機械制造技術的發展及其高技術化

swerdeke

老在網站老看到有人對機械設計感到迷茫!

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機械制造技術的發展及其高技術化fficeffice" />

一、制造強國要具有全面發展的制造能力 　　1．三大類制造能力 　　隨著國際制造業產業結構調整，中國成為世界"制造中心"的議論鵲起。今天的中國，是一個制造強國，還是制造大國？這是值得認真思考的問題。2002年12月，中國科學院院長、中國工程院院士、中國機械工程學會路甬祥理事長在學會年會的主題報告中指出：我們為之奮斗的制造強國絕不是僅僅基于傳統技術和產品的強國，而必須是適應新時代、掌握新技術、滿足新需求的制造強國。中國不僅要擁有強大的以家電和電子元器件為代表的輕型的規模產品制造能力，還要擁有強大的以發電設備、冶金石化設備和汽車生產裝備為代表的重型的重大裝備制造能力，更要擁有強大的以微電子、光電子制造設備、微機電系統和生物工程為代表的新型的高技術裝備制造能力。 　　這段論述，清楚地指出建設制造強國必須著眼于全面形成強大的規模產品制造能力、雄厚的重大裝備制造能力，以及高水平的高技術裝備制造能力。這三類制造能力的目標指向不同、需要的條件不同、在全球化體系中所處地位不同，而且所遵循的發展規律和實現的機制也完全不同。 　　在規模產品制造能力方面，中國已經在上百類產品上成為世界產量第一的大國，如彩色電視機占世界份額29%，洗衣機：24％，電冰箱：16%，空調器：30％，電風扇：50％以上，照相機：50％以上，微波爐：30％；又如：收錄機產量2.4億臺，占全球份額70％，VCD視盤機：2000萬臺，份額70％，電話機：9600萬臺，份額大于50％，顯示器：42％，鐘表： 75％；此外，微特電機30億臺，占60％，一次性電池170億只，占40％；還有縫紉機占50％，小型拖拉機占83％，自行車約占40％，摩托車44％，人造金剛石產量10億克拉，占60％以上。 　　在重大裝備制造能力方面，無論是發電設備、鋼鐵設備、水壓機、機車、輪船、大型起重機、挖掘機、聯合收割機、煉油化工和油氣開采設備，中國是發展中國家中自行開發和制造能力最強的國家。特別是近期建設中的巨大工程，如長江三峽、西電東送、西氣東輸、南水北調、青藏鐵路等工程中所需的機械裝備，本土化的裝備占據了很大的比重。 　　目前最薄弱的是新型裝備制造能力，包括微電子工業所需的芯片生產設備、通信工業所需的光纜光纖生產設備、大型科學儀器和生物醫療設備、智能化自動化生產線等。很明顯，當前中國機械制造業的核心問題正是如何加快研究開發高技術產業所需的高技術裝備。這是完整全面地建設一個新時期制造強國的核心問題。 　　2．新時期的制造業與高技術發展息息相關 　　機械工程技術的發展必須緊緊跟蹤新技術的進展步伐和用戶不斷變化的新需求，著眼未來市場，立足集成創新。在國外信息產業的發展中，裝備技術的先行起到了決定性的作用。美國20年前提出："美國半導體工業是依賴于設備供應商這個基礎的，在制造設備方面領先的國家有可能主宰半導體器件的世界市場"。這樣的指導思想引導美國的信息產業取得了成功。 　　原中國工程院院長宋健在《制造業與現代化》的報告中指出："信息產業的發生和發展進程……，拉單晶、摻雜、擴散、離于注入、外延、濺射、化學沉積（CVD）、光刻、表面貼裝、自動化組裝和納米制造工藝等是制造業的偉大創造?quot;"沒有精密制造業就不可能把固體力學和量子力學知識轉變成生產力，就沒有信息產業。"這段精辟論述充分解析了制造業和高新技術有機的內在關系和制造業向高技術發展的必然方向。 　　各新興產業的多數復雜生產工藝，很多是由相應的早已成熟的單項工藝技術經過提升改進，集成組合而成。如離子植入和等離子摻雜技術、薄膜沉積技術和激光熱處理技術，都是在機械工程師熟悉的摩擦學、表面工程、真空工藝、焊接技術、熱處理等傳統領域普遍應用的工藝技術基礎上，針對新需求做得更精細、更實用、更完善、更高一個檔次。又如依托照相機和印刷機技術發展光刻設備、依托精密加工技術發展線路板高速加工設備，無不說明傳統和新興產業之間并不存在鴻溝，國際上大量成功的新技術裝備制造企業的實踐也充分證實了這一點。 　　二、大力發展用于高技術產業的高制造技術 　　時代在前進，技術在發展，需求也在不斷變化和提高，要服務和滿足高技術產業發展的需要，機械制造技術也要不斷地提高和創新。近期內須要重視掌握的高制造技術已經明顯，其中一些可以歸類為通用類高制造技術，廣泛應用于諸多高技術領域，最具代表性的是機器人和傳感器技術等；另一類是針對特定用途的高制造技術，如制造芯片的光刻、封裝技術等。當然，特定和通用類高制造技術的區分是相對的、動態的、可變的。 　　1．通用類高制造技術 　　① 機器人技術 　　機器人的應用將不僅是在生產領域，在服務領域應用也前景廣闊。華盛頓大學最新的一項預測報告預測未來十年的十大科技之一是"精靈機械人"，在2010年以前，能作決定的精靈機械人將會上市。它們不僅在工廠執行更復雜的生產工作，也可協助殘障人士處理日常生活。機器人技術發展的重要方向是人工智能和感知，開展采用人造"肌肉"材料的研究，通過改善數據處理速度和軟件，使機器人可以用作向導機器人和接待員。 　　② 傳感器技術 　　傳感技術同計算機技術與通信技術一起構成信息技術的三大支柱。今天的傳感器己應用于越來越多的領域。從仿生學觀點分析，計算機是處理和識別信息"大腦"，通信系統是傳遞信息的"神經系統"，而傳感器則是"感覺器官"。傳感器正在向無處不在、無所不能的方向迅速發展。 　　③ LIGA工藝--軟X射線深層光刻電鑄成形技術 　　LIGA技術既可用于芯片制造，也可在微制造中得到廣泛應用。 　　④ 微器件制造技術 　　微機電系統MEMS將能感知和作出移動、調節、定位、控制環境的反應。典型的MEMS微器件有微型執行器（如微型電機）、微開關、微諧振器、微閥、微泵和微型渦輪發動機等。MEMS已廣泛應用于汽車、醫療和環境領域，正在擴大應用于通信、結構工程和過程自動化，而正在開拓的應用領域是家用／安全、化學／配藥和食品加工。 　　⑤ 納米材料應用技術 　　在制造技術上未來納米材料的應用非常廣闊。如在基體上電沉積薄金屬層（100μm以下）可以改善表面性能。用于汽車發動機、液壓活塞、飛機起落架零件、汽車減震器，可代替六價鉻和鎘電鍍。以納米晶鎳為基體，只需較薄的鍍金層，可以用在電觸頭上。納米材料帶來的機械和理化性能的變化將使機械設計和制造產生一次又一次的革命。 　　⑥ 體現在未來轎車中的新型制造技術 　　新一代轎車技術的重點項目中的燃料電池、高效低排發動機、鋁鎂輕質材料制造、混合動力系統、新型蓄電池、排放控制等，都與制造技術緊密相連。轎車領域的高制造技術還體現在先進安全車（ASV）技術、安全預防技術（防困警報、輪胎氣壓警報、視覺增強系統、夜間目標檢測與警報、汽車導行系統）、事故避免技術（車距警報、碰撞自動檢測與防護、轉彎減速調節、沖擊吸能、乘員保護系統等），以及安全氣囊、馬達控制、燃料電池發動機等技術中。 　　⑦ 精密化工過程技術 　　特別是萃取，分離、破碎、膜技術，以及（高分子材料的）擠出技術、新型粉末冶金技術和相應的裝備設計制造技術等將取得廣泛的應用。 　　2．特定高制造技術 　　① 以光刻技術為核心的集成電路前段制造技術 　　包括晶片和集成電路生產系統的主要制造技術，如：硅、鍺、砷化鎵的原子沉積（ALD），化學氣相沉積（CVD），物理氣相沉積（PVD），外延和多晶沉積，快速熱處理（RTP)，等離子刻蝕，電化學鍍（ECP），離子植人，特定的測量，檢驗技術，晶片清洗，掩模生產技術等。 　　② 以芯片封裝為代表的集成電路后段生產技術 　　微電子、光電子元件制造所需要的封裝技術的核心在于高精度和高效率的同時實現。須要解決諸如膠液非牛頓流體流動、高精度實時成形控制、微傳熱溫度場控制、高速定位下的高精度和高可靠性等技術問題。 　　③ 以CMP為代表的磁頭、磁盤、晶片的納米級精密加工技術 　　對于最小特征尺寸0.35μm以下的芯片，必須采用機械磨削和化學腐蝕的組合，即CMP （化學／機械拋光）進行全局平面化。對高儲存密度的計算機硬盤，要解決相應的摩擦磨損和潤滑、表面超精加工、高精度旋轉穩定、微間隙空氣動力學等問題。 　　④ 光子和光力器件精密制造技術 　　光子技術與光力技術的發展需要特定的光子和光力器件精密制造技術。例如，指向未來能量供應的光力技術的基礎在于開發制造光能發生用的大功率激光器件及光力站、光能傳送用的大功率光纖光纜、光能變換控制用的光能變換器件、控制器件以及光能接插器件、開關器件和光刀、光針等。 　　⑤ 以等離子增強化學氣相沉積為代表的新一代平面顯示屏的關鍵生產技術 　　⑥ 以掃描隧道顯微鏡為代表的分子級量測和制造技術 　　⑦ 納米級自復制自組裝制造技術 　　⑧ 用于DNA、基因、藥物等生物工程的特種精密器械設計制造技術 　　三、微納制造是制造業融入高技術的切入點 　　1．制造技術前沿逐漸轉向細小精微 　　由尺度上的長、大和重來構成制造業主要奮斗目標的歷史階段正在或已經逐漸將前沿鎖定在尺度上的微、小和精細的新階段。小，蘊含著物質結構的科學規律，小，體現了不斷加深的科學技術含量，小，決定著已有產品的升級和革命性新產品的誕生。所謂"小的是美妙的"，從一個側面反映了理解未來科技重心的新理念。 　　2．微納制造支撐高技術發展 　　高技術提升制造業的集中體現是信息技術的應用，而制造業對高技術發展的支撐將越來越體現在微納制造。 　　高技術發展中許多制造概念只有在微觀尺度上才變得可能。如分子制造和納米生長。 　　信息技術的進一步發展、生物技術的工程應用、海洋工程、航空航天、軍事國防、生活消費和健康娛樂，處處都需要微納制造。 　　3．大和小的辯證法 　　從重大精尖轉向細小精微，指的是制造技術前沿的轉化，難點的轉移。從物理角度看，產品的大型化依然是重要發展方向之一，而從內涵看，則機械產品（包括大型產品）的關鍵和核心越來越體現在所謂的微小技術（Small-Tech）上，體現為專用芯片、控制器件、微傳感器、智能控制、新型材料等，有時大型設備的技術競爭往往最終歸結到核心器件的競爭，這樣的情景在彩電（芯片組）、影碟機（解碼器）、精密機床（數控系統）已經表現得十分明顯。 　　反過來看，微小技術的進展往往是通過重大來體現的。技術發展的辯證法在人類進入二十一世紀前后逐漸形成這樣的規律：人們活動在公尺級的環境中，而決定生活質量、影響生產水平的基礎和根源則蘊涵在微納尺度領域。 　　制造業要與此相適應，就必須有清醒的認識，在生產制造公尺級機械產品的同時，把改進生產方式和不斷提高產品水平的未來寄托在微小技術上，用"微小技術"發展"重大產品"，這也是微納制造成為制造業融入高技術的橋梁和切入點的重要原因。 　　基于這樣的理解，就很容易接受下述論斷： 　　* 小是對大的補充、升級、提高和深化。 　　* 不少制造產品的體積可能很大很重，而其精華濃集于微、關鍵體現在小　* 制造業未來的核心技術、難點、高增值潛力越來越多地寓于微小之中。 　　* 大和小是相輔相成的組合，高大精尖和細小精微在精密取向上匯合，而解決精的問題最終要依靠微小技術。 　　4．攻克微納制造是制造技術的歷史性升級 　　適應新技術發展動向，多數著眼長遠的未來型企業不僅要瞄準"重"的和"大"的工作對象，還要努力在微尺度上研究開發相應的微機械制造技術，設計制造相應的微機械設備和器件，并應用到"重"的和"大"的產品上。從未來趨勢看，機械工程的新對象會有更多的細小精微，機械工程和機械制造業的目標將是既有重大精尖，更有細小精微。針對一個階段以來制造業困惑于"夕陽產業"和"傳統產業"的議論，因而無力重視滿足高技術需求的傾向，近期內更有必要振奮精神，主動重新定位，不但做"大的"，還要攻下"小的"，把大和小結合起來，集成融合，使制造技術在未來的二十年中實現歷史性的升級和飛躍。 　　四、發展高制造技術的趨勢和特征 　　基于制造業邁向高技術的根本方向，有一些重大趨勢正在迅速成為現實。要自覺地適應和推進這種發展潮流，必須從一些科學預測中敏銳地吸取其基本思想，并加以運用。 　　1． 若干代表性趨勢 　　① 微加工成為通常制造技術 　　制造業的常規性尺度將由微米級精度下移一兩個數量級，亞微米及納米級制造及測量成為制造科技和制造工藝的主流。 　　② 光制造技術廣泛應用 　　光加工、光化學加工、光電加工變得如此重要，制造技術變得如此離不開光科學，以至不了解光學基本知識的工程師與不懂電氣基礎知識同樣地不可思議。 　　③ 生長型制造的比重迅速提高 　　特別是在微制造領域，"從下而上"的制造和生長／去除（"從下而上"+"從上而下"）復合型制造將成為主要制造方式。 　　④ 生物工程成為制造技術的重要組成部分 　　生物加工和為生物技術提供儀器設備成為制造業的重要組成部分，對生物體、柔性體的處置加工成為與加工金屬體和剛性體同樣普遍的制造方式。 　　⑤ 機電一體化實現高技術化升級 　　機電一體化產品五要素（結構、運動、檢測、控制、驅動）在信息技術的催化下，實現充分的融合和集成，機械產品自此真正成為智能化的使用對象。 　　⑥ 制造技術與材料技術更加密不可分 　　特別是納米材料的應用使制造業產生革命性的巨變，無論是產品設計還是制造過程，都因此產生根本性的改變，材料技術進展給制造技術帶來的革新提升作用無處不在。 　　⑦ 實驗裝備制造成為重要的新興行業 　　對于芯片制造、科學儀器、醫療器械、生物工程設備等，從實驗生產到規模生產、從試驗裝置到量產設備的界線逐漸消失。 　　⑧ 傳統機械制造方式與化工制造方式進一步融合 　　精密化工過程，如超級粉碎、超凈過濾、精確分離、受控和智能化傳質傳熱、吸收萃取、攪拌反應等與機械制造過程相互滲透，在醫藥工業、生物工程、農業工程方面尤其是這樣。 　　⑨ 可控和復合表面工程技術成為廣泛應用的精密制造技術 　　在微尺度上對表面力學、表面物理、表面化學、薄膜性能的研究將創造出性能更好體積更小的微電子和光子元器件，而在宏觀尺度上，可控和復合表面技術將使非連續性及非均一性結構材料的應用大大拓寬機械設計的可能性。 　　⑩ 尺度效應成為機械制造科學領域必須考慮的因素 　　在宏觀領域作用微小的力和現象，在微觀領域起著不可忽略的重要作用。微機械學成為機械科學不可分割的組成部分；機械工程研究的領域迅速擴展到微運動學、微結構學、微動力學、微摩擦學、微流體力學等。 　　2． 制造和高技術融合集成的特征 　　可以看出，以上這些趨勢的核心是制造和高技術的走向融合集成。制造技術和高技術高度結合，密不可分，正是未來產業技術進步的理想模式，而其鮮明的特征則是： 　　① 由帶動、并行邁向融合、集成 　　在制造業發展的歷史上，多數時間是先有技術突破，再有制造技術發明和相應設備的誕生。也就是新技術和制造方法和工具之間是帶動或推動的關系；隨著時代的前進，這樣的關系已逐漸進展到并行和同步，新技術和新制造之間的相輔相成、互為因果的關系代表著巨大的進步；而未來發展的需要則是新技術和新的制造能力必須形成一種融為一體的集成能力，相互交融，密不可分。這樣的融合關系，在近年來攻克300mm硅晶片集成電路時已初顯雛形：新技術和新裝備同存在，沒有新裝備也就沒有新技術。 　　② 技術與裝備的集成創新 　　在多年來的機械制造業發展中，存在著制造者和使用者的不同思考角度和立場，形成了爭論不斷的矛盾對。而在未來的高技術研究開發中，唯一可能奏效的方式只能是協同和合作的架構，只有集成創新，把"做什么"和"怎么做"相結合，使制造者和使用者協同統一，技術和裝備集成，才是唯一可行的方法。國外電子工業生產商和裝備提供商的特殊關系取得成功的實例對此作出了充分的證明。 　　③ 創意和制造的統一 　　創意和制造的統一，也就是作到"想到的就能做成"，是制造技術的最高境界，這也是未來制造業真正融入人類生產活動的理想目標，這樣的集成才是制造技術作為高技術不可缺少的組成部分的終極體現。 　　未來的制造應當與創意充分融合，形成一種制造技術確保創意、制造技術促進創意，而不是拖創意后腿的高水平的集成創新局面。這也將形成一個建立在以產品技術與過程技術集成、目標與方法工具統一、創意和制造相輔相成的新型理念基礎上的嶄新的制造觀，并由此逐步樹立"制造"、"制造技術"和"高制造技術"的全新未來形象。 　　五、關于制造業發展的兩個戰略目標 　　1．關于制造業的技術升級 　　* 通過實施制造業的信息化以及與高技術的有機結合，用高技術改造、提升制造業，實現制造業的技術升級。 　　* 其生產的產品技術含量高、使用性能好、附加價值大且有可持續發展能力，從而加快發展步伐，力爭消滅差距，20年后使我國的一般類制造技術與世界先進國家處于同一水平之上。 　　* 這一戰略目標的確立，將使機械制造業的產品和服務更加符合實現新型工業化、建設小康社會的需要。 　　2．關于制造業的高技術化 　　* 其內涵是使機械制造業為高技術的發展和高技術的產業化提供必不可少的裝備和支撐，也就是說不僅要掌握高制造技術，還要生產高技術裝備。 　　* 由此使機械制造業本身融入到高技術行列之中，成為高技術發展中的有機組成部分。 　　* 這一戰略目標的確立，將決定我國機械制造業20年后的新面貌、新內涵、新定位、新空間，從而推動制造業實現跨越式的新發展。

 

起步價

過于樂觀了吧？
飛機我們能造嗎？咱們不管說是轟炸機還是空中客機

坦克呢  我們造的又怎么樣

輪船呢  我們造的又怎么樣  是多大噸位的
巡洋艦還是驅逐艦   拿的出手嗎？

還是腳踏實地走吧  我們差的東西還很多   就不要吹牛了
當個制造工廠真的不值得那么高興