關(guān)于機(jī)械學(xué)科的前沿性思考 懸賞分：5 | 解決時(shí)間：2010-12-8 22:23 | 提問者：白玉江2 | 檢舉 最佳答案 機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展總趨勢(shì)在機(jī)械工程科學(xué)方面，雖然已經(jīng)取得了矚目的創(chuàng)新及進(jìn)展，但必須清醒地認(rèn)識(shí)到，我國機(jī)械工程科學(xué)總體上還處于落后狀態(tài)。主要體現(xiàn)在：中國機(jī)械工程的理論、方法和技術(shù)對(duì)中國制造業(yè)的自主創(chuàng)新和發(fā)展的貢獻(xiàn)不顯著；中國學(xué)者提出的機(jī)械領(lǐng)域的新概念、新理論不多；有重要國際影響的機(jī)械工程理論、方法和技術(shù)不多；國際機(jī)械領(lǐng)域?qū)W術(shù)界有較大影響的中國學(xué)者很少。總體上中國機(jī)械工程學(xué)術(shù)領(lǐng)域在國際上的地位滯后于中國制造業(yè)在國際制造界的地位。未來機(jī)械工程學(xué)科的發(fā)展將主要受到兩方面的制約和推動(dòng)，一個(gè)是制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，另一個(gè)是學(xué)科的演變進(jìn)步。鑒于未來制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)是全球化、信息化、綠色化、知識(shí)化和極端化(以下簡稱“五化”)。機(jī)械工程科學(xué)的基本任務(wù)，就是為制造業(yè)的“五化”提供所需求的機(jī)械系統(tǒng)新理論、新方法和先進(jìn)制造技術(shù)。隨著世界的進(jìn)步、國家的需求和學(xué)科的發(fā)展，機(jī)械工程科學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)了以下顯著特點(diǎn)和趨勢(shì)：一方面，高技術(shù)領(lǐng)域如光電子、微納系統(tǒng)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、重大工程等的發(fā)展，要求機(jī)械與制造科學(xué)向這些領(lǐng)域提供更多更好的新理論、新方法和新技術(shù)，因而出現(xiàn)和發(fā)展著微納制造、仿生及生物制造、微電子制造等制造科學(xué)新領(lǐng)域；另一方面，隨著機(jī)械與制造科學(xué)與信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、管理科學(xué)、納米科學(xué)技術(shù)的交叉，除了推動(dòng)著機(jī)構(gòu)學(xué)、摩擦學(xué)、動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、傳動(dòng)學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展外，還產(chǎn)生和發(fā)展著仿生機(jī)械學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造信息學(xué)、制造管理學(xué)等新的交叉科學(xué)。由于我國未來將大力推進(jìn)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)儀器及裝備技術(shù)，因此，基于自主創(chuàng)新的高技術(shù)儀器及裝備的設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)研究將得到更充分地重視和更快地發(fā)展；此外，由于21 世紀(jì)我國資源和環(huán)境面臨空前的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要求機(jī)械與制造科學(xué)比以往任何時(shí)候更重視環(huán)境的保護(hù)、產(chǎn)品的安全性和綠色度、材料和能源的節(jié)省、機(jī)電裝備的再制造以及新能源制造領(lǐng)域的研究。機(jī)械學(xué)發(fā)展展望(1) 機(jī)構(gòu)學(xué)是機(jī)械工程學(xué)科中最有代表性的學(xué)科之一。機(jī)構(gòu)學(xué)研究一方面應(yīng)注重機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)理論研究，以使我國在國際機(jī)構(gòu)學(xué)界保持優(yōu)勢(shì)地位，另一方面應(yīng)注重與制造和控制的學(xué)科交叉，在設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)兩個(gè)方面同時(shí)取得突破，以開發(fā)出性能優(yōu)良新機(jī)構(gòu)和新裝備。航空航天器、機(jī)器人機(jī)構(gòu)、紡織機(jī)械、工程機(jī)械、微納機(jī)構(gòu)、仿生機(jī)構(gòu)等工程中存在大量機(jī)構(gòu)問題，機(jī)構(gòu)學(xué)大有用武之地。(2) 摩擦學(xué)研究自20 世紀(jì)90 年代起有了長足發(fā)展，其基本經(jīng)驗(yàn)是與納米、生物、計(jì)算機(jī)以及與工程問題的交叉結(jié)合，發(fā)展了納米摩擦學(xué)、生物摩擦學(xué)、表面減阻及亞納米拋光技術(shù)等。今后的發(fā)展是進(jìn)一步向?qū)W科面更寬的交叉方向界面機(jī)械與制造科學(xué)、納米制造摩擦學(xué)和納米生物摩擦學(xué)方向發(fā)展。此外，中國摩擦學(xué)領(lǐng)域的青年學(xué)者應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)在國際學(xué)術(shù)界的影響，爭取在國際學(xué)術(shù)界占有更重要的位置。(3) 機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究中，非線性動(dòng)力學(xué)、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析和故障監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，但復(fù)雜系統(tǒng)及多場耦合的非線性動(dòng)力學(xué)分析建模和故障預(yù)示監(jiān)控依然是個(gè)國際性難題，大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)仿真、微納系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及設(shè)計(jì)是我國學(xué)術(shù)界面臨的重要前沿課題。(4) 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)，目前我國制造業(yè)中高端技術(shù)裝備中自主產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)落后是其重要原因，急需重點(diǎn)推動(dòng)我國裝備設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。要重點(diǎn)推動(dòng)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、復(fù)雜系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)支撐系統(tǒng)(設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、知識(shí)和信息平臺(tái))、基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能仿真虛擬設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的理論、方法和技術(shù)的發(fā)展。制造科技發(fā)展展望制造技術(shù)的發(fā)展總趨勢(shì)是基于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)上的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、智能集成化、高效精確化及極端制造化技術(shù)。采用德爾菲調(diào)查方法及研究分析，未來我國將要重點(diǎn)發(fā)展的制造科技主要有以下8 個(gè)領(lǐng)域。(1) 空天及深海裝備制造科技。未來飛機(jī)將進(jìn)一步向大型、快速、輕型、舒適性、安全性方向發(fā)展；用于國防的各種飛行器，將向超快、精確、輕微及智能監(jiān)控方向發(fā)展。高速、精確、智能化微型飛行器技術(shù)；微小制導(dǎo)技術(shù)；超低溫、超真空、無重力極端條件下的裝備設(shè)計(jì)與制造科學(xué)技術(shù)、智能作業(yè)機(jī)器人、超大型射電望遠(yuǎn)鏡、適于高壓腐蝕環(huán)境作業(yè)的深海裝備的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等將得到大的發(fā)展。(2) 先進(jìn)電子及通信制造科技。未來20 年內(nèi)，量子、納米或商業(yè)基因計(jì)算機(jī)將問世。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)光通信技術(shù)，衛(wèi)星通信技術(shù)，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬制造技術(shù)，非硅、量子、納米、基因計(jì)算機(jī)芯片及其后封裝科學(xué)技術(shù)將有大的發(fā)展。產(chǎn)品信息化和數(shù)字化；將傳感、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)“嵌入”產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化和智能化；產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程的數(shù)字化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。例如數(shù)字智能轎車可以自動(dòng)優(yōu)化和選擇路徑、自動(dòng)避撞和隨時(shí)報(bào)告運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)和可能發(fā)生故障的時(shí)間和部位；數(shù)字智能柔性制造單元或系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)零件自主智能裝卸、加工、檢測(cè)和故障維護(hù)。智能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)多功能集成產(chǎn)品將會(huì)越來越多、越來越普遍，而且更新?lián)Q代會(huì)越來越快。(3) 微納米制造科技。從將納米尺度器件發(fā)展到納米尺度產(chǎn)品的批量納米制造將是今后20 年納米制造領(lǐng)域的最大變化。納米機(jī)械學(xué)、納米尺度和精度器件的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量及裝配科學(xué)技術(shù)；具有批量生產(chǎn)工藝的“自下而上”的生長型和“自上而下”的去除型以及前兩者相結(jié)合的混合型制造技術(shù)將得到很大發(fā)展。(4) 新能源裝備制造技術(shù)。由于一次能源將逐步枯竭，核能、深海能源、再生能源及清潔能源的研發(fā)和使用將大大促進(jìn)該領(lǐng)域制造技術(shù)的發(fā)展。核能工藝及裝備、深海能源探測(cè)及采掘工藝及裝備、新能源和再生能源的裝備制造、基于新能源的經(jīng)濟(jì)型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及車輛設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究將得到更大重視和關(guān)注。(5) 綠色制造科技。即基于資源節(jié)約和環(huán)境友好的綠色可持續(xù)性制造，是一項(xiàng)戰(zhàn)略性制造理念、制造模式和制造技術(shù)。綠色可持續(xù)性制造包含無污染無廢棄物制造、綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造、廢舊機(jī)電產(chǎn)品的再制造、節(jié)能節(jié)材制造以及新能源裝備制造五個(gè)方面。耗能耗材多、污染環(huán)境的機(jī)電產(chǎn)品和生產(chǎn)過程將會(huì)受到市場和法規(guī)的制約而逐漸減少或消亡，相反，新能源、節(jié)能節(jié)材和無污染機(jī)電產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程將得到更大發(fā)展。電動(dòng)汽車和燃料電池汽車如果能突破電池材料和低成本制造兩大瓶頸，將會(huì)實(shí)現(xiàn)車輛業(yè)改朝換代的大革命。由于廢棄產(chǎn)品的海增，再制造業(yè)將得到迅速發(fā)展。(6) 仿生制造科技。由于生物制造技術(shù)的發(fā)展，仿生人或動(dòng)物器官開始用于臨床；仿生機(jī)械、機(jī)器人更普遍地進(jìn)入人們的生活。仿人器官制造技術(shù)、仿生機(jī)電系統(tǒng)，如仿飛禽類飛機(jī)、仿動(dòng)物機(jī)器人、智能機(jī)器人制造技術(shù)將有大的發(fā)展，與此相關(guān)的仿生機(jī)械學(xué)及仿生制造科學(xué)的深入研究是此項(xiàng)領(lǐng)域得以突破的關(guān)鍵。(7) 光子制造科技。研究表明，未來以激光為基礎(chǔ)的光子學(xué)將超越電子學(xué)。激光由于所具有的準(zhǔn)確性、高能量密度和可傳輸變換等其他任何能源無法比擬的突出優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“未來制造系統(tǒng)的共同加工手段”，包括光子加工制造、激光加工、光化學(xué)加工、光電加工技術(shù)。其中強(qiáng)激光、飛秒皮秒激光加工、微納尺度光子制造技術(shù)及科學(xué)是該領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向。(8) 數(shù)字裝備制造科技。數(shù)字化制造裝備包括極大極小尺度、高效率、高精度的智能數(shù)字化加工裝備以及各類精密儀器和復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械裝備是機(jī)械制造工程和產(chǎn)業(yè)得以實(shí)現(xiàn)的工具和依賴，是我國由制造大國走向制造強(qiáng)國的重要標(biāo)志。涉及相關(guān)工程重要需求和學(xué)科交叉的關(guān)鍵裝備及儀器設(shè)計(jì)理論與方法、創(chuàng)新制造工藝技術(shù)以及基于網(wǎng)絡(luò)的智能數(shù)字化控制理論是需要重點(diǎn)突破的科技問題。結(jié)束語我國機(jī)械工程科學(xué)雖然已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展，但與國際先進(jìn)水平仍然存在很大差距。我們必須保持清醒的頭腦，高瞻遠(yuǎn)矚，盡快制定學(xué)科的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，采取正確的學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略和策略。加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)研究中原創(chuàng)性理論方法的支持力度，加強(qiáng)對(duì)原創(chuàng)性技術(shù)發(fā)明的支持力度。在繼續(xù)保持和發(fā)揚(yáng)摩擦學(xué)、機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)等在國際學(xué)術(shù)界占有一席之地的同時(shí)，力爭在2020 年前后機(jī)