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对未来制造技术发展的展望与畅想

老师您好，很高兴能以一名西安交通大学机械工程学院大一新生的身份来谈一谈自己对

未来制造技术发展的展望和畅想。对于我们这个专业，我想我们毕业以后也会进入机械制造

的大军中，所以我们应该对于机械制造行业有一个清晰的认识，才能适应社会的发展和时代

的进步。

制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产

总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国

家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。

专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术

的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有

率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境

的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重

视对先进制造技术的研究。克林顿上台后，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。美

国在机械工业、汽车工业、航空工业及信息产业等方面取得了明显的进展，使美国的经济连

续8年取得了2-3%的增长率，而且还同时保持低通胀率和低失业率。而就在不久前，美国

总统奥巴马在公众演讲中谈及振兴经济时，反复提到制造业是美国的未来。

下面是我对未来机械制造技术的展望和畅想：

一．以微见著——精密化

毫无疑问，我们的生活越来越离不开精密化器件，就拿最平常的电脑芯片即我们通常所

说的CPU来说，Intel和AMD公司几乎垄断了全球市场，而我们中国在电脑芯片方面却是我

们的短板，尽管我国拥有的电脑和智能手机数量高居世界前列，但是关键技术却卡在别人手

里。究其原因，我们无法生产出纳米级的芯片，中国也曾尝试将电脑芯片国产化，但是从经

济成本和技术层面上来说，我们耗费了大量的人力物力和财力才研究出了一个在美国早已淘

汰的龙芯芯片，并且还无法做到工业化生产。本质上来所我们是在进步，但任重而道远。

右图是Intel公司近几年的精密化发展路线，

到2015年其CPU将步入5nm级别。这将极大

的促进计算机等设备的微型化，并且随着设备

的微型化，散热功率会大大降低，从而能较大

程度的降低功耗。

我们在来谈一谈纳米制造技术，右图想必大家都很熟悉，碳

纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，

在1991年1月由日本物理学家饭岛澄男发现。碳纳米管主要

由呈六边形排列的碳原子组成的数层到数十层的同轴圆管构

成。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～

20nm。碳纳米管具有许多特殊力学、电学和化学性能。在辅

助科学实验、制造复合材料等方面应用广泛。而纳米制造科

学技术是人类对自然的认识和改造从宏观领域进入微观领域

在21世纪最重要的前沿科学技术之一。它泛指纳米级尺度的材料制备、零件及系统的设计、

加工制造、测量和控制的相关科学和技术。纳米制造科学技术研究涉及材料科学、信息科学、

物理科学、光学、生物学和制造科学等。它不仅导致制造科学向微观领域扩展，而且对我国

未来的科技、经济和国防事业的强大具有战略意义。

纳米制造的主要研究内容有：纳米级精度和表面的测量仪器（如可用于加工、测量的扫描隧

道显微镜、显微测量激光干涉仪等）；纳米级表层物理、化学和机械性能的检测；纳米级表

面的加工（金刚石刀具超精密切削、镜面磨削、高能束加工：原子和分子的去除、搬迁和重

组的扫描隧道显微加工）等

二．以综见著——自动化

自动化是我们机械工程综合化的核心

和目标，随着人力资本的逐渐提高，机械

制造的综合化迫在眉睫。

自动化及机械自动化概述自动化的概

念是一个动态发展过程。过去，人们对自

动化的理解或者说自动化的功能目标是

以机械的动作代替人力操作，自动地完成

特定的作业。这实质上是自动化代替人的

体力劳动的观点。后来随着电子和信息技

术的发展，特别是随着计算机的出现和广

泛应用，自动化的概念已扩展为用机器

(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且

还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。一般而言，自动化的广义内涵至少包括

以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助

人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面，自

动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标

是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，

而是涉及产品生命周期所有过程。可以说自动化是一个动态概念，有