机械制造技术的发展及高技术化(上)
http://www.weld21.com 2005-03-23 08:55 


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、微谐振鳌⑽⒎А⑽⒈煤臀⑿臀新址⒍取EMS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。



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