机械工程学科现状及发展趋势

1机械工程学科现状及发展趋势机械工程学科是研究机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学，包括机械学和制造科学两大领域。机械学是研究机械结构和系统性能及其设计理论与方法的科学，包括制造过程及机械系统所涉及的机构学、传动学、动力学、强度学、摩擦学、设计学、仿生机械学、微纳机械学及界面机械学等。制造科学是研究制造过程及其系统的科学。它涵盖产品设计、成形制造(铸造成形、塑性成形、连接成形、模具制造、表面工程等)、加工制造(超精密加工、高效加工、非传统加工、复杂曲面加工、测量及仪器、装备设计及制造、表面功能结构制造、微纳制造、仿生和生物制造)和制造系统运作管理等科学。机械工程研究是先进制造技术的不竭源泉。推动我国制造业自主发展的主要驱动力是先进制造技术，而有的领域已经在国际学术界占有了一席之地。在摩擦学领域：温诗铸、雒建斌等发现在动力润滑和边界润滑之间存在一个过渡区，提出了薄膜润滑的概念、发明了纳米薄膜测量技术、建立了薄膜润滑的物理和理论模型。薄膜润滑研究架起了动力润滑和边界润滑之间的桥梁，被国际上著名专家GRANICK等评价为“是对润滑研究的一个重要贡献”；机器人机构学领域：黄真、高峰等以螺旋理论、李群、集合论等为数学工具，提出少自由度并联机构综合的普适性方法和通用自由度计算公式，主螺旋解析识别模型，一阶和二阶运动影响系数模型，以及性能与构件尺度空间模型。利用上述理论综合出数十种新机构，开发出多维力传感器、微操作机器人、地震模拟器，并为锻造操作机、伺服压力机、电铲等装备的自主设计提供了重要的理论依据；机械传动学科领域：陈学东在高速超精密运动控制研究中，率先发现并阐明了气浮轴承气旋现象产生的机理，提出了气浮气膜的支撑刚度和阻尼的计算和控制方法，提出的驱动系统分析控制软件已经用于我国大规模集成电路光刻机驱动系统的研制中。在机械工程科学方面，虽然已经取得了瞩目的创新及进展，但必须清醒地认识到，我国机械工程科学总体上还处于落后状态。我国工程机械行业基本上是立足于国内本土市场的行业，它在国际市场上的销售额至今也只有15%左右，这和其产品的产量与销量已是世界第一的地位形成极大的反差和讽刺，其原因是：我国工程机械产品的技术创新和盈利模式与国外优质产品仍有较大差距，我国产品的全球配套能力低、它在全球市场上的布局仍无优势，前几年我国工程机械产品高速增长只是数量上的增长，并无质量上的明显攀升，这种质量中下等的大批产品是不受国际市场欢迎的，更难在竞争激烈的国际市场上占有一席之地。虽然我国工程机械产品规模已经很大，但在国际市场上依然缺乏话语权和竞争力，因为我国工程机械产品的中低端产品多，较适合国内外的中低端市场；从产品规模上来讲，我国工程机械产品有一定的宽度，但从国际市场竞争力来讲，则需要产品的高度，即产品的优质，响亮的品牌、过硬的创新技术。概括地说，我国工程机械产品是有宽度而无高度的产品。工程机械行业是一个多品种的行业，很多企业都处于不同的生存发展阶段，而都要面对不同市场的需求和各种不同层次的用户群体，更要认真考虑它们的购买能力来开发适销对路产品，才有生存发展的机会。而在工程机械产品背后，还隐藏着许多我们不能忽视的细节和我们尚未发现的隐患，以及绝处逢生的商机，所以在当前工程机械市场低迷时，我们应该静下心来，做一番研究，冷静地思考，找出市场复苏的方法。如何提升我国工程机械产品和市场的竞争力，特别是国际市场的竞争力，2拥有优质的产品是企业成功的基础和关键。我国工程机械产品要走向国际市场，一定先要做到产品技术全球化，配套技术、配套硬件和维修技术的全球化、管理全球化、质量全球化、资本全球化、市场全球化、人才全球化，只有以上几项都实现了或部分实现了，我国工程机械行业才有实力和信心走出行业发展的低迷期。同时要走向国际市场一定要改变出口模式、转向海外建厂、建基地、建代销网络、海外收购、海外投资和海外建立产品研发中心等，这样我们行业出口渠道多了、营销的方式方法和手段灵活多变了，我们行业走向国际市场就会柳暗花明、前程似锦了。机械工程行业是国民经济的支柱产业，它与其他产业相互支撑而推动生态建设和经济增长，总趋势就是：基于资源节约和环境保护基础上的数字网络化、高效精确化、智能集成化及制造极端化。德国学术界和产业界为此提出了“工业4.0”的概念，“工业4.0”即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合的手段，将制造业向智能化转型。主要包括两大主题和三个设想，两大主题是：“智慧工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。三个设想是：“产品”，集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息；“设施”，由整个生产价值链所集成，可实现自组织；“管理”，能够根据当前的状况灵活决定生产过程。全球制造业格局面临重大调整。我国制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇，必须放眼全球，加紧战略部署，着眼建设制造强国，固本培元，化挑战为机遇，抢占制造业新一轮竞争制高点。未来我国将要重点发展的制造科技主要有以下5个领域：(1)摩擦学研究自20世纪90年代起有了长足发展，其基本经验是与纳米、生物、计算机以及与工程问题的交叉结合，发展了纳米摩擦学、生物摩擦学、表面减阻及亚纳米抛光技术等。今后的发展是进一步向学科面更宽的交叉方向——界面机械与制造科学、纳米制造摩擦学和纳米生物摩擦学方向发展。此外，中国摩擦学领域的青年学者应当进一步加强在国际学术界的影响，争取在国际学术界占有更重要的位置。(2)机械动力学研究中，非线性动力学、复杂机电系统动力学分析和故障监测等领域已经有了很大的进展，但复杂系统及多场耦合的非线性动力学分析建模和故障预示监控依然是个国际性难题，大型复杂机电系统动力学设计仿真、微纳系统动力学分析及设计是我国学术界面临的重要前沿课题。(3)空天及深海装备制造科技。未来飞机将进一步向大型、快速、轻型、舒适性、安全性方向发展；用于国防的各种飞行器，将向超快、精确、轻微及智能监控方向发展。高速、精确、智能化微型飞行器技术；微小制导技术；超低温、超真空、无重力极端条件下的装备设计与制造科学技术、智能作业机器人、超大型射电望远镜、适于高压腐蚀环境作业的深海装备的设计与制造技术等将得到大的发展。(4)信息制造科技。未来20年内，量子、纳米或商业基因计算机将问世；网络光通讯技术，卫星通讯技术，都是网络的虚拟制造技术，非硅、量子、纳米、基因计算机芯片及其后封装科学技术将有大的发展；产品信息化和数字化：将传感技术、计算机技术、软件技术“嵌入”产品，网络化这些产品的数字化和智3能化制造中都出现了虚拟化、网络化与智能化。(5)新能源装备制造技术。由于一次能源将逐步枯竭，核能、深海能源、再生能源及清洁能源的研发和使用将大大促进该领域制造技术的发展。核能工艺及装备、深海能源探测及采掘工艺及装备、新能源和再生能源的装备制造、基于新能源的经济型汽车发动机及车辆设计与制造技术研究将得到更大重视和关注。我国机械工程技术的近一步发展任重道远，需要每个人的努力，作为一名学生能做到的是刻苦学习专业知识，培养自主创新意识，为社会主义初级阶段做出自己的贡献。