我國制造技術的研究現狀與展望

魏珊珊（徐州生物工程職業技術學院，江蘇 徐州 221006）

0 引言

21世紀人類社會主要面臨四大問題：氣候變暖、資源枯竭、人口增加、環境惡化。隨著時間的推移，這些問題將變得越來越嚴峻而不可逾越。人們將會發現：生態(地球的保護和人類生存環境)可能比經濟更為重要[1]。

我國作為能源消耗大國，由于煤和石油的枯竭，我國未來經濟的發展必將依賴于水力能、風力能、地熱能、太陽能、核能。制造業作為我國經濟發展的支柱產業，面對上述社會問題，必然會對我國制造業的發展造成一定的阻礙。為了保證我國制造業的健康發展，就必須對制造技術進行改良和創新[2]。

本文就我國制造技術領域發展中的新技術、新方法、新理論、新觀點、重要科技、優先領域進行了概述，同時，對制造技術未來的發展進行了展望。

1 制造學科概述

1987年美國制造工程師學會對制造工程的定義是：制造工程是工程專業的一個分支。它要求具體了解、應用和控制制造過程中各個工程程序和工業產品的生產方法所必需的教育和經驗；還要求具有設計制造流程的能力，研究和開發新的工具，機器和設備的能力，研究和開發新的工藝過程的能力，并且將它們綜合成為一個系統，以達到用最少的費用生產出高質量的產品。現代制造工程是一個系統工程。它是一個以制造科學為基礎的、由制造模式和制造技術構成的、對制造資源和制造信息進行加工處理的有機整體。制造學科主要是對接的制造過程以及機械系統進行研究的學科。制造學科主要包含了產品設計、加工制造(生物制造、仿生制造、微納制造、結構制造、裝備制造、復雜曲面加工、非傳統加工、高效加工、超精密加工)、成形制造(表面工程、模具制造、連接、塑造、鑄造成形)以及系統運作等科學。

2 我國制造技術領域的研究及發展現狀

2.1 仿生機械和生物制造

吉林大學在仿生柔性動態減阻、仿生電滲脫附理論研究中取得了重要進展,創建和發展了機械仿生學科、發明了一系列地面機械脫附減阻仿生技術,并成功地應用于農業機械和國防工程。西安交通大學在人工骨仿生制造研究中建立了骨組織的模型，提出了骨缺損的復合結構修復方法,采用快速成型法制造了人工骨的結構框架,并在動物骨缺損修補中獲得成功。

2.2 先進電子制造

中南大學提出了“極端制造”的理念。上海交通大學、清華大學等圍繞硬盤驅動器和芯片制造中的關鍵科學問題開展了系統研究,提出了納米量級劃痕深度和長度可控的單顆磨粒磨削方法，建立了硅片自旋轉磨削的砂輪臨界切深模型；揭示了高加速度運動系統的寬頻多模態復合運動特征，提出了高加速度、高精度、高可靠性精密驅動平臺的設計理論與控制方法；闡明了超聲鍵合界面原子快速擴散機理,發現了鍵合界面的“粘滑”運動特性，提出了變參數加載工藝。

2.3 數字制造

華中科技大學提出了基于可視錐的幾何推理新方法、復雜曲面輪廓誤差的統一判別等理論，開發出復雜產品數字建模和可制造性分析軟件系統，建立了集成快速測量、數字建模及面向制造設計于一體的系統平臺，應用于缸蓋類葉片類等復雜曲面零件快速產品開發。武漢理工大學提出了數字制造建模理論、基于制造網格的數字制造資源共享、數字制造環境下敏捷供應鏈理論模型、數字制造車間智能調度的理論和算法；建立了數字制造環境下虛擬數控加工系統設備遠程操作、監控與診斷平臺。上海交通大學將距離函數和偽距離函數理論應用于力旋量和運動旋量空間的定性與定量幾何推理，建立了夾具和夾持機構的封閉性、穩定性的定性與定量分析和評價指標體系。

2.4 加工制造

大連理工大學提出了硬脆材料復雜曲面天線罩精密制造技術與裝備。針對天線罩電性能的特殊要求，提出了面向天線罩電性能補償的精密修磨理論，建立了天線罩綜合電性能誤差與幾何參數補償量關系的理論模型，發明了數字化修磨裝備，解決了國防工程中的一項重大科技難題。湖南大學在高速精密磨削加工研究領域，提出“四點恒線速法”,使非圓輪廓表面磨削力相差十幾倍造成的磨削缺陷得以改善,表面質量明顯提高。華中科技大學提出了磨削表面燒傷的形成機理、理論模型、參數優化及控制策略,解決了磨削燒傷的難題。

2.5 微納制造

西北工業大學提出了支持任意流程的MEMS集成設計工具。北京大學開發出三套標準工藝流程，建立了高水平的硅基MEMS加工平臺。中國科學院上海微系統所等發明了多層硅微機械結構一次成型技術、玻璃上硅基光波導制造技術和圓片級封裝新方法，形成了基于單硅片結構的雙面體微機械壓阻傳感器制造工藝。大連理工大學研制塑料微流控芯片自動化制造裝備，掌握了微結構熱壓成形金屬模具、微流控芯片批量制作的關鍵技術。西安交通大學提出了常溫軟壓印下“保壓-釋放-固化”的納米壓印工藝，發現了阻蝕膠與模具液-固界面、固-固界面特性對模腔填充質量及其脫模效果的影響規律，實現了50nm線寬的納米壓印，具有良好的復型保真度。中國科學院物理研究所成功研制出具有對稱式機械結構的雙探針掃描隧道顯微鏡(STM)探頭。中北大學研制了基于拉曼光譜的圓片級微結構應力測試平臺，完成了靜態應力和動態應力的測試。

3 制造技術發展展望

航天及深海裝備制造科技。未來飛機將進一步向大型、快速、輕型、舒適性、安全性方向發展；用于國防的各種飛行器，將向超快、精確、輕微及智能監控方向發展。高速、精確、智能化微型飛行器技術；微小制導技術；超低溫、超真空、無重力極端條件下的裝備設計與制造科學技術、智能作業機器人、超大型射電望遠鏡、適于高壓腐蝕環境作業的深海裝備的設計與制造技術等將得到大的發展。

新能源裝備制造技術。由于一次能源將逐步枯竭，核能、深海能源、再生能源及清潔能源的研發和使用將大大促進該領域制造技術的發展。核能工藝及裝備、深海能源探測及采掘工藝及裝備、新能源和再生能源的裝備制造、基于新能源的經濟型汽車發動機及車輛設計與制造技術研究將得到更大重視和關注。

綠色制造科技。即基于資源節約和環境友好的綠色可持續性制造，是一項戰略性制造理念、制造模式和制造技術。綠色可持續性制造包含無污染無廢棄物制造、綠色產品的設計與制造、廢舊機電產品的再制造、節能節材制造以及新能源裝備制造五個方面。耗能耗材多、污染環境的機電產品和生產過程將會受到市場和法規的制約而逐漸減少或消亡，相反，新能源、節能節材和無污染機電產品及其生產過程將得到更大發展。電動汽車和燃料電池汽車如果能突破電池材料和低成本制造兩大瓶頸，將會實現車輛業改朝換代的大革命。由于廢棄產品的海增，再制造業將得到迅速發展。

除此之外，制造科學在數字裝備制造、光子制造、仿生制造和電子通訊制造以及微納米制造等方面都將取得良好的發展，促進我國機械工程領域的不斷進步和發展。

4 結束語

目前，我國制造技術研究領域已經取得了長足的進展和進步，但仍與國際先進水平存在差距。對先進制造技術的研究與發展，必須制定長遠的發展計劃，運用科學、合理的發展策略，才能盡快縮小同發達國家的差距，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

［1］雷源忠.我國機械工程研究進展與展望[J].機械工程學報,,2009,45(5).

［2］譚杰.我國機械工程研究進展與展望[J].建材與裝飾,2013(14).

［3］路甫祥.堅持科學發展,推進制造業的歷史性跨越[J].機械工程學報,2007,43(11).

［4］國家自然科學基金委員會工程與材料科學部.學科發展研究報告(2006年-2010年)機械與制造科學[M].科學出版社,2006.