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老在网站老看到有人对机械设计感到迷茫!
我想这个文章对大家都会有点帮助,为自己未来的发展!
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机械制造技术的发展及其高技术化ffice ffice" /> |
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一、制造强国要具有全面发展的制造能力
1．三大类制造能力
随着国际制造业产业结构调整，中国成为世界"制造中心"的议论鹊起。今天的中国，是一个制造强国，还是制造大国？这是值得认真思考的问题。2002年12月，中国科学院院长、中国工程院院士、中国机械工程学会路甬祥理事长在学会年会的主题报告中指出：我们为之奋斗的制造强国绝不是仅仅基于传统技术和产品的强国，而必须是适应新时代、掌握新技术、满足新需求的制造强国。中国不仅要拥有强大的以家电和电子元器件为代表的轻型的规模产品制造能力，还要拥有强大的以发电设备、冶金石化设备和汽车生产装备为代表的重型的重大装备制造能力，更要拥有强大的以微电子、光电子制造设备、微机电系统和生物工程为代表的新型的高技术装备制造能力。
这段论述，清楚地指出建设制造强国必须着眼于全面形成强大的规模产品制造能力、雄厚的重大装备制造能力，以及高水平的高技术装备制造能力。这三类制造能力的目标指向不同、需要的条件不同、在全球化体系中所处地位不同，而且所遵循的发展规律和实现的机制也完全不同。
在规模产品制造能力方面，中国已经在上百类产品上成为世界产量第一的大国，如彩色电视机占世界份额29%，洗衣机：24％，电冰箱：16%，空调器：30％，电风扇：50％以上，照相机：50％以上，微波炉：30％；又如：收录机产量2.4亿台，占全球份额70％，VCD视盘机：2000万台，份额70％，电话机：9600万台，份额大于50％，显示器：42％，钟表： 75％；此外，微特电机30亿台，占60％，一次性电池170亿只，占40％；还有缝纫机占50％，小型拖拉机占83％，自行车约占40％，摩托车44％，人造金刚石产量10亿克拉，占60％以上。
在重大装备制造能力方面，无论是发电设备、钢铁设备、水压机、机车、轮船、大型起重机、挖掘机、联合收割机、炼油化工和油气开采设备，中国是发展中国家中自行开发和制造能力最强的国家。特别是近期建设中的巨大工程，如长江三峡、西电东送、西气东输、南水北调、青藏铁路等工程中所需的机械装备，本土化的装备占据了很大的比重。
目前最薄弱的是新型装备制造能力，包括微电子工业所需的芯片生产设备、通信工业所需的光缆光纤生产设备、大型科学仪器和生物医疗设备、智能化自动化生产线等。很明显，当前中国机械制造业的核心问题正是如何加快研究开发高技术产业所需的高技术装备。这是完整全面地建设一个新时期制造强国的核心问题。
2．新时期的制造业与高技术发展息息相关
机械工程技术的发展必须紧紧跟踪新技术的进展步伐和用户不断变化的新需求，着眼未来市场，立足集成创新。在国外信息产业的发展中，装备技术的先行起到了决定性的作用。美国20年前提出："美国半导体工业是依赖于设备供应商这个基础的，在制造设备方面领先的国家有可能主宰半导体器件的世界市场"。这样的指导思想引导美国的信息产业取得了成功。
原中国工程院院长宋健在《制造业与现代化》的报告中指出："信息产业的发生和发展进程……，拉单晶、掺杂、扩散、离于注入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面贴装、自动化组装和纳米制造工艺等是制造业的伟大创造?quot;"没有精密制造业就不可能把固体力学和量子力学知识转变成生产力，就没有信息产业。"这段精辟论述充分解析了制造业和高新技术有机的内在关系和制造业向高技术发展的必然方向。
各新兴产业的多数复杂生产工艺，很多是由相应的早已成熟的单项工艺技术经过提升改进，集成组合而成。如离子植入和等离子掺杂技术、薄膜沉积技术和激光热处理技术，都是在机械工程师熟悉的摩擦学、表面工程、真空工艺、焊接技术、热处理等传统领域普遍应用的工艺技术基础上，针对新需求做得更精细、更实用、更完善、更高一个档次。又如依托照相机和印刷机技术发展光刻设备、依托精密加工技术发展线路板高速加工设备，无不说明传统和新兴产业之间并不存在鸿沟，国际上大量成功的新技术装备制造企业的实践也充分证实了这一点。
二、大力发展用于高技术产业的高制造技术
时代在前进，技术在发展，需求也在不断变化和提高，要服务和满足高技术产业发展的需要，机械制造技术也要不断地提高和创新。近期内须要重视掌握的高制造技术已经明显，其中一些可以归类为通用类高制造技术，广泛应用于诸多高技术领域，最具代表性的是机器人和传感器技术等；另一类是针对特定用途的高制造技术，如制造芯片的光刻、封装技术等。当然，特定和通用类高制造技术的区分是相对的、动态的、可变的。
1．通用类高制造技术
① 机器人技术
机器人的应用将不仅是在生产领域，在服务领域应用也前景广阔。华盛顿大学最新的一项预测报告预测未来十年的十大科技之一是"精灵机械人"，在2010年以前，能作决定的精灵机械人将会上市。它们不仅在工厂执行更复杂的生产工作，也可协助残障人士处理日常生活。机器人技术发展的重要方向是人工智能和感知，开展采用人造"肌肉"材料的研究，通过改善数据处理速度和软件，使机器人可以用作向导机器人和接待员。
② 传感器技术
传感技术同计算机技术与通信技术一起构成信息技术的三大支柱。今天的传感器己应用于越来越多的领域。从仿生学观点分析，计算机是处理和识别信息"大脑"，通信系统是传递信息的"神经系统"，而传感器则是"感觉器官"。传感器正在向无处不在、无所不能的方向迅速发展。
③ LIGA工艺--软X射线深层光刻电铸成形技术
LIGA技术既可用于芯片制造，也可在微制造中得到广泛应用。
④ 微器件制造技术
微机电系统MEMS将能感知和作出移动、调节、定位、控制环境的反应。典型的MEMS微器件有微型执行器（如微型电机）、微开关、微谐振器、微阀、微泵和微型涡轮发动机等。MEMS已广泛应用于汽车、医疗和环境领域，正在扩大应用于通信、结构工程和过程自动化，而正在开拓的应用领域是家用／安全、化学／配药和食品加工。
⑤ 纳米材料应用技术
在制造技术上未来纳米材料的应用非常广阔。如在基体上电沉积薄金属层（100μm以下）可以改善表面性能。用于汽车发动机、液压活塞、飞机起落架零件、汽车减震器，可代替六价铬和镉电镀。以纳米晶镍为基体，只需较薄的镀金层，可以用在电触头上。纳米材料带来的机械和理化性能的变化将使机械设计和制造产生一次又一次的革命。
⑥ 体现在未来轿车中的新型制造技术
新一代轿车技术的重点项目中的燃料电池、高效低排发动机、铝镁轻质材料制造、混合动力系统、新型蓄电池、排放控制等，都与制造技术紧密相连。轿车领域的高制造技术还体现在先进安全车（ASV）技术、安全预防技术（防困警报、轮胎气压警报、视觉增强系统、夜间目标检测与警报、汽车导行系统）、事故避免技术（车距警报、碰撞自动检测与防护、转弯减速调节、冲击吸能、乘员保护系统等），以及安全气囊、马达控制、燃料电池发动机等技术中。
⑦ 精密化工过程技术
特别是萃取，分离、破碎、膜技术，以及（高分子材料的）挤出技术、新型粉末冶金技术和相应的装备设计制造技术等将取得广泛的应用。
2．特定高制造技术
① 以光刻技术为核心的集成电路前段制造技术
包括晶片和集成电路生产系统的主要制造技术，如：硅、锗、砷化镓的原子沉积（ALD），化学气相沉积（CVD），物理气相沉积（PVD），外延和多晶沉积，快速热处理（RTP)，等离子刻蚀，电化学镀（ECP），离子植人，特定的测量，检验技术，晶片清洗，掩模生产技术等。
② 以芯片封装为代表的集成电路后段生产技术
微电子、光电子元件制造所需要的封装技术的核心在于高精度和高效率的同时实现。须要解决诸如胶液非牛顿流体流动、高精度实时成形控制、微传热温度场控制、高速定位下的高精度和高可靠性等技术问题。
③ 以CMP为代表的磁头、磁盘、晶片的纳米级精密加工技术
对于最小特征尺寸0.35μm以下的芯片，必须采用机械磨削和化学腐蚀的组合，即CMP （化学／机械抛光）进行全局平面化。对高储存密度的计算机硬盘，要解决相应的摩擦磨损和润滑、表面超精加工、高精度旋转稳定、微间隙空气动力学等问题。
④ 光子和光力器件精密制造技术
光子技术与光力技术的发展需要特定的光子和光力器件精密制造技术。例如，指向未来能量供应的光力技术的基础在于开发制造光能发生用的大功率激光器件及光力站、光能传送用的大功率光纤光缆、光能变换控制用的光能变换器件、控制器件以及光能接插器件、开关器件和光刀、光针等。
⑤ 以等离子增强化学气相沉积为代表的新一代平面显示屏的关键生产技术
⑥ 以扫描隧道显微镜为代表的分子级量测和制造技术
⑦ 纳米级自复制自组装制造技术
⑧ 用于DNA、基因、药物等生物工程的特种精密器械设计制造技术
三、微纳制造是制造业融入高技术的切入点
1．制造技术前沿逐渐转向细小精微
由尺度上的长、大和重来构成制造业主要奋斗目标的历史阶段正在或已经逐渐将前沿锁定在尺度上的微、小和精细的新阶段。小，蕴含着物质结构的科学规律，小，体现了不断加深的科学技术含量，小，决定着已有产品的升级和革命性新产品的诞生。所谓"小的是美妙的"，从一个侧面反映了理解未来科技重心的新理念。
2．微纳制造支撑高技术发展
高技术提升制造业的集中体现是信息技术的应用，而制造业对高技术发展的支撑将越来越体现在微纳制造。
高技术发展中许多制造概念只有在微观尺度上才变得可能。如分子制造和纳米生长。
信息技术的进一步发展、生物技术的工程应用、海洋工程、航空航天、军事国防、生活消费和健康娱乐，处处都需要微纳制造。
3．大和小的辩证法
从重大精尖转向细小精微，指的是制造技术前沿的转化，难点的转移。从物理角度看，产品的大型化依然是重要发展方向之一，而从内涵看，则机械产品（包括大型产品）的关键和核心越来越体现在所谓的微小技术（Small-Tech）上，体现为专用芯片、控制器件、微传感器、智能控制、新型材料等，有时大型设备的技术竞争往往最终归结到核心器件的竞争，这样的情景在彩电（芯片组）、影碟机（解码器）、精密机床（数控系统）已经表现得十分明显。
反过来看，微小技术的进展往往是通过重大来体现的。技术发展的辩证法在人类进入二十一世纪前后逐渐形成这样的规律：人们活动在公尺级的环境中，而决定生活质量、影响生产水平的基础和根源则蕴涵在微纳尺度领域。
制造业要与此相适应，就必须有清醒的认识，在生产制造公尺级机械产品的同时，把改进生产方式和不断提高产品水平的未来寄托在微小技术上，用"微小技术"发展"重大产品"，这也是微纳制造成为制造业融入高技术的桥梁和切入点的重要原因。
基于这样的理解，就很容易接受下述论断：
* 小是对大的补充、升级、提高和深化。
* 不少制造产品的体积可能很大很重，而其精华浓集于微、关键体现在小 * 制造业未来的核心技术、难点、高增值潜力越来越多地寓于微小之中。
* 大和小是相辅相成的组合，高大精尖和细小精微在精密取向上汇合，而解决精的问题最终要依靠微小技术。
4．攻克微纳制造是制造技术的历史性升级
适应新技术发展动向，多数着眼长远的未来型企业不仅要瞄准"重"的和"大"的工作对象，还要努力在微尺度上研究开发相应的微机械制造技术，设计制造相应的微机械设备和器件，并应用到"重"的和"大"的产品上。从未来趋势看，机械工程的新对象会有更多的细小精微，机械工程和机械制造业的目标将是既有重大精尖，更有细小精微。针对一个阶段以来制造业困惑于"夕阳产业"和"传统产业"的议论，因而无力重视满足高技术需求的倾向，近期内更有必要振奋精神，主动重新定位，不但做"大的"，还要攻下"小的"，把大和小结合起来，集成融合，使制造技术在未来的二十年中实现历史性的升级和飞跃。
四、发展高制造技术的趋势和特征
基于制造业迈向高技术的根本方向，有一些重大趋势正在迅速成为现实。要自觉地适应和推进这种发展潮流，必须从一些科学预测中敏锐地吸取其基本思想，并加以运用。
1． 若干代表性趋势
① 微加工成为通常制造技术
制造业的常规性尺度将由微米级精度下移一两个数量级，亚微米及纳米级制造及测量成为制造科技和制造工艺的主流。
② 光制造技术广泛应用
光加工、光化学加工、光电加工变得如此重要，制造技术变得如此离不开光科学，以至不了解光学基本知识的工程师与不懂电气基础知识同样地不可思议。
③ 生长型制造的比重迅速提高
特别是在微制造领域，"从下而上"的制造和生长／去除（"从下而上"+"从上而下"）复合型制造将成为主要制造方式。
④ 生物工程成为制造技术的重要组成部分
生物加工和为生物技术提供仪器设备成为制造业的重要组成部分，对生物体、柔性体的处置加工成为与加工金属体和刚性体同样普遍的制造方式。
⑤ 机电一体化实现高技术化升级
机电一体化产品五要素（结构、运动、检测、控制、驱动）在信息技术的催化下，实现充分的融合和集成，机械产品自此真正成为智能化的使用对象。
⑥ 制造技术与材料技术更加密不可分
特别是纳米材料的应用使制造业产生革命性的巨变，无论是产品设计还是制造过程，都因此产生根本性的改变，材料技术进展给制造技术带来的革新提升作用无处不在。
⑦ 实验装备制造成为重要的新兴行业
对于芯片制造、科学仪器、医疗器械、生物工程设备等，从实验生产到规模生产、从试验装置到量产设备的界线逐渐消失。
⑧ 传统机械制造方式与化工制造方式进一步融合
精密化工过程，如超级粉碎、超净过滤、精确分离、受控和智能化传质传热、吸收萃取、搅拌反应等与机械制造过程相互渗透，在医药工业、生物工程、农业工程方面尤其是这样。
⑨ 可控和复合表面工程技术成为广泛应用的精密制造技术
在微尺度上对表面力学、表面物理、表面化学、薄膜性能的研究将创造出性能更好体积更小的微电子和光子元器件，而在宏观尺度上，可控和复合表面技术将使非连续性及非均一性结构材料的应用大大拓宽机械设计的可能性。
⑩ 尺度效应成为机械制造科学领域必须考虑的因素
在宏观领域作用微小的力和现象，在微观领域起着不可忽略的重要作用。微机械学成为机械科学不可分割的组成部分；机械工程研究的领域迅速扩展到微运动学、微结构学、微动力学、微摩擦学、微流体力学等。
2． 制造和高技术融合集成的特征
可以看出，以上这些趋势的核心是制造和高技术的走向融合集成。制造技术和高技术高度结合，密不可分，正是未来产业技术进步的理想模式，而其鲜明的特征则是：
① 由带动、并行迈向融合、集成
在制造业发展的历史上，多数时间是先有技术突破，再有制造技术发明和相应设备的诞生。也就是新技术和制造方法和工具之间是带动或推动的关系；随着时代的前进，这样的关系已逐渐进展到并行和同步，新技术和新制造之间的相辅相成、互为因果的关系代表着巨大的进步；而未来发展的需要则是新技术和新的制造能力必须形成一种融为一体的集成能力，相互交融，密不可分。这样的融合关系，在近年来攻克300mm硅晶片集成电路时已初显雏形：新技术和新装备同存在，没有新装备也就没有新技术。
② 技术与装备的集成创新
在多年来的机械制造业发展中，存在着制造者和使用者的不同思考角度和立场，形成了争论不断的矛盾对。而在未来的高技术研究开发中，唯一可能奏效的方式只能是协同和合作的架构，只有集成创新，把"做什么"和"怎么做"相结合，使制造者和使用者协同统一，技术和装备集成，才是唯一可行的方法。国外电子工业生产商和装备提供商的特殊关系取得成功的实例对此作出了充分的证明。
③ 创意和制造的统一
创意和制造的统一，也就是作到"想到的就能做成"，是制造技术的最高境界，这也是未来制造业真正融入人类生产活动的理想目标，这样的集成才是制造技术作为高技术不可缺少的组成部分的终极体现。
未来的制造应当与创意充分融合，形成一种制造技术确保创意、制造技术促进创意，而不是拖创意后腿的高水平的集成创新局面。这也将形成一个建立在以产品技术与过程技术集成、目标与方法工具统一、创意和制造相辅相成的新型理念基础上的崭新的制造观，并由此逐步树立"制造"、"制造技术"和"高制造技术"的全新未来形象。
五、关于制造业发展的两个战略目标
1．关于制造业的技术升级
* 通过实施制造业的信息化以及与高技术的有机结合，用高技术改造、提升制造业，实现制造业的技术升级。
* 其生产的产品技术含量高、使用性能好、附加价值大且有可持续发展能力，从而加快发展步伐，力争消灭差距，20年后使我国的一般类制造技术与世界先进国家处于同一水平之上。
* 这一战略目标的确立，将使机械制造业的产品和服务更加符合实现新型工业化、建设小康社会的需要。
2．关于制造业的高技术化
* 其内涵是使机械制造业为高技术的发展和高技术的产业化提供必不可少的装备和支撑，也就是说不仅要掌握高制造技术，还要生产高技术装备。
* 由此使机械制造业本身融入到高技术行列之中，成为高技术发展中的有机组成部分。
* 这一战略目标的确立，将决定我国机械制造业20年后的新面貌、新内涵、新定位、新空间，从而推动制造业实现跨越式的新发展。 |
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发表于 2006-10-27 14:46:48
