1、广东省高水平大学重点学科建设项目申报书项目名称：面向3C产业创新设计与智能制造的机械工程学科群建设申报单位：广东工业大学（盖章）主要依托学科：机械工程 设计学所属领域：工学项目负责人：陈新联系电话：020-39322212手机：13903075049项目联系人：刘强联系电话：020-39322221手机：18602078700电子邮箱：liuqiang申报日期：2015年 6 月 2 日广东省教育厅二一五年四月制填 写 说 明一、封面中“主要依托学科”和 “所属领域”分别按学位授予和人才培养学科目录（2011年）中的一级学科和学科门类名称填写，可填多个。二、项目申报简况表、项目负责人及主要学术
2、带头人简况表中所涉及内容均指项目开展直接相关的人、事、物，不相关的不得计入。统计数据要客观准确、有据可查。各项经费应是申报项目相关学科实际获得并计入财务帐目的经费。三、项目申报简况表、项目负责人及主要学术带头人简况表中所涉及的成果（论文、专著、专利、科研奖励、教学成果奖励、新技术新产品新工艺等）应是署名本单位在职在岗人员获得的成果。引进人员在调入本单位之前署名其他单位所获得的成果不填写、不统计。四、本申报书填写内容必须属实，字迹要清晰，并根据要求填写，页面可视需要延展或缩小，但不能删除栏目或改变原有格式。一、项目概况（一）本项目主要依托学科的优势与特色简介本项目主要依托广东工业大学机械工程与设
3、计学两个一级学科，以机械工程为重点建设学科。机械工程学科是广东省“211工程”重点建设学科、广东省攀峰重点学科。学科目前拥有一级学科博士点、国家工程实验室1个（制造物联网国家地方联合工程实验室）、教育部重点实验室1个（微电子精密制造技术与装备）、广东省重点实验室2个（计算机集成制造实验室和微纳加工技术与装备实验室）、广东省创新团队2个（纳米数控装备及纳米加工技术创新团队、高技术陶瓷先进制造技术创新团队）。学科现有国家级实验教学示范中心1个（工程训练中心）、国家级教学团队1个（机械基础系列课程教学团队）、国家级精品课程1门（工程制图）、国家高等学校特色专业建设点1个（机械设计制造及其自动化专业）
4、、国家级综合改革试点专业1个、国家“卓越工程师教育培养计划”专业1个（机械设计制造及其自动化专业）。设计学学科为广东省优势重点学科，拥有工业设计与创意产品二级学科博士点、设计学一级学科硕士点。工业设计专业为广东省特色专业，所在学院为国际艺术、设计与媒体院校联盟（Cumulus）成员（中国大陆仅有十所高校）。学科建有国家级大学生艺术学实践教育基地、广东省人才培养模式创新实验区、广东高校电子产品工业设计工程技术研究中心、广东省工业设计集成创新工程技术研究中心等平台，联合东莞市政府组建了国家发改委现代服务业产业基地1个（广工大华南设计创新院）。两大学科相互融合，瞄准广东省3C（Communicati
5、on, Computer, Consumer Electronic，通讯、计算与消费电子）产业的重大需求，大力推进团队建设、科学研究与产业服务： 引育了三大广东省创新团队（纳米数控装备及纳米加工技术创新团队、高技术陶瓷先进制造技术创新团队、工业设计集成创新团队），组建了广东3C电子制造装备协同创新中心（国家级培育平台），并对接了美国佐治亚理工学院先进封装技术团队、美国橡树岭国家实验室高技术陶瓷团队、香港科技大学精密运动控制团队等世界一流的科研队伍，集聚了以美国工程院院士、中组部千人计划专家等为代表的国际高端人才10余名，师资实力雄厚、学术思想前沿、创新氛围浓郁。 围绕3C电子产品的创新设计、电
6、子制造高端装备、电子产业难加工材料先进加工技术、智能制造系统等主题，在高速机构的微分流形运动构型与刚柔多体动力学优化、宏微复合精密运动检测、特种能场加工、近原子尺度的表面材料去除与精度形成机理等方面开展了深入的基础理论与应用研究，取得了系列重大成果，建立了较为系统的面向3C高端制造装备研发理论体系，在该研究领域初步形成了国内领先的技术优势，具有一定的国际影响力。 依托本学科及相关学科、联合地方政府建立了三个亿元级的协同创新平台（佛山南海广工大数控装备协同创新研究院、东莞华南设计创新院、广东省智能机器人研究院），汇集了人才、技术、资金、市场等创新要素，开拓了“科学研究+团队建设+人才培养+产业服
7、务”的复合型“创新驱动发展”路径，打造了“产业预测基础研究技术攻关应用开发产业化”的完整创新链，初步建立了具有国际水平的3C装备研发与产品创新设计基地。（二）本项目主要研究内容及前期研究基础，拟重点突破或拟解决的关键问题，预期成效等。项目的整体建设思路：瞄准产业需求形成学科特色，立足学科基础规划研究方向，围绕研究方向开展学科建设。学科与方向的相互关系如图1所示。图1 学科与方向的相互关系（1）主要研究内容与拟解决的关键问题研究方向一：电子制造高端装备与智能化集成重点研究面向电子制造高端装备的高速高加速条件下多维精密运动实现的理论与方法，包括刚柔多体高速机构动力学优化、高速精密运动测量与补偿、纳
8、米精度制造中表面/界面效应与尺度效应、多机器人高速协调与智能集成等若干前沿基础理论与技术；研发一系列具有国际水平的高密度三维芯片与器件封装装备、光电子器件微纳级加工装备和3C智能机器人。以广东省“纳米数控装备及纳米加工技术创新团队”为基础，组建国际一流的电子制造高端装备研发队伍；以微电子精密制造技术与装备教育部重点实验室、计算机集成制造广东省重点实验室为基础，培育电子制造高端装备国家重点实验室。研究方向二：面向电子制造的先进加工工艺与方法以光学晶体、Si和SiC晶圆、电子级金属材料、LED陶瓷基板、高端印制电路板、高等级精密陶瓷球等为主要加工对象，针对“电子制造中尺寸缩微与异质集成引起的加工精
9、度与效率难以保证”的瓶颈，研究电子制造中难加工材料的脆/塑去除机理、软硬脆复合材料的微细结构制备方法、纳米级超光滑表面创成机理、微纳尺度能场异质传递与相互作用机制、微细零件精密制造的形/性协同机理等基础理论；攻克三维芯片高深宽比海量微孔（1040m）的特殊加工、超薄大尺寸高效散热陶瓷基板制备（100m）等一批国际前沿难题，研发相应的高速高效超精加工工艺与工具，为下一代电子制造装备研发提供技术支撑。以广东省“高技术陶瓷先进制造技术创新团队”为基础，组建国内领先的电子材料先进加工技术研发团队；以广东省微纳制造技术与装备重点实验室、现代产品设计与制造实验室为基础，培育电子产业难加工材料先进加工技术国
10、家工程中心。研究方向三：面向3C电子产品的创新设计方法、模式与技术针对“设计过程中市场需求设计创意研发方案产品原型创新路径阻滞”的瓶颈问题，研究以可拓设计方法为核心的3C电子产品创新创意设计方法、技术创新与文化创意驱动的跨界设计模式、虚拟设计/多学科优化等相结合的集成设计技术，快速提升3C产业的持续创新能力。以广东省“工业设计集成创新团队”为基础，依托华南设计创新院（国家发改委现代服务业产业基地），汇集国内外一流设计团队，搭建支持“大众创新、万众创业”的国家级众创平台与实践基地。（2）前期基础近5年来，项目引育了广东省“创新团队”3个，国家千人计划专家、广东省领军人才等高层次人才17人，建成了
11、高水平的研发团队；建设了“微电子精密制造技术与装备教育部重点实验室”、“制造物联网国家地方联合工程实验室”等一批国家、省部级研发平台及教学基地，联合地方政府创建了“佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院”、“东莞华南设计创新院”与“广东省智能机器人研究院”三个亿元级协同创新平台，组建了广东3C电子制造装备协同创新中心（国家级培育平台）。近三年具有代表性的研究成果（第一完成单位获奖）主要包括：1）半导体器件后封装核心装备关键技术，经广东省科技厅鉴定：整体技术水平国际先进、国内领先，2014年获国家科技进步奖二等奖；2）难加工脆性碳素零部件的高速精密加工关键技术，经广东省科技厅鉴定：整体技术水平
12、国内领先，2014年获广东省科学技术奖一等奖；3）面向定制生产的协同制造系统关键技术，经广东省科技厅鉴定：整体技术水平国内领先，2013年获广东省科学技术奖一等奖；4）一种金属带材无毛刺分切加工装置及其加工方法，产生直接经济效益超过18亿元，2013年获国家专利优秀奖和广东省专利金奖;5）可拓学的基本理论与方法，经广东省科技厅鉴定：可拓学属于我国原创，2012年获吴文俊智能科学技术奖创新一等奖、2014年获广东省推荐2015国家自然科学奖。6）大众化教育背景下多样性本科人才培养机制的创新与实践，2014年获国家级教学成果奖二等奖。学科在3C产品创意创新设计、电子制造高端装备、3C产业难加工材料
13、先进加工等特色研究领域初步形成了国内领先优势。研究基础雄厚，已取得系列重要研究成果：在分立器件后封装装备领域若干关键技术国际先进、国内领先；在难加工脆性碳素零部件的高速精密加工、面向定制生产的协同制造系统等领域若干关键技术国内领先；在可拓设计、集成创新设计等方面取得了具有国际影响力的原创成果。（3） 预期成效 构建面向3C高端制造装备研发的理论体系，在新一代三维高密度封装装备、光电子器件纳米级数控装备、电子产业难加工材料的高速高效超精加工等方面取得系列重要的基础理论突破，在电子制造高端装备、核心关键零部件、先进加工工艺与方法等方面攻克若干核心技术、打破国外垄断，形成具有国际一流水平的系列理论与
14、技术成果，力争获得2-3项国家级奖。学科在3C制造装备研发领域的国内领先优势进一步扩大，国际影响力不断提升。 建设国家重点实验室、国家工程中心、国家级众创平台与实践基地等一批高水平学科平台，引育院士、杰青、千人等高水平人才，两大学科均进入教育部评估同类学科排名前10%。 依托三大创新平台，联合行业龙头企业，汇集创新资源，形成面向3C产业的创新设计平台与技术研发协同创新环境，在引领支撑产业的高速发展上成效更加显著。 以“扩大国际视野、提高专业水平、提升创新能力”为目标，改革教育教学模式，为我省3C产业培育输出大批高素质复合型创新人才。（三）本项目在学校整体规划中的定位，以及对学校整体水平提升的意
15、义和作用。本项目作为学校的牵引项目，瞄准广东产业未来的战略需求，强化学科基础建设，在学科方向凝练与队伍建设、科学研究及成果转化、人才培育模式改革、学生全面创新创业等方面先行先试，探索切实可行的方法与路径。项目的实施可带动我校材料科学与工程、控制科学与工程、电子科学与技术、计算机科学与技术等学科同步发展，提升我校工程学科的学术研究水平与产业支撑引领能力。推动学校工程学科在已进入全球ESI 1%的基础上再前进100200位。二、项目实施的必要性和可行性分析（一）国内外研究现状和发展趋势分析电子制造已进入后摩尔时代，国际电子制造技术的变革与换代速度不断加快，如芯片及器件技术从平面封装向立体高密度堆叠
16、转变的趋势已经显现，这将更加依赖于先进封装与精密制造装备、高速高效超精加工工艺与工具、智能制造系统与集成、创新创意设计等技术的发展与进步，迫切需要建立涵盖设计、制造、工艺和装备研发的完整创新链，以形成持续的创新设计能力与强大的制造能力。电子封装是芯片及器件功能实现和物理保护的重要手段，很大程度上影响了3C电子产品的整体性能。传统封装装备领域一直被ASM和KNS等国际巨头垄断。近十年来，国内特别是广东省大批中小型封装装备企业迅速成长，在中端、偏高端市场上与国际巨头初步形成抗衡局面。但在更高速度和精度的封装装备、新一代三维高密度封装装备领域，国际巨头已投入大量人力物力进行研发，占据了研究前沿，而我
17、国尚处于起步阶段，技术储备明显不足。此外，背光模组、导光板、光学镜头等3C产品零部件的制造技术尚未实现国产化，而制造这类零部件的微纳级精密数控加工装备市场一直被美国Moore和Precitech等公司所垄断，进口受限、价格昂贵。国内哈尔滨工业大学、国防科技大学、航空303所等单位先后开展微纳装备的研发，高速加工情况下微/光电子器件制造精度保证仍是国内所面临的共性技术难题。广东工业大学研发的五轴自由曲面数控机床加工精度已达到10纳米级，接近国际先进水平。整体而言，国产装备与欧美日相比差距较大，超精密气浮主轴、静压导轨和精密检测系统等关键功能部件主要依赖进口。新一代3C电子产品正向功能集成、微型化
18、和轻薄化发展，加大了电子基础材料的加工难度，亟需突破晶圆、陶瓷散热板、PCB等承载基板，Si和SiC难加工材料，三维芯片中高深宽比海量微孔等加工瓶颈。在承载基板精密复杂微细结构的加工方面，美国率先提出了激光加工和超快3D打印等新型方法，德国在超高速加工、LIGA工艺、超短脉冲微细电解加工和超声加工等方面享誉全球，国际封装装备巨头ESI联合麻省理工学院投入巨资正在研究三维芯片微通道阵列制作方法与装备。国内南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等单位率先开展了微细结构加工方面的研究，取得了系列成果；广东工业大学在Si、SiC等难加工材料的平坦化、PCB复合材料超微细钻孔和特种能场微加工等方面进行了深入探
19、索，成果丰硕。但整体上，国内在电子基础材料加工方面跟踪研究居多，原创少，技术系统性、先进性与国外差距较大。当前，融合文化创意、工程技术、商业市场的工业设计集成创新已成为3C电子产品设计产业的共同趋势。在“需求创意方案原型”的创新路径中，TRIZ及其派生的OTSM和USIT理论、可拓设计方法已被应用于3C电子产品的设计创意；以用户体验为核心的跨界融合理念贯穿设计过程；移动互联等新兴技术成功融入产品原型制作。美国在这一领域处于引领地位，不仅造就了硅谷和兴盛的制造业，更在互联网时代进一步推动了美国文化的全球战略。苹果公司的成功，成为工业设计集成创新的典范。我国仍以加工模仿、构造差异化产品为主（微创新
20、阶段），亟需推广TRIZ、可拓设计等创新方法的应用，开创科技、艺术、人文和商业等多要素集成的设计新方法。总体而言，我国3C产业历经十余年的快速发展，技术水平与国外相比，差距不断缩小，但该领域研究基础与核心技术仍处于劣势： 与3C制造装备相关的基础理论体系不够健全、技术体系不够系统、国际前沿的原创性成果不多等； 高水平基础研发平台建设力度不够，国际一流的研发团队聚集度不高，专业化的创新型人才紧缺； 电子制造高端装备的整体水平与国外先进水平代差明显，核心零部件主要依赖进口，先进加工工艺与方法尚处于跟踪研究为主的阶段； 因市场发展速度快、投资风险较大等原因，企业长线投入动力不足。（二）国家和区域（行
21、业）需求（必要性）分析3C产业已成为我国特别是广东省的支柱产业之一。据工信部最新发布的2014年电子信息统计公报显示：我国电子制造业规模逐年扩大，2014年产值超过10万亿，手机和微型计算机的出货量均占全球出货总量50%以上。当前，部分国际3C巨头正处于战略调整期，广东省拥有世界上最完善的电子制造产业链，正迎来从中低端市场向中高端市场挺进的黄金战略窗口期。为配合我省3C产业转型升级，亟需： 对接国际前沿，打造具有国际视野的一流学术队伍，建设具有国际水准的学科，开展国际前沿的基础理论攻关，引领产业未来发展； 开展深入持续的国际前沿科研合作和系统广泛的产学研合作，建立良性的技术研发生态，开展共性技
22、术攻关与协同创新，大幅提升自主研发能力，支撑产业快速提升； 推进新一代电子制造工艺与装备的研发和产业化，保证技术先进性； 推动3C机器人等组装装备与智能整线技术的规模化应用，缓解人力资源短缺危机。我国3C产业已进入高速发展阶段，核心技术仍受到国外钳制，危及产业健康发展与国家安全。因此，搭建国际一流水平的科研平台与学科队伍，开展深入、系统的基础理论研究与共性技术攻关是该产业强盛的必由之路。（三）本项目依托主干学科已形成的特色和优势，以及对实施本项目的意义和作用。机械工程学科是广东省“211工程”重点建设学科、广东省攀峰重点学科，是国内最早从事电子制造装备研发的学科之一，拥有教育部微电子装备与技术
23、重点实验室、广东3C电子制造装备协同创新中心，还拥有两大广东省创新团队等，理论研究深入、技术积淀深厚、市场应用广泛，已取得了与学科特色研究方向相关的系列重要的成果：近三年，以第一完成单位获得国家科技进步二等奖奖1项（另有1项进入国家自然奖答辩）、省科技进步一等奖2项，在该学科特色方向上已初步形成了国内的相对优势，并具有一定的国际影响力。设计学科是广东省优势重点学科，在创新创意领域拥有目前国内人数最多、国际化特征最明显的工业设计团队，拥有国内原创学科开拓学研究团队，2012年获吴文俊智能科学技术奖创新一等奖（被广东省推荐申报2015国家自然科学奖）。两大学科交叉融合紧密、基础雄厚，可为建设国际先
24、进、国内领先的“面向3C产业创新设计与智能制造的机械工程学科群”提供全方位的支持： 在科学研究方面，前期已积淀的理论基础、研究条件、国际合作关系和重要科研成果等，可以支撑新一代3C高端制造装备及先进加工技术的深度研发； 在人才引育与团队建设方面，以重点学科建设为契机，以三个省级创新团队为基础，依托国家工程中心、省部级重点实验室、三大协同创新中心等，通过全职引进、柔性引进、联合引进、引育结合等多种方式，可为3C产品创新设计、电子制造高端装备研发等聚集一批国际一流的高层次人才，组建一支实力雄厚的研发队伍。 在平台建设方面，以现有的省部级重点实验室为核心，以取得的一批高水平成果为支撑，打造电子制造高
25、端装备、电子产业难加工材料先进加工技术等领域的多个国家级平台。（四）本项目的人才队伍基础，包括规模和结构（年龄、专业、职称、专业知识等方面的结构），高层次人才和团队情况等。项目组共有235人，其中教授64人，副教授63人，包括国家“百千万工程”人才、国家千人计划专家、海外杰青、“省创新团队负责人”、广东省领军人才、“千百十”国家级培养对象、珠江学者等10余人，具体分布如下：团队一（电子制造高端装备与智能化集成）拥有专职教师83名，包括教授28人（博导13人）、副教授20人，讲师35人。其中，包括国家“百千万工程”人才、国家千人计划专家、海外杰青、珠江学者共5人。研究领域涉及精密电子装备制造、复
26、杂机电系统控制、机械优化设计、计算机集成制造、智能制造等多个方向。团队二（面向电子制造的先进加工工艺与方法研究）拥有专职教师68名，包括教授20人（博导8人）、副教授18人、讲师30人。其中，包括国家千人计划专家、“千百十”国家级培养对象、广东省领军人才、广东省珠江学者共5人。研究领域涉及机械制造技术、先进制造工艺、高技术陶瓷制备与性能优化、材料物理化学等多个方向。团队三（面向3C电子产品的创新设计方法、模式与技术研究）拥有专职教师84人，包括教授16人，副教授25人，讲师43人。其中，广东省创新团队负责人1人，国家突出贡献专家1人、芬兰设计成就奖获得者1人、广东工业大学百人计划特聘教授4人、
27、外籍和港籍教师10余人。研究领域涉及虚拟设计、可拓设计、多学科优化设计、工业设计等多个方向。此外，通过“广东3C电子制造装备协同创新中心”，已协同了一批国际一流的高水平团队，包括：美国佐治亚理工学院汪正平教授（美国工程院院士、被誉封装之父）的先进封装技术团队，香港科技大学励建书教授（中国科学院院士）和李泽湘教授的运动控制团队等世界顶尖科研团队，哈佛大学David教授（美国科学院院士）的微流控芯片制造团队。（五）本项目依托主干学科近三年承担的国家和省部级重大项目，已发表或出版的高水平论著、已取得的专利、奖励，获采纳的咨询报告等主要成果。分析上述科研工作成效对实施本项目的意义或支撑作用。本项目依托
28、的两大学科近三年承担国家基金重点项目4项、国家基金30余项、国际合作项目1项、973课题1项、国家支撑计划1项，合计到校科研经费8512万，具有代表性的项目包括：1) 国家自然科学基金重点项目：面向微电子制造的高速高精度运动平台的设计及控制科学问题与关键技术研究，270万；2) 国家自然科学基金重点项目：多尺度强韧化氮化硅基陶瓷球的制备与超精密加工研究，241万；3) 国家自然科学基金重点项目：面向电子制造的多机器人高速协同关键理论与方法研究，241万；4) 国家自然科学基金重点项目：高速硬铣削加工多层多元纳米复合涂层刀具及其切削性能研究，220万；5) 国家科技支撑计划：面向企业集团化和专业
29、镇服务集群化的制造业信息化平台及示范应用，801万；6) 973课题：封装执行系统多参数耦合规律及高加速度复合运动生成，445万；7) 广东省创新团队项目：广东省纳米数控装备及纳米加工技术创新团队，3000万；8) 广东省创新团队项目：高技术陶瓷先进制造技术创新团队，1000万；9) 广东省创新团队项目：广东省工业设计集成创新团队，2000万；10) 广东省引进领军人才项目：高性能陶瓷材料、粉末冶金材料和金属切削技术，600万；11) 广东省科技计划项目重大专项：功率型LED自动焊线机与固晶机设备的关键技术与整机产业化，275万。近三年，本项目依托的机械工程学科发表SCI论文100余篇，申请发
30、明专利200余项，授权发明专利50余件，并在高速精密运动实现、电子基础材料加工工艺等核心领域逐步形成了专利群。先后获得国家科技进步二等奖1项、国家专利优秀奖1项、广东省科学技术一等奖2项等：1) 2014年国家科技奖进步二等奖：半导体器件后封装核心装备关键技术与应用；2) 2013年国家专利优秀奖（广东省专利奖金奖）：一种金属带材无毛刺分切加工装置及其加工方法；3) 2014年广东省科学技术奖一等奖：难加工脆性碳素零部件的高速精密加工关键技术及应用；4) 2013年广东省科学技术奖一等奖：面向定制生产的协同制造系统关键技术与应用；5) 2012年获吴文俊智能科学技术奖创新一等奖（2014年获广
31、东省推荐2015国家自然科学奖）：可拓学的基本理论与方法研究。前期已取得的科技成果聚集度高，对产业的引领与支撑作用明显，可为本学科建设项目提供坚实的理论与技术支撑，确保项目的顺利实施。（六）本项目实施已具备的支撑条件，包括实验平台和大型仪器设备等，国家和省部级创新平台或研究基地等在项目中所起的作用。本项目的支持平台包括国家和省部市厅级实验平台9个与市场化运作的创新载体3个，详情参见表1。表1 主要支撑平台序号平台名称类别成立时间1制造物联网技术国家地方联合工程实验室国家级工程实验室20132工程训练实验教学示范中心国家级实验教学示范中心20073微电子精密制造技术与装备教育部重点实验室教育部重点实验室20074广东省计算机集成制造重点实验室广东省重点实验室19965广东省微纳加工技术与装备重点实验室广东省重点实验室20116广东省创新方法与决策管理系统重点实验室(共建)广东省重点实验室20117现代产品设计与制造实验室广东省教育厅重点实验室20048先进设计技术实验室广东省教育厅重点实验室20039工业设计技术与应用重点实验室广东省科技厅重点实验室201210佛山南海广工大数控装备协同创新研究院创新平台201311 1东莞华南设计创新院创新平台（国家发改委创新孵化基
