機(jī)械工程前沿講座

#的重要工程測(cè)量問題有：面向MEMS和MOEMS的微尺度測(cè)量、面向22nm?45nm極大規(guī)模集成電路制造的測(cè)量等。儀器校準(zhǔn)和量值傳遞是保證精度的最重要基礎(chǔ)。目前在先進(jìn)制造測(cè)量領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)明空間尺寸測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法和裝置，解決了現(xiàn)代制造中急需解決的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及其裝置問題。該成果的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：利用多種靶標(biāo)特殊幾何結(jié)構(gòu)和自身基準(zhǔn)尺寸以及在測(cè)量空間內(nèi)不同位置的量值傳遞關(guān)系作為約束條件，建立了全新的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法和裝置，能夠在大范圍空間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)；提出了小分束角渥拉斯頓棱鏡和直角棱鏡作為反射鏡的共光路自適應(yīng)系統(tǒng)，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性好；提出了互易回歸非線性現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行回歸，發(fā)現(xiàn)各自測(cè)量的非線性誤差，實(shí)現(xiàn)高分辨率測(cè)微儀現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。在上述基礎(chǔ)上，提出了基于機(jī)器人的柔性視覺現(xiàn)場(chǎng)誤差測(cè)量技術(shù)，已經(jīng)用于飛機(jī)和汽車車身的高精度制造誤差測(cè)量。5.機(jī)械工程學(xué)科優(yōu)先領(lǐng)域納米加工、納米測(cè)量及納米機(jī)械學(xué)納米技術(shù)是21世紀(jì)的重要前沿領(lǐng)域，納米加工和測(cè)量技術(shù)關(guān)系到國(guó)家的聲譽(yù)和安全，同時(shí)也是微型機(jī)電系統(tǒng)和超精密儀器制造技術(shù)的要求。目前應(yīng)著重解決納米測(cè)量溯源、傳遞、定位、對(duì)準(zhǔn)的技術(shù)和理論問題，以及納米尺度加工的新工藝和新方法。面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，應(yīng)該注重發(fā)展新原理、新方法和新技術(shù)，奪取技術(shù)上的制高點(diǎn)。也要為我國(guó)在生命科學(xué)，通訊和物理、化學(xué)等領(lǐng)域的重大突破提供技術(shù)支持。微型機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造理論和技術(shù)微機(jī)電系統(tǒng)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)在微/納米尺度上相融合的產(chǎn)物，它的發(fā)展極其迅速，并有可能在下個(gè)世紀(jì)對(duì)世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。它涉及到諸如靜力、慣性力和表面引力等靜力學(xué)效應(yīng)，流體力學(xué)、摩擦力等動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，微結(jié)構(gòu)學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、微傳熱學(xué)、近波長(zhǎng)光學(xué)傳輸理論和低維材料學(xué)等多學(xué)科交叉的前沿科學(xué)問題。在微機(jī)電系統(tǒng)中微結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)基礎(chǔ)方面要深入開展高深寬比刻蝕技術(shù)、深干法刻蝕技術(shù)和特種加工技術(shù)等創(chuàng)新性加工原理方面的研究；微機(jī)械和微電子設(shè)計(jì)與制造的兼容性研究是實(shí)現(xiàn)集成的重要研究?jī)?nèi)容，應(yīng)引起足夠的重視。仿生機(jī)械與生物制造生命科學(xué)必將對(duì)21世紀(jì)的技術(shù)進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。機(jī)械科學(xué)與生命科學(xué)的融合交叉將產(chǎn)生嶄新的工藝與產(chǎn)品，形成一個(gè)富有發(fā)展?jié)摿Φ男庐a(chǎn)業(yè)。制造仿生與生物制造是一個(gè)極富創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的前沿領(lǐng)域。這方面的研究?jī)?nèi)容包括：生物活體組織的工程化制造；仿生設(shè)計(jì)技術(shù)與仿生制造系統(tǒng)；仿生微型機(jī)械及其生物制造工藝；生物遺傳制造（基于遺傳基因的生長(zhǎng)成形技術(shù)）。智能機(jī)械結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是在結(jié)構(gòu)中集成傳感器、控制器及執(zhí)行器，賦予結(jié)構(gòu)健康自診斷，環(huán)境自適應(yīng)及損傷自愈合等某些智能功能與生命特征，以達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全、減輕重量、降低能耗和提高性能等目的一種仿生結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，主要內(nèi)容有：智能機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)的研究；典型智能機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究。該領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容還包括：智能機(jī)器人和智能制造系統(tǒng)等。數(shù)字化制造（含虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、模擬仿真和虛擬測(cè)試等）21世紀(jì)將是數(shù)字化制造的時(shí)代，通過對(duì)設(shè)計(jì)與制造過程的數(shù)字化理論與技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)在高度交互、高度仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的新一代虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造，這將會(huì)使制造技術(shù)和制造產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的變化。測(cè)試技術(shù)和測(cè)試儀器的虛擬化、控件化及其科學(xué)問題的解決將是測(cè)試技術(shù)及測(cè)試儀器領(lǐng)域的一大突破。針對(duì)材料科學(xué)的新發(fā)展和制造技術(shù)發(fā)展的新需求，研究按零件最佳使用功能要求來研究理想材料零件的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的融合理論與方法和材料與零件的數(shù)字化成形制造的新方法。這是一個(gè)多學(xué)科交叉的前沿科學(xué)問題，將會(huì)使人們長(zhǎng)期以來設(shè)想按力學(xué)、電磁學(xué)性能高效設(shè)計(jì)和制造零件的愿望成為現(xiàn)實(shí)。5.6可重構(gòu)制造系統(tǒng)為適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)需求和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，制造系統(tǒng)及其企業(yè)應(yīng)當(dāng)是靈活多變可重組的。可重組制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、柔性制造單元及可重組制造系統(tǒng)的隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃、可重組制造系統(tǒng)的工藝及裝備研究等，都是在新世紀(jì)初要解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。高效、精密及低成本加工機(jī)理、工藝及裝備產(chǎn)品的快速響應(yīng)制造、綠色制造和超精密工程在21世紀(jì)對(duì)加工工藝和裝備提出了新的要求，需要在加工機(jī)理、加工工藝、加工質(zhì)量保證、新的加工方法、新型加工及控制設(shè)備、新型工具材料及結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行深入研究，形成可靠、優(yōu)質(zhì)、高效、精密、特種、創(chuàng)新的加工工藝及裝備技術(shù)，對(duì)發(fā)展我國(guó)制造技術(shù)，提高產(chǎn)品制造質(zhì)量，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。并聯(lián)機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)、超高速切削和磨削的機(jī)理、新型刀具及磨具材料和結(jié)構(gòu)的基本理論、超精密加工、基于環(huán)境意識(shí)的加工制造技術(shù)等都是新世紀(jì)初要研究的重要課題。高效、精確、低成本成形及裝備的理論和技術(shù)精確成形技術(shù)和計(jì)算機(jī)的模擬仿真是現(xiàn)代成形技術(shù)兩個(gè)最突出的發(fā)展方向。在復(fù)雜大型模具的仿真模擬及其設(shè)計(jì)制造、大型鑄鍛件的質(zhì)量保證技術(shù)、復(fù)雜零件（如發(fā)動(dòng)機(jī)）的制造技術(shù)、激光加工技術(shù)基礎(chǔ)、快速原型數(shù)字制造技術(shù)、焊接智能自動(dòng)化、成形制造過程的清潔生產(chǎn)研究等方面開展以知識(shí)為基礎(chǔ)的（KBE）,以高質(zhì)量、短周期、低成本為總目標(biāo)的鑄造、塑性加工和連接工藝技術(shù)和裝備基礎(chǔ)性研究，就成為此領(lǐng)域的重要方向。產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)和制造研究?jī)?nèi)容包括：建立綠色產(chǎn)品、綠色制造系統(tǒng)的模型，把涉及環(huán)境、生態(tài)等經(jīng)驗(yàn)性描述和相關(guān)學(xué)術(shù)思想等內(nèi)容用數(shù)學(xué)方法融入到設(shè)計(jì)制造理論體系中；綠色產(chǎn)品的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法；機(jī)械設(shè)備和國(guó)防裝備再制造中的關(guān)鍵技術(shù)，如再制造裝備系統(tǒng)失效行為的物理模型、再制造毛坯納米復(fù)合及原位自愈合生長(zhǎng)成型技術(shù)、再制造部件和產(chǎn)品綜合性能在線檢測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬等。隨著機(jī)械裝備機(jī)電一體化程度的不斷提高，電磁污染問題也是亟待研究的問題。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和全性能、全生命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)加強(qiáng)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究，既是機(jī)械學(xué)科發(fā)展的需要，也是提高我國(guó)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的需要。產(chǎn)品開發(fā)理論和方法學(xué)、產(chǎn)品開發(fā)中的知識(shí)處理和信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的異地設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬設(shè)計(jì)等是該領(lǐng)域內(nèi)急需研究的幾個(gè)方向。5.11摩擦學(xué)前沿摩擦學(xué)貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用及維修等整個(gè)過程，是機(jī)械工程學(xué)科的基礎(chǔ)和前沿領(lǐng)域之一。目前，微摩擦學(xué)及微動(dòng)摩擦學(xué)、特殊工況下的摩擦學(xué)問題、納米及分子尺度上的摩擦學(xué)研究、新材料及先進(jìn)表面處理的減摩抗磨研究、生物摩擦學(xué)、摩擦學(xué)性能的主動(dòng)與智能控制、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)及綠色問題等是摩擦學(xué)研究的熱點(diǎn)。在研究界面摩擦行為、損傷、失效機(jī)理的基礎(chǔ)上，要與工程實(shí)際相結(jié)合，解決工業(yè)中的關(guān)鍵摩擦學(xué)問題。5.12機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與控制21世紀(jì)初，機(jī)械動(dòng)力學(xué)將受到高速載運(yùn)工具、智能機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展需求牽引和信息科學(xué)與技術(shù)的推動(dòng)，沿著動(dòng)力學(xué)建模、仿真、分析與控制一體化的主線發(fā)展。在其發(fā)展中，特別應(yīng)受到關(guān)注的研究?jī)?nèi)容有：對(duì)包括機(jī)、液、電、磁多場(chǎng)耦合，帶有智能控制的復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)描述，嵌入人工智能的系統(tǒng)映射動(dòng)力學(xué)分析及控制，以及新型主動(dòng)、半主動(dòng)、被動(dòng)動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，特別是應(yīng)用于具體對(duì)象，使其在動(dòng)力學(xué)性能方面有較大幅度的提高。5.13新型傳動(dòng)系統(tǒng)理論與技術(shù)隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保、安全和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注，新型傳動(dòng)系統(tǒng)也應(yīng)向著環(huán)境友好的生態(tài)化目標(biāo)發(fā)展。“十五”期間，應(yīng)以無級(jí)連續(xù)變速傳動(dòng)、純水及內(nèi)燃機(jī)泵等新型傳動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)新型傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法、新材料與新工藝的實(shí)用性、材料與介質(zhì)的相容性、新介質(zhì)的質(zhì)量控制及狀態(tài)監(jiān)測(cè)等一系列關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的研究，為在“十五”期間研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高可靠性、廉價(jià)、環(huán)境友好的新一代傳動(dòng)系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。6.我國(guó)機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展總趨勢(shì)在機(jī)械工程科學(xué)方面，我們雖然已經(jīng)取得了矚目的創(chuàng)新及進(jìn)展，但必須清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)機(jī)械工程科學(xué)總體上還處于落后狀態(tài)。主要體現(xiàn)在：我國(guó)機(jī)械工程的理論、方法和技術(shù)對(duì)中國(guó)制造業(yè)的自主創(chuàng)新和發(fā)展的貢獻(xiàn)不顯著；我國(guó)學(xué)者提出的機(jī)械領(lǐng)域的新概念、新理論不多；有重要國(guó)際影響的機(jī)械工程理論、方法和技術(shù)不多；國(guó)際機(jī)械領(lǐng)域?qū)W術(shù)界有較大影響的中國(guó)學(xué)者很少?？傮w上我國(guó)機(jī)械工程學(xué)術(shù)領(lǐng)域在國(guó)際上的地位滯后于中國(guó)制造業(yè)在國(guó)際制造界的地位。未來機(jī)械工程學(xué)科的發(fā)展將主要受到兩方面的制約和推動(dòng)，一個(gè)是制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，另一個(gè)是學(xué)科的演變進(jìn)步。鑒于未來制造業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)是全球化、信息化、綠色化、知識(shí)化和極端化(以下簡(jiǎn)稱“五化”)。機(jī)械工程科學(xué)的基本任務(wù)，就是為制造業(yè)的“五化”提供所需求的機(jī)械系統(tǒng)新理論、新方法和先進(jìn)制造技術(shù)。由于我國(guó)未來將大力推進(jìn)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)儀器及裝備技術(shù)，因此，基于自主創(chuàng)新的高技術(shù)儀器及裝備的設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)研究將得到更充分地重視和更快地發(fā)展；此外，由于21世紀(jì)我國(guó)資源和環(huán)境面臨空前的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要求機(jī)械與制造科學(xué)比以往任何時(shí)候更重視環(huán)境的保護(hù)、產(chǎn)品的安全性和綠色度、材料和能源的節(jié)省、機(jī)電裝備的再制造以及新能源制造領(lǐng)域的研究。我國(guó)制造技術(shù)的發(fā)展總趨勢(shì)是基于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)上的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、智能集成化、高效精確化及極端制造化技術(shù)。采用德爾菲調(diào)查方法及研究分析，未來我國(guó)將要重點(diǎn)發(fā)展的制造科技主要有以下8個(gè)領(lǐng)域：空天及深海裝備制造科技；先進(jìn)電子及通信制造科技；微納米制造科技；新能源裝備制造技術(shù)；(5)綠色制造科技；(6)仿生制造科技；(7)光子制造科技；(8)數(shù)字裝備制造科技；我國(guó)機(jī)械工程科學(xué)雖然已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但與國(guó)際先進(jìn)水平仍然存在很大差距。我們必須保持清醒的頭腦，高瞻遠(yuǎn)矚，盡快制定學(xué)科的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，采取正確的學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略和策略。加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)研究中原創(chuàng)性理論方法的支持力度，加強(qiáng)對(duì)原創(chuàng)性技術(shù)發(fā)明的