机械工程学科发展趋势范文

导语：如何才能写好一篇机械工程学科发展趋势，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】 机械工程 研发应用 发展策略

随着时代的发展与能源的耗费，21世纪人类社会面临资源枯竭、气候变暖、环境恶化、人口增加四个问题，面临着严峻挑战。我国要向“制造强国”的战略转变，要实现此战略转移，关键在于制造技术的不断发展，为了采取应对未来机械工程的发展，需要正确认识、预测工程面临这些挑战，并且加强制造科技创新能力，提升我国机械工程的不断发展[1]。

1 机械工程学科的定义与进展综述

1.1 机械工程学科定义

机械工程学科包括机械学和制造科学两大领域，主要是研究机械系统的性能、设计及制造的理论和技术的科学。其中机械学是研究机械结构和系统性能的学科，包括制造过程中的机构学、设计学、动力学、传动学、摩擦学、仿生机械学以及微纳机械学等；制造科学是研究制造过程及其系统的科学，制造科学包括产品设计、成形制造、加工制造、测量及仪器、表面功能结构制造、微纳制造以及制造系统运作管理等科学。

1.2 我国机械工程研究进展综述

机械工程研究推动世界制造技术发展的主要动力，我国的机械工程技术虽然起步较晚，但是在航空、家电、微电子、石化、工程机械等行业，机械工程自主创新以及取得了长足的发展，为我国机械工程发展提供了大批新理论、新技术和新方法，为促进我国经济发展提供了技术支持，下面将介绍我国机械工程重点领域的发展情况[2，3]。

1.2.1 机械动力学与传动学科发展

非线性动力学、复杂机电系统智能维护是当前机械动力学的前沿领域。闻邦椿率先提出振动利用工程的概念，采用动态设计方法，创建了振动利用工程学科。近年来，机械传动和控制的研究主要是高效、低能耗以及微型化。在相关的研究中，超声电机是较为典型的传动机械，它突破了传统电磁效应电机原理，具有结构简单、噪声低等优点。王家序等针对船舶推进系统的污染问题，提出了新型复合材料水动密封轴承，节省了大量贵金属、减少了对河海水的污染，得到了广泛应用。

1.2.2 仿生机械和生物制造领域发展

机械工程学科与纳米科学、生物科学的交叉近年来的研究热点，其中仿生机械学已经成为一门新学科。任露泉通过研究动物表面脱附减阻，采用仿真模拟和理论分析，开辟了我国机械仿生学领域，近年来根据该理论研制的机械已经应用于农业机械和国防工程。

1.2.3 机械测量学科领域发展

近年来机械工程研究中，机械测量产生原创性成果最多的领域，关于极端环境条件、智能数字化以及尺寸的测量是测量领域的主要发展方向。叶声华等利用多种靶标特殊几何结构，制备了能够用于空间大尺寸测量的装置，测量结果稳定性好，现已用机和汽车工业。张书练等正交偏振激光器为核心，研发了精密测量仪器。秦树人等提出了“智能虚拟控件”概念，并在此基础上研制获得可直接用于组建仪器产品的虚拟产品，该技术已经广泛用于教学测量分析中。

1.2.4 加工制造与设计学科领域

加工制造学科的发展重点在于高效、高精度以及柔性数字智能自动化制造技术的研究。康仁科等针对天线罩电性能的特殊要求，构建相关的理论模型，实现了测量加工一体化的精密修磨技术。谭建荣提出并实现了产品配置等4项设计技术，从而实现了机电产品的功能定制设计。黄庆学等自主设计制造中厚板剪切装备，打破了国外产品的垄断局面。韩旭提出高精度数字化模型的建模方法，提出了应用于汽车零部件的结构优化设计技术。

1.2.5 微纳制造与纳米加工领域

目前微型机械系统发展的主要趋势是工程性能优化、智能系统集成、批量低成本；而纳米加工主要研究是材料加工方法、尺度效应、纳米结构及系统的制造。在微纳系统设计制造方面，苑伟政等提出了MEMS集成设计工具，支持惯性、压力、光学、射频等器件的建模、仿真与分析，能够为机械、电子等不同工程背景设计人员提供多层次、多入口的任意流程设计。

纳米加工领域主要研究是纳米纳米梁、桥、探针、纳机电谐振器结构。董申等采用原子力显微镜机械耕犁加工方法，加工出多种复杂纳结构。周明等在飞秒激光生物分子纳米加工。中科院物理所成功研制出具有对称式机械结构的双探针扫描隧道显微镜探头，提高了STM系统的信噪比，并应用于实际。

2 机械工程科学发展总趋势

我国的在机械工程科学虽然已经取得较大的进展，但是总体上还处于落后状态。未来机械工程学科将主要受到制造业的创新发展和学科的演变进步的推动与制约，因此我国机械工程新技术的发展，需要适应全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化的总趋势发展，为制造业提供先进的制造技术。由于我国资源和环境将在未来面临空前的严峻挑战，因此机械工程新技术的发展需要重视环境的保护、材料和能源的节省以及新能源制造领域的研究[4]。

3 机械学发展展望

（1）机械工程学科中机构学是代表性学科之一，因为机构学研究注重机构学基础理论以及注重与制造的学科交叉，从而使机械工程理论与关键技术能够同时取得突破，制备开发出性能优良的设备，在机器人机构、工程机械、以及仿生机构等工程机构学大有用武之地。

（2）我国的机械设计理论与技术落后，导致中高端技术装备中自主产权的产品少，因此应该重点推动复杂系统总体设计、复杂机电系统的概念设计、设计支撑系统、基于网络的系统性能仿真虚拟设计等领域的理论、方法和技术的发展，提升机械设计的发展。

4 结语

目前我国的机械工程科学还处于相对落后的阶段，具有较大的发展空间，为了促进我国机械工程新技术的发展，需要制定学科的长远发展规划，加强原创性理论研究以及新技术方法的支持力度，力争在2020年前后，使我国的机械与制造学科总体上进入国际先进行列，促使我国制造业产生更多的高技术产品和世界名牌企业。

参考文献：

[1]中国科学技术协会.2008―2009机械工程（机械制造）学科发展报告[M].北京：中国科技出版社，2009.

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随着科学技术的迅速发展，它一方面推动了学科的之间的相互交错，另一方面也促使工程领域的进一步改造。近年来，特别是计算机日益的小型化与功能化，其使用范围也逐步的越来越广。机电一体化技术就是集合了计算机技术、信息技术与微电子技术等于一体的综合性技术，它的广泛使用，不仅提高了相关产品的质量，更是进一步提升了机械行业的生产效率。

1.机电一体化的发展现状

以信息化来推动工业化的发展，是现代社会发展的一项重大的战略举措，因为信息化主要是通过计算机的应用来实现的，它的应用开始将工业经济进一步的转化为信息经济，这个信息化的过程不仅涉及到传统的产业，还涉及到人们的生活方式和基础设施的建设等等。当然，虽然我国目前的机电一体化技术得到了一定程度的发展，但是与发达国家相比，还是存在着十分大的差距。据相关的数据表明，我国信息技术产业的产值还只有30-40%。这样的一个差距，也在一定程度上极大的限制了我国机电一体化的发展进程。但是国家还是十分的重视这一方面的建设，还为此成了专门的机电一体化的领导小组。因为信息产业是有十分长远的发展潜力的，如果能够通过一些贸易或者技术转让，直接的吸取国外先进的技术，在成本的节约上有着极大的优势。

另外机电一体化主要是由控制技术、计算机技术等等组成的，随着它们进一步的发展，也为机电一体化的技术条件提供了支撑，大规模集成电路的快速发展则为机电一体化的物质条件奠定了很好的基础，正是这些支撑，促使着我国的机电一体化正在逐渐的发展完善。

2.机电一体化的趋势探讨

机电一体化的发展是十分依赖于相关技术的发展程度的，因为它不仅包括了计算机学、信息学，还包括了机械学、电子学、光学等等。所以这是一个协同发展的过程。由此可以探讨出机电一体化的发展趋势主要有以下几个方面。

（1）板块化的发展

实现机电一体化的版块化是一个相当复杂的工程，因为该工程涉及到的厂家繁多、产品品种各异。在进行研发时各种接口的设计也是各式各样，例如它既会涉及到机械接口，还会设计到电气接口等等，这都为机电一体化板块化的实现产生了很大的障碍。但是该项工作能够顺利的完成，却对机电与一体化的发展有着很强的促进作用。例如在进行加减速以及智能调速的研究时，想要达到更好的视觉处理效果，就必须要做好机电一体化的板块化处理，只有这样才能在进行新产品的开发时有一个较好的标准。同时对于实现规模生产也有着较大的促进作用。当然这就对于标准的制定提出了较高的要求，不论是在部件和接口的选择上，还是在单元的匹配程度上。当然受着各方面利益博弈的影响，想要制定这样一个统一的标准，在实施的过程中还是有着一定的难度，但是可以先从一些规模较大的企业中试点，再逐步的推广。我们可以肯定的是，这些标准的制定无论是对技术企业还是对产品企业的发展都有着极大的推动作用。

（2）智能化发展

21世纪系统化的发展方向是一个十分重要的发展趋势，因为在机电一体化的建设之中，越来越关注人的力量，例如已经得到推广的机器人和数控机床的使用等等都是智能化发展的结果。智能化的发展主要是在，通过人智慧，来完成对机械行为的设定。在这一过程中，不仅囊括了计算机学、数学、心理学等等知识，还需要人们更多的新思想和新方法，这样通过人脑智慧的应用，来完成机器的自主决策、判断推理的能力。这样对于目标的完成能够起到更好的控制作用。当然我们不能要求机械能够实现和人类一样水平的智商，但是通过各项技术的应用，还是能够融入人的部分智能，这样也能够极大的推进其发展。

（3）小型化的发展

小型化的发展主要是指机电一体化朝着一个微观的趋势发展，我们将其统称为微电子机械系统，这对机电一体化的产品的尺寸都做出了标准化的规定，而且还有着朝微米和纳米级发展的趋势。它主要有着耗能少、体积小等等优势，而且其运动方式还十分的灵活，所以在军事和医疗上都得到了广泛的推崇。但是目前其发展的重难点主要在于微机械技术，因为在完成微机电一体化产品的加工时，都必须要采用精细加工技术的，这类技术不仅包括光刻技术，还包括蚀刻技术。它们在技术攻破和创新上都还存在着一定的难度。

（4）系统化的发展

系统化发展主要表现在其系统结构体系既有开放式的特征，又有着模块化的表现。这就要求该系统是既能够进行灵活的组合，又能够随意的进行拆分，同时还需要各个子系统之间能够进行很好的协调，这样便于整体的管理。在另一方面，系统化还体现在通讯能力的提升以及产品的人格化特征之上，因为未来产品的发展趋势将更加的注重与人需求的结合，因为毕竟产品最终的使用者是人，所以，在进行机电一体化产品的研发时，还应该更多的关注产品的“情感”与智能，这样才能更好的实现人机一体化。

3.结束语

不难看出，机电一体化的发展如果只是单纯的依靠某一方面的力量，是根本无法完成的，它必须受到多方面技术发展的推动，这也是当今社会发展的特点的，所以实现技术之间的协调发展，才是未来发展的总趋势。当然，文中所列举的技术并不是与机电一体化相关的全部技术，它还包含着许多其他方面的技术。目前技术融合的可能性越来越大，涉及的范围也越来越广，这极大的推动了机电一体化的发展。

参考文献

[1]李军.浅析光机电一体化技术的发展[A].海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会.绿色制造与低碳经济一一2010年海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会“年会”暨机械工程科技学术报告会论文集[c].海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会：，2010：4.

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【关键词】进展现状；发展趋势；机械工程

0 前言

制造产业一向是我国经济发展的支柱，它和其他的产业相互扶持，从而推动了世界经济的发展又促进了世界文明的发展进程。每一个国家都有自己的发展特色，从我们国家的角度来看，由于中国将实现从“制造大国”向“制造强国”的战略转变，使得我国的制造业开始了质的转变。为了实现这个转变，就要有强大的创新能力。产品的创新和自主品牌的打造是中国制造业面临的重要挑战，也是未来发展的巨大空间。

1 机械工程在实践中的进展

1.1 机械工程自动化在实际生产中的实践

机械自动化是在实践中得到充分利用的学科。可以说，以我国现在的国情来看，我国在机械工程方面的自动化发展还有很长的路要走，我国总体经济与发达国家相比有着较大的差距。在一些地区，我们仍然以传统的简单机械来进行生产和加工，而这么做的原因也相对容易分析，我国拥有较大的人口基数，提供了相当数量的劳动力，而低成本的劳动力虽然提高了我国在机械制造领域的实际生产，但却大幅降低了我国高新科研技术在实际生活中的应用效率。所以我国在实践生活中，机械自动化的实际应用并不理想。

1.2 机械工程在学科交叉中的实践

科研创新向来重视团队合作精神，可以说良好的团队合作与科学的管理人员配置，是团队创新必不可少的因素。近些年来，诺贝尔奖获得者大多的是团队合作，在机械设计方面也是如此，我国的团队合作能力在近些年有长足的提高，由以前的“个人研究”到现在的“团队合作”这一转变既大大提高了我国在机械工程领域的研究效率，也极大的提高了我国机械设计的发展质量，使各个领域的专家、研究团队能够通力合作，让机械工程在各个学科之间起到巨大的作用，既提高了机械工程在各领域的体系，也使其他学科可以在机械工程的支撑下，更快，更稳定的发展，例如：在机械工程科学与电子科学的学科交叉中，在多领域专家、研究人员的通力配合之下，计算机产业在近些年高速发展，而计算机的辅助设计又可以对机械工程进行指导和研究。例如：在我国的高新技术区，已经成功的实现了“无图纸”的科学研究和“无图纸”的工业制造，这大大减少了科学研究所需花费的时间、精力、金钱，也同样促进了新一轮的科技创新，这样的优势十分明显，使得一些研究人员得以效仿。由此，又可以有新的团队得以创建，由此开始的良性循环为机械工程的现代化发展提供了巨大作用，又同样也为我国在多领域综合研究上添了浓墨重彩的一笔。

1.3 机械工程在专业综合化中的实践

综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。机械工程也同样面对着这个问题。为了能更好地发挥专业知识作用，同时加快科研效率，这就需要各个领域专家的合作，不同领域的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。由于机械工程的知识总量已扩大到远非一个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是专业化并不是一个长远的解决方案，过度的专业化造成知识过分分割，使得学科相对独立，缩小了发展空间，使得研究人员视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局无法从多角度对机械工程进行相应的设计和统筹安排，缩小了技术交流的范围。而从近些年开始，机械工程开始了专业综合化，这大大提高了科研人员的专业素质，也提高了研究效率，开拓了新的视野。所以，近些年我国机械工程在此方面有了十足的进步。

2 机械工程在科技创新领域的研究进展

2.1 机械工程在自动化领域创新的研究进展

在我国，机械自动化一直是机械工程的一个核心组成部分，高新的科研技术都依赖于自动化技术。我国一直以来都是投入大量的时间、精力、金钱来致力于提高我国在自动化领域的创新能力。由于未来在制造业发展的大体趋势为：全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化，所以我国在近些年的机械工程在自动化的领域中一直不断的创新。我们本着研究要 “有所为、有所不为”的方针，坚持科研创新，使得我国在数字控制机床制造和应用的自动化水平有了很大的提高，而这又为我国在科技创新中提供了有力武器。科技创新离不开实际应用，在以前我国尚未开展机械自动化的时候，更多的企业、单位、工厂都致力于提高传统的机械加工技术，而在现在机械工程字自动化高速发展的阶段，越来越多的前沿技术在实际生产中得到应用，从而使科技创新有了新的动力，而一些墨守成规的企业和单位，都已经逐渐的被淘汰，而自动化机床、自动化工厂都得以快速发展，从而形成良性循环，既提高了在机械自动化领域科技创新的效率，又提高了市场竞争力，从而使我国在世界占有一席之地。而现在，在自动化领域中，越来越多的技术关卡得以突破，在科技创新中机械自动化有着空前的发展速度。

2.2 机械工程在学科交叉的研究进展

近些年来，学科交叉一直是科技创新的一大领域，机械工程在近年来更多的开始学科间的创新发展，例如和信息科学和管理科学之间的交叉结合，既使得在信息与管理学获得新的发展空间，加速了各个学科之间的通力合作，又使原有的机械工程科学体系得到相当程度扩展，在近年来这些技术创新都获得了相当可观的研究成果。例如“型 MIG 焊接电弧控制法、等角速万向联轴器、超精密加工表面微观形貌在位检测仪、”而这些成果的获得与这些学科之间的交叉、合作、创新都有密不可分的联系，机械工程在今后的发展过程中，也同样离不开这些学科的支撑。

2.3 机械工程在专业综合化的研究进展

机械工程在我国起步较晚，前些年我国对其研究较多是局限于本专业，对其周边学科重视不足，从而出现了过度专业化的现象。但是近些年来，我国的研究人员越来越多的重视综合化的研究，使得专业在各个领域开始扩展，同时也获得了其他学科的技术支持，在各个学科的配合下，我们取得了“稀土化合物摩擦学特性、微机化现场动平衡仪、磁盘精密沙袋研抛机理、SiC 陶瓷刀具、高温密栅云纹法、高温下材料力学性能测量装置”等一系列令人瞩目的研究成果。

3 结语

在现今的社会之中，我们在机械工程这门科学上已经有了跨越式的进步，但是我们仍要清醒的认识到，由于我国机械工程起步较晚，对该科学的认识还不够深入，同时我国机械工程的相应高科技技术专利程度不高，自主创新能力不足，所以在未来的发展上，我国机械工程科学仍有较大的提升空间。为了能够尽快的提升我国机械工程的有生力量，还需要我们的研究人员更要投入更大的精力、物力、财力，以此缩短逐渐与发达国家之间的差距。

【参考文献】

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关键词：机械自动化；节能节电；发展趋势；技术差异；设计原则

工业化带来物质高度文明化，为人类生活带来翻天覆地的变化，一方面，人类享受着高度发达的物质文明，另一方面，人类通过自己的聪明才智创造、发明众多技术发明，进一步推动物质文明的发展。机械自动化是物质文明的一大工具，先前的制造业对生态环境造成较大的危害，而机械自动化的发展推动绿色产业的发展，对此，设计绿色的机械自动化产品，将会具有远大的发展前途。机械自动化产品的绿色化主要是指使用时不污染环境，报废后能回收利用，减少资源浪费。

1.机械自动化的概述

早在1971年日本的《机械设计》杂志副刊上刊登了机电一体化这一名词，后来随着机电一体化的发展而被广泛的应用。美国机械工程师协会于1984年为现代机械下了如下定义：“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统”。它与前面提及的机电一体化是一致的，因此可以说现代机械就是指机电一体化系统。20世纪90年代国际机器与机构理论联合会，给出了这样的定义，机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合，因此又可以说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的发展。

机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科，机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化”为特征的发展阶段。

它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着生产和科学技术的发展，还将不断被赋予新的内容。但其最基本的特征可概括为：机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性，低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。

需要强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术，以及其他新技术的简单组合、拼凑，这就是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。现代机械设计制造出的产品，不仅是人和手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是现代机械自动化和传统的机械在功能上的本质区别。

2.机械设计制造及自动化设计原则

2.1 满足对机器的功能要求

任何一种产品都是为满足人们的某种需要而开发的，都必须具有某种主要功能，不同的产品具有不同的主要功能。概而言之，都能对输入的物质、能量和信息（即所谓工业三大要素）进行某种处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息，因此，机械自动化系统也必须具有对输入的物质、能量和信息进行某种处理，从而输出具有所需特性的物质、能量与信息的主功能。

2.2利用先进技术不断创新

根据产品或系统的主功能不同，可对产品或系统进行分类。以物料搬运、加工为主。输入物质、能量和信息，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质系统（或产品）称为加工机，如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。以能量转换为主，输入能量和信息，输出不同能量的系统（或产品）称为动力机，其中输出机械能的为原动机，如电动机、水轮机、内燃机等。以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息，如数据、图像、文字、声音等的产品称为信息机，如各种仪器、仪表、计算机、传真机以及各种办公机械等。

机械自动化系统除了具备上述必须的主功能外，还应具备其它内部功能、即动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。基于上述的功能构成原理，既有利于设计或分析各种机械自动化的产品，又有利于开拓思路，便于创造发明和创新。

3.机械自动化系统在化工生产中的应用

生产过程中，对各个工艺过程的物理量（或工艺变量）有着一定的控制要求。有些工艺变量直接表现生产过程，对产品的数量与质量起着决定性的作用，例如，精馏塔的塔顶或塔釜温度，一般在操作压力不变的情况下必须保持一定，才能得到合格的产品；加热炉出口温度的波动不能超过允许范围，否则将影响后一工段的效果；化学反应器的反应温度必须保持平稳，才能使效率达到指标。有些工艺变量虽不直接地影响产品的质量和数量，然而保持其平稳却是使生产获得良好控制的前提。

锅炉汽包是生产蒸汽的设备，几乎是工业生产不可缺少的设备，保持锅炉汽包的液位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产气量，且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量，这些都是危险的，因此对汽包的液位严加控制是保证锅炉正常生产必不可少的措施。冷却器的热载体是冷却剂，常采用液态氨等介质作为冷却剂，利用它们在冷却器内蒸发进吸收工艺物料的大量热量，使用工艺物料的出口温度下降来达到生产工艺要求。

近二十年来，工业生产规模的迅速发展，加剧了对人类生存环境的污染，因此减小工业生产对环境的污染的影响也纳入了过程控制的目标范围。过程自动化控制的主要目标包括以下几个方面：保证生产过程的安全和平稳；达到预期的产量和质量；尽可能地减少原材料和能源损耗；把生产对环境的危害降到最小限度。

节约一次和二次能源是国家的战略目标，也是用户十分关心的问题，机械自动化产品通过采用低能耗驱动机构，最佳的调节控制，以提高设备的能源利用率，可达到明显的节能效果。同时，由于多种学科的交叉融合，机械自动化系统的许多功能一方面从机械系统转移到微电子、计算机系统，另一方面从硬件系统转移到软件系统，从而使得机械自动化产品系统朝着轻小型方向发展，减少了材料消耗。

所以，无论是生产部门还是使用单位，机械自动化技术和产品的应用，都会带来显著的社会和经济效益。正因为如此，世界各国，首先是日本、美国、欧洲各国都在大力发展和推动机械自动化技术，这也是社会现代化发展的必然趋势。

参考文献：

[1]须雷；21世纪起重机的特征和发展趋势[A]；2004年中国机械工程学会年会论文集：物流工程与中国现代经济――第七届物流工程学术年会专辑[C]；2004年

[2]周东锋；陈旋；朱全政；赵志安；王玉魁；佟立臣；ZDRH-2000智能集中系统及YP7035密封脂在多元振幅振动筛上的应用[A]；2008年河南省炼铁专业委员会年会暨炼铁学术交流会文集[C]；2008年

[3]周祖德；刘泉；龙毅宏；李方敏；嵌入式技术与数字制造[A]；全国先进制造技术高层论坛暨制造业自动化、信息化技术研讨会论文集[C]；2005年

[4]练元坚；制造科技与高技术融合集成――关于机械制造技术发展方向的探讨[A]；全球化、信息化、绿色化提升中国制造业――2003年中国机械工程学会年会特邀主题报告[C]；2003年

[5]Albert W.Moore；美国机械制造技术协会主席阿尔伯特W・摩尔 致词[J]；世界制造技术与装备市场；2003年02期

[6]刘巍；先进机械制造技术模式初探[J]；南京师范大学学报（工程技术版）；2005年01期

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关键词：工业工程；制造业；应用分析

我国的制造业发展较慢，二十世纪八十年代末期才从原本的计划市场经济脱离出来，转成为沿用至今的市场经济体制，目前我国工业化的进程开始向世界高等水平出发，从二十世纪八十年代至今已经，我国的工业生产总值有了突破性的提升，年增长率超过了百分之十五以上，从原本的工业初期发展到了新世纪的国家工业化中期进程。制造业的发展是国家崛起的先决条件，因此制造业也被成为我国工业领域的核心部分，也是实现改革开放现代化的关键进程，发达国家综合实力的强大很大一部分原因来自于其发达的旨制造业，因此目前确定国家的发达程度依靠的就是制造业的发展程度。工业工程的概念源自于美国，在二十世纪初期开始针对美国境内工厂的质量、效率、成本等方面的问题进行处理，后来成为系统科学、运筹学、信息科学等理论为集合的一门专业技术体系。工业工程在新时期下被广泛应用在军事、医疗、建筑、政府、餐饮等不同领域中以提高其经济产值和效率，被现代学者称之为行业体制中的现代工业工程。

1我国制造业出现的问题分析

我国的制造行业在二十一世纪的今天已经世界闻名，我国出口的印有made in China的产品不仅有日用品和家用电器，还增加了很多高科技功能的新型电子产品。改革开放以来我国的工业发展速度一直处于世界前列，据调查显示，我国的家用电器、医疗产品、电子产品等十数种制造业生产的资种产品的销量均属于世界第一，但是经济快速的发展往往会让人忽略掉细节中出现的问题，因此对我国制造业出现的问题进行分析也是为中国经济的长足发展奠定基础。

一直以来，我国都很难在创新上做出成绩，很多制造业行业中都是沿用发达国家已经淘汰的陈旧技术，而且拥有自主知识产权的产品不多，中国创造在短时间内很难代替中国制造在世界人民心中对我国的印象。我国的制造业不仅体现在创造力的缺失，还有产业机构不合理、整体偏向轻工业的现状，我国的装备制造业表现很薄弱，远远低于国际平均水平。而且制造业技术的密集程度也远远落后于工业产值较高的国家。我国由于人口重多，劳动力往往都很低廉，很多制造企业都会选择低廉的人工劳动力而舍弃了相关的机械设备，导致一部分企业虽然规模很大但是经济效益还不是很理想，不论是生产质量还是生产效率都远远低于发达国家。

2工业工程在制造业中的意义和价值

工业工程可以为国家制造业的质量、效率和成本提供更好的发展方案，很多发达国家制造业界的专家都为其在制造业中的发展做出了肯定。我国执行工业工程已经有半个世纪之久，但是真正落实到制造业发展中的仅有三十年左右，因此制造业领域的质量、效率、成本问题都会影响我国的综合国力和经济实力。新的全球形势下，我国面临的世界环境将会更为复杂，因此需要在世界各国的竞争中谋得一席之地，并且吸取其他国家和地区的发展经验，形成适合我国基本国情的制造业工业工程理论。

3工业工程的发展和在制造业中的应用

3.1学科学术领域的发展

在之后，我国执行了改革开放的基本政策，开始了学习、引进和模仿国际先进管理理论和制度规范的进程，虽然在很多领域的成果都很显著，但是从制造业的角度来说并未取得可观的成就。我国相关学者研讨并创立了中国工业工程学科的推广，并于二十世纪末期在我国的高等学府内开设了工业工程的专业课程，截至目前为止已经有超过二十五个省份和一百六十所高校应用该学科，工业工程理论及教育体系得以成型。中国工业工程的英文缩写为CIE，是结合了美国在工业工程的核心概念，以及结合我国实际情况形成的整体概念，其中对社会和经济环境的影响也是比较重要的。中国工业工程的概念并不和美国工业工程定义的复杂，较为普及的概念是CIE是为多种行业和产业提高效率、成本、质量以及其他管理层面的技术和理论，也可直接称中国工业工程是为提高相关产业市场竞争力的主要方针。

3.2制造业企业中的应用

中国工业工程的发展已有二十多年的历史，并且成功在上千家制造业企业中得以应用，从企业的数量上就能看出该理论在我国制造业中的发展前景。工业工程在我国涉及的行业有钢铁、汽车、机械、建材、家电等十数个行业和领域，其中的一汽集团、广东龙科基团以及很多沿海地区的大型企业，都是在工业工程理论的获益者，企业负责人将工业工程理论应用在公司的管理制度和质量标准中，由于企业之间的差别，产生的效果和掌握程度也不一样。

3.2.1外资合资企业

很多的外资合资企业在发展过程中都是依靠母公司县城的管理模式，这也是中国工业工程理论取得较早成就的时期，例如上海大众、一汽大众、摩托罗拉等。这些企业在外地设厂时首先设立了工业工程相关的职能和岗位，因此对于制造业来说，工业工程的应用有利于明晰企业中的岗位职责和职能定位，同时也对生产环境中的设备和流程系统改善有一定的推动作用。

3.2.2东南沿海地区企业

我国沿海地区于二十世纪九十年代开始设立了地域内部的工业工程研发部门，将之作用于提高制造业领域经济发展和管理机制的基础，东南沿海地区的市场经济体制为很多民营企业的发展提供了合理的社会环境，其中广东科龙企业是较早将工程工业理论应用于企业管理制度的企业之一。二十世纪末期，广东科龙公司开始和天津大学的管理学院开展合作，不仅对企业的战略部署、项目决策、制造水平、资金管理、人资发展以及现代信息化制造技术的提升奠定了良好的基础，还为提高企业的核心市场竞争力和较高的经济效益做出了铺垫。

3.2.3国有企业

二十一世纪以来，我国的国有企业开始加入来了激烈的市场竞争中，其中一部分企业开始意识到了工业工程对为企业发展的重要性，开始逐渐在决策和生产部门应用工业工程理论执行企业改革和创新工作。一汽股份有限公司是我国首家轿车制造业以股份制公司为身份上市的企业，在应用工业工程的过程中首先学习了外国企业的先进管理机制和生产方式，同时吸取一汽大众公司的精益生产技术，达到生产现场的管理、效率、质量、布置等得到了一定程度的提高。

4工业工程在制造业中的发展趋势

随着全球开始进入到知识经济的时代，工业工程和信息技术的结合已经成为制造业领域中的必然趋势，企业对CIE的落实不仅能帮助企业在管理中取得良好效果，还能在生产、销售、运维等过程中加强企业的市场竞争力。相关部门应当采取工业工程的示范研究课题，选择目前我国影响力较大的制造企业为标志性的成果展示平台，形成工业工程在制造业中的可持续发展趋势。

结束语：

从概念上说，工业工程是制造业稳定发展的助力手段，也是推进国家各行各业健康发展的基础体系，因此研究制造业中工业工程的应用，也是为综合国力的提升做出科学的优化策略。

参考文献

篇6

【关键词】机械工程；技术；创新

1机械工程内涵概述

机械设备是各项生产事业的必备基础工具。从功能可以将其分为粉碎机械、动力机械化、物料搬运与交通运输机械等；从机械服务对象可分为化工机械、农业机械、纺织机械与矿山机械等；从工作原理可将机械分为透平机械、热力机械、流体机械与仿生机械等。随着社会化进程的不断深入，机械工业成为支撑国民经济的基础行业，伴随现代化科学技术快速发展。机械工业是科学技术物化的基础，该产业的结构优化升级必须靠高新技术的突破来实现，而机械工程学科领域正是技术创新的基地。

2技术创新的方法――TRIZ

1946年，俄国学者阿利赫舒列尔（G.S.Altshuller）和他的同事最先提出TRIZ（发明问题解决理论）理论及基本方法，可以普遍适用于新出现的发明问题，协助人们获得这些发明问题的最有效解。现在，国际上已经对超过250万项出色的专利进行过研究，大大充实了TRIZ的理论和方法体系。TRIZ理论有效地揭示了创造发明的内在规律和原理，目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而非是盲目的创新。实践证明，TRIZ理论可明显加快人们创造发明的进程，并最终得到高质量的创新成果。

试错法、发散思维法、联想法等传统的创新方法，是TRIZ理论出现之前人们进行发明创造采用的主要方法。与这些传统方法相比，TRIZ创新法有不少优点，如该体系中总结了创新的规律性，使创新过程的方向感增强，提高了创新效率，有助于预测产品的技术发展趋势。同时，TRIZ方法具有良好的可推广性和普适性。经过半个多世纪的发展，TRIZ方法形成了自身比较完善的体系，并在多个行业得到应用。

技术系统进化理论是TRIZ中最重要的内容之一。该理论主要有8大进化法则，这些法则可以用来预测技术系统，产生并加强创新工具。这8大法则是：（1）技术系统的S曲线进化法则；（2）提高理想度法则；（3）子系统的不均衡进化法则；（4）动态性和可控性进化法则；（5）增加集成度再进行简化的法则；（6）子系统协调性进化法则；（7）向微观级和增加场应用的法则；（8）减少人工介入的进化法则。TRIZ法通常用于机械技术概念设计阶段，针对研发过程提供先进的创新理论、方法及多学科的知识背景，运用软件平台引导设计者系统化地分析问题、分解矛盾。自创立以来，TRIZ增加了一系列工具，如，冲突矩阵、ARIZ、AFD、物质――场分析、ISQ、DE、8种演化类型40个创新原理，39个工程技术特性，物理学、化学、几何学等工程学原理知识库等。这些工具为创新活动的开展提供了基础，从而使TRIZ的实际应用具有可行性。但是TRIZ方法并没有提供如何与实际情况相结合的现成思路，因此在实践中还有大量工作需要完成。

3机械工程技术创新模式

技术创新模式指借助新理论、新技术和新工艺，开发生产新的机械设备，提供新的服务。技术创新的模式可以根据技术创新的动力源、创新的内容、创新的重要性和幅度、技术创新的方法等划分为以下几类：

3.1合作创新模式

机械工程技术的合作创新模式是指企业、科研机构与高等院校之间联合开展的创新活动。合作创新多出现于新兴技术和高新技术领域，以共享资源或效益为前提，有明确的合作目标和合作期限，合作各方在技术创新过程中协商投入，共同参与，分担风险。企业、科研机构与高等院校的合作创新是国内外机械工程技术创新的重要模式。

3.2自主创新模式

机械工程技术的自主创新是来源于组织内部的技术突破，通过独立的研究开发活动，获得拥有自主知识产权的技术，其成果通常是前所未有的重大科学发现、技术发明、原理性主导技术等，意味着在研究开发方面独一无二的贡献。自主创新可以摆脱技术引进和模仿造成的依赖性，其根本是占据技术领域的主动权。

3.3模仿创新模式

机械工程技术的模仿创新即通过模仿并改进已有技术而进行的创新活动，是对率先进入市场的机械产品进行改造再创新，即首先掌握被模仿产品的技术诀窍，在此基础上产生新的创意，超过原来的技术水平，使新技术更具市场竞争力。模仿创新的优势是能够大量节约研发和市场费用，降低投资风险，但是这一模式具有较强的技术跟随性。随着我国知识产权保护的力度不断增强，专利制度也在继续完善，通过这种模式获得效益显著的新技术越来越困难。

4构造有利于实现技术创新的机制

围绕一项技术创新项目所要的开展活动非常多，例如，设计项目方案，协调多方力量共同开展技术创新活动，对技术创新项目进行风险控制，对创新人员进行有效激励以保证项目成功实施，以及对技术创新效果进行绩效考核等。技术创新机制是一系列动力、规则和程序组成的复杂系统，核心为技术创新与市场需求之间的矛盾。该机制包括投融资机制，运行机制，激励机制，考核机制等基本机制及众多子机制，它们之间也存在着相互影响和相互制约。

4.1投融资机制

科技是促进社会和经济发展的强大动力，但科技的发展绝不是孤立的，财政、金融、税收、贸易等相关政策共同作用才能促进技术创新蓬勃发展。因此，在制定机械工程技术创新计划时，一定要有财政、金融、税收、贸易等方面政策意见的参与和协调，使所制定的技术创新方案具有可操作性。

4.2运行机制

运行机制是指技术创新逐步展开的规范化过程，它通常包含3个运行循环；（1）生产的物质流循环；（2）科技的信息流循环；（3）资金流循环。技术创新就是在这3个循环同时进行、互相配合中完成的。

4.3激励机制

机械工程技术创新激励机制是管理者与研发人员（激励主客体）之间进行信息交流，达成协调的过程。就利益隶属而言，技术创新项目的管理者和研发人员是相互独立的，因此激励要依据实现双方利益目标这一原则进行。

4.4考核机制

在考核机制中，要建立考核原则，设计考核的流程和具体考核指标，明确负责人及其责任。考核的数据并不代表一切，它可能只是某些潜在管理问题的表象，关键在于技术创新项目管理部门如何综合分析考核的数据结果，并以此作为技术创新机制管理的切入点，才能体现考核机制最有价值的意义。有效的技术创新机制是解放和发展现代生产力的根本途径，开展技术创新的关键内容之一就在于建立有效的技术创新机制。

5结语

机械工业越来越成为国民经济的支柱产业，因此各类机械工程企业均应继续强化技术更新改造，有效提升机械产品现代化技术含量，科学推行产品研发更新，促进我国经济建设持续发展。

参考文献：

[1]严桂英.对我国机械工业发展现状及对策的思考[J].改革与战略，2008.

篇7

机械制造业是衡量一个国家工业实力的重要标志，是国民经济的基础。它既处于生产基础地位，又处于科技的前言，它依靠与生产资料、生产工具、科技手段，是现代化的动力源。随着科技的不断进步，制造业正逐渐与计算机技术、电子信息技术、自动化技术融合，减少人的劳动力，提高生产效率。据不完全统计，近十年里，美国工人数量将减少到劳动力的10%，减少的劳动力正向高尖端人才转化。在经济全球化发展的背景下，只有大力发展先进制造技术，提高生产效率，才能在全球经济竞争中处于不败之地。

先进制造技术将设计、加工、生产、制造、销售、售后于一体的工程学科，是当今社会提高生产效率，降低成本，低碳环保，确保生产质量的核心技术。企业要提高市场竞争力，先进制造技术、经济实力和高素质人才是密不可分的。自改革开放以来，我国先进制造技术发展迅速，但与西方发达国家还是有一定差距，为缩小与发达国家的差距，提高国家工业实力，是我们的首要任务。

1.先进制造技术国内外发展现状

1.1国外先进制造技术的现状

在生产设计中，采用CAD设计、CAM分析和一些计算机仿真分析，使产品在加工前，符合理论设计要求；在制造加工中，实现车间加工的自动化，即采用数控机床加工中心，立体化自动仓库等。近些年来，西方发达国家将研究方向主要放在制造系统自动化上，提出并设计出很多自动化制造系统，如计算机制造系统、集成制造系统等。下面对这两种种系统进行简要分析：

计算机制造系统是将模糊控制、神经网络、PID、专家系统的人工智能控制理论应用到先进制造技术中，应对在设计加工中遇到的问题，提高系统的加工精度。计算机制造系统是将实际生产中积累的经验进行保存并处理，应用到实际生产中，进而取代人力劳动。

集成制造系统是用计算机软件将制造技术、自动化技术、信息技术集成到一起，其优点是试用与批量生产、效率高，含盖生产中的全部过程。因此系统相对复杂，是工业自动化发展的方向。CAD/CAM技术是集成制造系统的核心技术。

1.2我国先进制造技术的现状

近些年来，我国多次对先进制造技术进行研究与规划，探讨先进制造技术的发展方向。国家863计划中涉及的计算机现代集成制造技术的研究，以掌握相关技术，建立制造技术中心，形成先进制造技术产业链，生产的产品质量大幅提高。

但目前我国生产还应用落后的生产设备，加工精度较低、能耗高等问题依然存在，高精密数控机床主要来自进口，国内生产产品占市场份额不足50%。

在企业管理方面，属于粗放式管理，专业化管理低，人才利用率低。在高尖端技术的应用中还相对落后，如微机电系统、数字集成系统的核心技术只能引进国外设备，国内只能生产和应用一般技术。

2.我国先进制造技术目前存在的问题

近些年来，我国在机械制造领域经历了从无到有，并且逐步发展进步的阶段。与过去相比，我国在先进制造技术方面已经有了很大的提升，但是同很多工业比较发达的国家相比，还存在着很多问题，主要有以下几点：一是我国生产的产品档次比较低，高水平产品的市场占有率极低；二是我国在产品的开发以及创新上能力还比较缺乏；三是我国在产品生产的专业化方面水平不高四是我国企业的生产管理技术比较落后。

3.先进制造技术的发展策略

3.1现代制造业信息化

随着科学技术的发展，尤其是网络的发展，产品信息化已经成为了制造业的必然发展趋势。信息化使得先进制造技术能够充分利用网络的便利来加快其发展，从而提高制造业的水平。具体的做法就是利用网络来提高企业的管理水平，对我国企业现有的产业结构进行改革，提高资源的利用率，优化企业运行模式，从而使得企业的生产制造能力得到整体的提高。

3.2倡导科技创新，带动先进制造技术发展

不管是国家还是企业，创新都是推动其发展的不竭动力。唯有不断创新，才能促使企业不断向前发展，才能保证先进制造技术水平的不断提高。很多西方发达国家掌握着产品制造的核心技术，却把创造利润较少而对资源环境等影响较大的零部件制造业转移动别的国家。只有不断进行科技创新，才能够提高资源利用率并降低生产成本，使得利润最大化并能够提高先进制造技术水平。值得一提的是，要想创新，就要注重人才的培养。

3.3大力支持绿色制造技术

绿色制造技术作为一种新兴的科学技术，受到了特别是一些发达国家在内的很多国家的重视。随着各国对于环境保护的重视，绿色制造将逐渐成为制造业的发展趋势。对于绿色制造技术、节能技术已经不可再生资源的替代技术加以研究，有利于我国的可持续发展。

4.先进制造技术的展望与预测

我国先进制造技术的研究主要集中在各大高校和研究所，但只停留在理论研究阶段，不能很好的与实践相结合。要想加速发展先进制造技术，应由企业根据具体生产项目，由高校相互参与，发挥各自长处。

目前，先进制造技术主要应用在航空航天、交通汽车、机床制造、能源开采等支柱产业。先进制造技术研究应全方面、多方位，不同规模企业应按各自规模进行研究，以提高我国装备制造业的竞争力，发挥国家支柱产业的重要作用。

目前先进制造技术的发展方向应面向大型加工中心、数控机床的应用，大力推广计算机辅助技术，改进加工工艺，建立完善的数据库，培养年轻人才，提高技术水平，采用领先的管理方案。同时，必须学习国外先进技术，把握机遇，使我国先进制造技术早日与世界接轨。

5.结束语

先进制造技术作为国家制造业水平的重要指标，对国家工业的发展起着至关重要的作用。随着社会的不断发展进步，人们对于产品的要求也越来越高，提高先进制造技术水平势在必行。我们应对先进制造技术的国内外现状有一个全面的了解，把握其发展趋势，努力提高我国的先进制造技术水平。

参考文献

[1]吴良芹.先进制造技术及其发展[J].机械制造自动化，2009，37（1）.

[2]杨叔子，吴波.先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报，2003，39（10）.

[3]雷源忠，锥建斌，丁汉，等.先进电子制造中的重要科学问题[J].中国科学基金，2002，16（4）.

篇8

光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。

1.1体积小，重量轻，适应性强，操作更方便

光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。

1.2功能增加，精度大幅提高

光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。

1.3部分硬件实现软件化，智能化程度提高

传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向"软件化"和"智能化"。

1.4产品可靠性得到提高，使用寿命增长

传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，导致可动摩擦、撞击、振动等加重，严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。

1.5融合了多种学科新技术，衍生出许多功能更强、性能更好的新产品

光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识，包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来，衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。

1.6产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高

光机电一体化是一门学科的边缘科学技术，多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。

2.研究现状和发展趋势

2.1研究现状

自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济实用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此，我国自行研制和生产的光机电设备，在质量上也有重大突破，为今后的推广应用打下了良好的基础。

2.2发展趋势

光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。

从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括：

（1）激光技术

1）高单色性，利用激光高单色性作精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。

2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。

4）相干性，由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。

（2）传感检测技术

1）激光准直，能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。

2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。

3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险的环境中，最常选用的是光纤探测器。

其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。

（3）激光快速成型技术

激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。

（4）光能驱动技术

利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器，其工作原理是将光照在形状记忆合金上，反复地通、断使材料伸缩，再利用感温磁性体的温度特性，将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性，加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证，该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段，如果能发现具有优异光作用特性的动态物质，则可使光能驱动技术广泛应用。

3.结语

技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。

参考文献

[1]刘志，朱文坚.光机电一体化技术，现代制造工程，2001（12）

[2]梁进秋.微光机电系统国内外研究进展.光机电信息，2000（8）

[3]宋云夺编译.光机电一体化业的未来.光机电信息，2003（12）

[4]左铁钏、施定源、陈铠.激光加工技术的优势及在工业生产中的应用.激光杂志，1999（4）

[5]王家淳.激光焊接技术的发展与展望.激光技术，2001（2）

篇9

（西华大学机械工程学院，四川成都610039）

摘要：主要对凸轮机构的运动规律和轮廓设计作论述。首先对凸轮机构的运动规律和轮廓设计研究进行了介绍，论述其在国内外的发展概况，同时指出凸轮机构在目前应用过程中存在的问题，并提出了相应的解决方案，最后对凸轮机构的发展趋势作了概述。

关键词 ：凸轮机构；运动规律；轮廓设计

0引言

凸轮机构由凸轮、从动件及机架组成，通过直接接触将预定的运动传给从动件。凸轮机构不仅结构简单、工作可靠，而且能够实现多种复杂的运动规律和轨迹，在各种机械中得到了广泛的运用，如轻工业机械、纺织机械、包装机械、印染机械、内燃机械等。凸轮机构之所以能在各种自动机械中获得广泛应用，还因为它兼有导引及控制机构的各种功能。虽然现在的计算机技术水平很高，但凸轮机构理论和设计方法仍然是许多数学家、工程技术人员和自然科学家研究的热点。凸轮研究主要包括以下内容：一是凸轮机构的运动规律，二是凸轮机构的轮廓设计。经过多年研究，凸轮机构的运动规律主要有多项式运动、三角函数运动［1］，凸轮轮廓设计主要有平面凸轮机构、空间凸轮机构，确定轮廓的方法有瞬心法、包络法、共轭曲面法、等距曲面法［2］、反求法。

1凸轮研究历史概述

在最近的研究中一些学者还提出了其他类型的机构，如球面分度凸轮机构、内啮合式平行分度凸轮机构和弧面球包络分度机构等，在过去的几十年里凸轮研究工作者对凸轮轮廓设计及凸轮运动规律的研究不仅取得了显著的成就，还拓宽了凸轮的研究领域和方向。

（1）对从动件弹性的凸轮机构动力学进行了比较深入的研究，并分析了多种凸轮曲线对机构动力学性能的影响，同时也涉及了有关间隙的运动学、动力学、谐分析、谐综合、振动方面的研究。

（2）经过多年积累，凸轮研究已在振动、噪声、磨损等方面取得了一定的成绩。在20世纪，一些研究人员就将数值仿真方法用于研究凸轮从动件磨损，效果良好。

在过去的100年里，凸轮机构的发展决定着新的制造工艺的发展。早在20世纪30年代，F.D.Furman就写了一本专门介绍凸轮设计的著作，当时的研究工作主要集中在低速凸轮，且主要分析运动规律；到40年代，就开始有人对凸轮的振动进行研究，并从经验设计发展到有理论根据的运动学和动力学分析，40年代末，J.A.Hrones就注意到从动件的刚度对凸轮运动动力学的影响；50年代，又有不少学者运用各种仪器对高速凸轮的动力学影响进行了研究，如高速摄影机、加速度分析仪，Tear对多项式运动规律进行了详细的研究，T.Weber等人又提出了傅氏运动规律［3］。日本在凸轮设计方面寻求凸轮的精确解和凸轮的运动曲线多样化，他们还加强了凸轮动力学和振动方面的研究，提高了凸轮的速度，发展了高速凸轮。

2凸轮机构应用和研究存在的问题及解决方案

2.1凸轮机构在结构性能分析中存在的问题和解决方案

凸轮机构分析方法很多，传统分析方法都需要进行复杂的计算，工作量很大，分析结果也很难进行详细的描述。计算机的出现给凸轮机构的分析带来了新方法。国外对凸轮机构性能分析的研究已取得了一些成果，研发了具有凸轮机构分析功能的软件，这些软件功能强大，但成本高、计算繁琐、可视化没有针对性。国内也在研发凸轮机构分析软件，但与国外研究相比仍有很大差距，能够自动进行计算机建模，并具有动画等可视化显示功能的软件很少。解决这些问题，对于研发一套成本低、操作简单的凸轮机构通用分析软件十分重要。要实现计算机的自动建模，首先要解决凸轮机构的构成形式及参数描述问题，为计算机提供用户机构分析所需的信息。通过人机交互构建分析模型的方法具有以下优点：（1）实现分析软件的通用性；（2）能够进行快速准确的分析，形象直观，操作简单；（3）当参数改变时，只需要在计算机界面上简单操作，就可以修改模型，从而达到缩短设计周期的目标。

在国内外凸轮机构研究成果的基础上，利用人机交互方式实现对凸轮机构构成的描述，在此基础上实现机构的计算机自动建模。根据分析机构的元素组成顺序，计算机可自动调用相应的子模块，完成机构的分析计算。该软件具有使用方便、计算精度高、可视化效果好和后期处理功能强的优点。

2.2凸轮机构在再现轨迹优化设计中存在的问题和解决方案

优化设计方法是机构设计中应用最为广泛的一种方法，凸轮机构轨迹再现的设计方法已不再局限于几何法和实验法。但目前再现凸轮机构轨迹的优化设计中，通常是站在机构设计的角度思考问题，注重结构误差对机构输出偏差的影响，却忽略了制造过程中加工误差产生的影响。因此，这种设计往往在理论上可行，但由于加工误差的存在会使机构输出偏差增大，导致这种在理论上可行的设计反而在实际应用中变得不可行。因此，由于加工过程中的误差产生的输出偏差应当在设计时就考虑进去。用相同的方法加工一批构件，受公差的影响，几何尺寸呈正态分布，是随机变量而不是常量，而机构输出偏差是几何尺寸及其分散度的函数，也是随机变量。如何将随机变量引入一般优化设计的变量中，使之更好地反映事物的概率，需要将以概率统计方法为基础的可靠性设计与一般的优化设计方法相结合，使机构再现轨迹的优化设计具有可靠性。

机构尺寸公差对凸轮机构再现轨迹优化设计的影响，需从设计和制造的角度进行考虑。随机变量设置为有统计特征的设计变量，采用可靠的设计原理，建立优化设计模型，较好地反映客观实际，在给定设计精度的前提下将最大公差作为目标函数，这样不仅可以降低制造成本，而且适用于因制造公差及铰链磨损致使构件长度的微小变化对输出精度产生较大影响的工作场合。可见，目标函数的选择是优化工作中的关键［4］。

2.3凸轮机构在运动性能分析方面存在的问题

（1）凸轮机构的运动综合较为复杂，只能近似地实现给定的运动规律与轨迹；（2）由于凸轮机构运动链通常较长，再加上各运动副元素之间表面的磨损，因而会产生较大的运动误差累计。

3凸轮机构未来的发展趋势

回顾过去，展望未来，凸轮机构的应用研究将向多学科之间相互融合和渗透方向发展。

对凸轮机构分析与综合应从不同的角度、采用不同的方法去研究。在对凸轮机构进行性能分析并揭示其特征本质的基础上，寻求机构尺寸综合的新理论和新方法，以便能快捷、简便地完成机构分析特别是机构综合的任务。我们要把计算机存储量大、图形显示、数据处理、快速计算等功能，应用到凸轮机构分析与综合的理论、概念、知识、方法中，充分发挥其分析判断与逻辑推理等作用，以推动机构分析与综合在工程实际中的应用及将现代化、可视化软件系统应用到产品创新设计中。

未来凸轮机构研究的对象将会是由机构、控制系统和原动机结合而成的整个机构系统，通过对整个机构系统的研究，揭示其运动学、动力学特征及其对动力分配的影响，从而改进机构的性能和创造出具有新用途的机构，将是未来凸轮机构发展的趋势。

4结语

凸轮机构的研究，要顺应时代的发展，充分应用先进的科学技术，将不同的学科融合到一起，最大限度地满足人们的要求，使凸轮机构在机构学中能得到充分的发展和应用，并对其不断进行优化，使其在以后的科研领域中有更为广阔的发展前景。

［

参考文献］

［1］孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理［M］.7版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］张玉华，辛重镐.设计平面凸轮轮廓的新方法［J］.机械工程学报，2004，40（1）：33?37.

［3］莫亚梅.凸轮机构研究的现状及发展趋势［J］.南通工学院学报，1999，15（1）：21?25.

［4］卢险峰.优化设计导引［M］.北京：化学工业出版社，2010.

篇10

说他是文学才子一点也不为过，然而人们忽略了这一点，因为有太多的光环和头衔笼罩着他。

他就是曾任香港理工大学副校长、香港科技协进会会长、香港工程师学会会长、英国工程师学会（香港分会）主席、香港工程科学院高级副院长，现为香港孔子学院名誉院长、香港城市规划委员会委员、香港学术评审局委员的梁天培教授。自1995年起，他就是香港非官守太平绅士、香港特区政府第一届及第二届选举委员会委员、全国政协第八届、九届、十届委员。

然而，众多的头衔之中，他最意的还是教授称呼，桃李的芬芳满园，是他人生最美的风景，也是他永恒的人生主题。

夯事业之基 筑人生之石

1946年，还处於英国殖民统治之下的香港在战後已经进入到经济复时期，出生於这一年的梁天培无疑是幸运的，这给他的成长提供了良好的社会环境。战的脚步已经远去，但抗战时期人们自自立、艰苦奋斗的精神在香港人身上传承了下来。虽然家境情况良好，但早谙世事的梁天培从父辈那里继承了勤苦自立、自不息的精神，他自幼广读诗书，对中国传统文化产生了浓厚的兴趣，这也奠定了他扎实的文学基础。然而爱好文学的他在进入大学时，选择了与文学相差甚远的机械工程专业，原来博文达理才是他人生的一大追求。

1963年，梁天培凭着优的成绩考入了著名的香港大学，主修机械工程学。因在校期间的出色表现，1967年毕业後的他获得了留校担任助教的机会，这对一般人来说都已经是一个很好的归宿，他完全可以安於这样的现状。

也许是天生的禀性，也许是出於对西方文化的兴趣，也许是为了自己的梦想，梁天培毅然放了待遇优厚的助教工作，於1969年前往英国，服务於英国鹤嘉雪鹂飞机公司。这是一家在英国很有名的一家大型飞机造企业，一开始，他似乎找到了自己的归属，也深得西方文化的精髓。随着时间的推移，他感觉到自己还是习惯了香港的生活环境，於是，两年後他选择了回归，选择教育事业这块沃土发挥自己的能。1972年1月，他加盟香港理工学院（现香港理工大学），成为一名高级讲师。至此，他与教育与思想相伴至今。

成务之宗利民之旨

走上教育岗位的梁天培先生不断进取，先後获得香港大学哲学硕士学位、伦敦城市大学哲学博士及清华大学工学博士学位，自服务理大以来，还担任了工学院院长及机械工程学系主任，以及设计及语文学院院长兼副校长之职。一路走来，他在教育之路上要考虑的不只是教与学的问题，还要考虑学校的整体规划与发展，如何为学生的发展创造更加良好的条件等问题。正如香港理工大学的校训所言：开物成务，励学利民。就是说，要通晓万物之理，以所学所得把实务办妥；要研究学问，以所学令社会及人民有所裨益。这是理大的办学之宗旨，也是梁天培教授的育人之则。

随着教育历史从精英教育向普及教育的转变，越来越多的人有了受教育的机会，但普及教育带来的一个问题就是受教育人群素质能否得到保证，梁天培教授在欣喜地接受这一转变的同时，还对这一政策带来的消极影响作了深刻反思。

为此，香港理大在2001年拟订的策略性发展计划中，就对全球的发展趋势，包括全球一体化、以知识为本的经济模式、成人教育和终身学习的需求，制订了一套针对性的计划，以提升大学生的素质，使之能立足本地，走向世界。发展学生的国际视野、良好的分析能力及创意思维、社会意识及民族责任感，使学生具备文化修养和终身学习的能力，精通两文三语，具有进取精神和领导才能是理大最主要的策略性目标。

在这一策略目标的指引下，理大开展了“首选毕业生”培育计划、“青云路计划”、“工商奇才指导论坛”等活动课程，开设辅学课程拓宽学生的视野，还与Toastmasters International及国际扶轮社合作成立了两个以英语为主的国际学生会社，以此鼓励学生参与国际社会。这一系列的活动使得理大的学生的综合素质得到了极大的提高，在理大於2003年进行的“主意见调查”中显示，在聘用了2002年度理大本科毕业生的企业中，有95%的被访问者表示理大毕业生的工作表现达到了企业的要求。可以说这是给予既作为教授，又身为校长的梁教授的最好回报。

在总结理大办学经验时，梁天培教授谈到：以社会国家的发展需要设计及改革课程，与时进地培育社会国家现时及未来殷切需要的人才才是办学之根本。为了提升教育的应用力度，更显著地发挥教育在西部大开发建设中的作用，他提出了一系列新经济时代的教育改革方针，提出香港可以为西部地区培训航运、商业、法律、会计、国际贸易、经济管理等方面的专门人才，以加香港对西部大开发的支援力度，为西部大开发提供更充分的人力资源。正所谓：拳拳之心聊可慰见。

博文达理齐发 专业通识重

从“回想多少英豪，奋登青云路，名垂穹宙”的豪怀壮志，到“蜀道纵难壮志在，青云有路转乾坤”的坚韧豁达，再到“百鸟群飞舞，千帆逐浪奔”的淘沙之勇，我们看到的似乎是一个意气风发的青年，然而这是一个年届花甲之年的老人之作，从中我们也可以窥见这位老人在年少之时又有着怎样的鸿鹄之志。

这些词作正出自於以自动控制为研究领域的梁天培教授之手，理是他的专业，而文是他的爱好，博文达理乃个中高人者也。工科出身的他所具有的文化底蕴加速了浓厚的文化氛围在理大的形成，在他的倡导下，以“就地取材，撷其美善”为口号的理大文化推广活动，有声有色地开展了起来，成立了专门的“文化推广委员会”，将理大蕴藏的美玉良材发掘出来，化去了学生们或有的粗俗、乖戾之气，从而改变了理大人“硬汉子”的面貌，也颠覆了传统的“文化”涵义。

为了带动整个校园弘扬传统文化，身为工程学教授的梁天培校长还藉助自身深厚的历史文化素养，在学校开展历史文化讲座，他以儒雅的文化气质和卓著的工科学术成就给学生树立了一个很好的榜样，成为理大弘扬传统文化的一面旗帜。

兼收蓄是理大的教育信念，这也直接影响了梁天培教授在内的学校决策层对教育方针的制订。近年来，中外教育总的趋势，是发展“全人教育”。理大对“全人教育”的理念是这样来定义的：一方面，确信在这个瞬息万变、知识爆炸的现代社会，必须启迪学生掌握自我学习的门径，从而发展成为终身学习的良好习惯；另一方面，不仅要使学生谙熟他们的专业，能学以致用，还要有高水平的理论，包括自然科学的，社会科学的和人文学科的理论。在这一理念的指导下，理大取了专业与通识重的措施，经过数年来的不断探索，理大已大体上找出具有本身特色的通识教育课程――“应用”与“专业”为本。而通识教育的一个重点就是增加学生接触中国文化的机会，不仅要求学生必修一门中国研读课，还提供大量往中国内地企业实习，或回内地著名学府进修中国文化的机会，目的在於寓历於学习，知天地之大，开拓胸怀，从而给理大学子提供了更为广阔的发展空间。

吸收众家之长 展望教育未来

众所周知，中国目前的高等教育水平还与世界领先教育水平存在一定的差距，面对社会人士对大专院校及大学生提出这样或那样的批评，梁天培教授跳出身陷其中的迷局，透视了当今世界高等教育的发展趋势，对国家的高等教育存在的弊端作了分析。

梁教授指出，我国的私立大学所的比例甚少，很多人对私立大学的办学质量还存在很大的偏见，这主要是私立大学的办学成效还没有得到社会的认可，这也直接影响了我国普及高等教育的推广。而美国等西方国家可以自由设立大学，且不须要申请许可执照，只须要接受外界认同它的学术水平即可。这对普及教育的推广有极大的好处，也是我国推广普及高等教育值得借鉴的方面。

在教学管理方面，梁教授更推崇“校园民主”、“教授治校”与“学术责任”结合的治校则，他认为教授们应以身作则，为学生们建立良好的学术榜样包括严格遵守学术伦理和学术真诚，做一个成功的“知识的传递者，技术的指导者，思想的启蒙者，和职业的引导者”，这才能形成一个和谐的校园文化和校园氛围。

在教学内容方面，创新教育的实施力度还不够，虽然越来越多的香港年轻人已走向创意、创新、创业的道路，但要使香港进入创意产业还有很长的一段路要走。梁教授对日本与韩国的教学理念也推崇至，韩国教育界将传统文化成功融入课程教学之中，不仅弘扬了传统文化，还将历史文化成功转化为高产值的文化产业，这给香港发展创意产业提供了新的思路。

在教学体制方面，他认为由於我国的高等院校多数属於公立学校，政府对高校的政策制订起着一定的约束作用，而日本的国立大学引入“独立行政法人化”的体制，这种将公立大学独立於政府控制之外的办学体制对现行教育的发展有着深刻的社会意义。

从梁教授的冷静思考当中，我们可以看到他“海纳百川”的气度，“取其精华”的智慧。这无疑也给中国高等教育的发展提供了新的参考。

国事港事 事事关心

2006年3月，这对梁天培教授来说无疑又是人生的一个转折点，在庆祝自己六十大寿的同时，他也为自己的教育事业画上了一个圆满的破折号――加入到了退休队伍的行列，然而他的教育热情还没有减退，还继续关注着学校的建设与发展，继续关心着教育的变革与革新。被香港理工大学授予终身荣誉教授的他，教育生命还在延续，教育使命仍在繁殖，只是，这一切都在於他默默地耕耘。

梁天培教授的众多头衔当中，不能不提的就是他曾任第八、第九、第十届政协委员。在他的心中，装载的不仅是一批批学生，还装载着发展中的理大，更装载着振兴中的香港和整个中国。

作为连续三届全国政协委员，梁天培教授最为关心的就是国家经济和民主法制建设。在参加政协会议当中，他经常提出失业问题的解决，如何吸引一些工序回港，基建工程要尽快落实及上位，要惠及本地人就业，吸引内地企业来港设立分公司、分店，尽力支持香港工商业发展及创新，增加其竞力等问题，给香港的经济发展和社会问题的解决提出了很多具有建设性的意见。梁教授还想百姓之所想，直言特区政府在政策执行上的不力，从实际情况出发，力陈公务员编制削减带来的不利影响，这对於“精兵简政”之风盛行的当下来说，他所承受的舆论压力可想而知。

然而，敢於直陈己言者能有几人？

梁天培教授认为，摆在民主面前最大的拦路虎就是贪污问题，而如何遏制或者减少贪污，是一个非常值得探讨的问题。

参政议政不只是梁天培教授教育工作之外唯一的事情，自80年代後期以来，梁先生参加了很多香港服务工作，从香港科技协进会、香港工程师学会、英国工程师学会、香港工程科学院都可以看到梁天培先生的身影，起着重要的领导作用。在任职於香港工程师学会会长期间，将学会的规模发展至了2万会员人次，与国家科协、机械工程师学会合作，开发了多项研究项目，起到了很好的学术带头作用。

温文敦厚谦逊仁和

在众多成就面前，已年届花甲的梁天培教授在谈起自己的经历时，总是保持着谦逊的君子风度，一再调自己在学术上还没有很大的突破。然而又有谁能忽视他所取得的成就呢？从梁教授身上，我们看到的是一位儒家文化精髓的继承者，一位西方文化的贯通者。百忙之中的他还一直坚持着短途以步代车的习惯，笑言“走路不仅可以让我冷静思考，还起到了健身的作用，何乐而不为呢？”

然而，当记者问起教授的子女的情况时，一直保持谦虚风范的梁教授一改常态，得意地说道：“我的儿子和女儿都毕业於伦敦大学，女儿现在从事金融工作，忙得是不亦乐乎。”他还颇为自豪地夸：“我的女儿很漂亮的！”遂而畅怀大笑……

在梁天培教授众多的头衔当中，他之所以爱“教授”之称，是因为“教授”之职让他有了寓教於人的责任感，“教授”之称让他有了人生奋斗的使命感，“教授”之衔让他有了教化助人的荣誉感。

他的一生也都在为教育事业奋斗不息，而正是他在教育事业上的进步也铸就了他在其他社会工作方面的辉煌，正如梁天培先生所说：“教育是我的根，是教育让我找到了人生的归属。人就象是一棵树，只有扎下了根，枝繁叶茂才有可待之日。”