魏珊珊（徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221006）

0 引言

21世紀(jì)人類社會主要面臨四大問題：氣候變暖、資源枯竭、人口增加、環(huán)境惡化。隨著時間的推移，這些問題將變得越來越嚴(yán)峻而不可逾越。人們將會發(fā)現(xiàn)：生態(tài)(地球的保護(hù)和人類生存環(huán)境)可能比經(jīng)濟(jì)更為重要[1]。

我國作為能源消耗大國，由于煤和石油的枯竭，我國未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必將依賴于水力能、風(fēng)力能、地?zé)崮?、太陽能、核能。制造業(yè)作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，面對上述社會問題，必然會對我國制造業(yè)的發(fā)展造成一定的阻礙。為了保證我國制造業(yè)的健康發(fā)展，就必須對制造技術(shù)進(jìn)行改良和創(chuàng)新[2]。

本文就我國制造技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展中的新技術(shù)、新方法、新理論、新觀點(diǎn)、重要科技、優(yōu)先領(lǐng)域進(jìn)行了概述，同時，對制造技術(shù)未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 制造學(xué)科概述

1987年美國制造工程師學(xué)會對制造工程的定義是：制造工程是工程專業(yè)的一個分支。它要求具體了解、應(yīng)用和控制制造過程中各個工程程序和工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法所必需的教育和經(jīng)驗(yàn)；還要求具有設(shè)計(jì)制造流程的能力，研究和開發(fā)新的工具，機(jī)器和設(shè)備的能力，研究和開發(fā)新的工藝過程的能力，并且將它們綜合成為一個系統(tǒng)，以達(dá)到用最少的費(fèi)用生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品?，F(xiàn)代制造工程是一個系統(tǒng)工程。它是一個以制造科學(xué)為基礎(chǔ)的、由制造模式和制造技術(shù)構(gòu)成的、對制造資源和制造信息進(jìn)行加工處理的有機(jī)整體。制造學(xué)科主要是對接的制造過程以及機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行研究的學(xué)科。制造學(xué)科主要包含了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造(生物制造、仿生制造、微納制造、結(jié)構(gòu)制造、裝備制造、復(fù)雜曲面加工、非傳統(tǒng)加工、高效加工、超精密加工)、成形制造(表面工程、模具制造、連接、塑造、鑄造成形)以及系統(tǒng)運(yùn)作等科學(xué)。

2 我國制造技術(shù)領(lǐng)域的研究及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 仿生機(jī)械和生物制造

吉林大學(xué)在仿生柔性動態(tài)減阻、仿生電滲脫附理論研究中取得了重要進(jìn)展,創(chuàng)建和發(fā)展了機(jī)械仿生學(xué)科、發(fā)明了一系列地面機(jī)械脫附減阻仿生技術(shù),并成功地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械和國防工程。西安交通大學(xué)在人工骨仿生制造研究中建立了骨組織的模型，提出了骨缺損的復(fù)合結(jié)構(gòu)修復(fù)方法,采用快速成型法制造了人工骨的結(jié)構(gòu)框架,并在動物骨缺損修補(bǔ)中獲得成功。

2.2 先進(jìn)電子制造

中南大學(xué)提出了“極端制造”的理念。上海交通大學(xué)、清華大學(xué)等圍繞硬盤驅(qū)動器和芯片制造中的關(guān)鍵科學(xué)問題開展了系統(tǒng)研究,提出了納米量級劃痕深度和長度可控的單顆磨粒磨削方法，建立了硅片自旋轉(zhuǎn)磨削的砂輪臨界切深模型；揭示了高加速度運(yùn)動系統(tǒng)的寬頻多模態(tài)復(fù)合運(yùn)動特征，提出了高加速度、高精度、高可靠性精密驅(qū)動平臺的設(shè)計(jì)理論與控制方法；闡明了超聲鍵合界面原子快速擴(kuò)散機(jī)理,發(fā)現(xiàn)了鍵合界面的“粘滑”運(yùn)動特性，提出了變參數(shù)加載工藝。

2.3 數(shù)字制造

華中科技大學(xué)提出了基于可視錐的幾何推理新方法、復(fù)雜曲面輪廓誤差的統(tǒng)一判別等理論，開發(fā)出復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字建模和可制造性分析軟件系統(tǒng)，建立了集成快速測量、數(shù)字建模及面向制造設(shè)計(jì)于一體的系統(tǒng)平臺，應(yīng)用于缸蓋類葉片類等復(fù)雜曲面零件快速產(chǎn)品開發(fā)。武漢理工大學(xué)提出了數(shù)字制造建模理論、基于制造網(wǎng)格的數(shù)字制造資源共享、數(shù)字制造環(huán)境下敏捷供應(yīng)鏈理論模型、數(shù)字制造車間智能調(diào)度的理論和算法；建立了數(shù)字制造環(huán)境下虛擬數(shù)控加工系統(tǒng)設(shè)備遠(yuǎn)程操作、監(jiān)控與診斷平臺。上海交通大學(xué)將距離函數(shù)和偽距離函數(shù)理論應(yīng)用于力旋量和運(yùn)動旋量空間的定性與定量幾何推理，建立了夾具和夾持機(jī)構(gòu)的封閉性、穩(wěn)定性的定性與定量分析和評價指標(biāo)體系。

2.4 加工制造

大連理工大學(xué)提出了硬脆材料復(fù)雜曲面天線罩精密制造技術(shù)與裝備。針對天線罩電性能的特殊要求，提出了面向天線罩電性能補(bǔ)償?shù)木苄弈ダ碚?，建立了天線罩綜合電性能誤差與幾何參數(shù)補(bǔ)償量關(guān)系的理論模型，發(fā)明了數(shù)字化修磨裝備，解決了國防工程中的一項(xiàng)重大科技難題。湖南大學(xué)在高速精密磨削加工研究領(lǐng)域，提出“四點(diǎn)恒線速法”,使非圓輪廓表面磨削力相差十幾倍造成的磨削缺陷得以改善,表面質(zhì)量明顯提高。華中科技大學(xué)提出了磨削表面燒傷的形成機(jī)理、理論模型、參數(shù)優(yōu)化及控制策略,解決了磨削燒傷的難題。

2.5 微納制造

西北工業(yè)大學(xué)提出了支持任意流程的MEMS集成設(shè)計(jì)工具。北京大學(xué)開發(fā)出三套標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，建立了高水平的硅基MEMS加工平臺。中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所等發(fā)明了多層硅微機(jī)械結(jié)構(gòu)一次成型技術(shù)、玻璃上硅基光波導(dǎo)制造技術(shù)和圓片級封裝新方法，形成了基于單硅片結(jié)構(gòu)的雙面體微機(jī)械壓阻傳感器制造工藝。大連理工大學(xué)研制塑料微流控芯片自動化制造裝備，掌握了微結(jié)構(gòu)熱壓成形金屬模具、微流控芯片批量制作的關(guān)鍵技術(shù)。西安交通大學(xué)提出了常溫軟壓印下“保壓-釋放-固化”的納米壓印工藝，發(fā)現(xiàn)了阻蝕膠與模具液-固界面、固-固界面特性對模腔填充質(zhì)量及其脫模效果的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了50nm線寬的納米壓印，具有良好的復(fù)型保真度。中國科學(xué)院物理研究所成功研制出具有對稱式機(jī)械結(jié)構(gòu)的雙探針掃描隧道顯微鏡(STM)探頭。中北大學(xué)研制了基于拉曼光譜的圓片級微結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試平臺，完成了靜態(tài)應(yīng)力和動態(tài)應(yīng)力的測試。

3 制造技術(shù)發(fā)展展望

航天及深海裝備制造科技。未來飛機(jī)將進(jìn)一步向大型、快速、輕型、舒適性、安全性方向發(fā)展；用于國防的各種飛行器，將向超快、精確、輕微及智能監(jiān)控方向發(fā)展。高速、精確、智能化微型飛行器技術(shù)；微小制導(dǎo)技術(shù)；超低溫、超真空、無重力極端條件下的裝備設(shè)計(jì)與制造科學(xué)技術(shù)、智能作業(yè)機(jī)器人、超大型射電望遠(yuǎn)鏡、適于高壓腐蝕環(huán)境作業(yè)的深海裝備的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等將得到大的發(fā)展。

新能源裝備制造技術(shù)。由于一次能源將逐步枯竭，核能、深海能源、再生能源及清潔能源的研發(fā)和使用將大大促進(jìn)該領(lǐng)域制造技術(shù)的發(fā)展。核能工藝及裝備、深海能源探測及采掘工藝及裝備、新能源和再生能源的裝備制造、基于新能源的經(jīng)濟(jì)型汽車發(fā)動機(jī)及車輛設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究將得到更大重視和關(guān)注。

綠色制造科技。即基于資源節(jié)約和環(huán)境友好的綠色可持續(xù)性制造，是一項(xiàng)戰(zhàn)略性制造理念、制造模式和制造技術(shù)。綠色可持續(xù)性制造包含無污染無廢棄物制造、綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造、廢舊機(jī)電產(chǎn)品的再制造、節(jié)能節(jié)材制造以及新能源裝備制造五個方面。耗能耗材多、污染環(huán)境的機(jī)電產(chǎn)品和生產(chǎn)過程將會受到市場和法規(guī)的制約而逐漸減少或消亡，相反，新能源、節(jié)能節(jié)材和無污染機(jī)電產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程將得到更大發(fā)展。電動汽車和燃料電池汽車如果能突破電池材料和低成本制造兩大瓶頸，將會實(shí)現(xiàn)車輛業(yè)改朝換代的大革命。由于廢棄產(chǎn)品的海增，再制造業(yè)將得到迅速發(fā)展。

除此之外，制造科學(xué)在數(shù)字裝備制造、光子制造、仿生制造和電子通訊制造以及微納米制造等方面都將取得良好的發(fā)展，促進(jìn)我國機(jī)械工程領(lǐng)域的不斷進(jìn)步和發(fā)展。

4 結(jié)束語

目前，我國制造技術(shù)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展和進(jìn)步，但仍與國際先進(jìn)水平存在差距。對先進(jìn)制造技術(shù)的研究與發(fā)展，必須制定長遠(yuǎn)的發(fā)展計(jì)劃，運(yùn)用科學(xué)、合理的發(fā)展策略，才能盡快縮小同發(fā)達(dá)國家的差距，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

［1］雷源忠.我國機(jī)械工程研究進(jìn)展與展望[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),,2009,45(5).

［2］譚杰.我國機(jī)械工程研究進(jìn)展與展望[J].建材與裝飾,2013(14).

［3］路甫祥.堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展,推進(jìn)制造業(yè)的歷史性跨越[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007,43(11).

［4］國家自然科學(xué)基金委員會工程與材料科學(xué)部.學(xué)科發(fā)展研究報(bào)告(2006年-2010年)機(jī)械與制造科學(xué)[M].科學(xué)出版社,2006.