先进制造技术 第2讲

二十一世纪制造科学与技术发展趋势内容一.制造科学与技术研究的重要性二.制造科学与技术的发展趋势三.纳米制造的迫切性一. 制造科学与技术研究的重要性 美国的教训1. 1. 上个世纪上个世纪上个世纪707070年代年代年代,,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““夕阳工业夕阳工业””,结果导致美国结果导致美国808080年代的经济衰退年代的经济衰退年代的经济衰退。

2. 802. 80年代后期年代后期年代后期，，美国的一些国会议员美国的一些国会议员、、政府要员纷纷要求政府出面政府要员纷纷要求政府出面，，协调和支持制造产业的发展协调和支持制造产业的发展，，19911991年年，布什政府期间布什政府期间，，美国白宫科学技术政策办公室发表了总数为学技术政策办公室发表了总数为222222项的美国国家关键技术项的美国国家关键技术项的美国国家关键技术，，其中制造技术占造技术占44项，标志着美国科技政策的转变标志着美国科技政策的转变。

3. 3. 克林顿上台后克林顿上台后克林顿上台后，，对制造业大力支持对制造业大力支持，，他把先进制造技术列为六大国防关键技术之首防关键技术之首。

结果美国在机械工业结果美国在机械工业、、汽车工业汽车工业、、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展息产业等方面取得了明显的进展，，使美国的经济连续使美国的经济连续88年取得了年取得了22-3%的增长率的增长率，，而且还同时保持低通胀率和低失业率而且还同时保持低通胀率和低失业率。

这就是克林顿虽发生丑闻而未被弹劾的主要原因发生丑闻而未被弹劾的主要原因。

日本的经验1. 1. 在上个世纪在上个世纪在上个世纪707070--8080年代年代年代，，日本非常重视制造业日本非常重视制造业，，特别大抓了汽车制造和微电子制造造和微电子制造，，结果日本的汽车和家用电器占领了全世界的市场，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键元件日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件日本的微电子芯片成为美国高技术产品的关键元件。

19911991年海湾战年海湾战争结束后争结束后，，日本人说美国赢得这场战争是依靠的日本的芯片日本人说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””。

东南亚经济危机的启示1. 19981. 1998年爆发的动南亚经济危机年爆发的动南亚经济危机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制造业的重要。

一个国家一个国家，，如果把经济的基础放在股票如果把经济的基础放在股票、、旅游旅游、、金融、房地产房地产、、服务业上服务业上，，而无自己的制造业而无自己的制造业，，这个国家的经济就容易形成泡沫经济易形成泡沫经济，，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. 新加坡新加坡新加坡、、台湾都有自己的制造业台湾都有自己的制造业，，因此受经济危机的影响小一些因此受经济危机的影响小一些。

瑞士依靠什么使人均产值居世界第一瑞士依靠什么使人均产值居世界第一？？1. 1. 瑞士是一个仅瑞士是一个仅瑞士是一个仅700700700万人口的小国万人口的小国万人口的小国，，但瑞士的制造业十分发达但瑞士的制造业十分发达，，瑞士的精密机械产品的出口量是我国的精密机械产品的出口量是我国的88倍，瑞士的手表世界第一瑞士的手表世界第一，，连小小的军刀的军刀，，也风靡全世界也风靡全世界。

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现在瑞士的年人均国民生产总值达到4.34.34.3万美元以上万美元以上万美元以上,,居世界第一居世界第一。

20012001年中国工程院的调查结论年中国工程院的调查结论年中国工程院的调查结论::1. 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中国制造业占国民生产总值的1/3 1/32. 2. 占整个工业生产的占整个工业生产的占整个工业生产的4/54/53. 3. 为国家财政提供为国家财政提供为国家财政提供1/31/31/3以上的收入以上的收入4. 4. 贡献出口总额的贡献出口总额的贡献出口总额的90%90%5. 5. 就业人员就业人员就业人员804380438043万万制造业处于国家工业的中心地位 国民经济持续发展的基础现代化建设的发动机和动力源 在国际竞争中取胜的法宝技术进步的主要舞台提高人均收入的财源国防装备和国家安全的重要保障发展现代文明的物质基础制造科学与技术的四大发展趋势. 制造科学与技术的四大发展趋势二.1. 绿色制造是制造科技的发展方向2. 与高新技术相互融合与高新技术相互融合，，制造技术发展日新月异3. 信息技术大大促进和提升了制造技术水平4. 极端条件下制造是制造技术发展的重要领域1. 1. 绿色制造是制造科技的发展方向绿色制造是制造科技的发展方向随着社会的发展随着社会的发展，，机电产品制造业成为最大的资源使用者资源使用者，，也是最大的环境污染源也是最大的环境污染源。

据统计据统计，，全世界制造业每年约产生世界制造业每年约产生555555亿吨无害废物和亿吨无害废物和亿吨无害废物和77亿吨有害废物废物，，占全球污染物总量的占全球污染物总量的70%70%70%以上以上以上。

全世界全世界199619961996年年有24002400万辆汽车报废万辆汽车报废万辆汽车报废，，20002000年有年有年有200020002000万台计算机被万台计算机被淘汰淘汰。

我国在我国在200320032003年达到报废标准的汽车超过年达到报废标准的汽车超过年达到报废标准的汽车超过140140140万万辆，家用电器家用电器200020002000余万台余万台余万台。

.产品更新换代加快资源短缺问题突出68年177177年年26年22年年限46年278年92年78年中国机电产品报废量(2003年)铁铝铜锌全球重要金属可采年限(2000年)镍铬锰钨140万辆1500万台500万台数量汽车家电电脑面对日趋严峻的资源和环境约束面对日趋严峻的资源和环境约束，，世界各国都在制订可持续发展规划制订可持续发展规划。

德国制订了德国制订了《《产品回收法规产品回收法规》》，日本等国提出了减少减少、、再利用及再循环再利用及再循环（（Reduce ，Reuse ，Recycle ）的战略的战略，，美国提出了“再制造”及“无废弃物制造”（Waste-Free Process ）的新理念。

欧盟将颁布“汽车材料回收”法规法规，，从2005年起年起，，要求新生产的汽车材料的85%能再利用能再利用。

美军是再制造的最大受益者是再制造的最大受益者。

通过再制造通过再制造,,不但节约了装备制造费用约了装备制造费用,,而且延长了装备寿命而且延长了装备寿命，，提高了装备的维修能力的维修能力。

B -5252轰炸机是美国于轰炸机是美国于轰炸机是美国于196119611961--19621962年定型生产的年定型生产的年定型生产的，，19801980年年、19961996年两次进行再制造改造年两次进行再制造改造年两次进行再制造改造，，改造后的性能得到大幅度提高得到大幅度提高，，预计服役年限可到预计服役年限可到203020302030年年。

2. 2. 与高新技术相互融合与高新技术相互融合与高新技术相互融合，，制造技术发展日新月异科学技术特别是生物科学技术特别是生物、、纳米纳米、、新能源和新材料等高技术的迅猛发展材料等高技术的迅猛发展，，对制造科技带来了深刻的变化来了深刻的变化。

制造业是高技术的重要载体制造业是高技术的重要载体；；高技术又为制造业前瞻性发展提供了技术支持制造业前瞻性发展提供了技术支持。

（1）生物制造汽车的轻量化及精密化美国要求汽车工业到2003年油耗降为每100公里3立升；降低10%汽车重量提高热效率7%及降低污染10%； 美国新一代汽车研究计划的目标是要求车身、车架减轻重量50%，而动力系统减轻重量10%航空、航天及军事装备的轻量化及精密化美国部队有运载车250000辆，拖车110000辆。

和平时期：每加仑油10美元战争年代：每加仑油100-400美元3.信息技术促进和3. 信息技术促进和提升制造技术水平信息技术与制造技术相融合，将进一步给设计与制造技术带来深刻的，甚至是革命性的变化。

更好、更快、更省、更可靠地制造出创新产品。

根据美国科学研究工程技术委员会的测算根据美国科学研究工程技术委员会的测算：：模拟仿真可提高产品质量5~15倍增加材料利用率25%降低工程技术成本13%~30%降低人工成本5%~20%增加投入设备的利用率30%~60%缩短产品设计和试制周期30%~60% 增加分析问题广度和深度的能力3~3.5倍等计算机模拟仿真研究的目标计算机模拟仿真研究的目标：：多尺度、多学科、多功能、高精度及高效率4. 极端制造是制造技术 发展的重要领域制造空天飞行器、超常规动力装备、超 大型冶金和石油化工装备等极大尺寸和极强 功能的重大装备；制造微纳电子器件、微纳 光机电系统等极小尺度和极高精度的产品。

（1）极小尺度微纳制造（2）极大尺寸高性能构件强能场制造精度（回弹）：1% 残余应力：0.01σ 晶粒度：30~50μm 各向同性：0.1%零件变形抗力：16万吨（3）极高精度磁存储密度： 磁存储密度： 磁存储密度： 磁存储密度：60 500-1000Gb/in22 60 500-1000Gb/in集成电路线宽： 集成电路线宽： 集成电路线宽：90 90 50nm 50nm粗糙度 < 0.5 Å 粗糙度 < 0.5 Å 波纹度 < 1 Å 波纹度 < 1 Å 飞行高度 < 4 nm 飞行高度 < 4 nm 速度梯度 > 1010/s 速度梯度 > 1010/s制造难点： 制造难点：原子级平整表面制造 特殊功能表面制备 纳米－微米形状加工（4）大型构件的精密制造（5）高速、高精密制造芯片上引线数目的增加趋势—近期Low cost Hand held Cost performance High performance Harsh Memory 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 290 313 338 365 395 426 460 368 397 429 464 501 541 584 740 821 912 1012 1123 1247 1384 1600 1792 2007 2248 2518 2820 3158 240 259 280 302 327 353 381 128 128 128 144 144 160 160芯片上引线数目的增加趋势—远期Low cost Hand held Cost performance High performance Harsh Memory 2008 160-580 256-736 740-1893 4437 40-480 48-182 2011 201-730 322-927 932-2589 6234 40-604 48-200 2014 254-920 406-1167 1174-3591 8758 40-761 48-2205. 我国中长期规划目标网络化、协同化、 网络化、协同化、开放式复杂机电产品创新设计 理论与技术 重大工程中的特大型及关键零件的制造技术与科学 精密及超精密制造技术与智能化装备 基于模拟仿真的信息化、 基于模拟仿真的信息化、数字化制造技术与科学 亚微米到纳米级的微细制造技术与科学 生物制造技术与科学 绿色制造技术与科学（将渗透在以上科技内容中） 绿色制造技术与科学（将渗透在以上科技内容中） 废旧产品再制造理论和关键技术纳米技术简介什么是纳米技术？ 1. 什么是纳米技术？纳米是什么？ 纳米是什么？ 1nm=10-3um 1nm=10-9m 纳米是个长度单位。