機(jī)械工程學(xué)科現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

機(jī)械工程學(xué)科現(xiàn)狀及

開展趨勢報告人：李威中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院執(zhí)行院長教授博士生導(dǎo)師報告內(nèi)容2機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機(jī)械工程師應(yīng)具備的知識體系3機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機(jī)械工程師應(yīng)具備的知識體系機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀學(xué)科內(nèi)涵機(jī)械工程學(xué)科是研究機(jī)械系統(tǒng)和產(chǎn)品的性能、設(shè)計及制造的理論、方法和技術(shù)的科學(xué)，包括機(jī)械學(xué)和制造學(xué)兩大領(lǐng)域。4

機(jī)械學(xué)是研究機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)性能及其設(shè)計理論與方法的科學(xué)，包括制造過程及機(jī)械系統(tǒng)所涉及的機(jī)構(gòu)學(xué)、傳動學(xué)、動力學(xué)、強(qiáng)度學(xué)、摩擦學(xué)、設(shè)計學(xué)、仿生機(jī)械學(xué)、微納機(jī)械學(xué)及界面機(jī)械學(xué)等。機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀學(xué)科內(nèi)涵機(jī)械工程學(xué)科是研究機(jī)械系統(tǒng)和產(chǎn)品的性能、設(shè)計及制造的理論、方法和技術(shù)的科學(xué)，包括機(jī)械學(xué)和制造學(xué)兩大領(lǐng)域。5制造科學(xué)是研究制造過程及其系統(tǒng)的科學(xué)。涵蓋產(chǎn)品設(shè)計、成形制造(鑄造成形、塑性成形、連接成形、磨具制造、外表工程等)、加工制造(超精密加工、高效加工、非傳統(tǒng)加工、復(fù)雜曲面加工、測量及儀器、裝備設(shè)計及制造、外表功能結(jié)構(gòu)制造、微納制造、仿生和生物制造)和制造系統(tǒng)運作管理等。許多高新技術(shù)尚未掌握，許多重大裝備我國不能自主設(shè)計制造，缺乏自主創(chuàng)新能力。是制造大國，不是制造強(qiáng)國發(fā)電設(shè)備、機(jī)床、汽車、電子制造等產(chǎn)品產(chǎn)量居世界前列，卻沒有一家裝備制造企業(yè)能躋身世界500強(qiáng)關(guān)鍵裝備大多依賴進(jìn)口光電子制造設(shè)備的100%IC制造裝備的85%高檔數(shù)控機(jī)床的70%根底研究相對薄弱，創(chuàng)新性缺失，原創(chuàng)性的技術(shù)和成果缺乏，企業(yè)的核心競爭力缺乏機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀制造工業(yè)現(xiàn)狀8經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)增長，但資源、環(huán)境壓力增大經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)增長對能源資源的需求明顯加大，而我國人均資源缺乏。另外，粗放型的經(jīng)濟(jì)增長方式造成能源資源消耗過多，環(huán)境污染嚴(yán)重，主要污染物排放量已超過環(huán)境承載能力。機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀國情及背景9國際貿(mào)易快速增長，但貿(mào)易結(jié)構(gòu)和增長方式亟待優(yōu)化當(dāng)前我國貿(mào)易仍以數(shù)量增長為主，走的是規(guī)模擴(kuò)張之路，出口產(chǎn)品主要是勞動密集、低附加值產(chǎn)品，付出的資源、環(huán)境代價過大，難以為繼。因經(jīng)濟(jì)增長過渡依賴出口，造成人民幣流動性過大，增加了升值壓力，且不斷面臨貿(mào)易摩擦。機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀國情及背景10把握開展趨勢未來機(jī)械工程技術(shù)開展的五大趨勢：綠色、智能、超常、融合、效勞中國機(jī)械工程學(xué)會，在路甬祥理事長的倡導(dǎo)下，于2021年9月啟動，組織包括19位兩院院士在內(nèi)的100多位專家，歷時一年多，編寫了?中國機(jī)械工程技術(shù)路線圖?我國裝備制造業(yè)的開展，要緊緊扣住這五大趨勢。11學(xué)科根本體系及各領(lǐng)域之間的關(guān)系1213機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機(jī)械工程師應(yīng)具備的知識體系漢諾威工業(yè)博覽會?德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略方案實施建議?工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕起源旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)?！拔锫?lián)網(wǎng)和制造業(yè)效勞化宣告著第四次工業(yè)革命的到來〞14工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕社會背景15工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕從蒸汽革命到工業(yè)4.016工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕從蒸汽革命到工業(yè)4.0工業(yè)1.0工業(yè)2.0工業(yè)3.01718工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕從蒸汽革命到工業(yè)4.019工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕工業(yè)3.0與工業(yè)4.020工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕大規(guī)模生產(chǎn)與大規(guī)模定制“工業(yè)4.0〞概念包含了由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的根本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與效勞的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。兩大主題：“智慧工廠〞，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)；“智能生產(chǎn)〞，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。三個設(shè)想：“產(chǎn)品〞，集成有動態(tài)數(shù)字存儲器、感知和通信能力，承載在其整個供給鏈和生命周期中所需的各種必需信息；“設(shè)施〞，由整個生產(chǎn)價值鏈所集成，可實現(xiàn)自組織；“管理〞，能夠根據(jù)當(dāng)前的狀況靈活決定生產(chǎn)過程。工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕兩大主題，三個設(shè)想21工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕兩個重要內(nèi)涵22德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0〞概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)〔Cyber-PhysicalSystem)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。面向智慧工廠的室內(nèi)精確定位工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕智慧工廠的車間——基于無線、RFID、傳感器和效勞的架構(gòu)從智慧工廠到智能生產(chǎn)2324工業(yè)4.0〔Industrie4.0〕工業(yè)4.0帶來的改變以“智能制造〞為主導(dǎo)的新工業(yè)革命25機(jī)械工程學(xué)科的現(xiàn)狀德國工業(yè)4.0中國制造2025合格機(jī)械工程師應(yīng)具備的知識體系26中國制造2025全球制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整。我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新開展迎來重大機(jī)遇，必須放眼全球，加緊戰(zhàn)略部署，著眼建設(shè)制造強(qiáng)國，固本培元，化挑戰(zhàn)為機(jī)遇，搶占制造業(yè)新一輪競爭制高點?！驳聡肮I(yè)4.0〞方案、美國“再工業(yè)化〞戰(zhàn)略…〕我國經(jīng)濟(jì)開展環(huán)境發(fā)生重大變化。經(jīng)濟(jì)開展進(jìn)入新常態(tài)，制造業(yè)開展面臨新挑戰(zhàn)；形成經(jīng)濟(jì)增長新動力，塑造國際競爭新優(yōu)勢，重點在制造業(yè)，難點在制造業(yè)，出路也在制造業(yè)。建設(shè)制造強(qiáng)國任務(wù)艱巨而緊迫。我國仍處于工業(yè)化進(jìn)程中，與先進(jìn)國家相比還有較大差距。制造業(yè)大而不強(qiáng)，自主創(chuàng)新能力弱，關(guān)鍵核心技術(shù)與高端裝備對外依存度高，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系不完善；產(chǎn)品檔次不高，缺乏世界知名品牌；資源能源利用效率低，環(huán)境污染問題較為突出；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，高端裝備制造業(yè)和生產(chǎn)性效勞業(yè)開展滯后；信息化水平不高，與工業(yè)化融合深度不夠；產(chǎn)業(yè)國際化程度不高，企業(yè)全球化經(jīng)營能力缺乏。推進(jìn)制造強(qiáng)國建設(shè)，必須著力解決以上問題。開展形勢和環(huán)境27中國制造20255月19日，經(jīng)李克強(qiáng)總理簽批，國務(wù)院印發(fā)?中國制造2025?，部署全面推進(jìn)實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略。這是我國實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)。實現(xiàn)中國制造向中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變，中國速度向中國質(zhì)量的轉(zhuǎn)變，中國產(chǎn)品向中國品牌的轉(zhuǎn)變，完成中國制造由大變強(qiáng)的戰(zhàn)略任務(wù)。28中國制造2025“到2021年，制造業(yè)重點領(lǐng)域智能化水平顯著提升，試點示范工程運營本錢降低30%，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短30%，不良品率降低30%。到2025年，制造業(yè)重點領(lǐng)域全面實現(xiàn)智能化，試點示范工程運營本錢降低50%，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短50%，不良品率降低50%。〞“到2021年，上述領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主研制及應(yīng)用。到2025年，自主知識產(chǎn)權(quán)高端裝備市場占有率大幅提升，核心技術(shù)對外依存度明顯下降，根底配套能力顯著增強(qiáng)，重要領(lǐng)域裝備到達(dá)國際領(lǐng)先水平。〞五項重大工程、十大重點領(lǐng)域29中國制造2025中國工程院圍繞?中國制造2025?確定的十大重點領(lǐng)域未來十年的開展趨勢、開展重點和目標(biāo)等進(jìn)行了研究，提出了十大重點領(lǐng)域創(chuàng)新的方向和路徑，并將其匯編成冊，稱為?<中國制造2025>重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖(2021年版)?。涵蓋新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、節(jié)能與新能源汽車等10大重點領(lǐng)域、23個重點方向，是貫徹落實?中國制造2025?的一項重要舉措。?<中國制造2025>重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖?30中國制造2025制造業(yè)創(chuàng)新的內(nèi)涵包括3個層次：產(chǎn)品創(chuàng)新、制造技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)模式創(chuàng)新。“在這三個層次中，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化是制造業(yè)創(chuàng)新的重要途徑。〞智能制造——制造業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化，應(yīng)被放在“中國制造2025〞的核心位置。智能制造是“中國制造2025〞的主攻方向?！袊こ淘涸洪L周濟(jì)，2021智能制造國際會議主攻方向：智能制造31中國制造2025“機(jī)器人革命〞有望成為“第三次工業(yè)革命〞的一個切入點和重要增長點，將影響全球制造業(yè)格局，而且我國將成為全球最大的機(jī)器人市場。3D打印、人工智能迅猛開展，制造機(jī)器人的軟硬件技術(shù)日趨成熟，本錢不斷降低，性能不斷提升，軍用無人機(jī)、自動駕駛汽車、家政效勞機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)實。國際上有輿論認(rèn)為，機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠〞，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志?！?xí)近平總書記在中國科學(xué)院第十七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會上的講話機(jī)器人：“制造業(yè)皇冠頂端的明珠〞32中國制造20252021年世界機(jī)器人大會：“協(xié)同、融合、共贏，引領(lǐng)智能社會〞以機(jī)器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，成為現(xiàn)時代科技創(chuàng)新的一個重要標(biāo)志。2015年11月23日33中國制造2025機(jī)器人是智能社會的一個重要切入點，正在改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式和生活方式?！伴_展機(jī)器人已成為世界共識〞，美國再工業(yè)化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略、德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略、日本機(jī)器人新戰(zhàn)略、歐洲火花方案、韓國機(jī)器人強(qiáng)國戰(zhàn)略、新工業(yè)法國、中國制造2025戰(zhàn)略，全部將開展重點瞄向機(jī)器人。機(jī)器人將對全球科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)格局帶來重大的影響?！珖f(xié)副主席、中國科協(xié)主席韓啟德中國是工業(yè)機(jī)器人最大消費國：亞洲目前已成為工業(yè)機(jī)器人使用量最大的地區(qū)，占世界范圍內(nèi)機(jī)器人使用的50%，接下來是美洲，其次是歐洲。中國是應(yīng)用機(jī)器人最高的國家，2021年23萬個機(jī)器人當(dāng)中56%的機(jī)器人是中國在使用，其次是日本、美國、韓國?！獓H機(jī)器人聯(lián)盟主席ArturoBaroncelli，“全球機(jī)器