业(4) 4、瑞士靠什么人均产出位居世界第一? 1)瑞士是一个小国,人口只有700万,但是瑞士的制造业却非常发达。 瑞士精密机械产品出口量是我国的8倍。 世界。 2)瑞士年人均GDP现已达到4.3万美元以上,位居世界第一。 制造业是工业革命的主力(一)第一次工业革命:1733-1878 1)又称:蒸汽革命。 2)工业革命的标志:瓦特发明的蒸汽机。 3)英国制造业催生并实现了瓦特的发明。 4)制造业和瓦特的发明促进了热力学理论的诞生。 制造业是工业革命的主力(二)第二次工业革命:1879-1945 1)又称:电气革命。 2)工业革命的标志:电灯(爱迪生)、电话(贝尔)、电机(西门子)等电气化产品。 3)制造业开始应用电,随后麦克斯韦电动力学理论诞生。

4)麦克斯韦的电动力学理论推动了20世纪初以来无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。 5)牛顿力学和电动力学引领了量子力学的发展,导致了量子场论的创建。 制造业是工业革命的主力(三)第三次工业革命:1945-1972年1)又称:电子(原子)革命。 2)工业革命的标志:原子弹(1945年)、电子计算机(1946年)、晶体管(1948年)、集成电路、微电子技术等。 3)微电子制造技术开创了新的信息时代。 制造业是工业革命的主力(四)第四次工业革命:1973-1)又称:高科技工业革命。 2)工业革命的标志:众多高新技术产品,如微电子、计算机、新一代通讯产品、新一代汽车、磁浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色环保等。 3)微器件制造工艺,如单晶拉制、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积(CVD)、光刻、表面贴装、自动化组装等纳米器件制造工艺将带来高科技技术产业革命正处于鼎盛时期。 21世纪科技发展大趋势(一)一、中央科技转移1、信息科学技术当前正处于发展高峰,其中央科技地位有望持续再过40年。

2、生命科学技术现已开始注重开发和应用,预计在2130年代逐步转变为中心科学技术。 3、认知科学技术智能化趋势已显露,有望成为20世纪70年代开始的科技发展中心。 21世纪科技发展总趋势(二)2、世界科技中心(地区或国家)转移→法国(1770-1830)→德国(1810-1920)→美国(1920-) →可转向东方(日本、中国) 高技术及其产业领域 (1)信息科学与技术(含微电子、光电子科学与技术) (2)生物科学与技术(含生命科学与技术)( 3)新能源科学与技术(含核能科学与技术)(4)新材料科学与技术(含纳米科学与技术)(5)环境科学与技术(含地球科学与技术)(6)航空航天科学与技术(7)海洋科学与技术(含地球科学与技术)(8)先进制造科学与技术(含微机电系统科学与技术)(9)管理科学与技术(含软科学与技术) (十)认知科学与技术(包括人脑和智能系统科学与技术) 改变21世纪人类的科学与技术 科学与技术 材料科学 信息技术 生命科学 生物技术 纳米技术 能源技术 来自科学发现的成就中国制造业直至20世纪改变世界的重要机电产品的技术发明(一)2001年,中国工程院的调查得出结论:1)中国制造业占国民生产总值的1/3 2)占整个工业产值的4%/5 3)提供全国1/3以上的财政收入 4)贡献出口总额的90% 5)就业8043万人 中国制造成就先进技术2500多项,占覆盖全国1/3以上的地区。

近年来开发的新产品有50%达到了20世纪80年代中后期的世界水平。 2)一些重要产品年生产能力跃居世界前列,如汽车超过280万辆(其中轿车超过120万辆),大中型发电设备超过1200万千瓦(火电1000万千瓦、水电200万千瓦)、大中型拖拉机11万多台、金属切削机床10万多台。 中国制造业的成就(三)改革开放20年来中国制造业的进步:3)我国已成为全球最大的服装、纺织品出口国; 与日本、马来西亚、韩国并称为全球四大消费电子生产国。 4)成功研制生产运7、运8、新舟60等支线飞机。 5)部分新产品技术水平达到世界领先或先进水平,如沉阳机床集团电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床、沉阳变压器厂50万伏特高压变压器等、黎明航发集团的中国第一台具有完全知识产权的航空发动机和燃气轮机、沉阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人等产品。 制造业的意义(一) 1)在发达国家,制造业创造了约60%的社会财富和约45%的国民经济收入。 2)据统计,美国68%的社会财富来自制造业。 3)CIRP在1999年的报告中指出,在国民生产力的构成中,制造技术的作用一般占55%至65%。

4)许多国家的科技发展计划中,都将先进制造技术列为优先发展的技术。 制造业的意义(二)“十五”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)资源与环境技术6)航空航天技术 7)能源技术 8)先进国防技术,其中先进制造和自动化技术是实现各项高新技术的保障技术。 制造业的意义(三) 制造业的意义(四) 全国人大常委会副委员长宋健指出:“制造业是实现现代工业的水之源、树之本是实现工业化的保障和动力,是国家的力量支柱,是共和国建设的基石,一个没有强大制造能力的国家永远不可能成为经济强国。 制造业的意义(5) 1)制造业处于国民工业的中心地位,2)是国民经济可持续发展的基础,3)是工业化、现代化的发动机和动力源泉,4)是工业化、现代化的法宝。赢得国际竞争,5)是技术进步的主要阶段,6)是增加人均收入的收入来源,国防安全的保障,现代文明发展的物质基础。细看制造——精密是机械制造发展的核心——细看——精密是机械制造发展的核心——1、20世纪三大科学成就都是“ 2.信息产业的基础是微电子芯片的制造3.加工精度及其发展4.现代超精密机械对精度的要求5.微纳加工技术可达到的水平6.微机电系统(MEMS)的意义 7.各国都重视MEMS的研究。 20世纪三大科学成就都是“隐形”的(一)1.量子力学。 薛定谔等人于1925年建立了量子力学。

解决波粒二象性问题:在原子尺度上,粒子的能量与波的频率成正比,动量与波长成反比。 2、相对论 1)狭义相对论:1905年,爱因斯坦根据迈克尔逊对光速的测量,提出了狭义相对论,预言了原子能的巨大潜力:E=mc2E – 能量,m –质量,c——光速 2)广义相对论:广义相对论于1915年提出,揭示了时间、空间、物质和运动的普遍规律。 20世纪的三大科学成就都是“以小见大”(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组成的,其结构是双螺旋,遗传密码存在于DNA中(称为基因)。 2)1973年,美国科恩和博耶展示了世界上首次DNA分子重组,打开了了解生命奥秘的大门。 1973年,它成为人类进入信息时代的标志。 3)1997年,英国利用体细胞克隆技术成功培育出绵羊“多莉”,首次实现了生命的繁衍。 现代超精密机械对精密加工精度的要求及其发展 1—车削、铣削 2—磨削 3—数控机床 4—磨削、刀具磨削 5—光学磨削、金刚石车削、磨削 6—金刚石超精车削、磨削、电解加工7—衍射光栅打标机8—电子束、离子束、X射线9—分子束生长、离子注入10—扫描隧道技术微纳加工技术水平可见一斑—自动化是发展机械工程一体化的途径 – 综上所述 – 集成化是机械工程发展的出路 – 1. 自动化是机械工程一体化的核心和目标 2. 机电工程是高科技装备的基础 3. 先进制造系统以综合(集成、集成)为手段 4.特种加工技术和装备是典型的集成技术和装备 自动化是机械工程集成的核心和目标 1.自动控制基础理论的发展 1)经典控制论 2)现代控制讨论 3) 大系统控制论(智能控制论) 2. 工程控制论前沿 3. 制造自动化技术 工程控制论前沿 1. “非”: 2. “智能”: 1) 非线性 1) 智能系统 2)非定常 2) 智能控制 3) 非经典 3) 智能优化 4) 非通用 5) 非对称 6) 非平衡制造自动化技术 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. 自动机械技术(包括运输、存储、装卸、机器人) 7. 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 9. 管理信息技术 10. 回收和维修中的自动化技术 结论:制造自动化技术的基础是数字化技术 机电一体化工程是高新技术装备的基础 1. 微电子芯片制造 2.光电器件制造 3.自动化设备制造 4.仪器仪表、医疗、生物、环保等高科技装备 5.新型机械装备信息产业的基础是微电子芯片制造 莫尔定律:一片硅片互联网上的晶体管(集成度)数量每18-24个月就会翻一番,这种模式预计将持续10-15年。

微电子芯片功能的增长:芯片上的微雕刻技术(纳米加工技术)生物芯片:比现有芯片小50倍,速度快100倍,而且更加智能。 关于微电子芯片制造(一) 1、投资巨大,建设一个芯片制造工厂,生产1000兆位存储器,需要投资150亿美元。 2、我国的出路 1)美国德州仪器公司设计了一种耗资3000万美元的装置,称为MMST(微电子制造科学与技术),其生产能力可与10亿美元的工厂相媲美。 2)建设小规模、高效的专用集成电路(ASIC)生产工厂。 3)开始一一开发制造芯片的相关设备。关于微电子芯片制造(2)3、现有芯片制造设备1)现有“三超”(超净、超纯、超精加工)水平(1) ) 超净:灰尘粒径