機械工程科學前沿和優先領域的初步構想

吳永久

（西鋼集團 燈塔礦業有限公司，遼寧 燈塔111300）

隨著納米技術、微細工程（如微型機械）、智能技術及重大機械工程技術的發展, 機械工程科學體系和內容將得到進一步擴大、充實和完善。隨著我國工業的發展和市場經濟的完善,應用基礎研究與工業應用開發之間、科學技術與工程之間相互依存、互相促進的關系將日趨明顯。我們正邁向新世紀的大門。未來機械工程科學發展的總趨勢將是交叉、綜合化；柔性、集成化；智能、數字化；精密、微型化；高效、清潔化。

1 機械工程科學的進展

1.1 機械工程科學在學術研究方面的進展

半個多世紀以來，我國的機械工程科學已經取得了飛躍式的發展。在學術研究方面，機床顫振非線性理論、電接觸可靠性理論、超塑擠壓變形規律、7R 空間機構位移分析、圓弧齒輪強度分析理論不但獲得了國家的自然科學獎，而且已經躋身于國際先進行列。與此同時，空間并聯機構理論、農機仿生減阻脫附機理、彈性流體潤滑理論、計量型原子力顯微鏡等方面的研究也具有國際先進水平。

1.2 機械工程科學在技術創新方面的進展

由于學科交叉，特別是信息科學、生命科學和管理科學與機械工程科學的交叉結合，使原有的機械工程科學體系得到很大擴展，型MIG 焊接電弧控制法、稀土化合物摩擦學特性、微機化現場動平衡儀、磁盤精密沙袋研拋機理、等角速萬向聯軸器、SiC 陶瓷刀具、超精密加工表面微觀形貌在位檢測儀、高溫密柵云紋法、高溫下材料力學性能測量裝置、這些技術創新都已經在國際上得到了發明的獎項。

此外，智能結構和智能機械系統、快速成形制造、制造系統和制造模式、微型機電系統、仿生機械和仿生制造等方面已形成了新的學科研究方向。

1.3 機械工程科學在工程醫用方面的進展

飛機安全可靠性研究、阿依24 發動機振動故障研究、大型汽輪機組軸承系統的摩擦學設計、 精輥精鍛復合工藝、精加工刀具后角的研究、光纖干涉絕對測量、鍛壓設備數控技術、機器人離線編程系統HOLPS 及其應用，這些都是獲得國家科技進步獎的系列，這些已經轉化為生產力，為國家和企業創造了巨大的經濟效益和社會效益，這些技術發明使我國的科學家在諾貝爾獎方面不再是空缺，更是為我國的創造業創造了更多更厚的社會財富和科學財富，人民的生活也得到了質的提高與飛躍。

2 現代工程科學前言的初步探討

2.1 機械工程科學的特征

工程科學前沿區別于一般基礎科學前沿的重要特征是它涵蓋了工程實際中出現的關鍵科學技術問題，工程科學的又一特征是具有明確的應用前景，其技術成果應具有潛在的市場競爭力。特別是我國加入WTO 以后,我國汽車、機械裝備和儀器儀表等制造業將面臨更嚴峻的挑戰。因此產品的創新性、質量、成本、交貨期、售后服務以及環境適應性等問題更應引起足夠的重視。再比如，高速鐵路輪軌的波浪形磨損是國內外均未解決的工程技術難題，對此問題的解決不但會產生巨大的社會效益和經濟效益，而且其理論方法一定可以豐富學科的內涵，推動學科的發展。

2.2 機械工程科學的重要前沿

21 世紀的主流科學是信息科學、材料科學、生命科學、納米科學、管理科學和制造科學，他們將會改變世界、改變高新技術的發展，而與以上領域交叉發展的制造系統和制造信息學、納米機械和納米制造科學、仿生機械和仿生制造學、制造管理科學和可重構制造系統等是21 世紀機械工程科學的重要前沿。科學前沿的研究要求本著“有所為、有所不為”的方針,有優勢和特色的前沿領域為之；不具備條件的領域暫不為之。機械仿生、納米摩擦學、并聯機構、虛擬儀器等領域我們已有一定優勢和特色,如堅持下去,可能會有大的突破。

2.3 機械科學某些領域的前沿動態

幾年來申報的基金項目來看,機構學、動力學和傳動領域幾乎未見帶突破性的理論和創新成果； 并聯軸機床國內外研究不少，但多數為重復性研究，而其剛度、精度等關鍵技術已成為國際性難題；虛擬制造剛剛開始,現在國內做的所謂“虛擬制造”實際上多半是“仿真模擬”，而“仿真模擬”僅是虛擬制造的初級階段工作；設計和制造過程的三維數值模擬已有不少成果，但物理模擬卻未得到應有的重視和發展。這些領域的研究動態都受到了不同程度的阻礙，有的領域甚至與國際科學相比有拉大的趨勢，所以在這些領域中，研究人員更要投入更大的精力、物力、財力，以此縮短逐漸拉大的趨勢。

3 機械工程科學優先領域的初步構想

3.1 機械工程科學優先資助領域的設想

優先資助領域的遴選出學科的前沿，期也是未來科學技術的發展方向，對我國經濟、技術的發展有重要影響，并且我國已有一定科學研究成果積累和優勢，經努力可望達到國際先進水平的領域。我國尚不能穩定地在批量生產中實現亞微米制造，而納米技術尚處于極小規模的試探階段。此外，在超高速切削、磨削以及難加工材料（如工程陶瓷）的加工技術和理論方面，國外正在大力研究并有長足的發展。所以這些領域包括：（1）跨世紀制造系統與制造單元；（2）機械系統、產品性能及其設計理論與方法。只有對這些設想的優先資助領域足夠的重視，才能真正意義上取得學術上的創新和應用技術的成果。

3.2 “十五”優先領域的初步構想

在國家規定的20 個重點項目中，要這些項目中多數是通過優先領域的遴選,公布指南、自由申請、專家評議、平等競爭立項的，基本上代表了機械工程科學的資助方向，具有前瞻性、交叉性、先導性、基礎性、應用性五大特點。“十五”優先領域應當選擇有優勢和特色的學科前沿； 選擇國民經濟和機械工程中的重要關鍵科學問題；對“九五”已經立過重點項目并可能取得新突破的少數前沿領域, 應當選擇新的內容和關鍵科學問題繼續支持；現代的項目研究已經看出發展苗頭或者已經聚集了力量和基礎的前沿新領域，也可作為優先領域立項。此外，機械學科今年還先后在測試、計量科學及儀器、超聲電機、仿生機械和制造、零件精確軋制、并聯軸機床、摩擦學領域召開了研討會。這些研討會提出的重要課題和研究方向將為學科“十五”優先領域的遴選工作起到重要的作用。

4 結語

在未來的機械工程科學的發展中，儀器設備、微型機電系統、高效柔性、智能自動化制造技術將日趨成熟越來越受到重視，并逐漸被市場所接受。重構制造系統的理論與技術和適合我國的制造模式得到了完善和發展；在機構學、摩擦學、 仿生機械和仿生制造等領域我國將進入世界先進行列；制造業在制造科學技術的武裝下將全面現代化，所以，機械工程科學的發將會極大的改變類的生產方式和生活方式。

［1］雷源忠,黎明,王雪.機械工程科學前沿和優先領域的初步構想[J].中國機械工程,2007,11(2)：18-20.