机械工程学科前沿技术综述

3）网络化。 4）微型化。 5）绿色化。 6）系统化。

2.3 在机械工程基础理论层面的发展

我们都知道，动力机械最先与当时的先进科学相结合。蒸汽机的发明人T.萨弗里、瓦特应用了物理学家D.帕潘和J.布莱克的理论。在蒸汽机实践的基础上，物理学家S.卡诺、W.J.M.兰金和开尔文建立起一门新的科学──热力学。内燃机的最重要的理论基础是法国的A.E.B. de罗沙在1862年创立的，1876年N.A.奥托应用罗沙的理论，彻底改进了他原来创造的粗陋笨重、噪声大、热效率低的内燃机而奠定了内燃机的地位。其他如汽轮机、燃气轮机、水轮机等都在理论指导下得到发展，而理论也在实践中得到改进和提高。

2.4 在机构学层面的发展

工程机械的工作对象是动态的机械。它的工作情况会发生很大的变化。这种变化有时是随机的而不可预见；实际应用的材料也不完全均匀，可能存有各种缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。与以静态结构为工作对象的土木工程相比，机械工程中各种问题更难以用理论精确解决。因此，早期的机械工程只运用简单的理论概念，结合实践经验进行工作。设计计算多依靠经验公式；为保证安全，都偏于保守。结果，制成的机械笨重而庞大，成本高，生产率低，能量消耗很大。

2.5 在车辆工程层面的发展

根据现有的市场需求，汽车行业未来有三个最主要的发展方向：汽车安全，舒适和节能。节能主要是汽车新能源的问题，不在所述机械工程范围之内，而汽车的舒适性和汽车的安全性都和机械工程有紧密的联系。像汽车安全领域里面的主动安全系统

中的ESP、ABS、ASR等，其基本原理都是通过各种传感器把汽车的各种实时情况传递给汽车的计算机，之后通过计算机的判断，进而对执行机构进行调节。所谓的执行机构，就是所说的机械或者其他结构，包括液压，电子调节等，进而改变汽车的形势状况。机械仍是这些装置中必不可少的一部分，没有机械，汽车的这些机构起不到作用，机械就是一个骨架，其主要的支撑作用。机械工程的发展为汽车的进步提供更加优越的硬性条件，成为车辆工程的依靠力量。

2.6 在人工智能层面的发展

工程机械是传统的工程技术。机械可以完成人用双手和双目以及双足双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。

我们人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系。其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制。人工智能消除了这个限制。机械工程可以充分利用这个新出现的巨大可能性。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。

3我国机械工程科学发展总趋势

总的来说，在机械工程科学方面，我们虽然已经取得了瞩目的创新及进展，但必须清醒地认识到，我国机械工程科学总体上还处于落后状态。主要体现在：我国机械

工程的理论、方法和技术对中国制造业的自主创新和发展的贡献不显著；我国学者提出的机械领域的新概念、新理论不多；有重要国际影响的机械工程理论、方法和技术不多；国际机械领域学术界有较大影响的中国学者很少。总体上我国机械工程学术领域在国际上的地位滞后于中国制造业在国际制造界的地位。未来机械工程学科的发展将主要受到两方面的制约和推动，一个是制造业的创新发展，另一个是学科的演变进步。鉴于未来制造业发展的总趋势是全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化(以下简称“五化”)。机械工程科学的基本任务，就是为制造业的“五化”提供所需求的机械系统新理论、新方法和先进制造技术。

介于我国未来将大力推进拥有自主知识产权的先进仪器及装备技术，因此，基于自主创新的高技术仪器及装备的设计制造的基础研究将得到更充分地重视和更快地发展；此外，由于21 世纪我国资源和环境面临空前的严峻挑战，要求机械与制造科学比以往任何时候更重视环境的保护、产品的安全性和绿色度、材料和能源的节省、机电装备的再制造以及新能源制造领域的研究。

中国制造技术的发展总趋势是基于资源节约和环境保护基础上的数字网络化、智能集成化、高效精确化及极端制造化技术。采用德尔菲调查方法及研究分析，未来我国将要重点发展的制造科技主要有以下8 个领域。

(1) 空天及深海装备制造科技。 (2) 先进电子及通信制造科技。 (3) 微纳米制造科技。 (4) 新能源装备制造技术。 (5) 绿色制造科技。 (6) 仿生制造科技。 (7) 光子制造科技。 (8) 数字装备制造科技。

虽然我国机械工程科学已经取得了长足的进展，但与国际先进水平仍然存在很大差距。我们必须保持清醒的头脑，高瞻远瞩，尽快制定学科的长远发展规划，采取正确的学科发展战略和策略。加强对基础研究中原创性理论方法的支持力度，加强对原创性技术发明的支持力度。在继续保持和发扬摩擦学、机器人机构学等在国际学术界占有一席之地的同时，力争在2020 年前后机械与制造学科总体上进入国际先进行

列。在机械工程领域学术界，涌现多个在国际上有重大影响的科技成果和著名科学家；在机械与制造相关的国际学术界占有更多席位；有一批国际一流并在国际上有重要影响的国家实验室和工程研究中心；有一大批自主创新的重大科技成果转化为生产力，促使我国制造业产生更多的高技术产品和世界名牌企业。

综上所述，各个工程领域的发展都要求机械工程有与之相适应的发展，都需要机械工程提供所必需的机械。某些机械的发明和完善，又导致新的工程技术和新的产业的出现和发展，例如大型动力机械的制造成功，促成了电力系统的建立；机车的发明导致了铁路工程和铁路事业的兴起；内燃机、燃气轮机、火箭发动机等的发明和进步以及飞机和航天器的研制成功导致了航空、航天工程和航空、航天事业的兴起；高压设备（包括压缩机、反应器、密封技术等）的发展导致了许多新型合成化学工程的成功。机械工程就是在各方面不断提高的需求的压力下获得发展动力，同时又从各个学科和技术的进步中得到改进和创新的能力。