李華偉

(泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建泉州 362000)

試析機(jī)械工程中新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用

李華偉

(泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建泉州 362000)

隨著我國(guó)科技的發(fā)展,機(jī)械工程研究取得了突破性的進(jìn)展,為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了新方法和新技術(shù)。制造工程的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程的高效精確化、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化以及智能集成化,而且先進(jìn)電子及通信制造、微納米制造以及新能源裝備制造使未來(lái)機(jī)械工程發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域,對(duì)于未來(lái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展具有重要的意義

機(jī)械工程 研發(fā)應(yīng)用 發(fā)展策略

隨著時(shí)代的發(fā)展與能源的耗費(fèi)，21世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)面臨資源枯竭、氣候變暖、環(huán)境惡化、人口增加四個(gè)問(wèn)題，面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國(guó)要向“制造強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，要實(shí)現(xiàn)此戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，關(guān)鍵在于制造技術(shù)的不斷發(fā)展，為了采取應(yīng)對(duì)未來(lái)機(jī)械工程的發(fā)展，需要正確認(rèn)識(shí)、預(yù)測(cè)工程面臨這些挑戰(zhàn)，并且加強(qiáng)制造科技創(chuàng)新能力，提升我國(guó)機(jī)械工程的不斷發(fā)展[1]。

1 機(jī)械工程學(xué)科的定義與進(jìn)展綜述

1.1 機(jī)械工程學(xué)科定義

機(jī)械工程學(xué)科包括機(jī)械學(xué)和制造科學(xué)兩大領(lǐng)域，主要是研究機(jī)械系統(tǒng)的性能、設(shè)計(jì)及制造的理論和技術(shù)的科學(xué)。其中機(jī)械學(xué)是研究機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)性能的學(xué)科，包括制造過(guò)程中的機(jī)構(gòu)學(xué)、設(shè)計(jì)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、傳動(dòng)學(xué)、摩擦學(xué)、仿生機(jī)械學(xué)以及微納機(jī)械學(xué)等；制造科學(xué)是研究制造過(guò)程及其系統(tǒng)的科學(xué)，制造科學(xué)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、成形制造、加工制造、測(cè)量及儀器、表面功能結(jié)構(gòu)制造、微納制造以及制造系統(tǒng)運(yùn)作管理等科學(xué)。

1.2 我國(guó)機(jī)械工程研究進(jìn)展綜述

機(jī)械工程研究推動(dòng)世界制造技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，我?guó)的機(jī)械工程技術(shù)雖然起步較晚，但是在航空、家電、微電子、石化、工程機(jī)械等行業(yè)，機(jī)械工程自主創(chuàng)新以及取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，為我國(guó)機(jī)械工程發(fā)展提供了大批新理論、新技術(shù)和新方法，為促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了技術(shù)支持，下面將介紹我國(guó)機(jī)械工程重點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展情況[2，3]。

1.2.1 機(jī)械動(dòng)力學(xué)與傳動(dòng)學(xué)科發(fā)展

非線性動(dòng)力學(xué)、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)智能維護(hù)是當(dāng)前機(jī)械動(dòng)力學(xué)的前沿領(lǐng)域。聞邦椿率先提出振動(dòng)利用工程的概念，采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，創(chuàng)建了振動(dòng)利用工程學(xué)科。近年來(lái)，機(jī)械傳動(dòng)和控制的研究主要是高效、低能耗以及微型化。在相關(guān)的研究中，超聲電機(jī)是較為典型的傳動(dòng)機(jī)械，它突破了傳統(tǒng)電磁效應(yīng)電機(jī)原理，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。王家序等針對(duì)船舶推進(jìn)系統(tǒng)的污染問(wèn)題，提出了新型復(fù)合材料水潤(rùn)滑動(dòng)密封軸承，節(jié)省了大量貴金屬、減少了對(duì)河海水的污染，得到了廣泛應(yīng)用。

1.2.2 仿生機(jī)械和生物制造領(lǐng)域發(fā)展

機(jī)械工程學(xué)科與納米科學(xué)、生物科學(xué)的交叉近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，其中仿生機(jī)械學(xué)已經(jīng)成為一門(mén)新學(xué)科。任露泉通過(guò)研究動(dòng)物表面脫附減阻，采用仿真模擬和理論分析，開(kāi)辟了我國(guó)機(jī)械仿生學(xué)領(lǐng)域，近年來(lái)根據(jù)該理論研制的機(jī)械已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械和國(guó)防工程。

1.2.3 機(jī)械測(cè)量學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展

近年來(lái)機(jī)械工程研究中，機(jī)械測(cè)量產(chǎn)生原創(chuàng)性成果最多的領(lǐng)域，關(guān)于極端環(huán)境條件、智能數(shù)字化以及尺寸的測(cè)量是測(cè)量領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。葉聲華等利用多種靶標(biāo)特殊幾何結(jié)構(gòu)，制備了能夠用于空間大尺寸測(cè)量的裝置，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定性好，現(xiàn)已用于飛機(jī)和汽車(chē)工業(yè)。張書(shū)練等正交偏振激光器為核心，研發(fā)了精密測(cè)量?jī)x器。秦樹(shù)人等提出了“智能虛擬控件”概念，并在此基礎(chǔ)上研制獲得可直接用于組建儀器產(chǎn)品的虛擬產(chǎn)品，該技術(shù)已經(jīng)廣泛用于教學(xué)測(cè)量分析中。

1.2.4 加工制造與設(shè)計(jì)學(xué)科領(lǐng)域

加工制造學(xué)科的發(fā)展重點(diǎn)在于高效、高精度以及柔性數(shù)字智能自動(dòng)化制造技術(shù)的研究?？等士频柔槍?duì)天線罩電性能的特殊要求，構(gòu)建相關(guān)的理論模型，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量加工一體化的精密修磨技術(shù)。譚建榮提出并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品配置等4項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)電產(chǎn)品的功能定制設(shè)計(jì)。黃慶學(xué)等自主設(shè)計(jì)制造中厚板剪切裝備，打破了國(guó)外產(chǎn)品的壟斷局面。韓旭提出高精度數(shù)字化模型的建模方法，提出了應(yīng)用于汽車(chē)零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

1.2.5 微納制造與納米加工領(lǐng)域

目前微型機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)是工程性能優(yōu)化、智能系統(tǒng)集成、批量低成本；而納米加工主要研究是材料加工方法、尺度效應(yīng)、納米結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的制造。在微納系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造方面，苑偉政等提出了MEMS集成設(shè)計(jì)工具，支持慣性、壓力、光學(xué)、射頻等器件的建模、仿真與分析，能夠?yàn)闄C(jī)械、電子等不同工程背景設(shè)計(jì)人員提供多層次、多入口的任意流程設(shè)計(jì)。

納米加工領(lǐng)域主要研究是納米納米梁、橋、探針、納機(jī)電諧振器結(jié)構(gòu)。董申等采用原子力顯微鏡機(jī)械耕犁加工方法，加工出多種復(fù)雜納結(jié)構(gòu)。周明等在飛秒激光生物分子納米加工。中科院物理所成功研制出具有對(duì)稱(chēng)式機(jī)械結(jié)構(gòu)的雙探針掃描隧道顯微鏡探頭，提高了STM系統(tǒng)的信噪比，并應(yīng)用于實(shí)際。

2 機(jī)械工程科學(xué)發(fā)展總趨勢(shì)

我國(guó)的在機(jī)械工程科學(xué)雖然已經(jīng)取得較大的進(jìn)展，但是總體上還處于落后狀態(tài)。未來(lái)機(jī)械工程學(xué)科將主要受到制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展和學(xué)科的演變進(jìn)步的推動(dòng)與制約，因此我國(guó)機(jī)械工程新技術(shù)的發(fā)展，需要適應(yīng)全球化、信息化、綠色化、知識(shí)化和極端化的總趨勢(shì)發(fā)展，為制造業(yè)提供先進(jìn)的制造技術(shù)。由于我國(guó)資源和環(huán)境將在未來(lái)面臨空前的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此機(jī)械工程新技術(shù)的發(fā)展需要重視環(huán)境的保護(hù)、材料和能源的節(jié)省以及新能源制造領(lǐng)域的研究[4]。

3 機(jī)械學(xué)發(fā)展展望

(1)機(jī)械工程學(xué)科中機(jī)構(gòu)學(xué)是代表性學(xué)科之一，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)學(xué)研究注重機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)理論以及注重與制造的學(xué)科交叉，從而使機(jī)械工程理論與關(guān)鍵技術(shù)能夠同時(shí)取得突破，制備開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的設(shè)備，在機(jī)器人機(jī)構(gòu)、工程機(jī)械、以及仿生機(jī)構(gòu)等工程機(jī)構(gòu)學(xué)大有用武之地。

(2)我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論與技術(shù)落后，導(dǎo)致中高端技術(shù)裝備中自主產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，因此應(yīng)該重點(diǎn)推動(dòng)復(fù)雜系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)支撐系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能仿真虛擬設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的理論、方法和技術(shù)的發(fā)展，提升機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)的機(jī)械工程科學(xué)還處于相對(duì)落后的階段，具有較大的發(fā)展空間，為了促進(jìn)我國(guó)機(jī)械工程新技術(shù)的發(fā)展，需要制定學(xué)科的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，加強(qiáng)原創(chuàng)性理論研究以及新技術(shù)方法的支持力度，力爭(zhēng)在2020年前后，使我國(guó)的機(jī)械與制造學(xué)科總體上進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列，促使我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)生更多的高技術(shù)產(chǎn)品和世界名牌企業(yè)。

[1]中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)．2008—2009機(jī)械工程(機(jī)械制造)學(xué)科發(fā)展報(bào)告[M]．北京:中國(guó)科技出版社,2009．

[2]趙弘,張仕民,曾鳴.機(jī)械工程研究生國(guó)際化培養(yǎng)課程設(shè)置探討[J].中國(guó)校外教育,2012(7).

[3]劉義,薛玉君.機(jī)械工程研究生“有限單元法”課程教學(xué)探討[J].中國(guó)電力教育,2012(6).