先进制造技术及其发展趋势80.ppt

1、先进制造技术及其发展趋势,目 录,一、科技发展的世纪回眸与当前趋势 二、制造的战略地位 三、制造的发展简史 四、制造的发展现状 五、制造的发展趋势 六、制造的发展战略 七、制造的优先发展方向,一、科技发展的世纪回眸与当前趋势,（一）20世纪回眸 A. 部分重大发明发现 飞机，火箭，喷气发动机，人造卫星，宇 宙飞船，船载登月，机器人，半导体器件，芯 片，计算机，无线电广播，雷达，遥感技术， 电视，扫描隧道显微镜，原子弹，氢弹，导弹， 核电站，磁悬浮列车，同位素，抗生素，核磁共 振,试管婴儿，生物芯片，克隆，干细胞，高分 子合成材料（合成橡胶），化肥（尿素），,回 眸,B. 关键成就 一个技术：计

2、算机技术 二个理论：相对论，量子论 三个工程：曼哈顿工程 阿波罗登月工程 人类基因组工程 四个模型：夸克模型 宇宙大爆炸模型 DNA双螺旋结构模型 地球板壳结构模型,成 就,（二）当前科技的发展 一个兴起：纳米科技 二个问题：资源安全科技 环境安全科技 三个关注：空间科技 海洋科技 地球科技 四个支撑：信息科技 材料科技 生命科技 制造科技,趋 势,胡锦涛2006年1月9日讲话,把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位置； 把掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主创新知识产权作为提高我国产业竞争力的突破口; 把生物技术作为未来高技术产业迎头赶上的重点； 加快发展空间和海洋科技； 加强基础科学

3、和前沿技术研究； 在信息、生物、材料和航天等领域的前沿技术达到世界先进水平; 7.纳米科技将进一步带来深刻的技术变革。,宇宙起源 物质结构 生命起源 思维本质 数学（哲学） 胡锦涛： 基础研究的重大突破将进一步为人类认识客观规律、推动技术和经济发展展现新的前景。,基础研究,二、制造的战略地位,战略地位（1）,制造是人类文明的物质支柱之一,直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。 恩格斯 自然辩证法 ,人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。 毛泽东 贺新郎读史 ,人类社会发展所依赖的物质文明支柱除了材料、能源、信息外，还应包括“制造”。 没有制造，就没有人类。 制造是“永远不落的太阳”。

4、,贺 新 郎,读史 1964年春 人猿相揖别。只几个石头磨过，小儿时节。铜铁炉中翻火焰，为问何时猜得，不过（是）几千寒热。人世难逢开口笑，上彊场，彼此弯弓月，流遍了，郊原血。,物质财富是人类社会生存和发展的基础，制造是人类创造物质财富最基本、最重要的手段,直接创造国民生产总值的1/3,制造业对国民经济的贡献,占整个工业生产的4/5,为国家财政提供1/3以上的收入,对出口总额的贡献率90%,战略地位（2）,制造业是全面建设小康社会第一位的支柱产业,战略地位（3）,装备制造业是国民经济发展的基础，担负着为国民经济各行业提供装备的重要任务,“用高新技术和先进适用技术改造传统产业， 大力振兴装备制造业

5、。” 中国共产党第十六次全国代表大会报告,大工业必须掌握这一有特色的生产资料，即机 器的本身，必须用机器生产机器，这样，大工业 才能建立起与自己相应的技术基础，才得以自立。 马克思资本论,战略地位（4）,宇航,生物工程,微电子,光电子,制造业是国家高新技术产业的基础和载体,战略地位（5）,电子设备IC成本：军舰22%，战车24%，飞机33%， 导弹45%，航天器66%,制造业是国家安全的重要保障,现代武器装备是先进制造技术的载体； 尖端制造技术和装备一直是西方国家技术封锁和限制的重点; 保证就业率稳定，缓解就业压力，保障社会稳定。 例：东芝事件(1982.121983.6) 考克斯报告 (90

6、年代) 控制高技术机床出口(2000),战略地位（6）,综上所述,制造业是国家的战略性产业,高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件,高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的重要标志,高度发达的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素,战略地位（7）,三、制造的发展简史,发展简史（1）,人体 （手、足）,人脑,加工 对象,人的 感官,干扰,产品,需求,原始制造工艺系统,材料 能量 信息,发展简史（2）,材料的发展、金属工具的出现,公元前3000年：美索不达米亚、埃及，青铜器 公元前2800年：中国甘肃马家窑文化，锡青铜 公元前1400年：中国河北叶城、北京平谷，热锻铁器 小亚

7、细亚赫第王国，铁器 公元前1000年：中国，铁犁 公元前476年： 中国河北易县，淬火钢 公元前113年： 中国河北满城，渗碳钢 公元1898年： 美国，泰勒、怀特，高速钢 公元1932年： 德国，施勒特尔，硬质合金 公元1938年： 德国，德古萨公司，陶瓷刀具 ,发展简史（2）,机构 机器,人脑,加工 对象,人的 感官,干扰,产品,需求,材料的发展、金属工具的出现（续）,体力,材料 能量 信息,发展简史（3）,动力机械、加工设备的发展,公元前100年：罗马，水车；中国，水轮机雏形 公元1世纪： 亚力山大，希罗，反动式汽轮机雏形 公元25-221年：中国，杜诗，冶铸鼓风用水排 公元265-42

8、0年：中国，杜预，水轮驱动的水转连磨 公元700年： 波斯，风车 1127年：中国，水转纺车 1131年：中国，燃汽机雏形 1629年：意大利，冲动式汽轮机雏形 1698年：意大利，萨弗里，首次将蒸汽用于工业动力 1705年：英国，纽科门，活塞式蒸汽机 1769年：英国，瓦特，实用蒸汽机专利 1838年：俄国，雅可比，直流电动机 1897年：美国，西屋公司，两相交流感应电动机,发展简史（3）,动力机械、加工设备的发展（续）,公元前2000年： 埃及，树木车床 公元前400年： 我国，公输班，磨 公元1395年： 法国，杆棒车床 , , 1774年： 英国，威尔金森，炮筒镗床 1790年： 英国

9、，边沁，刨床、铣床、钻床 1797年： 英国，莫效，螺纹车床 1807年： 英国，步律内尔，圆锯机 1817年： 美国，惠特尼，卧式镗床,发展简史（3）,1820年：英国，怀特，（圆柱、圆锥）齿轮加工机床 1835年：英国，惠特沃斯，滚齿机 1842年：英国，内史密斯，蒸汽锤 1845年：英国，菲奇，六角车床 1873年：美国，斯潘塞，单轴、多轴自动机床 , , 1952年：美国，帕森斯公司，数控机床 1958年：美国，卡尼-特雷克公司,加工中心 1976年：日本，柔性制造单元 , ,发展简史（3）,动力机械、加工设备的发展（续）,加工 设备,人脑,加工 对象,检测 装置,干扰,产品,需求,干

10、扰,材料 能量 信息,发展简史（4）,信息检测与控制技术的发展,加工 设备,控制器,加工 对象,检测 装置,干扰,产品,指令,干扰,材料 能量 信息,发展简史（5）,信息检测与控制技术发展（计算机的应用）,加工 设备,计算机,加工 对象,检测 装置,干扰,产品,指令,干扰,材料 能量 信息,发展简史（6）,信息检测与控制技术发展（设备状态与制造过程的监测）,加工 设备,计算机,加工 对象,监测系统,干扰,产品,指令,干扰,材料 能量 信息,四、制造的发展现状,制造科学已成为多学科交叉的学科 制造技艺制造技术制造科学； 制造活动的社会性、制造系统的开放性制造科学综合性； 制造科学已不可能在孤立、

11、封闭的状态下发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的道路； 现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力，也不断丰富着现代制造科学的内涵和外延。,发展现状（1）,发展现状（2）,先进制造技术是工业发达国家的国家级关键技术和优先发展领域,许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力,是制造大国，不是制造强国,发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强,关键装备大多依赖进口 光电子制造设备的100% IC制造装备的85% 高档数控机床的70%,发展现状（3）,原创性的技术和成果缺

12、乏，企业的核心竞争力不足，制造科学基础研究相对薄弱,国家中长期科学和技术发展规划纲要,一、序言 二、指导方针、发展目标和总体部署 三、重点领域及其优先主题 四、重大专项 五、前沿技术 六、基础研究 七、科技体制改革与国家创新体系建设 八、若干重要政策和措施 九、科技投入与科技基础条件平台 十、人才队伍建设,(共十个领域，62项以上主题) 5.制造业 (共8项主题) (26)基础件和通用部件 (27)数字化和智能化设计制造 (28)流程工业的绿色化、自动化及装备 (29)可循环钢铁流程工艺与装备 (30)大型海洋工程技术与装备 (31)基础原材料 (32)新一代信息功能材料及器件 (33)军工配

13、套关键材料及工程化,纲要：三、重点领域及其优先主题,纲要：五、前沿技术,（共8项技术，22小项以上） 4.先进制造技术 （共3小项） (12)极端制造技术 (13)智能服务机器人 (14)重大产品和重大设施寿命预测技术,纲要：六、基础研究,（共4大项，24小项） 3.面向国家重大战略需求的基础研究 （共10小项） (8)极端环境条件下制造的科学基础,五、制造的发展趋势,竞争形势（1）,科学技术突飞猛进 知识经济初见端倪 国际竞争日趋激烈,竞争形势（2）,制造业的市场特征：,多变性市场 国际化市场 虚拟市场 新兴产品市场,产品本身 “质”、“量” 生产模式 快速响应、快速重组 增产方式 （资源消

14、耗）粗放型（知识创新）集约型 网络化、全球化、知识化、智能化 生产要求 实用、价廉、物美价廉、物美、交货期短、 服务好、文化含量高 学科基础 力学、经验多学科及其最新成就 立足之本 设备、技术高素质人才,竞争形势（3）,制造行业的巨变,竞争形势（4）,满足客户化要求； 快速响应、快速重组、低成本； 竟争、合作、全球化； 虚拟技术应用； 本土化与国际化交互； 企业文化加强； “以人为本”作为核心。 雇员：创新激情、实施能力，自主决策， 不断学习。 涩泽荣一（1840），论语,制造企业特征,发展趋势（1）,先进制造技术 制造技术+信息技术+管理科学+有关科学技术 先进制造技术发展的总趋势 “问渠哪

15、得清如许？为有源头活水来！” 制造产品：“精”“极”“文” 制造过程：“绿”“快”“省”“效” 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,“精”是发展的关键 “极”是发展的焦点 “文”是发展的新义,发展趋势（2）,“绿”是发展的必然 “快”是发展的动力 “省”是发展的原则 “效”是发展的追求,“数”是发展的核心 “自”是发展的条件 “集”是发展的方法 “网”是发展的道路 “智”是发展的前景,制造产品：,制造过程：,制造方法：,“精”是发展的关键精确化 加工精度精密化 人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级； 操作尺度细微化 基因操作机械，其移动距离为纳米级，移动精度为0.1

16、纳米级 物理性能精确化 物理性能、力学性能、化学性能、生化性能等等 控制要求纳米化,发展趋势 制造产品：“精”“极”“文”,电子制造中 高精度：控制趋于纳米级 加工趋于亚纳米级 超微细：芯片线宽100nm 运动副间隙12nm 高加速度：封装运动12g 高可靠性：芯片千小时失效率1/109,发展趋势 制造产品：“精”“极”“文”,超精密加工,20世纪初： 10微米 30年代： 1微米 50年代： 0.1微米 70-80年代： 0.01微米 目前： 0.001微米 （纳米加工）,发展趋势 制造产品：“精”“极”“文”,“极”是发展的焦点极端、极限,几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极

17、圆、极方、奇形怪状； 在物理性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强磁性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能； MEMS（Micro-Electro-Mechanical_System)技术和产品是典型极端、极限技术和产品。,发展趋势 制造产品：“精”“极”“文”,关于微电子芯片制造 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. 当前的芯片制造设备 （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 我国的“龙芯”。 日本日立公司（2006）报导：集成电路

18、小如尘粒： 长、宽150m，厚7.5m,发展趋势 制造产品：“精”“极”“文”,2002年 原子级纳米“晶体管”（电极相距1nm） 2003年 世界最小的电动机纳米电动机（直径500nm） 量子计算机基本电路（1/500mm，近K 工作） 2004年 能停或暂停的分子马达 用核磁共振观测到单个电子 2005年 超大容量纳米级信息存储材料 2006年 世界最小的发电机纳米发电机,发展趋势 制造产品：“精”“极”“文”,“文”是发展的新义人文化 工业产品， “实用” ，物质层面； 艺术产品，（人文）文化含量高， “物美” ，精神层面，环境协调，爽心悦目，经得起“看”，经得起“想”“工业设计” 制造

19、过程、制造方法“文明化”生产。 胡锦涛2006年1月日讲话(文联、作协),发展趋势 制造产品：“精”“极”“文”,“绿”是发展的必然绿色 “天人合一” 与 “无为”； “保护环境，就是保护生产力；改善环境，就是发展生产力” 江泽民 制造各阶段都必须充分计及环境保护：自然环境，社会环境、生产环境、生产者的身心健康； 制造必然要走向“绿色”制造，这是实现国民经济可持续发展的重要条件。 纲要制造业发展思路有三，其一就是“积极发展绿色制造”.,发展趋势 制造过程：“绿”“快”“省”“效”,“快”是发展的动力快速 对市场的快速响应 对生产的快速重组 生产模式：高度柔性与高度敏捷性 推动着制造技术的进步与

20、制造方法的发展,发展趋势 制造过程：“绿”“快”“省”“效”,“省”是发展的原则节省,老子：“治人乃天莫如啬。” 毛泽东：“什么事情都应当执行勤俭的原则。这就是节约的原则。”,市场经济必然的要求 制造过程必须节省、节约、节俭 制造过程的优化 制造资源的优化配置,发展趋势 制造过程：“绿”“快”“省”“效”,“效”是发展的追求 高效 、高生产率,个性化大生产、大规模定制 快速响应市场需求的应有推论与含义 生产效率提高生产力发展社会进步 高效、低耗、无污染,发展趋势 制造过程：“绿”“快”“省”“效”,“数”是发展的核心数字化 “信息化”的核心是“数字化” 数字制造是制造技术与信息技术（包含计算机

21、技术、网络技术）等交叉、发展与应用的结果 数字化设计、数字化控制、数字化管理以及贯穿始终的“虚拟”技术 数字化技术必将导致制造技术的重大发展与变革,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,“自”是发展的条件自动化 自动化是强化、延伸甚至取代人劳动（体力、脑力）的技术或手段 自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高水平的自动化,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,1870-1980： 加工过程效率 20倍 管理效率 1.8-2.2倍 设计效率 1.2倍 CAX技术脑力劳动自动化。 制造业中NC的重大基础作用。,发展趋势 制造方

22、法：“数”“自”“集”“网”“智”,“集”是发展的方法集成化 技术集成、管理集成、技术与管理集成 本质：知识和信息集成，集成也包含了“交叉” 现代制造科学技术的发展离不开“集成”和“交叉” CIMS，从实际情况与发展前景来看，整个产品的生产确系一个计算机集成生产系统，而且与网络化不可分割。,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,传感技术 信号处理技术 控制技术 随动技术 精密机械技术 系统集成技术,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,机电一体化,“网”是发展的道路网络化 现代新型制造模式实施的基础设施，现代制造企业生产活动必不可少运行环境 网络化既是制造企业信息化

23、、集成化的基础，又是企业信息化、集成化的进一步发展 网络化将制造业走向全球化、整体化、有序化,发展趋势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,“知识经济”的本质是“智力经济” 本世纪核心学科发展的趋势：从信息科学到生命科学（21世纪中叶）转向认知科学（21世纪70年代） 制造智能制造系统/单元/装备适应环境变化的能力，处理海量信息、不完整信息、不确定信息、错误信息的能力，自诊断、自修复能力，自组织、自重构能力，主动协调和协同能力，非逻辑处理能力等。 智能化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，甚至智能大厦等。 网络化的实质是走向智能化,发展趋

24、势 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”,“智”是发展的前景智能化,先进制造技术的发展,制造数据,制造实践 科学实验 理论研究 各种资源,制造信息,制造知识,制造基础知识,制造科学,六、制造的发展战略,我国今后15年科技指导方针,自主创新， 重点跨越， 支撑发展， 引领未来。,指导思想,加强基础，立足应用,全面关注，重点突破,扎根实际，务求超越,实干巧干，出奇制胜,发展战略,1综合运用现代物理学、力学、数学、化学以及生命、纳米、材料、信息、管理等科学技术，研究现代制造科学技术的新概念、新原理、新方法，促进制造学科与上述学科的交叉和融合，并在交叉和融合中使制造科学不断发展和完善，促进制造科学

25、理论体系的不断完善，提高我国制造业的源头创新力与竞争力。,发展战略,2针对国家未来高技术发展、国家安全和全面建设小康社会的需求，研究国家未来的重大建设工程和国防安全所需共性制造科学问题和关键制造技术，为国民经济可持续发展和国防建设提供理论和技术储备，以支持建立起拥有核心技术的我国完整的先进制造体系。,发展战略,3通过一系列基础研究项目的实施，力争建立具有我国特色的制造学科的理论与技术创新体系，支持、稳定和培养一批具有创新意识、思维活跃、立足国内的从事先进制造基础研究的高层次人才和研究梯队。,七、制造的优先发展方向,1.机电产品创新和系统优化设计理论与方法,全生命周期的产品数字化建模和仿真评估理论与设计规范 基于数字化产品模型的智能化产品设计方法 产品快速创新开发的设计、规划和管理技术,2.网络环境下制造协同策略理论和关键技术,制造系统的信