机械学科的现状与发展趋势

• “效”是发展的追求 ——效率
❖ 个性化大生产、大规模定制 ❖ 快速响应市场需求的应有推论与含义 ❖ 生产效率提高￫生产力发展￫社会进步
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发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
• “数”是发展的核心——数字化
– “信息化”的核心是“数字化” – 数字制造是制造技术与信息技术（包含计
发展趋势 —— 机械产品：“精”“极”“文”
• “极”是发展的焦点——极端、极限
❖ 几何形体上，极大、极小、极厚、极薄、极平、极柔、极圆、极方、 奇形怪状；
❖ 在物理性能上，极高硬度、极高塑性、极大弹性、极大脆性、极强 磁性、极强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪能；
❖ MEMS技术和产品是典型极端、极限技术和产品。
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发展趋势 —— 机械产品：“精”“极”“文”
• “文”是发展的新义——人文化
– 工业产品， “实用” ，物质层面；
– 艺术产品，（人文）文化含量高， “物美 ” ，精神层面，环境协调，爽心悦目，经 得起“看”，经得起“想”——“工业设计 ”
– 制造过程、制造10方法——“文明化”生产。
发展趋势 —— 制造过程：“绿”“快”“省”“效”
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发展趋势 ——
机械产品：“精”“极”“文”
• “精”是发展的关键——精确化
– 加工精度精密化
• 人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表 面粗糙度等均达纳米级；
– 操作尺度细微化
• 基因操作机械，其移动距离为纳米级，移动 精度为0.1纳米级
– 理化性能精确化
＿物理性能、化学性能、生化性能等等
– 控制要求纳米化8
关键装备大多依赖进口 –光电子制造设备的100% –IC制造装备的85% –高档数控机床的70%
基础研究相对薄弱，创新性缺失，原创性的技术和成果缺乏，企业的
核心竞争力不足
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二、机械学科的发展趋势
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机械学科的发展趋势
– 机械产品： “精”“极”“文”
– 制造过程： “绿”“快”“省”“效”
– 制造方法： “数”“自”“集”“网”“智”
机械学科的现状及其发展趋势
华中科技大学 吴波 2009年8月10日
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目录
一、机械学科的发展现状 二、机械学科的发展趋势 三、问题与思考
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一、机械学科的发展现状
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机械学科的发展现状
• 机械学科已成为多学科融合的学科
– 制造技艺→制造技术→制造科学；
– 制造活动的社会性、制造系统的开放性→ 制造科学综合性；
算机技术、网络技术）等交叉、发展与应 用的结果 – 数字化设计、数字化控制、数字化管理以 及贯穿始终的“15 虚拟”技术
发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
• “自”是发展的条件——自动化
– 自动化是强化、延伸甚至取代人的劳动 （体力、脑力）的技术或手段
– 自动控制、自动调节、自动补偿、自动 辨识等发展到自学习、自组织、自维护 、自修复等更高水平的自动化
智能化——各行各业发展的趋向，如：智能车辆、智能机器、智能 仪表、智能控制、智能材料，智能大厦、智能交通、……
人机一体化智能系统
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三、问题与思考
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问题与思考
机械学科专业教育存在的主要问题
❖ “创新性”缺失
人才的整体素质距离自主创新要求还有明显差距，自主学习 能力尤其是创新能力比较弱，与本学科快速发展的实际需求还存 在较大差距。
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发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
• “集”是发展的方法——集成化
– 技术集成、管理集成、技术与管理集成
– 本质：知识和信息集成，集成也包含了“
交叉”
– 现代机械学科的发展离不开“集成”和“
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发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
• “网”是发展的道路——网络化
– 对生产的快速重组
生产模式：高度柔性与高度敏捷性
推动着制造技术的进步与制造方法的发展
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发展趋势 —— 制造过程：“绿”“快”“省”“效”
• “省”是发展的原则——节省
❖ 市场经济必然的要求 ❖ 制造过程必须节省、节约、节俭
制造过程的优化 制造资源的优化配置
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发展趋势 —— 制造过程：“绿”“快”“省”“效”
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敬”缺失
工程意识和实践能力较弱，学生毕业后往往需要在企业工作 3－4年才能胜任工作。
❖ 人才培养还不能适应本学科发展的需要
本学科快速发展所需的知识体系和能力要求未能充分融合和 体现、人才和知识储备不能适应产业结构升级需要等。
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问题与思考
机械学科专业教育进一步改革的方向 李培根： 开放式高等教育 专业边界再设计 专业教育中宏思维能力培养
– 机械学科已不可能在孤立、封闭的状态下 发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的 道路；
– 机械学科比以往任何时候更紧密地依赖诸 如数学、物理、4 化学、微电子、计算机、
机械学科的发展现状
• 许多高技术我国尚未掌握，许多重大 装备我国不能自主设计制造，缺乏自
是制主造创大国新，不能是制力造强国
发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一 家装备制造企业能跻身世界500强
– 现代新型制造模式实施的基础设施，现代 制造企业生产活动必不可少运行环境
– 网络化既是制造企业信息化、集成化的基 础，又是企业信息化、集成化的进一步发 展
– 网络化将机械制造业走向全球化、整体化 18
发展趋势 —— 制造方法：“数”“自”“集”“网”“智”
•“智”是发展的前景——智能化
制造智能——制造系统/单元/装备适应环境变化的能力，处理海量 信息、不完整信息、不确定信息、错误信息的能力，自诊断、自修复能力， 自组织、自重构能力，主动协调和协同能力，非逻辑处理能力等
• “绿”是发展的必然——绿色
– “天人合一” ；
– 制造各阶段都必须充分计及环境保护：自 然环境，社会环境、生产环境、生产者的 身心健康；
– 制造必然要走向“绿色”制造，这是实现 国民经济可持续发展的重要条件。
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发展趋势 —— 制造过程：“绿”“快”“省”“效”
• “快”是发展的动力——快速
– 对市场的快速响应