現代機械行業未來前景探討

李　新

摘要：現代機械行業是現代國民經濟和綜合國力的重要支柱，其競爭能力最終體現在所生產的產品的市場占有率上。隨著經濟技術的高速發展以及顧客需求和市場環境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對機械行業的發展研究。

關鍵詞：機械制造；前景；發展

中圖分類號：F203

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)09-0010-01

1現代機械行業面臨的問題

(1)為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現代機械技術中產品開發和制造的關鍵問題。機械制造過程中物理和力學現象的幾何化研究形成了機械制造科學中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進一步突破，當前一門新學科——計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。

(2)在現代機械制造過程中，信息不僅已成為主宰機械制造行業的決定性因素，而且還是最活躍的驅動因素。提高機械制造系統的信息處理能力已成為現代制造科學發展的一個重點。由于機械制造系統信息組織和結構的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結構模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海景數據的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。

(3)各種人工智能工具和計算智能方法在機械制造中的廣泛應用促進了機械制造智能的發展。一類基于生物進化算法的計算智能工具，在包括調度問題在內的組合優化求解技術領域中，受到越來越普遍的關注，有望在機械制造中完成組合優化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規模的制約。機械制造智能還表現在；智能調度、智能設計、智能加工、機器人學、智能控制、智能工藝規劃、智能診斷等多方面。這些問題是當前產品創新的關鍵理論問題，也是機械制造由一門技藝上升為一門科學的重要基礎性問題。這些問題的重點突破，可以形成產品創新的基礎研究體系。

2現代機械工程的前沿科學

2.1機械制造信息科學

機電產品是信息在原材料上的物化。許多現代產品的價值增值主要體現在信息上。因此機械制造過程中信息的獲取和應用十分重要。信息化是機械制造科學技術走向全球化和現代化的重要標志。人們一方面對機械制造技術開始探索產品設計和機械制造過程中的信息本質，另一方面對機械制造技術本身加以改造，以使得其適應新的信息化機械制造環境。隨著對機械制造過程和機械制造系統認識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達，以進一步達到實現控制和優化的目的。

2.2微機械及其制造技術研究

微型電子機械系統(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統。微型機電系統的研究需要多學科交叉的研究隊伍，微型機電系統技術是在微電子工藝的基礎上發展的多學科交叉的前沿研究領域，涉及電子工程、機械工程、材料工程、物理學、化學以及生物醫學等多種工程技術和科學。目前對微觀條件下的機械系統的運動規律，微小構件的物理特性和載荷作用下的力學行為等尚缺乏充分的認識，還沒有形成基于一定理論基礎之上的微系統設計理論與方法，因此只能憑經驗和試探的方法進行研究。微型機械系統研究中存在的關鍵科學問題有微系統的尺度效應、物理特性和生化特性等。微系統的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領域。

2.3材料制備、零件制造一體化和加工新技術基礎

材料是人類進步的里程碑，是機械制造業和高技術發展的基礎。每一種重要新材料的成功制備和應用，都會推進物質文明，促進國家經濟實力和軍事實力的增強。21世紀中，世界將由資源消耗型的工業經濟向知識經濟轉變，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計實現定量化、數字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實現二者一體化、集成化。材料和零件的數字化設計與擬實仿真優化是實現材料與零件的高效優質制備／制造及二者一體化、集成化機械制造的關鍵。一方面，通過計算機完成擬實仿真優化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實驗性環節，獲得最佳的工藝方案，實現材料與零件的高效優質制備／制造；另一方面，根據不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數、電磁性能等，研究材料和零件的設計形式。進而結合傳統的去除材料式制造技術、增加材料式覆層技術等，研究多種材料組分的復合成形工藝技術。形成材料與零件的數字化制造理論、技術和方法，如快速成形技術采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統的去材法和變形法機械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復雜形狀又具有一定功能的三維實體模型或零件。

2.4機械仿生制造

21世紀將是生命科學的世紀，機械科學和生命科學的深度融合將產生全新概念的產品(如智能仿生結構)，開發出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產業，并為解決產品設計、制造過程和系統中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創新和挑戰的前沿領域。

地球上的生物在漫長的進化中所積累的優良品性為僻決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現象中學習組織與運行復雜系統的方法和技巧，是今后解決目前制造業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、自增長與自進化等功能結構和運行模式的一種制造系統與制造過程。如果說制造過程的機械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，“仿生制造”則可以說延伸了人類自身的組織結構和進化過程。

仿生制造所涉及的科學問題是生物的“自組織”機制及其在制造系統中的應用問題。所謂“自組織”是指一個系統在其內在機制的驅動下，在組織結構和運行模式上不斷自我完善、從而提高對于環境適應能力的過程。仿生制造的“自組織”機制為自下而上的產品并行設計、制造工藝規程的自動生成、生產系統的動態重組以及產品和制造系統的自動趨優提供了理論基礎和實現條件。

仿生制造屬于制造科學和生命科學的“遠緣雜交”，它將對21世紀的制造業產生巨大的影響。

3現代機械制造技術的發展趨勢

隨著電子、信息等高新技術的不斷發展，市場需求個性化與多樣化，未來現代制造技術發展的總趨勢是向精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發展。當前現代制造技術的發展趨勢大致有以下幾個方面：

(1)信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合，現代機械制造生產模式會獲得不斷發展。

(2)設計技術與手段更現代化。

(3)成型及制造技術精密化、機械制造過程實現低能耗。

(4)新型特種加工方法的形成。

(5)開發新一代超精密、超高速機械制造裝備。

(6)加工工藝由技藝發展為工程科學。

(7)機械制造以人為本。