创新设计学研究生课件：1发明改变世界11.ppt

1、机械创新设计技术华中科技大学 杨家军2022-1-18华中科技大学 杨家军21.绪论1.1 机械工程科学发展趋势n我有创造力吗？经常有人会问自己n创造与 “天才”划等号，这种认识导致的直接后果是抑制了自己创造力的激发和施展。n创造力人人都有，并不神秘木梳-和尚1.1 .1 发明改变世界2022-1-18华中科技大学 杨家军4n创造力起源于好奇心，在嬉戏玩耍的游戏中，在日常的活动中，常常蕴藏着创造的火花。n打破创造神秘感，在头脑中确立这样的观念，即：“人人是创造之人”。2022-1-18华中科技大学 杨家军5发明的动力源于人类生存发展的需要2022-1-18华中科技大学 杨家军6发明是人类的经验

2、与向自然学习的成果2022-1-18华中科技大学 杨家军7发明是人类智慧和创造力的结晶蔡伦（？蔡伦（？121）中国东汉发明家中国东汉发明家 达达芬奇发明滑轮、透视图、圆规芬奇发明滑轮、透视图、圆规万户发明火箭椅企图奔月万户发明火箭椅企图奔月蔡伦发明造纸术蔡伦发明造纸术万户（公元万户（公元14世纪）世纪）中国明代军中工匠中国明代军中工匠Leonardo da Vinci（1452 1519）意大利画家意大利画家2022-1-18华中科技大学 杨家军81 1、你知道我国古代有哪四大发明？、你知道我国古代有哪四大发明？2 2、关于其他、关于其他古代古代发明你最想知道些什么？发明你最想知道些什么？造纸

3、术造纸术 印刷术印刷术指南针指南针 火药火药2022-1-18华中科技大学 杨家军9中国机械发展n中国古代在机械方面有许多发明创造，在动力的利用和机械结构的设计上都有自己的特色。许多专用机械的设计和应用，如指南车、地动仪和被中香炉等，均有独到之处。n石斧石斧2022-1-18华中科技大学 杨家军10冶金技术和机械加工的发展冶金技术和机械加工的发展n中国古代金属冶铸技术发明时间较早，且技术精湛。n中国在大约4050万年前，就已出现加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖状器等原始工具。45万年前出现磨制技， 许多石器都已比较光滑，刃部也较锋利，并有单刃、双刃、凸刃、凹刃和圆刃之分。新石器时代晚期，人们

4、已能用石范和泥范铸造简陋的工具和武器。铜箭镞铜箭镞2022-1-18华中科技大学 杨家军11n春秋时期出现弩，控制射击的弩机已是比较灵巧的机械装置。到汉代，弩机的加工精度和表面光洁度已达到相当高的水平。汉弩有一石至十石等八种规格，这些规格的形成表明机械制造标准在汉代已初步确立。弩机上留下了作工、锻工、磨工等的名字。 弩弩2022-1-18华中科技大学 杨家军12n东汉时已有不同形状和用途的齿轮和齿轮系。有大量棘轮，也有人字齿轮。特别是在天文仪器方面已有比较精密的齿轮系。张衡利用漏壶的等时性制成水运浑象，以漏水为动力通过齿轮系使浑象每天等速旋转一周。公元132年张衡创制了世界上第一台地震仪，即候

5、风地动仪。 2022-1-18华中科技大学 杨家军13浑天仪n浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。它们是我国东汉天文学家张衡所制的。浑仪模仿肉眼所见的天球形状，把仪器制成多个同心圆环，整体看犹如一个圆球，然后通过可绕中心旋转的窥管观测天体。 2022-1-18华中科技大学 杨家军14候风地动仪n候风地动仪是世界上第一架测验地震的仪器。中国东汉时期天文学家张衡于汉顺帝阳嘉元年（132）制成，候风地动仪用精铜制成，直径2.7米，其外形像一个大型酒樽。2022-1-18华中科技大学 杨家军15n地动仪里面有精巧的结构，主要为中间的都柱（相当于一

6、种倒立型的震摆）和它周围的八道（装置在摆的周围的8组机械装置）。在樽的外面相应地设置8条口含小铜珠的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果发生较强的地震，都柱因受到震动而失去平衡，这样就会触动八道中的一道，使相应的龙口张开，小铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可知道地震发生的时间和方向。据史料记载，候风地动仪曾成功地记录了138年发生在甘肃的一次强烈地震，从而证明了它的准确性和可靠性。2022-1-18华中科技大学 杨家军16毕升发明在胶泥片上刻字，一字一印，用火烧硬后，成为活字。排版前，先在置有铁框的铁板上敷一层和有纸灰的松脂蜡，活字依次序排在上面，加热后，蜡稍熔化，再以平板压平字面，泥字即固着

7、在铁板上，可以像雕版一样印刷。2022-1-18华中科技大学 杨家军17指南针是中国古人最早发明的，是中国古代四大发明之一。指南针的发展经历了漫长的历史阶段，在不同阶段有不同的形式和名称。它最早的名称叫做司南。 2022-1-18华中科技大学 杨家军18 指南车是我国古代伟大的发明之一指南车是我国古代伟大的发明之一，也是世界上最早的控制论机械之一。 用英国著名科学史专家李约瑟的话说，中国古代中国古代的指南车的指南车“可以说是人类历史上迈向控制论机器可以说是人类历史上迈向控制论机器的第一步的第一步”，是人类，是人类“第一架体内稳定机第一架体内稳定机”。 2022-1-18华中科技大学 杨家军19

8、n是中国古代能自报行车里数的车辆。它是利用汉代鼓车改装而成。车中装有传动齿轮和凸轮杠杆等机械，车行一里，车上木人受凸轮的牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓。据考证，记里鼓车是东汉以后出现的，仅用作帝王出行时的仪仗。 记里鼓车记里鼓车2022-1-18华中科技大学 杨家军20发明是对于知识的应用和自然规律的驾驭现代汽轮机的发明和改进基于叶轮流体力学知识现代汽轮机的发明和改进基于叶轮流体力学知识合金钢的发明与进步基于冶金学、金相结构学的知识合金钢的发明与进步基于冶金学、金相结构学的知识冰箱的发明与进步基于对工质相变热和热功循环的知识冰箱的发明与进步基于对工质相变热和热功循环的知识X光机的发明基于对光机的

9、发明基于对X射线穿透性和成像性的认识射线穿透性和成像性的认识核磁共振仪的发明基于对生物氢原子磁场极化现象的认知核磁共振仪的发明基于对生物氢原子磁场极化现象的认知2022-1-18华中科技大学 杨家军21被中香炉AVIn被中香炉是一个铜制的容器，里头放入火炭，置于被中，就成了中国古代用于冬天取暖、薰香的“被中香炉”，奇处就在这铜制容器上：不论香炉在被子里怎么翻滚，香炉四周的环形支架都能保证香炉呈水平放置，丝毫不用担心火炭会倾覆。n这就是现在航空、航海中广泛应用的万向支架，使现代航船上的指南针、飞机上的导航仪，在颠簸中能保持平衡，现代平衡环靠的就是中国古人取暖“被中香炉”的原理。2022-1-18

10、华中科技大学 杨家军22发明是对于人类生产方式和生活方式的创新 电机的发明和电力系统的形成及电话、电报、无线电的发明将人类社电机的发明和电力系统的形成及电话、电报、无线电的发明将人类社会推进到电气化时代计算机、集成电路、互联网的发明标志着人类进会推进到电气化时代计算机、集成电路、互联网的发明标志着人类进入了信息化时代入了信息化时代2022-1-18华中科技大学 杨家军23发明改善了人的生命和生活质量F洗衣机、缝纫机解放了家务劳动，提高了生活质量，促进了男女平等洗衣机、缝纫机解放了家务劳动，提高了生活质量，促进了男女平等2022-1-18华中科技大学 杨家军24军事技术的信息化、网络化是新军事变

11、革的核心和时代特征军事技术的信息化、网络化是新军事变革的核心和时代特征火药、枪炮的发明使人类进入了热兵器时代火药、枪炮的发明使人类进入了热兵器时代坦克、自行火炮的发明标志着进入了装甲时代坦克、自行火炮的发明标志着进入了装甲时代卫星侦察、卫星侦察、GIS、GPS、飞机、无人机的发明标志着制空天时代、飞机、无人机的发明标志着制空天时代发明变革了军事样式发明变革了军事样式2022-1-18华中科技大学 杨家军25发明将创造无线信息网络时代发明将创造无线信息网络时代智能、宽带、无线技术，语音、文字辨识、合成、翻译智能、宽带、无线技术，语音、文字辨识、合成、翻译技术，多核、超低功耗芯片技术技术，多核、超

12、低功耗芯片技术柔性、节能、薄膜显示技术柔性、节能、薄膜显示技术安全、可靠、开放、智能软件技术安全、可靠、开放、智能软件技术环保、廉价太阳能电池技术等发明和普及环保、廉价太阳能电池技术等发明和普及以及多样化信息网络应用技术的发明和应用以及多样化信息网络应用技术的发明和应用 华中科技大学杨家军制造业是产业革命的主力军制造业是产业革命的主力军第一次产业革命：第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。）又称为：蒸汽革命。2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明

13、推动了热力学理论）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论 的诞生。的诞生。制造业是产业革命的主力军（制造业是产业革命的主力军（2 2）第二次产业革命：第二次产业革命：1879-19451）又称为：电气革命。）又称为：电气革命。2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、 电机（西门子）等电气化产品。电机（西门子）等电气化产品。3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克 斯韦电动力学斯韦电动力学 理论的诞生。理论的诞生。4）麦克斯韦电动力学理论推动了）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、世纪初开始的无

14、线电、 微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙 微波探测等技术的发展。微波探测等技术的发展。5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路， 导致了量子场论的创立。导致了量子场论的创立。制造业是产业革命的主力军（制造业是产业革命的主力军（3 3）第三次产业革命：第三次产业革命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。）又称为：电子（原子）革命。2）产业革命的标志：原子弹（）产业革命的标志：原子弹（1945）、）、 电子计算机（电子计算机（1946）、晶体管）、晶体管 （1948）

15、、集成电路、微电子技术）、集成电路、微电子技术 等。等。3）微电子制造技术开创了全新的信息）微电子制造技术开创了全新的信息 时代。时代。制造业是产业革命的主力军（制造业是产业革命的主力军（4 4）第四次产业革命：第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。）又称为：高新技术产业革命。2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产 品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮 列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一 代药物、绿色食品、转基因产品

16、等等。代药物、绿色食品、转基因产品等等。3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注 入、外延、溅射、化学沉积（入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面）、光刻、表面 贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把 高新技术产业革命推向顶峰。高新技术产业革命推向顶峰。2022-1-18华中科技大学 杨家军312121世纪科学技术发展总趋势世纪科学技术发展总趋势(1)(1)一、中心科学技术的转移一、中心科学技术的转移 1.1.信息科学技术信息科学技术 目前是发展高峰期，预计其中心科学技术目前是发展高

17、峰期，预计其中心科学技术 的地位还可持续四十年。的地位还可持续四十年。 2.2.生命科学技术生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计现在已开始注重其发展与应用，预计2121世世 纪纪3030年代开始逐步转变为中心科学技术。年代开始逐步转变为中心科学技术。 3.3.认知科学技术认知科学技术 智能化趋势现已显露，预计智能化趋势现已显露，预计2121世纪世纪7070年代年代 开始将成为科学技术发展的中心。开始将成为科学技术发展的中心。2022-1-18华中科技大学 杨家军32高技术及其产业的领域高技术及其产业的领域(1)(1)信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）信息科学技术（包括微电子、

18、光电子科学技术） (2)(2)生物科学技术（包括生命科学技术）生物科学技术（包括生命科学技术） (3)(3)新能源科学技术（包括核能科学技术）新能源科学技术（包括核能科学技术） (4)(4)新材料科学技术（包括纳米科学技术）新材料科学技术（包括纳米科学技术） (5)(5)环境科学技术（包括地球科学技术）环境科学技术（包括地球科学技术） (6)(6)航空航天科学技术（包括军事科学技术）航空航天科学技术（包括军事科学技术） (7)(7)海洋科学技术（包括地球科学技术）海洋科学技术（包括地球科学技术） (8)(8)先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）

19、(9)(9)管理科学技术（包括软科学技术）管理科学技术（包括软科学技术） (10)(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）2022-1-18华中科技大学 杨家军3321世纪改变人类的科学与技术世纪改变人类的科学与技术 科学科学 技术技术 物质科学物质科学 信息技术信息技术 生命科学生命科学 生物技术生物技术 纳米技术纳米技术 能源技术能源技术 2022-1-18华中科技大学 杨家军34n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

20、居发电设备、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世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500500强强关键装备大多依赖进口关键装备大多依赖进口光电子制造设备光电子制造设备 ICIC制造装备制造装备 高档数控机床高档数控机床2022-1-18华中科技大学 杨家军35发 展 趋 势 “数”是发展的核心 “精”是发展的关键“极”是发展的焦点 “自”是发展的条件 “网”是发展的道路 “集”是发展的方法 “智”是发展的前景 “绿”是发展的必然 1.2技术创新技术创新2022-1-18华中科技大学 杨家军37121 技术创新是推动生产力发展的关键因素技术创新是推动

21、生产力发展的关键因素n 人类在在合成化工、能源与环保、材料与先进制造、航空航天、微电子与光电子、自动控制、计算机与通讯网络、科学仪器与生物医学工程、纳米技术与微机电系统等技术领域获得了前所未有的创新成就，n高新技术创新层出不穷，成为推动生产力发展和人类社会进步的决定性因素，极大地改变了人类的生产与生活方式；2022-1-18华中科技大学 杨家军38n技术创新技术创新n促进了工业化与城市化的进程，缩小了三大差别，影响了人类社会的组织结构，人类的思维模式和观念；n技术创新技术创新n为人类认识世界与改造世界提供了新的工具、方法与手段，使人类社会发生了巨大的变化与进步。 2022-1-18华中科技大学

22、 杨家军391现代技术的创新拓展了人类的脑力现代技术的创新拓展了人类的脑力人类的体力和脑力一般是通过创造和使用工具发挥作用的，生产工具进步的标志一般由制作工具的材料、结构、动力以及动力传递与控制这四个因素所决定。2022-1-18华中科技大学 杨家军40什么是技术创新n讨论：有人认为技术创新就是一项发明的第一次应用。你是否赞同？2022-1-18华中科技大学 杨家军41技术的创新性n创新（INNOVATION）拉丁语n三层含义：n更新n创造新的东西n改变2022-1-18华中科技大学 杨家军42科学科学技术技术区区别别定义定义科学是对各种事实和现象进行科学是对各种事实和现象进行观察、分类、归纳、演绎、分观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而析、推理、计算和实验，从而发现规律，并予以验证和公式发现规律，并予以验证和公式化的知识体系化的知识体系 技术则是人类为满足自身的需技术则是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行的改造求和愿望对大自然进行的改造侧重侧重回答回答实验实验联联系系技术与科学的区别：技术与科学的区别： 2022-1-18华中科技大学 杨家军43结束