现代制造科学的新发展 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-03 原文发表:2007-07-03 人气:1

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1　学科交叉研究的成绩
　　近10年来，国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械学科支持了一大批交叉学科的项目，如与管理科学部、信息科学部交叉的重大项目“先进制造技术中的若干基础性研究”、与生命科学部交叉的重点项目“生物脱附与机械仿生”、与材料学科交叉的重点项目“非理想材料的超塑性成形”。这些项目的研究取得了丰硕成果，例如：

　　（1）电接触可靠性科学涉及材料学、摩擦学、电子学及化学等科学，属基础边缘科学研究。北京邮电大学机械工程系章继高教授在国家自然科学基金连续资助下从事电接触可靠性科学研究，已在国内外学术刊物和学术会议上发表了一系列有重要发现的学术论文，得到国内外同行专家的称赞，北京被誉为电接触研究的世界学术中心。其研究成果用于电接触器件的制造，不仅提高了可靠性，而且节省了相当数量的黄金，产生了重要的经济效益。该项成果获得了国家自然科学奖三等奖，项目得到美国AMP公司80万美元的再资助。

　　（2）快速原型制造(RPM)是一种简捷的计算机快速堆积成形制造技术，是计算机应用技术、微电子科学、光学、材料科学与机械科学的交叉，是制造科学的一个重要发展方向。从事成形制造研究的清华大学颜永年教授、华中理工大学黄树槐教授在LOM、FDM等RPM方法的研究上获得重要进展。颜永年教授在快速成形的离散/堆积原理的数学描述与建模中创造性地提出了能量场概念和理论，提出并开发了无木模铸型制造、无焙烧陶瓷型精密铸造、RP功能集成概念和技术，研制出的世界上最大的LOM双扫描成形机已提供给国内的汽车制造企业，研制成功的多功能快速成形机已打入国际市场。

　　（3）微型机械制造涉及机械、电子、材料、物理、化学等诸多学科领域。清华大学周兆英教授等在微型泵阀，中国科学院长春光学精密机械研究所王立鼎院士在微型马达等研究领域取得重要进展，已研制出微流量传感器、微阀和微泵等10余种微器件，在国际上首先开展了微管正反向流过流特性、微构件机械特性(如硅微梁的疲劳实验研究)，科学成果论文发表后受到了国内外同行专家的高度评价，为进一步研究开发微米—纳米技术奠定了基础。

　　（4）生物脱附和机械仿生是一个很有代表性的学科交叉研究领域。挖掘机、推土机和拖拉机等地面机械在工作时由于粘土附着严重影响作业效率而成为一大难题。从事地面机械研究的任露泉教授等深入研究了土壤动物表面的脱粘特性及规律，首次发现并研究了蜣螂等动物的非光滑表面减阻脱附的特性，发表的科学论文多次被引用，并被SCI、EI收录，他们设计制造的仿生拖拉机犁铧表面，由于降低了犁耕阻力，使能耗减少了10%～15％。

　　可以预见，生物科学、信息科学、纳米科学、制造科学和管理科学将是21世纪的5个主流科学、与此相关的五大技术及其产业将改变世界。机械工程科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科学的学科交叉是机械工程科学发展的趋势，也是现代制造科学形成和发展的必由之路。从事机械工程科学研究的专家学者要充分认识到这种趋势，在机械工程与信息科学、生命科学和管理科学的交叉研究中推动学科前进。

2　现代制造科学是多学科交叉的新学科

　　现代制造已不仅仅是机械制造，它的基本特点是大制造、全过程、多学科。“大制造”应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，它是一种广义制造概念。从制造方法看，它不仅包括机械加工方法，还应包括高能束加工方法、硅微加工方法、电化学加工方法等。“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析，产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品的销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。

　　现代制造科学是多学科交叉学科，它涉及以下领域：①计算机学科、半导体学科中的微电子器件和计算机器件的设计与制造；②自动化学科的制造过程和制造系统控制理论和方法；③光学和光电子学科的器件和仪器的设计与制造，光电测试理论与方法；④机械工程学科的零件和机器的设计制造理论方法，机械构件及机电系统性能的模拟仿真；⑤管理学科关于可重组企业和可重组制造系统理论、企业管理方法和工业工程理论；⑥材料学科中新材料制备科学，冶金学科中材料成形科学；⑦化学工程中化工流程科学和化工产品的制造科学；⑧与生物科学交叉的仿生制造和仿生机械学；⑨物理学科中的纳米科学，力学学科中机电系统动力学问题。

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