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1、文章编号:1004-132?(2000)01-0163-06微型机电系统周兆英王晓浩叶雄英王伯雄李莎刘卫丹周兆英教授摘要:分析了微型机电系统的特点、主要科学技术问题、应用和市场。预计到2003年微小系统的市场约为400亿美元,是商用航空业的一半。简介了我国的研究情况。国际上微型机电系统技术刚走向全面发展,正是我国发展该领域的好时机。关键词:微型机电系统;微传感器;微执行器;微米?纳米技术中图分类号:TH-39文献标识码:A收稿日期:19991205基金项目:国家自然科学基金资助重大项目(59235110)1背景科学技术向微小领域发展,由毫米级、微米级继而涉足纳米级,人们把这个领域的技术称之为微
2、米?纳米技术。微米?纳米技术使人类在认识和改造自然方面进入一个新的层次,开发物质潜在的信息和结构能力,使单位体积信息处理和运动控制的能力实现又一次飞跃。将在信息、材料、生物医疗、航空航天和工业等方面产生重大影响。微型机电系统(M EM S)是其中的一个新兴的高科技领域,提到它就会联想到微电子技术。当前“奔腾”的一片芯片上就有950万个晶体管。微电子器件的开关速度受电子传输路径长度的限制,其微型化要求迫切。美国规划微电子线宽由1998年的0.2m、2001年的0.18m,发展到2010年的0.07m,科学家还要进一步突破其极限。微电子技术的另一重大贡献是在其基础上发展了M EM S。一般M EM
3、 S是基于硅材料技术的。硅的机械和电子性能好,已有的微加工技术和设备还在发展,微电子和微机械的集成化潜力巨大。1959年美国物理学家、诺贝尔奖获得者R.Feynmam就提出微型机械的设想。1962年微小器件的先驱硅微压力传感器问世,其主要技术基础是硅膜、压敏电阻和体硅腐蚀工艺。其后用硅加工方法开发出尺寸为50m500m的齿轮、齿轮泵、气动轮及连接件等微型机构。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60m120m的硅微静电电机,主要技术基础是牺牲层腐蚀工艺和静电驱动,显示用硅微加工方法可以制作三维可动的机电系统。1987年10月9日IEEE的机器人和自动化委员会组织讨论会,许多微型机电
4、系统的先驱者参与了这次会议。其后来自M IT、Berkeley、Stanford、A T&T和N SF的15名科学家提出了 小机器,大机遇:关于新兴领域微动力学的报告 的国家计划建议书,并声称:“由于微动力学(微系统)在美国的紧迫性,应该在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面”。美国N SF启动了第一个M EM S计划,美国国防部先进研究计划署(TheU.S Defense A dvance Research Projects A gen2cy,DARPA)每年大额资助其发展。日本通产省自1991年度开始实施为期10年、总投资250亿日元的“微型机械技术”大型研究开发计划。这两个
5、举动对世界的微传感器、微执行器和微系统的发展有重要影响。虽然第一个硅平面工艺专利发表于1952年,但是直到20世纪90年代初,才出现用硅平面工艺生产带有信号处理电路的微型加速度计(以AD公司为代表),主要设计基础是梳状结构和微电容检测电路,实现了微小机械结构与电路的一体化集成。近年来,研究的兴趣不只在小型化,而重视宏微观领域内的多学科交叉,发展出机、电、光、生、化的多学科System Integration,System on Chip和L ab on Chip的M EM S广阔领域。国际微型机电系统的学术会议和参加人数多,除M EM S和T ransducers会议外,又出现了一些专门的会议
6、,如汽车微系统、生物芯片技术、微化学分析系统、微机器人、微小卫星,等等。关于M EM S发展应用和产业化预测的文章和报告也逐渐增加,出现了世界性或地区性(如欧洲)的产业化讨论会议,目的在于研究M EM S的进展、促进其产业化和研究微小化技术的经营策略。估计到2003年M EM S的市场约为400亿美元,是商用航空业的一半。有人用专利增长率来说明M EM S的发展361微型机电系统周兆英王晓浩叶雄英等(见图1),专利是一个领先的指标。专利代表R&D投资,每个投资约1000万美元,每个专利代表200多工作日。1996年美国为160项,每年增长34%;世界专利为180项,每年增长37%。图1微型机电
7、系统专利的增长从微米?纳米技术研究的技术途径看,M EM S是用光刻刻蚀等微细加工方法,将大的材料割小,形成结构或器件,并与电路集成,实现系统微型化,亦称为由大到小(top-dow n)的途径;另一种技术途径是采用分子、原子组装技术的办法,即把具有特定理化性质的功能分子、原子,借助分子、原子内的作用力,精细地组成纳米尺度的分子线、膜和其它结构,进而由纳米结构与功能单元集成为微系统,这称为由小到大(bottom-up)的途径。在此尺度下的物理、化学和力学特性与大尺寸材料有明显的差异。2定义国际上对微型机电系统尚无严格的统一定义,各国不同的名词强调了不同的方面,在一定程度上反映了其研究范围和侧重点
8、。日本1988年使用“微型机械”(m icromach2ine)一词,它是从大机器到制造小机器而发展起来的。1989年日本通产省把它用作国家大型计划的名称。微型机械侧重于在不大于1 cm3的体积内制造复杂的机器。一些日本学者曾大致地这样划分:1mm10 mm为小型机械;1m1 mm为微型机械;将来有可能借助于生物工程和分子组装实现1nm1m的纳米机械或分子机械。微型电子机械系统(m icro electro-mechani2cal system s,M EM S)是美国惯用词。M EM S侧重于用集成电路可兼容技术加工元器件,把微电子和微机械集成在一起。它是指可以批量制作的,集微型机构、微型传
9、感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统,见图2。也有人称为微型光机电系统(m icro opto-electro-mechanical system s,MOEM S)。近来,欧洲把微系统(m icrosystem s,M ST)定义为一种智能的微小系统,它具有传感、信号处理和?或致动功能,通常组合了两个或多个电、机、光、化学、生物、磁或其它特性的微型元器件,集成为一个或多个混合芯片。强调微系统技术的系统方面的和多学科性质(见图3)。微全分析系统被称为m i2cro total analysis system s(TA S)。这些不同的名词实际上指
10、同一领域。国际电技术委员会(International Electrotechnical Com2m ission)的定义强调了这种共性:“微系统是微米量级内的设计和制造技术。它集成了多种元件,并适于以低成本大量生产。”有人通称M EM S?M ST?M icromachine技术为M3技术。我们指的微型机电系统是一个广义的概念,并强调它是各种各样的微系统发展的技术平台。至少出现了F-M EM S和M EM S-D两类名称,前者表示用于各种领域的M EM S,如BioM EM S,Op2toM EM S,Chem ic M EM S,Pow erM EM S,IT2M EM S,后者表示M E
11、M S的器件,如M EM S-RF,M EM S-sw itch。也 可 以 被 称 作RFM EM S,W irless M EM S。3当前微型机电系统发展的特点3.1制造创新(1)微制造技术是M EM S发展的基础起初微机械结构是电器工程师做出来的,后来机械、物理、化学、生物的研究人员加入M EM S的研究。目前用于微型机电系统的三类主要微细加工技术是,以硅表面加工和体加工为主的硅微细加工、利用X461中国机械工程第11卷第122期2000年2月射线光刻、电铸的L IGA工艺(德文lithographgalvanformung und abformug的缩写)和精密机械加工(如微细电火花
12、加工EDM、超声波加工等)。M EM S对设计、材料、加工、机电系统集成、封装、测试和可靠性技术都提出新的要求。(2)M EM S的产品设计包括器件、电路、系统和封装四方面的设计。要开展设计、开发和制造的并行工程,开发包括微流体、电子、动力学、光学、电磁场的复合CAD系统,其仿真必须穿过域的壁垒。M EM S CAD至少有如下特点:多学科交叉,采用快速有效算法;作为联系掩膜、工艺和三维模型的桥梁,必须有结构仿真器;M EM S的制造过程不仅改变结构的几何轮廓,还改变材料的性质,影响结构的电子和机械特性,这种改变贯穿于整个制造过程;建立典型结构的设计软件包,如加速度计的梳状微结构、微泵的薄膜结构
13、等,以提高建模、仿真的速度和精度。(3)M EM S的加工该技术尚不完善,还存在着可加工的结构和材料限制,复杂结构加工的可靠性、成品率、可重复性还不理想。硅微加工工艺也不全同于IC工艺,正在不断地发展中,如硅微静电电机采用了三层结构、两次牺牲层工艺。由多层模版制作出三维可动机构。执行器直径约为100m,转子与定子的间隙约为1m2m,当工作电压为35 V时,转速达15 000 r?m in。(4)微系统材料这是一个重要的研究课题,包括半导体、金属、陶瓷、聚合物、特种玻璃、石英和钻石等。表面性能优的薄膜材料、微致动的功能材料、微系统的光学材料(如微小激光器材料、用于光谱仪的分光复合材料和用于光波导
14、的聚合物材料等)、微能源材料,等等。(5)封装这是M EM S的关键技术,如真空封装、阻尼控制封装、多芯片封装(M CM)工艺、硅帽预封装技术,等等。有的封装可能占M EM S价格的80%以上。(6)测试技术包括M EM S工艺、材料和结构的各种特征参数测试,以及M EM S器件和系统的动静态特性测试;M EM S器件微弱信号和微小物理量的测试技术。(7)可靠性M EM S可靠性问题是许多M EM S实验室产品不能走向市场的原因之一。M EM S失效模型、系统级可靠性建模、可靠性的定标和评价都是值得深入研究的课题。3.2系统集成M EM S带来了全新的概念,改变现有系统把信息获取、计算(分析、
15、判断或决策)和执行功能分割开来的状态。智能集成微系统(I2S)是传感器(物理、化学或生物的)、微结构、ICs、执行器和小型通讯系统(RF、光学等)的集成。智能微系统从本质上是微机械和IC的组合。硅微加速度计便是一个最简单而成功的例子。它包括一个微加工的多晶硅梳状结构(0.6 mm2)和在同一芯片上的Bi MOS信号处理电路,整个尺寸为3mm3mm,见图4。它的图4ADXL-50加速度传感器梳状结构(图4下左)是加速度传感部分(厚2m、重43g),又是IC电路(图4下右)的电容(3pF);而IC电路是传感器的后续信号处理部分,承担梳状结构的反馈控制功能(控制质量块移动范围小于10 nm),包括振
16、荡器、解调器、前置放大器、缓冲器、参考单元和反馈回路等。整个机械和电路要求把多晶硅微加工工艺和已有的4m模拟Bi MOS结合起来,能够大批量生产,器件的噪声非常小。新的大规模集成电路等级的微流体系统,将多步微流体的分析和综合集成到单个系统中,能用于生物?化学快速分析和合成。系统包括泵和其它致动器、阀、微小管道、传感器、混合器、反应室、检测光源和检测器。系统能存储和执行流体处理过程,能接收、控制、交换数据或远程连接,系统可建立在硅或非硅基片上。完整的系统技术包括处理信息、物质和能量的流动,系统各部分的联结和封装等。集成微系统功能密度高、耗能小、应用前景好,但其难度可想而知。3.3学科交叉需要建立
17、多学科交叉的理论和研究方法,特别是微系统机(固体和液体)、电、磁、热、光、化学等的耦合理论,克服M EM S研究中对经验的过多依赖和反复试探。M EM S正向各微观科学领域渗透,形成多个分支。它涉及电子、机械、光学、材料、制造、信息、物理、化学和生物等多种学科。近年来兴起的生物芯片BioChip是M EM S和561微型机电系统周兆英王晓浩叶雄英等生物、化学的结合。该芯片是利用微细加工工艺,在厘米见方的硅片或玻璃等材料上集成样品预处理器、微反应器,微分离管道、微检测器等微型生物化学功能器件、电子器件和微流量器件的微型生物化学分析系统。与传统的分析仪器相比,微型生物化学分析系统除了体积小的优点外
18、,还具有分析时间短、样品消耗少、能耗低、效率高等优点。可广泛用于临床、环境监测、工业实时控制。已经制造出手提式的血液化学分析系统,内含有一个硅基的生物化学传感器芯片。用于细胞脱氧核糖核酸(DNA)分析的芯片能进行并行处理,同时分析数十种甚至上百种的样品,将大大缩短基因测序过程。人体23对染色体里有30亿个碱基对,目前已完成10亿个碱基对的识别和测序。用于投影显示装置的数字驱动微镜阵列芯片(digital m icrom irror device,DMD)是美国TexasInstruments公司利用硅表面微加工工艺开发的。在一片硅片上做出100万只微镜子,每个镜片尺寸为4m4m,可单独设定地址
19、(见图5)。这些镜片通过调整其倾斜角,同步地把高对比度的数字图像投影到屏幕上。微镜的惯量小,时间常数仅为15s,已成功地演示了利用768576像素的DMD芯片的彩色电视投影仪,研制出20481152像素的DMD芯片样机。图5数字微镜3.4微尺度系统的理论基础早期的执行器尺度效应研究,建议选用静电、液压或气动驱动,例如当器件尺寸由R=1 mm减小到r=1m时,不同的力或能量等减小的情况见图6。当特征尺寸达到微米和纳米量级时,许多物理现象与宏观世界有很大差别,提出了很多新的科学问题,如尺度效应、热传导、微流体特性、微光学特性、微构件材料性能、微结构表面效应和微观摩擦机理,等等,有人称之为微科学。要
20、发掘和利用微小尺度现象的潜能,才有高层次的创新。新概念的微型双组元火箭发动机是微动力系统Pow erM EM S的一个范例。它由56片芯片叠在一起,共3 mm厚,内有混合燃烧室、喷口喷管、2个泵和2个阀以及冷却管道,是一多器件集成系统。用液氧和乙醇作燃料。能产生15N的推力,推力重量比达15001,是大火箭推进器的10100倍,反映了微系统的潜力。它可用于微小卫星的引力补偿和位置保持、姿态控制和轨道控制、作为星际探险的动力装置、提供宇航员出舱活动的载人机动装置(MMU)。最近美国M IT又提出利用阵列式微型火箭发射微型航天器的设想,推力重量比比航天飞机主发动机大20倍。它涉及的理论和技术基础有
21、微发动机原理、微流动和微传热、微气动力学、微热动力学、在微空腔中的相变和微燃烧、处于边界层的边界效应及多域耦合等。涉及的技术有微泵、微阀、微管道、密封、耐高温材料等。M IT在硅片上制作出涡轮机,其目标是1 cm直径的发动机产生10W20W的电力或0.05N0.1 N的推力,最终达到100W。整个微型涡轮发动机包括一个空气压缩机、涡轮机、燃烧室、燃料控制系统及电启动马达?发电机。4微型机电系统的应用和产业化分析研究认为,M EM S的研究在2000年前后,将从实验室走向实用化,形成新的产业。市场的增长是非线性的,其发展曲线像一个曲棍球棒形。但M EM S工业的成长比预期的慢,曲线上的拐点总向后
22、推移,但人们对其发展的宏大前景仍充满信心。全世界有600家企业、研究所和大学介入其中。目前M EM S的发展中,技术推动所占的比重大,市场牵引也有一定的作用。而且,M EM S缺乏标准化,设计、制造、材料、计量、封装、测试和价格计算等变化大。国际上正对产业化的路径(roadmap)组织合作研究,产业化的路径分析有助于工程师、设计人员以及决策者对已有技术的能力和极限,以及可能的瓶颈作出评价。据凯厄姆加布里埃尔估计,1995年的销售661中国机械工程第11卷第122期2000年2月额为15亿美元,而2000年将猛增到139亿美元。目前,市场以流体调节与控制的微机电系统为主,其次为压力传感器和惯性传
23、感器。而到2000年,压力传感器将跃居市场的主导地位(占25%),其次为光学开关(占21%)、惯性传感器(占20%)、流体调节与控制(占19%)、大容量存储器(占6%)和其它器件(占9%)。90年代后期欧洲成功地组织了N EXU S计划,它把300个企业、大学和研究机构召至其麾下。N EXU S对欧洲和世界市场也进行了分析,包括所有的传感器、微执行器和微结构的30多个主要应用(但不包括平板显示),系统地分析了微技术对已有市场的影响,面对面地调查了世界200多个微系统制造商,比较分析了欧洲、美国和日本的主要产品。表1为N EXU S对世界微系统市场的估计。表1N EXU S对世界微系统市场的估计
24、年份市场(亿美元)件数(亿)主要产品199613016HDD的R?W头、喷墨打印头、助听器头、计步器、压力传感器、流行的诊断器、化学传感器、加速度计、激光成像、惯性传感器、新的微机械器件、流量传感器、磁传感器和微分光计等。1996新产品1.070.34喷射阀、喷嘴、光学开关、被动光学元件、施药系统、倾斜仪、线圈芯片、微电机、磁光头、防碰撞器、芯片上的实验室?DNA、电子鼻和微继电器等。200238370HDD的R?W头、喷墨打印头、新微加工器件、计步器、流行的诊断器器、化学传感器、激光成像、加速度计、惯性传感器、磁传感器、微分光计和流量传感器等。2002新产品4242光学开关、施药系统、芯片上
25、的实验室?DNA、磁光头、喷射阀、微继电器、线圈芯片、微电机、倾斜仪、喷嘴、防碰撞系统和电子鼻等。目前,M EM S的应用过程中,技术推动的作用比市场牵引要大很多,军用和民用技术的研究不是截然分开的。M EM S具有小巧和高度集成的特点,这对于满足武器装备体积小、重量轻、能耗低和智能化的要求,具有独特的优势。M EM S将使军队的状态认识、伤员信息、精确定位能力,以及武器的性能和可靠性提高到一个新的水准,例如,美国DARPA规划的微型飞行器(m icro aeri2al vehicle,MAV)的技术指标为长、宽、高尺寸均小于15 cm(6英寸),重量不超过115 g(4盎司),巡航范围约16
26、 km(10英里),速度为32 km?h64 km?h(20英里?h40英里?h),连续飞行20m in60 m in;能自主飞行,执行如传输实时图像等任务;军用于侦察、目标搜索、通信中继,监测化学、核或生物武器,甚至作为攻击武器;民用于搜寻灾难幸存者、有毒气体或化学物质源,农业及环境监测,消灭害虫等。M ITL incoln实验室正在研制的鸭式微型飞机约57 g,尺寸小于15 cm,飞行速度为9 m?s13 m?s,可控半径为5 km,飞行高度为100 m,空中停留时间为1 h;半自主式飞行,具有侦察及导航能力。M EM S在飞机上的成功应用是用微小气泡来改善飞机动力学特性,其功能在F16上
27、得到验证。M EM S在生物医学上的应用吸引了人们的广泛注意。M EM S技术用于恢复视觉、听觉和进行人体血管内手术。5我国的研究我国从80年代末开始M EM S的研究,已取得了很多有价值的成果,如微压力传感器、微加速度计、微陀螺、微磁强计、微红外传感器、微流量传感器、微触觉传感器、微力传感器、微化学传感器、RF器件、CMOS相机、微电机、微阀、微泵、微喷、微推进器、微光开关、微光谱仪、微毛细管电泳芯片、生物芯片、微细胞操作系统、微机器人、微型飞机,等等。10多年来,研究队伍不断扩大,90年代末已有40多个单位的50多个研究小组在从事相关工作。M EM S研究还在下述方面进行:微型惯性器件和惯
28、性测量组合;微型传感器和致动器;微流量器件和系统;生物传感器、生物芯片和微操作系统;微型机器人、微飞行器和纳卫星;硅和非硅制造工艺;微型机电系统的测试技术;微系统机理,例如,清华大学设计的硅微型泵是两片对称的简单结构,其设计包括了牺牲层工艺制作的微型阀、体硅工艺制作的腔体、致动器、微管道和流量传感器等复杂构造和多个器件,通过多步工艺集成在硅片上。上海交通大学成功地研制出电磁型微电机,其中2 mm的电磁型微电机最大转速为25 000 r?m in,重量为38 mg,调速范围为501,最大输出力矩为2.8Nm。6结束语首先,当微型器件和系统的特征尺寸达到微米761微型机电系统周兆英王晓浩叶雄英等和
29、纳米量级时,有些宏观的规律已不再适用,提出了很多新的科学技术问题;其次,微机电系统的特点是多学科交叉、多种加工技术的应用、新原理和新设计的探索、科研和产业化的衔接,等等,是一个很重要而又活跃的领域;第三,智能集成微光机电系统的发展,将计算、判断和决策功能与信息获取和执行功能结合起来,有人称它是微电子和微机械领域即将来临的革命。M EM S已成为各种各样的微系统发展的技术平台,基于此将发展出多学科的广阔领域,既有重要的基础研究课题,又将有广泛的应用。它将带动新产业的发展,特别是在汽车、信息、生物医学、航天和国防等领域的M EM S新产业。国际上微型机电系统技术刚走向全面发展,正是我国发展该领域的
30、好时机,应当积极推进其研究、应用、教育和科技普及。参考文献:1周兆英.微型机电系统技术.见:第三届海峡两岸机械工程技术交流会论文集,中国黄山,1999:13182ZHOU Z Y,YE X Y,WAN G X H.Study on M i2crofluidic System s.IEEE Hong Kong Symp.onRobotics and Control,1999:5555613ADXL 05-1G to5G Single Chip A ccelerome2ter w ith Signal Conditioning,A nalog Devices,Datasheet,1995,Norw
31、ood,MA,02062:144M onk D W,Gale R O.The D igitalM icrom irrorDe2vice for Projection D isplay.M icroelectornic Engin2erring,1995:4894935Gregory T A.M icromachined T ransducers Source2book.Kovacs,WCB M cGraw-H ill,1998:191546W EN H K.M icrofabrication Technology andM anu2facturing.In:5thInt.Conf.on man
32、ufacturingTechnology,Beijing,1999:14(编辑华恒)作者简介:周兆英,男,1937年生。清华大学(北京市100084)精密仪器与机械学系教授、博士研究生导师、清华大学微米?纳米技术研究中心学术委员会主任。主要研究方向为测量与控制技术、微型机电系统和生物医疗仪器。获国家科技奖和省部委奖10余项、专利5项。出版专著5部,发表论文200余篇。王晓浩,男,1971年生。清华大学精密仪器与机械学系博士。叶雄英,女,1961年生。清华大学精密仪器与机械学系教授。王伯雄,男,1949年生。清华大学精密仪器与机械学系教授。李莎,女,1977年生。清华大学精密仪器与机械学系硕士。
33、刘卫丹,女,1977年生。清华大学精密仪器与机械学系硕士。文章编号:1004-132?(2000)01-0168-05新型可重组机器人化机床的研究开发张伯鹏孟威赵大泉舒苏东徐家球郑力张伯鹏教授摘要:开发先进制造装备、提高现有制造装备的能力和利用率,是提高制造企业效益的有效措施之一。从可重组角度探讨了制造装备的组成部分和接口问题。讨论了加工中心和机器人的功能和结构的同异。阐述了压力配合插入装配作业的要求。为了保证作业质量、提高作业效率,针对插入装配特别是压力配合插入装配要求,阐述了可重组的机器人化加工中心和机器人化钻削?装配机床的设计特点。介绍了两种可重组机器人化机床样机的建造;给出了部分试验结
34、果。关键词:可重组;压力配合插入装配;机器人化机床中图分类号:TG68文献标识码:A面对多品种、小批量?大批量并存和多变的产品市场需求,开发先进制造装备、提高现有制造装备的能力和利用率,是制造企业保证产品质量、快收稿日期:19991116基金项目:国家自然科学基金资助项目(59675074);国家863高技术计划资助项目(863-512-05-06)速响应市场需求、降低产品成本的重要手段之一。现实的矛盾是,一方面面对用户对产品功能、质量和交货时间的需求,企业常缺乏相应的先进制造装备;另一方面又由于市场需求的不断改变、设备故障待修等原因,许多现有制造装备的利用率又比较低,有的甚至长期闲置。861
35、中国机械工程第11卷第122期2000年2月and ended at marketplace.The conceptualization devel2opment and the design(these two elements together arebriefly called design in this paper)for a product thatmakes the determ inative value of the product being devel2oped,so is the central for product innovation.Thispapersyste
36、matically discusses the essential conception、theoryand technology for product design.EssentialDesign The2ory(EDT)w ill firstly build the design process model,define the global functional field for the design process,describe the behaviour of the process towards the finalgoalwhich is under the proces
37、s controlw ithin the condi2tional constraints.The objective of EDT is to find thetheory basis for developing a newtechnology helpingproduct design using computer,that we call it as DesignA utomation Engineering.Key words:product innovationproduct designtheorydesign automation engineeringApplications
38、 of M ultibody Dynam ics in the Field of M e-chan ical EngineeringL I U Youwu(T ianjin U niversi2ty,T ianjin,China)p 1442149Abstract:The method of Huston on multibody sys2tem dynam ics and its development were introduced.Theapplications and achievements in the field of mechanicalengineering were emp
39、hasized.Firstly,industrial robotwas analyzed in the ti me and frequency domain.Second2ly,total error models for an NC machine tool,were de2veloped,the error parameters were identified and thesoftware error compensation was accomplished.Then,the vibration controlof flexiblemanipulatorwas realized.Fin
40、ally,the dynam ics of flexible body w ith large overallmotion,which can be used in aerospacecraft,was ana2lyzed.The multibody system dynam ics for rigid body aswell as flexible body was developed through authorspractice.Key words:multibody dynam icsrigid and flexiblebodyapplication on mechanical eng
41、ineeringNCmachine toolaerospacecraftrobot and manipula2torRising Bio-Manufacturing Engineering in 21st CenturyLU Bingheng(Xian Jiaotong U niversity,Xian,China)WU YonghuiL ID ichenWAN G Zhenp 1492153Abstract:Bio2manufacturing engineering is a forth2com ing revolution in manufacturing science of the 2
42、1stcentury.Starting from different perspective,this paperanalyses the background of Bio2manufacturing engineer2ing and summarizes various research directions in thisfield.A ccording to the difficulties of realization and thematurity of its enabling technology,the authors suggestthat these different
43、approaches in Bio2manufacturing en2gineering should be intercrossly explored in steps andphases.Since the enabling technology of engineeringman2ufacture of Bio2active tissue is of relatively mature,so itw ill become the hotspot and key in the currentBio2manu2facturing engineering research.Key words:
44、bio2manufacturing engineeringman2ufacturing sciencematerial sciencelife sciencesResearch and Development of Advanced Materials andAdvancedMaterial IndustryL I Chenggong(ChineseM aterials Research Society,Beijing,China)p 1542156Abstract:In thispaper the present statusof advancedmaterials in China is
45、described1The demands andmarketprospects of advanced materials at home and abroad areanalyzed1The future trends of advanced materials aresummarizedas materialdesignandinterdisciplinarystudy,high performance,multiple functions,compositi2zation,intellegence and low cost ofmaterials,the i mpor2tance of
46、 material processing and evaluation,reconstruc2tion and i mprovements of traditional materials in indus2try,ecomaterials and balance of resources and environ2ment1Key W ords:advanced materialmetallic materialinorganic materialorganic materialcompos2ite materialResearch on the FuzzyLogicalDecision in
47、ManufacturingTechnologyWAN G Xiankui(T singhua U niversity,Beijing,China)WU Danp 1572162Abstract:M any decision problem smay bemetw ithintotal process of production life cycle.In this paper,thegeneral characteristics of decision problem are discussed,indefinite factor decision which is the main diff
48、icult andkey problem in current manufacturing technology is ana2lyzed,fuzzy decision mode is advanced.Fuzzy logical de2cisionin manufacturing technology is discussed fromknow ledge fuzzy expression,fuzzy inference process,fuzzy comprehensive judge approach,distinguishing fea2ture and its application
49、 etc.A s an example,the determ i2nation of locating and clamping scheme in machining pro2cess is explained.Key words:fuzzy logicfuzzy inferencefuzzycomprehensive judgemanufacturing technologyM icroelectromechan ical Systems ZHOUZhaoying(T singhua U niversity,Beijing,China)WAN G XiaohaoYE XiongyingWA
50、N G BoXiongL I ShaL I U W ei2danp 1632168Abstract:M icroelectromechanical System s(M EM S)is a burgeoning high technology.It faces a prospective fu2turew ith the broad application in the field of agriculture,communication,traffic,medical treatment,environment,aerospace and aviation,defence,etc.The d