直接影響我國制造業(yè)發(fā)展機械工程技術難題的幾大因素

　　未來20年是我國制造業(yè)實現(xiàn)由大變強，確立在世界領先地位的關鍵歷史時期，中國機械工程學會組織編寫了《中國機械工程技術路線圖》，不僅提出11個領域的技術路線圖，而且在其基礎上凝練出若干能影響到機械工業(yè)，以至制造業(yè)發(fā)展進程的重大、前沿性、標志性的幾大技術問題。

　　1、 復雜系統(tǒng)的創(chuàng)意、建模、優(yōu)化設計技術

　　建模、仿真、優(yōu)化及協(xié)同管理是機械設計技術不變的核心和關鍵。復雜機電系統(tǒng)擁有復雜的層次結構，組成復雜系統(tǒng)的各分系統(tǒng)、子系統(tǒng)與元素之間既相對獨立，又相關聯(lián)，上級系統(tǒng)擁有下級系統(tǒng)不具備的屬性和功能。復雜機電系統(tǒng)往往是機、電、液、控等多領域物理與信息技術的高度融合，具有多層次、多目標、多時空、高維度、非線性、不確定性、開放性等特征。隨著計算、通信、感知、控制等技術的相互融合，復雜機電系統(tǒng)將進一步呈現(xiàn)出智能化、網(wǎng)絡化、復合化、分布式和嵌入式等技術特征。

　　基于CPS的復雜技術系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化技術的發(fā)展和普及將大大加速汽車、航空航天、國防、工業(yè)自動化、精密儀器、重大基礎設施等領域裝備的轉型升級，不斷提高其市場競爭力；將催生出眾多具有計算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的功能產品，甚至產生新的行業(yè)。

　　2、 零件成形技術

　　零件成形技術是指應用先進的成形工藝、嚴格的幾何尺寸（控形）和內在質量控制（控性）技術，生產高幾何尺寸精度、高內在質量的零件或零件毛坯的先進制造技術。零件成形技術的先進性體現(xiàn)在：（1）節(jié)約材料與能源：材料利用率一般較傳統(tǒng)的成形工藝提高20%－40％，冷精鍛成形可使材料利用率提高到98％以上，鑄造成形技術也可達到90%以上。塑性成形技術大多數(shù)是在室溫下實施的，免除了加熱工序，節(jié)約了加熱能量，大大減少了零件生產過程的能量消耗。（2）免除或減少成形后續(xù)加工：凈成形零件的幾何形狀與尺寸，已全部達到零件的使用要求，成形后即可使用，完全免除后續(xù)加工；近凈成形產品，關鍵部位已達到使用要求，不需后續(xù)加工，一般可節(jié)約加工工時50％以上；精密成形產品，一部分尺寸已滿足使用要求，其余部分留有較小的加工余量，一般可減少加工工時30％以上。（3）提高零件的內在質量：成形過程中還同時考慮通過控制溫度、壓力、流體場、電磁場等外部載荷的施加，使得終零件達到相應的性能。因此，發(fā)展零件成形技術，對機械工業(yè)節(jié)約資源、能源和環(huán)境友好，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

　 3、大型結構件成形技術

　　大型鑄、鍛、焊結構件是大型裝備中的關鍵核心構件，其受力繁重，工況特殊，安全可靠性與技術要求極高。大型結構件的成形制造涉及冶金、鑄造、鍛造、焊接、熱處理等多種制造工藝，制造過程復雜，技術含量高，涉及眾多學科領域的集成。

　 4、 高速精密加工技術

　　機械工業(yè)，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展對生產效率提出了更高的要求，提高效率的一條重要途徑是提高加工的速度，實現(xiàn)高速化。同時，航空航天等領域某些特殊難加工材料也必須采用高速加工才能達到設計要求。國際上，金屬切削機床的主軸轉速已達到20000r/min、進給速度高可達100m/min、加速度1g。

　　高速精密加工具有生產效率高、加工精度高、表面質量高和生產成本低的優(yōu)點。高速切削刀具的發(fā)展改變了加工工藝，“以切代磨”使加工后的表面質量提高，可直接加工硬度達50-60HRC的淬硬材料。另一方面，強力成型磨削工藝可實現(xiàn)“以磨代切”，一次磨削25～32mm，比普通磨床要快數(shù)百倍。高速精密加工正成為機械工業(yè)應用廣泛的加工方法之一，在航空航天、汽車及零部件、模具等行業(yè)發(fā)展迅速，高速高精密數(shù)控機床在這些行業(yè)中將逐漸占主導地位。與此同時，新型刀具如超硬刀具、新型涂層刀具層出不窮，使得高速高效切削條件下刀具壽命顯著增長，將進一步拓展高速精密切削技術的應用范圍。

　  5、微納器件與系統(tǒng)（MEMS）

　　微納器件與系統(tǒng)是利用微納和精密加工技術，集約電子、機械、材料、控制等新技術發(fā)展，針對物聯(lián)網(wǎng)、生物、醫(yī)療、汽車、機械制造等產業(yè)的需求，研制能夠解決傳感、測量、驅動、能源等問題的器件、部件和系統(tǒng)。目標是以批量制造技術生產低成本、高精度、高可靠性的微納器件，拓展終端產品功能，提高終端產品性能，降低終端產品功耗和成本。

　　微納器件與系統(tǒng)的主要特征是：微型化。器件特征結構尺寸范圍0.1mm-1mm。集成化。集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通訊和電源等于一體。高性能。體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應時間短、性能穩(wěn)定。批量化。有利于大批量生產，降低生產成本。

　   6、智能制造裝備

　　智能制造裝備是注入了數(shù)字化技術和智能化技術的制造設備，是實現(xiàn)智能制造的核心載體，其主要特征是：對制造過程狀況（工況或環(huán)境）實時感知、處理和分析能力；實時辨識和預測制造過程狀況變化的能力；根據(jù)制造過程狀況變化的自適應規(guī)劃、控制和動態(tài)補償能力；對自身故障自診斷、自修復能力；對自身性能劣化的主動分析和維護能力；具有參與網(wǎng)絡集成和網(wǎng)絡協(xié)同的能力。智能制造裝備是制造技術、計算機技術、控制技術、傳感技術、信息技術、網(wǎng)絡技術以及智能化技術的有機結合體，是實現(xiàn)高效、高品質、安全可靠的成形加工和生產的新一代制造裝備。

　　未來智能制造的產品主要是：智能機床/智能加工中心；智能機器人；智能成形設備；特種智能制造裝備。

　    7 、智能化集成化傳動技術

　　智能化集成化傳動技術是指將傳統(tǒng)的動力傳動技術與數(shù)字技術、信息技術、總線技術、網(wǎng)絡技術相融合，實現(xiàn)液壓/氣動/密封、齒輪、軸承等傳動件在線實時控制、在線監(jiān)測、自我診斷、自我修復及多種元件與功能的集成。智能化集成化傳動將提高產品性能、簡化系統(tǒng)、提高系統(tǒng)柔性，提升傳動效率、產品安全性、可靠性，是機械傳動技術和傳動件發(fā)展的重要方向。

　　關鍵基礎件是現(xiàn)代裝備發(fā)展的基礎，特別是高效、能耗低、長壽命、高安全性、高可靠性、高精度、高功率密度、適應復雜環(huán)境苛刻要求的傳動件是未來需要大力發(fā)展的產品?，F(xiàn)代重大裝備裝機功率越來越大，工作環(huán)境越來越嚴酷，結構越來越復雜，對傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性、準確性、位置、速度、柔性等技術要求越來越高，智能化、集成化的傳動技術和傳動元件能適應這些發(fā)展的要求，是裝備制造業(yè)的關鍵核心技術，對提升我國關鍵基礎件自主能力，突破重大裝備自主化發(fā)展瓶頸起著重要作用。

　　智能化集成化傳動的特點：（1）具有在線監(jiān)測、自診斷、自維護功能；（2）可實現(xiàn)遠程在線實時控制；（3）是多種元器件（包括傳感器、傳動件、控制元件、執(zhí)行元件、軟件或數(shù)據(jù)庫）的集成和多種功能的集成；（4）即插即用。是指快速簡易安裝傳動組件即可投入使用，而不需安裝驅動程序或重新配置系統(tǒng)。

　   8、 數(shù)字化工廠

　　數(shù)字化工廠是利用數(shù)字化技術，特別是泛在網(wǎng)絡（包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)）技術，實時獲取工廠內外相關數(shù)據(jù)和信息，集成相關人員知識，智慧地進行產品設計、生產、管理、銷售、服務的現(xiàn)代化工廠模式。目標是使供應鏈、工廠和加工單元的效率高、對環(huán)境的不良影響小、員工和用戶的滿意度高。

　　　

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