时间:2023-03-22 17:35:45
绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇航空航天技术论文,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
关键词:物理;航空航天;问题;探讨
中国航天事业的蓬勃发展也给我们的高考命题提供了很好的素材。2008年发射"神舟七号",航天员出舱在太空行走;2011年8月,"嫦娥二号"成功进入了绕"拉格朗日点"的轨道,我国成为世界上第三个造访该点的国家;"神州八号"飞船与"天宫一号"目标飞行器成功实施了首次交会对接等,都给了我们非常生动的情境。下面我就从航天技术的发展历程、载人航天工程七大系统等方面来研究航空航天中的物理问题,具体如下:
一、航空航天技术的发展
人类很早就有了航天的思想,我国古代流传的"嫦娥奔月"、"吴刚砍桂"等传说故事,就是对人类航天理想的生动描绘之一。当然,人类真正实现这种理想是到19世纪末才开始起步的.从那时起,相继涌现出俄国的齐奥尔科夫斯基,美国的戈达德和德国的奥伯特等富于探索精神的航天先驱者。俄国的奥尔科夫斯基最早从理论上证明用多级火箭可克服地球的引力而进入太空,建立了表征多级火箭理想速度的著名的齐奥尔科夫斯基公式。而且他肯定了液体发动机是航天飞行器最适宜的动力装置。美国的戈达德是液体火箭的创始人。他曾指出,要克服地球引力,火箭必须具有每秒79公里的速度。他在1921年开始研制液体火箭发动机,1926年3月16日,他研制的液体火箭飞行成功。德国的奥伯特也是最早的火箭和航天的理论家和实践者。1923年奥伯特论述了火箭飞行的数学理论,并对火箭结构和星际飞行提出了许多新观念。到了1942年10月3日,德国太空协会的青年专家布劳恩领导的航天研究小组,经过艰苦的探索,在总结历次失败教训的基础上,终于发明了再生冷却式燃烧室和燃气舵等新技术。采用这些新技术,终于获得弹道导弹(V-2)的发射成功[1]。从而在工程上实现了航天先驱者的技术思想,取得向地球引力挑战的胜利,并对后来大型火箭的发展起到了继往开来的重大作用。堪称是人类航天发展史上的一个里程碑。
第二次世界大战后,前苏联和美、法、日、加拿大、澳大利亚等国家,都先后发射了探空火箭,创造出发射393公里高度的纪录,获得了许多高层空间的宝贵资料,为发展航天奠定了科学基础。经过10多年的艰苦探索之后,于1957年10月4日,前苏联把世界上第一颗人造地球卫星送入大气层外的运行轨道,开创了人类航天史的新纪元。以后,美、英、法、日和中国、印度等国均成功地发射了人造卫星。自60年代中期开始,卫星的发展便从探索试验转入实用阶段。如今,人类发射的侦察、预警、通信导航、天文气象、海洋监视、测地探矿等应用卫星巳超过2500颗,它们在经济、军事和科研中发挥了非常大的作用。
随着航天技术的发展,人类不断刷新航天纪录.创造出一个个惊人的奇迹。诸如:1961年4月12日开辟了载人航天的成功之路;从1959年开始又开创了对月球的探测和人类登月考察的新篇章;自70年代起,人类对太阳系中的行星先后进行了探测,前苏联和美国并相继在空间建立了航天站;80年代初又发明了能重复使用的航天飞机等等。这些令人鼓舞的成就,对航天技术及其它科学领域的发展都具有深远的历史意义。
二、物理在航空航天中的应用
(一)火箭推进原理
所有航天器的发射都依靠火箭技术,而火箭的飞行是遵循着质点系动量定理和动量守恒的。竖立在发射架上的火箭本身带有燃料和氧化剂,火箭在发射前总动量为零,当点火燃烧后,高温高压的气体不断从火箭尾部的喷管往后喷出,从而使火箭获得向上的巨大推力,克服自身的重力,向太空冲去。下面我们看一下火箭所受的推力大小和火箭的运动速度。
(二)火箭的速度
火箭是依靠连续不断的喷出大量质量m极小的燃料气体才得到连续平稳的加速上行。为了进一步说明火箭在这一过程中获得的速度,先不考虑地球的重力作用,将质量为M的火箭中的燃料燃烧后喷出的燃料气体看成质量为m(远小于M)、相对火箭速度为u的细小弹丸,由于火箭不受任何外力,因此火箭系统总动量守恒,当弹丸以速度u向后喷出,火箭就获得与弹丸等量而方向向前的动量,由于燃料不断燃烧,火箭体的质量就不断减小,因而火箭是一个变质量体系,我们用动量守恒来计算火箭最后得到的速度。
(三)多级火箭
从以上的分析可知,要想航天器上天,至少要获得7.9km/s 的速度,而要到达其他行星或是其他星系,则需要更大的速度。要想火箭得到大的速度,就必须增大燃料气体的喷射速度u和增大质量比M/Me。我们先看燃料气体的喷射速度,它受到诸多因素的影响,一种液态的常规燃料是偏二甲肼( H-N-N-CH3)加四氧化二氮(N2O4),燃料后气体的速度u接近2km/s,另一种非常规的燃料(如液氢加液氧)做推进剂,其喷射速度可达4km/s。同时由于火箭上所装载的仪器设备等的影响质量比M/Me 也有所限制,大约在10到20之间[2]。在这样的条件下,我们可以对一级火箭所能达到的末速度做一估计,其速度必须达到10.8(km/s)这并不是火箭真正能达到的速度,必须考虑地球引力和空气阻力的影响等,所以最终的单级火箭的速度只可能达到7km/s左右,小于第一宇宙速度7.9km/s,无法将航天器送上天。
实际的火箭通常为多级火箭,是用多个单级火箭经串联、并联或串并联(即捆绑式)组合而成的一个飞行整体。
三、载人航天工程七大系统
(一)航天员系统
载人航天首先要有航天员及其上天飞行的保障设施。这是一个航天员为中心的医学和工程相结合的复杂系统。它涉及航天生命科学和航天医学等领域,包括航天员的选拔训练、航天员的医学监督保障、 航天员的一样食品、航天员飞行训练模拟等分系统。
(二)载人飞船系统
飞船是载人航天的核心部分,它为航天员和有效载荷提供必要的生活和工作条件,保证航天员进行有效空间实验和出舱活动,并安全返还地面。
(三)运载火箭系统
运载火箭是把载人飞船安全可靠送入预定轨道的运载工具。包括箭体结构、动力装置等10个分系统,特别是增加了载人所需的故障监测分系统和逃逸救生分系统。
(四)飞船应用系统
载人航天工程最终是为了应用,创造效益,因此飞船应用系统是备受关注的部分。它利用载人飞船的空间试验支持能力,开展对地观测、环境监测、生命科学、材料科学、流体科学等试验,安装有多项任务上百种有效载荷应用设备。
(五)测控通讯系统
当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时,需要靠测控系统通信系统保持天地之间的经常联系,完成飞船遥测参数和电视图像的接受处理,对飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理,这个测控通信系统由北京航天指挥控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成、执行飞船轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制,航天员逃逸控制等任务[3]。
(六)发射场系统
神舟号飞船的发射场选在酒泉卫星发射中心,发射场系统由技术区、发射区、试验指挥区、首区测量和航天员区组成,形成火箭、飞船、航天员从测试到发射以及上升段、返回段测量的一套完整体系。
(七)着陆场系统
载人航天这路着陆场系统包括主、副着陆场,陆上应急援救、海上应急援救、通信测量、航天员医保等部分。
四、结束语
中学物理考察的内容一直与当前航空航天紧密联系在一起,充分体现了其注重能力与科学素养、理论与实际相结合的特点和要求。物理学的研究,与其它学科之间有者显著的不同,其无论是概念的建立还是规律的发现、概括,都需要思维的加工,与一般的思维过程相比较,在共性之中,物理学科的思维又有其个性。所以需要我们静下心来,准确把握各个知识点之间的联系与区别,举一反三,最终做到融会贯通、灵活多变。
论文关键词:原创性,高新技术产业,影响因素
1 原创性高新技术产业及其界定与测量
原创性高新技术产业是指采用新技术而形成的相同或相近高新技术企业群体,或者是围绕高新技术而生成的新兴的企业群体,其中所采用的新技术是一种根本性创新。国内外文献研究创新较早,但将原始创新与高新技术产业结合起来分析原创性高新技术产业的文献很少,缺乏系统的研究。
我国的高新技术范围共11项,涉及电子与信息技术、生物工程和新医药技术、新材料及应用技术、先进制造技术、航空航天技术、现代农业技术、新能源与高效节能技术、环境保护新技术、海洋工程技术、核应用技术及其他在传统产业改造中应用的新工艺、新技术。在高新技术产业中要确定哪些是属于原创性的,有一定难度。笔者根据国家的有关规定和相关学者的研究主要认为有四大主要衡量指标:核心自主知识产权、科技成果转化能力、研究开发的组织管理水平和成长性指标管理论文,并且占有的权重应分别是0.3、0.3、0.2和0.2.
其中核心自主知识产权主要是指产业内企业拥有的专利、软件著作权、集成电路布图设计专有权、植物新品种等核心自主知识产权的数量(不含商标);科技成果转化能力,主要是最近3年内科技成果转化的年平均数;研究开发的组织管理水平包括:(1)制定了研究开发项目立项报告;(2)建立了研发投入核算体系;(3)开展了产学研合作的研发活动;(4)设有研发机构并具备相应的设施和设备;(5)建立了研发人员的绩效考核奖励制度中国期刊全文数据库。成长性指标主要有总资产增长率和销售增长率,具体计算方法如下:总资产增长率=1/2(第二年总资产额÷第一年总资产额+第三年总资产额÷第二年总资产额)-1;销售增长率=1/2(第二年销售额÷第一年销售额+第三年销售额÷第二年销售额)-1。经过上述筛选,本文选择了医药、航空航天、通信设备制造、电子计算机及办公设备、医疗设备及仪器仪表5个行业的样本。
2 原创性高技术产业成长影响因素模型
对原创性高技术产业成长演化及其影响因素进行实证分析的第一步是建立模型。本文认为原创性高技术产业成长主要受创新资本投入和人力资本投入的影响,据此将主导性高技术产业成长的评价模型表示如下:
Y=LαKβ
其中Y表示产业成长,L表示创新的人力资本投入,K表示投入的创新资本,α和β表示人力投入和资本投入对产业成长的影响。
对上式两边先取对数后求导,得出:
(dy/dt)/Y=α(dL/dt)/L+β(dK/dt)/K
α——人力投入的影响系数;
β——创新资本投入的影响系数;
三、原创新高新技术产业成长影响因素的实证分析
(一)数据来源与处理
1.数据来源及处理
实证分析的一项前提性基础工作就是数据的分析与整理。根据中国现有统计资料的情况,在己经公开出版的文献资料中,几乎没有完整的适合我们要求的数据资料。因此,现有的统计资料的实际情况决定了模型所需要的数据只有通过适当的数据处理的方式才能获得。本文所取原始数据来源于《中国统计年鉴》、《中国高技术产业统计年鉴》和科技部网站。
(二)原创性高新技术产业的描述性统计数据
原创性高技术产业的新产品销售收入保持持续增长趋势,1995年一2009年高技术产业的新产品销售收入均基本处于上升趋势管理论文,新产品销售收入的提升说明产业附加值、产业技术水平不断提高,产业不断成长,见下表1。
表 1 原创新高新技术产业新产品销售收入(单位:亿元)
年份
行业
1995
2000
2005
2006
2007
2008
2009
医药
61.53
170.26
469.36
569.92
712.69
948.91
1248.32
航空航天
59.01
81.33
337.35
305.04
379.13
472.98
272.17
通信设备制造
350.18
1630.81
3852.04
4173.48
6013.02
6759.08
8232.77
电子计算机及办公设备
36.64
537.00
2070.09
2963.11
2814.74
4227.74
2253.12
医疗设备及仪器仪表
31.00
64.42
185.82
237.31
383.65
模拟实验是一种重要的科学技术研究方法,已广泛应用于许多领域[1-3]。社会发展与人类进步,迫切要求研究者日益关注新模拟实验方法的探讨,以发现越来越复杂的科学技术问题的未知特性,更好地揭示其内在运行机制。同时,研究者在科技论文中如何有效展示其模拟实验方法产生的效果,对提升论文价值,突出研究成果的创新性有重要意义。为此,在论述基本模拟类型的基础上,以近年来航空航天领域的某些中文科技论文为主要案例,探讨模拟实验方法的最新进展特征,提出属性依赖法与现场依赖法,为解决更复杂的科学技术问题提供新思路。
一、模拟的类型
1.模拟的基本类型
模拟是以科学技术理论与实践为基础,在一定环境与条件下,将研究对象用其它手段进行模仿的一种实验方法。该方法不直接涉及研究对象固有的现象与过程本身,而是设计一个和该现象与过程相似的模型,并通过该模型间接地呈现出该现象与过程。模拟实验的目的主要是便于经济地检验、验证、再现、发现或揭示该现象与过程的特征、演变规律与内在机制。
模拟的基本类型有物理模拟与计算机模拟。
物理模拟是制作和某现象与过程相似的物理模型,并对该模型研究,获取该现象与过程的特征。
计算机模拟是利用计算机对某现象与过程进行求解、分析、判断以及图像显示等,得出该现象与过程的特征。计算机模拟有模型模拟和统计模拟两种基本方法。
2.模拟实验方法的进展特征
科学技术的发展,对许多航空航天系统有越来越严格的性能要求[4-7]。为探索性能的未知特性,实时评估与预测性能退化轨迹,科学技术研究已经从静态发展到动态、从线性发展到非线性、从确定性参数发展到不确定性参数、从不变性函数发展到多变性函数。面对这些新问题,现有研究所采用的模拟实验方法取得了许多进展。
以近年来航空航天技术领域的某些中文科技论文为案例,经研究发现,模拟实验方法的最新进展以依赖问题的属性信息和现场信息为特征,旨在求解动态、非线性、不确定性与多变性等复杂问题,根据对问题信息的依赖特征,将现有的模拟实验方法归纳为属性依赖法与现场依赖法。
二、属性依赖法
属性依赖法是基于属性、目标属性与层次属性等3个信息要素的模拟实验方法。
属性是问题的抽象刻画,表示问题的性质与关系。性质表示问题的固有特征,关系表示不同问题之间的性质传承与影响。
目标属性是期望得到的对问题属性的某种解答或认知。
层次属性是目标属性的分解,即将目标属性分解为若干个子属性。若子属性彼此独立,则称为同层次子属性;否则称为非同层次子属性。层次按从低到高的顺序分为多层,目标属性依赖于最高层子属性,最高层子属性依赖于次高层子属性,依次类推,直到最低层子属性。
根据目标属性的不同,属性依赖法又细分为同步进化法与层次进化法。
1.同步进化法
同步进化法是将问题分解成低一层次的多个彼此独立的子问题,用基本模拟方法逐个解决各子问题,最后融合出结果。这是一种化整为零、逐个击破、同步进化的方法。具体做法是,若目标属性是由多个低一层次的独立子属性综合构成,则可以根据各独立子属性的特征,进行子属性模拟,然后推断各子属性的模拟结果,使各子属性由低层次同步进化至高层次,获得目标属性特征。
例如,揭示航空发动机非线性动力学特征是相关领域的一个重要问题。为此,文献[7]综合现有方法的优点,提出一种振动耦合动力学模型,计算出系统非线性响应,并在两个航空发动机转子模拟装置上进行模态实验,发现计算结果与实验结果有很好的吻合性。
在这个案例中,非线性响应特征问题被分解为2个同层次的子问题,即理论建模计算与模态实验,2个子问题解答的融合是将计算结果与实验结果进行对比分析。可以看出,解决这2个子问题的实验模拟方法分别是物理模拟和计算机模型模拟,经过对2种模拟结果的对比检验,最终推断出航空发动机非线性响应的某些特征,为探索航空发动机非线性动力学特征提供了新思路。
2.层次进化法
层次进化法是将问题按属性层次由低到高地分解成多个前后有联系的子问题,用基本模拟方法逐步解决各子问题,最后直接得到结果。该方法的特点是化整为零、逐步击破、依次进化。具体做法是,若目标属性可以分解为多个彼此低一层次的关联子属性,则可以根据各子属性的特征,按照设计好的步骤,依次进行子属性模拟,逐步使属性由低层次向高层次进化,逼近目标属性特征。
例如,航空发动机的故障诊断技术对发动机性能的可靠性、维护性和保障性有重要影响。但是,现有研究主要关注故障诊断算法的有效性,尚未有效验证故障检测率、定位率与虚警率等指标,从而无法定量评价故障诊断系统性能。这里的问题是如何定量评价故障诊断系统性能?
为此,文献[4]将问题分解为混合卡尔曼滤波器组故障诊断理论,发动机故障诊断系统和故障诊断实验等3个不同层次的子问题。这3个层次的进化关系为:(1)用计算机模型模拟方法构建混合卡尔曼滤波器组,为发动机故障诊断系统奠定理论模型基础;(2)基于理论模型,针对民用涡扇发动机常见的4种故障,用物理模型模拟方法搭建发动机故障诊断系统,为故障诊断实验奠定基础;(3)基于故障诊断系统,用统计模拟法评价出发动机故障诊断系统性能的定量指标值。
在该案例中,依次解决3个子问题的实验模拟方法分别是计算机模型模拟、物理模型模拟和统计模拟,最终目标是实现故障诊断系统性能的定量评价,为工程实践提供了重要依据。
三、现场依赖法
现场依赖法是基于时间序列和参数序列的模拟实验方法,时间序列和参数序列统称为序列。时间序列是将某现象的某一个指标在不同时间上的各个数值按时间先后顺序排列而形成的序列,序列中的信息与时间密切相关。参数序列是由某现象的某些特征值构成的序列,序列中的信息与时间没有关系。
现场依赖法是指依赖于问题真实现场信息的一种模拟实验方法,其特点是,在模拟实验中有现场的实时信息输入、输出与交流,可以及时矫正评估与预测结果。按照现场实时信息特征,现场依赖法可以细分为时间序列依赖法与参数序列依赖法。
1.时间序列依赖法
时间序列依赖法是根据现场实时信息的输入时间序列来实施输出序列运行轨迹评估与预测的一种模拟实验方法。
不确定性的输入时间序列干扰会导致输出时间序列运行轨迹发生未知的非线性与多变性演化,通过将外界的真实或模拟真实的时序干扰输入模拟实验系统,获取输出时间序列的演化响应机制,及时预测与矫正其运行轨迹,可以为真实航空航天系统的可靠运行奠定基础。
例如,为揭示大气阻力导致卫星轨道衰减的机制,文献[1]构建了模拟实验系统,将地球扁率与大气阻力摄动影响作为输入时间序列,通过模型模拟输出轨道根数变化,获取卫星轨道高度衰减结果即输出时间序列。其中,依赖的现场实时信息是经模拟改进的用某卫星高精度加速度仪测量得到的大气密度数据。尽管热层大气密度数据呈现出明显的动态、非线性、不确定性与多变性时序特征,模拟轨道序列与卫星实际轨道序列仍然保持一致,发现了卫星运行轨迹演变的新特性,研究成果具有创新性。
2.参数序列依赖法
参数序列依赖法是根据现场实时信息的输入参数序列来实施输出序列运行轨迹评估与预测的一种模拟实验方法。
常见参数有刚度、阻尼、固有频率、压力、流量与温度等,多种参数的组合构成参数序列。模拟实验系统的参数序列取值应该与真实系统的参数序列保持一致,才能可信赖地实施输出序列运行轨迹评估与预测。
例如,文献[8]的卫星在轨微振动环境模拟实验,用物理模拟方法构建出低频弹性支撑装置,揭示出自由边界条件对卫星动力学特征的影响机制,为提高卫星在轨微振动地面模拟实验精度奠定了基础。其中,依赖的现场实时信息是微振动扰振,输入参数序列为激振力参数,输出序列为模拟卫星弹性体的模态相应。
四、结 语
基于科学技术问题的属性信息和现场信息特征,提出模拟实验的属性依赖法与现场依赖法,可以解决动态、非线性、不确定性与多变性问题,为模拟实验方法的发展提供新思路。
模拟实验方法归类为科学技术研究方法论,合理运用属性依赖法与现场依赖法可以有效地验证或再现研究对象的表现,揭示其演变规律,发现某些未知特性。
在科技论文中,将属性依赖法与现场依赖法产生的效果充分展示出来,能更好地突出研究成果的创新性。
一、校本研修的三重内涵
一是校本研修是“基于学校和教师的发展”。校本研修是学校、教师在教育教学的实际工作中发现、思考和迫切需要解决的问题,也是教师在教育教学中遇到的最有意义的问题。当多媒体技术全面挑战传统课堂的时候,学校积极应对新形势的发展,开展“信息技术与学科整合”的校本研修;学校以《教育法》《教师法》《教师职业道德规范》等为主要内容,结合实际工作,要求教师对照自己的言行,开展“提高自身修养和责任意识”的校本研修;随着“终身学习”的观念深入人心,学校开展了“创建阅读型校园”的校本研修,旨在以此带动学生终身学习习惯的养成。同时,在新课程改革的大背景下,学校以教研组为单位,积极开展学科知识研修,以顺应课程改革的趋势。
二是校本研修是通过学校自行策划与实施的,即“通过学校和教师的发展”而有效推进的。学校大力支持校本研修活动,通过自行设计与策划安排,做到成系列、分阶段、有层次。例如,在“信息技术与学科整合”的研修活动中,信息技术教师利用课余时间对其他教师进行统一培训,已卓见成效;在“提高自身修养和责任意识”的研修活动中,以党总支和团委为核心,通过集中学习、观看视频材料、小组研讨等方式具体实施,并且积极通过心理课堂等渠道教育学生;学校政教处正与语文组、历史组联合开展国学教育活动,通过示范课、观摩课等方式唤起师生心中对圣贤哲思的温情与敬意。有诸如双语教学等学科问题,也在各教研组开展得如火如荼;加大硬件建设力度,为阅读型校园等活动提供保障。
三是校本研修的主要目的是“为了学校和教师的发展”。经过“信息技术与学科整合”的校本研修,教师们已经掌握了基本的软件操作技术,并与学科教学有效整合,充分发挥多媒体的优势,调动了学生的积极性、主动性,大大提高了课堂效率。“提高自身修养和责任意识”及各学科的研修活动,提高了教师的政治理论水平,增强了其事业心和责任感,使学校形成了一种忠于、勤于、乐于教育事业的优良师风。近两年来,学校涌现出了一大批优秀教师代表,如国家、省、市、区骨干教师55人,各级优秀班主任21人等。学科知识研修是一线教师教育教学能力提升的“加油站”,让教师们自觉地走向了学科教学的最前沿,使学校开设的校本课程上了一个新的台阶。
二、校本研修的实践探索
1.“航天励志”特色,课题引领发展
神舟飞船总设计师戚发轫院士在学校60周年校庆上的讲话燃起了师生心中的激情,开启了校本研修新的思路。学校物理组开展了“探索宇宙空间,继承航天梦想”的研修活动,并以校本课为载体让航天知识走进了课堂。在此活动的影响、推动下,学校先后有百余名学生考入北京航空航天大学、南京航空航天大学以及其他名校的航空航天专业。2016年5月,戚发轫院士在学校建校70周年校庆之际第四次重返母校,为全校师生及老校友做了长达三个小时的题为“航天技术与中国航天”的主题报告,以“热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于登攀”的“两弹一星”精神和“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的“载人航天”精神再次勉励师生。
学校分别聘请资深航天科普作家、中国宇航学会《太空探索》杂志社原社长兼主编田如森教授,国家青少年航天科普教育专家、全国青少年科技教育终身成就奖获得者金声老师,莅临学校参观指导,为全校师生作专场报告,展示人类航天成果与航天人的科技素养,开阔了学生的视野,点燃了学生们投身科技事业的热情。田教授还向学校馈赠了珍贵的航天种子,让航天育种项目走进了“金高生态园”,为学校的航天特色发展助力引航。学校抓住这样的机遇,申报了省级课题“航天励志在高中教育教学中的实践研究”,以课题促研修,以研修谋发展。
2.以课堂改革促校本研修
课堂教学改革是一切改革的基础,也是一切改革成败的关键。在全国大力开展教育教学改革的浪潮中,“请进来”“走出去”等各种培训方式被各个学校广泛应用,但此时的校本研修便具有其他形式无可比拟的优势。
现在,翻转课堂教学模式受到学校和教育工作者的高度关注。所谓“翻转课堂”,是指学生提前完成课堂知识的学习,而课堂变成了教师与学生之间和学生与学生之间互动的场所,包括答疑解惑、知识的运用等,从而达到更好的教育效果。学校教师们通过不断地践行翻转课堂,取得了良好的教学效果。
学校派教师到厦门等地学习关于翻转课堂、微课、慕课等相关教学模式,并投资修建了标准化录播教室等。有的教师在欣赏了很多微课后,虽然自我感觉良好,但实际操作起来完全可以用“抓狂”来形容。所以,在接下来的“翻转”路上可能会遇到很多困难,故应做好保障工作,加大对教师相关方面的培训力度,进一步调动学校校本研修及发展的动力。
三、校本研修的主要依托
校本研修的顺利开展必须以大批的骨干教师为依托,带动全校教师共同研修。
在以研带训的大形势下,学校选择了“校本科研骨干的培养和作用发挥”这一课题进行研究,旨在进一步提高学校教师的专业水平和科研水平。该课题的22名参研人员中,有区名师7人,首席教师4人,区级骨干教师8人,市级骨干教师5人,省级骨干教师3人,他们是学校校本科研工作的中流砥柱。另外,有6名年轻教师参与,他们是教育教学新秀力量,均在优质课、教育教学论文、课题等方面表现出不凡的实力,是校本科研工作的后备力量。
作为最早实现载人航天的国家,俄罗斯早在上世纪90年代就已经开展了新一代载人飞船的研制工作。当时,设计于上世纪60年代的“联盟”飞船已经使用了30余年,期间虽然经过不断地功能拓展,性能有所提升,但毕竟设计较早,升级空间所剩无几,已经不能很好地适应载人航天领域的新要求。俄罗斯新一代飞船设计要求能够替换“联盟”飞船作为国际空间站的天地往返运输载具以及紧急救生飞船。由于国际空间站当时设计的常驻成员组人数为6人,因此新飞船的载员人数也从“联盟”飞船的3人提升到了6人。为了降低成本,还要求飞船的返回舱段具有可重复使用的能力。俄能源火箭航天集团根据这些要求设计了“快帆”(Kliper)飞船。返回舱段采用升力体布局,拥有两种构型:一种是纯升力体布局,再入时在大气层内可以进行有限的机动,最后利用降落伞减速着陆,这种构型主要作为空间站的紧急救生飞船来使用,发射后长期停靠在空间站上;另一种是升力体布局加上机翼,可在大气层内机动,返回载入之后像航天飞机一样滑翔降落在跑道上,这一构型主要用来实现天地往返运输任务。由于整个项目技术复杂,研制难度大,再加上缺乏资金,项目最终在2006年宣布失败,俄罗斯转而开发PPTS载人飞船。
PPTS飞船也被称作“罗斯”(Rus)号飞船,由能源火箭航天集团进行研制,也以替换“联盟”飞船为研制目标,既可以往返于地面与近地轨道,也可以支持月球以及载人深空探测,能够适应第二宇宙速度再入,载员数量4~6人。PPTS放弃了“联盟”飞船使用了半个世纪的“轨道-返回-服务”经典三舱布局,转而选择“返回舱-服务舱”两舱布局。飞船也不再采用钟形返回舱,而改用锥形,其直径达4.4米,远超“联盟”系列飞船的2.7米,舱内容积增加到17立方米,超过了“联盟”飞船轨道舱与返回舱容积的总和。由于PPTS飞船的返回舱要求能够重复使用,因此对于抗着陆冲击的要求比“联盟”飞船更为苛刻。为了减小着陆冲击,最初在返回模式上选择了动力下降模式,也就是不依靠降落伞,而是依靠返回舱的发动机减速。但这种方式需要返回舱携带动力减速所需的燃料,会压缩返回舱返回时可携带的载荷质量,最后设计人员决定将传统的伞降模式和动力下降模式结合起来,先通过降落伞减速并稳定姿态,在距地面一定高度时切断降落伞,利用发动机控制返回舱速度,最终着陆。为了进一步吸收着陆冲击,保证飞船在最后接地阶段的安全,设计人员不惜增加再入阶段的风险,直接在防热大底上安装活动舱盖,使4个安装在防热大底之后的折叠着陆缓冲支架可以伸出。
PPTS飞船的舱内布置、装饰也经过精心的工业设计,布局简洁清晰,配色干净舒适,设备先进现代,不再是俄罗斯之前载人飞船、空间站特有的那种粗犷、杂乱的风格,让人耳目一新。据说如此设计可以让航天员更加放松,不至于在枯燥的太空飞行中赶到疲惫。座舱内甚至设置了一个卫生间,堪称有史以来最为豪华的载人飞船了。
作为俄罗斯的老对手、冷战时期太空竞赛的最终胜利者美国,其新一代载人飞船的研发可以说是磕磕绊绊。2003年哥伦比亚号航天飞机失事之后,航天飞机安全性与运营成本的问题日益凸显,美国国内要求航天飞机退役的声音日益高涨。2004年,时任美国总统小布什提出了“新太空探索计划”,计划包括研制下一代航天器、重返月球乃至登陆火星。2006年,美国国家航空航天局(NASA)根据“新太空探索计划”制订了“重返月球”计划,后来更名为“星座计划”,主要描绘了本世纪美国探索月球的整体框架和目标,其核心是在月球上建立永久基地,并以此为跳板,为登陆火星乃至探索更遥远的太空做准备。作为这一计划重要的一环,“猎户座”载人飞船的研发被提上了日程。
按照“星座计划”的要求,“猎户座”载人飞船既可以执行近地轨道的天地往返运输任务,也可以执行有关月球、火星、小行星的深空任务,具有极高的任务弹性,但这也导致研发难度的加大。为了降低研发风险,“猎户座”飞船的研制方洛克希德马丁公司在飞船的总体布局上决定继续沿用经过“阿波罗”飞船验证过的成熟构型,即锥形指令舱(即俄罗斯和中国的载人飞船上的返回舱,命名方式不同)以及“指令-服务”两舱布局,但指令舱直径从“阿波罗”飞船的4米增加到了5米,近地轨道任务情况下最多可以搭乘6名航天员,正好是国际空间站一个远征组的人数,而在月球、深空探测任务中最多可以搭乘4名航天员。返回方式也回归传统的降落伞减速着陆,在最初的方案里还一改美国载人飞船海上回收的惯例,利用气囊减震陆上着陆回收,不过后期因为着陆缓冲气囊超重,最终改回了海上回收。
美国将近40年没有研发过载人飞船,因此“猎户座”飞船的研制过程中遇到了很多问题,然而对项目影响最大的问题却出现在研制工作之外。美国国会很多议员认为“星座计划”所提出的重返月球的目标不具有开拓性与划时代的意义,纯粹是花钱重复前人已经做过的事情。对于“星座计划”的不满加上当时全球金融危机对美国经济造成的严重打击,使得美国国会批准给美国国家航空航天局的预算日趋减少。但“星座计划”却是一个实打实的烧钱大户,随着计划的推进,资金需求越来越大。终于在2010年,奥巴马政府决定终止该计划,取而代之的是一个更加经济的新太空计划。在这个新计划中,来自“星座计划”的“猎户座”载人飞船经过美国国家航空航天局的争取得到了保留,但不再负责近地轨道天地往返运输任务,而专注于针对火星、小行星的深空载人任务。“星座计划”中用来发射月球登陆器的“战神”五号也摇身一变作为太空发射系统(SLS)继续研发,日后将负责“猎户座”飞船的发射。而近地轨道的任务则通过商业乘员运输能力(CCtCap)计划承包给近几年兴起的商业航天公司。
2013年11月,美国国家航空航天局了商业乘员运输能力计划征求建议书,希望在2014年9月前签订一份或多份CCtCap合同,在2017年底前恢复从美国本土将航天员送往国际空间站的能力。2014年9月份,美国国家航空航天局宣布波音公司的CST-100载人飞船与SpaceX公司的Dragon V2载人飞船赢得合同,两家公司将在4年内执行共8次前往国际空间站的任务,每家公司至少执行两次任务,每次任务至少要搭乘4名航天员。CST-100飞船也采用锥形指令舱,其大小介于阿波罗飞船与猎户座飞船之间,最多可以搭乘6名宇航员,飞船的动力与能源由指令舱后的圆柱形服务舱提供。Dragon V2飞船也拥有两个舱体,只不过动力与能源系统和座舱集成在一起构成可返回舱段,最多可乘坐7名航天员。可返回舱段后方的圆柱形舱段只是一个表面贴满太阳能电池板以及几片气动翼的非加压壳体,这一舱段内可以装载载荷,这也让Dragon V2飞船成为目前新一代载人飞船中唯一能够装载非加压载荷的飞船,在一定程度上还原了航天飞机的货运功能。由于只是负责近地轨道运输任务,所以两型飞船不需要像PPTS与“猎户座”那样为适应第二宇宙速度再入进行有针对性的设计,进而大大降低了技术难度和生产成本。两型飞船都将采用降落伞减速着陆,不过Dragon V2飞船未来可能会试验动力减速着陆。
纵观美俄两国的新一代载人飞船,进度最快的就是美国的“猎户座”了。去年12月5日,“猎户座”飞船完成了首次太空飞行测试任务,这次任务在返回阶段模拟了未来“猎户座”在完成深空任务后高速再入大气层的过程,验证了飞船的防热系统在高速再入情况下的可靠性,第二次飞行试验目前定在2018年,将是“猎户座”首次由SLS火箭发射升空。如果一切顺利,首次载人飞行将在2021年实现。CST-100与Dragon V2也在按照各自公司制定的计划向前推进。而俄罗斯的PPTS飞船的未来还充满了未知数。鉴于俄罗斯当前的国内经济形势,最初制定的2015~2017年试验、2018年载人首飞的计划实现基本无望,具体要拖延多久,目前俄罗斯人自己都给不出答案。
美俄这几型新一代载人飞船虽然存在着各种各样的差异,但是却有很多的共同的特点。从总体布局看,均选择了大舱体直径两舱布局,简化了总体架构,提升了内部容积。从载重量上看,各型飞船最大载员人数较上一代载人飞船扩展了一倍,均达到了6~7人,基本达到了航天飞机的载员水平(航天飞机单次任务载员人数最多为8人,一般情况下都是6~7人),如减少载员人数,也可以携带大量货物,而且还具备了较强的下行货物运输能力(也就是从空间向地面运输载荷)。从经济性上看,都强调了可重复使用这一特点,以节省运行成本。
我国载人航天技术起步较晚,研制周期相对较长,以至于“神舟”飞船刚成熟定型,美俄两国的新一代载人飞船便已经完成了方案设计,甚至开始了原型飞船的制造与实验工作。按照我国载人航天规划,下一步将要建设空间站,开展大量空间应用试验,这就需要具备更强人员往返运输能力和载荷下行能力的天地往返运输飞船,进一步扩展空间站的应用领域和范围,增加空间站运营管理的灵活性和适应性。而我国载人深空探测的一些方案也已经开始研究,新飞船必将针对这些任务预留出升级空间。
中国科学院空间应用工程与技术中心高扬研究员用这样一个关于古罗马谚语的典故阐述了他自己的研究工作。他还展示了一幅人类未来的太空飞行图景:人类居于木星系统,欲前往水星探险,他们驾驶等离子推进飞船,一路经过地球、金星、小行星,最终到达水星。(见右图)
人生路:拉开太空探索新征程
20世纪中叶,世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射升空,人类迈出了太空征程的第一步,此后美国“阿波罗号”、中国神舟五号等各国载人飞船、地球卫星以及深空探测器相继发射升空。浩瀚宇宙里总有一幅壮锦吸引人类不停地去探索。受人类航天事业发展所鼓舞,从最初对航天懵懵懂懂的爱好,到成为深度探索通向太空道路的研究员,靠着探寻宇宙空间奥妙执着的热爱和坚持,高扬的太空探索人生之路就这样展开。
高扬,1997年7月毕业于北京航空航天大学自动控制系,获学士学位;2000年7月获中国科学院中国遥感卫星地面站(现为中国科学院对地观测与数字地球科学中心)硕士学位。千禧之年,怀抱着对世界航天知识强烈的求知欲,年轻的高扬随着国内涌起的留跨出了国门,在美国密苏里大学机械与宇航工程系全额奖学金的资助下攻读博士学位,并在毕业后留校1年从事博士后研究。在国外深造的五年(2000-2005)时间里,他有机会广泛而深入地接触国际前沿航天技术知识,为之后回国继续从事相关领域研究奠定了基础。
2005年,高扬踏上了回国征程,成为中国科学院光电研究院/中国科学院空间科学与应用总体部(挂靠光电研究院)副研究员。2006年起,他在中国科学院研究生院(现为中国科学院大学)兼职授课。2011年,高扬受聘为中国科学院空间应用工程与技术中心(原中国科学院空间科学与应用总体部)研究员,同年起被聘为宇航动力学国家重点实验室兼职研究员、中国载人航天工程应用系统主任设计师。肩负着科研、工程与教学的多重任务,高扬开启了他太空探索的另一段崭新征程。
科研路:电推进飞船寻找“行走太空”最佳轨道
回国后,高扬踏上了独立自主的科研路。他承担了国家自然科学基金、中国科学院国防创新基金、中国科学院知识创新工程、国家“863”计划、载人航天工程资助的若干科研项目,开展的研究工作包括深空轨道优化设计、电推进卫星平台的导航、制导与控制、航天器精密定轨、卫星编队轨道控制、空间新型推进方式以及基于光电载荷的轨道姿态确定等。他的系列研究成果发表在Journal of Guidance Control and Dynamics、Journal of Spacecraft and Rockets、Acta Astronautica、Acta Mechanica Sinica、力学学报等航天飞行动力学领域国内外核心期刊上,他也因此获得2008年度首届中国科学院卢嘉锡青年人才奖,入选中国科学院青年创新促进会,并在2009年首届、2011年第三届全国深空轨道设计竞赛中获得冠军。
高扬的研究工作是从连续小推力空间最佳飞行轨道的探索开始的,该问题至今仍是极具挑战的课题,而这又与电推进(或称等离子推进)技术的发展与应用密切相关。电推进与目前传统的化学推进不同,它利用电能将推进工质电离形成等离子体,并产生电磁场加速等离子体使其高速喷射从而获得推力。电推进的效率高出化学推进一个量级,相比之下可以节省大量推进工质,成为各航天大国21世纪重点发展的航天技术。早在2001年,高扬在美国深造期间就曾系统地开展了连续小推力轨道优化和电推进任务设计的研究工作。2005年高扬回国时,我国在电推进技术应用方面的研究与美国还有较大差距,还没有电推进航天器的发展计划。作为刚毕业不久的博士,高扬一度难以获得科研基金支持。但他始终认为,电推进代表了先进的可以长期连续推进的工作方式,随着电推进技术本身的不断发展以及空间电源技术的突破,尤其是大功率太阳能与核能电源甚至有望成为太阳系载人飞行推进技术的唯一选择。正是这种观点一直激励着他坚持这方面研究。高扬说:“实际上,钱学森先生早在1963年出版《星际航行概论》一书中就预言电推进能够承载更多有效载荷,并指出电推进产生的连续低推力轨道的计算比大推力轨道要复杂。”为了纪念钱学森先生诞辰一百周年,他受《力学学报》编辑部的邀请,攥写了综述论文《电火箭星际航行:技术进展、轨道设计与综合优化》(发表在2011年第43卷第6期),旨在较为全面地介绍电推进技术应用于星际航行的基本内容与实现途径以及应用于载人深空飞行的设想。
电推进技术应用的核心问题之一是空间轨道优化设计。为了推动我国空间轨道设计的研究工作,高扬与中国力学学会以及国内同行一起为全国空间轨道设计竞赛(2012年前为深空轨道设计竞赛)付出了诸多努力。该竞赛旨在寻找空间飞行全局最优方案,而且可以非常有效地检验各种优化方法的合理性与实用性。2009年第一届全国空间轨道设计竞赛由清华大学主办并负责命题,之后每届竞赛由上届竞赛获得冠军的团队命题。截至今年,在已举办的四次竞赛中,高扬带领的团队获得两届冠军,因此他也成为了2010年第二届、2012年第四届全国空间轨道设计竞赛命题的主要技术负责人。他说:“希望通过竞赛不断提升我国空间轨道设计能力,也希望我国这方面的研究工作在国际上可以逐渐摸索出自己的研究思路,并逐步获得原始创新的研究成果。”
高扬说:“对于空间轨道(特别是连续小推力轨道)优化设计问题的研究让我更为深刻地理解了多方面知识,比如最优控制理论、常微分方程数值解法、动力系统理论、非线性规划、同伦延拓、动态规划、微分几何、组合优化等概念。这些知识的积累也让我逐步具备了触类旁通的能力,并将研究内容逐步拓展到电推进航天器导航、制导与控制、航天器轨道确定技术、洛仑兹力编队飞行等。”然而,他也坦言:“从2005年回国一路走到现在并非一帆风顺,遇到过很多挫折,也曾屡败屡战,但幸运的是一直没有放弃,所以现在逐渐开始领悟到通往太空‘罗马城’的条条大路”。
未来路:奔向太空罗马城
对于下一步的计划和安排,高扬表示首先要脚踏实地做好目前正在承担的本职工作。与此同时,“我希望在空间轨道研究领域继续工作,包括系统地建立空间脉冲或连续推力转移轨道优化设计的通用方法体系,并应用于深空飞行轨道、人造地球卫星轨道、卫星相对运动控制等具体问题中去。同时,我希望有机会参与我国电推进深空探测的科研项目。”
当谈到如何开展研究的话题时,高扬特别强调:“研究工作需要注重理论联系实践,要坚持发展自己的研究思路,不断开拓与创新,参考国外文献,但不盲从;另外,研究工作不能为了满足各种定量指标而开展,做科研应追求淡泊以明志,宁静以致远!”
论文关键词:集成电路,特点,问题,趋势,建议
引言
集成电路是工业化国家的重要基础工业之一,是当代信息技术产业的核心部件,它是工业现代化装备水平和航空航天技术的重要制约因素,由于它的价格高低直接影响了电子工业产成品的价格,是电子工业是否具有竞争力关键因素之一。高端核心器件是国家安全和科学研究水平的基础,日美欧等国均把集成电路业定义为战略产业。据台湾的“科学委员会”称未来十年是芯片技术发展的关键时期。韩国政府也表示拟投资600亿韩元于2015年时打造韩国的集成电路产业。
集成电路主要应用在计算机、通信、汽车电子、消费电子等与国民日常消费相关领域因此集成电路与全球GDP增长联系紧密,全球集成电路消费在2009年受金融危机的影响下跌9%的情况下2010由于经济形势乐观后根据半导体行业协会预计今年集成电路销售额将同比增长33%。
一、我国集成电路业发展情况和特点
有数据统计2009年中国集成电路市场规模为5676亿元占全球市场44%,集成电路消费除2008、2009年受金融危机影响外逐年递增,中国已成为世界上第一大集成电路消费国,但国内集成电路产量仅1040亿元,绝大部分为产业链低端的消费类芯片,技术落后发达国家2到3代左右,大量高端芯片和技术被美日韩以及欧洲国家垄断。
我国集成电路产业占GDP的比例逐年加大从2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增长远远超过国际上任何一个其他国家,是全球集成电路业的推动者,属于一个快速发展的行业。从2000年到2007年我国集成电路产业销售收入年均增长超过18%毕业论文提纲,增长率随着经济形势有波动,由于金融危机的影响2008年同比2007年下降了0.4%,2009年又同比下降11%,其中集成电路设计业增速放缓实现销售收入269.92亿元同比上升14.8%,由于受金融危机影响,芯片制造业实现销售收入341.05亿元同比下降13.2%、封装测试业实现销售收入498.16亿元同比下降19.5%。我国集成电路总体上企业总体规模小,有人统计过,所有设计企业总产值不如美国高通公司的1/2、所有待工企业产值不如台积电、所有封测企业产值不如日月光。
在芯片设计方面,我国主流芯片设计采用130nm和180nm技术,65nm技术在我国逐渐开展起来,虽然国际上一些厂商已经开始应用40nm技术设计产品了,但由于65nm技术成熟,优良率高,将是未来几年赢利的主流技术.设计公司数量不断增长但规模都较小,属于初始发展时期。芯片制造方面,2010国外许多厂商开始制造32nm的CPU但大规模采用的是65nm技术,而中国国产芯片中的龙芯还在采用130nm技术,中芯国际的65nm技术才开始量产,国产的自主知识产权还没达到250技术。在封装测试技术方面,这是我国集成电路企业的主要业务,也是我国的主要出口品,有数据显示我国集成电路产业的50%以上的产值都由封装产业创造,随着技术的成熟,部分高端技术在国内逐步开始开展,但有已经开始下降的趋势杂志网。在电子信息材料业方面,下一代晶圆标准是450mm,有资料显示将于2012年试制,现在国际主流晶圆尺寸是300mm,而我国正在由200mm到300mm过渡。在GaAs单晶、InP单晶、光电子材料、磁性材料,压电晶体材料、电子陶瓷材料等领域无论是在研发还是在生产均较大落后于国外,总体来说我国新型元件材料基本靠进口。在半导体设备制造业方面毕业论文提纲,有数据统计我国95%的设备是外国设备,而且二手设备占较大比例,重要的半导体设备几乎都是国外设备,从全球范围来讲美日一直垄断其生产和研发,台湾最近也有有了较大发展,而我国半导体设备制造业发展较为缓慢。
我国规划和建成了7个集成电路产业基地,产业集聚效应初步显现出来,其中长江三角洲、京津的上海、杭州、无锡和北京等地区,是我国集成电路的主要积聚地,这些地区集中了我国近半数的集成电路企业和销售额,其次是中南地区约占整个产业企业数和销售额的三分之一,其中深圳基地的IC设计业居全国首位,制造企业也在近一部壮大,由于劳动力价格相对廉价,我国集成电路产业正向成都、西安的产业带转移。
二、我国集成电路业发展存在的问题剖析
首先,我国集成电路产业链还很薄弱,科研与生产还没有很好的结合起来,应用十分有限,虽然新闻上时常宣传中科院以及大专院校有一些成果,但尚未经过市场的运作和考验。另外集成电路产品的缺乏应用途径这就使得研究成果的产业化难以推广和积累成长。
其次,我国集成电路产业尚处于幼年期,企业规模小,集中度低,资金缺乏,人才缺乏,市场占有率低,不能实现规模经济效应,相比国外同类企业在各项资源的占有上差距较大。由于集成电路行业的风险大,换代快,这就造成了企业的融资困难,使得我国企业发展缓慢,有数据显示我国集成电路产业有80%的投资都来自海外毕业论文提纲,企业的主要负责人大都是从台湾引进的。
再次,我国集成电路产业相关配套工业落后,产业基础薄弱。集成电路产业的上游集成电路设备制造的高端设备只有美日等几家公司有能力制造,这就大大制约了我国集成电路工艺的发展速度,使我国的发展受制于人。
还有,我国集成电路产成品处于产品价值链的中、低端,难以提出自己的标准和架构,研发能力不足,缺少核心技术,处于低附加值、廉价产品的向国外技术模仿学习阶段。有数据显示我国集成电路使用中有80%都是从国外进口或设计的,国产20%仅为一些低端芯片,而由于产品相对廉价这当中的百分之七八十又用于出口。
三、我国集成电路发展趋势
有数据显示PC机市场是我国集成电路应用最大的市场,汽车电子、通信类设备、网络多媒体终端将是我国集成电路未来增长最快应用领域. Memory、CPU、ASIC和计算机外围器件将是最主要的几大产品。国际集成电路产业的发展逐步走向成熟阶段,集成电路制造正在向我国大规模转移,造成我国集成电路产量上升,如Intel在2004年和2005年在成都投资4.5亿元后,2007年又投资25亿美元在大连投资建厂预计2010年投产。
另外我国代工产业增速逐渐放缓,增速从当初的20%降低到现在的6%-8%,低附加值产业逐渐减小。集成电路设计业占集成点设计业的比重不断加大,2008、2009两年在受到金融危机的影响下在其他专业大幅下降的情况下任然保持一个较高的增长率,而且最近几年集成电路设计业都是增长最快的领域,说明我国的集成电路产业链日趋完善和合理,设计、制造、封装测试三行业开始向“3:4:4”的国际通行比例不断靠近。从发达国家的经验来看都是以集成电路设计公司比重不断加大,制造公司向不发达地区转移作为集成电路产业走向成熟的标志。
我国集成电路产业逐渐向优势企业集中,产业链不断联合重组,集中资源和扩大规模,增强竞争优势和抗风险能力,主要核心企业销售额所占全行业比重从2004年得32%到2008年的49%,体现我国集成电路企业不断向优势企业集中,行业越来越成熟,从美国集成电路厂商来看当行业走向成熟时只有较大的核心企业和专注某一领域的企业能最后存活下来。
我国集成电路进口量增速逐年下降从2004年的52.6%下降为2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于进口量增速。预计2010年以后我国集成电路进口增速将小于出口增速,我国正在由集成电路消费大国向制造大国迈进。
四、关于我国集成电路发展的几点建议
第一、不断探索和完善有利于集成电路业发展的产业模式和运作机制。中国高校和中科院研究所中有相对宽松的环境使得其适合酝酿研发毕业论文提纲,但中国的高端集成电路研究还局限在高校和中科院的实验室里,没有一个循序渐进的产业运作和可持续发展机制,这就使得国产高端芯片在社会上认可度很低,得不到应用和升级。在产业化成果推广的解决方面。可以借鉴美国的国家采购计划,以政府出资在武器和航空航天领域进行国家采购以保证研发产品的产业化应用得以实现杂志网。只有依靠公共研发机构的环境、人才和技术优势结合企业的市场运作优势,走基于公共研发机构的产业化道路才是问题的正确路径。
第二、集成电路的研发是个高投入高风险的行业是技术和资本密集型产业,有数据显示集成电路研发费用要占销售额的15%,固定资产投资占销售额的20%,销售额如果达不到100亿美元将无力承担新一代产品的研发,在这种情况下由于民族集成电路产业在资金上积累有限,几乎没有抗风险能力,技术上缺乏积累,经不起和国际集成电路巨头的竞争,再加上我国是一个劳动力密集型产业国,根据国际贸易规律,资本密集型的研发产业倾向于向发达国家集中,要想是我国在未来的高技术的集成电路研发有一席之地只有国家给予一定的积极的产业政策,使其形成规模经济的优势地位,才能使集成电路业进入良性发展的轨道.对整个产业链,特别是产业链的低端更要予以一定的政策支持。由政府出资风险投资,通过风险投资公司作为企业与政府的隔离,在成功投资后政府收回投资回报退出公司经营,不失为一种良策。资料显示美国半导体业融资的主要渠道就是靠风险基金。台湾地区之所以成为全球第四大半导体基地台就与其6年建设计划对集成电路产业的重点扶植有密切关系,最近湾当局的“科学委员会”就在最近提出了拟扶植集成电路产业使其达到世界第二的目标。
第三、产业的发展可以走先官办和引进外资再民营化道路,在产业初期由于资金技术壁垒大人才也较为匮乏民营资本难于介入,这样只有利用政府力量和外资力量,但到一定时期后只有民营资本的介入才能使集成电路产业走向良性化发展的轨道。技术竞争有利于技术的创新和发展,集成电路业的技术快速更新的性质使得民营企业的竞争性的优势得以体现,集成电路每个子领域技术的专用化特别高分工特别细,每个子领域有相当的技术难度,不适合求小而且全的模式。集成电路产业各个子模块经营将朝着分散化毕业论文提纲,专业化的方向发展,每个企业专注于各自领域,在以形成的设计、封装、测试、新材料、设备制、造自动化平台设计、IP设计等几大领域内分化出有各自擅长的专业领域深入发展并相互补充,这正好适应民营经济的经营使其能更加专注,以有限的资本规模经营能力能够达到自主研发高投入,适应市场高度分工的要求,所以民间资本的投入会使市场更加有效率。
第四、技术引进吸收再创新将是我国集成电路技术创新发展的可以采用的重要方式。美国国家工程院院士马佐平曾今说过:中国半导体产业有着良好的基础,如果要赶超世界先进水平,必须要找准方向、加强合作。只有站在别人的基础上,吸取国外研发的经验教训,并充分合作才是我国集成电路业发展快速发展有限途径,我国资金有限,技术底子薄,要想快速发展只有借鉴别人的技术在此基础上朝正确方向发展,而不是从头再来另立门户。国际集成电路产业链分工与国家集成电路工业发展阶段有很大关系,随着产业的不断成熟和不断向我国转移使得我国可以走先生产,在有一定的技术和资金积累后再研发的途径。技术引进再创新的一条有效路径就是吸引海外人才到我国集成电路企业,美国等发达国家的经济不景气正好加速了人才向我国企业的流动,对我国是十分有利的。
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论文关键词:集成电路,特点,问题,趋势,建议
引言
集成电路是工业化国家的重要基础工业之一,是当代信息技术产业的核心部件,它是工业现代化装备水平和航空航天技术的重要制约因素,由于它的价格高低直接影响了电子工业产成品的价格,是电子工业是否具有竞争力关键因素之一。高端核心器件是国家安全和科学研究水平的基础,日美欧等国均把集成电路业定义为战略产业。据台湾的“科学委员会”称未来十年是芯片技术发展的关键时期。韩国政府也表示拟投资600亿韩元于2015年时打造韩国的集成电路产业。
集成电路主要应用在计算机、通信、汽车电子、消费电子等与国民日常消费相关领域因此集成电路与全球GDP增长联系紧密,全球集成电路消费在2009年受金融危机的影响下跌9%的情况下2010由于经济形势乐观后根据半导体行业协会预计今年集成电路销售额将同比增长33%。
一、我国集成电路业发展情况和特点
有数据统计2009年中国集成电路市场规模为5676亿元占全球市场44%,集成电路消费除2008、2009年受金融危机影响外逐年递增,中国已成为世界上第一大集成电路消费国,但国内集成电路产量仅1040亿元,绝大部分为产业链低端的消费类芯片,技术落后发达国家2到3代左右,大量高端芯片和技术被美日韩以及欧洲国家垄断。
我国集成电路产业占GDP的比例逐年加大从2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增长远远超过国际上任何一个其他国家,是全球集成电路业的推动者,属于一个快速发展的行业。从2000年到2007年我国集成电路产业销售收入年均增长超过18%毕业论文提纲,增长率随着经济形势有波动,由于金融危机的影响2008年同比2007年下降了0.4%,2009年又同比下降11%,其中集成电路设计业增速放缓实现销售收入269.92亿元同比上升14.8%,由于受金融危机影响,芯片制造业实现销售收入341.05亿元同比下降13.2%、封装测试业实现销售收入498.16亿元同比下降19.5%。我国集成电路总体上企业总体规模小,有人统计过,所有设计企业总产值不如美国高通公司的1/2、所有待工企业产值不如台积电、所有封测企业产值不如日月光。
在芯片设计方面,我国主流芯片设计采用130nm和180nm技术,65nm技术在我国逐渐开展起来,虽然国际上一些厂商已经开始应用40nm技术设计产品了,但由于65nm技术成熟,优良率高,将是未来几年赢利的主流技术.设计公司数量不断增长但规模都较小,属于初始发展时期。芯片制造方面,2010国外许多厂商开始制造32nm的CPU但大规模采用的是65nm技术,而中国国产芯片中的龙芯还在采用130nm技术,中芯国际的65nm技术才开始量产,国产的自主知识产权还没达到250技术。在封装测试技术方面,这是我国集成电路企业的主要业务,也是我国的主要出口品,有数据显示我国集成电路产业的50%以上的产值都由封装产业创造,随着技术的成熟,部分高端技术在国内逐步开始开展,但有已经开始下降的趋势杂志网。在电子信息材料业方面,下一代晶圆标准是450mm,有资料显示将于2012年试制,现在国际主流晶圆尺寸是300mm,而我国正在由200mm到300mm过渡。在GaAs单晶、InP单晶、光电子材料、磁性材料,压电晶体材料、电子陶瓷材料等领域无论是在研发还是在生产均较大落后于国外,总体来说我国新型元件材料基本靠进口。在半导体设备制造业方面毕业论文提纲,有数据统计我国95%的设备是外国设备,而且二手设备占较大比例,重要的半导体设备几乎都是国外设备,从全球范围来讲美日一直垄断其生产和研发,台湾最近也有有了较大发展,而我国半导体设备制造业发展较为缓慢。
我国规划和建成了7个集成电路产业基地,产业集聚效应初步显现出来,其中长江三角洲、京津的上海、杭州、无锡和北京等地区,是我国集成电路的主要积聚地,这些地区集中了我国近半数的集成电路企业和销售额,其次是中南地区约占整个产业企业数和销售额的三分之一,其中深圳基地的IC设计业居全国首位,制造企业也在近一部壮大,由于劳动力价格相对廉价,我国集成电路产业正向成都、西安的产业带转移。
二、我国集成电路业发展存在的问题剖析
首先,我国集成电路产业链还很薄弱,科研与生产还没有很好的结合起来,应用十分有限,虽然新闻上时常宣传中科院以及大专院校有一些成果,但尚未经过市场的运作和考验。另外集成电路产品的缺乏应用途径这就使得研究成果的产业化难以推广和积累成长。
其次,我国集成电路产业尚处于幼年期,企业规模小,集中度低,资金缺乏,人才缺乏,市场占有率低,不能实现规模经济效应,相比国外同类企业在各项资源的占有上差距较大。由于集成电路行业的风险大,换代快,这就造成了企业的融资困难,使得我国企业发展缓慢,有数据显示我国集成电路产业有80%的投资都来自海外毕业论文提纲,企业的主要负责人大都是从台湾引进的。
再次,我国集成电路产业相关配套工业落后,产业基础薄弱。集成电路产业的上游集成电路设备制造的高端设备只有美日等几家公司有能力制造,这就大大制约了我国集成电路工艺的发展速度,使我国的发展受制于人。
还有,我国集成电路产成品处于产品价值链的中、低端,难以提出自己的标准和架构,研发能力不足,缺少核心技术,处于低附加值、廉价产品的向国外技术模仿学习阶段。有数据显示我国集成电路使用中有80%都是从国外进口或设计的,国产20%仅为一些低端芯片,而由于产品相对廉价这当中的百分之七八十又用于出口。
三、我国集成电路发展趋势
有数据显示PC机市场是我国集成电路应用最大的市场,汽车电子、通信类设备、网络多媒体终端将是我国集成电路未来增长最快应用领域. Memory、CPU、ASIC和计算机外围器件将是最主要的几大产品。国际集成电路产业的发展逐步走向成熟阶段,集成电路制造正在向我国大规模转移,造成我国集成电路产量上升,如Intel在2004年和2005年在成都投资4.5亿元后,2007年又投资25亿美元在大连投资建厂预计2010年投产。
另外我国代工产业增速逐渐放缓,增速从当初的20%降低到现在的6%-8%,低附加值产业逐渐减小。集成电路设计业占集成点设计业的比重不断加大,2008、2009两年在受到金融危机的影响下在其他专业大幅下降的情况下任然保持一个较高的增长率,而且最近几年集成电路设计业都是增长最快的领域,说明我国的集成电路产业链日趋完善和合理,设计、制造、封装测试三行业开始向“3:4:4”的国际通行比例不断靠近。从发达国家的经验来看都是以集成电路设计公司比重不断加大,制造公司向不发达地区转移作为集成电路产业走向成熟的标志。
我国集成电路产业逐渐向优势企业集中,产业链不断联合重组,集中资源和扩大规模,增强竞争优势和抗风险能力,主要核心企业销售额所占全行业比重从2004年得32%到2008年的49%,体现我国集成电路企业不断向优势企业集中,行业越来越成熟,从美国集成电路厂商来看当行业走向成熟时只有较大的核心企业和专注某一领域的企业能最后存活下来。
我国集成电路进口量增速逐年下降从2004年的52.6%下降为2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于进口量增速。预计2010年以后我国集成电路进口增速将小于出口增速,我国正在由集成电路消费大国向制造大国迈进。
四、关于我国集成电路发展的几点建议
第一、不断探索和完善有利于集成电路业发展的产业模式和运作机制。中国高校和中科院研究所中有相对宽松的环境使得其适合酝酿研发毕业论文提纲,但中国的高端集成电路研究还局限在高校和中科院的实验室里,没有一个循序渐进的产业运作和可持续发展机制,这就使得国产高端芯片在社会上认可度很低,得不到应用和升级。在产业化成果推广的解决方面。可以借鉴美国的国家采购计划,以政府出资在武器和航空航天领域进行国家采购以保证研发产品的产业化应用得以实现杂志网。只有依靠公共研发机构的环境、人才和技术优势结合企业的市场运作优势,走基于公共研发机构的产业化道路才是问题的正确路径。
第二、集成电路的研发是个高投入高风险的行业是技术和资本密集型产业,有数据显示集成电路研发费用要占销售额的15%,固定资产投资占销售额的20%,销售额如果达不到100亿美元将无力承担新一代产品的研发,在这种情况下由于民族集成电路产业在资金上积累有限,几乎没有抗风险能力,技术上缺乏积累,经不起和国际集成电路巨头的竞争,再加上我国是一个劳动力密集型产业国,根据国际贸易规律,资本密集型的研发产业倾向于向发达国家集中,要想是我国在未来的高技术的集成电路研发有一席之地只有国家给予一定的积极的产业政策,使其形成规模经济的优势地位,才能使集成电路业进入良性发展的轨道.对整个产业链,特别是产业链的低端更要予以一定的政策支持。由政府出资风险投资,通过风险投资公司作为企业与政府的隔离,在成功投资后政府收回投资回报退出公司经营,不失为一种良策。资料显示美国半导体业融资的主要渠道就是靠风险基金。台湾地区之所以成为全球第四大半导体基地台就与其6年建设计划对集成电路产业的重点扶植有密切关系,最近湾当局的“科学委员会”就在最近提出了拟扶植集成电路产业使其达到世界第二的目标。
第三、产业的发展可以走先官办和引进外资再民营化道路,在产业初期由于资金技术壁垒大人才也较为匮乏民营资本难于介入,这样只有利用政府力量和外资力量,但到一定时期后只有民营资本的介入才能使集成电路产业走向良性化发展的轨道。技术竞争有利于技术的创新和发展,集成电路业的技术快速更新的性质使得民营企业的竞争性的优势得以体现,集成电路每个子领域技术的专用化特别高分工特别细,每个子领域有相当的技术难度,不适合求小而且全的模式。集成电路产业各个子模块经营将朝着分散化毕业论文提纲,专业化的方向发展,每个企业专注于各自领域,在以形成的设计、封装、测试、新材料、设备制、造自动化平台设计、IP设计等几大领域内分化出有各自擅长的专业领域深入发展并相互补充,这正好适应民营经济的经营使其能更加专注,以有限的资本规模经营能力能够达到自主研发高投入,适应市场高度分工的要求,所以民间资本的投入会使市场更加有效率。
第四、技术引进吸收再创新将是我国集成电路技术创新发展的可以采用的重要方式。美国国家工程院院士马佐平曾今说过:中国半导体产业有着良好的基础,如果要赶超世界先进水平,必须要找准方向、加强合作。只有站在别人的基础上,吸取国外研发的经验教训,并充分合作才是我国集成电路业发展快速发展有限途径,我国资金有限,技术底子薄,要想快速发展只有借鉴别人的技术在此基础上朝正确方向发展,而不是从头再来另立门户。国际集成电路产业链分工与国家集成电路工业发展阶段有很大关系,随着产业的不断成熟和不断向我国转移使得我国可以走先生产,在有一定的技术和资金积累后再研发的途径。技术引进再创新的一条有效路径就是吸引海外人才到我国集成电路企业,美国等发达国家的经济不景气正好加速了人才向我国企业的流动,对我国是十分有利的。
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