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篇（1）

中圖分類號：TB47 文獻標志碼：A

增材制造技術又稱快速成型技術（RapidPro－totyping，RP），是20世紀80年代中期發展起來的一種利用材料堆積法制造實物產品的一項高新技術．該技術借助計算機、激光、精密傳動和數控等手段，將計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）集成于一體，以逐層累積的建造方式在短時間內直接制造產品樣品，無需傳統的機械加工設備和工藝，顯著地縮短了產品開發的周期，增強了企業的競爭能力［1］．相比傳統機械制造方法，增材制造技術可以實現任意復雜結構模具等的快速制造，在單件或小批量生產用機械制造過程中，具有制造成本低，周期短的優勢，因此廣泛應用于機械制造業［2］．

1增材制造技術發展現狀

1．1增材制造技術在國外的發展

增材制造技術最早出現在1892年，美國Blan－ther用分層制造法構成地形圖并申請了專利，開啟了該技術發展的序幕．20世紀80年代，RP技術經歷了快速及根本性的發展，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年生產出了世界上第一臺液態光敏樹脂選擇性固化快速成型機（SLA－250）．20世紀90年代后期，出現了3DP、SDM、SGC、FDM等十幾種不同的快速成型技術．2012年美國總統奧巴馬為重振美國制造業提出一系列計劃，將3D打印技術列為11項重要技術之一．英國技術戰略委員會“未來的高附加值制造技術展望”中，把增材制造技術列為提升國家競爭力，應對未來挑戰的22個應優先發展技術之一［4］．目前，美國Ford汽車公司和DuPont公司已經在他們的生產線上采用RP技術，美國Pratt＆Whitney公司已應用RP技術制造鑄造熔模．歐洲和日本等國家也不甘落后，紛紛進行RP技術及設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設備最積極的地區是東亞，尤其是韓國、香港、新加坡［5］．國外RP技術在航天航空、汽車交通、醫療器械、藝術創作等多個領域得到應用．

1．2增材制造技術在國內的發展

我國于90年代初才開始增材制造技術研究，雖短短20余年時間，卻得到了工業界的高度重視，發展迅速．2013年，國內媒體紛紛報道，將RP技術稱為“3D打印—無所不能的未來”［6］、“幾乎顛覆傳統的制造模式”［7］等．我國已擬定增材制造技術路線圖和中長期發展戰略，中國工程院2012年1號文件內容即為進行“增材制造技術工程科技發展戰略的研究”，成立了由華中科技大學、西安交通大學、清華大學、北京航天航空大學、西北工業大學和國防科工委625所等專家組成的工作組，并已在2013年3月提交相關咨詢研究報告［4］．目前，我國已初步形成增材制造設備和材料的制造體系．部分國產設備已接近或達到美國公司同類產品的水平，設備及材料價格便宜．在國家科學技術部的支持下，我國已在深圳、天津、上海、西安等地建立一批向企業提供快速成形技術的服務機構，推動了增材制造技術在我國的廣泛應用．另外，我國的部分科研院所和企業已研發出光固化、金屬熔敷、生物制造、陶瓷成形、激光燒結、金屬燒結、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．但與工業化國家相比，我國RP技術的研究和應用尚存在一定的差距．

2增材制造技術基本成型原理與工藝

2．1增材制造技術的原理

增材制造技術是采用離散∕堆積成型的原理，通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式，經過材料堆積疊加形成三維實體的一種前沿材料成型技術［9］．其過程為：對具有CAD構造的產品三維模型進行分層切片，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、粉末燒結等），形成各界面并逐步疊加成三維產品［10］．由于增材制造技術把復雜的三維制造轉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雜的零部件，極大地提高了生產效率和制造柔性［11］．增材制造技術體系可分解為幾個彼此聯系的基本環節：三維模型構造、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增材制造技術的制造工藝

隨著CAD建模和光機電一體化技術的發展，增材制造技術的工藝發展很快，按照所用材料和建造技術的不同，目前投入應用的已有十余種工藝方法．其中發展較為成熟的主要有光固化立體成型、分層實體制造、選擇性激光燒結等．上述工藝發展較為成熟，在此不再贅述．金屬直接成形法可以實現具有較高致密度和力學性能產品的快速制造，但工藝難度大，因此整體還處于技術研究階段［2］．現將發展潛力較大、較前沿的金屬直接成型工藝進行重點介紹．2．2．1激光立體成形技術激光立體成形技術（LSF）是在快速成形技術和大功率激光熔覆技術蓬勃發展的基礎上迅速發展起來的一項新的先進制造技術［12］．該技術綜合了激光技術、材料技術、計算機輔助設計、計算機輔助制造技術和數控技術等先進制造技術，通過逐層熔化、堆積金屬粉末，能夠直接從數據生成三維實體零件，具有無模具、短周期、近凈成形、組織均勻致密、無宏觀偏析等優點［13］．這項技術尤其適用于大型復雜結構零件的整體制造，在航空航天等高技術領域具有廣闊的發展前景．目前，LSF的研究不斷取得突破性進展，發展迅速．如西北工業大學凝固技術國家重點實驗室，在國內率先提出LSF發展構思，并研發一套完整的高性能致密金屬零件的激光立體成形理論、技術與裝備，榮獲陜西省科學技術一等獎［14］．近年來，LSF在大型鈦合金構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、冶金質量控制、系統裝備等方面的一系列難題［4］，如試制成功C9飛機翼肋TC4上下緣條構件．另外，LSF在一些理論研究方面也取得一些進展，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在航空航天領域的設備修復、激光組合制造、現場維修和再制造以及醫用植入體應用等領域已得到廣泛應用．其中，航空航天領域研究進展顯著，如航空航天高性能薄壁零件的成形、挽救常規技術不可修復的航空發動機零件、修復高推重比航空發動機整體葉盤、尾氣能量處理透平機0Cr17Ni4Cu4Nb葉輪修復［4］等．LSF發展較快，已在國內外獲得廣泛應用，還須在工藝研究進一步系統化、理論研究繼續深化、發展激光涂覆過程的實時觀測技術、開發適用于該技術的合金材料、成形精度與成形速率如何達到最佳匹配［15］等方面加大研究力度．2．2．2激光選區熔化工藝激光選區熔化工藝（SLM）是激光選區燒結技術的一種升級和衍生，是直接進行金屬打印的最新前沿技術之一．該技術為將零部件CAD模型分層切片，采用預鋪粉的方式，掃描鏡帶動激光束在計算機控制下沿圖形軌跡掃描選定區域的合金粉末層，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百瓦級，精度高（最高可達0．05mm），質量好，加工余量小．除精密的配合面之外，制造的產品一般經噴砂或拋光等后續簡單處理就可直接使用．該技術燒結速度快，成型件質量精度高，適合中、小型復雜結構件，尤其是復雜薄壁型腔結構件的高精度整體快速制造［16］．SLM可為生產高精密、復雜器件提供全新的制造方法，應用前景廣闊．如：美國GE公司在各大型企業中率先成立金屬材料激光熔化增材制造研發團隊，并在LEAP噴氣發動機中采用SLM制造燃油噴嘴；美國NASA馬歇爾航天飛行中心于2012年采用激光選區熔化成形技術制造了復雜結構金屬零部件樣件，用于“太空發射系統”重型運載火箭；2013年8月，NASA對SLM制造的J－2X發動機噴注器樣件進行了熱試車試驗并獲得成功；美國加利福尼亞大學圣迭戈分校太空發展探索團隊用3D打印方法制造火箭發動機推力室組件等［16］．在設備開發方面，早在2004年，華南理工大學與北京隆源合作，在國內選區激光燒結設備的基礎上首先開發出選區激光熔化快速制造設備Dimetal－240．2012年，華南理工大學研發出最新精密型Dimetal－100成型機［17］．目前，各研究機構一直致力于高（變）致密度、成型角度、薄壁、力學性能等基礎研究，適用于該技術的各種金屬材料及工藝研究有待開發．

3增材制造技術的應用典型

3．1設計驗證方面的應用

增材制造技術在設計驗證方面應用廣泛，可應用于航天系統功能性風扇組裝、進行功能性和聲響測試，使得模擬實際旋轉速度達15000r／min，遴選出問題解決方案，節約成本［18］．保時捷將其用于功能性測試，以便分析冷凍液流動特性，改變設計以減少紊流．另外，美國GE公司采用增材制造技術用1個零件代替原設計20個零件組成的飛機發動機噴嘴，減重25％，增效15％，制造成本大幅度降低，已大批量生產；美國公司還采用增材制造技術，成形了能耐熱3300°C的復合材料航天發動機零件，使其成為“龍飛船2號推力達到龍飛船1號推力的200倍”技術的關鍵［19］．增材制造技術還可應用于機器人表面映射反饋輔助原型設計［20］、光彈應力分析等．光彈應力分析時，需將作用于激光快速原型工件上的應力可視化，以識別設計不足的區域．圖3為增材制造技術設計驗證的部分應用.

3．2模具制造方面的應用

增材制造技術在模具制造方面的應用廣泛，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，可生產小批量的類似工程塑料、聚氨酯等產件．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，機械性能好［21］．嘉陵集團利用該技術用于摩托車發動機缸頭研制，獲得了巨大的經濟效益．光固化原型與砂型結合鑄造技術應用也較為廣泛，如研發新型四缸柴油發動機缸蓋［18］、開發汽車零部件［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，節約成本．另外，西安交通大學研發出的陶瓷型鑄造，鑄型外殼、內芯和漿料包裹層一體化設計，使航空葉片鑄件合格率由15％提升至85％．東方氣輪機廠利用該技術已研發出空心渦輪葉片，大大提高了葉片機械力學性能［18］．目前，最為先進的快速模具制造方法有樹脂基復合材料快速制模方法、中或低熔點合金鑄造制模、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［18］在模具成本、壽命、制造周期、精度等方面具有綜合優勢，并且模具工作表面具有較好的強度、硬度和耐磨性，模具表面摩擦學特性更接近于鋼質模具，是一種較為理想的快速制模方法．其技術原理、設備及制模應用如圖4、5所示．快速模具技術可節約成本3／4，縮短生產周期約2／3．提高模具制造精度、開發新材料新工藝、直接制造高強度金屬模具等是該技術的重要發展方向．

3．3個性化醫療方面的應用

增材制造技術在醫療模型制造和體外醫療器械［23］、個性化永久植入物制造、組織工程支架制造、細胞打印、器官打印方面應用廣泛，現已取得較大進展．如利用增材制造技術制造出高精度連體骨骼模型，成功實現連體嬰兒分離［24］等．西安交通大學與第四軍醫大學聯合開展骨替代物制造、定制化人工脛骨半關節大段骨重建術、定制化鈦合金半膝關節假體復合大段骨移植、定制下頜骨原型設計［25］等研究，并成功實現中國首例“下頜骨溶解修復”手術［18］．另外，西安交通大學與昆明軍區醫院聯合進行了脊椎手術導航模板制作等研究，進一步擴展了個性化永久植入物的應用領域．采用TCP材料，西安交通大學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，取得一定的科研進展．圖6所示為利用3D打印技術制作的脊椎手術導航模板．

4增材制造技術的發展趨勢

目前，增材制造技術存在許多問題，如材料方面限制、成形精度與成形速度的矛盾、設備及材料的價格昂貴等．在未來的發展中，該技術將會在新材料及創新工藝［26］、裝備與關鍵器件、與傳統工藝相結合等方面展開更深入的研究．另外，增材制造技術要克服一些技術瓶頸，實現關鍵技術環節上的突破，如：與傳統制造結構保持同樣的強度；減小成型過程中的變形，細化光斑、優化材料和工藝［27］，以提高制造精度；進行工藝創新與優化，提高光束能量以提高制造效率［18］等．現階段，該技術將重點研究陶瓷零件制造、復合材料制造、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，使支撐結構中組織發生變化制作碳化硅復合材料零件；使用高介電陶瓷材料，構造復雜型腔結構實現微波負折射功能，進行光子晶體制造，完成傳統制造技術難以制作的內外形結構；深入研究金屬直接成形自愈合原理，進行高溫合金葉片制作實現金屬直接制造［18］等．增材制造技術在工藝研究方面，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定機制并利用粉末負離焦技術制造薄壁，使工件側面平均粗糙度達到10．04μm；充分研究葉片制造中的曲率效應，實驗發現曲率大處熔化嚴重；進行空心葉片掃描路徑設計與實驗研究，以輪廓、光柵（方向優化）、分區的路徑選擇掃描復雜空心葉片，減少空行程，節約粉末；依據液氮控制冷卻梯度，對空心葉片定向晶組織進行控制［18］等．在生物組織制造方面，增材制造技術潛力巨大，應用前景廣闊，如：進行肝組織支架制造，通過仿生流道和定向多孔結構促進肝細胞向支架內生長，研究支架／細胞復合體用于修復肝缺損的有效性［29］；對細胞打印和器官打印等生物醫學前沿領域研究探索［18］等．另外，將增材制造技術與傳統工藝相結合，進行小批量制造，可發揮倍增效益，是該技術發展的一大趨勢．

篇（2）

中圖分類號：TP368.1

1 嵌入式系統的歷史

20世紀60年代以晶體管、磁芯存儲為基礎的計算機開始用于航空等軍用領域。

20世紀70年代之后，隨著單片機出現，再到今天發展成各式各樣的嵌入式微處理器。這使得汽車、民用電器、工業機械器材及各種通信設施，通過內嵌電子設備來獲得更好的使用性能，這些內嵌的電子設備已經初步具備了嵌入式的特點。

20世紀80年代，計算機程序編寫有了突飛猛進的發展，專業人士開始用更高級更精準的操作系統編程進行實際嵌入式應用，使得他們不但節約開發成本，并且可以獲得極高的開發效率和更短的開發周期。

20世紀90年代，隨著對實時急迫要求及各種應用軟件的出現，導致軟件規模數量不斷上升，嵌入式操作系統已經開始出現新的變化，實時性變得非常突出，從而導致一場嵌入式系統研發的革命。

2 嵌入式系統的定義

國際上通用的嵌入式系統定義是“控制、監視或者輔助機器和設備運行的系統裝置，從而完成既定功能的一種軟件系統”。

在我們國家嵌入式系統概念一般認為是：嵌入式系統是以計算機實際應用為基礎，輔以計算機技術，對實際應用功能、安全可靠性、資本消耗等各種程序為導入要求的專用計算機系統。嵌入式系統一般由微處理器、嵌入式操作系統、硬件設備及客戶應用程序組成。

通常的嵌入式系統有以下幾種：：Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive。

3 嵌入式系統的發展現狀

2011年全球嵌入式軟件市場平均增長率為31%，中國嵌入式軟件市場則超過了40%，居世界之首，2012年中國嵌入式軟件產業銷售收入已突破3000億元人民幣，但仍有市場空間。有業內專業咨詢公司預計未來5年，嵌入式軟件產業將繼續保持高速增長態勢，到2015年，產業規模有望達到5000億元人民幣。

在網絡與通信設備、消費電子、數字家電、汽車電子、醫療設備、工業精準控制方面都是嵌入式系統應用的領域，同時嵌入式系統在辦公自動化、金融電子、國防軍事及航空航天等領域也有她的身影，嵌入式軟件均已得到廣泛應用。在應用深度方面，也由最簡單的僅有執行單一功能控制能力的嵌入式系統，發展到幾乎與PC具有一樣的功能，很多復雜的嵌入式系統，由若干個小型嵌入式系統組成。隨著需求的旺盛、技術的進步和市場的成熟，嵌入式設計與應用已成為工業現代化、智能化的必經之路，使嵌入式軟件產業與數字化時代的傳統產業和新興產業的融合趨勢進一步加強。

4 嵌入式系統設計

4.1 硬件設計部分

對于嵌入式系統的硬件設計部分，包含處理器以及I/O 端口等，具體設計包含以下幾個部分。

處理器設計：在嵌入式系統設計中，其核心就是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器設計中，應該具備對實時多任務的響應能力，具有很強的存儲保護功能，具有可擴展性，降低嵌入式微處理器功耗。

總線設計：在總線設計部分，因為總線是進行互連以及傳輸信息、指令、數據的橋梁，因此在設計中應該特別注意，因此在嵌入式系統中，可以采用片內總線與片外總線的方式，確保CPU 與片內部件的連接，也可以確保與外部設備的準確連接。

存儲器設計：在對嵌入式系統的設計中，在嵌入式系統內可以分為高速緩存Cache以及主存、外存三種形式的存儲器，在設計中對這三個存儲器也應該有明確的設計，以便提高系統的運行速度。

I/O端口設計：對于嵌入式系統的I/O設計中，因為嵌入式系統是面向應用的，因此對于輸入/輸出接口設計中，應該具備多任務、多平臺的特點，確保嵌入式系統的適用性。

4.2 軟件設計部分

對于嵌入式系統的軟件設計部分，首先應該清楚嵌入式軟件是嵌入在硬件內的操作系統或者開發工具軟件，是在嵌入式系統設計中的關聯核心，與嵌入式系統是密不可分的，因此對于嵌入式系統的軟件設計中應該具備一定的優勢，嵌入式操作系統中，包括驅動軟件、系統內核以及通信協議、圖形界面、標準化瀏覽器等程序，以滿足嵌入式系統開發設計的需求。

軟件設計中的任務管理：對于嵌入式系統來說，在內核的軟件設計部分，其任務管理中應該具備任務調度、刪除任務、創建任務、掛起任務以及設置任務優先級的功能，以此來實現對嵌入式系統的調度。

內存管理的設計：在嵌入式系統的軟件設計中，對于系統的內存管理中，將會采用靜態內存分配以及動態內存分配的方式進行管理，并且應用虛擬內存技術，為實時用戶提供強大的虛擬存儲管理機制。

通信以及同步互斥機制：對于嵌入式系統的通信，將會采用一定的機制，實現任務間的通信，在優先級的限制性下實現任務的中斷、同步以及互斥的功能。

軟件設計中的中斷管理：中斷設計中，當程序中的中斷發生時，需要對中斷現場進行保存，將其轉到相應的服務程序上，并且在退出中斷后還要恢復中斷。

軟件設計中的時間管理：在嵌入式系統中，具有很高的時效性，這些全是依靠時鐘的作用，因此在軟件設計中提供高精度以及可以設置的時鐘，在嵌入式系統中負責與時間有關的任務管理工作；其中包括對計時、時間片輪轉調度等。

任務擴展功能的設計：在嵌入式系統軟件設計部分，在軟件設計中還需要設置一些任務擴展部分，以此來實現對新任務的創建、切換以及刪除工作，提高嵌入式系統的使用效率。

5 嵌入式系統發展的趨勢

隨著信息時代的到來，嵌入式系統有了快速發展的基礎，也產生了眾多嵌入式產品，為嵌入式系統發展展現了美好的未來，從目前來看，嵌入式系統發展趨勢有以下幾點：

首先，嵌入式系統開發是一項綜合系統工程，包括了幾項或者N項不同系統產品的集合體。嵌入式系統研發廠商不但要提堅實可靠的嵌入式系統軟硬件，還需要提供為嵌入式系統軟硬件服務的開發工具和軟件支持，這是嵌入式系統能良好發展下去的必備條件。

其次，現實社會的高度信息化對嵌入式系統要求越來越高，并且二者依賴性越來越強。這不光表現在互聯網技術的成熟，3G、4G帶寬速度提高，歸根到底是人類知識成幾何級數爆發，這樣的產品使得我們身邊的多媒體產品和遠程智能操控更加便捷，如手機、智能家電（電視、冰箱、空調、微波爐）、智能房屋等功能不再單一，打破了人們對一般產品的慣性思維，導致產品結構更加復雜。

再次，現實生活產品與網絡互聯（虛擬世界）是嵌入式系統發展的必然趨勢。這主要體現在嵌入式設備為了適應高速運行的網絡，通過硬件上不同的網絡通信信息接口來進行各種不同功能有機整合。目前嵌入式處理器大多是內嵌網絡接口，支持TCP/IP協議，同時支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA當中的一種或者幾種，嵌入式系統軟件系統內核還要支持不同網絡模塊版本，以此來實現工作、生活、娛樂三合一式上網要求。

四是精簡嵌入式系統內核，適當降低系統功耗，實現功能成本最大化。在人們的設想中未來的嵌入式產品應該是適用性強、覆蓋面廣、性價比高、價格低廉的一款大眾化產品，這就要求嵌入式系統研發廠商不但減低系統功耗，減少不必要的成本，還要精簡系統內核，求得與系統功能緊密相關的軟硬件設計，運用價值工程原理進行優化組合生產出更多更優秀的嵌入式系統產品。

最后嵌入式系統要為客戶提供更多更理想的多媒體人機界面，完美體現人性化的一面。

之所以嵌入式設備產品能有很好的發展前景，與嵌入式系統方便快捷人性化特點是分不開的。嵌入式系統產品不光與客戶互動，還能虛擬化出現實生活中的場景，讓客戶深入其中，為人們帶來巨大角色互換感覺，同時也對產品的圖像界面、靈活的操制方法及便攜等提出了更高的要求，嵌入式設備的高要求反過來促使軟件設計人員在多媒體（或者M媒體）技術上下大力氣進行編程擴展。如，界面手寫輸入、語音輸入、遠程家電控制、圖像色彩、多合一功能等等都要客戶獲得嶄新的感受，成為人們生活中不可離缺的一部分。

6 流行的嵌入式Linux操作系統介紹

嵌入式linux是將現階段的人們經常使用的Linux操作系統進行修改升級，并讓其在嵌入式計算機系統上運行，保證使用者要求功能的一種操作系統。嵌入式linux特點一是既繼承了互聯網上無限的開放源代碼，二是它的版權費免費（我認為未來一定時期內是免費的，可能是十年吧，但天底下沒有免費的午餐），三是便捷性操控性能優異，更容易軟件移植，四是產品更替速度快，研發周期短，產品上市迅速，極大地發揮人類知識的創造力。五是產品實時性能穩定，安全性好、性價比高。

嵌入式linux速度很快，linux是可以定制的，系統內核最小只有一兩百KB。Linux是免費的OS，在價格上極具競爭力。Linux還有著嵌入式操作系統所需要的很多特色，突出的就是Linux適應于多種CPU和多種硬件平臺，是一個跨平臺的系統。到目前為止，它可以支持二三十種CPU。而且性能穩定，裁剪性很好，開發和使用都很容易。Linux內核的結構在網絡方面是非常完整的，Linux對網絡中最常用的TCP/IP協議有最完備的支持。提供了包括十兆、百兆、千兆的以太網絡，以及無線網絡，Toker ring、光纖甚至衛星的支持。所以Linux很適于做信息家電的開發，還有使用Linux為的是來開發無線連接產品的開發者越來越多。

嵌入式Linux的應用領域非常廣泛，涵蓋了我們生活工作大部分空間，人們越來越離不開它，它影響著并在一定程度上改變著我們的生活與工作方式。近來研發人員利用嵌入式Linux自身特點，把它應用到嵌入式系統里中，像GNOME，KDE，UTITY等都是很優秀的桌面管理器就是一個典型，并且其背后有著眾多的社團支持，可定制性極強，這點已經在Unix和Linux世界普及開來。

7 結束語

作為新一代IT發展和提升價值鏈高端地位的關鍵技術，可信嵌入式軟件是推動中國高端裝備產業由“中國制造”向“中國創造”轉型升級的關鍵因素。 綜上所述，在今后的嵌入式系統發展中，還將更加趨于低成本、網絡化、智能化、精簡化、效率高以及集成性的發展趨勢，讓嵌入式系統徹底改變人們的生活。

參考文獻：

[1]魏洪興.嵌入式系統設計師教程全國計算機技術與軟件專業技術資格水平考試指定用書.2012，03，01.

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篇（3）

中等身材，精精瘦瘦，不修邊幅，一笑，眼角和臉上就會“堆積”出幾條皺紋，有點像加工后炭／炭復合材料上碳原子的有序走向。走在大學校園里，黃伯云更像是一位教授，而不是一校之長。

在外人看來，1988年43歲從美國留學回國后的他，在17年間完成了人生的幾次飛躍：兩年后當上了教授和粉末冶金所所長，5年后當了副校長，10年后當了大學校長，11年后當了院士，17年后率隊“問鼎”國家發明獎一等獎。

一帆風順的背后，是常人看不見的艱辛和求索。“別人是十年磨一劍，我們是二十年磨一劍。”對于他來說，在粉末冶金和材料領域二十多年的不懈求索，終于開出了今天的花朵。雖然查閱了世界上最強大的中文搜索網站，但是他的“前半生”似乎都是空白。這位湖南南縣農村里走出來的科學家，對有報道說他從小就“想當科學家”的說法，雖未直接否定，但意思已經表達得很清楚：“就是想好一點讀，讀好一點，那是皮鞋――考上大學，就成了國家干部，穿上了皮鞋和草鞋的決戰。”

20世紀80年代初，他以全校總分第一的成績考取為數甚少的出國名額。留學期間，他就小有成績，在研究上屢有斬獲。在國外直接讀完了碩士、博士、博士后，回國時，他成為改革開放后第一個在國外完成“全序列即碩士、博士、博士后”教育后的歸國留學生。

“留在那里當然是沒有問題。我又不是沒有學位，什么都有。”黃伯云對自己的“反常行為”看得很清楚：“改革開放以后，沒有多少人出去的時候我出去，別人都出去的時候我回來。”回憶起最初的困難，黃伯云面帶微笑，顯得達觀和幽默：“我在美國時是兩部汽車，回來后兩部單車，還跑丟了。單車前面掛一個鉤，后面掛一個勺，要買鍋買盆。”

“1988年黃伯云回來時戶口都沒有，糧食也沒有。因為糧店買米要戶口，因出國時間長，家里戶口也被吊銷了。當時糧票還起作用，好在他還有一點糧票，就和人家換米吃。雖然吃飯問題后來解決了，但那時部里很多人都不知道博士后的概念。你是博士后啊，我們很多博士都沒有經費，你是博士后，那就排在博士后面吧。”

“現在我們是唱大戲了”

又黑又圓的中空剎車片，像挖空的完整的冬瓜片。手一摸，手指頭就染上了黑色。真不愧是炭黑――石墨的同位素“兄弟”。仔細觀察，工人在加工時都帶著白手套，只是手心、手指頭部分都已經變黑了。

以前只知道炭纖維能夠用于航天，是一種高端材料，我國大部分依賴進口。至于炭纖維究竟高級到什么程度？卻沒有感性認識。

一張小小的標識牌，記錄著這些貌不驚人的剎車片的價值：薄薄的9片剎車片，正好“武裝”飛機一個輪子的剎車，按照每片2萬元計算，高不過20厘米、重不到32公斤的剎車片，“制造”了近20萬元的市場價值，約等于每克6元錢。2004年，僅依靠這一個項目，黃伯云領導的課題組成立的學科性公司就“收獲”了數千萬元定單。然而，在起步之初，人們更多的是觀望和懷疑，甚至質疑。炭纖維是近幾十年興起、至今仍是世界高科技產品，由于它的特殊性能，航天飛行器、民航客機上都有它的身影。而炭／炭復合材料作成的剎車盤，更是長期被美、英、法三國壟斷。即使是俄羅斯這樣的航空航天強國，也久攻不下。前車可鑒，中國人能做出這么高難度的材料和產品嗎？

“這是技術發展趨勢，我們不做，誰去做？”黃伯云不為質疑所困惑，他認準了就不回頭：“這是飛機剎車材料的更新換代，我們不跟上，哪行？何況國家有急切的需求，我們大量飛機的剎車片不能總靠進口吧？”中南大學粉末冶金研究院實驗室內的兩臺小型爐子和展示柜內簡單的實驗樣品，見證了研究人員最初的艱辛。1998年，課題組在實驗室獲得了炭／炭復合材料的毛坯，圓圓的毛坯里是無數根“納米”級、比頭發絲細很多的炭纖維。檢測表明，其摩擦性能達到了國內外相關標準。同年，炭／炭復合剎車材料經國家發改委批準立項，作為高技術示范工程加以支持。1．5億的資金投入，讓黃伯云真切地感受到了什么叫事業高峰的沉重壓力。

“只有山窮水盡，才能看到山后面的風景”

2000年的失敗，是黃伯云最痛苦的時刻。實驗室成功了，剎車片上慣性試驗臺檢驗性能。那是一個模擬實戰條件的檢測平臺，甚至比實戰要求還要高。

可2000年，連續兩次試驗都失敗了。2000年9月，第一次做慣性臺試驗，試驗項目非常多，要模擬飛機的各種著陸狀態，在做“終止起飛”――飛機起飛達到最大速度時突然要求停下來的實驗時，剎車片溫度急劇升高，摩擦系數下降得很厲害。“花了一個月的時間做實驗，最后失敗了。” 黃伯云說：“實驗室里明明好好的，誰也沒有想到慣性臺上會過不去。”當時整個隊伍都遭受了巨大打擊，“都到了崩潰的邊緣，眼看著就要垮下來。”時隔5年后，回想起那段時光，黃伯云仍然心有余悸：“錢輸光了，招數也用完了，很痛苦啊。”

“這時候，是黃老師力挽狂瀾。”黃伯云的學生、現任粉末冶金研究院副院長的熊翔說。黃伯云一班人痛定思痛，推倒重來，從頭開始做起，一項項檢查，一點點琢磨。改進工藝、添加新的材料……時隔1年多，成功終于降臨。在后來的“實戰”試驗中，飛機場內幾百人觀看，消防車一字排開，飛機上除了駕駛員，就是課題組的成員。

“我們要記錄數據，也有信心和飛機同上藍天。心里還是捏了一把汗。”當飛機穩穩地剎住，黃伯云和課題組的人才不由松了一口氣：成功了。中國飛機能上天卻要依賴進口剎車片才能“落地”的歷史結束了。

2003年，課題組實現了小批量生產。2004年，課題組成立的公司獲得了民航總局頒發的炭/炭剎車盤制造人許可證，年產1500多盤，包括其他剎車材料在內的年總產值達5000萬。作為過來人，黃伯云頗有感觸地說，“大風險的背后就是大收獲。”

采用這種自行研制的剎車副，替代傳統的金屬剎車副，使飛機減輕重量數百公斤，并且使用壽命是傳統制動材料的4倍，極大地提高了航空飛行器的功能和效益。“對機來說，哪怕減輕一克重量，都是勝利。”

利用這一技術平臺，他們還研制生產了耐高溫的復合材料，成功應用于航天發動機的特殊和關鍵部件，顯著提升了航天火箭的推進系統水平和綜合性能，獲得了航天產品工藝定型書。正是這些原子“乖乖”的排列，造就了高性能的制動材料，造就了今天的國家技術發明一等獎。在此基礎上，科研人員還創立了實驗室材料性能測試和評價方法，建立我國第一個炭／炭剎車材料地面試驗裝置，規范并制定了我國第一個適航標準。

課題組“微氣氛”：博士“10年讀”

課題組“副帥”熊翔1995年就當了教授，可博士學位去年才拿到。“他這個博士讀了10年。”博士讀10年？黃伯云解釋說，那是因為這些年熊翔一直是他的主要助手，也有人稱為“副帥”，復合材料的研究和攻關離不開他，不允許他一心二用。所以就耽誤下來了。

對于課題組的參與者來說，這種參與是帶有挑戰性的。課題組目前在炭／炭復合材料獲得了9項發明專利，但是專利和論文并不等同。為此，黃伯云曾經數次呼吁，應該將專利尤其是發明專利列入科研考核體系。如今，發明一等獎的獲得，使這個團隊終于有所收獲。在黃伯云的學生兼助手熊翔看來，黃伯云最大的特點，就是執著，“湖南話叫倔。”正是一股子倔勁和胸有溝壑的胸懷，使黃伯云團隊在10多年的時間里奮力前行，一步步走向輝煌。

碳原子和炭纖維界面的結合弱，一直是道高難度的技術難題。“我們開始都沒有當回事。也許是做工程的不太愿意做很深的基礎性研究，認為生產剎車片就像炒菜似的，放進（爐子）去，拿出來，不行，再放進去。”熊翔說，“但是黃老師要求我們要高度重視這個問題。”

課題組通過首創的炭表面原子結構處理技術，解決了“界面結合”難題，彎曲強度、壓縮強度、剪切強度等力學性能均提高了30%以上，耐磨性提高了20%以上。為了攻克剎車材料的這座“高峰”，該項目集中了60多人成立了攻關隊伍。“一個課題組三個教授都難免有摩擦，何況這么多人？”易茂中教授說， “有時候我們爭論得很厲害，各有各的看法。沒有黃校長的組織和協調，沒有他運籌帷幄，發揮領頭人和舵手的作用，事情的結果真的很難說。”

雖然已是副院長，但是熊翔說起“黃老師”仍有點“發怵”。讓學生們逐漸習慣的一件事情是：黃伯云有時候晚上12點以后想起問題來，就給學生們打電話，趕緊布置。“第一次，心里說，誰這么晚了，還打電話？不是有病嗎？可后來就習慣了。”黃伯云自己認為，這個團隊的存在是成功的必要條件。雖然20年來，有進有出，但是基本隊伍還在。熊翔、易茂中等就是其中的中堅力量。

為何敢于申報一等獎？