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机械制造概述——从传统加工到智能制造一、20世纪影响人类的重大发明二、中国古代科技史三、制造业的战略地位四、工业4.0与智能制造一、20世纪影响人类的重大发明蒸汽机：推动了整个工业革命的发展电话：掀开人类通讯史的新篇章“沃森先

生，请立即过来，我需要帮助！”这是1876年3月10日电话发明人亚历山大·贝尔通过电话成功传出的第一句话，电话从此诞生了，人类通讯史从此掀开了一个全新的篇章。人类进行无线通讯的梦想则是1973年在美国纽约实现的。当时，这台世界上第一个实用手机体积大，重

达1.9公斤，是名副其实的“大哥大”。汽车：载着时代向前奔驶卡尔·奔驰就是现今德国大名鼎鼎的“奔驰”汽车公司的第一代祖宗，戴姆勒--奔驰汽车公司的创始人之一。1878年他34岁时，首次研制成功了一台二冲程煤气发动机。1883年开始创建“奔驰公司和莱茵煤气发动机厂”。1885年10月，奔驰设计制造了

一辆装汽油机的三轮汽车。奔驰最早制造的这辆车，由于性能不过关，经常熄火抛锚。但奔驰并没有因此而丧气。1886年1月29日，奔驰取得了专利权。此后这辆车终于以全新的面貌行驶在曼海姆城的大街上。因此德国人把1886年

称作汽车的诞生年。飞机：实现了人类飞向天空的梦想1903年12月17日莱特兄弟驾驶他们制造的飞行器员进行首次持续的、动力的、可操纵的飞行世界上第一架使用型直升机mini500参考价格：19万座位：1座航程：361KM速度：120KM/

H飞行高度：3050MTango飞机参考价格：20万座位：2座航程：2317KM速度：338KM/H飞行高度：7315.2MRV-7参考价格：26万座位：2座航程：1239KM速度：351KM/H飞行高度：6900MHelicycle直升机参考价格：25.7万座位：1座航程：

257KM速度：153KM/H飞行高度：3353M电视：人类自己创造的“魔鬼”1946年美国第一次播出黑白电视。图为50年代电视节目录制现场1906年德国制造的第一台电子电视图像接受机。中国第一台电视机在1958年3月17日诞生。当时的天津通

信广播电视厂利用国产电子管加上苏联的元器件生产出了第一台北京牌14英寸黑白电视机。12年后，天津通信广播电视厂又制造出了中国的第一台彩色电视机，时间是1970年12月26日航天飞行1961年4月12日

，东方1号宇宙飞船载着他围绕地球完成了一次完整的轨道飞行。在这次长达108分钟的旅行中，他飞越了40,000千米，尤里·阿列克谢耶维奇·加加林人类首次登上月球(1969年7月21日)美国宇航员2003年10月15日,神舟五号在是我国第一个载人航天飞船.宇航员是杨利伟核技术在德国已经投降，日本的覆

灭就在眼前之际，美国政府出于战后称霸世界的政治需要，不顾许多善良的参加研制的科学家的强烈反对，在1945年8月6日和9日先后将一颗铀弹和一颗钚弹分别投到广岛和长崎，这两颗原子弹共有35000tTNT的爆炸力。伤亡总数约20万人，死亡约10万人。广岛和长崎的惨剧使许多人直

到今天仍然是一提起核能就联想到毁灭和伤亡。1945年，美国原子弹在日本广岛爆炸后的蘑菇云日本广岛和平纪念公园广岛市24.5万人中的20万人死伤，整个城市化为废墟。长崎市23万人口中的10万余人当日伤亡和失踪，城市60％的建筑物被毁。电脑：人类未来的希望1946年，美国物理学家

莫奇利任总设计师，研制成功世界上第一台电子管计算机ENIAC(图中左为莫奇利）第一台电子管计算机（ENIAC)占地170平方米，重30吨，有1.8万个电子管，用十进制计算，每秒运算5000次天河二号由中国国防科学技术大学研制的超级计算机

系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。互联网——对人类社会所产生的巨大影响之一，让人欢喜让人忧计算机网络实现的发展速度异常迅猛，全球网络化时代

已经到来➢互联网诞生于1969年10月29日22点30分美国斯坦福研究院（SRI）➢1994年，中国正式接入互联网蒂姆·伯纳斯·李爵士（1955年出生于英国）是万维网的发明者、互联网之父、英王功绩勋章获得者、不列颠帝国勋章获得者、英国皇家学会会员、英国皇家工程师学会会员、

美国国家科学院院士。1989年3月他正式提出万维网的设想；1990年12月25日开发出了世界上第一个网页浏览器。他是关注万维网发展的万维网联盟的创始人。器官移植大约在公元前600年，古印度的外科医师就用从病人本人手臂上取下的皮肤来重整鼻子刚刚做完心脏移植手术的一个婴儿被医生放

入特别护理箱内1984年美国医生将一颗狒狒的心脏移植到了出生两周的女婴体内试管婴儿第一个试管婴儿于1978年7月25日23时47分在英国的奥尔德姆市医院诞生，她的名字叫路易丝.布朗机器人二、中国古代著名科技发明2000年前青铜利剑惊世骇俗1994年在秦始皇兵马俑二号坑内又发现了

一批青铜剑，长度为86公分，剑身上共有8个棱面。考古学家用游标卡尺测量，发现这8个棱面误差不足一根头发丝，已经出土的19把青铜剑，剑剑如此。这批青铜剑结构致密，剑身表面都进行了精细的锉磨、抛光，故极为平整光亮。刃部中磨纹细腻，纹理来去无交

错，它们在黄土下沉睡了2200多年，出土时依然光亮如新，锋利无比。经试验，一次尚能划透18层纸。古剑埋了两千多年为什么没有生锈，依然锋利无比呢？经过进一步的研究发现，剑的表面有一层10微米厚的铬盐化合物。这一

发现立刻轰动了世界，因为这种"铬盐氧化"处理方法，是近代才出现的先进工艺，德国在1937年，美国在1950先后发明，并申请了专利。事实上，早在2000年前的春秋战国时期，中国人就已掌握了这一先进的工艺。越王句践自用剑秦代的高超“形态记忆合金”

术在清理秦始皇兵马俑一号坑的第11过洞时，考古工作者发现了一把"记忆合金剑"。这把青铜剑被一尊重达150公斤的陶俑压弯了,其弯曲程度超过了45度，当人们移开陶俑之后，令人惊诧的奇迹出现了：那又窄又薄的青铜剑，竟在一瞬间反弹平直，自然恢复。当代冶金学家梦想

的"形态记忆合金"，竟然出现在2200多年前的秦代俑坑里。卡尺王莽(公元前45-公元23)时期的卡尺，和我们现在用的相差无几5300年前的人类玉器上打孔的钻头仅有0.07毫米考古专家在安徽含山县铜闸镇凌家滩、距今约5300年前的新石器时代人

类生活的遗址发掘出土一整批的玉器。凌家滩出土的玉人（身高7.7厘米、肩宽2.1厘米、厚0.8厘米）双臂各带6个玉环，腰间饰三斜条纹的腰带，玉人背后有一隧孔，这个隧孔的制作是经过7道工序才钻出来的。隧孔打法十分科学，它先是在两端打出直径0.07毫米的竖孔作定位，然后再斜钻贯通。

这种钻法常见于现代人过江隧道的设计和施工，而五千多年的凌家滩先民就已习用，古人的智慧完全超出了我们的想像。公元二世纪的汉代熨斗现代电熨斗是美国人在十九世纪末发明。早在公元二世纪的汉代中国人就已开始使用熨斗了。"金

斗"则是采用鎏金工艺精制的熨斗，那不是一般的民间用品。鎏金[1]是将金和水银合成金汞剂，涂在铜器表面，然后加热使水银蒸发，金就附着在器面不脱高精密度的现代车床机械装置的运用凌家滩出土的一枚指甲盖大小的玉喇叭，高1.3厘米，口径1.7厘米，口壁厚0.09厘米，底径0.9厘米，底厚0.1厘米。底部中心

有一单面钻孔，壁有砣切磨痕。喇叭壁薄如纸。现在，它被裹在棉花里，没人敢去称它的重量，怕弄碎了这无价之宝先人高超的技艺令人震撼，一些玉器的硬度达到7度(最高8度)，孔壁上摩擦痕迹规整、平行，这必须得由钻头高速旋转，而且有琢玉砂均

匀附着才可能形成。它们充分说明当时的切琢工具非常锐利，同时也拥有高速旋转的传动机械，就像我们今天所使用的高精密度的车床等一类机械装置。否则，绝达不到这样的效果。玉双连壁安徽含山县铜闸镇凌家滩出土，外径11.2厘米，内径2.9厘米，厚0.5厘米。从两

环之间孔壁观察，应是先打孔然后穿线切割，外环边有四个对称的小孔木牛流马木牛流马，为三国时期蜀汉丞相诸葛亮发明的运输工具，分为木牛与流马。史载建兴九年至十二年（231年－234年）诸葛亮在北伐时所使用，其载重量为“一岁粮”，大约四百斤以上，每日行程为“特行者数十里，群行三十里”，为

蜀国十万大军提供粮食。世界八大奇迹之一:秦代兵马俑兵马俑坑内出土的青铜兵器有剑、矛、戟、弯刀以及大量的弩机、箭头等。据化验数据表明，这些铜锡合金兵器经过铬化处理，虽然埋在土里两千多年，依然刀锋锐利，闪闪发光，表明当时已经有了很高的冶金技术，可以视为世界冶金史上的奇迹。中国古代

四大技术发明—造纸术公元105年，东汉的蔡伦革新了造纸技术，制成了一批“良纸”，人称“蔡侯纸”。造纸术是在我国古代劳动人民漂絮和沤麻的经验中逐步总结出来的。蔡伦在造纸术发明中的主要贡献有三：一是扩大了造纸原料来源，除用破布、旧鱼网等外，还采用了树皮；二是改进了造纸工

艺，除淘洗、碎切、泡沤原料外，还可能用石灰进行了碱液烹煮；三是使造纸业从纺织业中分化出来，成为一个独立的手工业部门。蔡伦造纸术的发明，为人类的文化传播、思想交流、科学发展提供了不可缺少的物质手段。中国古代四大技术发明

—印刷术在活字印刷术发明以前，最原始的印刷方法是把纸铺在石碑上打贴、涂墨的墨拓法，约发明于公元4世纪左右。到6世纪初的隋、唐之际，出现了真正的印刷术——雕版印刷术，比手工抄写是一个巨大的进步。现存世界上第一部标有年代的雕版印刷品，是在敦煌莫高窟发现的《金刚经》，刻印于唐咸通九年（即公元86

8年），现存英国伦敦博物院图书馆。而欧洲到14世纪才有刻板印刷。随着社会的发展和印刷量的增大，雕版印刷也适应不了社会的需求。此时，活字印刷应运而生。据沈括的《梦溪笔谈》记载，公元1041～1048年间，毕升用胶泥刻成单字，用火

烧成活字，再拼版印刷。后来，元代王桢又创制了木活字，还发明了转轮排字架，提高了排字效率。中国古代四大技术发明—火药早在春秋战国时代，人们就逐渐知道了硫磺、硝石和木炭的性质及其制备方法。到八、九世纪左右，炼丹家已经知道将硫磺、雄黄、硝石与炭混合在一起加热会发生爆炸。唐代孙思邈最早记录了黑色火药的配方

，当时硫和硝的比例是1:1。北宋曾公亮主编的《武经总要》中，最早采用了“火药“这一名称，并记载了当时的三种火药配方，明确了火药的主要配方是硝、硫、炭。这时硝和硫的比例为2:1，硝增加一倍。随着火药的发明，出现了一系列的火药武器，目前已经发现的世界上最古老的铜炮，就是我国

元代至顺三年（1332年）造的铜火铳。中国古代四大技术发明——指南针我国早在战国时期就发现了磁石具有吸引铁和指示方向的性能，并用天然磁石制成指示方向的勺形仪器——“司南勺”。东汉张衡在《东京赋》中第一次将司南改称指南。北宋曾公亮主编的《武经总要》中，记述了一种指南鱼的制作方法：用

薄铁叶裁成鱼形，烧红后靠地磁场使其磁化，在行军中需要时，把它浮在水面上，铁叶鱼就能指南。这种指南鱼磁性太弱，实用价值不大。后来，沈括在《梦溪笔谈》中记载了指南针的制造和装置方法。指南针司南和地盘复原模型中国古代罗盘中国古代罗盘中国古建筑——太和殿选好的

泥土要露天放置整整一年，去其〝土性〞。然后浸水将粘土泡开，让数只牛反覆踩踏练泥，以去除泥团中的气泡，最终炼成稠密的泥团。再经过反覆摔打后，将泥团装入模具，平板盖面，两人在板上踩，直到踩实为止。然后阴干砖坯，要阴干7个月以上，才能入窑烧制。烧制时，先用糠草熏1

个月，去其潮气，接着劈柴烧1个月，再用整柴烧1个月，最后用松枝烧40天，才能出窑。为皇家烧砖更是严上加严，每一块砖的尺寸也是有严格把控，一共有三种规格，分别为二尺二、二尺、一尺七。年代科技发明（件）中国世界其他国件百分比件百分比公元1—400年452862%1

738%公元401—1000年453271%1329%公元1001—1500年673857%2943%公元1501—1840年472194%45396%科技发展的启示——中国古代科技发明在世界地位的变化明清以前：中国科技

长期领先世界；明清时期：西方科技领先，中国科技落后三、制造业的战略地位制造是人类文明的物质支柱之一人猿相揖别，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

”。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》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，上疆场，彼此弯弓月，流遍了，郊原血。地球已

经存在46亿年人类究竟起源于何方？它的历史究竟有多长？他的祖先在哪里？经历过什么发展到今天？运动方式：半直立行走直立行走劳动方面：不会使用工具使用天然工具制造和使用简单工具制造和使用复杂工具（在劳动中产生语言）

人类起源和发展过程中，在哪些方面逐渐发生了变化？(1)南方古猿.(2)能人阶段。距今200万～175万年前。(3)直立人阶段。距今200万～20万年以前(4)智人阶段。距今20万～1万年前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%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)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四、工业4.0与智能制造5就是第四次工业革命，是未来制造业的一个笼统称谓，体现了技术革命的阶段性趋势。德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工业4.0，主要是发挥德国在制造技术和制造装备的传统优势，将

制造业和互联网等技术融合，形成工业互联网，以保持德国在世界领先地位。1、工业4.0的概念18世纪末20世纪初70年代初至今第一次工业革命机械化生产蒸汽驱动第二次工业革命批量流水线生产电力驱动第三次工业革命高自动化柔性生产计算机信息技术驱动第四次工业革命智能化工厂智能装备及

信息通信蒸汽机普通机床数控机床智能机床加工装备+电动机=电气化机床+电脑=按编程操作适应能力低数控机床+智能控制=工艺优化提升30%-3倍-50-工业1.0：机械化工业2.0：电气化工业3.0：数字化工业4.0：智能化工业1.0工业2.0工业3.0工业4.0工

业4.0具有三大技术特征：高度自动化、高度信息化和高度网络化工业革命以来，专业化管理（科学管理）已经深入人心，《看得见的手》深入说明了这个道理网络化主要是工业4.0时代的特征商业模式革命的本质是价值创造体系的重构，工业4.0时代的模式有比较大的创新空间高度网络化工业4.0•（CP

S为核心技术）自动化主要是工业2.0时代的特征高度自动化高度信息化信息化主要是工业3.0时代的特征11中国：完备的制造业+互联网的创新（互联网+制造）提出：中国制造20252015年03月06日智能制造作为国家战略是“十三五”规划重点内容李克强总理在今年的《政府工作报告》中提出，要实施

“中国制造2025”，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。《中国制造2025》强调了信息技术和制造技术的深度融合是新一轮产业竞争的制高点，而智能制造则是抢占这一制高点的主攻方向。2、中国制造2025SS在1850年左右，中国丢掉了制

造业第一大国的位置，经历了150年，大约在2010年的时候，中国再次成为制造大国，其中有一个原因是西方国家的去工业化浪潮。13中国的崛起-55-“中国制造”亟待技术跨越产品质量有待提高✓在产业链的下游：核心技术亟待加强✓与欧美产品相比：质量存在明显差距-56-从价格

优势到技术优势转变✓成本上升（人力、土地、能源）✓用工荒（技术工人不足）✓国家出口退税政策变化国内：✓周边国家新制造工厂的兴起–越南–印度国外：“中国制造”亟待技术跨越《中国制造2025》计划用10年时间进入全球制造业的第二方阵SS中国工业和信息化部部长苗圩表示，中国计划用30年时间，通过“三步走

”的战略，实现从制造业大国向制造业强国的转变。143、智能制造的内涵和特征所谓智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是指由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析

、推理、判断、构思和决策等，通过人与人、人与机器、机器与机器之间的协同，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。智能制造使得企业的竞争要素发生根本性的变化，由之前的材料、能源两种资源为核心转变为材料、能源和信息三种资源为核心的竞争，从而产生了两种生产力，即以传统的材料

和能源为代表的工业生产力和以信息为代表的信息生产力，这三种资源、两种生产力合在一起，形成未来企业竞争的核心。智能制造是机械化、自动化和信息化应用到成熟阶段的必然产物。智能制造技术组成智能制造装备信息获取，控制，执行，

加工，成形，物流……智能制造系统智能生产线，智能车间，数字化工厂……智能制造服务生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网……◆感知与测控网络◆机器学习与制造知识发现◆面向制造的综合推理◆图形化建模与仿真◆智能全息人机交互➢工况感知与智能识别➢性能预测与智能维护➢智能规划与智能编程➢智能

数控与伺服驱动➢系统建模与自行组织➢智能制造执行系统➢智能企业管控➢智能供应链管理➢流程智能控制➢服务感知与控制的互联➢工业产品智能服务➢服务过程的智能运控➢制造物联网与物流智能服务➢制造与服务的集成共享和协同智能制造技术智能制造装备智能制造

系统智能制造服务数控机床智能化工程机械激光加工系统自动化生产线智能制造装备工业机器人可重构生产系统工业自动化控制系统……智能制造产品智能制造装备智能制造装备包括传感、控制、驱动等三大核心技术，如工业机器人、智能数控系统等。综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高

速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。➢专用型➢封闭式➢开环控制模式◆通用型◆开放式实时动态◆全闭环控制模式闭环智能加工系统性能评价性能数据误差模

型零件误差补偿加工过程中传感器数据加工过程间的检验数据加工完毕后的检验数据关键支撑技术——智能机床智能制造系统数字化企业数字化工厂数字化车间自动化智能化生产线数控机床工业机器人远程监测监控系统物料运送

仓储设备智能工艺装备3D打印系统机器视觉激光加工系统控制系统伺服系统执行系统传感系统光电器件电子标签激光器智能制造系统是先进制造技术、信息技术和智能技术在装备产品上的集成和融合，体现了制造业的智能化、数字化和网络化。智慧城市核

心理念感知化物联化智能化智能消防城市智能化智能安防智能楼宇智能交通智能医疗智能食品智能电网智能城市规划智能应急系统智能水资源……智能制造服务（案例：智慧城市）网络层通信网互联网物联网平台层IT能力CT能力城市数据中心手机PC摄像头RFID

传感器网络视频电话internet呼叫中心无线网关云计算感知层应急指挥应用层数字城管平安城市政府热线数字医疗环境监控数字物流智能交通自控技术是关键智能制造服务（案例：智慧城市）◼面向智慧工厂的APP商店–下载量身定制的用户界面◼智慧工厂中的机器人技术今天明天机器人不再被固定在安全工作地点而是与人一

起协同工作新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作68关键支撑技术——智能机器人增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,被誉为有望产生“新一次工业革命”的代表性技术。来源：Wohler

sAssociates3D打印全球市场规模（亿美元）中国产3D打印装备仅占3%3D打印技术有待充分成熟，主流市场有待进一步培育。从技术成熟到适应市场需求还将需要5~10年的培育期。关键支撑技术——增材制造(3D打印)◼智慧工厂中的智能装配DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品

装配在头部安装立体相机，在手臂靠近物体的地方安装3D摄像头机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书。包括智能手机、智能可穿戴设备、无人机、智能汽车、智能家电、智能售货

机等，包括很多智能硬件产品智能产品2015世界机器人大会能识别人的面部表情谢谢