先进制造技术及其发展趋势

HuazhongUniv.ofSci.&Tech.1先进制造技术及其发展趋势华中科技大学杨叔子2007年8月HuazhongUniv.ofSci.&Tech.2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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.3一、科技发展的世纪回眸与当前趋势HuazhongUniv.ofSci.&Tech.4（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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.5B.关键成就一个技术：计算机技术二个理论：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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.6（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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.7胡锦涛2006年1月9日讲话1.把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位置；2.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;3.把生物技术作为未来高技术产业迎头赶上的重点；4.加快发展空间和海洋科技；5.加强基础科学和前沿技术研究；6.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。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.8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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.9二、制造的战略地位HuazhongUniv.ofSci.&Tech.10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”。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.11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。HuazhongUniv.ofSci.&Tech.12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）HuazhongUniv.ofSci.&Tech.13制造业是全面建设小康社会第一位的支柱产业2001年制造业占中国社会经济活动门类的比例大类的33%中类的46%小类的64%全部就业人数的11.1%工业就业人数的90.5%2001年制造业就业人数所占的比例工业税收的78.93%总税收的28.74%2001年全国制造业的税收05101520平均GDP增长工业增长制造业增长平均GDP增长率工业增加值年均增长率制造业增加值年均增长率7.8%11.9%17.6%1953至1998年战略地位（3）HuazhongUniv.ofSci.&Tech.14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。”——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）HuazhongUniv.ofSci.&Tech.15宇航生物工程微电子光电子信息技术核技术空间技术制造业是国家高新技术产业的基础和载体制造业战略地位（5）电子设备IC成本：军舰22%，战车24%，飞机33%，导弹45%，航天器66%HuazhongUniv.ofSci.&Tech.16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：①东芝事件(1982.12～1983.6)②《考克斯报告》(90年代)③《控制高技术机床出口》(2000)战略地位（6）HuazhongUniv.ofSci.&Tech.17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）HuazhongUniv.ofSci.&Tech.18三、制造的发展简史HuazhongUniv.ofSci.&Tech.19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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.20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………HuazhongUniv.ofSci.&Tech.21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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.22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265-420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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.23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，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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.24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…,…,…,…,HuazhongUniv.ofSci.&Tech.25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扰材料能量信息HuazhongUniv.ofSci.&Tech.26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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.27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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.28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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.29四、制造的发展现状HuazhongUniv.ofSci.&Tech.30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、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）HuazhongUniv.ofSci.&Tech.31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国别/地区科技计划美国先进制造技术计划关键技术(制造)计划敏捷制造使能技术计划日本智能制造技术国际合作计划欧共体尤里卡计划信息技术研究发展战略计划德国制造2000年计划韩国高级先进技术国家计划(G-7)HuazhongUniv.ofSci.&Tech.32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乏，企业的核心竞争力不足，制造科学基础研究相对薄弱HuazhongUniv.ofSci.&Tech.33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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.34(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)军工配套关键材料及工程化《纲要》：三、重点领域及其优先主题HuazhongUniv.ofSci.&Tech.35《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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.36《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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.37五、制造的发展趋势HuazhongUniv.ofSci.&Tech.38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HuazhongUniv.ofSci.&Tech.39