運動控制技術基礎-universitytownlibraryof

1、研發(fā)之路,主講：蔣仕龍 博士jiang.sl@googoltech.comjiangshilong03@126.com,——從裝備制造業(yè)對自主創(chuàng)新人才的需求談起,蔣仕龍簡歷,1991，太原機械學院自動控制專業(yè)畢業(yè)，獲學士學位1994，中南工業(yè)大學自動控制專業(yè)畢業(yè)，獲碩士學位，同年留校任教至2001年1996～2001，獲公派赴香港科技大學做高教訪問學者，期間師從李澤湘教授從事多指機器手抓取研究，并于2000年獲哲學（電機與電

2、子工程學）博士學位自2000年加盟固高科技（香港）有限公司，固高科技（深圳）有限公司，歷任智能玩具部經理、運動控制事業(yè)部經理、市場部經理、副總經理并兼任教學產品部經理自2006年12月進入北京大學香港科技大學深圳研修院博士后科研工作站工作，研究課題：運動控制技術教學體系建立和應用技術平臺的開發(fā) 研究興趣：機器人控制技術、基于傳感器的多指機器手抓取與操作、運動控制技術及其應用、先進制造裝備研制,提綱,中國裝備制造業(yè)的現(xiàn)狀中國裝備制

3、造業(yè)未來的格局以及對自主創(chuàng)新能力人才的需求產品研發(fā)過程中的幾點體會產品研發(fā)與市場定位原型研發(fā)與產品化“拿來主義”與技術創(chuàng)新成為合格的自主創(chuàng)新人才,制造大國（Made in China）,世界制造中心經歷了由美國（50~60年代）、日本（70~80年代）、亞洲四小龍（80~90年代），到中國（尤其是長三角和珠三角地區(qū)）的轉移中國已經建立初具規(guī)模的制造群體，包括計算機及電子信息產品制造家電產品、玩具和電子消費類產品模具及精

4、密產品制造裝備、物流及系統(tǒng)集成輕工、紡織、印刷機械、化工產品制造生物醫(yī)藥產品、醫(yī)療器械等,中國發(fā)展裝備制造業(yè)的機遇,市場優(yōu)勢,新興產業(yè)所需裝備,規(guī)?；膫鹘y(tǒng)制造/設備數(shù)控化,-- 玩具（東莞：3000工廠，1600億產值）,中國制造業(yè)發(fā)展所面臨的“四面危機”,制造業(yè)升級的突破點,亞洲企業(yè)排行榜,亞洲企業(yè)1000分布,消費者電子產品二十大排名,重工業(yè)二十大排名,制造強國？（Made by China？）,數(shù)控機床最大消費國（60億美

5、元），但大部分需進口 最大紡織設備市場，高端進口設備占40億美元 家電產品最大生產和消費國，但不擁有其核心技術 無線產品最大市場，但需付出巨大專利使用費 類似現(xiàn)象在工業(yè)機器人，汽車，造船，軍事裝備等領域同樣存在缺乏原創(chuàng)性工作與原創(chuàng)性能力,高精度高速度/加速度高集成度高傳感技術,多學科/多技術/多工藝經多年磨合提煉后的一體化集成裝備制造企業(yè)是高科技企業(yè)的頂峰：應用材料公司=英特公司+IBM公司自主創(chuàng)新是核心基礎產業(yè)

6、的支持（控制，驅動……）基礎研究與創(chuàng)新人才培養(yǎng)是關鍵-- 中國數(shù)控技術（25年的辛酸歷史，“屢戰(zhàn)屢敗”）,發(fā)展新型裝備制造業(yè)所需條件與特點,原創(chuàng)工作的定義，判斷與現(xiàn)狀,原創(chuàng)研究（Innovative Research, Original Research）定義：Innovation: (Webster) To introduce new methods, customs, devices, etc.原創(chuàng)研究的認定：國際核心期刊

7、（Internationally referred high impact journals）(國際同行評議）控制：25篇Seminal Papers in ControlIEEE AC：（5） 2. SIAM Jour. Of Control：（3） 3. Automatica：（1）機器人：IEEE Trans. On RoboticsHigh Citation IndexMainstream Area 發(fā)明

8、專利與國際會議？,我們在原創(chuàng)研究方面的總體位置,M.M. Poo (U.C. Berkeley Neurobiology 教授，中科院上海神經科學研究所所長）“China’s economy is booming and yet its scientific output isn’t” 《科學時報》2月9日，《研究生要學做有品德的科學家》R. Wu (康奈爾大學分子生物學教授）“In 2000, the number of bi

9、ologists, government funded labs and the total number of publications were similar in China and the United States. But the number of high impact papers published by scientists from China was less than 4% that of the U.S.

10、.”,,,,,,,引用最多的文章－按文章數(shù)排,,,,,,,引用最多的文章－按引用數(shù)排,IEEE Trans. on Robotics and Automation (leading journal in the field)2003年統(tǒng)計：,,,,,,,,,,,IEEE Trans on Automatic Control & Automatica,IEEE Trans on Automatic Control,IEEE Tr

11、ans on Robotics & Automation,1862年，參議員Justin Morrill 的《贈地法案》美國國家防務研究委員會主任 Vannevar Bush 的報告《科學——無盡的戰(zhàn)線》（“Science, the Endless Frontier”） 今天，美國卡內基小組的研究表明，美國的經濟實力有50%是從它的教育制度獲得的。擁有了世界一流的高等教育，美國才能擁有大量的自主知識產權、影響深遠的杰出學

12、者和強大的知識經濟，才能成為科技強國。全世界最好的大學有85%是美國的大學（據(jù)上海交大所做世界大學排名，前２０名中有１７所美國大學）。美國用世界上最優(yōu)秀的大學吸引世界各地的最有潛質的學生到美國學習，再用它強大的企業(yè)將這些人才中的大多數(shù)留在美國本土。在微軟、IBM、蘋果等美國高科技企業(yè)中充滿了來自中國、日本、韓國、印度、加拿大、法國、英國等國家的拔尖人才。這些異域精英們?yōu)槊绹目萍己彤a業(yè)發(fā)展提供了堅實的人才基礎。

13、 ——李開復的博客論壇《美國大學啟示錄》,,是什么成就了當今唯一核心科技國——美國的啟示,是什么成就了當今唯一核心科技國——美國？,戰(zhàn)略導向、政策保障和充滿活力的創(chuàng)新要素四份報告《Science－－the Endless Frontier》奠定了美國現(xiàn)代科技政策基礎《Made in America》換來美國科技發(fā)展的春天《Science in the America Interest》強調科技是確

14、保領先的無盡資源《 National Innovation Initiative》認為創(chuàng)新將是美國21世紀成功的唯一要素,美國競爭力委員會（The Council on Competitiveness）,“國家創(chuàng)新倡議（National Innovation Initiative，NII）”項目 《創(chuàng)新美國：在競爭與變化的世界中繁榮》（Innovate America ：Thriving in a World of Challeng

15、e and Change）,該報告提出80余項強化創(chuàng)新的政策建議，這些建議集中在人才、投資以及創(chuàng)新組織及機制三個方面。 在美國國家創(chuàng)新體系中，研究型大學是創(chuàng)新環(huán)境中的重要一員。大學的研發(fā)經費充足。2003年，全部R&D經費中的14.2%被用于大學研發(fā)，僅次于產業(yè)界。 政府下放國家實驗室至大學。美國一批一流大學的崛起與其國家實驗室的建立和發(fā)展息息相關，如加州大學伯克利分校與勞倫斯實驗室、麻省理工學院與林肯實驗室、加州理工學院與

16、噴氣推進實驗室等。,中國裝備制造業(yè)的出路？,目前：“中國制造”＝低成本勞動力＋環(huán)境成本＋……未來：中國制造→中國創(chuàng)造（Made by China）自主創(chuàng)新是核心中國具有應用型技術自主創(chuàng)新能力“成本創(chuàng)新”戰(zhàn)略－－《中國制造未來十年新格局》（曾鳴、彼得J.威廉姆斯),自主創(chuàng)新是國家的戰(zhàn)略決策,國務院發(fā)布《中長期科技發(fā)展綱要》 2006年1月26日，中共中央國務院關于實施科技規(guī)劃綱要，增強自主創(chuàng)新能力的決定2006年2月9日國務院

17、發(fā)布《中長期科技發(fā)展綱要》到2020年，R&D 占GDP 2.5％以上；科技進步貢獻率60％以上；對外技術依存度30％以下；本國人發(fā)明專利年度授予量和國際科技論文被引用數(shù)均進入世界前5位。,全球產業(yè)格局演變,中國和平崛起20世紀80年代我愿意作為一個庸才生在美國，而現(xiàn)在我一定選擇作為一個天才出生在中國－－比爾●蓋茨（引自《世界是平的》）金磚四國：中國、印度、俄羅斯、巴西（BRICs此詞類似英文磚塊brick而由美國高盛公司

18、的經濟學家在2003年創(chuàng)造）Chindia（China+India） is a portmanteau that refers to China and India together in general, and their economies in particular.－－（Wikipedia ） 低成本技術創(chuàng)新所能帶來的模仿壁壘和壟斷利潤快速下降相對同質化的競爭讓低成本成為企業(yè)參與競爭低必要條件高性價比世界是平的，水

19、平分工，互聯(lián)網時代（全球化3.0時代）平臺技術、標準化、模塊化設計降低了技術壁壘“被中國制造寵壞了的全球消費者把性價比的重要性提到了前所未有的高度”－－曾鳴《龍行天下》2007,中國裝備制造業(yè)未來技術創(chuàng)新的比較優(yōu)勢,開放的中國社會主義市場經濟2001年加入WTO外資企業(yè)的技術轉移和輻射、管理經驗、人才培訓擁有比世界大多數(shù)地方更便宜的大量研發(fā)人員自2005年每年超過400萬大學畢業(yè)生五十年的基礎研究國防工業(yè)航天科技“

20、海歸”回歸創(chuàng)業(yè)自1978年以來，近百萬人留學，近25％學成歸國創(chuàng)業(yè)中國的龐大的本土市場優(yōu)勢“不能在中國取勝，就會在全球敗北”－－松下電器 2002,我國自主創(chuàng)新現(xiàn)狀,我國企業(yè)正成為自主創(chuàng)新的主體，高等院校和科研機構的創(chuàng)新力量尚未充分發(fā)揮出來科技部《中國科學技術指標（2004）》公布的數(shù)據(jù)：2003年，R&D：109.5萬人，其中研究機構20.4萬人，占18.6％；高校18.9萬人，占17.3%，兩者合計占35.9％；R&

21、amp;D：經費1539.6億元，其中研究機構399億元，占25.9％；高校162.3億元，占10.5％，兩者合計占36.4%。高校和科研機構占有1/3強的研發(fā)人力和資金，然而專利申請量不足全國職務申請的1/5。,自主創(chuàng)新人才培養(yǎng),從國家創(chuàng)新體系看，高校與科研機構應共同成為國家創(chuàng)新體系的科技創(chuàng)新基礎平臺研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中國科研評測中心引美國《基本科學指標》（ESI）的數(shù)據(jù)來源進行了世界大學科研競爭力排名、世界科研機構學科競爭力

22、排名（《科學時報》2006年3月20日），中國（含港澳臺地區(qū)，中國大陸僅：北大、清華、中科大）僅7所高校科研競爭力進入前300名中國科學院（16個學科進入22個主流學科的前30名）研究生創(chuàng)新教育會議（西安交通大學）哈工大深圳研究生院自動化與機電學科部,美國國家科學基金會的報告,1998年，美國國家科學基金會Marshll M.Lih博士在上海交通大學作“關于21世紀研究和教育集成”的演講時指出：“21世紀，我們應該培養(yǎng)磚瓦匠還是

23、教堂設計者？”前者采用采用“培訓”的方法，后者采用“教育”的方法,ABET 2000 Criteria:,,研究生/博士生相關企業(yè)工程師項目/企業(yè)管理者創(chuàng)業(yè)者其他,完整的人才標準,,,研究生/博士生相關企業(yè)工程師項目/企業(yè)管理者創(chuàng)業(yè)者其他,完整的人才標準,應用型技術自主創(chuàng)新人才的素質要求,扎實的理論基礎系統(tǒng)的專業(yè)知識懂得如何去設計和開發(fā)復雜的技術系統(tǒng)；創(chuàng)新能力團隊協(xié)作精神應具有更好的交流能力（

24、學會講故事）、合作精神以及一定的商業(yè)和行政領導能力能勝任跨學科的合作；了解工程與社會間的復雜關系；自學能力、自我發(fā)展能力養(yǎng)成終生學習的能力與習慣，以適應和勝任多變的職業(yè)領域,扎實的理論基礎,大學里學習什么最重要？思維方法發(fā)現(xiàn)問題，歸納問題的能力基礎理論和日?，F(xiàn)象的結合利用基本的理論知識去理解和解釋常見問題類比法去理解對應的工程問題吉他弦的振動VS機械剛度和共振頻率,系統(tǒng)的專業(yè)知識,大多數(shù)行業(yè)由外國公司指定了產品標準和

25、工藝標準大部分行業(yè)的專利掌握在外國人手里向世界學習互聯(lián)網提供了很好的學習平臺“入行”掌握行業(yè)標準了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和尖端水平掌握行業(yè)Know-how“板凳要坐十年冷”經驗的積累主要靠經歷,用學習累計經驗,年輕人問：“智慧從哪里來？”智者說：“正確的判斷?！蹦贻p人又問：“正確的判斷從哪里來？”智者說：“經驗?！蹦贻p人進一步追問：“經驗從哪里來？”智者說：“錯誤的判斷。”,“The journey is the r

26、eward（旅途本身就是收獲 ）”,用學習累計經驗（——李開復《選擇的智慧》）,創(chuàng)新能力,何謂創(chuàng)新？我的觀點是：設計就是創(chuàng)新經典創(chuàng)新理論TRIZ的創(chuàng)始人G. S. Altshuller曾經對創(chuàng)新的層次做了一些注解：第一層次：用行業(yè)內熟知的常識來解決常規(guī)設計問題；第二層次：用行業(yè)內已知方法來解決問題，給現(xiàn)有系統(tǒng)功能帶來一定的提高；第三層次：用其它領域的知識來解決本行業(yè)的問題，讓系統(tǒng)功能從根本上得到改善。 以上三個層次的創(chuàng)新占了約

27、95%的設計工作。第四和第五層次的創(chuàng)新需要重大的技術和理論突破，總量不超過5%。創(chuàng)新種類原創(chuàng)、應用技術創(chuàng)新和集成創(chuàng)新（整合創(chuàng)新）創(chuàng)新能力的內涵用新方法解決老問題的能力用老方法解決新問題的能力用新方法解決新問題的能力,,創(chuàng)新VS創(chuàng)舊,我們做好設計領域的本職工作，就已經是在從事創(chuàng)新——我們總要在原有產品的基礎上不斷做出設計改進。沒有改進，何談創(chuàng)新？其次，如果能夠借鑒其它領域的知識，做到學科交叉、知識融合，則是創(chuàng)新的比較高的境界

28、了。因此，我們要大膽地說，設計就是創(chuàng)新。何謂“創(chuàng)舊”？當我們還沒有來得及為某些設計成果擊掌相慶的時候，卻突然發(fā)現(xiàn)，其它的廠家或國外的企業(yè)早已經做出了類似的設計，并申請了專利——我們只不過是重復做了人家以前早已經做過的事情。此即為創(chuàng)舊。,創(chuàng)新的誤區(qū),誤區(qū)：“設計就是抄圖”，“設計就是仿制”，“設計就是跟隨”等等不一而足。更有甚者，說出甚至做出“設計就是拷貝”，“設計就是抄襲”等侵犯他人知識產權的言行?！靶嗡芕S神似”SMT設備的研

29、制焊線機（wire-bonding）的研制某國產品牌汽車研制設計一定是基于知識的設計，創(chuàng)新也一定是基于知識的創(chuàng)新。沒有知識無法創(chuàng)新，缺乏知識造成創(chuàng)舊。知識，特別是可以作為企業(yè)智力資產的知識，在企業(yè)研發(fā)中起著極其重要的作用。企業(yè)智力資產包括企業(yè)內部的和外部的兩部分，也包括物化知識（OA、CAD文檔等）和非物化知識（經驗、創(chuàng)意、原理、Know-How等）兩類,什么是新產品？,“新”的定義：對于公司來說是新的。公司從來沒有制造或銷售

30、過該類產品，但其他公司也許做過。對于市場來說是新的，或是革新產品。該類產品第一次進入市場。,新產品的種類,低 對市場的新穎程度 高,高 對 公司的新穎程度 低,為什么要開發(fā)新產品？,22％的最優(yōu)公司與余下78％的一般企業(yè)的對比如下：優(yōu)秀企業(yè)49.2％的銷售業(yè)績來自于新產品（一般企業(yè)25.2%的銷售收入來自于新產品）優(yōu)秀企業(yè)49.2％的利潤來自于新產品（一般

31、企業(yè)利潤的22％來自于新產品）優(yōu)秀企業(yè)每3.5個創(chuàng)意就有1個獲得成功（一般企業(yè)每8.4個創(chuàng)意有一個成功）成功的新產品的特點：投資回報可觀。成功的新產品的投資回報率平均高達96.9％新產品投資回收期短。平均投資回收期為2.49年新產品獲得極好的市場地位。其目標市場的平均市場份額為47.3%創(chuàng)新的驅動因素：科技快速發(fā)展不斷改變的顧客需求產品生命周期的不斷縮短（上市一代、開發(fā)一代、儲備一代）國際競爭不斷加?。ㄈ蚧偁帲?

32、企業(yè)產品創(chuàng)新的三個方面,,,,目標顧客(who),商業(yè)模式(how),顧客價值(what),產品,這樣開始思考：,有別的方式嗎？(Is there another way ?)別的東西？(What else?)別的人？(Who else?)如果…那么？(what if ?)更多的什么？(What more?)我們?yōu)楹危?Why do we?)我們?yōu)楹尾唬?Why don’t we?),創(chuàng)造性思考（Creative Th

33、inking）,How We Think——John Dewey（1910）精確地定義你的問題倒過來看站在反面看從別人的角度看放大縮小改變顏色結合在一起從別的東西上借用增加一些東西減去一些東西設定期限堅持。,團隊協(xié)作與交流,為什么要建立團隊大雁的啟示學會和不同行事風格的人打交道相信你的同事容忍別人的錯誤站在對方的立場考慮問題積極有效的溝通有效的傾聽講話的藝術：目的性VS表達方式你不同意上司的觀

34、點（你認為上司錯了），如何處理？寫作的技巧：金字塔原理商業(yè)能力社會是經濟利益驅動的行政能力、管理能力辦公室政治：待人如照鏡“你怎么對待別人，別人就怎么對待你”,明確公司的組織結構與職責,明確直接領導是誰明確直接下級是誰怎樣對上級有效地匯報怎樣對下級明確的指示與協(xié)作部門的職責邊界,產品研發(fā)過程中的幾點體會,產品研發(fā)中的意識問題市場意識：產品研發(fā)與市場定位成本意識：全成本概念質量意識：高質量的產品是設計出來的原型

35、研發(fā)與產品化“拿來主義”與技術創(chuàng)新,產品研發(fā)與市場定位,產品定位VS用戶需求海爾：洗地瓜的洗衣機→洗龍蝦的洗衣機、小神童洗衣機……華為：從用戶中來，到用戶中去傻瓜照相機銷售工程師＝客戶代表重視市場、銷售和售后服務人員的建議與其改變客戶固有的想法，不如在客戶已熟悉的想法上去引導客戶 不滿足客戶需求的產品是沒有價值的！,花費在典型項目的每一個重要階段上的資源,只有7％的金錢和16％的工作量花費在項目開發(fā)前的重要階段。,新產品

36、開發(fā)的失敗率為何高居不下？,全成本意識,開發(fā)成本的事前控制預算計算不確定性因素產生的成本物料只是產品部分成本隱形成本準確性——設計有效性及時性——效率、機會成本標準化、模塊化設計有助于降低成本高可靠性設計降低服務成本：質量成本用最成熟的技術來設計，借鑒交叉學科的優(yōu)勢方法設計不要將復雜的技術研究（預研）同產品開發(fā)糅合到一起建立自己的研發(fā)經驗庫，分享其他同事的研發(fā)經驗不要犯低級錯誤化繁為簡——“簡單即是美”（楊振寧

37、《美與物理學》）,質量是設計出來的,設計中的階段評審是保證產品質量、提高設計效率的有效方法良好的文檔管理是質量保證的基礎設計想法形成文字，不要總在頭腦里按模板準備文檔審核制度版本管理產品檢驗與測試只是對生產過程的檢驗，不能解決設計中的問題細節(jié)決定質量，創(chuàng)新成就未來,文檔管理,分清文檔給誰看客戶？生產人員？調試人員？文檔的作用文檔是使用設備、解決問題的指引讓別人明白你的“心”讓你的設計可以“copy”文檔需要有標

38、準格式你最喜歡的格式vs行業(yè)流行的格式你自己要學習提高，別老等別人的格式來約束你,實驗室研發(fā)VS產品研發(fā),實驗室研發(fā)原型樣機研發(fā)驗證性研發(fā)功能性研發(fā)產品研發(fā)產品功能型設計——可用性：功能定義要切合市場需求產品工程化要求可靠性設計、可生產性設計、可維護性設計產品的適應性設計模塊化設計互換性設計標準化設計升級換代,案例：軟件開發(fā),客戶只是同大多數(shù)人一樣的普通人阿里巴巴馬云你的軟件是給客戶用的，不是用于給同行欣

39、賞的什么是界面友好？引導、容錯、簡單軟件應該是可以重復利用的模塊化設計軟件應盡可能不依賴硬件：可移植性大軟件是需要協(xié)作完成的遵循協(xié)議接口無縫便于調試,拿來主義VS技術創(chuàng)新,引進、消化、吸收比亞迪的流程創(chuàng)新將生產線上的機器變成人流程再造顛覆性技術創(chuàng)新海爾的雙動力滾筒洗衣機海爾的不用洗衣粉的洗衣機華為的軟交換架構R4平臺可以平滑實現(xiàn)2.5G到3G的升級，運營商無需升級硬件和軟件,如何成為合格的自主創(chuàng)新人才,做

40、正確的事配合公司的價值觀，樹立自己的目標在公司只有功勞，沒有苦勞正確的做事第一次就把事情做對！以終為始流水線上空箱檢測的案例了解工程與社會間的復雜關系利益、合作、社會價值自我、忘我、無我記住：完成產品需求功能的方法是多種多樣的，你只是選擇了你熟悉的方法換個角度看問題,加強職業(yè)修養(yǎng),積極主動設計中總是會遇到問題的問題不會自動消失自己解決大部分問題主動尋求高效、有限度的幫助堅持學校只是教給你思維方式，別想用