機械工程學科現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

機械工程學科現(xiàn)狀及

發(fā)展趨勢報告人：李威中國礦業(yè)大學機電工程學院執(zhí)行院長教授博士生導師報告內(nèi)容2機械工程學科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機械工程師應具備的知識體系3機械工程學科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機械工程師應具備的知識體系機械工程學科的現(xiàn)狀學科內(nèi)涵機械工程學科是研究機械系統(tǒng)和產(chǎn)品的性能、設計及制造的理論、方法和技術的科學，包括機械學和制造學兩大領域。4

機械學是研究機械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)性能及其設計理論與方法的科學，包括制造過程及機械系統(tǒng)所涉及的機構(gòu)學、傳動學、動力學、強度學、摩擦學、設計學、仿生機械學、微納機械學及界面機械學等。機械工程學科的現(xiàn)狀學科內(nèi)涵機械工程學科是研究機械系統(tǒng)和產(chǎn)品的性能、設計及制造的理論、方法和技術的科學，包括機械學和制造學兩大領域。5制造科學是研究制造過程及其系統(tǒng)的科學。涵蓋產(chǎn)品設計、成形制造(鑄造成形、塑性成形、連接成形、磨具制造、表面工程等)、加工制造(超精密加工、高效加工、非傳統(tǒng)加工、復雜曲面加工、測量及儀器、裝備設計及制造、表面功能結(jié)構(gòu)制造、微納制造、仿生和生物制造)和制造系統(tǒng)運作管理等。近年來，機械工程基礎研究領域取得了一系列突出進展和原創(chuàng)性成果，為我國機械工程和經(jīng)濟建設提供了大批新理論、新技術和新方法，在國內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響，某些領域已在國際學術界占有一席之地。機械工程學科的現(xiàn)狀基礎研究現(xiàn)狀溫詩鑄等提出了薄膜潤滑概念，發(fā)明了納米薄膜測量技術。

黃真提出少了自由度并聯(lián)機構(gòu)綜合的普適性方法和通用自由度計算公式。

彭東林發(fā)明了時柵位移傳感器及其測試系統(tǒng)，是精密測量領域少見的原創(chuàng)成果。

華林提出了環(huán)件軋制咬入孔型、塑性鍛透和剛性穩(wěn)定力學模型。6雖然我國科技工作者已經(jīng)取得了大量成果，但機械工程學科在國際上總體還處于落后地位。未來制造業(yè)的發(fā)展總趨勢：全球化、信息化、綠色化、知識化和極端化；制造技術的發(fā)展總趨勢：基于資源節(jié)約和環(huán)境保護基礎上的數(shù)字網(wǎng)絡化、高效精確化、智能集成化及制造極端化。機械工程學科的現(xiàn)狀基礎研究現(xiàn)狀7許多高新技術尚未掌握，許多重大裝備我國不能自主設計制造，缺乏自主創(chuàng)新能力。是制造大國，不是制造強國發(fā)電設備、機床、汽車、電子制造等產(chǎn)品產(chǎn)量居世界前列，卻沒有一家裝備制造企業(yè)能躋身世界500強關鍵裝備大多依賴進口光電子制造設備的100%IC制造裝備的85%高檔數(shù)控機床的70%基礎研究相對薄弱，創(chuàng)新性缺失，原創(chuàng)性的技術和成果缺乏，企業(yè)的核心競爭力不足機械工程學科的現(xiàn)狀制造工業(yè)現(xiàn)狀8經(jīng)濟快速持續(xù)增長，但資源、環(huán)境壓力增大經(jīng)濟的快速持續(xù)增長對能源資源的需求明顯加大，而我國人均資源不足。另外，粗放型的經(jīng)濟增長方式造成能源資源消耗過多，環(huán)境污染嚴重，主要污染物排放量已超過環(huán)境承載能力。機械工程學科的現(xiàn)狀國情及背景9國際貿(mào)易快速增長，但貿(mào)易結(jié)構(gòu)和增長方式亟待優(yōu)化當前我國貿(mào)易仍以數(shù)量增長為主，走的是規(guī)模擴張之路，出口產(chǎn)品主要是勞動密集、低附加值產(chǎn)品，付出的資源、環(huán)境代價過大，難以為繼。因經(jīng)濟增長過渡依賴出口，造成人民幣流動性過大，增加了升值壓力，且不斷面臨貿(mào)易摩擦。機械工程學科的現(xiàn)狀國情及背景10把握發(fā)展趨勢未來機械工程技術發(fā)展的五大趨勢：綠色、智能、超常、融合、服務中國機械工程學會，在路甬祥理事長的倡導下，于2010年9月啟動，組織包括19位兩院院士在內(nèi)的100多位專家，歷時一年多，編寫了《中國機械工程技術路線圖》我國裝備制造業(yè)的發(fā)展，要緊緊扣住這五大趨勢。11學科基本體系及各領域之間的關系1213機械工程學科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機械工程師應具備的知識體系漢諾威工業(yè)博覽會《德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議》工業(yè)4.0（Industrie4.0）起源旨在支持工業(yè)領域新一代革命性技術的研發(fā)與創(chuàng)新，提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領先機?！拔锫?lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務化宣告著第四次工業(yè)革命的到來”14工業(yè)4.0（Industrie4.0）社會背景15工業(yè)4.0（Industrie4.0）從蒸汽革命到工業(yè)4.016工業(yè)4.0（Industrie4.0）從蒸汽革命到工業(yè)4.0工業(yè)1.0工業(yè)2.0工業(yè)3.01718工業(yè)4.0（Industrie4.0）從蒸汽革命到工業(yè)4.019工業(yè)4.0（Industrie4.0）工業(yè)3.0與工業(yè)4.020工業(yè)4.0（Industrie4.0）大規(guī)模生產(chǎn)與大規(guī)模定制“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領域和合作形式。兩大主題：“智慧工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)；“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用等。三個設想：“產(chǎn)品”，集成有動態(tài)數(shù)字存儲器、感知和通信能力，承載在其整個供應鏈和生命周期中所需的各種必需信息；“設施”，由整個生產(chǎn)價值鏈所集成，可實現(xiàn)自組織；“管理”，能夠根據(jù)當前的狀況靈活決定生產(chǎn)過程。工業(yè)4.0（Industrie4.0）兩大主題，三個設想21工業(yè)4.0（Industrie4.0）兩個重要內(nèi)涵22德國學術界和產(chǎn)業(yè)界認為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術和網(wǎng)絡空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。面向智慧工廠的室內(nèi)精確定位工業(yè)4.0（Industrie4.0）智慧工廠的車間——基于無線、RFID、傳感器和服務的架構(gòu)從智慧工廠到智能生產(chǎn)2324工業(yè)4.0（Industrie4.0）工業(yè)4.0帶來的改變以“智能制造”為主導的新工業(yè)革命25機械工程學科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機械工程師應具備的知識體系26中國制造2025全球制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整。我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展迎來重大機遇，必須放眼全球，加緊戰(zhàn)略部署，著眼建設制造強國，固本培元，化挑戰(zhàn)為機遇，搶占制造業(yè)新一輪競爭制高點。（德國“工業(yè)4.0”計劃、美國“再工業(yè)化”戰(zhàn)略…）我國經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境發(fā)生重大變化。經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，制造業(yè)發(fā)展面臨新挑戰(zhàn)；形成經(jīng)濟增長新動力，塑造國際競爭新優(yōu)勢，重點在制造業(yè)，難點在制造業(yè)，出路也在制造業(yè)。建設制造強國任務艱巨而緊迫。我國仍處于工業(yè)化進程中，與先進國家相比還有較大差距。制造業(yè)大而不強，自主創(chuàng)新能力弱，關鍵核心技術與高端裝備對外依存度高，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系不完善；產(chǎn)品檔次不高，缺乏世界知名品牌；資源能源利用效率低，環(huán)境污染問題較為突出；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，高端裝備制造業(yè)和生產(chǎn)性服務業(yè)發(fā)展滯后；信息化水平不高，與工業(yè)化融合深度不夠；產(chǎn)業(yè)國際化程度不高，企業(yè)全球化經(jīng)營能力不足。推進制造強國建設，必須著力解決以上問題。發(fā)展形勢和環(huán)境27中國制造20255月19日，經(jīng)李克強總理簽批，國務院印發(fā)《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略。這是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領。實現(xiàn)中國制造向中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變，中國速度向中國質(zhì)量的轉(zhuǎn)變，中國產(chǎn)品向中國品牌的轉(zhuǎn)變，完成中國制造由大變強的戰(zhàn)略任務。28中國制造2025“到2020年，制造業(yè)重點領域智能化水平顯著提升，試點示范項目運營成本降低30%，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短30%，不良品率降低30%。到2025年，制造業(yè)重點領域全面實現(xiàn)智能化，試點示范項目運營成本降低50%，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短50%，不良品率降低50%?！薄暗?020年，上述領域?qū)崿F(xiàn)自主研制及應用。到2025年，自主知識產(chǎn)權高端裝備市場占有率大幅提升，核心技術對外依存度明顯下降，基礎配套能力顯著增強，重要領域裝備達到國際領先水平。”五項重大工程、十大重點領域29中國制造2025中國工程院圍繞《中國制造2025》確定的十大重點領域未來十年的發(fā)展趨勢、發(fā)展重點和目標等進行了研究，提出了十大重點領域創(chuàng)新的方向和路徑，并將其匯編成冊，稱為《<中國制造2025>重點領域技術路線圖(2015年版)》。涵蓋新一代信息技術產(chǎn)業(yè)、節(jié)能與新能源汽車等10大重點領域、23個重點方向，是貫徹落實《中國制造2025》的一項重要舉措?！?lt;中國制造2025>重點領域技術路線圖》30中國制造2025制造業(yè)創(chuàng)新的內(nèi)涵包括3個層次：產(chǎn)品創(chuàng)新、制造技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)模式創(chuàng)新?！霸谶@三個層次中，數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化是制造業(yè)創(chuàng)新的重要途徑?！敝悄苤圃臁圃鞓I(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化，應被放在“中國制造2025”的核心位置。智能制造是“中國制造2025”的主攻方向?！袊こ淘涸洪L周濟，2015智能制造國際會議主攻方向：智能制造31中國制造2025“機器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個切入點和重要增長點，將影響全球制造業(yè)格局，而且我國將成為全球最大的機器人市場。3D打印、人工智能迅猛發(fā)展，制造機器人的軟硬件技術日趨成熟，成本不斷降低，性能不斷提升，軍用無人機、自動駕駛汽車、家政服務機器人已經(jīng)成為現(xiàn)實。國際