纳米材料研究报告
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纳米材料研究报告范文第1篇
清洁煤产业属于热点重归，是“老树发新枝”。早在1997年，《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展规划》就得到国务院的批准；2005年，国务院《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》指出，推进洁净煤技术产业化发展；2006年，煤的高效洁净利用技术作为先进能源技术进入《我国应掌握自主知识产权的关键技术和产品目录》。2009年，我国政府在哥本哈根气候会议上宣布，到2020年单位GDP二氧化碳强度减少40％～45％，这一目标仅依靠可再生能源根本无法实现，使清洁煤被进一步突出出来。目前，国家能源局上报国务院审批的《新兴能源振兴规划》对清洁煤的未来发展也做出了部署规划。
继计算机、互联网、移动通信网之后，物联网异军突起，掀起了第三次信息化浪潮。据估计，物联网技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。我国在物联网领域已具备一定产业基础，攻克了大量关键技术，取得了国际标准制定的重要话语权。2009年，得益于国家层面、地方层面等各方力量的共同推动，电信运营商、传感器企业、系统集成商、应用软件开发商、高校、科研机构等参与方迅速聚合，一条涉及前端传感、中间信息传递、后端信息处理和应用的物联网产业链已经初步形成，巨大的产业链意味着巨大的价值。据了解，“十二五”期间，我国物联网将锁定智能电网、智能交通、智能物流和智能家居等十大领域，进行重点投资。
目前，云计算在我国可谓是风生水起，在各地掀起一股热潮。上海市经信委了《上海推进云计算产业发展行动方案(2010-2012年)》，提出经过三年的努力实现上海在云计算领域“十百千”的发展目标；北京市经信委员也《北京“祥云工程”行动计划》，提出在2015年形成500亿元产业规模，同时带动云计算产业链形成2000亿元产值；深圳市则提出，到2015年培育10家左右在国内有影响的年营业收入超亿元的云计算企业，带动信息服务业新增营业收入超过1000亿元。
种子是粮食安全的关键。由于转基因种子在全球主要国家已得到普遍应用，生物育种的发展势头不可逆转，成为确保国家食物安全和提高农业国际竞争力的重要途径。在生物育种领域，我国在发展中国家处于领先地位，但与美国等发达国家相比还有较大差距。目前，跨国公司已控制了中国市场70％的种子来源，对中国的种质资源和种子产业安全构成了威胁。这一状况已引起国家的高度重视，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中，“转基因生物新品种培育”被列为16个重大专项之一；2010年中央农村工作会议首次将种业提至战略举措的地位；据了解，在最新的《生物产业发展“十二五”规划》中，生物育种也被列在最重要的位置。
智能电网是电网发展的大趋势，在21世纪初由欧美日等发达国家引领兴起，为全世界电力工业在安全可靠、优质高效、绿色环保等方面开辟了新的发展空间。近年来，我国的电力工业快速发展，跨区跨省电网建设快速推进，也对智能电网建设提出了新的要求。2009年5月，国家电网公司正式了“建设坚强智能电网”的研究报告，首次向社会公布了“智能电网”的发展计划。根据国家电网公司2010年的公司“1号文件”，今后10年坚强智能电网的建设规划，将分三个阶段进行：2009～2010年为规划试点阶段；2011～2015年为全面建设阶段；2016～2020年为引领提升阶段。据了解，智能电网作为重要内容，已被纳入国家“十二五”能源规划。
航空制造尤其是大飞机制造作为装备制造业的制高点，是我国高端装备制造扶持的重中之重。未来我国大飞机的市场空间非常广阔：预计2020年前，大型军用运输机的需求将超过500架份，销售收入有望超千亿元；大型客机C919的销售至少为1000架份，销售收入将超过2500亿元。随着《低空空域管理改革指导意见》的出台，2015年通用航空有望实现全国范围内的放开，预计飞机需求市场容量将达到1500亿元。我国“大飞机项目”自2007年起正式启动，也是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中的16个重大专项之一。
“十一五”期间，我国逐步发展成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。从引进时速200公里高速列车技术，到自主开发时速350公里、380公里“和谐号”动车组；从京津城际铁路、武广高铁到京沪高铁的建设，我国引领世界进入“高铁时代”。据了解，“十一五”全国铁路新线投产1.47万公里，基本建设投资完成1.98万亿元；“十二五”在这两方面均将超过“十一五”，其中50％新建线是高铁，由此将带动整个产业链蓬勃发展。
纳米材料研究报告范文第2篇
“中国高校十大科技进展”评选活动是由教育部科学技术委员会组织开展的，目的在于及时宣传中国高等学校的重大科技成果，充分展示高等学校在我国科技创新方面的实力，鼓励高等学校提高科技创新能力。自1998年首次评选以来，活动对提升高校科学技术整体水平，推动高校的科技进步发挥了积极的作用，并在社会上产生了较大的影响。
聚焦 禽流感病毒可以母传胎儿且造成多器官感染
主持单位：北京大学
所属领域：医学领域
北京大学顾江教授等首次证明禽流感病毒有人传人的潜质，同时发现该病毒能感染包括大脑神经元在内的多种器官和细胞。这些发现对禽流感――这一新发传染病的预防、诊断和治疗有指导意义
高致病性禽流感是一种致死率极高的新发传染病。一旦爆发将可能导致数百万人的死亡。禽流感能否在人际间传播是它能否爆发的关键，这一直是医学界关注的焦点。最近，北京大学基础医学院院长顾江教授领导的课题组在对禽流感尸体解剖的分子病理学研究方面取得重要突破。成果于2007年9月29日刊登于著名的《柳叶刀》杂志上，引起世界高度关注。
顾江等率先发现禽流感病毒能穿过胎盘感染胎儿，由于胎儿在基因、表现型、血型等方面都是与母亲不同的人。所以这项成果首次证明H5N1病毒具有人传人的潜力。此外，他们还发现H5N1不仅感染肺脏，还感染气管、大脑、血细胞和肠道等肺部以外器官，从而证明禽流感是全身性疾病。
上述发现被该领域专家认为是近年来禽流感研究方面最具实质性的进展，对疾病的预防、诊断、治疗等都有重要指导意义。该成果一经发表，立刻被全球主流媒体广泛报导，路透社、法新社、美联社、新华社、以及《自然》等杂志和凤凰卫视等其他许多专业和大众传媒纷纷以不同语言对这一发现给予报导和评论，互连网上更是转载无数。这一重要发现使我国在新发传染病的分子病理学领域的研究处于世界领先地位，成为近年来源自中国的最具有世界影响的医学科技进展。
聚焦 高端彩色打印控制关键技术
主持单位：北京大学
所属领域：信息领域
本项目是一项集计算机图形图像处理技术、高速数据处理技术、数码打印控制技术于一体的系统性原创成果，获得多项发明，打破了该领域一直被国外技术垄断的局面
高端彩色打印控制关键技术是数码印刷技术中保证印刷效率和质量的核心技术，相当于数码印刷的“CPU”。技术难度大。长期被国外公司所垄断。
由北京大学杨斌副研究员领导的研究、开发队伍。在国家科技支撑计划、电子信息产业发展基金等方面的支持下，与方正集团开展产学研合作，凭借北京大学计算机科学技术研究所在相关方面三十多年的技术积累，针对国外技术的不足，研发具有自主知识产权的高端彩色打印控制技术并获得成功，一举打破国外公司的技术垄断，已有12项专利获授权，申请并获受理的发明专利有25项(其中9项国际专利)，初步形成完整的知识产权保护体系。
在2007年5月信息产业部主持的技术鉴定中认为该技术“填补了我国的空白，其整体技术水平达到了国际先进水平，在图像半色调网点调制技术、图形文字边缘增强技术、并行处理效率等方面居领先水平”。高端彩色打印控制关键技术研制成功后，不仅在国内获得广泛应用，促进了我国数码印刷技术与产业的发展；而且成功进入国际市场，被世界上著名的数码印刷设备制造商采用，并正与多家跨国公司进行洽谈合作。三年来合计软件销售收入近亿元，其中64％来自国际市场。
聚焦 首次发现共价键晶体及非晶结构一维纳米材料的大应变塑性形变
主持单位：北京工业大学
所属领域：材料领域
本项目是一项集现代电子显微学原位表征与纳米材料新异物理性能研究于一体的原创性成果，为现代纳米材料性能表征提供了新途径
一维纳米材料作为具有新异物理性能的纳米器件的基本结构单元，引起世界各国的广泛重视。北京工业大学张泽院士和韩晓东教授领导的研究组，紧密围绕国家中长期科学技术发展规划研究方向，在原位外场作用下纳米材料物理性能与显微结构间关系研究上，取得了突破性进展。发明了一种集现代电子显微学原位表征与纳米材料新异物理性能研究于一体的新方法。
在原子尺度对单体一维纳米材料力学等性能进行外场作用下原位表征测量，是当今国际纳米科学研究的瓶颈性难题之一。该研究小组发明了几项颇具特色的纳米操作技术，并成功用于Si和SiC等重要半导体纳米线在外场作用下力学性能与原子尺度显微结构间关系研究，取得了突出创新性成果。他们惊奇地发现，作为现代信息基础材料的硅这种脆性材料，达一维纳米尺度时，在拉应力外场作用下，也可发生室温脆－韧转变，甚至呈现超常塑。同样，碳化硅在一维纳米尺度也呈现这种室温超塑性。这类共价键结构半导体纳米线的超常塑，是伴随缺陷和非晶态转变等一系列结构演变而产生的。
这些新方法，不仅对在原子尺度认知新异物理现象与显微结构间关系，而且对它们在先进半导体领域的新应用，将提供重要的试验和理论依据。
聚焦 铁路综合数字移动通信系统(GSM―R)理论、关键技术及工程应用
主持单位：北京交通大学
所属领域：交通领域
本项目在GSM-R技术引进消化基础上，从理论创新，到技术创新与工程应用，取得一系列原创成果，开辟了中国铁路交通数字移动通信发展新局面
由北京交通大学钟章队教授领导的团队，在国家自然科学基金、铁道部重大研究计划等方面的支持下，在“铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)理论、关键技术及工程应用”上取得了突破性进展。该成果是一项集理论创新、技术创新与工程应用于一体的系统性原创成果。
随着中国铁路快速发展，高速铁路、客运专线、青藏铁路、重载运输对于铁路无线通信技术发展提出新的要求，传统模拟无线通信存在同频干扰、可靠性差及功能单一问题，已无法满足需要，中国铁路无线通信技术的发展面临一系列新的难题和挑战，需要更新换代。
钟章队教授率领的团队，理论上提出分布式智能呼叫接纳控制理论、无线场强覆盖测量可靠评估方法、中国铁路信息化数据传输体系架构等，开创了GSM-R理论研究新方向；在国际铁路重载运输领域，首次采用安全电路数据会议技术，开发出基于GSM-R平台的网络化无线机车同步操作控制地面应用节点和车载通信单元等设备，彻底解决了大秦线重载运输铁路沿线隧道、山区、丘陵等特殊地段的可靠通信问题，创造了显著的经济和社会效益根据国家青藏铁路建设需要，运用理论研究成果开发出新的测量及监测设备，获取了大量
珍贵的测量数据，为青藏铁路数字移动通信系统工程提供了可靠依据和运营维护工具；主编了中国铁路GSM-R系列标准规范，为铁路GSM-R网络工程建设和发展打下了坚实的基础。
本项目研究开辟了GSM-R在中国铁路交通研究应用新领域，使我国铁路移动通信研究与应用跻身国际前列，为中国铁路独特运输方式下铁路交通数字移动通信发展建设提供了先进理论方法和现代技术手段，并为我国铁路信息化及列车运行控制技术进一步发展奠定了关键技术基础。
聚焦 一株重要采油微生物的全基因组破译和重油降解分子机制的研究
主持单位：南开大学
所属领域：生物技术领域
本项目破译了嗜热采油细菌的全基因组序列，在世界上首次揭示了微生物降解重油主要组分――长链烷烃的代谢途径和关键生物酶的功能，对于石油污染的生物治理和微生物采油技术的革新具有重要科学意义和广泛的应用前景，为缓解我国能源紧张和促进环保产业的发展带来新的希望
由南开大学长江学者王磊教授领导的研究组在天津市科技创新专项资金(市长基金)和国家“863”计划的支持下，在“采油微生物基因组和关键的重油降解分子机制研究”的课题上取得了重大进展。该课题破译了嗜热采油细菌的全基因组序列，并在世界上首次揭示了重油主要组分――长链烷烃的微生物降解途径，获得了具有重要应用价值的生物酶。该成果是石油微生物研究领域的重大突破。
石油是人类社会的能源支柱，同时也是环境污染物。石油微生物的研究是发展微生物采油和石油污染生物修复技术的重要基础。美国能源部的数据显示，微生物采油能提高采油率10％～15％。目前全球探明储量的石油中，超过60％的部分是黏度高、流动性差的重油。采用现有的技术无法开采。国际上对以长链烷烃为主的重油微生物降解分子机制研究相对匮乏，成为微生物采油技术遇到的最大难题之一。
王磊教授综合运用前沿的基因组学和蛋白组学研究方法和技术，以一株分离自我国大港油田的采油细菌――嗜热脱氮土壤芽孢杆菌为突破点，进行“撒网一搜寻式”研究，全面系统地揭示微生物降解重油的分子机制。2002年中旬，王磊教授开始组建科研小组，集中力量进行攻关，不断缩小目标基因的范围。历经基因组学研究一生物信息学预测一蛋白质组学和转录组学验证一功能基因鉴定的逐级筛选，科研人员最终成功地完成了这一重要课题，在世界上首次完整地描述了长链烷烃被微生物酶降解的途径。
该项目研究成果于2007年3月27日在国际权威杂志《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表，得到国内外同行的高度评价。课题组对这项重要成果申请了国际专利保护，为我国进一步发展具有自主知识产权的新一代微生物采油和石油污染修复技术奠定了坚实的基础。
聚焦 二维协调的新一代电网能量管理系统、关键技术及应用
主持单位：清华大学
所属领域：工程技术领域
本项目首次实现了电网控制中心自动预警和优化闭环控制系统，属标志性成果，对大电网的安全、经济和优质运行意义重大。
清华大学张伯明教授领导的研究团队在国家“973”计划、国家自然科学基金重大项目等方面的支持下。历时15年研究开发完成具有国际领先水平的三维协调的新一代电网能量管理系统。
2003年震惊世界的“814”美加大停电，其主要原因之一是作为电网控制中心神经中枢和调度指挥司令部的能量管理系统(EMS)失效。电网发展迅速，传统EMS已不适应，急需变革。本成果在国际上首次提出(空间、时间、目标)三维协调的新一代电网能量管理系统，将传统的人工分析型变革为自动预警型；将静态分析变革为动态分析；将基于断面的分析变革为连续跟踪递归分析。首创事故前预警和预防控制技术，将电网事故抑止在发生之前，萌芽之中，避免大停电。首创全局优化闭环控制方法，优化电网运行，降低网损，节能降耗效益明显。申请和授权发明专利13项，具有自主知识产权。在15个省级以上电网应用，创直接经济效益2.8亿元。
教育部组织的鉴定会意见称：该成果“在整体上处于国际领先水平”，“是电网调度自动化技术领域的重大标志性成果”，“对大电网的安全、经济和优质运行意义重大”。
该系统为世界首例。国际电力调度自动化之父Dv-Liacco评价：“新一代EMS无疑是当今最新的技术进展，它在中国的实现引领了国际潮流。”美国工程院院士Bose评价：“新一代EMS确实使电力控制中心技术向前迈进了一大步。就我所知，在美国和欧洲，没有一个电力控制中心将所有上述组成要素包含到一个EMS中。”
聚焦 二十四面体铂纳米晶体催化剂
主持单位：厦门大学
所属领域：化学化工领域
本项目是集晶体表面结构控制原理创新和高性能金属纳米催化剂制备技术创新为一体的原创性成果，开辟了一条通过控制纳米粒子表面微观结构提高催化剂性能的崭新途径，是纳米尺度催化剂合成的重大突破。
厦门大学化学化工学院孙世刚教授领导的研究组在国家“973”计划、国家自然科学基金重大研究计划等科学基金的支持下，在长期研究金属单晶电催化的基础上，发展了金属纳米晶体表面结构控制和生长的电化学方法，突破化学法只能合成低表面能的低指数晶面结构金属纳米晶体的局限，首次高产率制备出具有高表面能的二十四面体铂纳米晶体催化剂。他们与美国佐治亚理工学院王中林教授合作，通过高分辨电镜分析证实所研制的二十四面体铂纳米晶体的表面为{730}、{520}等高指数晶面结构。二十四面体铂纳米晶体不但具有很高的化学稳定性和热稳定性。而且显著增强了铂纳米催化剂的活性。这一研究成果开辟了一条通过控制纳米粒子表面微观结构提高催化剂性能的崭新途径，是将模型催化剂的基础研究推向实际催化剂设计和研制的一个重大进展。该成果以研究报告的形式发表在2007年5月4日出版的美国《科学》杂志上。同期的《科学》杂志还配发了题为“催化剂新面孔”的评述文章，指出这是纳米尺度催化剂合成的一个重大突破。
铂族金属纳米材料是燃料电池、石油化工、汽车尾气净化和化学工业等领域广泛使用的催化剂。因世界铂族金属储量稀少，价格昂贵，如何进一步提高铂族金属催化剂的性能一直是科学和技术的重大关键问题。孙世刚教授及其研究组提出并实现通过高指数晶面结构铂族金属纳米晶体的控制合成来提高催化剂活性和稳定性，具有重大的科学意义和应用价值。该项研究成果除在《科学》上发表外，有关技术还申请了中国和美国发明专利各一项。
该项成果在国际学术界引起了重大反响：美国《化学工程新闻》周刊和《每日科学》，英国《新科学家》和英国皇家化学会的《化学世界》等国际主流科技媒体都在第一时间报道和正面评述了这项重大研究进展；德国《应用化学》，英国
《自然纳米技术》和《自然中国》，爱思唯尔《今日材料》等重要学术期刊都发表了评述文章，高度评价这一研究工作。这一成果还引起相关产业领域的高度关注(如国际著名的韩国三星公司综合技术研究院。加拿大巴拉德燃料电池公司，等等)，并被美国《化学工程新闻》周刊评选为2007年度24项最重要的研究成果之一。
聚焦 中国南方早寒武世带附肢的冠群甲壳动物
主持单位：云南大学
所属领域：生物学领域
本项目是一项利用特异保存化石，论证先驱甲壳动物的地史分布及其基本特征的原创成果，为探讨早期生命起源和演化提供了新信息
一些微小的胚胎和具外皮的后生动物(多为节肢动物幼体)，经亿万年埋藏被磷酸盐化。其软躯体部分可显示体表微米级的刚毛、腺孔，甚至细胞构造，组成一类珍稀的“特异保存”化石。云南大学张喜光教授长期致力于此类化石研究。并于最近在云南省永善县首次发现如此保存的先驱甲壳动物化石。
借助这些精美化石所独具的形态学和发育生物学的证据，张喜光教授及其合作者论证了与现生甲壳动物(如虾、蟹等)有着共同祖先的化石类群存在于5.2亿年前的早寒武世，并非此前权威认定的晚寒武世；再次肯定以往认为在生物进化后期方才出现的一些高等或进步的生命形式，在寒武纪初期已具雏形。昆虫的翼与水生甲壳动物附肢基部着生的上肢可能同出一源，上肢原先仅见于约4亿年前泥盆纪的甲壳动物，研究证明上肢为寒武纪甲壳动物的基本特征，为昆虫由水生到陆生的进化拓展了思维的空间。此前，张喜光教授曾率先报道了中寒武世的胚胎化石，如今我国南方以多处发现胚胎化石闻名于世，却几乎不见相对应的幼虫。上述先驱甲壳类的发现。表明这里化石的丰富多样，可望为深入认识原始节肢动物的生长发育和早期演化开拓新的研究途径。
该项目在国家自然基金委、“973”项目等的支持下得以完成。
聚焦 光量子计算机的物理实现和算法应用
主持单位：中国科学技术大学
所属领域：物理学领域
该项目在光学量子计算机的研制和算法实现的核心领域取得一系列独创性的成果，获得了国际学术界的广泛关注和认可，标志着我国在光学量子计算领域达到国际领先水平
量子计算机利用量子力学的规律实现信息的高效存储和超快并行计算，不仅具有重大的理论意义，而且对社会、经济和国家信息安全有着极其重要的影响。2007年，中国科学技术大学潘建伟领导的研究小组在光学量子计算核心领域取得了一系列独创性的成果。该小组实验实现了国际上纠缠光子数最多的“薛定谔猫”态和单向量子计算机，刷新了光子纠缠和量子计算领域的两项世界记录。该成果被欧洲物理学会和《自然》杂志等广泛报道，被称赞为“光学量子计算领域至今最先进的实验工作”和“为量子计算机的物理实现迈进了重要一步”。该小组还在国际上首次利用光量子计算机演示了关键性的Shor算法，实现了15=3×5这一质因子分解，被美国物理学会誉为“量子计算的重大突破”。这个算法的最终目的是利用量子计算机极快地分解出大数的质因子，这将对目前使用的保密系统(如RSA公开码)造成严重威胁。英国科技杂志《新科学家》对该工作做了长篇报道，称：“出现能运行Shor算法的量子计算机具有极为深远的意义：这意味着由量子计算将能够轻松的破解我们银行帐号、商业和电子商务数据使用的密码。”
这一系列成果获得了国际学术界的广泛关注和高度认可，标志着我国在光学量子计算领域取得了国际领先水平。
聚焦 深层油气成藏机理与分布预测
主持单位：中国石油大学(北京)
所属领域：资源与环境领域
本项目是一项石油地质理论创新与勘探实践紧密结合的原创性成果
纳米材料研究报告范文第3篇
一、无机材料化学的学科特色
材料是人类文明的物质基础和先导,是直接推动社会发展的动力。基于材料对社会发展的作用,人们将信息、能源和材料并列为现代文明和生活的三大支柱。在三大支柱中,材料又是能源和信息的基础。新材料既是当代高新技术的重要组成部分,又是发展高新技术的重要支柱和突破口。伴随着信息时代的来临和材料设计、制备及加工的信息化处理,世界各国都将目光转向具有“高、精、细”特征的新材料万面,我国也将新材料作为重点发展的行业之一。鉴于此,国家中长期科学和技术发展纲要(2006年-2020年)将新材料技术列为前沿技术,提出新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展;要突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术,在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件,开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料,开发超级结构材料、新一代光电信息材料等新材料。这一切都预示着材料科学正经历着一次重大的变革。因此,加强材料科学领域创新人才的培养是时代的要求。
无机材料化学是材料化学家从材料科学、材料工艺和技术的角度出发,把固体物理、固体化学相关理论和工程方面有关无机材料研究的化学内容集中起来,加以分析、综合和提高而形成的一门独立学科。[2]无机材料化学研究的范围非常广泛,包括材料相关的基本概念和理论、制备原理、结构表征、重要的材料类型及其相关性能等多方面的内容,涉及了固体物理、固体化学、材料科学等学科的相关理论,是一门典型的交叉性学科。进入20世纪90年代以来,材料科学技术的发展异常迅猛,材料科学与生命科学、信息科学、环境科学等共同构成了当代科学技术的前沿。展望21世纪,材料科学技术研究开发的前沿有微电子材料、新型光电子材料、稀土功能材料、先进陶瓷材料、高温超导材料、纳米材料等,[3]这些都属于无机材料化学的研究范畴。因此,无机材料化学又是一门具有前沿性的学科。基于学科背景和课程特点,我们在大连理工大学教改项目的支持下,以提高教学质量、培养学生的创新能力为主线,以建设精品课程为目标,进行了一系列教学改革和研究。
二、教学内容的选取
高等学校教学中教材内容的陈旧是影响创新型人才培养的突出问题,也是高校课程改革的重点。目前,高校教材内容不能适应现代化人才培养的需要,内容的先进性方面不能适应科学技术飞速发展的要求,不能适应知识经济时代创造型人才培养的要求。[4]特别是面对具有前沿性特点的材料化学,教材的内容相比速增长和更新的新材料来说,严重滞后。而要培养创新型人才,掌握最新的科研成果对于激发学生的创新思维非常重要。[5]向学生讲授科学前沿知识可以激发学生们的求知欲,为他们提供一个创新的空间,使学生能够近距离地感受创新的价值和创新带来的激情。因此,挑选合适的教材是非常重要的。我们挑选了北京大学林建华、荆西平编写的《无机材料化学》。该书将无机材料化学中重要的基础问题做了全面的讨论,这本教材最大的特点在于它介绍了无机材料化学领域的最新进展,并附有近期发表在国际主流期刊上的相关文献,整本教材体现着材料科学、化学和物理等学科交叉与渗透的特点。如果学生对教材中的某些前沿内容感兴趣,可以在教材中找到相应的参考文献,在图书馆下载后仔细阅读。
课堂上仅传授知识是远远不够的,教学内容还要有一定的探索性,能让学生有一定的思考空间。教学中,我们发现学生对来自科研一线的事例非常感兴趣。因此在课堂上,我们以自身科研成果丰富教学内容,结合自身科研经历令课堂生动有趣,深化了教学效果。我们经常把自己在科研工作中的体会、最新科研成果转化为教学内容,设计一些开放式的问题与学生探讨,自觉地把创新意识、创新能力的培养融入课堂教学之中。我们还结合相关的教学内容,穿插讲解一些科学方法论的知识,培养学生的科学精神。例如,在讲到固溶体合金的形成规律时,我们向学生讲述了现代物理冶金学重要创始人William Hume Rothery在听力完全丧失、健康状况非常不佳的情况下,凭借坚强的毅力和非凡的生活热情,在异常简陋的工作条件下,开创性地提出了著名的Hume Rothery准则。这位杰出的科学家一生始终以乐观向上的生活态度,坚持不懈地勤奋工作着。学生们纷纷为Hume Rothery的人格魅力而倾倒,希望自己也能投身科学,在某一领域取得杰出成就。我们经常把本学科碰到的难题以及学科前沿的问题向学生进行适当的介绍,激发学生的民族自豪感,培养学生的创新思维和探究精神。例如,在讲到第八章电介质材料时,我们将著名纳米科学家王中林发表在《科学》上的氧化锌“纳米发电机”一文介绍给学生。在讲到第九章超导材料时,我们向学生们介绍了我国在超导材料的研制上一直处于国际领先水平,特别是2008年我国在高温超导研究上取得重大突破,发现了一类新的高温超导材料———铁基超导材料,在全球范围内掀起了超导材料研究的新热潮,并介绍了铁基超导材料的结构和性能。在讲到第十二章发光材料时,我们向学生介绍了大连路明集团开发的“水立方幔态LED”在研发、制造、安装中创造的7项“世界第一”。这些事例大大激发了学生学习相关章节内容的兴趣,同时也培养了学生的民族自豪感和投身科学的信心与决心。实践表明,将科研引入教学过程,有力地促进了学生对知识的掌握和能力的提高,促使学生形成了正确的科学精神和科学态度,大大提高了教学的实际效果。
三、教学方法的改革
教学手段和方法是提高教育质量非常重要的一个方面。传统的教学方法以教师为主导,以传授知识为目的,往往采取灌输式教学方法,在很大程度上忽略了学生的主体地位和创造性,学生被动地接受知识,学习积极性不高,教学效果不理想。要改变过去那种单纯传授专业知识的教学方法,把培养学生的创新能力和创新意识作为教学工作的重点,我们必须对原有教学方法进行改革,采取多样化的教学手段激发学生的学习兴趣。
本课程的特点是知识点多而且分散,学生容易只见树木、不见森林。为此,我们理出了一条课程主线,向学生清晰地展示各章节的作用以及章节之间的联系(如图1)。我们力争做到讲课内容少而精,重点突出,主次分明,出现在不同章节但内容相关的部分放在一起讲解。例如,与Fermi面附近的能态密度相关的性质有金属材料的电子热容和Pauli顺磁性(第四章)、金属材料的电导率(第九章)、超导材料的临界温度(第九章)等,将这些知识点放在一起进行对比和总结,学生对Fermi能级的概念就会有非常清晰和深刻的认识。课程教学的重点在于使学生掌握该学科的思维方式和研究方法,给学生留有思考的足够空间,能从多角度理解基本原理。古人云“授人以鱼不如授人以渔”,这里强调的就是教授学生学习方法的重要性。[6]材料的组成和结构决定了其物理性质,这是材料化学的核心和基础。将钙钛矿材料的结构(第三章)和其铁电性质(第八章)结合起来讲解,学生不仅对该类材料的结构和特殊的物理性质有了深刻的认识,更深化了对结构-性能关系的理解,掌握了该课程的学习方法。
在实践中,我们采取了传统教学与多媒体教学结合、自主学习与协作学习结合,基于问题学习、基于案例学习、研究型学习等多种形式的教学策略,提高了学生学习和思考问题的效率。实践表明,适度使用多媒体教学,将材料实际应用的照片、材料加工制作过程的视频等图片影视资料生动地展示给学生,能为教学过程提供丰富的感性材料,丰富课堂教学内容。鉴于新材料的发展日新月异,每天新概念、新构想、新方法都在不断涌现,我们在课堂上及时地将与课程内容相关的最新文献介绍给学生,课堂教学结束前提出下次课程内容的前沿课题,让学生在课前完成对这一前沿课题的研究报告。这样一方面可以使这些学有余力的学生接触到材料化学领域的最新研究进展,培养他们对教材内容的兴趣并找到自己的科研兴趣,另一方面可以让学生看到自己知识结构的不足,在学习中自觉地去完善自己。与此同时,这也锻炼了他们查阅文献和英文阅读的能力,为将来进行专业科学研究奠定了一定的基础。通过一个学期的尝试,我们感到教学效果非常好,学生经常在下课后围着教师交流,提出各种材料学领域的前沿问题与教师探讨。有几个表现突出的学生已经进入到某些课题组,开展创新实验了。另外,在课堂上,我们结合自己的科研实践,提出开放式的与课程内容相关的问题,让学生思考和回答。我们鼓励学生提出不同的见解,这样就增加了师生互动,活跃了课堂气氛,提高了学生的学习兴趣。我们将本课程教学方法作一总结列于表1中。
四、实验教学方案设计
纳米材料研究报告范文第4篇
1、风影——去屑不伤发
应该说，一直以来，洗发水市场是一个高强度竞争的市场，在营销传播概念方面也是，充斥着各个各样的卖点，尤其是去屑市场最为激烈。经历10多年的市场培育，海飞丝的“头屑去无踪，秀发更出众”早已深入人心，虽然几乎所有的洗发护发品牌都包含了去屑的品种，但似乎没任何一个品牌能与其抗衡。然而，“风影”却成了去屑市场的一匹黑马，而其成功的前提是携“去屑不伤发”之利器。
大家都在喊去屑，如果一味地喊有效吗？难也，很难撼动“海飞丝”的老大地位，只能寻求差异化。市场不缺，缺少的是发现。天才的策划者们创造了“去屑不伤发”的概念一箭双雕——一方面体现出了更专业的去屑形象，另一方面也暗示了竞品的“伤发”，而且不偏不倚，正中要害。
同时，对于消费者，也似乎有一点点“恐吓”的味道：为什么能去屑？因为“杀力”大啊，光“杀”头屑就不“杀”头发了吗？这种暗示让那些既有头屑发质又不好的消费者担心不已——每天用其他品牌去屑洗发水时总是为自己的头发遭受“侵蚀”而担心。没办法，用“风影”吧，这下放心了。
真的那么神奇那么准确吗？消费者真的能感觉到不同吗？否也，概念而已，心理作用而已。
后来，品牌管理者们有演绎出了“精确去屑”的概念并提出了“5 种配方针对5种不同成因”的延伸概念，深化了品牌的专业形象，
2、九鑫——钵“螨”盆“螨”
1996年以前，九鑫集团只是吉林省的一个小公司，年销售收入只有几十万元，而自从销售济南东风制药厂的新肤螨灵霜后，企业飞速发展，到2000年，新肤螨灵霜单品销售即达到了3亿元。
新肤螨灵霜成功销售的同时，九鑫迅速壮大，开始进入日化、制药、五金等多个行业，2002年的销售达到5亿元。
2002年下半年九鑫自主开发的日化除螨产品———满婷系列上市。
化妆品是竞争最为激烈的行业之一，然而，九鑫能够在如此激烈的竞争中迅速发展壮大，最主要的在于其“娶对了女”——新肤螨灵霜。而新肤螨灵霜的成功在于“入对了行”——除螨市场。
“螨”系列的成功类似于舒肤佳。在绝大多数中国人还不知道“螨”为何物的时候，新肤螨灵霜开始了它的教育工作——先是让人们认识螨虫的可怕——“螨虫寄生在人体的毛囊深处，它吸取人体皮肤的营养，从而破坏毛囊皮脂腺，使毛囊内出现创面，造成皮肤毛孔扩大、出现黑头，被螨虫侵害皮肤会变得粗黑甚至出现痛痒等现象”，然后通过理性诉求告诉大家新肤螨灵霜能够有效除螨。
3、南孚——自定好电池标准
电池的好与坏只有用过才知道，购买之前谁都无法辨别好与不好，一来电池属快速消费品，消费者不会在这种价值低的产品上花费太多心思，二来消费者不具备电池方面的专业知识，即使具备也不可能把电池拆开来检测。
对于这种外观无法做出多大差异的产品来讲，消费者很难从产品本身去辨别好坏，只能通过品牌、包装等来辨别。
2003年，人们没有有效方法去辨别什么是好电池。2003年，南孚电池给了大家一个简单的方法——“好电池底部有个环”。同时为这个“环”取了个好名字——“聚能环”。同时诠释该“环”的作用——“聚能环”彻底锁住能量，避免因电池漏放电导致的电量流失，令电器发挥更出色。笔者不是电池行业的专家，到现在也不知道“聚能环”为何物，然而，就“环”、“聚能环”、“锁住”等几个字词来看，南孚在营销传播概念上是成功的。仔细想想，用底部的“环”来“锁住”能量是很“幼稚”的说法，然而，消费者就是这么傻得可爱，看到那个“环”就会想“电被锁住了，一点跑不掉到”。
消费者不是我们行业的专家，只会用一些简单的方法来判断产品的好坏。让科技看得见是产品设计的重要原则之一，赋予“看得见的科技”以通俗易懂之传播概念也是营销原则。
4、海尔防电墙——“私定行规”
2002年，海尔“防电墙”热水器上市，从而拉开了热水器市场新一轮“热战”。
“防电墙”到底有什么过人之处？根据海尔的介绍：在中国，地面低压电器的使用环境千差万别，有的地方根本就没有地线，因此使用电热水器出现意外的情况屡有发生，采用了海尔“防电墙”技术，即使在热水器内部通入220V电压，也能使出水管处的电压处于安全电压(12V)的范围内，保证出水不带电。
而事实上，深入地想一下，“防电墙”无非就是解决了一个安全问题而已。而这又是电热水器产品的最基本底限，如果连防电都做不到还能用吗。
其他一些热水起企业也指出，安全只是热水器企业的底限，它不是热水器的全部，也不是热水器的最高境界，大批国内外知名品牌在安全性能上早已达……。
然而，为什么海尔诉求“防电”这么一个“低级”概念却成功了呢？
因为海尔真正站在消费者角度来考虑问题了。消费者不是专家，他们不知道热水器的标准是什么，但他们知道自己生命安全最重要。海尔了解普通消费者的心理，然后充分利用这一心理——适当地夸张一下，采取“恐吓销售法”。而且该法可谓一石双鸟：说自己安全的同时也是在暗示别人不安全。从海尔的一纸广告边可以看得出来，虽然有点“损”，但对销售绝对有效。(该部分也可以删掉)
5、小鸭洗衣机——沾光“纳米”
随着1999年、2000年的“纳米”热，一时之间，“纳米”在人们心中成了“世界先进科研水平”的代表。而且，经过社会科普教育，在人们心目中，纳米技术也只是材料、光学、医药、微电子等产业中才能用的超高技术。在这种情况下，小鸭宣布：“应用纳米技术，成功地研制出国内第一台纳米材料滚筒洗衣机”。并宣称“无机银复合材料外桶，使之具有耐摩擦、耐冲击的特点，而且有着光洁度高和防垢能力强的特性，确保了洗衣机的即时清洁，满足了现代消费者健康洗涤的需求”。
从营销传播概念上来讲，小鸭纳米洗衣机是成功的，而且恰如其分地赶上了社会上的“纳米”热，在普通消费者心目中，纳米究竟是个什么东西估计很少有人明白，但大家都知道是一种“世界先进水平的高技术”，因此，当一台含有“世界先进水平的高技术”的洗衣机摆在面前时，都会觉得产品一定好，花的钱很值。而到这里，营销传播概念的任务已经完成了。所以说，小鸭纳米洗衣机在营销概念上是成功的，而且是很优秀的。
6、夏新手机，——“精致”赢天下
夏新电子是手机业最大的黑马，在手机市场竞争激烈的环境下，不但获得了高速增长，而且持续保持稳定的经营状态和盈利水平，上半年实现主营业务收入364873万元，主营业务利润12.60亿元，分别较去年同期增长180.50%、215.65%；净利润36835万元，同期比增长331.27%。
夏新手机的成功，相当程度上取决于其“精致”的品牌定位。2002年的手机市场，手机市场除了几款超高档手机外，几乎没有什么“好”手机，而且，喜新厌旧的消费者也似乎对没有什么新意的手机“老三样”产生了厌倦。同时，由于国产手机“技术含量低、做工粗糙”等不良品牌印象的影响，国产手机更无“好机”可选，在这种情况下，一款精致的“A8”手机让人眼前一亮，成为人们的新宠。
夏新手机，怎一个“精致”了得！
7、“四千八百八，奔四扛回家”——神舟电脑便宜两成收获十成
在CCWRESEARCH公布的《2002年上半年中国家用台式电脑用户研究报告》的统计数据中，一个名不见经传的电脑新军———神舟电脑竟然在一年的时间内“连升三级”，跃升至中国家用电脑的前五强，在不景气的行业中成为市场上璀璨的明珠，令业界瞩目。应该说，神舟电脑的成功来自于其平民化营销战略，而在这其中，“四千八百八，奔四扛回家”的传播主题功不可漠。
与同样配置的其他品牌机相比，神舟电脑要比竞争者价格低上两成，毫无置疑，神舟电脑与竞品相比，主要优势在于价格，然而，价格优势如何体现或者如何深入人心？示爱的最快方法是直接说我爱你，因此，直接的价格诉求最快速地将价格优势铺进消费者心中。当我们打开电视，看见“4888元，奔4扛回家”的广告时，我们不难感到神舟电脑的低价和物超所值。
“4888元，液晶电脑扛回家”，2002年11月，神舟电脑又开始了其新的价格概念查，继续强化平面价格和物超所值的品牌形象。
8、雕牌洗洁精——让盘子唱歌
作为能与洋品牌洗衣粉抗衡的为数不多的民族品牌之一，雕牌正在崛起。但其在短时间内漂移不定的品牌形象，欠缺原创力的广告作品，让人为其品牌的未来隐隐担心。
“会唱歌的盘子才是干净的盘子”，2003年，一支洗洁精的广告片让人看到了雕牌品牌运作水平的进步。广告创作的一层境界是寻找微妙，我们需要找到一个微妙的东西来表现产品特点，这种微妙能够直达消费者内心深处，生动而形象，这个微妙的生动会给大家潜意识里的暗示，而恰当暗示的力量是大于直白的表述的。用手摩擦干净的盘子会发出声响，在这支“唱歌的盘子”的广告中，巧妙地用“唱歌的盘子”来表现这一生活细节，给人以直达心底的干净感受。
其实，我们仔细考虑一下，只要盘子没有油腻，即使沾有其它非油腻的灰尘，也会“唱歌”，因此，“会唱歌的盘子”不一定是最干净的盘子，然后，消费者看到广告后是不会去想那么多的，广告在消费者心中只能形成一种感觉而已，广告让消费者“觉得干净”就已经足够。
9、胡姬花——钻石般的纯度
“胡姬花”和“鲁花”花生油在多年的营销传播中，都形成了比较高的知名度和美誉度，应该说在品牌的较量上旗鼓相当——因为大家除了建立了知名度和较强的属性定位外都没有形成什么核心（价值）概念，没能给消费者带来更多感受。而在2003年，“胡姬花”与“鲁花”在品牌的较量上明显占了上风，因为它在确定了“纯”的传播主旨以后，在营销传播中紧紧围绕“纯”做文章，成功地通过隐喻物概念——“钻石般的纯度”——加强了“纯”的概念。
营销传播要传达产品特点或带来的利益，胡姬花选择了“纯”的卖点后，以钻石为隐喻物，暗示产品的纯。我们谈到，暗示的力量大于直白的表述。因此我们可以说，“钻石般的纯度”是个不错的创意表现。
10、海尔拉幕彩电
中国人看电视20年了，但还没有人觉得电视开机时会刺激眼睛伤害视力。然而，在2000年的时候，人们感觉到了，因为有人告诉大家，电视开机时的“强烈亮点”会刺激眼睛，并用“电视轰击症”来让人们感觉明显。这就是海尔拉幕式彩电。
据介绍，这种彩电采用的拉幕式开关设计，是一种智能数字化控制电路，通过电路控制缓解高压冲击显像管，彻底根除了“电视轰击症”：普通彩电开关机时往往发出“砰”的声响，采电屏幕上出现大的亮斑，不仅对显像管造成损害，对眼睛的健康也不利。拉幕式彩电在开机时，清晰画面从屏幕中间像舞台拉幕一样徐徐拉开；关机时，如戏台落幕，从两侧向中间合拢关闭，让电视开关机具有舞台的艺术性。开机软启动、关机零闪烁，是专门开发的智能调节内部发射系统，避免了一般电视开关机强烈亮点对屏幕荧光层的刺激，可延长显像管的使用寿命近一倍，同时又避免了强光地眼睛的刺激，保护视力。并且，通过新技术处理后的彩电可获得流畅而无交烁的画面效果，使收视感觉更为舒适。达到了保护视力、保护显像管的目的。
好嘛，听这么一讲，拉幕式彩电还真是个好东西。而且似乎还有很高的技术含量。当然，这只是普通消费者的认识，据家电行业人士说，该彩电不过在普通彩电的基础上对电路板的某一小元件做了调整而已，成本的增加几乎谈不上。然而，消费者不知道，只知道这种彩电好，技术高，然后，宁愿多掏300块来买。这就足够，好要什么！
思考一：有多少的营销传播在浪费钱？
这是个沉重的话题。中央电视台投放的广告中多少有准确的营销传播概念和优秀的创意表现？很少。而在众多的省级台及各城市电视台投放的广告中，广告更是没法看——并不单指俗，俗广告也有有效的，是指对市场的效果——不好。我们每天在各个频道看到不计其数的品牌在“撒钱”，这其中，广告真正实现其价值的太少。我想主要原因有二，一是企业没有做出“好的营销传播概念和优秀广告创意表现”的意识或眼界；更重要的是广告/策划公司没有提供优秀的服务能力，毕竟，这方面工作应该是公司的专业。这值得每一个营销人、广告人思考。广告反映了一个企业品牌运作的水平或者营销水平，低层次的广告运作就是低层次的市场竞争，因此而这又能折射出我们的整体市场经济水平。我们的市场到底发展到什么层次？果真是大家都在抱怨的“竞争太激烈，市场没法做”吗？从上面分析看来不尽然。
我们的企业有多少在营销传播中浪费钱？很多。
思考二：差异化营销，向谁学习？
差异化是永恒的营销法宝。做营销，就要不断地追求差异化。在我们身边，不乏优秀的企业和产品值得学习。
海尔的氧吧空调、防电墙热水器、拉幕式彩电、转波微波炉、MP3手机；养生堂的农夫山泉、农夫果园；宝洁的飘柔、潘婷、海飞丝、沙宣、舒肤佳等等。
纳米材料研究报告范文第5篇
关键词：先进制造技术；新工业革命；制造模式；新一代信息技术；
作者简介：周佳军(1989-)，男，湖北黄冈人，博士研究生，研究方向：计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机集成制造系统等
0引言
制造业是中国经济增长的主体和支柱，是综合国力的重要体现。当前我国制造业的总体情况依然落后，从资源与环境的角度看，我国制造业对能源和资源消耗巨大，环境污染严重；从技术与创新水平的角度看，我国制造产业的技术创新能力薄弱，科技含量低，技术水平落后，有自主知识产权的产品少，产品的附加值较低[1]；从产业内部价值链的角度看，我国传统制造业处在价值链上(研发、制造、营销)价值创造能力最低的环节，在研发和营销领域，科技创新能力弱、品牌建设不足；从市场环境的角度看，知识经济时代的市场竞争日趋激烈，消费更加个性化，传统的以追求生产效率为目的而进行的品种单一、大批量以及标准化的产品制造模式，很难适应现代市场中客户的个性化和多样化需求。
先进制造技术(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)注重经济效益和技术的融合性，通过柔性生产、灵活生产、产品差异化、注重效率和质量等方式增强企业对市场的反应能力、提高自主创新能力，为客户提供更加人性化的服务，具有产品质量精良、技术含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好等特性，通过发展AMT和战略性新兴产业改造提升传统的资源密集型和劳动密集型工业，以开辟一条科技含量高、资源消耗低和环境污染少的新型工业化道路，已成为提高我国高新技术发展、推动经济发展和满足人民日益增长需求的主要技术支撑。
2012年以来，新工业革命成为各国讨论的热点，以物联网(Internetofthings)和大数据(bigdata)为代表的信息技术、以绿色能源为代表的新能源技术、以3D打印技术为代表的数字化智能制造等技术系统协同创新，将柔性化、智能化、敏捷化、精益化、全球化和人性化融为一体，将改变制造业的生产模式和全球经济系统，引领人们的生活走向智能化时代。工业西方发达国家纷纷提出“再工业化战略”，试图实现从“产业空心化”到“再工业化”的回归，提出的再工业化战略并不是恢复传统制造业的生产能力，而是通过加快突破和应用AMT抢占新一轮科技和产业竞争的制高点，占领产业链的高端。为了保证我国制造业的持续发展，必须尽快完成制造业的转型升级，实现由制造大国向制造强国的转变。
1先进制造技术
AMT自20世纪80年代提出以来，世界各国都十分重视其理论和应用实践研究。AMT既包括先进加工技术(AdvancedProcessingTechnology，APT)(主要指材料加工工艺及方法)，又包括对先进装备、人的智慧等有机构成的现代集成制造系统的智能控制和组织管理的先进制造模式(AdvancedManufacturingMode，AMM)，主要指制造模式及系统。美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FederalCoordinatingCouncilorScienceEngineeringandTechnology，FCCSET)下属的工业和技术委员会AMT工作组提出其主要包括三个技术群[2]：主体技术群(AMT的关键支撑，如计算机辅助设计、加工工艺规划、增材制造技术、并行工程，以及材料生产工艺、加工工艺、加工和测试技术等)、支撑技术群(如计算机技术、自动化技术、检测与转换技术、标准和框架等)和管理技术群(如质量管理、基础设施、人员培训、全局监督等)。虽然先进制造模式和AMT密不可分，实践中也常将二者混为一谈，但是它们是两个不同的概念。AMT注重制造单元功能效用的发挥(偏重技术)，AMM注重组织方式，强调的是人、组织结构和技术三者的协同。两者的关系如图1所示。
从社会技术系统的观点看，任何制造系统都有两个尺度，即技术系统和伴随技术系统的社会系统，社会技术系统强调系统中技术系统与社会系统两类因素的相互作用，技术影响社会系统投入的种类、转换过程的性质和系统的产出。然而，社会系统决定着技术利用的有效性和效率，如果孤立地试图使其中一个系统最优化，则可能使系统的总效能降低。AMT是各个单项技术在先进制造哲理下的有机集成，从最初关注技术和工程科学等自然科学的集成，慢慢过渡为重视在AMT应用过程中科学技术、组织结构以及人的智慧等的深度融合，尤其注重自然科学与社会科学的集成、系统体系观念和整体全局优化，最终目的是使整个制造系统能对外部市场环境的变化产生及时、高效、敏捷的反应。
1.1先进制造技术的概念、内涵及主要内容
制造指对原材料进行加工或再加工，以及对零部件装配过程的总称。AMT的概念起源于美国[3]，早期其定义是以计算机和信息技术为基础的制造技术群，主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程、机器人及柔性制造技术、自动控制系统、数控技术及装备等[4-5]，从研究的角度看，先进制造技术在不同时代具有不同的含义，当前各种新出现的、先进的机械加工技术(纳米加工、激光切割、增材制造等)、精益生产、并行工程、柔性制造、虚拟制造、敏捷制造和现代集成制造模式等，都属于AMT的研究之列。
我国学者在对国外学者有关AMT定义的归纳和研究中，更为系统地对AMT进行了定义，认为AMT是一个多学科体系，包括从市场需求、产品设计、工艺规划到制造过程与市场反馈的人—机—物系统工程[6-7]。AMT本质上是自然科学(自动控制技术、工艺规划技术等)和社会科学(组织管理和经济学等)的有机融合体，是通过生产方式的智能化和柔性化来提高企业的核心竞争力和对市场环境的反应能力。
从制造系统的观点看，AMT是一个三层次的技术群，如图2所示：第一个层次(内层)为基础制造技术，主要指优质、高效、低耗、清洁的通用共性技术，对应AMT中的支撑技术(如图1)；第二层(中层)是新型制造单元技术，由制造技术与信息技术、新型材料加工技术、清洁能源、环境科学等结合而成，涉及多学科交叉、集成与融合，对应于先进制造技术中的主体技术和管理技术；第三层(外层)为先进制造模式/系统(集成技术)，是由先进制造单元技术和组织管理等融合而成的现代集成制造模式，强调技术系统和社会系统的协同与融合，对应于图1的先进制造模式，是人、技术、组织和管理等要素的集成，也是人机物协同制造系统。
1.1.1基础制造技术
优质、高效、低耗、清洁的基础制造技术，主要指传统的制造工艺技术(如毛坯测量下料、铸造/塑性成形、锻压、焊接、热处理、材料强韧化、表面保护、机械加工、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计制造等)经过优化和改进后形成的基础制造工艺，是先进制造技术的核心组成部分。
1.1.2新型制造单元技术
新型制造单元技术由制造技术与互联网信息技术、人工智能、新型材料加工技术、清洁能源、环境科学等结合而成，涉及多学科交叉、集成与融合，主要包括以下内容：
(1)新型材料、纳米技术和激光加工传统材料的研制过程通过基本材料的组合反复试验配制获得，整个过程非常缓慢。2011年6月，美国先进制造业伙伴关系(AdvancedManufacturingPartnership，AMP)计划之一的“材料基因组计划”[8]，从分子结构的角度分析材料，通过原子排列找出相—显微组织—性能—环境参数—使用寿命的关系，建立了原子、分子的结构与材料性能的关系，极大地提高了研发、生产和应用先进材料的速度。纳米技术和激光加工引发了机械技术与电子技术在毫微米水平上的融合。
(2)增材制造与精密成型技术增材制造(如3D打印[9])是材料技术、粘结技术和打印技术的融合创新，由原材料直接制造成精密工件的材料近净成型技术(Near-netShapeForming，NSF)制作的零件不需要加工或少量加工即可投入使用，极大地改造了传统的毛坯成型技术[10]。
(3)机器人、自动化及智能化技术工业机器人在生产加工中可以完成某些过程复杂、费时耗力的标准化生产流程[11]；自动化促使机器或生产过程从自动控制发展到自学习、自组织、自维护和自修复等；智能化技术综合了信息技术、模糊算法、神经网络控制等智能优化算法，使机器在没有人工干预的情况下进行生产，具有人机一体化、自律能力强、自组织与超柔性、自学习与自我维护等特点。
(4)先进电子技术装备先进电子装备，如平板电脑、智能手机、穿戴设备等普适人机交互设备和移动终端会越来越普及，使人与物理世界的交互方式更加普适化、虚拟化、智能化和个性化，实现任何地点、任何时间、任何人都能访问任何信息的交互，传感器和嵌入式设备将会感知和采集各种环境和监测对象信息，并对这些信息进行处理，用户能够利用自然普适智能的方式无缝地实现资源共享和服务的获取。
(5)分子生物学和生物制造通过学习生物系统的结构、功能及其控制机制，解决制造过程中的一系列难题。强调生命科学的应用，方法包括基因算法、进化算法、强化学习和神经网络等。
(6)供应链管理制造过程是物质流、信息流在控制流的协调下实现从原料到产品的转换，供应链管理以整体效益最优化为目标，以系统化的观点综合考虑对人、技术、管理、设备、物料、信息等系统构成要素的优化组合，实现产品生命全周期经济效益、社会效益和生态效益的协调统一。
(7)清洁生产技术、绿色可持续制造清洁生产和绿色制造主要表现在以下几个方面：1绿色设计，设计阶段就充分考虑对资源和环境的影响；2绿色选材，将环境因素融入材料的选择过程中；3绿色制造，采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的制造方法；4回收和循环再制造，实现资源―产品―废弃物―再生资源或再生产品的反馈式循环模式[12]。
(8)物联网、大数据、云计算(cloudcomputing)等新一代信息技术IBM公司基于新一代信息技术提出的智慧地球(smartplanet)掀起了物联网研究的，引起了国内外学者和政府的广泛关注[13]。物联网是利用无线射频识别(RadioFrequencyIDentification，RFID)、嵌入式系统、传感器等技术获取现实世界信息，使物体与物体之间通过网络相互连接并进行信息交互，以实现智能化识别、跟踪、监控和管理的一种网络[14]。物联网技术融入产品的全生命周期及制造过程的各个阶段，将形成新的制造模式———制造物联。随着物联网时代的到来，社交网络、电子商务、信息物理系统、移动终端等迅速发展，数据量尤其是半结构化、非结构化数据呈爆发式增长，据著名咨询公司IDC的研究报告，2011年网络大数据总量为1.8ZB，预计到2020年，总量将达到35ZB，大数据时代正在来临[15]。一般意义上，大数据指无法在一定时间内用常规机器和软硬件工具对其进行感知、获取、管理、处理和服务的数据集合[16]，具有大量、高速、多样、价值密度低的特点。对于制造业而言，数据积累和数据的广度还不够，数据应用大多针对传统企业内的结构化数据，有效整合大数据，包括微博、论坛、网站等数据源，分析发掘这些数据蕴藏的潜在价值，有助于快速预测市场趋势和客户的个性化需求，细分客户并提供量身定制的合适服务，及时了解整个供应链的供需变化等。此外，制造系统中包括大量的物料、人员、生产设备状态及加工过程等数据，研究制造系统中产生的大量不同来源的数据的动态演变过程，搜索、比较、聚类、分析、处理与融合制造过程的数据，可以支持制造过程的优化决策，优化生产流程和改进产品质量，有效提升制造企业的经营管理效率和市场竞争力。大数据分析需要高效的数据处理平台，目前制造业已经进入大数据时代，而大数据具有数据体量巨大、数据类型繁多、查询分析复杂等特点，超越了现有企业的IT架构和基础设施的承载能力，因此需要高性能的计算机和网络基础设施，必须依托云计算的分布式架构、分布式处理、分布式数据库和云存储、虚拟化技术等。云计算[17]是能够提供动态资源池、虚拟化和高可用性的下一代计算平台，通过按需使用的方式为用户提供可配置的资源(包括网络、服务器、存储、IT基础设施、软件、服务等)。云计算融合物联网、面向服务、高性能计算和智能科学等技术形成云制造[18]，将各类制造资源或能力虚拟化、服务化，通过网络和云平台为用户提供可高效便捷、按需使用、优质廉价的制造全生命周期服务。
1.1.3先进制造模式/系统
制造模式是制造业为了提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度，以完成特定的生产任务而采取的一种有效的生产方式和一定的生产组织形式。先进制造模式是以计算机信息技术和智能技术为代表的高新技术为支撑技术，在先进制造思想的指导下，用扁平化、网络化组织结构方式组织制造活动，追求社会整体效益、顾客体验和企业盈利，是最优化的柔性、智能化生产系统。按照历史唯物主义的观点，社会存在决定社会意识，从制造业的发展进程来看，不同社会发展时期决定了不同的制造思想、生产组织方式和管理理念，它们相互作用、共同决定了特定时期的制造模式。如图3所示，按照制造技术的发展水平、生产组织方式和管理理念，将制造模式的发展历程归纳为手工作坊式生产、机器生产、批量生产、低成本大批量生产、高质量生产、网络化制造、面向服务的制造、智能制造8个阶段。
工业革命以前，产品主要以手工作坊式和单件小批量模式生产为主，产品质量主要依赖手工匠的技艺，其成本较高、生产批量小，零部件的质量可控性和兼容性比较差，供不应求成为制造业进一步发展必须解决的问题。产业革命后，新的生产技术和管理思想大量涌现，这一阶段的早期，制造技术的改进重点是规模化大批量生产和提高生产效率，流水线式生产方式使得专业分工和标准化规模生产从技术方法上成为可能，科学组织管理理念等又从组织、结构和方式上保障了流水线式生产的实现，使得大规模制造成为可能。然而，大规模、批量化生产方式的精细化分工和高度标准化形成了一种刚性的资源配置系统，在买方市场下，市场环境瞬息万变，这种生产模式会给企业带来巨大损失，20世纪90年代，随着先进制造理念、先进生产技术以及先进管理方式的不断成熟与发展，各种新的制造理念、先进制造新模式得到了迅猛发展，理论界相继出现了高质量生产、网络化制造、面向服务的制造、智能制造等一系列新概念，各种先进制造模式之间的关系如图4所示。
(1)高质量生产
并行工程、柔性制造、精益生产[19-20]这三类制造模式是基础的生产管理方法，是虚拟制造、敏捷制造、现代集成制造的基础技术；虚拟制造[21]是实现敏捷制造[22-23]的重要手段；生物制造[24]和绿色制造[25-26]是考虑环境影响和资源利用率的制造模式，相关文献已有介绍，不再赘述。
(2)网络化制造
网络化制造是指在产品全生命周期制造活动中，以信息技术和网络技术等为基础，实现快速响应市场需求和提高企业竞争力的制造技术/系统的总称。比较典型的应用模式有制造网格(MGrid)[27]、应用服务提供商(ApplicationServiceProvider，ASP)[28]。制造网格是运用网格技术对制造资源进行服务化封装和集成，屏蔽资源的异构性和地理上的分布性，以透明的方式为用户提供服务，从而实现面向产品全生命周期的资源共享、集成和协同工作；ASP是企业将其部分或全部流程业务委托给服务提供商进行管理的一种外包式服务，以优化资源配置、提高生产和管理效率。企业用户可以直接租用ASP平台提供的各类软件进行自己的业务管理，如产品生命周期管理(ProductLifecycleManagement，PLM)、企业资源规划(EnterpriseResourcePlanning，ERP)等，不必购买整个软件和在本地机器上安装该软件，从而节省了IT产品技术的购买和运行费用，降低了客户企业的应用成本，特别适用于中小型企业。
(3)面向服务的制造
制造的价值链正不断延伸和拓展，制造和服务逐渐融合，制造企业更加倾向于为顾客提品服务及其应用解决方案。面向服务的制造是为实现制造价值链的增值，通过产品和服务融合、客户全程参与、提供生产型服务或服务型生产，实现分散的制造资源整合和各自核心竞争力的高效协同，达到高效创新的一种制造模式[29]。面向服务的制造的典型应用有众包生产(CrowdSourcing，C-Sourcing)、工业产品服务系统(IndustrialProductServiceSystem，IPSS)等。众包生产源于众包，众包一词最早出现在2006年，由美国《连线》杂志一位名叫杰夫·豪的记者首次提出[30]。众包是一种分布式的问题解决和生产模式，它将工作任务通过互联网以公开、自由自愿的方式分发给非特定的大众。众包生产就是网络化社会生产，让更多产品和服务用户参与到产品的创新活动中来，打破企业创新来源的界限，聚集大众智慧，增加公众的参与度，并通过“用户创造内容”的形式生产出符合消费者需求的个性化产品[31]。众包生产对构建创新型制造企业非常重要，它具有开放式生产、组织构成的动态性、物理范围的分布性、参与者的主动性等特点，能够突破传统生产模式，通过外部资源的整合实现产品开发任务；另外，它还可以通过激励机制代替合约机制，以极低的成本聚集外部的零散个体用户和群体资源，为客户提品及其应用解决方案。面对多样化的个性需求和不断变化的市场环境，众包生产能够灵活、高效、低成本地进行资源的重新分配和整合，有效降低产品制造成本，减少企业风险，提高适应个性化需求的灵活性，它的出现给企业的研发、生产、销售、管理和售后服务带来了巨大影响。产品服务系统(ProductServiceSystem，PSS)通过系统地集成产品和服务，为用户提品功能而不是产品本身来满足用户需求，从而实现产品全生命周期内的价值增值和生产与消费的可持续性[32]。IPSS[33]是在PSS的基础上提出的。IPSS是工业产品及其相关服务的集成，它将产品与服务作为一个集成化的整体提供给用户，这里的产品既可以是用户所有，也可以是IPSS的提供者所有，不但关注产品本身质量而且考虑顾客体验，通过用户的参与来提高产品服务创新能力；服务则是覆盖整个产品全生命周期内的所有活动(设计、制造、运输、销售、使用、维护、售后服务等)，通过专业的服务共享降低用户的成本投入，从而集中更多的精力关注其核心竞争力。IPSS的核心是提供工业产品的工作能力，这依赖于提供者的知识水平和经验丰富程度，因此它具有知识服务和生产型服务的特点。
(4)智能制造
基于新一代信息技术和IBM智慧地球的研究框架，制造系统的集成协同越来越关注人的发展和周围环境的融合，研究的关注点从之前侧重信息技术和工程科学的集成，逐步转变为技术体系、组织结构、人及环境的深度融合与无缝集成，实现优势互补与可持续制造。此类制造包括云制造、制造物联、基于信息物理系统(Cyber-PhysicalSystem，CPS)的智能制造乃至智慧制造。德国政府于2013年4月举办的汉诺威工业博览会上正式推出了工业4.0战略，在该战略下提出的智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造。智能制造技术是在新一代信息技术、云计算、大数据、物联网技术、纳米技术、传感技术和人工智能等基础上，通过感知、人机交互、决策、执行和反馈，实现产品设计、制造、物流、管理、维护和服务的智能化，是信息技术与制造技术的集成协同与深度融合。在产品加工过程中，智能制造将传感器及智能诊断和决策软件集成到装备，由程序控制的装备上升到智能控制，能自适应反馈被加工工件在过程中的状况[34]。例如，基于CPS的智能制造生产过程与传统的数控加工技术相比，能感知温度、环境、加工材料的属性变化，并作出相应调整，不会死板地执行预定程序，能够保证加工出的产品精度。基于云计算、物联网、面向服务和智能科学等技术的云制造也是一种智能化的制造模式[35]，它利用网络和云制造服务平台，按需组织网上制造资源(制造云)，为用户提供可随时获取的、动态的、敏捷的制造全生命周期服务[36-38]。云制造能促进制造资源/能力的物联化、虚拟化、服务化、协同化和智能化。与传统的网络化制造相比，云制造具有更好的资源动态性、敏捷性以及产品和服务解决方案的灵活性，同时能更好地解决ASP模式的客户端智能性和数据安全性的不足问题，以实现更大范围的推广和应用；与制造网格相比，云制造在“分散资源集中使用”思想的基础上，还体现了“集中资源分散服务”的思想。制造物联[39]是基于互联网、嵌入式系统、RFID、传感网、智能技术等构建的现代制造物联网络，是以中间件、海量信息融合和系统集成技术为基础，基于物联网系统开发服务平台和应用系统，解决产品设计、制造、维护、管理、服务等过程中的信息感知、可靠传输与智能处理，增加制造的服务化与智能化水平的制造新模式。制造物联在制造系统中的应用能够有效地管理制造资源、监控制造过程、匹配制造需求等，将传统的产品制造从市场调研、研发设计、供应链、生产过程、销售、物流运输与售后服务融为一体，协同制造过程中物料流、能量流、信息流、价值流的优化运行，以支持产品智能化、生产过程自动化、供应链与物流的准时化和精益化、企业经营管理辅助决策等应用，极大地提高了制造企业的核心竞争力。
基于语义Web、务联网(InternetofService，IoS)、社会性网络服务(SocialNetworkService，SNS)等，智能制造/云制造的进一步发展将会诞生智慧制造(WisdomManufacturing，WM)[40-41]。WM将机器智能、普适智能和人的经验、知识与智慧结合在一起，形成以客户需求为中心、以人为本、面向服务、基于知识运用、人机物协同的制造模式。
综上所述，先进制造模式是以所追求的目标和生产开展方式的转变为基础而产生及发展的，体现的是消费者的个性化需求、科学技术发展水平和市场竞争形势，是由先进制造哲理、先进组织管理方式、先进制造技术及人的相互融合发展、相互协同作用的产物。这是一个系统灵活性不断增大、组织结构和过程不断优化的进程，将形成人机物协同制造系统，使制造资源得到最佳利用、生产效率得到极大提高，能够对市场变化和内部变化作出迅速响应。
1.2先进制造技术对产品生产活动的影响
从生产流程来看，AMT与传统制造技术对制造过程的影响如图5所示。传统制造是利用制造资源将原材料转换为产品的过程，仅为生产过程的一部分，一般包括产品的加工和装配两大内容，制造商自行生产或者从供应商购买零件，将其组装成产品并检验以符合要求。制造过程中输入的是原材料、能量、信息、人力资源等，输出的是符合要求的产品。传统的制造系统设计、制造与销售各部分之间信息的传递与反馈不畅，各部门按功能分解任务，容易只考虑本部门的利益，对系统的优化考虑较少，造成设计与制造部门间难以协调、矛盾突出。
AMT主要从材料设计、制造流程改造、产品服务融合的集成解决方案和循环利用四个方面拓展传统制造技术的内容：
(1)材料设计新型材料的成型和加工技术愈发重要，对材料分子层或原子层的定向改造极大地提高了产品性能，超硬材料、功能梯度复合材料的某些新的成形、加工技术将不断涌现，如超导材料成形加工等。
(2)制造流程改造传统制造是面向批处理、时间上和空间上分离的分布式加工，先进制造超效能加工和自动化技术能够促使连续流制造，减少零件库存。
(3)产品服务融合先进制造强调涵盖从产品研发直至客户应用的全过程，提品、软件和服务于一体的产品解决方案和端对端的服务。知识资本、人力资本和技术资本的高度聚合，使制造活动摆脱了传统制造低技术含量、低附加值的模式，通过产品设计、管理咨询等活动，技术和知识在生产过程中被实际运用，将技术进步转化为生产能力和竞争力，为企业产生更高的附加价值。
(4)循环利用[42]先进制造注重材料的回收利用，不但对环境友好而且节约原材料成本。传统的产品制造模式是一个开环系统，即原料工业生产产品使用报废弃入环境，是以大量消耗资源和破坏环境为代价的制造方式；而循环生产是一个闭环系统，整个生命周期考虑生态环境和资源效率，从单纯的产品功能设计扩展到生命周期设计，强调所有资源应该实现在经济体系内的循环利用。
基础制造技术、新型制造单元技术和现代先进集成制造技术对制造业的发展产生了重要影响。基础制造技术通过改进、整合形成新型制造单元技术，进而影响整个制造过程。诸如网络化制造、面向服务制造和智能制造等先进集成制造技术已在前文说明，这里着重探讨新型制造单元技术对制造过程的影响。具体来讲，新型制造单元技术(图2中第二层)对传统制造流程的改造如图6所示，增材/精准制造用于对加工阶段的改造；机器人/自动化技术用于组装和生产流程的自动化；先进电子技术用于产品和服务的融合以及加工过程的控制；供应链设计以整体效益最优化为目标，以系统化的观点综合考虑人、技术、管理、设备、物料、信息等系统构成要素的优化组合，在满足产品或服务供给要求的同时，达到成本最低；清洁生产技术主要用于材料的循环利用、回收等环节；分子生物学和生物制造用于材料设计及制造流程的改进；纳米材料技术用于合成与加工功能梯度材料、复合材料等；物联网、云计算和大数据用于对产品全生命周期制造过程进行全方位跟踪、分析、优化和控制，实现多维度、透明化的泛在感知，确保制造过程的高效、敏捷、可持续和智能化。
需要指出的是，AMT对传统制造流程的改造，不但使原有制造和装配工艺等制造中期阶段产生了质的变化，而且涵盖了市场信息分析、产品决策、产品设计、生产准备等生产前阶段，以及质量监测、销售使用、售前售后服务、产品报废的处理和回收再生产等后阶段，覆盖了产品生命周期的制造全过程，可提供集产品、软件和服务于一体的整体解决方案，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产。
1.3各国先进制造技术发展情况和研究进展
近年来，美国、日本、德国等发达国家先后针对AMT的研发提出了国家层面的发展战略计划。美国在2009年12月颁布了《AFrameworkforRevitalizingAmericanManufacturing》(重振美国制造业框架)[43]；2011年6月宣布了《TheAdvancedManufacturingPartnership》(先进制造伙伴计划)[44]；2012年2月了《ANationalStrategicPlanForAdvancedManufacturing》(先进制造业国家战略)[45]，提出通过加强研究和试验税收减免、扩大和优化政府投资、建设智能制造技术平台，以加快智能制造的技术创新。
日本在1989年就发起“智能制造系统”计划，推动本国AMT的研究和发展；2010年5月公布了《产业结构蓝图》，同年6月通过《新增长战略》法案，规划了日本经济2011年~2020年的十年发展战略，其中包括对先进制造业的支持策略，通过大力调整制造业结构，加快发展机器人、无人化工厂、3D打印技术等尖端领域，提升制造业的国际竞争力[46]。
德国作为工业强国，为保持其制造业的竞争优势，采取积极有效的行动，将大量人力和物力投入到AMT中，推动AMT的发展，并制订了相关的计划[47]，特别是2010年7月制订了《高技术战略2020》，以支持制造领域新型革命性技术的研究与创新。其中“工业4.0”项目[48]是《高技术战略2020》确定的十大未来技术项目之一，用以支持工业技术领域新一代关键技术的研发和创新，该项目成为2013年汉诺威自动化展最热门的话题。工业4.0旨在通过互联网、物联网、CPS、IoS等技术提升制造系统的智能化水平，它包括两大主题：1智能工厂，重点研究智能化生产系统和过程，以及网络化分布式生产设施的实现；2智能生产，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。欧盟于1998年~2007年相继公布了第五框架计划(1998~2002)、第六框架计划(2002~2006)和第七框架计划(2007~2013)，于2009年颁布了《欧盟共同关键使能技术发展战略》，次年3月颁布了《欧洲2020战略》[49]。发达国家希望以高新技术为依托大力发展节能环保产品、清洁能源、新材料等新兴产业，构筑新的优势，消除不利因素，创造有利环境及符合自身优势的新兴市场，规避在传统制造领域与中国等发展中国家相比的竞争劣势，以树立其AMT的持续竞争优势，提高其先进制造业的竞争力。
我国也十分重视AMT的发展，国家863计划在清华大学建立了CIMS工程研究中心。先进制造技术作为一个主题在国家科技部领导下取得重大进展，如数字化制造与工业工程[50]、网络协同设计[51]、网络制造、仿生制造[52]、绿色制造与区域网络制造[53]、供应链、网络化制造、大批量定制和仿生制造[54-55]等。特别是国家“十二五”制造业信息化科技工程规划中，明确提出了大力发展新一代集成协同技术、制造服务技术和制造物联技术，该规划的实施将促进互联网、云计算、物联网等新一代信息技术与制造技术相融合，为加速制造业结构调整和转型升级、发展高端制造业等战略性新兴产业发挥极其重要的作用。制造业信息化工程的实施使我国在AMT领域取得了大批具有先进水平的研究成果，促进了制造业向精益化、全球化、协同化、服务化、绿色化、智能化的方向发展，为传统产业的升级改造和高技术产业的发展做出了贡献。
2新工业革命
工业革命是生产技术的变革，同时也是一场深刻的社会关系变革。新科技群的协同效应和深度融合将导致生产组织方式和制造模式发生重大变化，从而引发新的工业革命。目前正在出现一种新工业革命，但仍是一个十分模糊的概念，不同研究者对新工业革命的概念有各自的理解，主要有5种不同的观点：
(1)杰里米·里夫金[56]认为，历史上重要的工业革命都是在新通讯方式和新能源结合之际产生的，当前正由互联网和新能源结合引发新的经济和社会变革，即包括五大支柱的新工业革命，如图7所示，其中：1能源转型，向可再生能源转型，利用风和阳光等，不再消耗石化产品；2分散式生产，互联网信息技术等基础设施的建设大大减小了时间、空间对人们的经济活动交流的制约，基于知识的共享、创新和发展的扁平式、分散化、合作性的生产组织结构更加符合现代商业的需求；3存储，充分利用社会基础设施存储间歇式可再生能源；4构建能源互联网，利用互联网技术将电网转变为能源共享网，通过一种网格式的智能分布式电力系统和他人共享；5交通工具转变，将汽车、卡车、火车等运输工具转向插电式或者燃料电池等以可再生能源为动力的交通工具，电动车需要的电可在充电站购买。这五大支柱协同发展实现了1+1+1+1+1>5的整合效应，树立起一个新经济发展范例，带领世界进入新纪元。
(2)克里斯·安德森[57]认为，新型材料的应用和增材制造技术等数字化制造方式将引发新工业革命，采用新型材料、3D打印技术和基于网络的协同制造服务等智能化与数字化制造方法，能够迅速和精准地将计算机中的虚拟设计模型转化为真实物体，甚至直接打印出零件或模具，基于网络的新型数字化设计及制造的创新提供给网络用户以创造真实物体的能力，将制造延伸至范围更广的生产人群中，这些制造过程蕴藏着由普通人完成的无限可能，众多个人制造联合推动全面创造，将直接加快向新型工业化趋势发展的步伐，从而引领新工业革命。
(3)英国彼得·马什[58]在《新工业革命：消费者、全球化以及大规模生产的终结》一书中，将工业革命划分为五次，如表1所示，而将始于2005年的第五次工业革命称为新工业革命。
(4)保罗·麦基利的三次革命说[49，59]认为，以制造业数字化为核心的第三次工业革命(新工业革命)即将到来，互联网、智能软件、新能源、新材料、机器人、新的制造方法和以网络为基础的商业服务模式将使技术要素和市场配置要素发生革命性变革，产生改变社会发展历程的巨大能量。而制造业的数字化进程正从智能计算机软件、新材料、更灵巧的机器人、基于网络的制造业服务化、新的制造方法5个方面向前推进。
(5)德国政府于2013年4月举办的汉诺威工业博览会上，正式推出了工业4.0第四次工业革命[48]项目，目的是支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。工业4.0强调在工业生产过程中，以信息物理融合系统为核心，将众多智能体聚集在信息平台上，形成一种高度协同的互联互通关系，从而构建智能化的新型生产模式与产业结构。工业4.0正引领新一轮的工业革命，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域、商业模式和合作形式，将导致工业结构、经济结构和社会结构从垂直向扁平转变，从集中向分散转变。
这些研究预言了新的工业革命即将来临，勾勒出了先进制造业的影响，描绘了未来制造业的走向。从上述观点可以看出，工业革命的实质是制造方式与模式的革命：保罗·麦基利认为生产工具发生很大变化将导致新工业革命；杰里米·里夫金认为生产动力的变革将引发新工业革命；彼得·马什认为新工业革命主要集中在材料、动力、加工工艺、制造模式等方面的变革；克里斯·安德森的新工业革命观点主要体现在生产方式的革新；德国工业4.0体现在在工业生产过程中，基于CPS建立了一种高度协同的产品与服务的生产模式。其实，任何一项单一的技术都不足以引发新一轮工业革命，判断工业革命的依据关键为是否有新科技群协同效应以及是否带来人类生产、生活方式的重大变革。因此，新工业革命是基于新能源、智能制造、数字化制造、机器人技术、新一代信息网络技术等先进技术综合系统协同创新及突破性的发展，融合信息、计算机、数字化、互联网技术创新变革，使工业生产方式与制造模式发生巨大变化，从而使交易方式与人们的生活方式发生重大变化。传统的自上而下、集中规模化的生产模式将逐步被新工业革命的分散、扁平和协作的模式取代，定制化、个性化、智能化、分散化和合作化是新工业革命的主要特征。
3先进制造技术与新工业革命之间关系
从主导技术和新兴产业的角度来看，以生产方式变革为主线的AMT的群体涌现、协同融合将导致新的工业革命，各种技术之间产生的耦合效应推动了工业革命的进程。新工业革命不是依赖单一学科或某几类技术，而应该是全方位的多学科、多技术层次、宽领域的协同效应和深度融合。人类制造模式的演变从原始手工生产模式到现代先进制造模式的演变过程中，经历了3次大的革命性变革。图8所示为由市场变化与技术发展推动的先进制造模式的变革。
图中：第一次工业革命中，由于蒸汽机、电气技术、内燃机的发明与改进，机器取代手工成为主导生产方式，制造业进入机械化制造时代，成为近代工业化大生产时代的开端。第二次工业革命中，大规模制造成为主导生产方式，20世纪20年代，随着电子技术、信息技术的发展，以流水线为典型代表的大规模制造模式在组织结构上追求纵向一体化与大规模，内部分工仔细，专业化程度高，简单熟练的操作提高了生产效率，使制造成本随规模递减，同时质量的稳定性也得到提高，制造模式进入批量大规模制造阶段。新工业革命是现代先进制造模式集成协同创新的结果，进入20世纪90年代后期，随着网络信息技术、智能控制技术研究的深入和以知识为基础的经济时代的到来，制造业的市场环境与技术变革发生了根本性的改变。大规模制造系统的刚性与市场的个性化需求以及环境快速变化所要求的响应速度之间的矛盾日益尖锐，正是在此背景下，各种新制造模式研究探索与试验如雨后春笋般迅速兴起，现代AMT融合自然科学和社会科学的最新进展，以绿色、低碳、可持续为发展理念，带来了产业组织模式的转变，对转变经济增长方式、政府管理模式和社会组织形态都有巨大的推动作用，使全球技术要素和市场要素配置方式发生了革命性变化。
AMT的发展将在新工业革命中发挥重要作用。如前所述，工业革命的实质是制造业生产方式与制造模式发生重大变化，它必然也是始于制造技术突破性的发展。AMT是制造业产生变革的根本力量，新一代信息技术(云计算、大数据、物联网、务联网、云平台等)、新能源(再生能源、清洁能源等)、新材料(复合材料、纳米材料等)技术等将为新工业革命创造强大的新基础设施；分散式制造(网络化制造、制造物联、云制造、智能制造)、众包生产、集群效应、利基思维等使生产方式产生变革，将整个工业生产体系提升到一个新的水平，工业生产、经济体系和社会结构将从垂直转向扁平、从集中转向分散；以智能制造为代表的新一代先进制造模式，必将使商业模式、管理模式、服务模式、企业组织结构和人才资源需求发生巨大变化，给工业领域、生产价值链、业务模式乃至生活方式带来根本性变革，进而推进和实现新的工业革命。
制造模式的演进与新工业革命的出现由市场发展、社会变革、技术突破、管理创新多种动因的综合作用决定。对新工业革命的内涵的理解必须通过与社会科学(如经济学和管理学)等跨学科的对话和交流，适当突破自然科学和工程技术学科的理论范畴。工业发展历程表明，新的生产模式的出现均为与特定的社会制度、组织结构和经济因素等相互作用的产物，而新的制造模式又会对既有社会制度和管理方式提出新的要求，从而推进企业管理模式、社会制度环境的变革[60]。综上所述，在市场、技术、社会经济环境变化与全球一体化趋势的推动下，制造业正在经历着一场革命，一场以实施先进制造技术和经营方式彻底变革为主要内容的先进制造模式的革命，涉及制造理念、制造战略、制造技术、制造组织与管理各个领域的全面变革。
4新一代先进制造技术的应用案例
产品制造的智能化变革绝不仅是优化现有的制造业，而是将制造延伸至范围更广的生产人群中———既有现存的制造商又有正成为创业者的普通民众。随着社会化网络的发展，通过充分开发大众的智慧、力量和资源，以用户创造内容(Usergeneratedcontent)为代表的社会化生产模式更能形成突破性创新，彰显出巨大的能量和商业价值。以思科(Cisco)为例[31]，2007年秋，思科借助Brightidea公司的创意网络平台，为其一个十亿美元的新业务寻找创意，通过征集创意—进行筛选—提炼创意三个阶段，最后从104个国家的2500多名参与者提交的约1200个创意中，成功筛选出最佳创意；再如美国越野赛车LocalMotors公司通过社会化生产方式，将越野赛车的个性化设计与制造分包给不同的社区，在社区内的微型工厂实现了快速小批量设计与生产；波音公司联合全球40多个国家和地区企业，通过网络协同和制造服务外包的形式协同研发制造了波音787，将研发周期缩短至原来的30%，成本也减少了50%[18]。如此一来，创意新阶层得以进入生产领域，将自己的设计产品模型转变成产品，却无需自行建立工厂或公司，制造变成了另外一种可由网络浏览器获取的云服务，实现了低成本的高技术，保持了小型化与全球化并存的能力。借助物联网、云服务、大数据等技术，用户参与不再局限于创意征集阶段，而向设计研发、制造、实验、检测、营销等纵深发展，向产品全生命周期拓展，这些生产方式将为开发出成功的产品、降低生产成本、提高效率作出巨大贡献。
以大数据、物联网/CPS、云计算等新一代信息技术为基础的先进制造技术将促进制造系统向服务化、智慧化、个性化、社会化的方向发展，智慧制造应运而生[40-41]。智慧制造将制造系统分为社会系统、信息系统和物理系统三个子系统，其中社会系统强调群体智慧和人的主观能动性，尤其是人及其隐性知识的集成，是基于人际网(Internetofpeople)所形成的社会化网络，注重客户参与的互动性、个性化和创新性；物理系统通过物联网实现物理实体的互联互通，利用RFID、嵌入在资源或产品内的感知器等获得资源状态和环境的数据信息；信息系统通过大数据技术对业务对象的属性、位置和状态等信息进行整合，从海量数据中抽取出所需的信息、知识和智慧，为需求分析、设计、生产、营销和回收等制造全生命周期过程提供知识支持。物联网获取的数据与知识的价值是通过服务的形式来体现的，通过云计算和“一切皆为服务”的理念，为用户提供按需即取的服务方式，将服务资源延伸到物理世界，最终得以在物理系统中实现产品生产。
新工业革命将促进社会制造/智慧制造理念的实现。社会制造将使传统的企业转变为能够主动感知并响应客户大规模个性化定制需求的智慧型企业，其核心就是主动、实时地将社会需求与社会制造能力有机地结合起来，从而高效、实时动态地满足客户需求。Shapeways公司就是一个典型的例子[61]，该公司于2007年创立于荷兰，后将总部移至美国曼哈顿，是一家利用3D打印技术为客户定制各种产品和服务的公司，至今已获数千万美元的风险投资支持，截止2012年6月20日，其生产产品已经超过100万款，产量超过60亿件。2012年10月19日，该公司位于纽约皇后区的“未来工厂”正式投入运营。该工厂占地2.5×104m2，可以容纳50台工业打印机，每年可按照消费者的需求生产上千万件产品。Shapeways的市场运营模式如下：通过Facebook和Twitter等社会媒体接受客户关于各种产品的3D设计方案，将顾客的需求发送给Shapeways工厂，由工作人员确定是否可行，评估并制定方案，并在数天内完成产品的打印生产，然后寄送给客户。同时，该公司还为商家和设计者设立平台，使他们可以利用公司的3D打印机生产并销售自己设计或收集的产品，用户提交他们的产品创意，如果有足够多的人喜欢(如通过Twitter，Facebook等独特社区)，则产品开发团队将制作产品原型，用户可在线对其进行投票、评分、提意见或建议，参与产品的设计开发、改进、预售和营销等，即通过聚集大众智慧的方式，让社区参与产品开发的整个过程。如果产品获得预期成功，则发明者和其他协作者可分享一定的产品销售收入。在过去的2014年，其月均订单已超过18.1万件，成为目前全球第一的在线3D打印社区。该案例成功地利用社会性网络、群体智慧和3D打印等技术实现了个性化产品的生产，涉及社会系统、信息系统及物理系统的各个层次，大批3D打印机形成制造网络，并与互联网、物联网、务联网和人际网(社会性网络)无缝连接，形成复杂的社会制造网络系统，从而将社会需求、虚拟设计与实物制造有机地衔接起来，在一定程度上为智慧制造/社会制造提供了例证。
5我国制造业发展的思考
新工业革命将对全球产业结构、生产资料、劳动者素质等生产力要素和人类生产生活方式、思想观念产生巨大影响，企业组织结构、管理方式、社会制度政策环境等因素决定了先进制造技术在制造业领域应用的广度和深度。我国应基于国情把握好新工业革命的发展机遇，高度重视AMT的发展动态，大力发展战略新兴产业，为新工业革命创造良好的环境条件，从而促进我国经济社会快速发展[62]。自2009年以来，我国密集部署未来新兴产业的重点发展方向和主要任务，提出积极发展新能源、新一代信息技术、新材料等七大战略性新兴产业，努力抓住“新工业革命”这一难得的发展机遇，发展知识技术密集、资源消耗小、成长潜力巨大、综合效益好的产业，增强自主发展能力。我国先进制造业目前主要由两大部分构成(如图9)：1由融合先进制造技术的传统制造业改造而成的先进制造业，如数控机床、海洋工程设备、航空航天装备等；2科技重大突破创新的成果落地应用后形成的新产业，如增量制造(3D打印)、生物制造、微纳制造等。
(1)信息化和工业化深度融合
新工业革命的兴起为我国探索资源消耗低、环境污染少的工业新类型和生产新方法带来了契机，新一代智能化技术、新能源、新材料等新科技正快速形成产业规模市场，该市场有利于发展循环生产和循环经济，实现经济效益与环境效益、社会效益的均衡发展。新工业革命以智能化微制造科技为关键科技支撑体系、以深层次循环式生产为主导，促使生产力和生产方式向更深层次和更广范围拓展。我国未来的现代产业体系应该更多地建立在新的工业生产方式、新的生产组织方式和新的生产制造模式基础上。
(2)发展战略新兴产业
战略性新兴产业[63]以重大科学技术突破性发展为基础，对社会发展具有重大引导带动作用，而且知识密集、资源消耗小、发展潜力巨大并且综合效益好，能增强我国的自主创新和可持续发展能力，更深入地参与国际竞争。发展战略新兴产业目前面临知识科技创新、组织管理创新、体制政策创新三大重要创新任务。我国十分重视战略新兴产业，2010年10月18日颁布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，准备用20年左右时间，使节能环保能源产业、新一代电子信息技术、高端装备制造业等七大战略性新兴产业的创新能力和发展水平达到世界领先；在《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出了七大战略性新兴产业的发展方向和任务，以重大技术突破和重大发展需求为基础，将知识技术密集型、引领作用强、发展潜力好和综合效益大的新兴产业作为发展重点，建立战略性新兴产业重点领域产业联盟，大力发展可再生新能源、生物技术、智慧物联网、云计算、普适人机交互等新技术，并且注重智力资源的开发、新能源和互联网的应用，将创新放在关键的位置。
(3)为新工业革命创造环境条件
新工业革命创造环境条件包括至关重要的制度改革、政策环境和商业模式等，新工业革命带来的不是个别政策的微量调整，而是系统化大规模变革问题。首先建立创新激励机制和知识产权保护，集聚大量的高端创新人才，将技术和管理、软科学和硬科学结合在一起协同创新，增强市场化导向和创新激励机制；其次加强政策引导企业技术创新及技术改造，鼓励企业和科研院所建立各种模式的创新联盟，促进产业集聚和资源整合；最后通过法律强制、财政资金支持、税收优惠等措施引导和支持企业突破核心关键技术，支持新技术新产品的推广应用。与新的制造技术相适应的企业管理方式和社会制度基础决定了其在制造业领域应用的广度和深度，同时也在一定程度上决定了AMT能在多大程度上转化为制造业的产业竞争力。
(4)培育知识创新能力与人力资本
