机械工程学科发展研究报告.docx

机械工程学科进展争论报告 2023 〔简本〕2023 年 04 月 05 日中国机械工程学会一、机械工程学科的定义和范围 机械工程学科是争论机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学，它包括 机械学和制造科学两大领域机械学是争论机械构造和系统性能及其设计理论与方法的科学，它包括制造过程及机械系统所 涉及的机构学、传动学、动力学、强度学、摩擦学、设计学、仿生气械学、微纳机械学及界面机械 学等制造科学是争论制造过程及其系统的科学它涵盖产品设计、成形制造〔铸造成形、塑性成形、 连接成形、模具制造、外表工程等〕 、加工制造〔超周密加工、高效加工、非传统加工、简单曲面加 工、测量及仪器、装备设计及制造、外表功能构造制造、微纳制造、仿生和生物制造〕和制造系统 运作治理等科学二、机械工程学科进呈现状及重要进展分析 推动我国制造业自主进展的主要驱动力是先进制造技术，机械工程科学争论是先进制造技术的 不竭源泉航天和国防先进装备几乎完全立足于自主创技术在航空、车辆、家电、微电子、轻 工业、石化、工程机械等制造业，自主创的技术和自主品牌也越来越多在国家自然科学基金等的支持下，机械工程学科领域，近年来取得了一系列突出进展和原创性 成果，为我国经济建设和机械工程供给了大批理论、技术和方法，在国内外产生了重要影响， 有的领域已在国际学术界占有一席之地。

〔一〕摩擦学领域 清华大学在纳米摩擦学及其技术争论取得了重要进展在计算机硬盘基片外表超精化学机械抛光〔CMP〕争论中，提出了超精外表纳米粒子的行为机制，觉察了化学与机械作用均衡规律，探究出硬 盘基片超精外表型 CMP 技术及先进的抛光工艺，使抛光后外表波浪度和粗糙度均低于 0.1 nm西南交通大学结合高速铁路中的轮轨关系问题进展争论，首次在试验中觉察了轮轨波磨现象，从理论 和试验上深入分析了轮轨波磨的形成机制中国科学院兰州化学物理争论所将纳米固体润滑技术用 于我国航空航天工程， 发挥了重要作用摩擦学成为我国机械工程学科在国际学术界最具影响的学 科之一二〕机器人机构学领域燕山大学、上海交通大学等以螺旋理论、李群和李代数、集合论等为数学工具，提出少自由度 并联机构造综合的普适性方法和通用的自由度计算公式，主螺旋解析识别模型理论天津大学、清 华大学等提出基于线性空间理论的少自由度并联机构雅可比矩阵普适性建模方法，开发出 5 轴联动 大型龙门混联机床、高速包装机器人等多种工程扮装备2〔三〕机械动力学领域东北大学提出了概率－等厚筛分理论、 振动同步和掌握同步理论 , 设计研制了数十种工程振动机 械。

南京航空航天大学提出了含时滞掌握系统动力学、含弹性约束的振动掌握系统分叉机理和掌握 方法、含迟滞阻尼振动掌握系统的建模和掌握方法，在国际上被评价为“耳目一的系统方法” 西 南交通大学进展了机车车辆－轨道系统耦合动力学模型－翟辆－轨道耦合动力学仿真系统和安全性现场测试评估体系〔四〕机械传动学科领域. 孙模型， 研制了自主学问产权的机车车南京航空航天大学在型超声电机运动机理、机电耦合模型、驱动与掌握技术等方面提出了系 统的理论和设计方法，制造了几十种独具特色的型行波、驻波超声电机以及驱动器该争论中心 被国际上评价为是“世界最具实力的争论机构之一” 华中科技大学在高速超周密运动掌握争论中， 领先觉察并说明白气浮轴承气旋现象产生的机理，在国际学术界产生了重要影响重庆大学制造了 具有多曲面与直线圆弧凹槽有机组合的水润滑橡胶合金轴承，这种轴承节约了大量贵金属，在国内 外船舶等传动系统中得到广泛应用〔五〕仿生气械和生物制造领域吉林大学在仿生柔性动态减阻、仿生电渗脱附理论争论取得了重要进展，制造了一系列地面机 械脱附减阻仿生技术，并成功地应用于农业机械和国防工程西安交通大学在人工骨仿生制造争论 中建立了骨组织的模型，提出了骨缺损的复合构造修复方法，承受快速成形法制造了人工骨的构造 框架，并在动物骨缺损修补中获得成功。

〔六〕先进电子制造领域中南大学提出了“极端制造”的理念上海交通大学、清华大学等围绕硬盘驱动器和芯片制造 中的关键科学问题开展了系统争论，提出了纳米量级划痕深度和长度可控的单颗磨粒磨削方法，建 立了硅片自旋转磨削的砂轮临界切深模型；提醒了高加速度运动系统的宽频多模态复合运动特征， 提出了高加速度、高精度、高牢靠性周密驱动平台的设计理论与掌握方法；说明白超声键合界面原 子快速集中机理，觉察了键合界面的“粘滑” 运动特性，提出了变参数加载工艺〔七〕数字制造领域华中科技大学提出了基于可视锥的几何推理方法、 简单曲面轮廓误差的统一判别等理论理论， 开发出简单产品数字建模和可制造性分析软件系统，建立了集成快速测量、数字建模及面对制造设 计于一体的系统平台，应用于缸盖类叶片类等简单曲面零件快速产品开发武汉理工大学提出了数 字制造建模理论，建立了数字制造环境下虚拟数控加工系统设备远程操作、监控与诊断平台上海 交通大学将距离函数和伪距离函数理论应用于力旋量和运动旋量空间的定性与定量几何推理，建立 了夹具和夹持机构的封闭性、稳定性的定性与定量分析和评价指标体系〔八〕机械测量学科领域天津大学制造了空间尺寸测量的现场校准方法和装置，解决了现代制造中急需解决的现场校准 及其装置问题。

清华大学制造了频差大于 40MHz 双折射双频激光器和测量位移的“激光器纳米测尺”哈尔滨工业大学制造了高性能系列直线及回转运动基准装置；制造了多种共焦扫描测量装置和显微 镜，使水平、垂直区分力到达了亚纳米量级；为我国研制出第一台圆柱度和微小深孔测量仪标准装 置，使我国具备了在该领域进展量值传递和溯源的力量重庆大学提出了“智能虚拟控件”概念和 原理，建立了信号变换的统一模型，研制成功了上千种独具特色的虚拟仪器开发系统重庆工学院 提出了周密位移测量“时空转换”思想，制造了时栅位移传感器及其测试系统，仅用圆周单刻线就 实现了任意圆周分度周密测量〔九〕加工制造学科领域大连理工大学提出了硬脆材料简单曲面天线罩周密制造技术与装备针对天线罩电性能的特别 要求，提出了面对天线罩电性能补偿的周密修磨理论，建立了天线罩综合电性能误差与几何参数补 偿量关系的理论模型， 制造了数字化修磨装备，解决了国防工程中的一项重大科技难题湖南大学 在高速周密磨削加工争论领域，提出“四点恒线速法” ，使非圆轮廓外表磨削力相差十几倍造成的磨 削缺陷得以改善，外表质量明显提高华中科技大学提出了磨削外表烧伤的形成机理、理论模型、 参数优化及掌握策略，解决了磨削烧伤的难题。

〔十〕超周密加工领域哈尔滨工业大学在微纳米切削过程的加工机理、刀具磨损破损机制、脆性材料超精亲热削去除 机制等方面进展了深入争论，成功开发多台超精亲热削加工专用设备，并已用于激光核聚变关键零 件 KDP 晶体的超周密加工国防科技大学在国内领先突破了离子束和磁流变光学抛光技术，建立了 磁流体和离子束等可控柔体介质抛光的根底理论，形成了一整套光学镜面全波段误差掌握的工艺路 线和设备，可稳定实现平面、球面和非球面镜面形精度〔 RMS 纳米量级的加工〔十一〕设计学领域浙江大学针对基于智能计算的产品概念设计与虚拟样机技术进展了系统深入的争论，提出并实 现了产品配置、产品变型、产品进化和产品递归这 4 项大批量定制关键设计技术；实现了产品设计 概念的创生成与设计性能的虚拟仿真验证；研发了计算机关心产品创设计技术与系统，并与国外著名 CAD 系统的数据接口对接河北工业大学制造性地进展了 TRIZ 理论，提出了多冲突的定性和 定量分析方法与领域解转化技术，归纳了产品创模糊前端中创设想 4 种产生模式〔十二〕成形制造领域湖南大学在汽车掩盖件模具成型理论和技术领域，建立了相对完整的接触碰撞过程仿真理论和 方法体系， 解决了汽车碰撞安全性和车身冲压工艺分析计算中的共性技术问题。

上海交通大学在车 身冲压成形争论中，提出了基于变压边力掌握技术，实现成形过程中金属流淌的准确掌握，建立了 高强度钢汽车板精益成形技术体系西北工业大学在轻合金成形中提醒了大型铝型材挤压速度对挤 压过程及其温度场变化的影响规律， 解决了大型铝型材挤压中温度速度效应及协调掌握等重大难题 哈尔滨工业大学在内高压成形争论中，建立了壁厚分界圆和塑性起皱临界应力理论模型、提醒了成 型的缺陷形成机制和壁厚分布规律、制造了“有益皱纹”预制坯和降低成形压力方法等核心技术和 装备武汉理工大学应用体积成形理论，制造了滚碾及摆碾设备，成功应用于轴承套的冷压周密成 形，大大提高了成形件的强度及制造效率西安交通大学、清华大学、华中科技大学等分别对光固 化〔SL〕、LOM FDM SLS 方法进展了机理争论，形成了我国的自主技术，提升了企业的产品开发能 力〔十三〕高能束加工领域中科院力学所制造了特别声光开关调制技术，在世界上首次实现将生产湖南大学制造了一种切割焊接用折叠式准封离型高光束质量千瓦级YAG 激光毛化技术用于规模CO2 激光器江苏大学研制了重复频率千兆瓦钕玻璃激光器和激光冲击成形系统，实现了难成形金属薄板的激光冲击小曲率 半模成形； 华中科技大学制造了一种型有用的金刚石圆锯片激光焊接系统。

〔十四〕微纳制造领域西北工业大学提出了支持任意流程的 MEM 集成设计工具北京大学开发出三套标准工艺流程，建立了高水平的硅基 MEMS 加工平台中科院上海微系统所等制造了多层硅微机械构造一次成型技 术、玻璃上硅基光波导制造技术和圆片级封装方法，形成了基于单硅片构造的双面体微机械压阻 传感器制造工艺大连理工大学研制塑料微流控芯片自动化制造装备，把握了微构造热压成形金属 模具、微流控芯片批量制作的关键技术西安交通大学提出了常温软压印下“保压－释放－固化” 的纳米压印工艺，觉察了阻蚀胶与模具液－固界面、固－固界面特性对模腔填充质量及其脱模效果 的影响规律，实现了 50 nm 线宽的纳米压印，具有良好的复型保真度中科院物理成功研制出具有对 称式机械构造的双探针扫描隧道显微镜 〔STM〕探头中北大学研制了基于拉曼光谱的圆片级微构造应力测试平台，完成了静态应力和动态应力的测试三、机械工程学科的国内外比较分析在机械工程科学方面，虽然已经取得了瞩目的创及进展，必需糊涂地生疏到，我国机械工程 科学总体上还处于落后状态主要表达在：中国机械工程的理论、方法和技术对中国制造业的自主 创和进展的奉献不显著；中国学者提出的机械领域的概念、理论不多；有重要国际影响的机械工程理论、方法和技术不多；国际机械领域学术界有较大影响的中国学者鲜少。

总体上中国机械 工程学术领域在国际上的地位滞后于中国制造业在国际制造界的地位四、机械工程科学进展总趋势 将来机械工程学科的进展将主要受到两个轮子的制约和推动，一个是制造业的创进展，另一 个是学科的演化进步鉴于将来制造业进展的总趋势是全球化、信息化、绿色化、学问化和极端化〔五化〕 机械工程 科学的根本任务，就是为制造业的“五化”供给所需求的机械系统理论、方法和先进制造技术随着世界的进步、 国家的需求和学科的进展， 机械工程科学的进展消灭了以下显著特点和趋势： 一方面，高技术领域如光电子、微纳技术、航空航天、生物医学、重大工程技术的进展，要求机械 与制造科学向这些领域供给更多更好的理论、 方法和技术 , 因而消灭了微纳制造、 仿生及生物 制造、微电子制造等制造科学领域；另一方面，随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材 料科学、治理科学、纳米科学技术的穿插，除了推。