航空航天发展趋势大全11篇

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篇（1）

中图分类号：TB47 文献标志码：A

增材制造技术又称快速成型技术（RapidPro－totyping，RP），是20世纪80年代中期发展起来的一种利用材料堆积法制造实物产品的一项高新技术．该技术借助计算机、激光、精密传动和数控等手段，将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）集成于一体，以逐层累积的建造方式在短时间内直接制造产品样品，无需传统的机械加工设备和工艺，显著地缩短了产品开发的周期，增强了企业的竞争能力［1］．相比传统机械制造方法，增材制造技术可以实现任意复杂结构模具等的快速制造，在单件或小批量生产用机械制造过程中，具有制造成本低，周期短的优势，因此广泛应用于机械制造业［2］．

1增材制造技术发展现状

1．1增材制造技术在国外的发展

增材制造技术最早出现在1892年，美国Blan－ther用分层制造法构成地形图并申请了专利，开启了该技术发展的序幕．20世纪80年代，RP技术经历了快速及根本性的发展，仅在1986～1998年期间注册的美国专利就有274个［3］．美国的3DSystems公司于1988年生产出了世界上第一台液态光敏树脂选择性固化快速成型机（SLA－250）．20世纪90年代后期，出现了3DP、SDM、SGC、FDM等十几种不同的快速成型技术．2012年美国总统奥巴马为重振美国制造业提出一系列计划，将3D打印技术列为11项重要技术之一．英国技术战略委员会“未来的高附加值制造技术展望”中，把增材制造技术列为提升国家竞争力，应对未来挑战的22个应优先发展技术之一［4］．目前，美国Ford汽车公司和DuPont公司已经在他们的生产线上采用RP技术，美国Pratt＆Whitney公司已应用RP技术制造铸造熔模．欧洲和日本等国家也不甘落后，纷纷进行RP技术及设备研制等方面的研究工作，如德国的EOS公司、以色列的Cubital公司以及日本的CMET公司等［3］．近年来，采用RP设备最积极的地区是东亚，尤其是韩国、香港、新加坡［5］．国外RP技术在航天航空、汽车交通、医疗器械、艺术创作等多个领域得到应用．

1．2增材制造技术在国内的发展

我国于90年代初才开始增材制造技术研究，虽短短20余年时间，却得到了工业界的高度重视，发展迅速．2013年，国内媒体纷纷报道，将RP技术称为“3D打印—无所不能的未来”［6］、“几乎颠覆传统的制造模式”［7］等．我国已拟定增材制造技术路线图和中长期发展战略，中国工程院2012年1号文件内容即为进行“增材制造技术工程科技发展战略的研究”，成立了由华中科技大学、西安交通大学、清华大学、北京航天航空大学、西北工业大学和国防科工委625所等专家组成的工作组，并已在2013年3月提交相关咨询研究报告［4］．目前，我国已初步形成增材制造设备和材料的制造体系．部分国产设备已接近或达到美国公司同类产品的水平，设备及材料价格便宜．在国家科学技术部的支持下，我国已在深圳、天津、上海、西安等地建立一批向企业提供快速成形技术的服务机构，推动了增材制造技术在我国的广泛应用．另外，我国的部分科研院所和企业已研发出光固化、金属熔敷、生物制造、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结、生物制造等类型的增材制造装备和材料［8］，取得了很好的效果．但与工业化国家相比，我国RP技术的研究和应用尚存在一定的差距．

2增材制造技术基本成型原理与工艺

2．1增材制造技术的原理

增材制造技术是采用离散∕堆积成型的原理，通过离散获得堆积的路径、限制和方式，经过材料堆积叠加形成三维实体的一种前沿材料成型技术［9］．其过程为：对具有CAD构造的产品三维模型进行分层切片，得到各层界面的轮廓，按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的纸（或树脂固化、粉末烧结等），形成各界面并逐步叠加成三维产品［10］．由于增材制造技术把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在没有模具和工具的条件下生成任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性［11］．增材制造技术体系可分解为几个彼此联系的基本环节：三维模型构造、近似处理、切片处理、堆积成形、后处理等．增材制造过程如图1所示．

2．2增材制造技术的制造工艺

随着CAD建模和光机电一体化技术的发展，增材制造技术的工艺发展很快，按照所用材料和建造技术的不同，目前投入应用的已有十余种工艺方法．其中发展较为成熟的主要有光固化立体成型、分层实体制造、选择性激光烧结等．上述工艺发展较为成熟，在此不再赘述．金属直接成形法可以实现具有较高致密度和力学性能产品的快速制造，但工艺难度大，因此整体还处于技术研究阶段［2］．现将发展潜力较大、较前沿的金属直接成型工艺进行重点介绍．2．2．1激光立体成形技术激光立体成形技术（LSF）是在快速成形技术和大功率激光熔覆技术蓬勃发展的基础上迅速发展起来的一项新的先进制造技术［12］．该技术综合了激光技术、材料技术、计算机辅助设计、计算机辅助制造技术和数控技术等先进制造技术，通过逐层熔化、堆积金属粉末，能够直接从数据生成三维实体零件，具有无模具、短周期、近净成形、组织均匀致密、无宏观偏析等优点［13］．这项技术尤其适用于大型复杂结构零件的整体制造，在航空航天等高技术领域具有广阔的发展前景．目前，LSF的研究不断取得突破性进展，发展迅速．如西北工业大学凝固技术国家重点实验室，在国内率先提出LSF发展构思，并研发一套完整的高性能致密金属零件的激光立体成形理论、技术与装备，荣获陕西省科学技术一等奖［14］．近年来，LSF在大型钛合金构件的研究方面取得重大突破，解决了其变形控制、几何尺寸控制、冶金质量控制、系统装备等方面的一系列难题［4］，如试制成功C9飞机翼肋TC4上下缘条构件．另外，LSF在一些理论研究方面也取得一些进展，如激光成形凝固组织的理论分析；TC4合金的α＋β两相组织控制、断裂韧性、疲劳性能的研究；激光立体成形镍基合金室温拉伸和高温持久性能研究等．LSF在航空航天领域的设备修复、激光组合制造、现场维修和再制造以及医用植入体应用等领域已得到广泛应用．其中，航空航天领域研究进展显著，如航空航天高性能薄壁零件的成形、挽救常规技术不可修复的航空发动机零件、修复高推重比航空发动机整体叶盘、尾气能量处理透平机0Cr17Ni4Cu4Nb叶轮修复［4］等．LSF发展较快，已在国内外获得广泛应用，还须在工艺研究进一步系统化、理论研究继续深化、发展激光涂覆过程的实时观测技术、开发适用于该技术的合金材料、成形精度与成形速率如何达到最佳匹配［15］等方面加大研究力度．2．2．2激光选区熔化工艺激光选区熔化工艺（SLM）是激光选区烧结技术的一种升级和衍生，是直接进行金属打印的最新前沿技术之一．该技术为将零部件CAD模型分层切片，采用预铺粉的方式，扫描镜带动激光束在计算机控制下沿图形轨迹扫描选定区域的合金粉末层，使其熔化并沉积出与切片厚度一致、形状为零件某个横截面的金属薄层，直到制造出与构件CAD模型一致的金属零件［16］．其工艺原理图如图2所示，SLM制造激光功率一般在数百瓦级，精度高（最高可达0．05mm），质量好，加工余量小．除精密的配合面之外，制造的产品一般经喷砂或抛光等后续简单处理就可直接使用．该技术烧结速度快，成型件质量精度高，适合中、小型复杂结构件，尤其是复杂薄壁型腔结构件的高精度整体快速制造［16］．SLM可为生产高精密、复杂器件提供全新的制造方法，应用前景广阔．如：美国GE公司在各大型企业中率先成立金属材料激光熔化增材制造研发团队，并在LEAP喷气发动机中采用SLM制造燃油喷嘴；美国NASA马歇尔航天飞行中心于2012年采用激光选区熔化成形技术制造了复杂结构金属零部件样件，用于“太空发射系统”重型运载火箭；2013年8月，NASA对SLM制造的J－2X发动机喷注器样件进行了热试车试验并获得成功；美国加利福尼亚大学圣迭戈分校太空发展探索团队用3D打印方法制造火箭发动机推力室组件等［16］．在设备开发方面，早在2004年，华南理工大学与北京隆源合作，在国内选区激光烧结设备的基础上首先开发出选区激光熔化快速制造设备Dimetal－240．2012年，华南理工大学研发出最新精密型Dimetal－100成型机［17］．目前，各研究机构一直致力于高（变）致密度、成型角度、薄壁、力学性能等基础研究，适用于该技术的各种金属材料及工艺研究有待开发．

3增材制造技术的应用典型

3．1设计验证方面的应用

增材制造技术在设计验证方面应用广泛，可应用于航天系统功能性风扇组装、进行功能性和声响测试，使得模拟实际旋转速度达15000r／min，遴选出问题解决方案，节约成本［18］．保时捷将其用于功能性测试，以便分析冷冻液流动特性，改变设计以减少紊流．另外，美国GE公司采用增材制造技术用1个零件代替原设计20个零件组成的飞机发动机喷嘴，减重25％，增效15％，制造成本大幅度降低，已大批量生产；美国公司还采用增材制造技术，成形了能耐热3300°C的复合材料航天发动机零件，使其成为“龙飞船2号推力达到龙飞船1号推力的200倍”技术的关键［19］．增材制造技术还可应用于机器人表面映射反馈辅助原型设计［20］、光弹应力分析等．光弹应力分析时，需将作用于激光快速原型工件上的应力可视化，以识别设计不足的区域．图3为增材制造技术设计验证的部分应用.

3．2模具制造方面的应用

增材制造技术在模具制造方面的应用广泛，主要分为软模具制造和硬模具制造．利用真空浇注软硅胶模翻模技术，可生产小批量的类似工程塑料、聚氨酯等产件．快速铸造方面，光敏树脂消失法铸造可一次完成铸造成型，周期短，机械性能好［21］．嘉陵集团利用该技术用于摩托车发动机缸头研制，获得了巨大的经济效益．光固化原型与砂型结合铸造技术应用也较为广泛，如研发新型四缸柴油发动机缸盖［18］、开发汽车零部件［22］等．快速成形原型直接制造蜡型模具可用于小批量精铸，大大提高铸件寿命，节约成本．另外，西安交通大学研发出的陶瓷型铸造，铸型外壳、内芯和浆料包裹层一体化设计，使航空叶片铸件合格率由15％提升至85％．东方气轮机厂利用该技术已研发出空心涡轮叶片，大大提高了叶片机械力学性能［18］．目前，最为先进的快速模具制造方法有树脂基复合材料快速制模方法、中或低熔点合金铸造制模、金属电弧喷涂制模等．其中，金属电弧喷涂成型快速制模技术［18］在模具成本、寿命、制造周期、精度等方面具有综合优势，并且模具工作表面具有较好的强度、硬度和耐磨性，模具表面摩擦学特性更接近于钢质模具，是一种较为理想的快速制模方法．其技术原理、设备及制模应用如图4、5所示．快速模具技术可节约成本3／4，缩短生产周期约2／3．提高模具制造精度、开发新材料新工艺、直接制造高强度金属模具等是该技术的重要发展方向．

3．3个性化医疗方面的应用

增材制造技术在医疗模型制造和体外医疗器械［23］、个性化永久植入物制造、组织工程支架制造、细胞打印、器官打印方面应用广泛，现已取得较大进展．如利用增材制造技术制造出高精度连体骨骼模型，成功实现连体婴儿分离［24］等．西安交通大学与第四军医大学联合开展骨替代物制造、定制化人工胫骨半关节大段骨重建术、定制化钛合金半膝关节假体复合大段骨移植、定制下颌骨原型设计［25］等研究，并成功实现中国首例“下颌骨溶解修复”手术［18］．另外，西安交通大学与昆明军区医院联合进行了脊椎手术导航模板制作等研究，进一步扩展了个性化永久植入物的应用领域．采用TCP材料，西安交通大学积极开展基于光固化原型的支架制作人工活性骨支架研究，取得一定的科研进展．图6所示为利用3D打印技术制作的脊椎手术导航模板．

4增材制造技术的发展趋势

目前，增材制造技术存在许多问题，如材料方面限制、成形精度与成形速度的矛盾、设备及材料的价格昂贵等．在未来的发展中，该技术将会在新材料及创新工艺［26］、装备与关键器件、与传统工艺相结合等方面展开更深入的研究．另外，增材制造技术要克服一些技术瓶颈，实现关键技术环节上的突破，如：与传统制造结构保持同样的强度；减小成型过程中的变形，细化光斑、优化材料和工艺［27］，以提高制造精度；进行工艺创新与优化，提高光束能量以提高制造效率［18］等．现阶段，该技术将重点研究陶瓷零件制造、复合材料制造、聚合物喷射快速原型制造［28］、金属直接制造等，如：利用光固化原型技术，使支撑结构中组织发生变化制作碳化硅复合材料零件；使用高介电陶瓷材料，构造复杂型腔结构实现微波负折射功能，进行光子晶体制造，完成传统制造技术难以制作的内外形结构；深入研究金属直接成形自愈合原理，进行高温合金叶片制作实现金属直接制造［18］等．增材制造技术在工艺研究方面，存在许多具有潜力的研究方向．如：建立多层激光直接成形的自稳定机制并利用粉末负离焦技术制造薄壁，使工件侧面平均粗糙度达到10．04μm；充分研究叶片制造中的曲率效应，实验发现曲率大处熔化严重；进行空心叶片扫描路径设计与实验研究，以轮廓、光栅（方向优化）、分区的路径选择扫描复杂空心叶片，减少空行程，节约粉末；依据液氮控制冷却梯度，对空心叶片定向晶组织进行控制［18］等．在生物组织制造方面，增材制造技术潜力巨大，应用前景广阔，如：进行肝组织支架制造，通过仿生流道和定向多孔结构促进肝细胞向支架内生长，研究支架／细胞复合体用于修复肝缺损的有效性［29］；对细胞打印和器官打印等生物医学前沿领域研究探索［18］等．另外，将增材制造技术与传统工艺相结合，进行小批量制造，可发挥倍增效益，是该技术发展的一大趋势．

篇（2）

中图分类号：TP368.1

1 嵌入式系统的历史

20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。

20世纪70年代之后，随着单片机出现，再到今天发展成各式各样的嵌入式微处理器。这使得汽车、民用电器、工业机械器材及各种通信设施，通过内嵌电子设备来获得更好的使用性能，这些内嵌的电子设备已经初步具备了嵌入式的特点。

20世纪80年代，计算机程序编写有了突飞猛进的发展，专业人士开始用更高级更精准的操作系统编程进行实际嵌入式应用，使得他们不但节约开发成本，并且可以获得极高的开发效率和更短的开发周期。

20世纪90年代，随着对实时急迫要求及各种应用软件的出现，导致软件规模数量不断上升，嵌入式操作系统已经开始出现新的变化，实时性变得非常突出，从而导致一场嵌入式系统研发的革命。

2 嵌入式系统的定义

国际上通用的嵌入式系统定义是“控制、监视或者辅助机器和设备运行的系统装置，从而完成既定功能的一种软件系统”。

在我们国家嵌入式系统概念一般认为是：嵌入式系统是以计算机实际应用为基础，辅以计算机技术，对实际应用功能、安全可靠性、资本消耗等各种程序为导入要求的专用计算机系统。嵌入式系统一般由微处理器、嵌入式操作系统、硬件设备及客户应用程序组成。

通常的嵌入式系统有以下几种：：Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive。

3 嵌入式系统的发展现状

2011年全球嵌入式软件市场平均增长率为31%，中国嵌入式软件市场则超过了40%，居世界之首，2012年中国嵌入式软件产业销售收入已突破3000亿元人民币，但仍有市场空间。有业内专业咨询公司预计未来5年，嵌入式软件产业将继续保持高速增长态势，到2015年，产业规模有望达到5000亿元人民币。

在网络与通信设备、消费电子、数字家电、汽车电子、医疗设备、工业精准控制方面都是嵌入式系统应用的领域，同时嵌入式系统在办公自动化、金融电子、国防军事及航空航天等领域也有她的身影，嵌入式软件均已得到广泛应用。在应用深度方面，也由最简单的仅有执行单一功能控制能力的嵌入式系统，发展到几乎与PC具有一样的功能，很多复杂的嵌入式系统，由若干个小型嵌入式系统组成。随着需求的旺盛、技术的进步和市场的成熟，嵌入式设计与应用已成为工业现代化、智能化的必经之路，使嵌入式软件产业与数字化时代的传统产业和新兴产业的融合趋势进一步加强。

4 嵌入式系统设计

4.1 硬件设计部分

对于嵌入式系统的硬件设计部分，包含处理器以及I/O 端口等，具体设计包含以下几个部分。

处理器设计：在嵌入式系统设计中，其核心就是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器设计中，应该具备对实时多任务的响应能力，具有很强的存储保护功能，具有可扩展性，降低嵌入式微处理器功耗。

总线设计：在总线设计部分，因为总线是进行互连以及传输信息、指令、数据的桥梁，因此在设计中应该特别注意，因此在嵌入式系统中，可以采用片内总线与片外总线的方式，确保CPU 与片内部件的连接，也可以确保与外部设备的准确连接。

存储器设计：在对嵌入式系统的设计中，在嵌入式系统内可以分为高速缓存Cache以及主存、外存三种形式的存储器，在设计中对这三个存储器也应该有明确的设计，以便提高系统的运行速度。

I/O端口设计：对于嵌入式系统的I/O设计中，因为嵌入式系统是面向应用的，因此对于输入/输出接口设计中，应该具备多任务、多平台的特点，确保嵌入式系统的适用性。

4.2 软件设计部分

对于嵌入式系统的软件设计部分，首先应该清楚嵌入式软件是嵌入在硬件内的操作系统或者开发工具软件，是在嵌入式系统设计中的关联核心，与嵌入式系统是密不可分的，因此对于嵌入式系统的软件设计中应该具备一定的优势，嵌入式操作系统中，包括驱动软件、系统内核以及通信协议、图形界面、标准化浏览器等程序，以满足嵌入式系统开发设计的需求。

软件设计中的任务管理：对于嵌入式系统来说，在内核的软件设计部分，其任务管理中应该具备任务调度、删除任务、创建任务、挂起任务以及设置任务优先级的功能，以此来实现对嵌入式系统的调度。

内存管理的设计：在嵌入式系统的软件设计中，对于系统的内存管理中，将会采用静态内存分配以及动态内存分配的方式进行管理，并且应用虚拟内存技术，为实时用户提供强大的虚拟存储管理机制。

通信以及同步互斥机制：对于嵌入式系统的通信，将会采用一定的机制，实现任务间的通信，在优先级的限制性下实现任务的中断、同步以及互斥的功能。

软件设计中的中断管理：中断设计中，当程序中的中断发生时，需要对中断现场进行保存，将其转到相应的服务程序上，并且在退出中断后还要恢复中断。

软件设计中的时间管理：在嵌入式系统中，具有很高的时效性，这些全是依靠时钟的作用，因此在软件设计中提供高精度以及可以设置的时钟，在嵌入式系统中负责与时间有关的任务管理工作；其中包括对计时、时间片轮转调度等。

任务扩展功能的设计：在嵌入式系统软件设计部分，在软件设计中还需要设置一些任务扩展部分，以此来实现对新任务的创建、切换以及删除工作，提高嵌入式系统的使用效率。

5 嵌入式系统发展的趋势

随着信息时代的到来，嵌入式系统有了快速发展的基础，也产生了众多嵌入式产品，为嵌入式系统发展展现了美好的未来，从目前来看，嵌入式系统发展趋势有以下几点：

首先，嵌入式系统开发是一项综合系统工程，包括了几项或者N项不同系统产品的集合体。嵌入式系统研发厂商不但要提坚实可靠的嵌入式系统软硬件，还需要提供为嵌入式系统软硬件服务的开发工具和软件支持，这是嵌入式系统能良好发展下去的必备条件。

其次，现实社会的高度信息化对嵌入式系统要求越来越高，并且二者依赖性越来越强。这不光表现在互联网技术的成熟，3G、4G带宽速度提高，归根到底是人类知识成几何级数爆发，这样的产品使得我们身边的多媒体产品和远程智能操控更加便捷，如手机、智能家电（电视、冰箱、空调、微波炉）、智能房屋等功能不再单一，打破了人们对一般产品的惯性思维，导致产品结构更加复杂。

再次，现实生活产品与网络互联（虚拟世界）是嵌入式系统发展的必然趋势。这主要体现在嵌入式设备为了适应高速运行的网络，通过硬件上不同的网络通信信息接口来进行各种不同功能有机整合。目前嵌入式处理器大多是内嵌网络接口，支持TCP/IP协议，同时支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA当中的一种或者几种，嵌入式系统软件系统内核还要支持不同网络模块版本，以此来实现工作、生活、娱乐三合一式上网要求。

四是精简嵌入式系统内核，适当降低系统功耗，实现功能成本最大化。在人们的设想中未来的嵌入式产品应该是适用性强、覆盖面广、性价比高、价格低廉的一款大众化产品，这就要求嵌入式系统研发厂商不但减低系统功耗，减少不必要的成本，还要精简系统内核，求得与系统功能紧密相关的软硬件设计，运用价值工程原理进行优化组合生产出更多更优秀的嵌入式系统产品。

最后嵌入式系统要为客户提供更多更理想的多媒体人机界面，完美体现人性化的一面。

之所以嵌入式设备产品能有很好的发展前景，与嵌入式系统方便快捷人性化特点是分不开的。嵌入式系统产品不光与客户互动，还能虚拟化出现实生活中的场景，让客户深入其中，为人们带来巨大角色互换感觉，同时也对产品的图像界面、灵活的操制方法及便携等提出了更高的要求，嵌入式设备的高要求反过来促使软件设计人员在多媒体（或者M媒体）技术上下大力气进行编程扩展。如，界面手写输入、语音输入、远程家电控制、图像色彩、多合一功能等等都要客户获得崭新的感受，成为人们生活中不可离缺的一部分。

6 流行的嵌入式Linux操作系统介绍

嵌入式linux是将现阶段的人们经常使用的Linux操作系统进行修改升级，并让其在嵌入式计算机系统上运行，保证使用者要求功能的一种操作系统。嵌入式linux特点一是既继承了互联网上无限的开放源代码，二是它的版权费免费（我认为未来一定时期内是免费的，可能是十年吧，但天底下没有免费的午餐），三是便捷性操控性能优异，更容易软件移植，四是产品更替速度快，研发周期短，产品上市迅速，极大地发挥人类知识的创造力。五是产品实时性能稳定，安全性好、性价比高。

嵌入式linux速度很快，linux是可以定制的，系统内核最小只有一两百KB。Linux是免费的OS，在价格上极具竞争力。Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台，是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持二三十种CPU。而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络，以及无线网络，Toker ring、光纤甚至卫星的支持。所以Linux很适于做信息家电的开发，还有使用Linux为的是来开发无线连接产品的开发者越来越多。

嵌入式Linux的应用领域非常广泛，涵盖了我们生活工作大部分空间，人们越来越离不开它，它影响着并在一定程度上改变着我们的生活与工作方式。近来研发人员利用嵌入式Linux自身特点，把它应用到嵌入式系统里中，像GNOME，KDE，UTITY等都是很优秀的桌面管理器就是一个典型，并且其背后有着众多的社团支持，可定制性极强，这点已经在Unix和Linux世界普及开来。

7 结束语

作为新一代IT发展和提升价值链高端地位的关键技术，可信嵌入式软件是推动中国高端装备产业由“中国制造”向“中国创造”转型升级的关键因素。 综上所述，在今后的嵌入式系统发展中，还将更加趋于低成本、网络化、智能化、精简化、效率高以及集成性的发展趋势，让嵌入式系统彻底改变人们的生活。

参考文献：

[1]魏洪兴.嵌入式系统设计师教程全国计算机技术与软件专业技术资格水平考试指定用书.2012，03，01.

[2]余甫炜.对嵌入式系统发展趋势的思考[J].网络财富，2010（14）：56-57.

[3]王树红.嵌入式系统的现状及发展趋势[J].太原大学学报，2011，（34）：45-46.

[4]张晓莹.计算机嵌入式操作系统初探[J].信息与电脑（理论版），2012（08）：31-32.

篇（3）

中等身材，精精瘦瘦，不修边幅，一笑，眼角和脸上就会“堆积”出几条皱纹，有点像加工后炭／炭复合材料上碳原子的有序走向。走在大学校园里，黄伯云更像是一位教授，而不是一校之长。

在外人看来，1988年43岁从美国留学回国后的他，在17年间完成了人生的几次飞跃：两年后当上了教授和粉末冶金所所长，5年后当了副校长，10年后当了大学校长，11年后当了院士，17年后率队“问鼎”国家发明奖一等奖。

一帆风顺的背后，是常人看不见的艰辛和求索。“别人是十年磨一剑，我们是二十年磨一剑。”对于他来说，在粉末冶金和材料领域二十多年的不懈求索，终于开出了今天的花朵。虽然查阅了世界上最强大的中文搜索网站，但是他的“前半生”似乎都是空白。这位湖南南县农村里走出来的科学家，对有报道说他从小就“想当科学家”的说法，虽未直接否定，但意思已经表达得很清楚：“就是想好一点读，读好一点，那是皮鞋――考上大学，就成了国家干部，穿上了皮鞋和草鞋的决战。”

20世纪80年代初，他以全校总分第一的成绩考取为数甚少的出国名额。留学期间，他就小有成绩，在研究上屡有斩获。在国外直接读完了硕士、博士、博士后，回国时，他成为改革开放后第一个在国外完成“全序列即硕士、博士、博士后”教育后的归国留学生。

“留在那里当然是没有问题。我又不是没有学位，什么都有。”黄伯云对自己的“反常行为”看得很清楚：“改革开放以后，没有多少人出去的时候我出去，别人都出去的时候我回来。”回忆起最初的困难，黄伯云面带微笑，显得达观和幽默：“我在美国时是两部汽车，回来后两部单车，还跑丢了。单车前面挂一个钩，后面挂一个勺，要买锅买盆。”

“1988年黄伯云回来时户口都没有，粮食也没有。因为粮店买米要户口，因出国时间长，家里户口也被吊销了。当时粮票还起作用，好在他还有一点粮票，就和人家换米吃。虽然吃饭问题后来解决了，但那时部里很多人都不知道博士后的概念。你是博士后啊，我们很多博士都没有经费，你是博士后，那就排在博士后面吧。”

“现在我们是唱大戏了”

又黑又圆的中空刹车片，像挖空的完整的冬瓜片。手一摸，手指头就染上了黑色。真不愧是炭黑――石墨的同位素“兄弟”。仔细观察，工人在加工时都带着白手套，只是手心、手指头部分都已经变黑了。

以前只知道炭纤维能够用于航天，是一种高端材料，我国大部分依赖进口。至于炭纤维究竟高级到什么程度？却没有感性认识。

一张小小的标识牌，记录着这些貌不惊人的刹车片的价值：薄薄的9片刹车片，正好“武装”飞机一个轮子的刹车，按照每片2万元计算，高不过20厘米、重不到32公斤的刹车片，“制造”了近20万元的市场价值，约等于每克6元钱。2004年，仅依靠这一个项目，黄伯云领导的课题组成立的学科性公司就“收获”了数千万元定单。然而，在起步之初，人们更多的是观望和怀疑，甚至质疑。炭纤维是近几十年兴起、至今仍是世界高科技产品，由于它的特殊性能，航天飞行器、民航客机上都有它的身影。而炭／炭复合材料作成的刹车盘，更是长期被美、英、法三国垄断。即使是俄罗斯这样的航空航天强国，也久攻不下。前车可鉴，中国人能做出这么高难度的材料和产品吗？

“这是技术发展趋势，我们不做，谁去做？”黄伯云不为质疑所困惑，他认准了就不回头：“这是飞机刹车材料的更新换代，我们不跟上，哪行？何况国家有急切的需求，我们大量飞机的刹车片不能总靠进口吧？”中南大学粉末冶金研究院实验室内的两台小型炉子和展示柜内简单的实验样品，见证了研究人员最初的艰辛。1998年，课题组在实验室获得了炭／炭复合材料的毛坯，圆圆的毛坯里是无数根“纳米”级、比头发丝细很多的炭纤维。检测表明，其摩擦性能达到了国内外相关标准。同年，炭／炭复合刹车材料经国家发改委批准立项，作为高技术示范工程加以支持。1．5亿的资金投入，让黄伯云真切地感受到了什么叫事业高峰的沉重压力。

“只有山穷水尽，才能看到山后面的风景”

2000年的失败，是黄伯云最痛苦的时刻。实验室成功了，刹车片上惯性试验台检验性能。那是一个模拟实战条件的检测平台，甚至比实战要求还要高。

可2000年，连续两次试验都失败了。2000年9月，第一次做惯性台试验，试验项目非常多，要模拟飞机的各种着陆状态，在做“终止起飞”――飞机起飞达到最大速度时突然要求停下来的实验时，刹车片温度急剧升高，摩擦系数下降得很厉害。“花了一个月的时间做实验，最后失败了。” 黄伯云说：“实验室里明明好好的，谁也没有想到惯性台上会过不去。”当时整个队伍都遭受了巨大打击，“都到了崩溃的边缘，眼看着就要垮下来。”时隔5年后，回想起那段时光，黄伯云仍然心有余悸：“钱输光了，招数也用完了，很痛苦啊。”

“这时候，是黄老师力挽狂澜。”黄伯云的学生、现任粉末冶金研究院副院长的熊翔说。黄伯云一班人痛定思痛，推倒重来，从头开始做起，一项项检查，一点点琢磨。改进工艺、添加新的材料……时隔1年多，成功终于降临。在后来的“实战”试验中，飞机场内几百人观看，消防车一字排开，飞机上除了驾驶员，就是课题组的成员。

“我们要记录数据，也有信心和飞机同上蓝天。心里还是捏了一把汗。”当飞机稳稳地刹住，黄伯云和课题组的人才不由松了一口气：成功了。中国飞机能上天却要依赖进口刹车片才能“落地”的历史结束了。

2003年，课题组实现了小批量生产。2004年，课题组成立的公司获得了民航总局颁发的炭/炭刹车盘制造人许可证，年产1500多盘，包括其他刹车材料在内的年总产值达5000万。作为过来人，黄伯云颇有感触地说，“大风险的背后就是大收获。”

采用这种自行研制的刹车副，替代传统的金属刹车副，使飞机减轻重量数百公斤，并且使用寿命是传统制动材料的4倍，极大地提高了航空飞行器的功能和效益。“对机来说，哪怕减轻一克重量，都是胜利。”

利用这一技术平台，他们还研制生产了耐高温的复合材料，成功应用于航天发动机的特殊和关键部件，显著提升了航天火箭的推进系统水平和综合性能，获得了航天产品工艺定型书。正是这些原子“乖乖”的排列，造就了高性能的制动材料，造就了今天的国家技术发明一等奖。在此基础上，科研人员还创立了实验室材料性能测试和评价方法，建立我国第一个炭／炭刹车材料地面试验装置，规范并制定了我国第一个适航标准。

课题组“微气氛”：博士“10年读”

课题组“副帅”熊翔1995年就当了教授，可博士学位去年才拿到。“他这个博士读了10年。”博士读10年？黄伯云解释说，那是因为这些年熊翔一直是他的主要助手，也有人称为“副帅”，复合材料的研究和攻关离不开他，不允许他一心二用。所以就耽误下来了。

对于课题组的参与者来说，这种参与是带有挑战性的。课题组目前在炭／炭复合材料获得了9项发明专利，但是专利和论文并不等同。为此，黄伯云曾经数次呼吁，应该将专利尤其是发明专利列入科研考核体系。如今，发明一等奖的获得，使这个团队终于有所收获。在黄伯云的学生兼助手熊翔看来，黄伯云最大的特点，就是执着，“湖南话叫倔。”正是一股子倔劲和胸有沟壑的胸怀，使黄伯云团队在10多年的时间里奋力前行，一步步走向辉煌。

碳原子和炭纤维界面的结合弱，一直是道高难度的技术难题。“我们开始都没有当回事。也许是做工程的不太愿意做很深的基础性研究，认为生产刹车片就像炒菜似的，放进（炉子）去，拿出来，不行，再放进去。”熊翔说，“但是黄老师要求我们要高度重视这个问题。”

课题组通过首创的炭表面原子结构处理技术，解决了“界面结合”难题，弯曲强度、压缩强度、剪切强度等力学性能均提高了30%以上，耐磨性提高了20%以上。为了攻克刹车材料的这座“高峰”，该项目集中了60多人成立了攻关队伍。“一个课题组三个教授都难免有摩擦，何况这么多人？”易茂中教授说， “有时候我们争论得很厉害，各有各的看法。没有黄校长的组织和协调，没有他运筹帷幄，发挥领头人和舵手的作用，事情的结果真的很难说。”

虽然已是副院长，但是熊翔说起“黄老师”仍有点“发怵”。让学生们逐渐习惯的一件事情是：黄伯云有时候晚上12点以后想起问题来，就给学生们打电话，赶紧布置。“第一次，心里说，谁这么晚了，还打电话？不是有病吗？可后来就习惯了。”黄伯云自己认为，这个团队的存在是成功的必要条件。虽然20年来，有进有出，但是基本队伍还在。熊翔、易茂中等就是其中的中坚力量。

为何敢于申报一等奖？