机械与制造科学“十一五”发展的战略方向(制造科学)

根据中国国家自然科学基金委员会《机械与制造科学“十一五”发展战略研究报告》，阐述机械与制造科学有关制造科学“十一五”发展战略。 给出先进制造科学技术和制造系统的内涵、研究范围及其重要性。指出“十一五”期间将进行以下研究。 成形制造科学与技术，应研究特大型及关键零部件的成形制造技术, 精密、高效、清洁成形制造科学与技术, 新材料成形制造技术与科学,激光加工成形制造科学与技术，以及基于模拟仿真的数字化成形制造科学与技术。 先进加工制造技术的主要发展方向和重要研究领域是，超高速切削加工技术和超高速磨削技术，精密/超精密加工技术和微细、复合加工技术，以及相应的新一代装备制造技术，机械加工制造追求优质、高效、低耗、柔性和洁净。 数字制造和数字装备的重要科学问题是，数字建模与仿真的理论和方法，基于视觉信息的数字装备运动规划和自律控制，数字化协同产品开发的基础理论与关键技术。 机械系统和制造过程的测量及仪器研究领域是，新型传感原理及传感器，先进制造的现场、非接触、数字化测量，微/纳米级超精密测量，超大尺寸精密测量，基标准及相关测量理论。     

数字化制造是先进制造技术的核心技术

综观国内外先进制造技术的现状和发展,不难看出数字化制造技术实为先进制造技术的核心技术。阐述了数字化时代,数字化工程,数字化技术和数字化制造技术等的内涵,回顾了制造领域２０年来发生的一些重要事件。列举了世纪之交制造业面临的挑战,讨论了数字化制造技术和我国制造业的振兴。最后,对数字化制造学科的发展作了展望,指出了开展制造科学研究的重要意义。     

中国先进加工制造工艺与装备技术中的关键科学问题

根据中国国家自然科学基金委员会安排，研讨先进加工制造工艺与装备科学与技术的发展趋势。针对中国先进加工制造和装备学科存在的基础研究不系统、不深入的共性状况，以国家需求为目标，以加强先进制造工艺与装备的理论基础研究和应用基础研究为突破口，提出国家自然科学基金“十一五”(2006～2010)期间先进加工制造工艺和装备领域需要研究的科学问题、研究方向、工程目标，以及应该优先发展的重点方向。 先进加工制造是实现高效率、高精度和低成本制造的技术支撑。先进加工制造的目标是高效化、精密化、智能化、集成化、数字化和洁净化，关键技术包括高速/高效切削加工技术、高速/超高速磨削技术、精密/超精密加工技术、非传统加工及其复合加工技术，以及相关的先进加工制造装备的制造技术。 摘要根据中国国家自然科学基金委员会安排，研讨先进加工制造工艺与装备科学与技术的发展趋势。针对中国先进加工制造和装备学科存在的基础研究不系统、不深入的共性状况，以国家需求为目标，以加强先进制造工艺与装备的理论基础研究和应用基础研究为突破口，提出国家自然科学基金“十一五”(2006～2010)期间先进加工制造工艺和装备领域需要研究的科学问题、研究方向、工程目标，以及应该优先发展的重点方向。 先进加工制造是实现高效率、高精度和低成本制造的技术支撑。先进加工制造的目标是高效化、精密化、智能化、集成化、数字化和洁净化，关键技术包括高速/高效切削加工技术、高速/超高速磨削技术、精密/超精密加工技术、非传统加工及其复合加工技术，以及相关的先进加工制造装备的制造技术。 高速/高效切削加工技术的科学问题包括切削加工时刀具和工件材料相互作用过程刀具摩擦、磨损和破坏机理，工件材料高速切削变形理论与工件表面成形机理，高速切削刀具与机床的动力学分析，高速切削过程的智能监控理论与技术。研究方向包括高速/高效切削机床与刀具，难加工材料的高速/高效切削加工，高速/高效切削表面质量，高速/高效切削加工的动力学与稳定性。工程目标包括超高速切削，机床主轴转速达到1×106r·min-1，铣削铝及其合金的切削速度达到1×104m·min-1；高性能切削，机床主轴功率达到100kW，进给速度达到50m·min-1；采用多坐标驱动，提高机床的柔性和效率。     

绿色磨削实现技术及其理论框架的构建

基于绿色制造理论和磨削加工在制造领域的应用特点,提出并分析了磨削工艺过程的绿色问题和实现绿色磨削的重要意义;结合磨削加工技术的发展现状,提出了实施绿色磨削的内涵及主要研究内容,对发展绿色磨削的相关工艺内容和关键技术进行了探讨,面向绿色制造初步构建了绿色磨削技术及发展的理论框架.     

机器信息学:机械产品智能化的学科支撑

不断将新技术融入装备的全生命周期,使其品质和效能获得显著提升,是提升装备及其制造水平的重要手段.随着两化融合的深入开展,如何将现代信息技术与机械装备深度融合,是提升机械产品智能化水平的关键.机器信息学正是在这一背景下,通过信息科学与技术、机器学、制造科学与技术等多学科的交叉融合,揭示机器全生命周期各阶段与其品质、效能相关的信息及其动态变化过程.本文围绕机器信息学的研究内涵、学科基础、研究思路等进行阐述,并结合具体案例给出了在装备诊断过程中机器信息学的内涵和应用,最后对机器信息学的发展方向进行展望.     

细胞及生物材料的成形制造技术

人体组织和器官的重建及修复一直是生命科学、医学等相关领域研究的热点,制造科学、材料科学与生命科学不断发展及交叉融合,使得体外构建人体组织和器官的功能性替代物成为可能。将细胞及生物材料作为成形加工的对象,在体外构建具有特殊三维结构及功能的类组织前体,扩大了现代制造科学的学科领域及内涵,拓宽了材料加工技术的应用领域,也为生命科学的发展注入了新的活力。从制造科学的角度,在阐述细胞与生物材料的成形制造中所涉及的主要科学问题的基础上,从单一的细胞、材料以及细胞和材料共同参与的成形制造等3个方面总结了国内外主要的成形制造技术及研究进展,并进行了分析和评价。     

面向半导体湿法制程的超洁净流控技术综述

湿法工艺作为半导体工艺的重要组成部分,通过化学品(酸、碱、溶剂等)与超纯水等液体介质,对晶圆表面进行刻蚀、清洗等处理,其制程需避免颗粒、金属、离子、细菌等污染物带来的工艺缺陷。为此,湿法工艺相关的化学品系统、超纯水系统与制程装备均需采用超洁净流控部件,但相关产品被国外垄断,我国对该技术领域的研究仍处起步阶段。该研究首先阐述了半导体湿法制程对超洁净流控部件的需求,剖析了该类部件的主要技术特征。进而,重点介绍了磁悬浮泵、波纹管泵、隔膜阀以及超声波流量传感器等超洁净流控部件的工作原理与发展历程,并分析了其关键技术与研究现状。最后,对超洁净流控技术的发展做出了展望。     

面向绿色制造与再制造的表面工程

表面工程是机械制造中赋予零件表面耐磨损、耐腐蚀和耐疲劳等特殊性能的重要技术途径。近零排放的表面工程新技术替代传统表面工程技术,可满足绿色制造要求,减小对环境的负面效应;以较少能源和材料获得比基体更高性能的表面工程技术,可在恢复零件尺寸的同时提升其性能,并广泛应用于装备的再制造。近年来,面向绿色制造与再制造的表面工程技术得到较快的发展,如替代传统电镀铬的绿色镀膜技术、工程化超润滑复合碳膜技术、纳米减摩自修复添加剂技术、纳米电刷镀技术、热喷涂新技术和激光表面强化技术等。从以上技术的基础研究及应用背景等方面,介绍我国表面工程研究的新进展、新成果、新观点、新方法和新技术,并对其未来发展做出思考。     

新型材料零件数字化设计制造的理论和方法

提出并阐明了数字化设计制造的广义内涵、理论基础和技术途径,确立了按力学、热力学、电磁学性能来并行设计制造新材料零件的和方法,并结合机械、材料、力学等学科相关和技术的研究现状、发展趋势的分析和论述,指出数字化设计制造是现代科学技术发展的必然结果。     

超精密加工领域科学技术发展研究

超精密加工是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段.随着对产品质量和多样化的要求日益提高,对超精密加工提出更多、更高的要求.超精密加工技术已成为包含当代最新科技成果的一个复杂系统工程.介绍各种超精密加工技术的内涵、应用范围、国内外研究现状、发展过程与趋势以及未来应研究开发的重要科学技术问题.从加工精度、加工质量和加工效率角度对先进的具有代表性的超精密加工机床、超精密切削、超精密磨削和超精密抛光技术进行重点评述和比较.分析我国在超精密加工领域中存在的主要问题以及与国外先进技术的差距,对超精密加工的技术发展趋势进行预测,提出我国本领域基础研究、技术及产业发展策略与对策.     

关于制造科技与制造业发展战略问题的思考

讨论了制造科技与制造业对国家和国民经济的重大意义;批判了把制造业称为“夕阳工业”的论断;质疑以第三产业作为经济发展水平判据的观点;指出“制造业是实现现代化工业的水之源、木之本,是实现现代化工业的保障和原动力,是国家实力的脊梁。是支持共和国大厦的基石,没有强大制造能力的国家永远成不了经济强国。” 辩析科学与技术的相互关系。认为科学是技术的基础,科学是潜在的生产力,技术是直接的生产力,科学只有通过技术（特别是制造技术）才能成为现实的生产力。当前,应用研究对于中国显得更为迫切需要。应用研究上不去,工业生产技术也上不去,核心技术只好依赖国外,结果将永远受制于人,经济发展和国家安全都没有保障。 21世纪中心科学技术（central science ＆ technology）转移的趋势是从信息科学技术到生物科学技术（包括生命科学技术）再到认知科学技术（智能科学技术）。NBICM汇聚技术将会引发一场新的产业革命,实现科技与经济发展的新突破,并将人类社会带入创新与繁荣的新时代。 制造技术重点研发项目的选择,必须适应世界经济与科技的发展趋势和适应我国对科技、经济和社会发展的需求。先进制造技术是提升我国综合国力的关键技术。在先进制造技术中,应特别重视下列几方面的制造技术：绿色制造、精密制造、微电子制造、生物制造、微/纳制造、能源设备制造、重大型装备制造、制造自动化、数字制造和智能制造。 当前,我国应重点发展先进装备制造,一是为国民经济产业提供现代化的成套精良设备,二是提供制造上述产业装备的制造手段。在各类先进装备制造的研发过程中。尤其要注意攻克研制大型装备（如大型飞机、载人航天、登月工程、高速列车、大型客船、大型油船和大型火、水、核电机组等）的制造和微电子芯片制造设备的技术难关。 中国制造科技与制造业的历史重任是为使中国进入创新型国家行列,从制造大国走向制造强国,为在21世纪中叶我国成为世界强国奠定基础。由创新技术驱动的高附加值的先进制造,将成为21世纪提升中国国家竞争力和企业竞争力的关键。     

机械加工制造中自动化技术的应用探究

近年来,在科学技术不断创新发展的背景下,自动化技术应运而生,凭借自身的诸多优势,广泛应用于多个领域当中。自动化技术在机械加工制造领域中的应用,极大的提升了机械加工制造自动化水平,工作效率及质量得到了有效的保障,产品质量显著提升,为机械加工制造行业的自动化、智能化发展提供了有利条件。本文首先概述了机械加工制造与自动化技术;其次分析了自动化技术在机械加工制造中的应用优势;最后探讨了机械加工制造中自动化技术的具体应用。     

广义制造论

论述了制造技术的含义,提出了广义制造论的观点,从材料加工成形机理、制造技术的综合性和集成制造技术及其支撑环境等方面论述其概念和形成。指出工艺是制造技术的关键、是生产中最活跃的因素,而且己形成了制造科学。并从工艺理论、精密工程和纳米技术、计算机集成制造系统和并行工程、特种加工技术、快速成形制造和表面工程等方面阐述了20世纪制造理论和技术的发展,在此基础上就制造技术本身提出了一些今后发展的看法。     

[学科发展]5D打印——生物功能组织的制造

生物制造是制造技术与生命科学技术交叉融合产生的新兴学科方向，这一学科方向的发展将为巨大的人体组织与器官市场提供新技术，同时也给制造技术变革带来新机遇。面向生物制造未来发展，提出5D打印制造概念，论述了5D打印的内涵，分析了其关键技术。结合生物制造技术的现有进展，介绍了研究团队在心肌组织支架的制造、类脑神经组织制造、爬行生命机械混合机器人方面取得的初步研究进展，为生物制造技术拓展新方向提供新思路。     

数控技术与机械制造的融合发展探析

随着科学技术的快速发展,机械制造技术也快速地发展起来,其中数控技术在其中扮演着重要的角色。数控技术在机械制造领域中有着非常广泛的应用,极大的推动了社会生产力的提升。数控技术中的信息性和网络性非常强,在机械制造中进行有效地应用,能够对机械制造的效率以及质量进行大幅度的提升,直接推动了机械制造向着自动化的方向发展。基于此,本文对数控技术与机械制造进行了深入的融合应用,以期为相关人员提供参考。     

机电一体化关键技术在机械工程中的有效性

随着我国现代水平的不断提高,科学技术推动了自动化机械制造的发展,带动了机械工程领域制造水平的提升.机械工程制造的产品质量与机电一体化的关键技术有着密不可分的关系.文章针对机电一体化的关键技术进行了概述,分析机电一体化技术在机械工程领域中的实际应用,最后在多项技术的基础上,引申虚拟原型技术与机电一体化之间的关系,以更好的...     

Digital manufacturing-the development direction of the manufacturing technology in the 21st century

After introducing the concepts of digital manufacturing technology, the discipline framework of digital manufacturing is presented in the paper by discussing its basic concept, theory foundation, key technology and scientific problems in detail. As the core of the advanced manufacturing technology, digital manufacturing is gradually becoming the main manufacturing technology of the twenty-first century. Firstly, the main features of digital manufacturing are indicated and its key supporting technologies are investigated by grouping them into four levels related to product development, numerical control, production management, and enterprise collaboration, respectively. Moreover, the existing problems in the research on the multi-discipline theory foundation of digital manufacturing such as manufacturing informatics, computational manufacturing, and manufacturing intelligence, are also indicated. Then, the core scientific problems of digital manufacturing are discussed in depth, which focuses on digitization of manufacturing information, modeling of manufacturing constraints, high-speed and high-precision numerical control theory, and Internet-based collaboration and integration. Lastly, the development trends and application perspectives of digital manufacturing are concluded. __________ Translated from Digital Manufacturing Science, 2003, 1(1–4) (in Chinese)     

数控技术在自动化机械制造中的应用

数控技术作为推动我国工业经济发展,推动自动化机械制造业前进的关键技术,既能够有效的提高企业的生产效率和产品质量,还在一定程度上起到了安全、稳定的作用。本文简要分析了数控技术的基本概念,阐述了信息时代数控技术在机械制造领域的应用、数控技术的关键特点以及存在的困难,最后结合我国数控技术的发展现状,对其未来的主要发展方向进行了探究,希望对我国的自动化机械制造领域提供助力。     

Discussion on advanced manufacturing

Advanced manufacturing consists of continuity of manufacturing, its broad sense, and the core of the manufacturing process. The technology of continuous manufacturing is discussed according to both historical and modern perspectives. The relationship between human development and manufacturing technology is also discussed. Manufacturing is a continuously evolving topic. It is not only the foundation and means of imagination, conception, the science, and the technology of material change, but also the expression of national economy, national defense, and the support industries. The broad sense of manufacturing theory, which extends the concept of manufacturing, is an important development in the 20th century. The sense is analyzed in connection with design, material forming theory, synthesis of manufacturing technology, manufacturing modes, life cycle of product, hardware and software, and support environment, etc. At the same time, the core action and the development of the theory and technology of process is also discussed. At the end of this paper, the development directions of mechanical manufacturing science and technology are mentioned.