机械工程学科现状及发展趋势.ppt

1、机械工程学科现状及机械工程学科现状及发展趋势发展趋势报告人：李报告人：李 威威中国矿业大学机电工程学院中国矿业大学机电工程学院执行院长执行院长 教授教授 博士生导师博士生导师报告内容报告内容2p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系3p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系机械工程机械工程学科学科的现状的现状学科内涵学科内涵机械工程学科是研究机械系统

2、和产品的性能、设计及制造的理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，包括论、方法和技术的科学，包括机械学机械学和和制造学制造学两大领域。两大领域。4 机械学是研究机械学是研究机械结构机械结构和和系统性能系统性能及其及其设计理论与方法设计理论与方法的科学，包括制的科学，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、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。设计学、仿生机械学、微纳机械学及界面机械学等。机械工程机械工程学科学科的现状的现状学科内涵学科内涵机械工程学科是研究

3、机械系统和产品的性能、设计及制造的理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，包括论、方法和技术的科学，包括机械学机械学和和制造学制造学两大领域。两大领域。5 制造科学是研究制造科学是研究制造过程及其系统制造过程及其系统的科学。涵盖产品设计、成形制造的科学。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、加工制造(超超精密加工、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、

4、微纳制造、仿生和生物制造计及制造、表面功能结构制造、微纳制造、仿生和生物制造)和制造系统运和制造系统运作管理等。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。有一席之地。机械工程机械工程学科学科的现状的现状基础研究现状基础研究现状u 温诗铸温诗铸等提出了薄膜润滑概念，发明了纳米薄膜测量技

5、术。等提出了薄膜润滑概念，发明了纳米薄膜测量技术。u 黄真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。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。u 彭东林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。创成果。u 华林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。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虽虽然然我我国国科科技技工工作作者者已已经经取取得得了了大大量量成成果果，但但机机械械工工程程学学科科在在国际上总体还处于落后地位。国际上总体还处于落后地位

6、未未来来制制造造业业的的发发展展总总趋趋势势：全全球球化化、信信息息化化、绿绿色色化化、知知识识化化和极端化和极端化；制制造造技技术术的的发发展展总总趋趋势势：基基于于资资源源节节约约和和环环境境保保护护基基础础上上的的数数字网络化、高效精确化、智能集成化及制造极端化字网络化、高效精确化、智能集成化及制造极端化。机械工程机械工程学科学科的现状的现状基础研究现状基础研究现状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，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。缺乏自主创新能力。l是制造大国，不是制造是制造大国，不是制造强强国国l发电设备、机床、汽、机

7、床、汽车、电子制造等子制造等产品品产量居世界前列，却没有一家装量居世界前列，却没有一家装备制造制造企企业能能跻身世界身世界500强强l关关键装装备大多依大多依赖进口口光光电子制造子制造设备的的100%IC制造装制造装备的的85%高档数控机床高档数控机床的的70%l基基础研究相研究相对薄弱，薄弱，创新性缺失，原新性缺失，原创性的技性的技术和成果缺乏，企和成果缺乏，企业的核心的核心竞争力争力不足不足机械工程机械工程学科学科的现状的现状制造工业现状制造工业现状8u 经济快速持快速持续增增长，但，但资源、源、环境境压力增大力增大经济的快速持续增长对能源资源的需求明显加大，而我国人均经济的快速持续增长对

8、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。多，环境污染严重，主要污染物排放量已超过环境承载能力。机械工程机械工程学科学科的现状的现状国情及背景国情及背景9u 国国际贸易快速增易快速增长，但，但贸易易结构和增构和增长方式亟待方式亟待优化化当当前前我我国国贸贸易易仍仍以以数数量量增增长长为为主主，走走的的是是规规模模扩扩张张之之路路，出出口口产产品品主主要要是是劳劳动动密密集集、低低附附加加值值产产品品，付付出出的的资资源源、环环境境代价过大，难

9、以为继。代价过大，难以为继。因因经经济济增增长长过过渡渡依依赖赖出出口口，造造成成人人民民币币流流动动性性过过大大，增增加加了了升值压力，且不断面临贸易摩擦。升值压力，且不断面临贸易摩擦。机械工程机械工程学科学科的现状的现状国情及背景国情及背景10把握发展趋势把握发展趋势未来机械工程技术发展的五大趋势：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，中国机械工程学会，在路甬祥理事长的倡导下，中国机械工程学会，在路甬祥理事长的倡导下，中国机械工程学会，在路甬祥理事长的倡导下，于于于于2010201020102010

10、年年年年9 9 9 9月启动，组织包括月启动，组织包括月启动，组织包括月启动，组织包括19191919位两院院士位两院院士位两院院士位两院院士在内的在内的在内的在内的100100100100多位专家，历时一年多，编写了多位专家，历时一年多，编写了多位专家，历时一年多，编写了多位专家，历时一年多，编写了中国机械工程技术路线图中国机械工程技术路线图中国机械工程技术路线图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。我国装备制造业的发展，要紧紧扣住这五大趋势。我国装备制造业的发展，要紧紧扣住这五大趋势。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

11、系学科基本体系及各领域之间的关系1213p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系汉诺威工业博览会汉诺威工业博览会德国工业德国工业4.04.0战略计划战略计划实施建议实施建议工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）起源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。轮工业革命中占领先机。“物联网和制造业服务化宣告着物联

12、网和制造业服务化宣告着第四次工业革命第四次工业革命的到来的到来”14工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）社会背景社会背景15工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）从蒸汽革命到工业从蒸汽革命到工业4.04.016工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）从蒸汽革命到工业从蒸汽革命到工业4.04.0工业工业1.01.0工业工业2.02.0工业工业3.03.01718工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）从蒸汽革命到工业从蒸汽革命到工业4.04.019工业工业4.04

13、0（Industrie4.0Industrie4.0）工业工业3.03.0与工业与工业4.04.020工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）大规模生产与大规模定制大规模生产与大规模定制“工工业业4.0”概概念念包包含含了了由由集集中中式式控控制制向向分分散散式式增增强强型型控控制制的的基基本本模模式式转转变变，目目标标是是建建立立一一个个高高度度灵灵活活的的个个性性化化和和数数字字化化的的产产品品与与服服务务的的生生产产模模式式。在在这这种种模模式式中中，传传统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。的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域

14、和合作形式。两两大大主主题题：“智智慧慧工工厂厂”，重重点点研研究究智智能能化化生生产产系系统统及及过过程程，以以及及网网络络化化分分布布式式生生产产设设施施的的实实现现；“智智能能生生产产”，主主要要涉涉及及整整个个企企业业的的生生产产物物流流管管理理、人人机机互互动动以以及及3D技术在工业生产过程中的应用等。技术在工业生产过程中的应用等。三三个个设设想想：“产产品品”，集集成成有有动动态态数数字字存存储储器器、感感知知和和通通信信能能力力，承承载载在在其其整整个个供供应应链链和和生生命命周周期期中中所所需需的的各各种种必必需需信信息息；“设设施施”，由由整整个个生生产产价价值值链链所所集集

15、成成，可实现自组织；可实现自组织；“管理管理”，能够根据当前的状况灵活决定生产过程。，能够根据当前的状况灵活决定生产过程。工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）两大主题，三个设想两大主题，三个设想21工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）两个重要内涵两个重要内涵22德德国国学学术术界界和和产产业业界界认认为为，“工工业业4.04.0”概概念念即即是是以以智智能能制制造造为为主主导导的的第第四四次次工工业业革革命命，或或革革命命性性的的生生产产方方法法。该该战战略略旨旨在在通通过过充充分分利利用用信信息息通通讯讯技技术术和和网网

16、络络空空间间虚虚拟拟系系统统信信息息物物理理系系统统（Cyber-Physical Cyber-Physical System)System)相相结结合合的的手手段，将制造业向段，将制造业向智能化智能化转型。转型。面向面向智慧工厂智慧工厂的室内精确定位的室内精确定位工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）智慧工厂智慧工厂的车间的车间基于无线、基于无线、RFIDRFID、传感器和服务的架构、传感器和服务的架构从智慧工厂到智能生产从智慧工厂到智能生产2324工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）工业工业4.04.0带来的改变带来的改

17、变以以“智能制造智能制造”为主导的新工业革命为主导的新工业革命25p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系26中国制造中国制造20252025p全球制造业格局面临重大调整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。（争制高

18、点。（德国德国“工业工业4.0”计划、美国计划、美国“再工业化再工业化”战略战略）p我国经济发展环境发生重大变化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，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，出路也在制造业重点在制造业，难点在制造业，出路也在制造业。p建设制造强国任务艰巨而紧迫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，距。制造业大而不强，

19、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。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

20、须着力解决以上问题。推进制造强国建设，必须着力解决以上问题。发展形势和环境发展形势和环境27中国制造中国制造202520255 5月月1919日，经李克强总理签批，国务院印发日，经李克强总理签批，国务院印发中国制造中国制造20252025，部署全面推，部署全面推进实施进实施制造强国制造强国战略。这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。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的转变，完成中国制造由大变强的战略任务。，完成中国制

21、造由大变强的战略任务。28中国制造中国制造20252025“到到20202020年年，制制造造业业重重点点领领域域智智能能化化水水平平显显著著提提升升，试试点点示示范范项项目目运运营营成成本本降降低低30%30%，产产品品生生产产周周期期缩缩短短30%30%，不不良良品品率率降降低低30%30%。到到20252025年年，制制造造业业重重点点领领域域全全面面实实现现智智能能化化，试点示范项目运营成本降低试点示范项目运营成本降低50%50%，产品生产周期缩短，产品生产周期缩短50%50%，不良品率降低，不良品率降低50%50%。”“到到20202020年年，上上述述领领域域实实现现自自主主研研制

22、制及及应应用用。到到20252025年年，自自主主知知识识产产权权高高端端装装备备市市场场占占有有率率大大幅幅提提升升，核核心心技技术术对对外外依依存存度度明明显显下下降降，基基础础配配套套能能力力显显著著增增强强，重重要要领领域域装装备备达到国际领先水平。达到国际领先水平。”五项重大工程、十大重点领域五项重大工程、十大重点领域29中国制造中国制造20252025中国工程院围绕中国工程院围绕中国制造中国制造20252025确定的十大重点领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究，提出了十大重点领域创新的

23、方向和路径创新的方向和路径，并将其，并将其汇编成册，称为汇编成册，称为 2025重点领域技术路线重点领域技术路线图图(2015(2015年版年版)。涵盖新一代信息技术产业、节能与。涵盖新一代信息技术产业、节能与新能源汽车等新能源汽车等1010大重点领域、大重点领域、2323个重点方向个重点方向，是贯彻，是贯彻落实落实中国制造中国制造20252025的一项重要举措。的一项重要举措。2025重点领域技术路线图重点领域技术路线图30中国制造中国制造20252025制造业创新的内涵包括制造业创新的内涵包括3个层次：个层次：产品创新、制造产品创新、制造技术创新、产业模式创新技术创新、产业模式创新。“在这

24、三个层次中，数在这三个层次中，数字化网络化智能化是制造业创新的重要途径。字化网络化智能化是制造业创新的重要途径。”智智能制造能制造制造业数字化网络化智能化，应被放在制造业数字化网络化智能化，应被放在“中国制造中国制造2025”的核心位置。的核心位置。智能制造是智能制造是“中国制造中国制造2025”的主攻方向的主攻方向。中国工程院院长周济，中国工程院院长周济，20152015智能制造国际会议智能制造国际会议主攻方向：智能制造主攻方向：智能制造31中国制造中国制造20252025“机器人革命机器人革命”有望成为有望成为“第三次工业革命第三次工业革命”的一个切的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造

25、业格局，而且我国入点和重要增长点，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。将成为全球最大的机器人市场。3D打印、人工智能迅打印、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，政服务机器人已经成为现实。国际上有舆论认为，机器机器人是人是“制造业皇冠顶端的明珠制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用，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。是衡量一个国家

26、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国工程院第十二次院士大会上的讲话机器人：机器人：“制造业皇冠顶端的明珠制造业皇冠顶端的明珠”32中国制造中国制造202520252015年世界机器人大会：年世界机器人大会：“协同、融合、共赢，引领智能社会协同、融合、共赢，引领智能社会”以机器人科技为代表的智能以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现时代产业蓬勃兴起，成为现时代科技创新的一个重要标志。科技创新的一个重要标志。2015年年11月月23日日33中国制造中国制造20252025

27、机器人是智能社会的一个重要切入点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。，正在改变人类的生产方式和生活方式。“发展机发展机器人已成为世界共识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，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，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

28、国政协副主席、中国科协主席韩启德全国政协副主席、中国科协主席韩启德中国是工业机器人最大消费国：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范围内机器人使用的50%，接下来是美洲，其次是欧洲。，接下来是美洲，其次是欧洲。中国是应用机器人最高的国家中国是应用机器人最高的国家，2014年年23万个机器人当中万个机器人当中56%的机器人是中国在使用，其次是日本、美国、韩国。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国际机器人联盟主席Arturo BaroncelliArturo Ba

29、roncelli，“全球机器人调研全球机器人调研 征服世界的机器人征服世界的机器人”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年实现年实现“机器人革命机器人革命”。四大重点领域：自动驾驶车辆、灾害救援机器人、。四大重点领域：自动驾驶车辆、灾害救援机器人、“人机互人机互动动”、远程机器人、远程机器人日本科学技术振兴机构主席顾问日本科学技术振兴机构主席顾问Michiharu NakamuraMichiharu Nakamura“机器人的现在与未来机器人的现在与未来”34p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系35363738394041