2022年度機(jī)械設(shè)計與制造學(xué)科國家自然科學(xué)基金管理工作綜述

葉 鑫 朱明亮，2 黃志權(quán)，3

1.國家自然科學(xué)基金委員會工程與材料科學(xué)部，北京，100085 2.華東理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，上海，2002373.太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原，030024

0 引言

黨的二十大報告指出，堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，加快實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)。習(xí)近平總書記指出，“加強(qiáng)基礎(chǔ)研究是科技自立自強(qiáng)的必然要求，是我們從未知到已知、從不確定性到確定性的必然選擇”。2022年，國家自然科學(xué)基金委員會(以下簡稱“自然科學(xué)基金委”)工程與材料科學(xué)部機(jī)械設(shè)計與制造學(xué)科(以下簡稱“學(xué)科”)貫徹落實黨的二十大報告和習(xí)近平總書記關(guān)于基礎(chǔ)研究的重要論述精神，根據(jù)科學(xué)基金深化改革要求，在以往管理工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上[1-3]，順利完成了各項工作。現(xiàn)對學(xué)科2022年度國家自然科學(xué)基金項目評審與資助、項目進(jìn)展與結(jié)題審查、科學(xué)基金改革等工作進(jìn)行回顧與總結(jié)。

1 2022年度科學(xué)基金項目評審與資助

1.1 評審與資助總體情況

截至2022年12月31日，學(xué)科共接收各類項目申請7843項，比2021年度[4]增加193項，增幅為2.52%。按照規(guī)定程序，經(jīng)過嚴(yán)格評審，學(xué)科共資助各類項目1313項，資助總直接費用64 204.9萬元。主要項目申請及資助情況詳見表1。

表1 2022年度學(xué)科主要項目申請及資助情況

1.2 三類項目申請與資助

學(xué)科2022年度共接收面上項目、青年科學(xué)基金項目和地區(qū)科學(xué)基金項目(以下簡稱“三類項目”)申請7437項，占學(xué)科所有申請項目的94.82%，同比增長2.8%。經(jīng)初審，“三類項目”不予受理22項。經(jīng)通訊評審和會評專家投票，資助“三類項目”共計1264項(詳見表1)。其中面上項目(預(yù)算制)平均資助強(qiáng)度54萬元/項、青年科學(xué)基金項目(包干制)經(jīng)費30萬元/項(三年期)、地區(qū)科學(xué)基金項目(預(yù)算制)平均資助強(qiáng)度33萬元/項。

面上項目和青年科學(xué)基金項目申請數(shù)量前10名的依托單位申請情況如圖1所示，與2021年度相比[4]，面上項目申請量有增有降，增幅最大的是北京航空航天大學(xué)，降幅較大的是燕山大學(xué)和上海交通大學(xué)；青年科學(xué)基金項目數(shù)量均有不同程度增加，增幅較大的有北京航空航天大學(xué)與山東理工大學(xué)，降幅較大的有清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和西安交通大學(xué)。此外，地區(qū)科學(xué)基金項目申請數(shù)量排名前三的單位分別是蘭州理工大學(xué)(38項)、昆明理工大學(xué)(33項)和南昌航空大學(xué)(27項)。

“三類項目”各二級代碼對應(yīng)領(lǐng)域的申請與資助情況如圖2所示。各領(lǐng)域(二級代碼)申請量與2021年度相比[4]，除機(jī)械仿生學(xué)與生物制造(E0507)下降了10.98%外，其他11個領(lǐng)域的申請量均增加，機(jī)器人與機(jī)構(gòu)學(xué)(E0501)增幅最大，達(dá)到15.9%。各領(lǐng)域資助情況與2021年度相比，機(jī)械動力學(xué)(E0503)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)(E0504)、機(jī)械測試?yán)碚撆c技術(shù)(E0511)增幅10%～11%；機(jī)器人與機(jī)構(gòu)學(xué)(E0501)、機(jī)械仿生學(xué)與生物制造(E0507)和成形制造(E0508)增幅6%～7%；傳動與驅(qū)動(E0502)、機(jī)械設(shè)計學(xué)(E0506)和加工制造(E0509)降幅1%～3%，其他三個領(lǐng)域資助率變動不大。

(a)面上項目

1.3 “共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計劃評審與資助

2022年度“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計劃僅資助集成項目。2022年4月，自然科學(xué)基金委發(fā)布了“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計劃年度項目申請指南[5]。指南明確了資助領(lǐng)域與方向，包括足式機(jī)器人、助老機(jī)器人、機(jī)器人新概念新原理等。2022年度共受理29個依托單位的申請項目37項。經(jīng)過評審最終資助集成項目4項，資助率10.81%，資助直接費用合計1500萬元。

圖2 三類項目各二級代碼對應(yīng)的領(lǐng)域申請與資助情況Fig.2 Application and funding for all secondary codes of the three types of projects

截至2022年底，“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計劃基本完成了資助計劃，共資助項目118項，合計資助直接經(jīng)費23 594萬元。其中，戰(zhàn)略研究項目2項，直接經(jīng)費500萬元；培育項目65項，直接經(jīng)費4175萬元；重點支持項目41項，直接經(jīng)費11 039萬元；集成項目10項，直接經(jīng)費7880萬元。資助項目共涉及四個科學(xué)部，其中工程與材料科學(xué)部62項，占比52.5%，直接經(jīng)費13 674萬元；信息科學(xué)部45項，占比38.1%，直接經(jīng)費7850萬元；數(shù)理科學(xué)部6項，占比5.1%，直接經(jīng)費984萬元；醫(yī)學(xué)科學(xué)部5項，占比4.3%，直接經(jīng)費1086萬元。

2 項目進(jìn)展、中期與結(jié)題管理工作

2.1 “三類項目”進(jìn)展與結(jié)題報告審核

2022年學(xué)科共接收“三類項目”進(jìn)展報告3004份、結(jié)題報告1182份(含部分延期項目)。學(xué)科組織專家對項目年度進(jìn)展和結(jié)題項目成果進(jìn)行了認(rèn)真審核，客觀評估項目的研究質(zhì)量和完成度，遴選了結(jié)題情況較好的“三類項目”共226項，其中優(yōu)秀候選項目50項。于2022年8月17—19日在長春舉辦的第十五屆設(shè)計與制造前沿國際會議(ICFDM 2022)[6]上，優(yōu)秀候選項目作了結(jié)題報告，其他結(jié)題較好項目進(jìn)行了展板展示；經(jīng)參會學(xué)者投票，從優(yōu)秀候選項目中評選出10項國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀結(jié)題項目(8項面上項目、2項青年科學(xué)基金)，項目詳見表2。

表2 ICFDM 2022評選的優(yōu)秀結(jié)題項目清單

2.2 重點項目(重點國際(地區(qū))合作項目)中期與結(jié)題管理

學(xué)科于2022年1月20—21日以線上會議形式組織召開重點項目結(jié)題審查與中期檢查學(xué)術(shù)交流會，對2016年資助的11項重點項目和2項重點國合項目進(jìn)行結(jié)題審查，并對2018年資助的13項重點項目進(jìn)行中期檢查。與會專家聽取了項目組所做的研究報告，審查了項目組提交的文檔資料，經(jīng)過提問、質(zhì)疑和充分討論，共評選出優(yōu)秀結(jié)題項目8項(重點項目7項、重點國合項目1項)，優(yōu)秀中期項目8項。其中，華中科技大學(xué)周華民教授負(fù)責(zé)的重點項目“聚合物光學(xué)產(chǎn)品成形過程宏觀形變與介觀結(jié)構(gòu)的一體化在線調(diào)控”(項目批準(zhǔn)號：51635006)提出了聚合物取向結(jié)構(gòu)的介電測量新方法，開發(fā)出叉指電極介電傳感裝置，實現(xiàn)了成形過程中取向結(jié)構(gòu)演變的在線檢測，突破了成形收縮的模具-工藝-工況協(xié)同調(diào)控技術(shù)，使成形精度提升到亞微米級，在航空透明件、精密光學(xué)透鏡等典型產(chǎn)品上成功應(yīng)用。重慶大學(xué)王時龍教授負(fù)責(zé)的重點項目“大規(guī)格數(shù)控制齒機(jī)床的精度演變及控制機(jī)理研究”(項目批準(zhǔn)號：51635003)提出了齒面微觀形貌和殘余應(yīng)力可控的加工工藝，建立了大規(guī)格制齒機(jī)床的高精度在位測量方法，打破了國外對我國大規(guī)格數(shù)控制齒機(jī)床制造技術(shù)的封鎖，促進(jìn)了蝸輪加工行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

2.3 “航天先進(jìn)制造技術(shù)研究”聯(lián)合基金中期與結(jié)題管理

2022年1月20—21日，學(xué)科以線上會議形式組織召開“航天先進(jìn)制造技術(shù)研究”聯(lián)合基金項目學(xué)術(shù)交流會，對2017年資助的14項重點支持項目進(jìn)行結(jié)題審查，并對2019年資助的3項集成項目、8項重點支持項目進(jìn)行中期檢查。與會專家聽取了項目組所做的研究報告，審查了項目組提交的文檔資料，經(jīng)過提問、質(zhì)疑和充分討論，共評選出優(yōu)秀結(jié)題項目10項、優(yōu)秀中期項目4項。

優(yōu)秀結(jié)題項目“航天慣性器件用SiCp/Al結(jié)構(gòu)件高效超精密加工控制與優(yōu)化”(U1737201)提出了SiCp/Al結(jié)構(gòu)件典型特征超聲振動加工工藝匹配與參數(shù)控制方法；“航天用弱剛度鋁合金構(gòu)件殘余應(yīng)力分布超聲無損檢測與高能聲束原位調(diào)控技術(shù)”(U1737203)提出了構(gòu)件內(nèi)部三維殘余應(yīng)力超聲檢測方法；“鈦合金層板噴注器擴(kuò)散焊組織性能調(diào)控/變形機(jī)理及焊縫無損檢測評價”(U1737205)提出了鈦合金表面自納米化低溫擴(kuò)散焊接新方法；“超高強(qiáng)鋁合金精密構(gòu)件制造過程變形/殘余應(yīng)力演化機(jī)理與協(xié)同控制”(U1737206)構(gòu)建了應(yīng)力演化與殘留效應(yīng)全過程追蹤方法；“大型空間機(jī)械臂地面低應(yīng)力裝配和多維零重力試驗的機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)”(U1737207)提出了誤差和應(yīng)力耦合的機(jī)械臂低應(yīng)力裝配工藝優(yōu)化方法；“高超聲速飛行器可變流道超高溫平面滑動密封結(jié)構(gòu)制造基礎(chǔ)研究”(U1737209)提出了高溫自潤滑特性和高彈大變形特性陶瓷基復(fù)合材料的制備原理和方法；“高強(qiáng)鋁合金關(guān)鍵航天薄壁構(gòu)件柔性漸進(jìn)成形機(jī)理與精度控制”(U1737210)發(fā)明了二次螺旋曲線加工軌跡生成和三層板漸進(jìn)成形方法；“高超聲速飛行器異型超高溫密封結(jié)構(gòu)三維柔性滾壓成形機(jī)理與電輔助形性調(diào)控”(U1737212)研制了異型超高溫密封結(jié)構(gòu)脈沖電流輔助柔性滾壓成形專用裝備；“面向航天煤油及氣體環(huán)境應(yīng)用的密封件磨損失效機(jī)制及表面薄膜改性技術(shù)研究”(U1737213)攻克了薄膜彈性形變自適應(yīng)及高承載防脆裂的技術(shù)難題；“航天火工分離用固體潤滑涂層減摩機(jī)理與濺射工藝”(U1737214)提出了MoS2空位缺陷損傷微觀機(jī)理及氧化抑制與摩擦學(xué)性能協(xié)同控制的成分、結(jié)構(gòu)調(diào)控方法。

2.4 創(chuàng)新研究群體項目結(jié)題與中期管理

2022年1月20日，在基金委工程與材料科學(xué)部統(tǒng)一組織下，以線上會議形式進(jìn)行了創(chuàng)新研究群體項目結(jié)題審查，學(xué)科2項創(chuàng)新研究群體項目參加結(jié)題審查，哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宏院士負(fù)責(zé)的群體項目“機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”(51521003)和浙江大學(xué)譚建榮院士負(fù)責(zé)的群體延續(xù)資助項目“機(jī)電液系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”(51821093)取得突出進(jìn)展，結(jié)題審查結(jié)果均為優(yōu)秀。此外，在2022年12月13日舉行的創(chuàng)新研究群體中期檢查工作中，南京航空航天大學(xué)袁慎芳教授負(fù)責(zé)的群體項目“飛行器整體結(jié)構(gòu)的制造與監(jiān)測”取得突出進(jìn)展，中期檢查結(jié)果為優(yōu)秀。

結(jié)題評價優(yōu)秀的創(chuàng)新研究群體項目中，“機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”項目在空間在軌維護(hù)、星球探測、核環(huán)境、微納、醫(yī)療和特種工業(yè)機(jī)器人方面取得研究成果，完成了我國首個空間站實驗艙機(jī)械臂系統(tǒng)正樣、實踐二十一號空間機(jī)器人國際首次空間碎片減緩技術(shù)在軌試驗、天宮二號空間機(jī)器人國際首次人機(jī)協(xié)同在軌維修科學(xué)試驗、天問一號我國首個火星探測機(jī)器人祝融號移動與轉(zhuǎn)移、嫦娥五號我國首次地外天體鉆取采樣和嫦娥四號國際首次月球探測機(jī)器人玉兔2號月背轉(zhuǎn)移與巡視，因該項目取得的突出成績，項目負(fù)責(zé)人劉宏院士提出了2022年度工程與材料科學(xué)部“戰(zhàn)略與管理研究類”專項項目申請，擬開展我國空間機(jī)器人在軌建造發(fā)展戰(zhàn)略研究，同等條件下獲得了優(yōu)先資助。群體延續(xù)資助項目“機(jī)電液系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”提出了機(jī)電液系統(tǒng)整機(jī)正向設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計理論和機(jī)電液流體界面機(jī)理與流場控制方法，發(fā)明了復(fù)材剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)加工與裝配技術(shù)，突破了機(jī)電液掘進(jìn)系統(tǒng)智能化決策與操控技術(shù)，自主研制了系列盾構(gòu)裝備，應(yīng)用于國內(nèi)外30余個重點重大隧道工程，為推動我國掘進(jìn)裝備躋身世界前列提供技術(shù)支撐。

2.5 國家杰出青年科學(xué)基金項目結(jié)題管理

2022年5月25日，工程與材料科學(xué)部組織專家對2016年獲批的國家杰出青年科學(xué)基金項目進(jìn)行結(jié)題審查。機(jī)械學(xué)科共有5個項目參與此次結(jié)題審查，4個項目結(jié)題審查評價優(yōu)秀，1個項目評價良好。其中，華中科技大學(xué)彭芳瑜教授主持的“數(shù)控加工技術(shù)與裝備”項目，在機(jī)器人銑削加工精度保障理論和復(fù)雜顫振機(jī)理方面取得了突出進(jìn)展；西安交通大學(xué)劉紅忠教授主持的“微/納機(jī)械傳感與控制”項目，在精密光柵跨尺度連續(xù)制造和精密二維光柵測量系統(tǒng)方面取得了突出進(jìn)展；清華大學(xué)王建強(qiáng)教授主持的“汽車智能安全”項目，在智能安全駕駛系統(tǒng)的一體化感知、行車風(fēng)險統(tǒng)一評估及擬人化決策方面取得了突出進(jìn)展；西北工業(yè)大學(xué)詹梅教授主持的“塑性加工工藝、模具與設(shè)備”項目，在難變形材料大型復(fù)雜曲面件旋壓成形的缺陷預(yù)測與控制方面取得了突出進(jìn)展；北京航空航天大學(xué)魏振忠教授主持的“機(jī)械測試?yán)碚摗⒎椒ㄅc技術(shù)”項目，在外場復(fù)雜環(huán)境動態(tài)位姿視覺測量方面取得了較好進(jìn)展。

2.6 重大研究計劃項目年度交流及中期與結(jié)題管理

2022年8月4—5日，工程與材料科學(xué)部在哈爾濱組織召開“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計劃2021年度項目學(xué)術(shù)交流會，根據(jù)疫情防控要求，來自國內(nèi)機(jī)器人研究領(lǐng)域的專家學(xué)者共計40余人線下參加了會議。會議期間，學(xué)科組織專家對12項重點支持項目進(jìn)行結(jié)題審查，對4項重點支持項目進(jìn)行中期檢查，并組織5項集成項目、11項重點支持項目進(jìn)行年度學(xué)術(shù)交流。經(jīng)過專家組問詢與交流，重點支持項目結(jié)題評價中，9項優(yōu)秀、3項良好；重點支持項目中期檢查評價中，2項優(yōu)秀、2項良好；年度交流項目評價中，集成項目4項優(yōu)秀、1項良好，重點支持項目6項優(yōu)秀、5項良好。此外，12項培育項目的結(jié)題展板在同期召開的“第三屆中國機(jī)器人學(xué)術(shù)年會”會場進(jìn)行了展示。

結(jié)題評價優(yōu)秀的重點支持項目中，在“剛-柔-軟機(jī)構(gòu)的行為順應(yīng)與可控性”科學(xué)問題方面，華中科技大學(xué)陶波教授牽頭承擔(dān)的“大型復(fù)雜構(gòu)件多機(jī)器人移動加工的自律跟蹤與協(xié)同控制”項目(91748204)、清華大學(xué)劉辛軍教授牽頭承擔(dān)的“便攜式剛?cè)狁詈霞庸C(jī)器人的高能效設(shè)計與精度保障方法研究”項目(91748205)取得了突出進(jìn)展；在“人-機(jī)-環(huán)境多模態(tài)感知與自然交互”科學(xué)問題方面，北京航空航天大學(xué)丁希侖教授牽頭承擔(dān)的“組合分離式旋翼與足式移動操作機(jī)器人一體化設(shè)計理論及空地協(xié)同任務(wù)規(guī)劃方法”項目(91748201)、北京理工大學(xué)黃強(qiáng)教授牽頭承擔(dān)的“仿人機(jī)器人的非結(jié)構(gòu)環(huán)境自適應(yīng)運動的理論與方法”項目(91748202)、西安交通大學(xué)蔣莊德院士牽頭承擔(dān)的“基于材質(zhì)識別的機(jī)器人靈巧手觸覺傳感系統(tǒng)及其共融技術(shù)研究”項目(91748207)、西安交通大學(xué)蘭旭光教授牽頭承擔(dān)的“人-機(jī)器人互適應(yīng)自主協(xié)作理論與方法研究”項目(91748208)、浙江大學(xué)徐兵教授牽頭承擔(dān)的“大型重載救援機(jī)器人‘人-機(jī)-環(huán)境’交互的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”項目(91748210)、中國北方車輛研究所蘇波研究員牽頭承擔(dān)的“面向廣域地形環(huán)境的輪/足-腿混合行走機(jī)器人研究”項目(91748211)，以及中國科學(xué)院沈陽自動化研究所席寧研究員牽頭承擔(dān)的“基于生命-機(jī)電融合的類生命驅(qū)動和感知方法研究”項目(91748212)取得了突出進(jìn)展。

3 深入落實科學(xué)基金改革任務(wù)

為落實科學(xué)基金深化改革任務(wù)，學(xué)科組織專家研討學(xué)科代碼調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化項目分類評審，以聯(lián)合基金為載體整理成果應(yīng)用貫通材料。

3.1 推進(jìn)學(xué)科代碼優(yōu)化布局

根據(jù)學(xué)部統(tǒng)一部署，2022年9月29日，學(xué)科向108位專家發(fā)出了學(xué)科代碼調(diào)整意見征詢函，并認(rèn)真梳理了專家的反饋意見。10月21日，學(xué)科召集領(lǐng)域?qū)＜艺匍_了代碼調(diào)整研討會，匯報了關(guān)于學(xué)科代碼調(diào)整的總體要求與基本原則，以及在增材制造、智能制造、綠色制造、生物制造和微納制造等學(xué)科方向的初步思考，與會專家就二級代碼新增、學(xué)科代碼內(nèi)涵、交叉學(xué)科邊界劃分等問題進(jìn)行了深入研討，一致認(rèn)為學(xué)科代碼調(diào)整要兼顧傳承與發(fā)展，在保證機(jī)械學(xué)科體系穩(wěn)定的同時，要體現(xiàn)與時代共振，積極呼應(yīng)國家重大需求和國際前沿?zé)狳c，并對學(xué)科代碼調(diào)整的研討思路和后續(xù)安排進(jìn)行了規(guī)劃。12月1日，學(xué)科召集中青年專家44人再次討論學(xué)科代碼調(diào)整問題，與會人員就二級代碼內(nèi)涵以及如何拓寬生物制造和微納制造領(lǐng)域等問題進(jìn)行了深入研討，并對原代碼下的研究方向進(jìn)行了梳理，提出了調(diào)整建議，為學(xué)科代碼的優(yōu)化提供重要參考。

3.2 加強(qiáng)原創(chuàng)與交叉類項目分類評審

按科學(xué)問題屬性分類評審是科學(xué)基金改革的重要舉措，原創(chuàng)性項目對蘊育重大科學(xué)突破具有重要意義，交叉融合類項目是推進(jìn)科研范式變革的重要內(nèi)容。學(xué)科的申請項目多以前沿(B類)和需求(C類)科學(xué)問題屬性為主，仍特別重視原創(chuàng)(A類)與交叉(D類)項目的評審與資助工作，繼續(xù)采取在分組、指派過程中保持相對獨立，在會評過程中適當(dāng)給予資助傾斜的措施，且取得了明顯的效果(表3)。相比2021年度[4]，各科學(xué)問題屬性項目上會率與資助率相對均衡的態(tài)勢更加穩(wěn)固。

3.3 促進(jìn)基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用貫通

成果應(yīng)用貫通是衡量資助效益的重要內(nèi)容，學(xué)科梳理了航天先進(jìn)制造聯(lián)合基金的資助項目及研究成果，探索基礎(chǔ)研究成果走向應(yīng)用的機(jī)制。分析認(rèn)為，需求與問題導(dǎo)向是基礎(chǔ)研究成果走向應(yīng)用的本質(zhì)要求，應(yīng)用型的基礎(chǔ)研究應(yīng)遵循“從工程中來，到工程中去”的思路。

表3 機(jī)械學(xué)科2022年開展項目分類評審的效果

例如，中國運載火箭技術(shù)研究院王國慶院士承擔(dān)的集成項目“新一代火箭貯箱大型整體過渡環(huán)組件制造技術(shù)與應(yīng)用”圍繞我國航天工程重大戰(zhàn)略需求，探明了大環(huán)組件制造全程大尺度效應(yīng)現(xiàn)象、形成機(jī)制與遺傳演變規(guī)律，發(fā)明了基于成分與能場調(diào)控消減大尺度效應(yīng)的大型鑄錠制備技術(shù)，開發(fā)了超大鋁合金鍛件高溫多向大流變均質(zhì)開坯、低溫強(qiáng)變形超大鋁合金環(huán)件細(xì)晶軋制新工藝，提出了大型整體過渡環(huán)組件“直流氦弧熔透+變極性氬弧擺動蓋面”復(fù)合焊接新方法，研究成果應(yīng)用于長征五號運載火箭φ5 m低溫貯箱過渡環(huán)組件制造以及新一代中型運載火箭用φ3.35 m鋁合金環(huán)件性能提升。

中國空間技術(shù)研究院段寶巖院士承擔(dān)的重點支持項目“面向空間太陽能電站(SSPS)的大型空間結(jié)構(gòu)設(shè)計制造基礎(chǔ)問題”以歐米伽空間太陽能電站(OMEGA-SSPS)為對象，系統(tǒng)建立了歐米伽空間太陽能電站電磁場、結(jié)構(gòu)位移場、溫度場的場耦合理論模型，提出了OMEGA-SSPS聚光鏡、光電轉(zhuǎn)換與發(fā)射天線的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，提出了在軌多機(jī)器人協(xié)同組裝序列規(guī)劃的策略與方法，支撐了世界首個全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)的成功研制。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮吉才教授承擔(dān)的重點支持項目“Cf/SiC復(fù)合材料與Nb連接冶金機(jī)制及界面反應(yīng)調(diào)控與機(jī)理”聚焦Cf/SiC復(fù)合材料噴管與Nb合金的高質(zhì)量焊接問題，設(shè)計了碳納米管及石墨烯增強(qiáng)的TiNiNb和TiCoNb高溫釬料，揭示了界面反應(yīng)層的形成及成長規(guī)律，提出了取向生長陶瓷晶須界面強(qiáng)化與應(yīng)力緩解機(jī)制，建立了連接參數(shù)與接頭組織和力學(xué)性能的聯(lián)系，為新型號航天發(fā)動機(jī)的研制提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)苑世劍教授承擔(dān)的重點支持項目“非均質(zhì)殼體流體壓力成形機(jī)理與缺陷控制方法”針對新一代運載火箭貯箱箱底整體成形制造的迫切需求，提出了基于“應(yīng)力調(diào)控”的可控流體壓力成形原理，發(fā)展流體壓力作用下拼焊薄殼塑性失穩(wěn)機(jī)制、成形缺陷控制與性能均勻調(diào)控等基礎(chǔ)理論，攻克了大尺寸薄壁曲面構(gòu)件整體成形高精度仿真、壁厚均勻性調(diào)控、回彈及精度控制等關(guān)鍵技術(shù)，突破了厚徑比0.003的傳統(tǒng)成形極限，解決了大尺寸非均質(zhì)薄殼起皺和開裂并存的國際難題。

4 相關(guān)管理工作

4.1 注重人才培養(yǎng)，培育杰出青年學(xué)術(shù)帶頭人

2022年度學(xué)科共有7人獲得國家杰出青年科學(xué)基金項目資助，他們在多項國家自然科學(xué)基金資助下，潛心開展機(jī)械工程領(lǐng)域基礎(chǔ)研究，已經(jīng)成長為相關(guān)領(lǐng)域的杰出青年學(xué)術(shù)帶頭人，具體學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉英想教授圍繞跨尺度多維壓電驅(qū)動展開了深入研究，發(fā)現(xiàn)了基于多模式融合的跨尺度實現(xiàn)機(jī)制，提出了單足多維軌跡二維致動原理和仿生多足協(xié)調(diào)多維致動原理，建立了壓電驅(qū)動基本構(gòu)型圖譜及選型原則，成果應(yīng)用于航空航天、光學(xué)調(diào)姿與成像、超精密運動平臺等領(lǐng)域。

清華大學(xué)馬天寶副教授開展原子尺度摩擦和固體超滑機(jī)理研究，提出了基于電荷密度漲落的微觀摩擦理論，首次實現(xiàn)了“隨機(jī)取向/多點接觸”、“異質(zhì)界面”高接觸壓力/環(huán)境不敏感魯棒微觀超滑，研制了新型低溫自潤滑關(guān)節(jié)軸承及三套極端工況摩擦測試裝置，應(yīng)用于我國首座大型低溫風(fēng)洞建設(shè)。

上海交通大學(xué)彭林法教授從事薄板微細(xì)成形理論與技術(shù)研究，建立了微細(xì)成形的介觀尺度力學(xué)模型與薄板微細(xì)成形極限預(yù)測模型，構(gòu)造了燃料電池金屬極板近百根流道同步成形和回彈控制的工藝圖譜，發(fā)明了不銹鋼極板復(fù)合碳涂層，應(yīng)用于上汽、東風(fēng)等30余款燃料電池汽車。

西北工業(yè)大學(xué)李宏偉教授從事精確塑性成形研究，提出了電/磁特種能場柔性加載形性調(diào)控的新思路，創(chuàng)建了薄壁復(fù)雜構(gòu)件特種能場成形的多尺度全耦合模型，提出了特種能場逐點逐域柔性加載高性能成形的新方法并研發(fā)出專用裝備，在發(fā)動機(jī)機(jī)匣、導(dǎo)彈/火箭貯箱等得到應(yīng)用。

南京航空航天大學(xué)顧冬冬教授圍繞金屬構(gòu)件激光增材制造宏微大跨尺度形性協(xié)調(diào)科學(xué)難題開展研究，揭示了激光成形材料微觀組織與界面調(diào)控方法及強(qiáng)韌化機(jī)制，構(gòu)筑了粉末激光熔凝及致密化局部能場調(diào)控原理，建立了增材制造結(jié)構(gòu)-工藝-性能精確協(xié)調(diào)方法，實現(xiàn)了構(gòu)件性能顯著提高及航空航天應(yīng)用。

華中科技大學(xué)許劍鋒教授從事硬脆光學(xué)材料微觀結(jié)構(gòu)變形與失效機(jī)理研究，揭示了材料非穩(wěn)態(tài)相再結(jié)晶及亞表層損傷演變機(jī)制，突破了激光能束與刀具空間位置精密調(diào)控技術(shù)，研制了三代原位激光-振動智能場輔助金剛石切削系統(tǒng)及成套工藝，支撐“單晶硅衍射透鏡在高端軍事觀測裝備首次應(yīng)用”和“戰(zhàn)術(shù)級激光武器型號項目的研制”。

西安交通大學(xué)楊樹明教授從事精密測量理論和方法研究，研究了表面等離激元誘導(dǎo)的光學(xué)超分辨測量理論，提出了極限關(guān)鍵尺寸遠(yuǎn)場光學(xué)亞波長超分辨測量新原理、大深寬比微納結(jié)構(gòu)單探針雙模式測量新機(jī)理、微納缺陷全域多源智能測量新機(jī)制，相關(guān)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

4.2 聚焦學(xué)術(shù)前沿，增強(qiáng)機(jī)械領(lǐng)域創(chuàng)新引領(lǐng)能力

2022年8月17—19日，第十五屆設(shè)計與制造前沿國際會議在長春召開，近500名專家學(xué)者現(xiàn)場參加會議，來自中國、美國、英國、澳大利亞、日本等國家的萬余名專家學(xué)者通過網(wǎng)絡(luò)視頻參加會議。會議由吉林大學(xué)主辦，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所等5家單位協(xié)辦，國家自然科學(xué)基金委員會、美國吳賢銘基金會、中國機(jī)械工程學(xué)會支持。本次會議以“基礎(chǔ) 前沿 引領(lǐng) 創(chuàng)新”為主題，圍繞中國設(shè)計與制造科學(xué)的前沿領(lǐng)域與熱點研究方向進(jìn)行了系列專題報告及學(xué)術(shù)研討，共安排了4個大會特邀報告，分9個分會場安排了154個分會場報告，其中，完成院士特邀報告、特邀報告、重點項目結(jié)題報告、重點國際(地區(qū))合作研究項目結(jié)題報告、杰青結(jié)題報告、“三類項目”優(yōu)秀結(jié)題項目報告等學(xué)術(shù)報告89個；展板展示了2021年度機(jī)械設(shè)計與制造學(xué)科部分結(jié)題評價較好的基金項目。針對大會征集的論文，設(shè)立2個分會場，完成會議論文口頭報告59個，并評選了優(yōu)秀會議論文；同時，大會設(shè)立1個分會場舉辦了東北三省機(jī)械工程學(xué)術(shù)年會暨東北振興創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟年會，完成特邀報告3個。

4.3 服務(wù)國家戰(zhàn)略，研討高性能制造發(fā)展方向

2022年8月20日，由學(xué)部專項項目“高性能制造發(fā)展戰(zhàn)略研究”支持的高性能制造科學(xué)高端論壇在沈陽召開。論壇旨在面向高性能制造領(lǐng)域2035中長期規(guī)劃，研討航空航天等高端裝備的高性能制造理論和技術(shù)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，研判未來發(fā)展趨勢與熱點，最終形成高性能制造發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報告。本次活動由大連理工大學(xué)主辦，郭東明院士擔(dān)任論壇主席。論壇邀請到來自清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)等多所高校與科研院所的30余位專家學(xué)者，共同圍繞“高性能制造基礎(chǔ)理論與技術(shù)”、“高性能制造中的設(shè)計方法”“高性能制造中的建模技術(shù)”、“高性能制造中的測量技術(shù)”等專題進(jìn)行研討。

4.4 對接重大需求，凝練焊接與連接領(lǐng)域科學(xué)問題

2022年8月14—16日，由北京工業(yè)大學(xué)主辦的第四屆焊接與連接成形制造中青年學(xué)者論壇在北京舉行。焊接與連接成形制造中青年學(xué)者論壇由國家自然科學(xué)基金委員會工程與材料科學(xué)部專項支持。本屆論壇面向深海深空探索、清潔能源動力、高端集成電路、交通運載等重大領(lǐng)域的關(guān)鍵需求和技術(shù)瓶頸，凝練其中的關(guān)鍵技術(shù)和科學(xué)問題，診斷瓶頸所在，聚焦多材料、跨尺度、極限環(huán)境下的智能焊接與連接制造新發(fā)展內(nèi)涵，解析其中關(guān)鍵科學(xué)問題和重大需求、創(chuàng)新發(fā)展方向，明確基礎(chǔ)研究的協(xié)同發(fā)力點，形成發(fā)展規(guī)劃，以期引領(lǐng)我國焊接與連接成形制造領(lǐng)域未來五年的可持續(xù)發(fā)展。

4.5 鼓勵學(xué)科交叉，研討表界面領(lǐng)域共性基礎(chǔ)難題

2022年8月20—21日，由中國科學(xué)院寧波材料研究所主辦的“極端環(huán)境表面與界面基礎(chǔ)研究發(fā)展戰(zhàn)略”研討會在寧波成功召開，會議集聚了國內(nèi)極端環(huán)境表面與界面領(lǐng)域的院士、知名專家和青年學(xué)者，圍繞航空航天、海洋、核電等領(lǐng)域的極端環(huán)境表面損傷與防護(hù)這一共性基礎(chǔ)問題進(jìn)行交流研討。來自高校、科研院所，以及中國航天科技集團(tuán)、中國船舶集團(tuán)、寧波相關(guān)企業(yè)的160余人參加會議。

5 2023年工作展望

黨的二十大為未來五年乃至更長時期黨和國家事業(yè)發(fā)展作出了全面部署。2023年，學(xué)科將以貫徹黨的二十大精神為指引，繼續(xù)聚焦科學(xué)基金改革任務(wù)，全面落實自然科學(xué)基金委黨組以及技術(shù)科學(xué)板塊和學(xué)部的決策部署與工作要求，牢牢把握學(xué)科特色和國家重大需求與技術(shù)科學(xué)前沿，力爭在突破國家“卡脖子”技術(shù)難題與解決關(guān)鍵核心科學(xué)問題方面取得新進(jìn)展。2023年的重點工作包括：①精心完成2023年度項目評審、資助與管理工作；②在前期意見征詢與研討的基礎(chǔ)上，推進(jìn)學(xué)科代碼調(diào)整；③進(jìn)一步維護(hù)專家?guī)欤鸩綄崿F(xiàn)項目評審的智能指派目標(biāo)；④推進(jìn)人才類項目可持續(xù)發(fā)展；⑤引導(dǎo)青年科學(xué)家形成正確的科研發(fā)展方向。

致謝衷心感謝工程與材料科學(xué)部綜合與戰(zhàn)略規(guī)劃處賴一楠處長對學(xué)科的指導(dǎo)與幫助！2022年度學(xué)科工作得到了張軍輝、劉強(qiáng)、黃舒等兼聘老師的支持和幫助，特此致謝。