机械工程学科现状及发展趋势

机械工程学科现状及发展趋势报告人：李威中国矿业大学机电工程学院执行院长教授博士生导师报告内容2机械工程学科的现状德国工业4.0中国制造2025合格机械工程师应具备的知识体系3机械工程学科的现状德国工业4.0中国制造2025合格机械工程师应具备的知识体系机械工程学科的现状学科内涵机械工程学科是研究机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学，包括机械学和制造学两大领域。4机械学是研究机械结构和系统性能及其设计理论与方法的科学，包括制造过程及机械系统所涉及的机构学、传动学、动力学、强度学、摩擦学、设计学、仿生机械学、微纳机械学及界面机械学等。机械工程学科的现状学科内涵机械工程学科是研究机械系统和产品的性能、设计及制造的理论、方法和技术的科学，包括机械学和制造学两大领域。5制造科学是研究制造过程及其系统的科学。涵盖产品设计、成形制造(铸造成形、塑性成形、连接成形、磨具制造、表面工程等)、加工制造(超精密加工、高效加工、非传统加工、复杂曲面加工、测量及仪器、装备设计及制造、表面功能结构制造、微纳制造、仿生和生物制造)和制造系统运作管理等。近年来，机械工程基础研究领域取得了一系列突出进展和原创性成果，为我国机械工程和经济建设提供了大批新理论、新技术和新方法，在国内外产生了重要影响，某些领域已在国际学术界占有一席之地。机械工程学科的现状基础研究现状温诗铸等提出了薄膜润滑概念，发明了纳米薄膜测量技术。黄真提出少了自由度并联机构综合的普适性方法和通用自由度计算公式。彭东林发明了时栅位移传感器及其测试系统，是精密测量领域少见的原创成果。华林提出了环件轧制咬入孔型、塑性锻透和刚性稳定力学模型。6虽然我国科技工作者已经取得了大量成果，但机械工程学科在国际上总体还处于落后地位。未来制造业的发展总趋势：全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化；制造技术的发展总趋势：基于资源节约和环境保护基础上的数字网络化、高效精确化、智能集成化及制造极端化。机械工程学科的现状基础研究现状7许多高新技术尚未掌握，许多重大装备我国不能自主设计制造，缺乏自主创新能力。是制造大国，不是制造强国发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强关键装备大多依赖进口–光电子制造设备的100%–IC制造装备的85%–高档数控机床的70%基础研究相对薄弱，创新性缺失，原创性的技术和成果缺乏，企业的核心竞争力不足机械工程学科的现状制造工业现状8经济快速持续增长，但资源、环境压力增大经济的快速持续增长对能源资源的需求明显加大，而我国人均资源不足。另外，粗放型的经济增长方式造成能源资源消耗过多，环境污染严重，主要污染物排放量已超过环境承载能力。机械工程学科的现状国情及背景9国际贸易快速增长，但贸易结构和增长方式亟待优化当前我国贸易仍以数量增长为主，走的是规模扩张之路，出口产品主要是劳动密集、低附加值产品，付出的资源、环境代价过大，难以为继。因经济增长过渡依赖出口，造成人民币流动性过大，增加了升值压力，且不断面临贸易摩擦。机械工程学科的现状国情及背景10把握发展趋势•未来机械工程技术发展的五大趋势：绿色、智能、超常、融合、服务中国机械工程学会，在路甬祥理事长的倡导下，于2010年9月启动，组织包括19位两院院士在内的100多位专家，历时一年多，编写了《中国机械工程技术路线图》我国装备制造业的发展，要紧紧扣住这五大趋势。11学科基本体系及各领域之间的关系1213机械工程学科的现状德国工业4.0中国制造2025合格机械工程师应具备的知识体系汉诺威工业博览会《德国工业4.0战略计划实施建议》工业4.0（Industrie4.0）起源旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。“物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命的到来”14工业4.0（Industrie4.0）社会背景15工业4.0（Industrie4.0）从蒸汽革命到工业4.016工业4.0（Industrie4.0）从蒸汽革命到工业4.0工业1.0工业2.0工业3.01718工业4.0（Industrie4.0）从蒸汽革命到工业4.019工业4.0（Industrie4.0）工业3.0与工业4.020工业4.0（Industrie4.0）大规模生产与大规模定制“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。两大主题：“智慧工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。三个设想：“产品”，集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息；“设施”，由整个生产价值链所集成，可实现自组织；“管理”，能够根据当前的状况灵活决定生产过程。工业4.0（Industrie4.0）两大主题，三个设想21工业4.0（Industrie4.0）两个重要内涵22德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-PhysicalSystem)相结合的手段，将制造业向智能化转型。面向智慧工厂的室内精确定位工业4.0（Industrie4.0）智慧工厂的车间——基于无线、RFID、传感器和服务的架构从智慧工厂到智能生产2324工业4.0（Industrie4.0）工业4.0带来的改变以“智能制造”为主导的新工业革命25机械工程学科的现状德国工业4.0中国制造2025合格机械工程师应具备的知识体系26中国制造2025全球制造业格局面临重大调整。我国制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇，必须放眼全球，加紧战略部署，着眼建设制造强国，固本培元，化挑战为机遇，抢占制造业新一轮竞争制高点。（德国“工业4.0”计划、美国“再工业化”战略…）我国经济发展环境发生重大变化。经济发展进入新常态，制造业发展面临新挑战；形成经济增长新动力，塑造国际竞争新优势，重点在制造业，难点在制造业，出路也在制造业。建设制造强国任务艰巨而紧迫。我国仍处于工业化进程中，与先进国家相比还有较大差距。制造业大而不强，自主创新能力弱，关键核心技术与高端装备对外依存度高，以企业为主体的制造业创新体系不完善；产品档次不高，缺乏世界知名品牌；资源能源利用效率低，环境污染问题较为突出；产业结构不合理，高端装备制造业和生产性服务业发展滞后；信息化水平不高，与工业化融合深度不够；产业国际化程度不高，企业全球化经营能力不足。推进制造强国建设，必须着力解决以上问题。发展形势和环境27中国制造20255月19日，经李克强总理签批，国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。实现中国制造向中国创造的转变，中国速度向中国质量的转变，中国产品向中国品牌的转变，完成中国制造由大变强的战略任务。28中国制造2025“到2020年，制造业重点领域智能化水平显著提升，试点示范项目运营成本降低30%，产品生产周期缩短30%，不良品率降低30%。到2025年，制造业重点领域全面实现智能化，试点示范项目运营成本降低50%，产品生产周期缩短50%，不良品率降低50%。”“到2020年，上述领域实现自主研制及应用。到2025年，自主知识产权高端装备市场占有率大幅提升，核心技术对外依存度明显下降，基础配套能力显著增强，重要领域装备达到国际领先水平。”五项重大工程、十大重点领域29中国制造2025中国工程院围绕《中国制造2025》确定的十大重点领域未来十年的发展趋势、发展重点和目标等进行了研究，提出了十大重点领域创新的方向和路径，并将其汇编成册，称为《中国制造2025重点领域技术路线图(2015年版)》。涵盖新一代信息技术产业、节能与新能源汽车等10大重点领域、23个重点方向，是贯彻落实《中国制造2025》的一项重要举措。《中国制造2025重点领域技术路线图》30中国制造2025制造业创新的内涵包括3个层次：产品创新、制造技术创新、产业模式创新。“在这三个层次中，数字化网络化智能化是制造业创新的重要途径。”智能制造——制造业数字化网络化智能化，应被放在“中国制造2025”的核心位置。智能制造是“中国制造2025”的主攻方向。——中国工程院院长周济，2015智能制造国际会议主攻方向：智能制造31中国制造2025“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业格局，而且我国将成为全球最大的机器人市场。3D打印、人工智能迅猛发展，制造机器人的软硬件技术日趋成熟，成本不断降低，性能不断提升，军用无人机、自动驾驶汽车、家政服务机器人已经成为现实。国际上有舆论认为，机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。——习近平总书记在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上的讲话机器人：“制造业皇冠顶端的明珠”32中国制造20252015年世界机器人大会：“协同、融合、共赢，引领智能社会”以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现时代科技创新的一个重要标志。2015年11月23日33中国制造2025机器人是智能社会的一个重要切入点，正在改变人类的生产方式和生活方式。“发展机器人已成为世界共识”，美国再工业化和工业互联网战略、德国工业4.0战略、日本机器人新战略、欧洲火花计划、韩国机器人强国战略、新工业法国、中国制造2025战略，全部将发展重点瞄向机器人。机器人将对全球科技创新和产业格局带来重大的影响。——全国政协副主席、中国科协主席韩启德中国是工业机器人最大消费国：亚洲目前已成为工业机器人使用量最大的地区，占世界范围内机器人使用的50%，接下来是美洲，其次是欧洲。中国是应用机器人最高的国家，2014年23万个机器人当中56%的机器人是中国在使用，其次是日本、美国、韩国。——国际机器人联盟主席ArturoBaroncelli，“全球机器人调研征服世界的机器人”面对老龄化和信息通讯技术带来的社会变革，日本政府最近启动了新的战略，要在2020年实现“机器人革命”。四大重点领域：自动驾驶车辆、灾害救援机器人、“人机互动”、远程机器人——日本科学技术振兴机构主席顾问MichiharuNakamura“机器人的现在与未来”34机械工程学科的现状德国工业4.0中国制造2025合格机械工程师应具备的知识体系35363738394041