关于机械原理学科的前沿发展.doc

关于机械学科的前沿发展的论文内容摘要 近年来，机械原理学科的发展是非常迅速的，不论是在基本原理方面，还是在研究方法方面，都有较大的进展。在机构的类型方面也有一些新的创造，有些已突破传统机构学的范畴，而进入所谓“广义机构学的”领域，创造了具有气、液、光、电等环节的机构。当前尚有由三本基本机构组成的组合机构，和包括挠性构件的组合机构。对空间组合机构的研究也已进行了不少工作。此外，对于一些具有特殊运动及动力性能 的组合机构也有所研究。随着机械向高速、重载方向的发展，机械动力学的研究发展很快。由于电子计算机的普遍应用，机构的计算机辅助分析和计算机辅助设计得到较快发展。从机械原理学科的发展可以看出，生产发展的需要是学科发展的动力。而学科的发展又反过来促进了生产的发展，提高了生产的水平。可以期望，随着生产对技术现代化的要求不断提高，机械原理学科也会继续迅速的得到发展。关键词：机械原理 基本机构 机械设计目录1、 机械学科与先进制造技术3 1、机械学科的内涵3 2、先进制造技术及其主要发展趋势3 3.机械学科和机械制造在国民经济中的地位和作用3二、机械学科发展形势4 1.“中国制造”正在世界范围内重新崛起4 2.打造2030年世界第一制造大国5三、机械与制造科学的未来发展趋势6 (1)仿生机械与生物制造6 (2)智能机械结构及系统7 (3)数字化制造 7 (4)可重构制造系统7 (5)高效、精密及低成本加工机理、工艺及装备7 (6)高效、精确、低成本成形及装备的理论和技术8 (7)产品的绿色设计和制造8 (8)产品创新设计和全性能、全生命周期优化设计8 (9)摩擦学前沿8 (10)机械系统动力学建模与控制8参考文献9关于机械原理学科的前沿发展一、机械学科与先进制造技术 1.机械学科的内涵 机械学是对机械进行功能综合并定量描述以及控制其性能的基础技术科学。它的主要任务是把各种知识、信息注入设计，将其加工成机械系统能够接受的信息并输入机械制造系统，以便生产出满足使用要求和能被市场接受的产品。机械学包括机构学、机械振动学、机械结构强度学、摩擦学、设计理论与方法学、传动机械学、微机械学和机器人机械学等。机械制造是将设计输出的指令和信息输入机械制造系统，加工出合乎设计要求的产品的过程。机械制造科学是研究机械制造系统、机械制造过程和制造手段的科学。它包括机械制造冷加工和机械制造热加工两大部分。 2.先进制造技术及其主要发展趋势先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、电子、信息、材料及现代管理等方面的最新成果，将其综合应用于制造的全过程，以实现优质、高效、低消耗、敏捷及无污染生产的前沿制造技术的总称。当今制造技术的主要发展趋势是：制造技术向着自动化、集成化和智能化的方向发展；制造技术向高精度方向发展；综合考虑社会、环境要求及节约资源的可持 续发展的制造技术将越来越受到重视。现代机械工程学、现代制造业越来越多地体现着知识经济的特征，人才的作用越来越大，对人才的要求越来越高，对高素质机械类专业人才的培养越来越迫切。3.机械学科和机械制造在国民经济中的地位和作用机械学科是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。机械制造业是制造业的重要组成部分，是国家工业体系的重要基础和国民经济各部门的装备部。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展，以及科技、国防实力的提高有着直接的重要的影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。在相当长的时期里，中国经济还得靠制造业牵引。制造业增加值在国内生产总值中所占的比重一直维持在40%以上；中国财政收入的一半来自于制造业；制造业吸引了一半的城市就业人口，农村剩余劳动力转移也有将近一半流入了制造业；20世纪90年代以来， 我国制造业出口额一直维持在总出口额的80%以上，创造了接近3/4的外汇收入。没有制造业的提高和发展，我国其他产业也不可能良性发展，就业问题就更为尖锐，人民生活水平难以普遍提高，我国的现代化就难以实现。无论科学技术怎样进步，发展先进的制造业是我国抓住“发展”这个主题的关键。二、机械学科发展形势1.“中国制造”正在世界范围内重新崛起从总量看，2000年中国制造业总产值已达到35000亿人民币，在世界制造业总产值中所占比重约为5%，成为世界第四大生产国，在国民经济中的比重也上升到38.2%。来自海关的资料显示，2001年中国进出口总额占世界贸易总额的6%，其中出口产品中，工业制成品的比重19972001年平均达90%。 2008年，是中国经济不平凡的一年，机械工业在党中央和国务院的坚强领导下，有效应对经济运行中出现的诸多困难和国际经济形势剧变带来的不利影响，全年仍然保持了较高的增长速度，为国民经济发展做出了积极贡献。2008年，机械工业产销分别增长23.43%和23.26%。重要产品产量再创新高，前11个月，实现利润总额4605亿元，比2007年同期增长16.42%。重大装备的研制实现了许多新的突破，节能减排技术取得一批重要成果。2008年机械产品进出口总值4373亿美元，比2007年增长20.91%；其中出口2425亿美元，增长25.7%，外贸顺差477亿美元，比2007年净增235亿美元，增长97.46%；机械产品自给率超过80%；对全国工业产值、利润增长的贡献率分别达18.49%和63.93%，对全国外贸出口增长的贡献率23.55%，较好地发挥了支柱产业的作用，为国民经济发展和建设做出了应有贡献。2009年上半年，我国机械行业主要生产指标同比增速呈逐月提高趋势，其中新产品产值增速提高较快，但新产品产值率同比略有下降，出口交货值同比增速下降减慢。重点统计的产品中，有50%以上的产品产量同比下降，但受益于国家扩大内需政策的相关产品呈较快增长。1-6月，全行业完成工业总产值47918.28亿元，比2008年增长7.28%。2009年5月国务院通过的装备制造业调整与振兴规划，提出依托高速铁路、煤矿与金属矿采掘、基础设施、科技重大专项等十大领域重点工程，振兴装备制造业；抓住九大产业重点项目，实施装备自主化；提升四大配套产品制造水平。政策措施包括加强投资项目的设备采购管理、鼓励使用国产首台（套）装备、推进企业兼并重组等。上述领域涉及了经济建设中的关键部门，也是我国机械行业发展中亟待突破的领域，尤其是高档数控机床和矿用机械长期以来一直是我国制造领域的薄弱环节，与国外先进水平有明显的差距。这些产品再次被列入重点发展的领域，未来2-3年内将面临超常规发展的机遇。中国制造崛起的一个重要表象是生产能力迅速扩张。初步估计，我国已有上百种制造产品（涉及家电制造业、通讯设备、纺织、医药、机械设备、化工等10多个行业）的产量成为“世界第一”。过去几年中，包括微软公司、摩托罗拉公司、通用汽车公司、三星物产公司、美国电话公司和德国西门子公司在内的世界知名大公司已在中国设立了100多个研究和开发中心及更多的生产制造基地。在财富500强中，已有400多家在中国投资2000多个项目。 2.打造2030年世界第一制造大国针对“中国制造”和“世界制造”的现状，科技部中国科技发展战略研究小组提出，中国制造业发展可实行三大战略和五项基本战略。三大战略为：第一步，力争2015年总产值成为世界第二大制造国，建成名副其实的“世界工厂”；第二步，2030年总产值成为世界第一制造大国；第三步，2050年在制造业的带动下，服务业高度发达，研发设计达到发达国家水平。五项基本战略是：1、以“中国制造”作为推动中国经济快速增长的动力，面向全球推广，塑造中国经济的国家品牌。2、搭建“四大”（新材料、信息化、工艺和设计、装备制造）支持性科技平台，使高新技术产业与“中国制造”的发展高度融合，并通过科技创新培育“中国制造”具有若干全球竞争优势的产业领域。3、以“中国制造”拉动中国的研发需求，重塑国家创新体系，吸引全球服务设计研发资源向中国转移。4、以大力发展民营制造企业和加速西部开发、建立西部的世界级制造基地为两大手段，持续提高“中国制造”总量。5、坚持以出口导向和内需拉动为“中国制造”发展的两大推动力，培养若干大型跨国企业代表“中国制造”走向世界。三、 机械与制造科学的未来发展趋势 机械与制造工程科学发展的总趋势是多学科交叉和综合。微型精密化、数字智能化、高效清洁化、柔性集成化已成为主流发展趋势。随着世界的进步、国家的需求和学科的发展，机械与制造科学的发展出现了以下显著特点和趋势。 1、高技术领域（如光电子、微纳技术、航空航天、生物医学）以及重大工程技术的发展，要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术，出现了微纳制造、生物制造和微电子制造等制造科学新领域。 2、随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学、纳米科学技术的交叉，产生了仿生机械学、纳米摩擦学、制造信息学、制造管理学等新兴交叉科学。由于中国未来将大力推进拥有自主知识产权的先进仪器及装备技术，因此，基于自主创新的高技术仪器及装备设计制造的基础研究将得到更充分地重视和更快地发展。 3、由于21世纪中国资源和环境面临空前的严峻挑战，要求机械与制造科学比以往任何时候更重视环境的保护、产品的安全性和绿色度、材料和能源的节省、机电装备的再制造，以及新能源制造领域的基础研究。 具体详细情况如下：（1） 仿生机械与生物制造 生命科学必将对21世纪的技术进步与社会发展产生重大影响。机械科学与生命科学的融合交叉将产生崭新的工艺与产品，形成一个富有发展潜力的新产业。制造仿生与生物制造是一个极富创新性和挑战性的前沿领域。这方面的研究内容包括：生物活体组织的工程化制造；仿生设计技术与仿生制造系统；仿生微型机械及其生物制造工艺；生物遗传制造（基于遗传基因的生长成形技术）。（2） 智能机械结构及系统 智能结构系统是在结构中集成传感器、控制器及执行器，赋予结构健康自诊断，环境自适应及损伤自愈合等某些智能功能与生命特征，以达到增强结构安全、减轻重量、降低能耗和提高性能等目的一种仿生结构系统，主要内容有：智能机械结构系统基础理论及关键技术的研究；典型智能机械结构系统的研究。该领域的研究内容还包括：智能机器人和智能制造系统等。（3） 数字化制造 21世纪将是数字化制造的时代，通过对设计与制造过程的数字化理论与技术的研究，实现在高度交互、高度仿真的虚拟现实环境下的新一代虚拟设计、虚拟制造和网络制造，这将会使制造技术和制造产业发生革命性的变化。测试技术和测试仪器的虚拟化、控件化及其科学问题的解决将是测试技术及测试仪器领域的一大突破。针对材料科学的新发展和制造技术发展的新需求，研究按零件最佳使用功能要求来研究理想材料零件的数字化设计制造的融合理论与方法和材料与零件的数字化成形制造的新方法。这是一个多学科交叉的前沿科学问题，将会使人们长期以来设想按力学、电磁学性能高效设计和制造零件的愿望成为现实。（4） 可重构制造系统 为适应快速变化的市场需求和信息技术的迅速发展，制造系统及其企业应当是灵活多变可重组的。可重组制造系统的体系结构及优化设计理论、柔性制造单元及可重组制造系统的随机动态规划、可重组制造系统的工艺及装备研究等，都是在新世纪初要解决的关键科学技术问题。（5） 高效、精密及低成本加工机理、工艺及装备 产品的快速响应制造、绿色制造和超精密工程在21世纪对加工工艺和装备提出了新的要求，需要在加工机理、加工工艺、加工质量保证、新的加工方法、新型加工及控制设备、新型工具材料及结构等方面进行深入研究，形成可靠、优质、高效、精密、特种、创新的加工工艺及装备技术，对发展我国制造技术，提高产品制造质量，推动国民经济发展具有重要意义。并联机床的关键技术基础、超高速切削和磨削的机理、新型刀具及磨具材料和结构的基本理论、超精密加工、基于环境意识的加工制造技术等都是新世纪初要研究的重要课题（6） 高效、精确、低成本成形及装备的理论和技术 精确成形技术和计算机的模拟仿真是现代成形技术两个最突出的发展方向。在复杂大型模具的仿真模拟及其设计制造、大型铸锻件的质量保证技术、复杂零件（如发动机）的制造技术、激光加工技术基础、快速原型数字制造技术、焊接智能自动化、成形制造过程的清洁生产研究等方面开展以知识为基础的（KBE），以高质量、短周期、低成本为总目标的铸造、塑性加工和连接工艺技术和装备基础性研究，就成为此领域的重要方向。（7） 产品的绿色设计和制造 研究内容包括：建立绿色产品、绿色制造系统的模型，把涉及环境、生态等经验性描述和相关学术思想等内容用数学方法融入到设计制造理论体系中；绿色产品的评价指标体系和方法；机械设备和国防装备再制造中的关键技术，如再制造装备系统失效行为的物理模型、再制造毛坯纳米复合及原位自愈合生长成型技术、再制造部件和产品综合性能在线检测和计算机模拟等。随着机械装备机电一体化程度的不断提高，电磁污染问题也是亟待研究的问题。（8） 产品创新设计和全性能、全生命周期优化设计 加强产品创新设计研究，既是机械学科发展的需要，也是提高我国综合竞争力的需要。产品开发理论和方法学、产品开发中的知识处理和信息技术、网络环境下的异地设计技术和虚拟设计等是该领域内急需研究的几个方向。（9） 摩擦学前沿 摩擦学贯穿于产品的设计、制造、使用及维修等整个过程，是机械工程学科的