序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電子機(jī)械工程論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

第1篇

關(guān)鍵詞:機(jī)械工程;創(chuàng)新設(shè)計(jì);教學(xué)改革

在現(xiàn)有國(guó)內(nèi)高職學(xué)校的機(jī)械專(zhuān)業(yè)中,很少有關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的課程,致使很多從該專(zhuān)業(yè)畢業(yè)的學(xué)生盡管具備相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)卻難以從事創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天,中國(guó)要想由“制造大國(guó)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠?chuàng)造強(qiáng)國(guó)”,職業(yè)教育應(yīng)走在教育的前列。因此在《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng),是機(jī)械專(zhuān)業(yè)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展,給學(xué)生創(chuàng)造良好的創(chuàng)新才能發(fā)揮環(huán)境,由教育部負(fù)責(zé)組織的全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽,以大賽為載體,在引導(dǎo)學(xué)生課外科技活動(dòng),促進(jìn)學(xué)生“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”方面起到了積極的推動(dòng)作用。筆者結(jié)合教學(xué)與指導(dǎo)學(xué)生參加比賽經(jīng)驗(yàn),談?wù)勗凇稒C(jī)械工程基礎(chǔ)》教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主線(xiàn)設(shè)置課程內(nèi)容

眾所周知,一個(gè)產(chǎn)品的優(yōu)劣關(guān)鍵在于設(shè)計(jì),而設(shè)計(jì)的本質(zhì)在于創(chuàng)新。但是,傳統(tǒng)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程只注重向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論知識(shí),而忽略了工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),致使許多學(xué)生學(xué)完了課程,仍然對(duì)機(jī)械沒(méi)有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。因此教學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置要保證學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),必須把能力培養(yǎng)放在首位,以新的思維方式創(chuàng)造性地解決問(wèn)題,提高未來(lái)職業(yè)變化的應(yīng)變能力。為此,我們對(duì)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程進(jìn)行改革,新增機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,建立以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主的新體系。

按照高職機(jī)械類(lèi)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)以及歷次創(chuàng)新大賽的比賽要求,我們把課程分為理論授課和實(shí)踐操作兩部分。理論部分的內(nèi)容主要介紹機(jī)械學(xué)科發(fā)展的新方向、新內(nèi)容,講解創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力,向?qū)W生提供創(chuàng)新思維方法,通過(guò)大量實(shí)際機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的示例分析,開(kāi)闊學(xué)生的思路,拓寬學(xué)生的知識(shí)面和視野,激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,提高學(xué)生的獨(dú)立工作和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為達(dá)到上述要求,新增機(jī)械創(chuàng)新課程的內(nèi)容包括:①機(jī)械創(chuàng)新方法與大學(xué)生創(chuàng)新能力體系結(jié)構(gòu);②創(chuàng)新產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研與開(kāi)發(fā);③創(chuàng)新產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì);④CAD軟件在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用;⑤機(jī)械產(chǎn)品機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn);⑥創(chuàng)新產(chǎn)品的制造。學(xué)生通過(guò)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí),不僅要掌握這些階段所需的基本理論知識(shí),還應(yīng)掌握其現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本方法,創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本思路。因此需要明確課程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力方面的任務(wù)。如機(jī)械原理課程由傳統(tǒng)的以機(jī)構(gòu)分析為主轉(zhuǎn)向以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為主,突出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想,加強(qiáng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容,強(qiáng)化機(jī)電一體化思路,介紹氣、液、電驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)和機(jī)電一體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu),以開(kāi)闊學(xué)生的思路。

實(shí)踐操作部分是讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制作能力。比如軟件知識(shí)、電腦仿真技術(shù)、動(dòng)畫(huà)模擬、產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研和前景分析、制作產(chǎn)品的先進(jìn)加工方法、與人溝通和演講技巧、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神等。讓學(xué)生有動(dòng)手訓(xùn)練機(jī)會(huì),學(xué)生以組為單位在教師指導(dǎo)下,親自參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作與過(guò)程中,使他們?cè)趯?shí)踐中學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)中再實(shí)踐,將“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”落實(shí)到實(shí)處,有效彌補(bǔ)了學(xué)生在知識(shí)應(yīng)用及動(dòng)手能力上的不足,極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

二、發(fā)揮教師主導(dǎo)與學(xué)生主體作用,營(yíng)造培養(yǎng)創(chuàng)新能力的環(huán)境

教師應(yīng)該激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的積極性,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與課堂教學(xué),成為課堂的主人,變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”,讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與教學(xué)的全過(guò)程。教師對(duì)每堂課的教學(xué)過(guò)程,從頭到尾要精心設(shè)計(jì),別出心裁,努力嘗試將問(wèn)題教學(xué)法、情景教學(xué)法、范例教學(xué)法、探索教學(xué)法等多種教學(xué)方法引入課堂,向?qū)W生講授創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造原理、常用創(chuàng)新技法、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及創(chuàng)新設(shè)計(jì)典型實(shí)例分析等內(nèi)容;讓學(xué)生了解機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì),找出有創(chuàng)意的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行分析,讓學(xué)生感到新奇獨(dú)特;激發(fā)學(xué)生對(duì)周?chē)煜さ膯?wèn)題或物品進(jìn)行分析、探索,使學(xué)生打破思維定勢(shì),提出改進(jìn)的思路。比如,機(jī)械設(shè)計(jì)課程改革了過(guò)去僅羅列常用零部件的繁雜內(nèi)容,建立以機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)械零部件的工作性能設(shè)計(jì)、類(lèi)比設(shè)計(jì)、改造設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的授課內(nèi)容,學(xué)生在老師的引導(dǎo)下,應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析的仿真與方案比較,以及零部件的三維造型設(shè)計(jì),不僅可以大大節(jié)省分析計(jì)算和方案比較時(shí)間,而且直觀、形象、準(zhǔn)確,還可以提高學(xué)生的空間想象力,這樣激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣。在導(dǎo)學(xué)上下工夫,注重學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo),教會(huì)學(xué)生思維方法,對(duì)典型的有創(chuàng)意的產(chǎn)品進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn),分析其創(chuàng)新點(diǎn),總結(jié)創(chuàng)新的思路和方法,完成小論文、研究報(bào)告、創(chuàng)新作品。學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題充滿(mǎn)好奇和求知欲,因此會(huì)積極地去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題。學(xué)生在這種環(huán)境中充分發(fā)揮自己的想象力,激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣和欲望,提高了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

三、課程教學(xué)特點(diǎn)

1.課程采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式,突出綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練

學(xué)生既要學(xué)習(xí)理論知識(shí),又要主動(dòng)去動(dòng)腦筋想方案,更要親自動(dòng)手,全方位鍛煉自己的能力。如為培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力,我們開(kāi)設(shè)了“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生可將自己創(chuàng)新設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案,通過(guò)搭接組裝,使創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方案模型化、實(shí)體化,并可驗(yàn)證方案的可行性。再如,為提高學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的總體認(rèn)識(shí),我們開(kāi)設(shè)了“機(jī)械系統(tǒng)方案綜合實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自己動(dòng)手完成包括原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)的組裝,形成一個(gè)完整的機(jī)械系統(tǒng)的概念。學(xué)院數(shù)控加工教學(xué)中心承擔(dān)了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的大部分作品制作工作,制作中的簡(jiǎn)單零件,由學(xué)生在教學(xué)中心的鉗工車(chē)間依靠有經(jīng)驗(yàn)的師傅輔助完成,較復(fù)雜的零件,自己首先編寫(xiě)好數(shù)控加工程序,在具體操作師傅的監(jiān)督下,在數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床上完成加工。同時(shí),加工師傅協(xié)助學(xué)生完成加工零件的工序設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法設(shè)計(jì)和裝配的調(diào)整等工作。作品的制作鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)工藝知識(shí)的理解。

2.改進(jìn)作業(yè)內(nèi)容與考核方式

針對(duì)過(guò)去側(cè)重典型零部件分析的機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè),我們改為以設(shè)計(jì)為主的簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練。學(xué)生通過(guò)調(diào)查、查閱資料,設(shè)計(jì)出了多種具有實(shí)際價(jià)值的作品,如汽車(chē)用千斤頂、單一螺旋千斤頂、手動(dòng)剝殼器、腳踏式拖把擰干器、滅火拖把等。通過(guò)各種方案的設(shè)計(jì)比較,學(xué)生不僅掌握了傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)方法,開(kāi)闊了眼界,同時(shí)培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。課程結(jié)業(yè)時(shí),最后提交的作業(yè)是小組集體創(chuàng)作的完整的方案設(shè)計(jì)書(shū)或作品,由教師進(jìn)行評(píng)比和打分。評(píng)選方式與國(guó)家組織的機(jī)械創(chuàng)新大賽相同,要求有:書(shū)面的設(shè)計(jì)計(jì)劃書(shū),內(nèi)容涵蓋作品的創(chuàng)新點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、產(chǎn)品市場(chǎng)定位、開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的市場(chǎng)前景等;電腦制作的產(chǎn)品仿真動(dòng)畫(huà)圖、CAD制作裝配圖、三分鐘視頻講解;小組答辯,接受教師和專(zhuān)家的提問(wèn)等等。最后評(píng)出一、二、三等獎(jiǎng),再給出創(chuàng)新學(xué)分。不對(duì)學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的書(shū)面考試,而是采取讓學(xué)生以組為單位交一份“作業(yè)”,內(nèi)容是學(xué)生自主設(shè)計(jì)或制作一件作品,既讓學(xué)生在輕松的氣氛中學(xué)習(xí),又啟發(fā)和調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,鍛煉他們的動(dòng)手能力,提高他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

3.訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神

我們強(qiáng)調(diào)要團(tuán)結(jié)協(xié)作,要求學(xué)生分組學(xué)習(xí),組成4～5人的團(tuán)隊(duì),小組成員不受班級(jí)的限制,男女搭配,但必須是相同的專(zhuān)業(yè),分工協(xié)作。各團(tuán)隊(duì)在隊(duì)長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)下,開(kāi)展與設(shè)計(jì)有關(guān)的各項(xiàng)工作,如設(shè)計(jì)方案討論分析、方案的工藝計(jì)算、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的討論等等,這樣可以讓學(xué)生在設(shè)計(jì)中得到充分交流。因?yàn)槊恳幻麑W(xué)生都不可能很完美,但也不可能是一無(wú)是處,只要運(yùn)用好每個(gè)人的長(zhǎng)處,精誠(chéng)團(tuán)結(jié),飽含創(chuàng)新的熱情,擁有那份自信,團(tuán)員之間相互溝通協(xié)作,那么這個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作效率就是最高的,完成項(xiàng)目過(guò)程的可操作性強(qiáng)的概率就大,同時(shí)學(xué)生能力在團(tuán)隊(duì)中得到盡情施展。團(tuán)隊(duì)合作的基礎(chǔ)之一就是建立信任,要建設(shè)一個(gè)具有凝聚力并且高效的團(tuán)隊(duì),第一個(gè)且最為重要的一個(gè)步驟,就是建立信任。團(tuán)隊(duì)的精神是平時(shí)一點(diǎn)一滴積累的,團(tuán)隊(duì)精神就是團(tuán)結(jié)、協(xié)調(diào)。只有擁有團(tuán)隊(duì)精神,一個(gè)團(tuán)隊(duì)才能集思廣益,凝聚一起,那么作任何事都會(huì)事半功倍。隊(duì)長(zhǎng)要懂得如何分工協(xié)調(diào),他不僅要求自己進(jìn)步,還要做到整個(gè)團(tuán)隊(duì)所有成員共同進(jìn)步。為了這個(gè)目標(biāo),團(tuán)隊(duì)所有成員必須營(yíng)造一個(gè)有利于學(xué)習(xí)討論的和諧環(huán)境,在一次次討論后同學(xué)們的思路越來(lái)越清晰,方案越來(lái)越完善,大家心往一處想,勁往一處使,相互鼓勵(lì),那么在這個(gè)團(tuán)隊(duì)面前就沒(méi)有克服不了的困難。

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的途徑還有很多,教師在教學(xué)中要根據(jù)不同的課程、不同的知識(shí)點(diǎn)靈活運(yùn)用、合理選擇。當(dāng)然,任何一種方法都不是萬(wàn)能的,但只要教師轉(zhuǎn)變教育觀念,用創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)新,用創(chuàng)新激發(fā)創(chuàng)新,及時(shí)捕捉和誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的靈感,一切從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維出發(fā),學(xué)生的創(chuàng)造能力就一定能得到提高。

參考文獻(xiàn):

[1] 陳潔營(yíng),馬慧勇.論大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].中國(guó)成人教育,2008,(4).

[2] 李志江.機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)教學(xué)方法探討[J].考試周刊,2008,(51).

第2篇

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}； 先進(jìn)制造技術(shù)； 前沿科學(xué)； 應(yīng)用前景

論文

制造業(yè)是現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個(gè)國(guó)家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個(gè)國(guó)家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。專(zhuān)家認(rèn)為，世界上各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，主要是制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。其競(jìng)爭(zhēng)能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率上。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場(chǎng)環(huán)境的不斷變化，這種競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，因而各國(guó)政府都非常重視對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的研究。

1 當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問(wèn)題

當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問(wèn)題主要集中在以下幾方面：

（1）制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿(mǎn)足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運(yùn)行機(jī)制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運(yùn)行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對(duì)制造企業(yè)的敏捷性和對(duì)需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對(duì)制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動(dòng)態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來(lái)越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿(mǎn)足制造系統(tǒng)新的要求。

（2）為支持快速敏捷制造，幾何知識(shí)的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造的關(guān)鍵問(wèn)題。例如在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測(cè)量(CMM)和機(jī)器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實(shí)空間(3-Real Space)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計(jì)和分析等問(wèn)題，特別是其中的幾何表示、幾何計(jì)算和幾何推理問(wèn)題；在測(cè)量和機(jī)器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間

(配置空間Configuration Space)的幾何計(jì)算和幾何推理問(wèn)題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機(jī)器人多指抓取規(guī)劃、裝配運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw Space)進(jìn)行幾何推理。制造過(guò)程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計(jì)算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門(mén)新學(xué)科--計(jì)算機(jī)幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。

（3）在現(xiàn)代制造過(guò)程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動(dòng)因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識(shí)庫(kù)管理等方面，都還有待進(jìn)一步突破。

（4）各種人工智能工具和計(jì)算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了制造智能的發(fā)展。一類(lèi)基于生物進(jìn)化算法的計(jì)算智能工具，在包括調(diào)度問(wèn)題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來(lái)越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問(wèn)題時(shí)的求解速度和求解精度方面雙雙突破問(wèn)題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。

這些問(wèn)題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問(wèn)題，也是制造由一門(mén)技藝上升為一門(mén)科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問(wèn)題。這些問(wèn)題的重點(diǎn)突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究體系。

2 現(xiàn)代機(jī)械工程的前沿科學(xué)

不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對(duì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問(wèn)題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時(shí)域、領(lǐng)域和動(dòng)態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實(shí)際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。

超聲電機(jī)、超高速切削、綠色設(shè)計(jì)與制造等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機(jī)械科學(xué)問(wèn)題還不明朗。大型復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機(jī)器人及其動(dòng)力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過(guò)程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測(cè)量及儀器、并聯(lián)軸機(jī)床、微型機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題有待解決。

信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機(jī)械和納米制造科學(xué)、仿生機(jī)械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會(huì)是21世紀(jì)機(jī)械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。

2．1 制造科學(xué)與信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)

機(jī)電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價(jià)值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過(guò)程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對(duì)制造技術(shù)開(kāi)始探索產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的信息本質(zhì)，另一方面對(duì)制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對(duì)制造過(guò)程和制造系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對(duì)其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。

與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容：

(1) 制造信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識(shí)和決策轉(zhuǎn)化。

(2) 非符號(hào)信息的表達(dá)、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計(jì)和制造、制造過(guò)程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)問(wèn)題。

這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。

2．2 微機(jī)械及其制造技術(shù)研究

微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過(guò)系統(tǒng)的微型化、集成化來(lái)探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類(lèi)產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級(jí)的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)無(wú)法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以?shī)A起一個(gè)紅細(xì)胞；制造出3mm大小能夠開(kāi)動(dòng)的小汽車(chē)；可以在磁場(chǎng)中飛行的像蝴蝶大小的飛機(jī)等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

微機(jī)械是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機(jī)械的設(shè)想，1962年第一個(gè)硅微型壓力傳感器問(wèn)世。1987年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120μm的硅微型靜電電動(dòng)機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動(dòng)結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機(jī)械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21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。近10年來(lái)，微機(jī)械的發(fā)展令人矚目。其特點(diǎn)如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實(shí)的和潛在的應(yīng)用價(jià)值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機(jī)電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍，微型機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及電子工程、機(jī)械工程、材料工程、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。轉(zhuǎn)貼于

目前對(duì)微觀條件下的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，微小構(gòu)件的物理特性和載荷作用下的力學(xué)行為等尚缺乏充分的認(rèn)識(shí)，還沒(méi)有形成基于一定理論基礎(chǔ)之上的微系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法，因此只能憑經(jīng)驗(yàn)和試探的方法進(jìn)行研究。微型機(jī)械系統(tǒng)研究中存在的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題有微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性和生化特性等。微系統(tǒng)的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領(lǐng)域。

2．3 材料制備／零件制造一體化和加工新技術(shù)基礎(chǔ)

材料是人類(lèi)進(jìn)步的里程碑，是制造業(yè)和高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。每一種重要新材料的成功制備和應(yīng)用，都會(huì)推進(jìn)物質(zhì)文明，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和軍事實(shí)力的增強(qiáng)。21世紀(jì)中，世界將由資源消耗型的工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定量化、數(shù)字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實(shí)現(xiàn)二者一體化、集成化。材料和零件的數(shù)字化設(shè)計(jì)與擬實(shí)仿真優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造及二者一體化、集成化制造的關(guān)鍵。一方面，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成擬實(shí)仿真優(yōu)化后可以減少材料制備與零件制造過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實(shí)現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，研究材料和零件的設(shè)計(jì)形式。進(jìn)而結(jié)合傳統(tǒng)的去除材料式制造技術(shù)、增加材料式覆層技術(shù)等，研究多種材料組分的復(fù)合成形工藝技術(shù)。形成材料與零件的數(shù)字化制造理論、技術(shù)和方法，如快速成形技術(shù)采用材料逐漸增長(zhǎng)的原理，突破了傳統(tǒng)的去材法和變形法機(jī)械加工的許多限制，加工過(guò)程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復(fù)雜形狀又具有一定功能的三維實(shí)體模型或零件。

2．4 機(jī)械仿生制造

21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，機(jī)械科學(xué)和生命科學(xué)的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結(jié)構(gòu))，開(kāi)發(fā)出新工藝(如生長(zhǎng)成形工藝)和開(kāi)辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。這是一個(gè)極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。

地球上的生物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類(lèi)制造活動(dòng)中的各種難題提供了范例和指南。從生命現(xiàn)象中學(xué)習(xí)組織與運(yùn)行復(fù)雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長(zhǎng)與自進(jìn)化等功能結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的一種制造系統(tǒng)與制造過(guò)程。如果說(shuō)制造過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化延伸了人類(lèi)的體力，智能化延伸了人類(lèi)的智力，那么，"仿生制造"則可以說(shuō)延伸了人類(lèi)自身的組織結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過(guò)程。

仿生制造所涉及的科學(xué)問(wèn)題是生物的"自組織"機(jī)制及其在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用問(wèn)題。所謂"自組織"是指一個(gè)系統(tǒng)在其內(nèi)在機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下，在組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式上不斷自我完善、從而提高對(duì)于環(huán)境適應(yīng)能力的過(guò)程。仿生制造的"自組織"機(jī)制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)、制造工藝規(guī)程的自動(dòng)生成、生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動(dòng)趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)條件。

仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的"遠(yuǎn)緣雜交"，它將對(duì)21世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。

仿生制造的研究?jī)?nèi)容目前有兩個(gè)方面：

2．4．1 面向生命的仿生制造

研究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細(xì)胞自動(dòng)機(jī)、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式以及生物的進(jìn)化和趨優(yōu)機(jī)制等；

2．4．2 面向制造的仿生制造

研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機(jī)制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設(shè)計(jì)原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進(jìn)化機(jī)制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)，例如：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過(guò)程的復(fù)雜度計(jì)量方法。

機(jī)械仿生與仿生制造是機(jī)械科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其研究?jī)?nèi)容包括生長(zhǎng)成形工藝、仿生設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)、智能仿生機(jī)械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)研究的特點(diǎn)，如果抓住機(jī)遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。 3 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界各國(guó)都把制造技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)作為國(guó)家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，如美國(guó)的先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃AMTP、日本的智能制造技術(shù)（IMS）國(guó)際合作計(jì)劃、韓國(guó)的高級(jí)現(xiàn)代技術(shù)國(guó)家計(jì)劃(G--7)、德國(guó)的制造2000計(jì)劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計(jì)劃。

隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)需求個(gè)性化與多樣化，未來(lái)現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發(fā)展。

當(dāng)前現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)大致有以下九個(gè)方面：

(1) 信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式會(huì)獲得不斷發(fā)展。

(2) 設(shè)計(jì)技術(shù)與手段更現(xiàn)代化。

(3) 成型及制造技術(shù)精密化、制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)低能耗。

(4) 新型特種加工方法的形成。

(5) 開(kāi)發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備。

(6) 加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。

(7) 實(shí)施無(wú)污染綠色制造。