未来机械工程地发展趋势(精)

未来机械工程的发展趋势

21世纪以前，科学与技术着重于认识自然世界，不断提高人类生存能力；21世纪科技将更多地着眼于认识人类自身，不断提高人的生命质量。

在21世纪里，就制造业来讲，发明和发展了汽车、机床、机器人、飞机、火箭、芯片、计算机、电视机等成千上万的机电产品，极大地改变了人类的生产方式和生活方式

展望未来，21世纪将更加伟大、更加辉煌。制造业将出现更多意想不到的奇迹。生产的汽车不仅会跑，可能还会飞；制造的飞机将更快、更安全；高速列车和磁悬浮列车将飞驰在祖国的原野；智能仪器装备和智能机器人将按照人们的要求高效率、高质量地制造产品；微型机器人将能进入血管清理“垃圾”、修补心脏；人们可用分子组装技术组装出理想性能的微器件；掌上工具可能是计算机、可视电话、电视、音响和网络的集成，等等。

未来机械工程科学发展的总趋势将是交叉、综合化；柔性、集成化；智能、数字化；精密、微型化；高效、清洁化。智能机器人及仪器设备、微型机电系统、高效柔性、智能自动化制造技术将日趋成熟，并被市场所接受；可重构制造系统的理论与技术和适合我国的制造模式将得到完善和发展；在机构学、摩擦学、仿生机械和仿生制造等领域我国将进入世界先进行列；我国科学家问鼎诺贝尔奖将不是天方夜谭。制造业在制造科学技术的武装下将全面现代化，国家由于制造业创造的财富而更加昌盛繁荣。人民的生活将更加富裕潇洒。

信息科学、材料科学、生命科学、纳米科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界。与以上领域交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等是21世纪机械工程科学的重要前沿。

半个世纪以来, 我国的机械工程科学得到了很大的发展，我们已经建立了较完善的学科体系，在学科前沿、技术创新和工程应用诸方面取得了突出成就。

新技术在制造业中的应用，使得被人们称作“夕阳产业”的机械制造业不断涌现新的希望，唤发新的活力。从起初“规模型”、“成本型”到“质量型”，再到现在的“快速响应型”无不展示其适应市场竞争，求生存、求发展的勃勃生机。

围绕着以满足个性需求为宗旨的新产品开发与竟争，一场以大制造、全过程、多学科为特征的新的制造业革命正波澜壮阔地展开。这是二十一世纪知识经济新时代下制造业的趋势，同时也预示着其未来的可持续发展方向——全球化、信息化、智能化。

高技术改变制造业

当今日新月异的科学技术发展，展现出了更多的科学发现和技术发明前景。信息科技、生命科学和生物技术、纳米科技的突飞猛进与相互交织影响，成为新一轮科技革命的重要标志。高技术的迅猛发展，同样对制造业的发展起到了推动、提升和改造的作用。高技术对制造业的改变是全面的和连续不断的，包括影响制造业未来的发展方向、重心领域、科技前沿、核心要素等，这里就几个重大方向问题做些说明。

一、高技术改变制造业——尺度向下延伸

尺度向下延伸促使制造业的重点前沿转移。

在人类文明的几千年历史中，人们在认知周围世界的基础上，制造行为的范围大体上是在公尺上下三个数量级（即由千米到毫米）之间，这也大致相当于几千年人类作到的从必然王国走向自然王国的范围，同时也是人类“制造”活动的范围。

20世纪科学技术的发展使人类对客观世界的认识和掌握进一步向下延伸，逐步进入了微米、纳米和原子分子级范畴，相应发展的高技术及其产业化的需求推动和拉动了精密、微细制造技术的发展。微电子技术的发展使制造业的领域迅速向微米、亚微米领域进展，正在推向纳米级制造。高技术，首先是信息技术和生物技术对制造技术向下延伸的推动力是十分巨大和迅猛的，世界装备制造业前沿积极转向微纳制造的趋势十分明显。

制造业重心尺度向下延伸，将研发前沿转向微纳制造的意义还在于“小”对“大”的深化作用。认识“小”，是认识物质自然规律、解释物理化学现象、掌握物质行为机理、创立新产品全新原理的必由之路。制造业未来的核心技术、难点、高增值潜力越来越多地寓于微小之中。由于大型设备的技术竞争往往最终归结到核心器件的竞争，体现在专用芯片、控制器件、微传感器、智能控制、新型材料等，有远见的企业在生产制造中尺度和大尺度机械产品的同时，把改进生产方式和不断提高产品水平的未来越来越寄托在微纳技术上。用“微小技术”发展“重大产品”，充分体现了高技术发展对机械制造业发展重大和深远的影响。

二、高技术改变制造业——产品智能化功能仿生、拟人化

智能化预示着全新一代机械产品的诞生。

高技术为机电一体化注入了新的含义和活力，使最初意义上的机电一体化实现向高技术升级，机电一体化的概念在不断扩展中成为多元技术的集成，或如有的专家描绘的“机电光声热化生一体化综合集成技术”。而机电一体化产品五要素（结构、运动、检测、控制、驱动）在信息技术的催化下，实现充分的融合和集成，机械产品自此真正成为智能化产品。

生物工程正在成为制造技术的重要组成部分。生物加工和为生物技术提供仪器设备成为制造业的重要组成部分，对生物体、柔性体的处置加工成为与加工金属体和刚性体同样普遍的制造方式。而生物领域的巨大发现和生物工程的应用大大加快了制造产品领域仿生技术、拟人化技术的开发应用。例如蛛丝这样的自然材料在纳米技术的配合下将成为在制造领域有影响的重要仿生产品。

生长型制造的比重正在迅速提高。高技术在分子生长领域的成就将在微制造领域推动“从下而上”制造方式的开发掌握和合理应用，使传统的制造模式发生难以预测的变化。

纳米技术与仿生学的结合可以使生物物理学家仿照生命过程的各个环节制造出用于各种各样目的的纳米机器人。

国外有一项“先进安全车（ASV ——Advanced Safety Vehicle）”计划，目的是利用电子技术等高技术进一步提高汽车安全性能，实现汽车的高度智能化。这里主要包括两大部分：安全预防技术和事故避免技术。其中如防困警报系统，打算利用高技术来达到：当车辆偏离车道上标记的行驶路线时发出警报（仪表板上的摄像机监视驾驶员面部表情、眼睛睁开程度、眼皮眨动频率，在打瞌睡早期予以识别，发出警报或释放

薄荷醇气味和空调冷气，进一步则自动启动制动系统）。此外还有轮胎气压过低警报系统、夜间目标检测与警报系统、汽车导行系统、车距警报系统、冲击吸能系统、行人保护系统、碰撞识别通报系统（自动呼叫救援调度中心并发出数据）等，这些都将建立在应用高技术的基础上。

高技术正在使机器人技术发生重大变化，由于信息技术的全面应用，机器人的遥控和全自控操作已经成为现实，机器人的使用面正在日新月异地扩大。

三、高技术改变制造业——扩展跨度服务高级化

发展了几百年的以产品为中心的制造业正在向服务方向扩展延伸。纯物质形态的制造业产品正在向越来越非物质形态的服务方向发展。这是历史的巨大进步，也是制造业的巨大发展和进步。从世界制造业发展规律看，服务比重的提高是制造业走向高级化的主要标志，而高技术的应用为制造业服务内容的扩展和水平的提高开拓了广阔的天地。

一个有启示性的例子是美国通用电气公司的新商业模式——卖“推进服务”而不是卖“喷气发动机”。亦即用一笔综合性收费，通用电气公司向航空公司出售在一定合同期限内得到保障的发动机正常运转时间，其中包括零件、维修、备用发动机、融资等保障飞机飞行的一切服务。此项服务几年前就已达到累计200亿美元营业额。同样，IBM 公司则从卖计算机向卖“计算能力”方向发展。

从卖机器卖零件转向卖功能卖服务，与此相应的制造业结构从以产品为中心迈向以服务为中心，制造业主体增值部分由设备、工程、成套、交钥匙扩展到规划设