机械原理学科的前沿发展

机械原理学科的前沿发展

一、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。

二、机械学科发展形势

“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%。

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%。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。1-6月，全行业完成工业总产值47918.28亿元，比2008年增长7.28%。

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”。

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）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、

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（8）和信息科学与技术的推动，沿着动力学建模、仿真、分析与控制一体化的主线发展。在其发展中，特别应受到关注的研究内容有：对包括机、液、电、磁多场耦合，带有智能控制的复杂系统的动力学描述，嵌入人工智能的系统映射动力学分析及控制，以及新型主动、半主动、被动动力学控制技术的实现，特别是应用于具体对象，使其在动力学性能方面有较大幅度的提高。