時間：2023-09-18 17:02:01
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇航空航天發(fā)展方向，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
【關(guān)鍵詞】河北省廊坊市 航天戰(zhàn)略 新興產(chǎn)業(yè)
【中圖分類號】F276.44 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，經(jīng)過改革開放多年努力，已經(jīng)取得了重要實質(zhì)性成果，尤其表現(xiàn)在我國社會經(jīng)濟(jì)快速增長。但是，隨著全球經(jīng)濟(jì)和金融一體化趨勢不斷深入，我國各項產(chǎn)業(yè)正面臨著嚴(yán)峻考驗，2008年金融危機(jī)以來，國民生產(chǎn)總值和貿(mào)易出口額獲得了進(jìn)一步增加，這一結(jié)果主要還是以高額資源消費(fèi)為代價。世界各國都更加關(guān)注高新科學(xué)技術(shù)和構(gòu)建未來可持續(xù)發(fā)展的制高點(diǎn)，如何構(gòu)建符合我國國情的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和培植具有核心競爭力的新產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為國家宏觀政策制定的主要方向和學(xué)術(shù)界研究的一個熱點(diǎn)問題。
2012年，我國出臺關(guān)于《“十二五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，更加明確我國著力發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的相關(guān)政策和指導(dǎo)方針，由于航天產(chǎn)業(yè)從自身建設(shè)和功能性外延等特征，更加成為我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性支撐石。2011年，河北省政府與中國航天科技集團(tuán)公司簽署區(qū)域地方和航天產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略框架協(xié)議，在“十二五”期間，共同促進(jìn)河北省社會經(jīng)濟(jì)和航天產(chǎn)協(xié)同發(fā)展，主要包括：運(yùn)載火箭制造及實驗、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等五個主要內(nèi)容。而廊坊市在河北省具有得天獨(dú)厚的位置優(yōu)勢，廊坊航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)建設(shè)，對于我國航天工業(yè)可持續(xù)發(fā)展、京津航天產(chǎn)業(yè)的拓展和延伸、地方傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)全面系統(tǒng)升級都有著關(guān)鍵性的實踐性理論意義。
航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)是基于高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)相互融合，代表著我國科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，近年來，河北省在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和突出新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)方面，推出了一系列具有導(dǎo)向性政策措施，而這些實踐性政策性策略，對于航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)長足進(jìn)步起到關(guān)鍵性作用，并且取得一定的成效。但是不可回避的是，河北省產(chǎn)業(yè)調(diào)整和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)培育過程中，受到理論和經(jīng)驗等多維度影響，以及實際客觀條件局部限制，產(chǎn)生很多新問題。
河北省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要性
航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會直接帶動一系列戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)培育和學(xué)科技術(shù)的融合式發(fā)展，我國經(jīng)過幾十年的航天工業(yè)的探索和建設(shè)，已經(jīng)構(gòu)建出我國航天產(chǎn)業(yè)體系結(jié)構(gòu)，并且航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邁入了一個新發(fā)展階段和歷史時期。
航天產(chǎn)業(yè)具有重要的戰(zhàn)略導(dǎo)向性。航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到我國高端裝備制造建設(shè)和發(fā)展，是我國眾多行業(yè)中具有高新科學(xué)技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)之一，同時對于我國企業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，起到戰(zhàn)略導(dǎo)向性作用。①航天產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，對于我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的技術(shù)支撐和推進(jìn)性作用效果，在提升我國人民生活質(zhì)量、國際地位和綜合國力方面，更加強(qiáng)調(diào)其戰(zhàn)略性影響意義，一方面代表著我國在國際航天發(fā)展領(lǐng)域地位，另一方面也能夠表示我國核心國防實力。例如美國航天協(xié)會關(guān)于航空航天技術(shù)的相關(guān)說明，②即該技術(shù)是否領(lǐng)先于世界水平，直接關(guān)系到國家各個方面戰(zhàn)略性安危，發(fā)展航空航天技術(shù)是現(xiàn)在乃至未來長期投入和建設(shè)國家安全戰(zhàn)略?？梢?，航天產(chǎn)業(yè)在我國社會經(jīng)濟(jì)和軍事中占據(jù)核心地位，河北省航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)建設(shè)，將會直接關(guān)系到我國航天產(chǎn)業(yè)整體規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展。
航天產(chǎn)業(yè)的技術(shù)多樣性和鏈條可擴(kuò)性。航天產(chǎn)業(yè)建設(shè)和發(fā)展具有戰(zhàn)略現(xiàn)代性作用，主要體現(xiàn)在航天產(chǎn)業(yè)技術(shù)的構(gòu)成技術(shù)多樣性和鏈條可擴(kuò)展性，一是技術(shù)多樣性，航空航天產(chǎn)品制造和生產(chǎn)是一項高精端、多學(xué)科技術(shù)融合而成，從某種程度上講，航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平能夠直接代表我國先進(jìn)科學(xué)生產(chǎn)力的基礎(chǔ)建設(shè)情況。由于航天產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性要求，制造生產(chǎn)需要在特定環(huán)境下完成，涉及多個學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)配合，例如要求航空航天材料具有高可靠性新材料、新工藝和新技術(shù)，這也能夠進(jìn)一步說明航天產(chǎn)業(yè)在我國各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域前瞻性地位。同時技術(shù)多樣性還體現(xiàn)在，生產(chǎn)航天產(chǎn)品需要小批量和多零件構(gòu)成，這也要求在加工工藝選擇和技術(shù)上，呈現(xiàn)出明顯柔性生產(chǎn)力。二是鏈條可擴(kuò)性，據(jù)有關(guān)部門相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，③航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動我國80%的新材料研發(fā)，促進(jìn)多產(chǎn)業(yè)鏈條企業(yè)之間融合式發(fā)展，技術(shù)能夠直接提升企業(yè)核心市場競爭力，能夠更加有效促進(jìn)其他產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的有效調(diào)整。未來10年，一個航天項目與產(chǎn)業(yè)效益的比值為1：180，推進(jìn)國民生產(chǎn)總值增長值為 0.714%。
河北省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題
河北省在航天性戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)培育和發(fā)展方面，具有獨(dú)特發(fā)展優(yōu)勢。一是區(qū)域位置屬于京津經(jīng)濟(jì)的三角區(qū)域，符合產(chǎn)業(yè)延伸和資源互相滲透互補(bǔ)的要求，河北省航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將帶動區(qū)域多元新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并且能夠具有影響和被影響的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢；二是河北省的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，2012年底，河北省物流產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出快速增長趨勢，同比2011年增加23.4%，物流產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為河北省現(xiàn)代服務(wù)性的優(yōu)勢性產(chǎn)業(yè)，這也為航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)全國協(xié)同發(fā)展，提供重要基礎(chǔ)性保障，同時河北省在推動我國“十二五”新興產(chǎn)業(yè)方面，具有明顯的發(fā)展成果，尤其是先進(jìn)制造、新材料和高科技電子信息技術(shù)等；三是河北省航天產(chǎn)業(yè)政策性優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在“十二五”綱要中明確指出進(jìn)一步促進(jìn)和實現(xiàn)河北省沿海地區(qū)發(fā)展，這也為河北省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提供上層政策性保證。由于河北省航天產(chǎn)業(yè)建設(shè)過程中基本無樣本參照，屬于探索性發(fā)展模式，目前，河北省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，依然存在兩個重要問題。
航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)集群模式偏低。從國家統(tǒng)計據(jù)的相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，④河北省是我國一個重要經(jīng)濟(jì)型大省，但是從河北省國內(nèi)生產(chǎn)總值產(chǎn)業(yè)分布情況看，不屬于一個以新興產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省。主要體現(xiàn)在河北省的基礎(chǔ)性還是以粗放式、高資源消耗為主的，例如鋼鐵等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，企業(yè)規(guī)模雖有所增加，但是系統(tǒng)化歸類集成程度不明顯，低水平生產(chǎn)現(xiàn)象還很明顯，這也是河北省產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中一個基礎(chǔ)性問題。河北省航天產(chǎn)業(yè)有其自身特有發(fā)展模式，航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)需要從布局上，充分考慮集中性，并通過相應(yīng)產(chǎn)業(yè)集群模式，進(jìn)行統(tǒng)籌式發(fā)展，構(gòu)建出航天產(chǎn)業(yè)企業(yè)之間協(xié)調(diào)、多贏和技術(shù)互補(bǔ)促進(jìn)融合的創(chuàng)新發(fā)展模式，并積極帶動與之相關(guān)輔產(chǎn)業(yè)發(fā)展，初步形成以廊坊市為主的新興航天產(chǎn)業(yè)集群，而對比河北省其他產(chǎn)業(yè)來說，還是屬于較小規(guī)模產(chǎn)業(yè)集群，并且還需要進(jìn)一步完善系統(tǒng)框架上的組織協(xié)調(diào)發(fā)展，形成航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展機(jī)制，形成大產(chǎn)業(yè)鏈條下的規(guī)模性循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從而形成以河北廊坊為中心的航天產(chǎn)業(yè)集群基地。
缺失高新核心支持性技術(shù)。全球范圍內(nèi)已經(jīng)掀起了新一輪航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展新時期，我國航空航天產(chǎn)業(yè)雖然在一些關(guān)鍵性技術(shù)領(lǐng)域，例如載人和火箭技術(shù)，已經(jīng)達(dá)到國際航空航天的世界領(lǐng)先技術(shù)，但是從整個航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，卻具有明顯的缺點(diǎn)和不足，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是航天產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新能力還存在著明顯的差距性，尤其是一些關(guān)鍵性核心支撐技術(shù)，不能滿足我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，例如民用和軍用飛機(jī)在我國社會生產(chǎn)生活中需求量急劇增加，而我國大型航空工業(yè)，還承接一些國外外包業(yè)務(wù)，嚴(yán)重影響航空科技技術(shù)創(chuàng)新資源。同時航天產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)研發(fā)過多關(guān)注于數(shù)量而不是質(zhì)量，2012年航天制造產(chǎn)業(yè)的申請專利數(shù)達(dá)到908件，但是具有整個行業(yè)高新技術(shù)比例不足2%，美國申請8654項，核心技術(shù)占26%，這一數(shù)據(jù)顯示，我國航天產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新能力和驅(qū)動力存在著較為嚴(yán)重問題，這也是河北省航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵性問題。二是創(chuàng)新體制上存在著一定問題，尤其是在航天產(chǎn)業(yè)高新技術(shù)研發(fā)和市場結(jié)合方面的問題，河北省政府與中國航天科技集團(tuán)具有戰(zhàn)略性協(xié)同發(fā)展關(guān)系，在航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，已經(jīng)感覺到中國航天科技集團(tuán)具有明顯的計劃經(jīng)濟(jì)體制形態(tài)，企業(yè)之間管理上還存在行政領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系，各個企業(yè)的自主經(jīng)營權(quán)受到了重要限制，這也是導(dǎo)致原始創(chuàng)新動力不足的一個重要原因，同時，中航集團(tuán)強(qiáng)調(diào)科研是主要，直接影響科研成果的市場性技術(shù)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致與河北省航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的資源浪費(fèi)和技術(shù)擱置情況，這也是河北省以及廊坊市航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的一個關(guān)鍵性抑制性問題。
促進(jìn)航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對策和建議
河北省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展是一項多技術(shù)、多企業(yè)相互融合，協(xié)同發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)模式，在河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和新興產(chǎn)業(yè)配置中，具有特殊的重要作用和意義。
地處京津兩大城市之間的廊坊市其地理位置優(yōu)越，并且具有較好的航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)和條件，已建成的固安航天科技城正在成為對接北京、借勢發(fā)展的契合點(diǎn)，預(yù)計在未來幾年，固安航天科技城將形成航天技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用、服務(wù)一條龍的完整產(chǎn)業(yè)鏈，搶占戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點(diǎn)。此外，廊坊市還擁有較好的科學(xué)研究平臺，“河北省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展軟科學(xué)研究基地”和“河北省航天遙感信息處理與應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心”均設(shè)在廊坊市北華航天工業(yè)學(xué)院，這將為我省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供高質(zhì)量的研究成果。在我國“十二五”規(guī)劃的指導(dǎo)推動下，廊坊市航天產(chǎn)業(yè)必然會成為河北省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的增長點(diǎn)。因此，在促進(jìn)河北省及廊坊市航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，可以以廊坊市航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展為著眼點(diǎn)，集中一切優(yōu)勢資源，制定符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展可行性政策引導(dǎo)和支持，完善航天產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展支持性渠道，運(yùn)用多維度協(xié)同共進(jìn)機(jī)制和手段，加大培養(yǎng)和促進(jìn)航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。具體建議及對策如下：
促進(jìn)廊坊航天產(chǎn)業(yè)集群模式和產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)同創(chuàng)新。航天產(chǎn)業(yè)自身特點(diǎn)是一個大型復(fù)雜、多技術(shù)、多產(chǎn)業(yè)組合，要實現(xiàn)國家航天戰(zhàn)略創(chuàng)新導(dǎo)向目標(biāo)，不斷創(chuàng)造和提升航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展增長點(diǎn)，就要更加關(guān)注和強(qiáng)調(diào)航天產(chǎn)業(yè)集群模式合理化構(gòu)建和產(chǎn)業(yè)鏈條中各個相互企業(yè)之間協(xié)同創(chuàng)新能力。廊坊市航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，需要產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)良好外界政策性環(huán)境和產(chǎn)業(yè)鏈條中各個企業(yè)創(chuàng)新，兩者直接相互協(xié)調(diào)，直接影響航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展實質(zhì)性效率，也制約著航天產(chǎn)業(yè)價值鏈條各企業(yè)均衡性發(fā)展。因此，河北省及廊坊市航天新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，就要不斷完善和優(yōu)化航天產(chǎn)業(yè)各企業(yè)外部發(fā)展環(huán)境，即給予政策性的引導(dǎo)和稅收支持，構(gòu)建出符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展航天產(chǎn)業(yè)鏈條各個企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新和共生平臺，加大對于產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵性核心共性產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)突破，作為其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)導(dǎo)向和配套支持，從而更好服務(wù)于河北省傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
實現(xiàn)廊坊特色航天產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新。河北省航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展要充分和依靠自身，地理、科研和政策性優(yōu)勢，強(qiáng)調(diào)和突出以廊坊市為產(chǎn)業(yè)中心，支持和培養(yǎng)企業(yè)核心技術(shù)發(fā)展。核心技術(shù)企業(yè)發(fā)展是航天產(chǎn)業(yè)鏈條中心臟組成部門，直接代表著航天產(chǎn)業(yè)專業(yè)化和高信息技術(shù)性，這也直接需要政府政策性導(dǎo)向和引入社會資本進(jìn)行長期可持續(xù)建設(shè)和發(fā)展。例如，國際上航天產(chǎn)業(yè)的一些核心技術(shù)都是由寡頭企業(yè)壟斷，由于利益驅(qū)使，其更加注重核心技術(shù)保護(hù)，使得其他國家難以獲取。而我國在掌握航天產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)中，具有較好產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢，核心技術(shù)研究就是要依靠企業(yè)原創(chuàng)性，要耐得住長期投入和風(fēng)險，建議河北省構(gòu)建出航天產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新保障平臺，增加航天產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)研發(fā)抗風(fēng)險能力，關(guān)注國外航天同類技術(shù)反向工程求解、結(jié)合我國本土技術(shù)，進(jìn)行核心技術(shù)再創(chuàng)新。在實現(xiàn)以河北省廊坊市為代表的航天產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新的過程中，要始終明確兩個支持問題：一是結(jié)合國內(nèi)外航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形勢，解決關(guān)鍵性技術(shù)核心問題，以點(diǎn)蓋面，充分把握住航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展必要性和特殊性，建立廊坊市航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展合理化機(jī)制，形成一種產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢發(fā)展穩(wěn)定環(huán)境。二是以中央國企混合制改革為背景，不斷整合河北省航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)鏈條，推進(jìn)航天產(chǎn)業(yè)軍用和民用相結(jié)合模式，更好地實現(xiàn)航天產(chǎn)業(yè)研發(fā)性向服務(wù)性模式轉(zhuǎn)化，促進(jìn)河北省及廊坊市區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)航天新興產(chǎn)業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動協(xié)調(diào)發(fā)展。
結(jié)語
航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，直接關(guān)系到我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國際地位，航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要性，主要體現(xiàn)在航天產(chǎn)業(yè)具有先天的戰(zhàn)略導(dǎo)向性和航天產(chǎn)業(yè)的技術(shù)多樣性和鏈條可擴(kuò)性，戰(zhàn)略導(dǎo)向性是航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要前提，而產(chǎn)業(yè)技術(shù)多樣性和鏈條可擴(kuò)性是航天產(chǎn)業(yè)推進(jìn)自身和促進(jìn)其他產(chǎn)業(yè)建設(shè)的著眼點(diǎn)，可見構(gòu)建我國大戰(zhàn)略背景下的航天產(chǎn)業(yè)航母，促進(jìn)河北省航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有現(xiàn)實客觀需求。河北省在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和培育新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)上，具有更加突出的京津翼黃金三角區(qū)地域優(yōu)勢、更加完備的產(chǎn)業(yè)配套服務(wù)保障體系和航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策性扶持導(dǎo)向優(yōu)勢。
近幾年，河北省航天戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得一定成績的同時，也暴露出一些明顯不足和問題，主要是航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)集群模式偏低和缺失高新核心支持性技術(shù)，而產(chǎn)業(yè)集群模式是航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)價值鏈條協(xié)同發(fā)展的保障性措施，高新核心技術(shù)支持是航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，也是推進(jìn)河北省其他產(chǎn)業(yè)模式創(chuàng)新發(fā)展推動力。對于當(dāng)前所存在的問題，文中建設(shè)性提出促進(jìn)航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對策和建議，主要包括，航天產(chǎn)業(yè)集群模式和產(chǎn)業(yè)鏈條的協(xié)同創(chuàng)新，及河北省具有特色航天產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)創(chuàng)新。河北省航天戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要來自各方面的多維度創(chuàng)新，只有創(chuàng)新才能走出一條符合我國實際情況的航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路。我國航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是一項理論和實踐反復(fù)結(jié)合的工作，需要更多機(jī)構(gòu)和學(xué)者，進(jìn)行系統(tǒng)性和關(guān)鍵問題研究，希望筆者文章關(guān)于河北省廊坊市航天戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題探究，能起到拋磚引玉之作用，更加有利于航天戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)一步探討和研究。
（作者單位：北華航天工業(yè)學(xué)院；本文系2013年度北華航天工業(yè)學(xué)院科研基金項目“加速廊坊戰(zhàn)略性新興高端產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助推綠色崛起”階段性成果并受“河北省航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展軟科學(xué)研究基地”資助，項目編號：KY―2013―24）
【注釋】
①傅培瑜：《我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究》，東北財經(jīng)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010年，第6～9頁。
②張春玲：“加快培育我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的對策研究“，《生態(tài)經(jīng)濟(jì)》，2013年第3期，第30頁。
③王新新：“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育與發(fā)展策略研究“，《生產(chǎn)力研究》，2011年第8期，第155～157頁。
發(fā)令槍已響，一場空天領(lǐng)域的競賽正在激烈上演。近日，歐洲航天局宣布重返月球計劃，將建造首個月球永久性基地，美國宇航局2016年則瞄準(zhǔn)太空旅行和深空探測，實施一系列火星計劃，并計劃于2030年實現(xiàn)宇航員登陸火星的目標(biāo)。各大國動作頻頻，劍指蒼穹，那么作為軍事強(qiáng)國的俄羅斯有著怎樣的舉動和戰(zhàn)略考量呢？在這場激烈的角逐中，俄羅斯空天力量體系的實力又到底如何呢？ 俄羅斯空天領(lǐng)域既有優(yōu)勢
作為老牌世界軍事強(qiáng)國，俄羅斯的航天實力不容小覷。在蘇聯(lián)的光環(huán)下，俄羅斯航天業(yè)有著得天獨(dú)厚的既有條件，使得其在諸多航天領(lǐng)域獨(dú)具優(yōu)勢。
航天基礎(chǔ)設(shè)施體系完善 莫斯科郊外的航天中心內(nèi)，用于宇航員模擬太空練習(xí)的離心機(jī)正在工作。
20世紀(jì)美蘇的“星球大戰(zhàn)”推進(jìn)了蘇聯(lián)航天業(yè)的快速發(fā)展，催生了強(qiáng)大完善的航天力量體系。蘇聯(lián)解體后，俄羅斯繼承了蘇聯(lián)85%以上的航天工業(yè)，這使得俄在航空航天領(lǐng)域的起點(diǎn)較高，起步較快。諸如航天與導(dǎo)彈工業(yè)的科研機(jī)構(gòu)、空天武器裝備的生產(chǎn)制造單位、航天器的發(fā)射及監(jiān)測基地等一整套完整的基礎(chǔ)設(shè)施體系為俄羅斯航天業(yè)的發(fā)展鋪平了道路。
空天核心技術(shù)較為成熟 1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員尤里?加加林搭乘“東方”號載人航天飛船遨游太空，書寫了人類探索太空的新篇章。蘇聯(lián)時期的叱咤雄風(fēng)并未隨蘇聯(lián)的解體而消散，其領(lǐng)先的核心技術(shù)在俄得以繼承。目前，在運(yùn)載火箭、反導(dǎo)武器方面，俄可以說獨(dú)領(lǐng)。自1995年以來，美國軍方一直使用俄制RD-180火箭發(fā)動機(jī)來發(fā)射軍事和間諜衛(wèi)星。迄今為止，“質(zhì)子”-M大型運(yùn)載火箭也運(yùn)載了50多顆美國商用衛(wèi)星。另外，俄正在發(fā)展的S-500防空反導(dǎo)系統(tǒng)，可攔截500千米外以5千米/秒速度高速飛行的彈道導(dǎo)彈或戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈，以及大氣層外的各種高速飛行器，其整體作戰(zhàn)效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全球任何一種現(xiàn)役的防空系統(tǒng)。 追夢路上困難重重
雖然俄羅斯在空天領(lǐng)域占有一定優(yōu)勢，但較蘇聯(lián)來說，卻一直在走下坡路，體制機(jī)制上的詬病積重難返，基礎(chǔ)設(shè)施上的損耗也日益嚴(yán)重，這無形中給俄航天業(yè)的發(fā)展增加了巨大的阻力。
資金不足成為“拖油瓶” 此前，俄總統(tǒng)普京曾痛心疾首地指出，俄航天事業(yè)有淪為“航天馬車夫”的危險。現(xiàn)在看來，這種形勢依然不容樂觀。從俄羅斯航天集團(tuán)公司在2016年1月公布的2016～2025年俄聯(lián)邦航天計劃草案來看，俄未來10年的航天預(yù)算將比此前計劃大幅縮水。受國際經(jīng)濟(jì)形勢低迷和盧布匯率持續(xù)下跌影響，2016～2025年俄聯(lián)邦航天預(yù)算將由此前計劃的2萬億盧布降至1.4萬億盧布，降幅達(dá)30%。由此，俄未來10年的航天計劃將被迫大幅“瘦身”。例如通過重型運(yùn)載火箭實施“繞月”探測的時間，將從此前計劃的2025年推遲到2025～2030年間實施;首次載人上月球的飛行時間將從2030年推遲至2035年;未來10年研制和發(fā)射的航天器數(shù)量也由此前計劃的185個降至150個;此外，還有數(shù)個研究計劃被從太空計劃中砍掉。由于經(jīng)費(fèi)問題，俄空天領(lǐng)域老化的舊武器系統(tǒng)得不到有效改進(jìn)，先進(jìn)的新裝備也無法列裝部隊?？梢哉f，資金的短缺已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了俄航天工業(yè)的發(fā)展。
腐敗問題成為“攔路虎” 近年來，俄航天工業(yè)效率低下，航天事故頻發(fā)，多枚火箭發(fā)射失敗，俄目前在建的大型航天發(fā)射場―所謂的“東方航天港”也屢次因為資金問題而導(dǎo)致工程陷入停滯。在2014年，根據(jù)俄羅斯相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的調(diào)查結(jié)果，聯(lián)邦航天局內(nèi)部被發(fā)現(xiàn)的金額竟超過18億美元。俄副總理羅戈津也直言：“在這樣的道德腐化程度之下，我們的航天發(fā)射屢屢發(fā)生事故也就不足為奇了?！彼裕砀邔記Q心根除航天部門久治不愈的頑疾，俄航天集團(tuán)公司也由此應(yīng)運(yùn)而生。
人才流失成為“絆腳石” 近年來，由于在政治、經(jīng)濟(jì)等方面的保障及待遇不完善，使得俄國防科技人才大量外流。俄羅斯齊奧爾科夫斯基航天科學(xué)院專家卡拉什表示，許多一流專家沒有在一線工作，他們的興趣點(diǎn)也不在加速俄航天技術(shù)發(fā)展方面，而更關(guān)注自己的職位和薪水。雖然政府最近幾年在航空航天產(chǎn)業(yè)投入了大量資金支持其發(fā)展，但這些費(fèi)用大都投給了新的研發(fā)項目，而投入到人才培養(yǎng)上的資金相對不足，造成了目前俄羅斯大部分掌握尖端技術(shù)的科學(xué)家仍都是年過半百的老科學(xué)家，年輕科學(xué)家和技術(shù)人員的比例越來越低，甚至出現(xiàn)“斷崖”。 砥礪前行，只為空天夢
俄羅斯曾是雄霸一時的世界大國，自然不甘愿淪當(dāng)“航天馬車夫”。同時，俄羅斯也清楚，隨著新時期戰(zhàn)爭形態(tài)的深刻變革，空天領(lǐng)域?qū)⑹俏磥頂澄逸^量的主要戰(zhàn)場。因此，俄羅斯十分重視空天力量的發(fā)展，不斷采取措施以實現(xiàn)孜孜以求的空天夢。
整合結(jié)構(gòu)，聚焦精干 未來作戰(zhàn)是體系間的作戰(zhàn)，構(gòu)建完善的空天作戰(zhàn)防御體系顯得十分必要。俄羅斯從1993年就已經(jīng)開始著手籌建太空作戰(zhàn)、預(yù)警和偵察系統(tǒng)，并于1997年合并完成了火箭部隊、軍事航天部隊和導(dǎo)彈防御部隊建設(shè)，到2001年已正式創(chuàng)建了“天軍”―航天部隊。2006年4月5日，俄羅斯總統(tǒng)批準(zhǔn)了新的《空天防御構(gòu)想》，明確了俄軍空天防御體系的建設(shè)原則、結(jié)構(gòu)組成、作戰(zhàn)目標(biāo)、建設(shè)步驟、未來發(fā)展方向等一系列重要的事宜。近年來，乘著“新面貌”軍改的浪潮，俄在2011年開始建立“集防空、反導(dǎo)和太空防御為一體”的“國家空天防御系統(tǒng)”，組建空天防御兵，并于2015年8月正式成立空天軍，整合了戰(zhàn)略預(yù)警、導(dǎo)彈防御、要地防空、外空監(jiān)控、航天支援保障等力量，大大提升了空天作戰(zhàn)能力，實現(xiàn)了防空、反導(dǎo)、太空防御“三位一體”的目標(biāo)要求。在2016年1月，俄又將國家航天局改為俄羅斯國家航天集團(tuán)公司，旨在進(jìn)一步精簡組織編制、改善指揮能力、增強(qiáng)作戰(zhàn)能力，加速落實“空天一體”的戰(zhàn)略構(gòu)想。這一路走來，俄羅斯披荊斬棘，乘風(fēng)破浪，不斷朝著精簡、高效的空天作戰(zhàn)防御體系邁進(jìn)，大大推動了航天事業(yè)的發(fā)展。
防御為主，瞄準(zhǔn)打贏 現(xiàn)今武裝斗爭的重心已轉(zhuǎn)向空天領(lǐng)域，未來武裝沖突的結(jié)局將主要由空天領(lǐng)域的對抗決定。2001年，美國單方面退出《反導(dǎo)條約》，在外空攻防對抗中采取“先發(fā)制人”的進(jìn)攻戰(zhàn)略原則。近年來，美國不斷試飛X-37B空天飛機(jī)，使得全球快速打擊不再遙不可及，隱身飛機(jī)、精確制導(dǎo)武器的廣泛應(yīng)用又給各國空天安全帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。面對來自美國及其盟友咄咄逼人的空天威脅，俄羅斯結(jié)合目前的政治經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，認(rèn)為優(yōu)先發(fā)展空天防御、避免陷入軍備競賽、保證國家安全是當(dāng)下的首要任務(wù)。為此，根據(jù)俄航天10年計劃，反衛(wèi)星武器將是重點(diǎn)發(fā)展對象，積極推進(jìn)反衛(wèi)星武器的研究和部署，壓制和削弱美國的反導(dǎo)體系成為了工作的主要目標(biāo)。目前，俄羅斯航天導(dǎo)彈防御部隊可監(jiān)視8500個太空目標(biāo)，能對美國全境內(nèi)所有洲際彈道導(dǎo)彈發(fā)射場進(jìn)行全天候監(jiān)視，已建成15個快速反低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射臺，擁有100部導(dǎo)彈發(fā)射裝置。在武器系統(tǒng)上，俄羅斯主攻的“白楊”-M導(dǎo)彈及主守的S-400“凱旋”反導(dǎo)系統(tǒng)提供了尖銳的利器和堅實的盾牌，讓美國精心部署的空天攻防武器顯得“力不從心”。
合作共贏，謀于發(fā)展 優(yōu)勢互補(bǔ)，合作共贏可以說是俄羅斯目前不得不采取的一項舉措。由于巨大的經(jīng)濟(jì)下行壓力，導(dǎo)致俄羅斯投在航天工業(yè)上的資金一縮再縮，不得不從其他方向上獲取部分經(jīng)濟(jì)來源。另外，由于俄國防科技人才的流失及技術(shù)上的短板，使得加強(qiáng)國際交流合作非常必要。在商業(yè)領(lǐng)域，俄羅斯瞄準(zhǔn)太空潛在的商業(yè)價值，不斷開發(fā)挖掘，早在1999年8月俄羅斯空間聯(lián)盟公司就開始與安德森的太空冒險旅行公司合作開發(fā)“太空游”項目，獲得巨大利潤;在太空探索領(lǐng)域，俄美兩國合作已久，美國主力運(yùn)載火箭“宇宙神”-5的第一級發(fā)動機(jī)就是引進(jìn)俄制的RD-180，且在國際空間站的合作上，美國每向國際空間站運(yùn)送1名宇航員，需向俄支付近7100萬美元的“船票”。不管怎樣，以國際交流與合作為跳板，將助力航天工業(yè)的迅速發(fā)展，給俄羅斯空天事業(yè)打開一條光明大道。因此，航天領(lǐng)域的交流與合作仍將是未來俄航天產(chǎn)業(yè)的重要工作方向。 俄羅斯S-400防空導(dǎo)系統(tǒng)
關(guān)鍵詞：增材制造技術(shù)；金屬快速成型；工程應(yīng)用；發(fā)展趨勢
中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
增材制造技術(shù)又稱快速成型技術(shù)（RapidPro－totyping，RP），是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種利用材料堆積法制造實物產(chǎn)品的一項高新技術(shù)．該技術(shù)借助計算機(jī)、激光、精密傳動和數(shù)控等手段，將計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）集成于一體，以逐層累積的建造方式在短時間內(nèi)直接制造產(chǎn)品樣品，無需傳統(tǒng)的機(jī)械加工設(shè)備和工藝，顯著地縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭能力［1］．相比傳統(tǒng)機(jī)械制造方法，增材制造技術(shù)可以實現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)模具等的快速制造，在單件或小批量生產(chǎn)用機(jī)械制造過程中，具有制造成本低，周期短的優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)［2］．
1增材制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1．1增材制造技術(shù)在國外的發(fā)展
增材制造技術(shù)最早出現(xiàn)在1892年，美國Blan－ther用分層制造法構(gòu)成地形圖并申請了專利，開啟了該技術(shù)發(fā)展的序幕．20世紀(jì)80年代，RP技術(shù)經(jīng)歷了快速及根本性的發(fā)展，僅在1986～1998年期間注冊的美國專利就有274個［3］．美國的3DSystems公司于1988年生產(chǎn)出了世界上第一臺液態(tài)光敏樹脂選擇性固化快速成型機(jī)（SLA－250）．20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了3DP、SDM、SGC、FDM等十幾種不同的快速成型技術(shù)．2012年美國總統(tǒng)奧巴馬為重振美國制造業(yè)提出一系列計劃，將3D打印技術(shù)列為11項重要技術(shù)之一．英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會“未來的高附加值制造技術(shù)展望”中，把增材制造技術(shù)列為提升國家競爭力，應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的22個應(yīng)優(yōu)先發(fā)展技術(shù)之一［4］．目前，美國Ford汽車公司和DuPont公司已經(jīng)在他們的生產(chǎn)線上采用RP技術(shù)，美國Pratt＆Whitney公司已應(yīng)用RP技術(shù)制造鑄造熔模．歐洲和日本等國家也不甘落后，紛紛進(jìn)行RP技術(shù)及設(shè)備研制等方面的研究工作，如德國的EOS公司、以色列的Cubital公司以及日本的CMET公司等［3］．近年來，采用RP設(shè)備最積極的地區(qū)是東亞，尤其是韓國、香港、新加坡［5］．國外RP技術(shù)在航天航空、汽車交通、醫(yī)療器械、藝術(shù)創(chuàng)作等多個領(lǐng)域得到應(yīng)用．
1．2增材制造技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展
我國于90年代初才開始增材制造技術(shù)研究，雖短短20余年時間，卻得到了工業(yè)界的高度重視，發(fā)展迅速．2013年，國內(nèi)媒體紛紛報道，將RP技術(shù)稱為“3D打印—無所不能的未來”［6］、“幾乎顛覆傳統(tǒng)的制造模式”［7］等．我國已擬定增材制造技術(shù)路線圖和中長期發(fā)展戰(zhàn)略，中國工程院2012年1號文件內(nèi)容即為進(jìn)行“增材制造技術(shù)工程科技發(fā)展戰(zhàn)略的研究”，成立了由華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京航天航空大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和國防科工委625所等專家組成的工作組，并已在2013年3月提交相關(guān)咨詢研究報告［4］．目前，我國已初步形成增材制造設(shè)備和材料的制造體系．部分國產(chǎn)設(shè)備已接近或達(dá)到美國公司同類產(chǎn)品的水平，設(shè)備及材料價格便宜．在國家科學(xué)技術(shù)部的支持下，我國已在深圳、天津、上海、西安等地建立一批向企業(yè)提供快速成形技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)，推動了增材制造技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用．另外，我國的部分科研院所和企業(yè)已研發(fā)出光固化、金屬熔敷、生物制造、陶瓷成形、激光燒結(jié)、金屬燒結(jié)、生物制造等類型的增材制造裝備和材料［8］，取得了很好的效果．但與工業(yè)化國家相比，我國RP技術(shù)的研究和應(yīng)用尚存在一定的差距．
2增材制造技術(shù)基本成型原理與工藝
2．1增材制造技術(shù)的原理
增材制造技術(shù)是采用離散∕堆積成型的原理，通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式，經(jīng)過材料堆積疊加形成三維實體的一種前沿材料成型技術(shù)［9］．其過程為：對具有CAD構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型進(jìn)行分層切片，得到各層界面的輪廓，按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的紙（或樹脂固化、粉末燒結(jié)等），形成各界面并逐步疊加成三維產(chǎn)品［10］．由于增材制造技術(shù)把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在沒有模具和工具的條件下生成任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性［11］．增材制造技術(shù)體系可分解為幾個彼此聯(lián)系的基本環(huán)節(jié)：三維模型構(gòu)造、近似處理、切片處理、堆積成形、后處理等．增材制造過程如圖1所示．
2．2增材制造技術(shù)的制造工藝
隨著CAD建模和光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，增材制造技術(shù)的工藝發(fā)展很快，按照所用材料和建造技術(shù)的不同，目前投入應(yīng)用的已有十余種工藝方法．其中發(fā)展較為成熟的主要有光固化立體成型、分層實體制造、選擇性激光燒結(jié)等．上述工藝發(fā)展較為成熟，在此不再贅述．金屬直接成形法可以實現(xiàn)具有較高致密度和力學(xué)性能產(chǎn)品的快速制造，但工藝難度大，因此整體還處于技術(shù)研究階段［2］．現(xiàn)將發(fā)展?jié)摿^大、較前沿的金屬直接成型工藝進(jìn)行重點(diǎn)介紹．2．2．1激光立體成形技術(shù)激光立體成形技術(shù)（LSF）是在快速成形技術(shù)和大功率激光熔覆技術(shù)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一項新的先進(jìn)制造技術(shù)［12］．該技術(shù)綜合了激光技術(shù)、材料技術(shù)、計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)，通過逐層熔化、堆積金屬粉末，能夠直接從數(shù)據(jù)生成三維實體零件，具有無模具、短周期、近凈成形、組織均勻致密、無宏觀偏析等優(yōu)點(diǎn)［13］．這項技術(shù)尤其適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的整體制造，在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景．目前，LSF的研究不斷取得突破性進(jìn)展，發(fā)展迅速．如西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室，在國內(nèi)率先提出LSF發(fā)展構(gòu)思，并研發(fā)一套完整的高性能致密金屬零件的激光立體成形理論、技術(shù)與裝備，榮獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎［14］．近年來，LSF在大型鈦合金構(gòu)件的研究方面取得重大突破，解決了其變形控制、幾何尺寸控制、冶金質(zhì)量控制、系統(tǒng)裝備等方面的一系列難題［4］，如試制成功C9飛機(jī)翼肋TC4上下緣條構(gòu)件．另外，LSF在一些理論研究方面也取得一些進(jìn)展，如激光成形凝固組織的理論分析；TC4合金的α＋β兩相組織控制、斷裂韌性、疲勞性能的研究；激光立體成形鎳基合金室溫拉伸和高溫持久性能研究等．LSF在航空航天領(lǐng)域的設(shè)備修復(fù)、激光組合制造、現(xiàn)場維修和再制造以及醫(yī)用植入體應(yīng)用等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用．其中，航空航天領(lǐng)域研究進(jìn)展顯著，如航空航天高性能薄壁零件的成形、挽救常規(guī)技術(shù)不可修復(fù)的航空發(fā)動機(jī)零件、修復(fù)高推重比航空發(fā)動機(jī)整體葉盤、尾氣能量處理透平機(jī)0Cr17Ni4Cu4Nb葉輪修復(fù)［4］等．LSF發(fā)展較快，已在國內(nèi)外獲得廣泛應(yīng)用，還須在工藝研究進(jìn)一步系統(tǒng)化、理論研究繼續(xù)深化、發(fā)展激光涂覆過程的實時觀測技術(shù)、開發(fā)適用于該技術(shù)的合金材料、成形精度與成形速率如何達(dá)到最佳匹配［15］等方面加大研究力度．2．2．2激光選區(qū)熔化工藝激光選區(qū)熔化工藝（SLM）是激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的一種升級和衍生，是直接進(jìn)行金屬打印的最新前沿技術(shù)之一．該技術(shù)為將零部件CAD模型分層切片，采用預(yù)鋪粉的方式，掃描鏡帶動激光束在計算機(jī)控制下沿圖形軌跡掃描選定區(qū)域的合金粉末層，使其熔化并沉積出與切片厚度一致、形狀為零件某個橫截面的金屬薄層，直到制造出與構(gòu)件CAD模型一致的金屬零件［16］．其工藝原理圖如圖2所示，SLM制造激光功率一般在數(shù)百瓦級，精度高（最高可達(dá)0．05mm），質(zhì)量好，加工余量?。艿呐浜厦嬷猓圃斓漠a(chǎn)品一般經(jīng)噴砂或拋光等后續(xù)簡單處理就可直接使用．該技術(shù)燒結(jié)速度快，成型件質(zhì)量精度高，適合中、小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，尤其是復(fù)雜薄壁型腔結(jié)構(gòu)件的高精度整體快速制造［16］．SLM可為生產(chǎn)高精密、復(fù)雜器件提供全新的制造方法，應(yīng)用前景廣闊．如：美國GE公司在各大型企業(yè)中率先成立金屬材料激光熔化增材制造研發(fā)團(tuán)隊，并在LEAP噴氣發(fā)動機(jī)中采用SLM制造燃油噴嘴；美國NASA馬歇爾航天飛行中心于2012年采用激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造了復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件樣件，用于“太空發(fā)射系統(tǒng)”重型運(yùn)載火箭；2013年8月，NASA對SLM制造的J－2X發(fā)動機(jī)噴注器樣件進(jìn)行了熱試車試驗并獲得成功；美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校太空發(fā)展探索團(tuán)隊用3D打印方法制造火箭發(fā)動機(jī)推力室組件等［16］．在設(shè)備開發(fā)方面，早在2004年，華南理工大學(xué)與北京隆源合作，在國內(nèi)選區(qū)激光燒結(jié)設(shè)備的基礎(chǔ)上首先開發(fā)出選區(qū)激光熔化快速制造設(shè)備Dimetal－240．2012年，華南理工大學(xué)研發(fā)出最新精密型Dimetal－100成型機(jī)［17］．目前，各研究機(jī)構(gòu)一直致力于高（變）致密度、成型角度、薄壁、力學(xué)性能等基礎(chǔ)研究，適用于該技術(shù)的各種金屬材料及工藝研究有待開發(fā)．
3增材制造技術(shù)的應(yīng)用典型
3．1設(shè)計驗證方面的應(yīng)用
增材制造技術(shù)在設(shè)計驗證方面應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于航天系統(tǒng)功能性風(fēng)扇組裝、進(jìn)行功能性和聲響測試，使得模擬實際旋轉(zhuǎn)速度達(dá)15000r／min，遴選出問題解決方案，節(jié)約成本［18］．保時捷將其用于功能性測試，以便分析冷凍液流動特性，改變設(shè)計以減少紊流．另外，美國GE公司采用增材制造技術(shù)用1個零件代替原設(shè)計20個零件組成的飛機(jī)發(fā)動機(jī)噴嘴，減重25％，增效15％，制造成本大幅度降低，已大批量生產(chǎn)；美國公司還采用增材制造技術(shù)，成形了能耐熱3300°C的復(fù)合材料航天發(fā)動機(jī)零件，使其成為“龍飛船2號推力達(dá)到龍飛船1號推力的200倍”技術(shù)的關(guān)鍵［19］．增材制造技術(shù)還可應(yīng)用于機(jī)器人表面映射反饋輔助原型設(shè)計［20］、光彈應(yīng)力分析等．光彈應(yīng)力分析時，需將作用于激光快速原型工件上的應(yīng)力可視化，以識別設(shè)計不足的區(qū)域．圖3為增材制造技術(shù)設(shè)計驗證的部分應(yīng)用.
3．2模具制造方面的應(yīng)用
增材制造技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用廣泛，主要分為軟模具制造和硬模具制造．利用真空澆注軟硅膠模翻模技術(shù)，可生產(chǎn)小批量的類似工程塑料、聚氨酯等產(chǎn)件．快速鑄造方面，光敏樹脂消失法鑄造可一次完成鑄造成型，周期短，機(jī)械性能好［21］．嘉陵集團(tuán)利用該技術(shù)用于摩托車發(fā)動機(jī)缸頭研制，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益．光固化原型與砂型結(jié)合鑄造技術(shù)應(yīng)用也較為廣泛，如研發(fā)新型四缸柴油發(fā)動機(jī)缸蓋［18］、開發(fā)汽車零部件［22］等．快速成形原型直接制造蠟型模具可用于小批量精鑄，大大提高鑄件壽命，節(jié)約成本．另外，西安交通大學(xué)研發(fā)出的陶瓷型鑄造，鑄型外殼、內(nèi)芯和漿料包裹層一體化設(shè)計，使航空葉片鑄件合格率由15％提升至85％．東方氣輪機(jī)廠利用該技術(shù)已研發(fā)出空心渦輪葉片，大大提高了葉片機(jī)械力學(xué)性能［18］．目前，最為先進(jìn)的快速模具制造方法有樹脂基復(fù)合材料快速制模方法、中或低熔點(diǎn)合金鑄造制模、金屬電弧噴涂制模等．其中，金屬電弧噴涂成型快速制模技術(shù)［18］在模具成本、壽命、制造周期、精度等方面具有綜合優(yōu)勢，并且模具工作表面具有較好的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，模具表面摩擦學(xué)特性更接近于鋼質(zhì)模具，是一種較為理想的快速制模方法．其技術(shù)原理、設(shè)備及制模應(yīng)用如圖4、5所示．快速模具技術(shù)可節(jié)約成本3／4，縮短生產(chǎn)周期約2／3．提高模具制造精度、開發(fā)新材料新工藝、直接制造高強(qiáng)度金屬模具等是該技術(shù)的重要發(fā)展方向．
3．3個性化醫(yī)療方面的應(yīng)用
增材制造技術(shù)在醫(yī)療模型制造和體外醫(yī)療器械［23］、個性化永久植入物制造、組織工程支架制造、細(xì)胞打印、器官打印方面應(yīng)用廣泛，現(xiàn)已取得較大進(jìn)展．如利用增材制造技術(shù)制造出高精度連體骨骼模型，成功實現(xiàn)連體嬰兒分離［24］等．西安交通大學(xué)與第四軍醫(yī)大學(xué)聯(lián)合開展骨替代物制造、定制化人工脛骨半關(guān)節(jié)大段骨重建術(shù)、定制化鈦合金半膝關(guān)節(jié)假體復(fù)合大段骨移植、定制下頜骨原型設(shè)計［25］等研究，并成功實現(xiàn)中國首例“下頜骨溶解修復(fù)”手術(shù)［18］．另外，西安交通大學(xué)與昆明軍區(qū)醫(yī)院聯(lián)合進(jìn)行了脊椎手術(shù)導(dǎo)航模板制作等研究，進(jìn)一步擴(kuò)展了個性化永久植入物的應(yīng)用領(lǐng)域．采用TCP材料，西安交通大學(xué)積極開展基于光固化原型的支架制作人工活性骨支架研究，取得一定的科研進(jìn)展．圖6所示為利用3D打印技術(shù)制作的脊椎手術(shù)導(dǎo)航模板．
4增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
目前，增材制造技術(shù)存在許多問題，如材料方面限制、成形精度與成形速度的矛盾、設(shè)備及材料的價格昂貴等．在未來的發(fā)展中，該技術(shù)將會在新材料及創(chuàng)新工藝［26］、裝備與關(guān)鍵器件、與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合等方面展開更深入的研究．另外，增材制造技術(shù)要克服一些技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)上的突破，如：與傳統(tǒng)制造結(jié)構(gòu)保持同樣的強(qiáng)度；減小成型過程中的變形，細(xì)化光斑、優(yōu)化材料和工藝［27］，以提高制造精度；進(jìn)行工藝創(chuàng)新與優(yōu)化，提高光束能量以提高制造效率［18］等．現(xiàn)階段，該技術(shù)將重點(diǎn)研究陶瓷零件制造、復(fù)合材料制造、聚合物噴射快速原型制造［28］、金屬直接制造等，如：利用光固化原型技術(shù)，使支撐結(jié)構(gòu)中組織發(fā)生變化制作碳化硅復(fù)合材料零件；使用高介電陶瓷材料，構(gòu)造復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)微波負(fù)折射功能，進(jìn)行光子晶體制造，完成傳統(tǒng)制造技術(shù)難以制作的內(nèi)外形結(jié)構(gòu)；深入研究金屬直接成形自愈合原理，進(jìn)行高溫合金葉片制作實現(xiàn)金屬直接制造［18］等．增材制造技術(shù)在工藝研究方面，存在許多具有潛力的研究方向．如：建立多層激光直接成形的自穩(wěn)定機(jī)制并利用粉末負(fù)離焦技術(shù)制造薄壁，使工件側(cè)面平均粗糙度達(dá)到10．04μm；充分研究葉片制造中的曲率效應(yīng)，實驗發(fā)現(xiàn)曲率大處熔化嚴(yán)重；進(jìn)行空心葉片掃描路徑設(shè)計與實驗研究，以輪廓、光柵（方向優(yōu)化）、分區(qū)的路徑選擇掃描復(fù)雜空心葉片，減少空行程，節(jié)約粉末；依據(jù)液氮控制冷卻梯度，對空心葉片定向晶組織進(jìn)行控制［18］等．在生物組織制造方面，增材制造技術(shù)潛力巨大，應(yīng)用前景廣闊，如：進(jìn)行肝組織支架制造，通過仿生流道和定向多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)肝細(xì)胞向支架內(nèi)生長，研究支架／細(xì)胞復(fù)合體用于修復(fù)肝缺損的有效性［29］；對細(xì)胞打印和器官打印等生物醫(yī)學(xué)前沿領(lǐng)域研究探索［18］等．另外，將增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合，進(jìn)行小批量制造，可發(fā)揮倍增效益，是該技術(shù)發(fā)展的一大趨勢．
5結(jié)語
你所不知的“3D打印”
徐麗莉
①美國科幻作家羅伯特??？死?jīng)描寫過關(guān)于“萬能制造機(jī)”的場景。這是一臺奇特的大機(jī)器，機(jī)身上雜亂地安裝著刻度盤、小燈和各種指示表。故事的主角之一阿諾爾德站在機(jī)器前，按下按鈕，對它響亮而清楚地說：“我要硬鋁螺帽，直徑為4英寸?！苯拥街噶?，機(jī)器發(fā)出低沉的轟鳴聲，燈光閃爍，閘板緩緩打開，眼前赫然出現(xiàn)了一顆閃光發(fā)亮已經(jīng)制好的螺帽。
②也許羅伯特沒有想到，如今一臺3D打印機(jī)已經(jīng)將他在書中描寫的幻境變?yōu)楝F(xiàn)實。那么什么是3D打印機(jī)呢？我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫钠胀ù蛴C(jī)可以打印電腦設(shè)計的平面物品，而所謂的3D打印機(jī)與普通打印機(jī)的工作原理基本相同，只是打印材料有些不同。普通打印機(jī)的打印材料是墨水和紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實實在在的原材料。打印機(jī)與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機(jī)上的藍(lán)圖變成實物。通俗地說，3D打印機(jī)是可以“打印”出真實的3D物體的一種設(shè)備，比如打印一個機(jī)器人，打印玩具車，打印各種模型，甚至是食物等。之所以通俗地稱其為“打印機(jī)”，是參照了普通打印機(jī)的技術(shù)原理，因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術(shù)被稱為3D立體打印技術(shù)。
③據(jù)華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升介紹，這項立體打印技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代的美國，當(dāng)時被命名為快速制造技術(shù)。其實“3D打印”是通俗叫法，學(xué)術(shù)名稱為快速成型技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實物模型的技術(shù)。
④著名的《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》最近描述了3D打印技術(shù)的前景是一種新型的生產(chǎn)方式，能夠促成新的工業(yè)革命。那么，業(yè)內(nèi)人士緣何如此看好3D打印技術(shù)？
⑤首先，3D打印技術(shù)可以加工用傳統(tǒng)方法難以制造的零件。華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長史玉升介紹說：“過去傳統(tǒng)的制造方法就是一個毛坯，把不需要的地方切除掉，是多維加工的，或者采用磨具，把金屬和塑料融化灌進(jìn)去得到這樣的零件，這樣對復(fù)雜的零部件來說加工起來非常困難。立體打印技術(shù)對于復(fù)雜零部件而言具有極大的優(yōu)勢，立體打印技術(shù)可以打印非常復(fù)雜的東西?！逼浯危瑢崿F(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期的輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度，尤其適合一些高保密性的行業(yè)，如軍工、核電領(lǐng)域。再次，由于制造準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低，特別適合新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的出產(chǎn)。
⑥這些速度快、高易用性等優(yōu)勢使得3D打印成為一種潮流，并且在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如今3D打印機(jī)已經(jīng)在建筑設(shè)計、醫(yī)療輔助、工業(yè)模型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、零配件、動漫模型等領(lǐng)域都已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用。尤其在飛機(jī)、核電和火電等使用重型機(jī)械、高端精密機(jī)械的行業(yè)，采用3D打印技術(shù)“打印”的產(chǎn)品是自然無縫連接的，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用傳統(tǒng)方法制造的產(chǎn)品。
（摘自《人民日報海外版》，有刪節(jié)）
【閱讀訓(xùn)練】
1.第①段介紹科幻作品的情節(jié)的目的是什么？
2.“什么是3D打印機(jī)呢？”作者是怎樣回答這一問題的？
3.第⑤段引用史玉升對3D打印技術(shù)的介紹的目的是什么？
4. 3D打印技術(shù)除可以加工用傳統(tǒng)方法難以制造的零件外，還有哪些方面的優(yōu)勢呢？
5.閱讀本文后，你有什么感想？
無繩燈泡在美問世
房秋云
現(xiàn)代家庭充斥著各式各樣的電線、插座，不僅有礙觀瞻，也造成了一定的安全隱患。最近，美國科學(xué)家成功開發(fā)出了一項“無線輸電”技術(shù)，它能為室內(nèi)的燈泡、手機(jī)、電腦“隔空充電”，這將令插座、電池和盤根錯節(jié)的電線都成為歷史名詞。電力傳送也將迎來無線時代了！
A
麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊7日在美國《科學(xué)》雜志的網(wǎng)站上發(fā)表了研究成果。這項被他們稱為“無線電力”的技術(shù)經(jīng)過多次試驗，已經(jīng)能成功為一個2米外的60瓦燈泡供電。
目前，這項技術(shù)的最遠(yuǎn)輸電距離還只能達(dá)到2.7米，但研究者相信，電源已經(jīng)可以在這一范圍內(nèi)為電池充電。而且只需要安裝一個電源，就可以為整個屋里的電器供電。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的馬林?索爾亞?？私淌谕嘎墩f，有一天晚上站在廚房里看著自己的手機(jī)時想到“無線電力”這個主意。他說：“我總是忘記給手機(jī)充電，它老是發(fā)出電力不足的警告聲，我就想，這個家伙要是能自己充電就好了?！?/p>
用共振原理 隔空完成能量傳輸
無線輸電的想法很早就有人提出過，但是卻被很多科學(xué)家認(rèn)為根本無法實現(xiàn)。因為發(fā)射器發(fā)出的電磁能向四周分散傳送，人類無法對電磁能進(jìn)行集中控制，就更談不上加以利用。但在去年秋天，麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授馬林?索爾亞?？藚s提出了一種可以通過“無線電能傳輸”技術(shù)利用電磁能的新理論。
“無線電力”技術(shù)的突破之處在于找到了“抓住”電磁波的方法，即利用物理學(xué)的“共振”原理――兩個振動頻率相同的物體能高效傳輸能量。索爾亞?？私淌诮忉屨f：“比如說你給樂器彈一個調(diào)，毗鄰另一件具有相同頻率的樂器也會振動?！毖芯啃〗M把共振運(yùn)用到電磁波的傳遞上。他們利用銅制線圈作為電磁共振器，一團(tuán)線圈附在傳送電力方，另一團(tuán)在接受電力方。當(dāng)傳送方送出某種特定頻率的電磁波后，經(jīng)過電磁場擴(kuò)散到接受方，電力就實現(xiàn)了無線傳導(dǎo)。結(jié)果，他們成功地把一盞距發(fā)射器2.13米開外的60瓦電燈點(diǎn)亮。
電器無線化 有望在5年內(nèi)實現(xiàn)
不過這項技術(shù)目前也面臨著一些障礙，比如點(diǎn)亮燈泡時，電力在傳送中流失了45%，因此輸電效率必須提高一倍才有望取代化學(xué)電池。此外，目前使用的銅線圈非常笨重，足有0.6米高，如果要想實現(xiàn)整個房間內(nèi)的電器都能自動充電，銅絲線圈的直徑預(yù)計將達(dá)2.1米。因此，要用于家用電器，必須實現(xiàn)銅線圈的最小化。
索爾亞?？私淌谡J(rèn)為，這些問題將在3至5年內(nèi)解決?！拔覀兿Ｍ娫春碗娖髦g的距離能達(dá)到4至5米，銅線圈能小到可以安裝到手提電腦里，輸電效率也能大幅提高?！?/p>
最重要的是，試驗顯示“無線電能傳輸”技術(shù)對人類無害。因為電磁場只對能與之產(chǎn)生共振的物品有影響，而諸如人類、桌子、毛毯等物品對電磁場幾乎都沒有反應(yīng)。
B
對于“無線電能傳輸”技術(shù)的研究成功，《每日郵報》如此評論：這或許宣告了插座的末日即將到來。“只要筆記本電腦所在屋子裝備有無線電能傳輸器，人們就可以不再需要將電腦與插座相連來充電，因為它會自動充電?！毖芯啃〗M成員之一彼得?費(fèi)希爾教授說。
索爾亞?？嗽诮邮苡浾卟稍L時也表示，現(xiàn)代人生活在充斥著電線、插座的世界，而電能的無線傳輸技術(shù)將有可能讓人類部分?jǐn)[脫電線、電池帶來的煩惱。因此，這是一項很有發(fā)展前途的新技術(shù)。
下一步，研究小組要進(jìn)行的則是設(shè)法增大發(fā)射器功率以及接受器的接收效率。到那時，手機(jī)、筆記本電腦就可以在配置有發(fā)射器的屋子里自動充電，甚至不需要電池，也不需要通過插座與電源相連就可以直接使用?；蛟S真可以像《每日郵報》所預(yù)言的那樣，未來人類真的可以對插座、電線說“再見”。
（選自《時文精粹》，有刪改）
【閱讀訓(xùn)練】
1.“無線輸電”技術(shù)的主要功能是什么？它有何歷史意義？
2.請根據(jù)語段內(nèi)容，在文章的A、B兩處分別擬寫一個小標(biāo)題。
3.請根據(jù)文章內(nèi)容說說“無線電力”技術(shù)“隔空充電”的主要原理。
4.“無線電力”技術(shù)目前還難以在家庭推廣應(yīng)用的主要障礙是什么？
5.為什么說電能的無線傳輸技術(shù)是一種很有發(fā)展前途的新技術(shù)？
北斗：從導(dǎo)航中國到尋常巷陌
張保淑 徐 洋
第11顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星近日成功發(fā)射，進(jìn)入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道。這顆地球靜止軌道衛(wèi)星將大幅改善我國西部地區(qū)的覆蓋性能，也標(biāo)志著中國北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)又邁出了重要一步，中國的航天發(fā)展進(jìn)入大規(guī)模的應(yīng)用期。
（?。?/p>
衛(wèi)星除了通信即信息傳遞外，還有對地觀測、感知太空和導(dǎo)航定位等用途。其中導(dǎo)航定位最為復(fù)雜，它靠建立幾十顆按一定規(guī)律運(yùn)行的衛(wèi)星組成的星座來實現(xiàn)。而北斗將會給人們提供超出想象的導(dǎo)航定位服務(wù)。
北斗的導(dǎo)航服務(wù)包括兩種類型，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放服務(wù)包括在服務(wù)區(qū)內(nèi)免費(fèi)提供定位、測速和授時服務(wù)，定位精度可以到米級。授權(quán)服務(wù)可以向授權(quán)用戶提供更安全、精度更高的定位、測速、授時和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。所以從時間到空間，北斗導(dǎo)航可以提供基準(zhǔn)，可針對不同用戶的需求提供服務(wù)，滿足各種不同用戶的需求，而今后高精度全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)毫米級定位技術(shù)成熟，將大大促進(jìn)專業(yè)和科學(xué)研究應(yīng)用的發(fā)展。
根據(jù)計劃，到2020年左右，我國將建成由30余顆衛(wèi)星組成的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，提供覆蓋全球的高精度、高可靠定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，北斗將與全球定位系統(tǒng)（GPS）一樣，成為向全球提供服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。為人類貢獻(xiàn)了“司南”的中華民族，通過北斗計劃，進(jìn)入了定位和授時的宇航時代。
超越想象力的導(dǎo)航應(yīng)用
當(dāng)前，中國衛(wèi)星定位產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度有目共睹，數(shù)十年來，中國一直致力于研制自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗計劃從最初的“最高機(jī)密”，到如今已逐步推廣應(yīng)用。如今全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，可以上至航空航天，下至工業(yè)、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活，可謂無所不在，可以說是“僅受人類想象力的制約”。而當(dāng)區(qū)域系統(tǒng)和全球系統(tǒng)建成以后，北斗的威力會成倍增加，將具備和GPS完全一樣的功能，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
據(jù)悉，海南省自2010年11月開始，投資7915萬元在全省6000多艘大中型漁船上安裝了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，對大中型漁船實施有效監(jiān)控管理。系統(tǒng)運(yùn)行一年以來，通過北斗監(jiān)控平臺先后發(fā)送熱帶氣旋等危險氣象信息1.25萬余次，為漁民挽回經(jīng)濟(jì)損失上億元。
位置云時代的發(fā)展機(jī)遇
我國導(dǎo)航領(lǐng)域的另一個重要發(fā)展方向是與移動通信結(jié)合的基于位置的服務(wù)和集成應(yīng)用。如今，全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了百姓生活，基于衛(wèi)星導(dǎo)航的位置服務(wù)是具有社會特性的新興產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)意型產(chǎn)業(yè)，機(jī)遇極多，且產(chǎn)值非常高，產(chǎn)業(yè)前景巨大。位置服務(wù)市場包含了國家地理信息基礎(chǔ)設(shè)施投入、電子地圖、移動物聯(lián)網(wǎng)、云計算、空間地理數(shù)據(jù)庫等各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨平臺、跨網(wǎng)絡(luò)、跨行業(yè)的全新市場。在可以預(yù)見的將來，位置云會像水和電一樣普通，每個行業(yè)、企業(yè)乃至個人都會頭頂“云朵”，從云中摘取想要的信息，位置云也會覆蓋全社會的各個角落，從專業(yè)應(yīng)用到行業(yè)應(yīng)用，再到特殊應(yīng)用，導(dǎo)航與位置服務(wù)將徹底改善我們的生活。
（摘自《人民日報海外版》，有刪改）
【閱讀訓(xùn)練】
1.文章開頭一段主要告訴了我們什么信息？
2.請根據(jù)語段內(nèi)容在文章中的括號內(nèi)填上適當(dāng)?shù)男?biāo)題。
3. 根據(jù)文章內(nèi)容說說北斗導(dǎo)航的開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)的不同之處。
4. 作者介紹海南省在大中型漁船上安裝北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的目的是什么？
5. 對全文來說，文章的結(jié)尾一段在表達(dá)上有什么作用？
【參考答案】
94沒有屋頂?shù)哪痉孔庸还└?/p>
《你所不知的“3D打印”》 1.激發(fā)讀者的閱讀興趣，引出本文所要介紹的對象。2.作者先運(yùn)用作比較的方法，說明3D打印機(jī)與普通打印機(jī)的相同與不同之處，讓讀者對“3D打印”有大體的了解；接著運(yùn)用作詮釋的方法，對3D立體打印技術(shù)作簡要的詮釋。 3.引用專家的介紹，說明用3D打印技術(shù)可以加工用傳統(tǒng)方法難以制造的零件。 4.實現(xiàn)了首件的凈型成形，這樣后期的輔助加工量大大減小，避免了委外加工的數(shù)據(jù)泄密和時間跨度；由于制造準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間大幅減少，使得單件試制、小批量出產(chǎn)的周期和成本降低。 5.開放題，言之有理即可。示例：3D打印技術(shù)目前還在試制階段，目前的應(yīng)用領(lǐng)域還不夠廣，我們國家要加強(qiáng)這方面的研究和推廣，以促進(jìn)我國制造業(yè)水平的發(fā)展、提升。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字水??；提升小波變換；人類視覺系統(tǒng)（HVS）；奇異值分解（SVD）
1.引言
隨著信息媒體的數(shù)字化，特別是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為信息的存取和傳遞提供了極大的便利，同時也提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性。但是隨之而來的數(shù)字作品的版權(quán)問題和信息安全問題越來越引起人們的關(guān)注。數(shù)字水?。╠igital watermarking）技術(shù)[1]作為新興的信息安全技術(shù)，為解決數(shù)字作品的侵權(quán)問題提供了一個有效的解決途徑。近年來，數(shù)字水印技術(shù)研究取得了很大進(jìn)展，并陸續(xù)提出了一系列優(yōu)秀的水印嵌入算法。進(jìn)而關(guān)于彩色圖像的水印嵌入算法、多功能水印嵌入算法等也相繼出現(xiàn)，以及數(shù)字水印與其它技術(shù)相結(jié)合的研究也取得了一些重要成果。這使得數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛而受到人們的關(guān)注。
2.數(shù)字水印技術(shù)
2.1 數(shù)字水印概念
數(shù)字水印技術(shù)[2]是利用數(shù)字作品中普遍存在的冗余數(shù)據(jù)與隨機(jī)性，將數(shù)字、序列號、文字、圖像標(biāo)志等版權(quán)信息嵌入到被保護(hù)的數(shù)字作品本身中，通過檢測和提取水印，可以標(biāo)識和驗證出數(shù)字化圖像、視頻和音頻作品的作者、擁有者、發(fā)行者或授權(quán)消費(fèi)者的信息，還可以追溯數(shù)字作品的非法傳播，從而起到版權(quán)保護(hù)、秘密通信、數(shù)據(jù)文件的真?zhèn)舞b別和產(chǎn)品標(biāo)識等作用。
水印技術(shù)中，隱蔽性和魯棒性是最基本的要求，影響隱蔽性和魯棒性的因素主要是水印的結(jié)構(gòu)和嵌入方法。水印容量與魯棒性構(gòu)成了一對基本矛盾，即嵌入的水印信息越多，算法的魯棒性越差。
2.2 應(yīng)用
數(shù)字水印主要在以下幾個領(lǐng)域[3]：
（1）版權(quán)保護(hù)
（2）篡改提示
（3）票據(jù)、證件防偽
（4）隱蔽通信
2.3 數(shù)字水印典型算法
數(shù)字水印算法大致可以分為兩類：空域算法和變換域算法?？沼蛩惴ㄖ苯有薷膱D像像素值的數(shù)值，將數(shù)字水印直接加載在載體上。常見的有LSB（least significant bits）算法、拼湊算法（Patchwork）和紋理映射算法、文檔的結(jié)構(gòu)微調(diào)算法?？沼蛩惴▽崿F(xiàn)簡單，而且可以根據(jù)信號的局部特征進(jìn)行自適應(yīng)，但魯棒性差，難以抵抗各種攻擊。
變換域算法也即頻域算法，由于頻域中能量分布集中，有利于保證水印算法的隱蔽性，逐漸成為研究重點(diǎn)。常見的變換域算法有離散傅里葉變換算法（DFT）、離散余弦變換算法（DCT）、離散小波變換算法（DWT）及提升小波變換算法（LWT）。本文重點(diǎn)介紹離散小波及提升小波變換算法在數(shù)字水印中的應(yīng)用。
3.提升小波變換
3.1 提升小波變換基本原理
1995年Sweldens提出一種不依賴于傅里葉變換的新的小波構(gòu)造方法—提升格式（Lifting Scheme）[4]，稱之為第二代小波變換?；谔嵘椒ǖ男〔ㄗ儞Q既保持了傳統(tǒng)小波的優(yōu)點(diǎn)，又克服了它的局限性，正好可以將它的這些特點(diǎn)應(yīng)用到數(shù)字水印技術(shù)中。提升小波變換很容易實現(xiàn)整數(shù)小波變換，可以使小波變換用于信號的無損壓縮。一個完整的提升小波方案包含了三個步驟，即分裂（Split）、預(yù)測（Predict）和更新（Update）。
3.2 提升小波變換的分解
（1）分裂：將原始數(shù)據(jù)列分解為兩個互不相交的子集，通常為偶數(shù)列和奇數(shù)列，表達(dá)式如下：
（2）預(yù)測：利用數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，用偶序列預(yù)測奇數(shù)序列，預(yù)測過程表達(dá)式為：
（3）更新：通過算子產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)子集來代替，表達(dá)式為：
通過上述三個過程，可將原始信號分解為下一級分辨率的低頻信號和高頻信號。至此，完成了一次提升，相當(dāng)于小波的一層分解。對于低頻信號可繼續(xù)進(jìn)行同樣的分解。
一個完整的提升小波分解如圖1所示。
與傳統(tǒng)的第一代小波變換相比，LWT具有以下優(yōu)點(diǎn)[11]：a）繼承了第一代小波的多分辨率特征；b）不依賴于傅里葉變換；c）效率高，利用復(fù)合幅值，減少了浮點(diǎn)運(yùn)算量，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)將更簡單，運(yùn)算速度快；d）小波變換后的系數(shù)是整數(shù)，可方便實現(xiàn)整數(shù)到整數(shù)的小波變換；e）圖像的恢復(fù)質(zhì)量與變換時邊界采取何種延拓方式無關(guān)；f）計算時無須額外的存儲開銷，實現(xiàn)了本位操作，節(jié)省了內(nèi)存。
4.現(xiàn)有算法分析
Kundun等人[5]提出一種按照小波分解層次自適應(yīng)的數(shù)字水印算法，水印信號是一個二值圖像，但原圖是水印圖像大小的2m次方倍。原圖經(jīng)過L層小波變換，水印圖像也經(jīng)過一層的小波變換。Kundun等人在嵌入水印時還考慮了（HVS），加入了與局部HVS特征相關(guān)的水印強(qiáng)度系數(shù)，提高了算法的性能。但是此水印檢測時仍需要原圖，為非盲水印。文獻(xiàn)[6]也是基于DWT的數(shù)字水印，且考慮了HVS特征。它用一個全局閾值來選取需要嵌入水印的系數(shù)，且實現(xiàn)了盲水印。
單純的基于小波變換在內(nèi)的各種時頻分析的水印算法，如果不輔以其他改進(jìn)措施，很難抵抗剪切、旋轉(zhuǎn)、放縮等幾何攻擊。2004年，圖像的奇異值分解[7]對于幾何失真（轉(zhuǎn)置、鏡像、旋轉(zhuǎn)、放大、平移）具有不變性的理論一經(jīng)證明，奇異值分解便很快被應(yīng)用于數(shù)字水印技術(shù)中，并取得了一些重要的科研成果。
Liu等[8]提出了一種基于奇異值的水印算法，具有較好的魯棒性。
文獻(xiàn)[9]提出了一種改進(jìn)型的基于分塊奇異值分解（Block—SVD）的數(shù)字水印算法，該方法采取了分塊的思想，將原始圖像矩陣分成8×8的小塊，因此無需計算整個圖像矩陣的SVD，從而縮短了水印嵌入和提取的時間，尤其對大圖像效果明顯。同時文獻(xiàn)[9]引入了檢測器失真補(bǔ)償技術(shù)來提高取出的水印的視覺質(zhì)量。
奇異值矩陣可以作為嵌入水印的宿主信號，而正交矩陣中同樣也可以嵌入水印信息[10]。
王麗佳[11]設(shè)計了一種改進(jìn)的基于提升小波的彩色水印算法，在彩色的Cb分量上嵌入二值水印信息，采用自適應(yīng)閾值調(diào)整的方法在中低頻子帶分塊嵌入水印，提取時采用集合校正提高算法的魯棒性，并且不需要原始圖像，實現(xiàn)了盲提取。仿真實驗證明該算法不僅有較好的隱蔽性，而且對噪聲攻擊、JPEG壓縮、旋轉(zhuǎn)、剪切攻擊等具有很強(qiáng)的魯棒性，但是難以抵抗低通濾波操作的破壞。
上述算法都只實現(xiàn)了一種水印嵌入，具有單一的功能，安全性、保密性都不能滿足實際需求。多頻道或多功能水印嵌入算法在早期的國外研究中就已經(jīng)出現(xiàn)[12]。Rashmi Agarwal等[13]提出基于奇異值的多頻道數(shù)字水印算法。首先分離彩色圖像的R，G，B三個顏色通道，然后分別作奇異值分解，提取正交矩陣。第二步將三幅不同的水印圖像分別作奇異值分解，同樣提取正交矩陣，最后將三個不同的正交矩陣按順序分別嵌入到宿主圖像的三個顏色通道的正交矩陣中。該算法的新穎之處在于不僅在一幅圖像中嵌入了不同的水印圖像，實現(xiàn)最大數(shù)量水印信息的嵌入，還同樣適用于一種水印的嵌入，而且仿真實驗證明該算法的魯棒性較好，同樣又兼顧了水印的不可見性。但在水印檢測時需要原圖像，為非盲水印。
國內(nèi)關(guān)于多種水印的嵌入算法研究也取得了一些重要成果。[14]首先對每個顏色通道進(jìn)行三級離散小波變換（DWT），然后修改不同分辨率層間小波系數(shù)，并利用它們之間的相關(guān)性來嵌入版權(quán)保護(hù)和操作跟蹤數(shù)字水印。該算法對有損壓縮攻擊具有很好的穩(wěn)健性，而且在數(shù)字水印的提取過程中不需要原始圖像。該算法不僅嵌入多種水印，且實現(xiàn)了多種功能，仿真實驗表明該算法具有較強(qiáng)的魯棒性，并對區(qū)域認(rèn)證和完整性驗證更為有效。
王向陽[15]等提出了一種半脆弱水印算法，該算法同時具備版權(quán)保護(hù)及內(nèi)容認(rèn)證功能。首先將原始彩色圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr彩色空間，然后對亮度Y進(jìn)行小波分解，用混沌序列對分解后的小波近似系數(shù)調(diào)制生成基于圖像內(nèi)容的數(shù)字水印信號，最后對亮度及色度均進(jìn)行小波分解，結(jié)合HVS及局部系數(shù)相關(guān)特性，通過分塊量化將水印信號嵌入到載體圖像的小波域中，從而實現(xiàn)了版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容認(rèn)證。在選取量化步長時，引入反映人眼視覺系統(tǒng)的感知計算模型，依據(jù)小波域相鄰子帶的相關(guān)性，利用相同分解級的兩個相鄰子帶內(nèi)相同位置的視覺感知特性值來預(yù)測小波系數(shù)上嵌入的量化步長值。但是，該算法只實現(xiàn)了一種嵌入算法，安全性不夠高，同時又主要是用于內(nèi)容認(rèn)證，版權(quán)保護(hù)功能不能充分發(fā)揮。
陳光喜等[16]結(jié)合提升小波設(shè)計出一種新的多功能水印算法。首先將圖像進(jìn)行一級LWT，選取低頻子帶嵌入版權(quán)水印，選取中頻子帶嵌入認(rèn)證水印。具體步驟為：首先對低頻子帶系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)量化取整，選取量化取整后的較高比特位（如第4到第6六位中的一位）異或運(yùn)算，結(jié)果和待嵌入的水印對應(yīng)位再進(jìn)行異或運(yùn)算，得到密鑰，通過可以驗證并恢復(fù)出水印。這樣不直接將版權(quán)水印嵌入圖像，并未改變原圖像內(nèi)容，從而提高了圖像的質(zhì)量。在嵌入內(nèi)容認(rèn)證水印時，則采用系數(shù)抖動調(diào)制的方法。首先將中頻子帶分塊，在每個子塊中任意選取一個系數(shù)，用量化步長量化，再根據(jù)量化結(jié)果將系數(shù)重新調(diào)整到區(qū)間中心，在每個子塊嵌入1比特的水印信息。這樣水印比特不僅具備了一定的抗干擾能力，且能夠被正確檢測出來。這里量化步長的選取仍采用了文獻(xiàn)[15]的方法。該算法實現(xiàn)了多功能水印的不同算法嵌入，實驗表明能夠很好地實現(xiàn)數(shù)字圖像版權(quán)保護(hù)、篡改檢測和定位，提取出的雙水印的峰值信噪比（PSNR）高于文獻(xiàn)[15]的，同時兼顧了隱蔽性和魯棒性之間的平衡。但是因為系數(shù)的選取是隨機(jī)的，如果選取了一些不重要的、較大的或者很小的系數(shù)，水印信息很容易遭到濾波、幾何攻擊的操作破壞。
通常，嵌入的水印信息越多，圖像的質(zhì)量就越受到影響。因此，多功能（多種）水印的嵌入算法仍然需要完善和改進(jìn)，特別是如何減小對原始圖像質(zhì)量的影響以及提高水印的魯棒性。
另外，一些作者還將數(shù)字水印技術(shù)與其他技術(shù)領(lǐng)域相結(jié)合，也取得了一些重要成果，主要有以下幾方面：
（1）與生物識別技術(shù)的結(jié)合。生物特征具有唯一性、與生俱來、易于識別等特點(diǎn)，安全性高。因此，將生物特征作為水印，可以作為身份、版權(quán)的唯一標(biāo)識，達(dá)到更好的版權(quán)保護(hù)。郭小晉[18]設(shè)計一種基于指紋的數(shù)字水印方案。首先將原始圖像和加密后的水印圖像分別分成8×8的小塊，然后對每一個小塊分別進(jìn)行離散余弦變換（DCT），對個子塊的DCT系數(shù)按Zigzag排序，取出水印圖像排序后的前20個系數(shù)作為水印嵌入原始圖像中。在嵌入水印時，根據(jù)人眼視覺系統(tǒng)（HVS）的特性選取嵌入水印的DCT系數(shù)位置，再根據(jù)嵌入公式嵌入水印信息。這里分別進(jìn)行了不同嵌入強(qiáng)度的仿真實驗，最后確定嵌入強(qiáng)度為0.8。該方案因采用分塊的方法，嵌入的水印信息量較大；水印是能夠表明身份的指紋圖像，安全性高；有很強(qiáng)的抗剪切、抗JPEG壓縮能力。
（2）數(shù)字水印處理技術(shù)與壓縮編碼算法的結(jié)合。喬社娟，張菊香等[18]提出基于PDF417和提升小波的數(shù)字圖像水印算法。首先對原始圖像進(jìn)行三級提升小波變換，選取低頻子帶嵌入水印信息。水印預(yù)處理過程則是先用PDF417對其編碼，結(jié)合密鑰采用混沌序列進(jìn)行置亂加密，得到加密后的二值水印信息嵌入到原始圖像低頻子帶中。該算法利用PDF417編碼特性，采用Reed—Solomon校驗碼，具有強(qiáng)檢錯、糾錯功能，提高了水印的質(zhì)量，實現(xiàn)對水印信息的雙重安全保護(hù)。但是水印是嵌在低頻子帶中，抗幾何攻擊的能力不高，且很可能在經(jīng)過低通濾波時水印信息就被濾掉。
除了PDF417編碼技術(shù)，Vongpradhip，S.等提出基于QR編碼的水印算法。首先對原始圖像進(jìn)行QR編碼，再進(jìn)行離散余弦變換將其分解成不同的頻帶，選取中頻子帶嵌入水印信息。仿真實驗證明該算法具有較強(qiáng)的抗JPEG壓縮和抗噪聲攻擊的能力。
基于壓縮編碼技術(shù)的數(shù)字水印在抗擊壓縮方面有著突出的優(yōu)勢，但是難以抵抗濾波操作（低通和高通），而水印信息通常是在濾波的時候被去掉的。因此，僅僅靠壓縮編碼技術(shù)提高水印的魯棒性是不夠的，可以根據(jù)實際情況輔以其他措施，來提高水印的安全性和穩(wěn)健性。
5.結(jié)束語
數(shù)字水印技術(shù)是近年來信息隱藏技術(shù)中興起的一個前沿研究領(lǐng)域，與信息安全、數(shù)據(jù)加密等有著密切的關(guān)系，應(yīng)用也非常廣泛，特別是針對現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，更具現(xiàn)實意義。而提升小波變換因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)也會越來越被廣泛應(yīng)用于數(shù)字水印技術(shù)中。今后數(shù)字水印技術(shù)仍將著重于多功能（多種）數(shù)字水印、水印信息加密技術(shù)、穩(wěn)健性、穩(wěn)健性與隱蔽性之間的平衡以等方向，如何將這些技術(shù)運(yùn)用到音頻水印、視頻水印中也值得去探討。因此，數(shù)字水印技術(shù)仍是一項具有挑戰(zhàn)的研究課題。
參考文獻(xiàn)
[1]R.G.van Schyndel，A.Z.Tirkel，C，F(xiàn).Osborne.A digital watermark[A].IEEE proceeding onInternationalConferenceonImageProcessing[C].//Piscataway：IEEEPress，1994，2：86—90.
[2]Christine I，Zeng Wenjun.Image—Adaptive Watermarking Using Visual Models[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications，1998，4（8）：525—539.
[3]尹浩，林闖，邱鋒，丁嶸.數(shù)字水印技術(shù)綜述[J].計算機(jī)研究與發(fā)展.2005，42（7）：1093—1099.
[4]高世偉，郭雷，楊寧，杜亞琴，陳亮.提升小波變換及其在數(shù)字水印中的應(yīng)用[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24（6）：201—203.
[5]D Kundur，D Hatzinakos.A robust digital image watermarking method using wavelet—based fusion[C].//In：Proceedings of the IEEE International Conference on Image Processing，ICIP 97，1997—10：544—547.
[6]Po—Chyi Su，Houng—Hyh，Mike Wang et al.Digital Image Watermarking in Regions of Interest[C].//In：pics99，1999：295—300.
[7]ZHOU B，CHEN J.A Geometric Distortion Resilient Image Watermarking Algorithm Based on SVD[J].Image and Graphics，2004，9（4）：506—512.
[8]LIU R，TAN T.An SVD—based watermarking scheme for protecting rightful ownership[J].IEEE Transactions on Multimedia，2002，4（1）：121—128.
[9]朱信忠，徐慧英，趙建民.一種基于改進(jìn)型奇異值分解的數(shù)字水印算法及實現(xiàn)[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2006，12：329—332.
[10]張志明，周學(xué)廣.采用奇異值分解的數(shù)字水印嵌入算法[J].微計算機(jī)信息，2006，22（7），69—71.
[11]王麗佳.基于小波變換的彩色圖像數(shù)字水印算法研究與實現(xiàn)[D].太原：太原理工大學(xué)，2011.
[12]M.Bami，F(xiàn).Bartolini，andA.Piva，MultichannelwatermarkingofcolorImages[C].//Proc，IEEE Trans.Circuit Syst.Video Technol，2002，12（3），142—156.
[13]Agarwal，R.，S ANTHANAM，M.S.，Venugopalan，K.Multichannel digital watermarking of color images using SVD[C].//Image Information Processing （ICIIP），2011 International Conference on.2011：1—6.
[14]熊志勇，蔣天發(fā).多功能彩色圖像數(shù)字水印方案[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2004，37（6），97—100.
[15]王向陽，侯麗敏，楊紅穎.一種新的半脆弱彩色圖像數(shù)字水印算法[J].自動化學(xué)報，2007，33（6），561—566.
[16]陳光喜，尹柳，易招師.基于整數(shù)提升小波變換的多功能數(shù)字水印[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2010，46（11），115—118.
