机械工程学科现状及发展趋势

单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,机械工程学科现状及,发展趋势,报告人：李 威,1,报告内容,机械工程,学科,的现状,德国工业,4.0,中国制造,2025,合格机械工程师应具备的知识体系,2,机械工程,学科,的现状,德国工业,4.0,中国制造,2025,合格机械工程师应具备的知识体系,3,机械工程,学科,的现状,学科内涵,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,机械学,和,制造学,两大领域。,机械学是研究,机械结构,和,系统性能,及其,设计理论与方法,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、设计学、仿生机械学、微纳机械学及界面机械学等。,4,机械工程,学科,的现状,学科内涵,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,机械学,和,制造学,两大领域。,制造科学是研究,制造过程及其系统,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,),、加工制造,(,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,),和制造系统运作管理等。,5,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。,机械工程,学科,的现状,基础研究现状,温诗铸,等提出了薄膜润滑概念，发明了纳米薄膜测量技术。,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。,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创成果。,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。,6,虽然我国科技工作者已经取得了大量成果，但机械工程学科在国际上总体还处于落后地位。,未来制造业的发展总趋势：,全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化,；,制造技术的发展总趋势：基于资源节约和环境保护基础上的,数字网络化、高效精确化、智能集成化及制造极端化,。,机械工程,学科,的现状,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，缺乏自主创新能力。,是制造大国，不是制造强国,发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强,关键装备大多依赖进口,光电子制造设备的100%,IC,制造装备的85%,高档数控机床,的70%,基础研究相对薄弱，创新性缺失，原创性的技术和成果缺乏，企业的核心竞争力不足,机械工程,学科,的现状,制造工业现状,8,经济快速持续增长，但资源、环境压力增大,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。,机械工程,学科,的现状,国情及背景,9,国际贸易快速增长，但贸易结构和增长方式亟待优化,当前我国贸易仍以,数量增长,为主，走的是规模扩张之路，出口产品主要是劳动密集、低附加值产品，付出的资源、环境代价过大，难以为继。,因经济增长过渡依赖出口，造成人民币流动性过大，增加了升值压力，且不断面临贸易摩擦。,机械工程,学科,的现状,国情及背景,10,把握发展趋势,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,中国机械工程学会，在路甬祥理事长的倡导下，,于,2010,年,9,月启动，组织包括,19,位两院院士,在内的,100,多位专家，历时一年多，编写了,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。,11,学科基本体系及各领域之间的关系,12,机械工程,学科,的现状,德国工业,4.0,中国制造,2025,合格机械工程师应具备的知识体系,13,汉诺威工业博览会,德国工业,4.0,战略计划实施建议,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,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，在新一轮工业革命中占领先机。,“物联网和制造业服务化宣告着,第四次工业革命,的到来”,14,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,社会背景,15,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,从蒸汽革命到工业,4.0,16,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,从蒸汽革命到工业,4.0,工业,1.0,工业,2.0,工业,3.0,17,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,从蒸汽革命到工业,4.0,18,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,工业,3.0,与工业,4.0,19,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,大规模生产与大规模定制,20,“工业,4.0”,概念包含了,由,集中式,控制向,分散式增强型,控制的基本模式转变,，目标是建立一个,高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式,。在这种模式中，传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。,两大主题：,“智慧工厂”,，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；,“智能生产”,，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及,3D,技术在工业生产过程中的应用等。,三个设想：,“产品”,，集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息；,“设施”,，由整个生产价值链所集成，可实现自组织；,“管理”,，能够根据当前的状况灵活决定生产过程。,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,两大主题，三个设想,21,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,两个重要内涵,22,德国学术界和产业界认为，“工业,4.0”,概念即是以,智能制造,为主导的,第四次工业革命,，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用,信息通讯技术,和,网络空间虚拟系统,信息物理系统,（,Cyber-Physical System),相结合的手段，,将制造业向,智能化,转型,。,面向,智慧工厂,的室内精确定位,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,智慧工厂,的车间,基于无线、,RFID,、传感器和服务的架构,从智慧工厂到智能生产,23,工业,4.0,（,Industrie4.0,）,工业,4.0,带来的改变,以“智能制造”为主导的新工业革命,24,机械工程,学科,的现状,德国工业,4.0,中国制造,2025,合格机械工程师应具备的知识体系,25,中国制造,2025,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。（,德国“工业,4.0”,计划、美国“再工业化”战略,）,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,。,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距。制造业大而不强，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，必须着力解决以上问题。,发展形势和环境,26,中国制造,2025,5,月,19,日，经李克强总理签批，国务院印发,中国制造,2025,，部署全面推进实施,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,。,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的转变,，完成中国制造由大变强的战略任务。,27,中国制造,2025,“到,2020,年，制造业重点领域智能化水平显著提升，试点示范项目运营成本降低,30%,，产品生产周期缩短,30%,，不良品率降低,30%,。到,2025,年，制造业重点领域,全面实现智能化,，试点示范项目运营成本降低,50%,，产品生产周期缩短,50%,，不良品率降低,50%,。”,“到,2020,年，上述领域实现自主研制及应用。到,2025,年，自主知识产权高端装备市场占有率大幅提升，核心技术对外依存度明显下降，基础配套能力显著增强，重要领域装备达到国际领先水平。”,五项重大工程、十大重点领域,28,中国制造,2025,中国工程院围绕,中国制造,2025,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究，提出了十大重点领域,创新的方向和路径,，并将其汇编成册，称为,重点领域技术路线图,(2015,年版,),。涵盖新一代信息技术产业、节能与新能源汽车等,10,大重点领域、,23,个重点方向,，是贯彻落实,中国制造,2025,的一项重要举措。,重点领域技术路线图,29,中国制造,2025,制造业创新的内涵包括,3,个层次：,产品创新、制造技术创新、产业模式创新,。“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。”,智能制造,制造业数字化网络化智能化，应被放在“中国制造,2025”,的核心位置。,智能制造是“中国制造,2025”,的主攻方向,。,中国工程院院长周济，,2015,智能制造国际会议,主攻方向：智能制造,30,中国制造,2025,“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，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。,3D,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，,机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,，,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,。,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,机器人：“制造业皇冠顶端的明珠”,31,中国制造,2025,2015,年世界机器人大会：“协同、融合、共赢，引领智能社会”,以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现时代科技创新的一个重要标志。,2015,年,11,月,23,日,32,中国制造,2025,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。,“发展机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,4.0,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,2025,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：,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,50%,，接下来是美洲，其次是欧洲。,中国是应用机器人最高的国家,，,2014,年,23,万个机器人当中,56%,的机器人是中国在使用，其次是日本、美国、韩国。,国际机器人联盟主席,Arturo Baroncelli,，“全球机器人调研 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,2020,年实现 “机器人革命”,。四大重点领域：自动驾驶车辆、灾害救援机器人、“人机互动”、远程机器人,日本科学技术振兴机构主席顾问,Michiharu Nakamura,“机器人的现在与未来”,33,机械工程,学科,的现状,德国工业,4.0,中国制造,2025,合格机械工程师应具备的知识体系,34,35,36,37,38,39,40,41,42,