陈大同、刘建：制造之美|清华“研究生学术与职业素养”系列讲座

2018 年 10 月 26 日 清华大学研究生教育

上世纪中后叶社会上就流传一句话：“什么是清华？清华是工程师的摇篮。”还有一句话：“学会数理化，走遍天下都不怕”，当年是至理名言。如今，五光十色的社会有这么多选择，工程师的初心是什么？我觉得，工程师应该做出不同的产品，使生活变得更加更美好，这就是工程师的使命。

人的基本需求是衣食住行，但总是在追求更高更快更好。从神话开始，人类就有 “千里眼”“顺风耳”的梦想。

千里眼

“千里眼”代表了人类对视觉的极致追求。战国时《墨经》中最早记录了“小孔成像”原理，经历了漫长岁月后，人们终于找到可以用感光材料将景物定格并保存下来的方法，照相机随之诞生。1934年，最早的图像传感器——光电摄像管诞生，使图像信息的光电变换成为现实。此后，摄像管技术的演进，使其在体积、灵敏度、功耗等方面不断优化。经过技术发展，人们发明了电耦合元件（CCD）以及CMOS图像传感器等，传感器的体积越来越小，功耗、价格越来越低，分辨率量级增长。

从笨重的“箱子”到方寸大小的芯片，图像传感技术经历了从光学到光电的演变，其应用领域从巡天望远镜到内窥镜，既能“上天入地”，也能“知微见著”，祖先渴求的“千里眼”不再是神话。

顺风耳

人们在通讯领域的技术进步，可以轻松收到来自远方的问候。

第一代移动通信技术（1G）制定于上世纪80年代，是指以模拟技术为基础、仅限语音的蜂窝电话标准。第二代移动通信技术（2G）进入数字网络时代，使用数字传输代替模拟传输，可支持窄带分组数据通信；与1G相比，2G增加了数据传输服务，手机可以上网、收发短信。第三代移动通信技术（3G）是高速IP数据网络技术，以CDMA技术为基础，最大特点是在数据传输中使用分组交换代替电路交换；3G在2G基础上，发展了诸如图像、音乐、视频流的高带宽多媒体通信，在线观看视频、视频通话等网络应用出现。第四代移动通信技术（4G）主要以正交频分复用（OFDM）为技术核心，集3G与WLAN为一体；4G是专为移动互联网设计的通信技术，从网速、容量、稳定性上相比之前的技术都有了质的飞跃，手机等终端能实现的功能越来越多。第五代移动通信标准（5G）尚在研发之中，作为4G的延伸，5G网络将具有极高的传输速度、极大的容量和极低的延迟等特点。5G将在各方面全面超越4G，有望在全球共用同一标准，实现真正意义上的融合性网络。预计移动端的在线3D视频、4K甚至8K高清视频播放、人工智能、云技术、AR/VR、远程医疗、自动驾驶、工业控制等各领域都将取得重大进展。

通信技术的进步给人类的生产、生活方式带来了颠覆性变革，而移动通信更是引领这一变革的旗手。5G时代或许将成为“大连接时代”：每个人、每个物件都会成为互联网上的一个节点，通过数据交互形成一个庞大的数据网络。这将从根本上改变我们的生活方式，也将颠覆现阶段的生产方式。

制造与美

制造是什么？制造是一种使物到物发生转变的过程。一个产品是用很多不同原材料组合而成的，需要一个制造过程。我们所能看到好产品，是为制造的产物、制造的结果。如果我们评估制造业内一个企业或一个行业的好坏，不应仅从它输出的产品来看，而要真正理解它的内涵，也就是整个制造过程。制造之美可以体现于最终产品之美，但其内涵是制造过程之美。

制造过程的演变可分为以下几个层次：流程有序、流程高效、生态有序、生态高效、流程高效且生态高效、流程智能且生态高效、流程智能且生态智能。首先是基本生产，一开始通过人工手段，后面有了机械化、电气化、自动化，使我们整个制造过程进化得更加高级、形成流程。流程化就是整个企业生产一个产品的完整连贯的有序过程，不仅是流水车间在生产，也包括原材料购买、计划制订、产品生产、运输发送给用户，等等。这样一个完整过程清晰地连贯起来，是为了使产品生产效率最高、成本最低。在达到了流程有序和高效后，需要使制造生态化，企业制造产品不仅仅是靠企业自身，还包括外包公司、第三方采购等等，这是在制造生态系统中可能存在的方面。同样，制造生态系统也需要有序和高效。最后的一部分即是智能化，智能化是使整个制造生态、整个流程效率更高、更严谨，产品能更快满足消费者的需求。智能化当中利用了很多新技术，将智能化结合进生产制造，即流程智能且生态智能，是当前制造过程应当具备的条件。下一步，可能仍是通过新技术推动社会发展，推动制造过程的进一步发展。