1、机械工程学科现状及机械工程学科现状及发展趋势发展趋势报告人：李报告人：李 威威中国矿业大学机电工程学院中国矿业大学机电工程学院执行院长执行院长 教授教授 博士生导师博士生导师1报告内容报告内容2p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系3p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系机械工程机械工程学科学科的现状的现状学科内涵学科内涵机械工程学科是研究机械系
2、统和产品的性能、设计及制造的理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，包括论、方法和技术的科学，包括机械学机械学和和制造学制造学两大领域。两大领域。4 机械学是研究机械学是研究机械结构机械结构和和系统性能系统性能及其及其设计理论与方法设计理论与方法的科学，包括制的科学，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、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。设计学、仿生机械学、微纳机械学及界面机械学等。机械工程机械工程学科学科的现状的现状学科内涵学科内涵机械工程学科是研
3、究机械系统和产品的性能、设计及制造的理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，包括论、方法和技术的科学，包括机械学机械学和和制造学制造学两大领域。两大领域。5 制造科学是研究制造科学是研究制造过程及其系统制造过程及其系统的科学。涵盖产品设计、成形制造的科学。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、加工制造(超超精密加工、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
4、、微纳制造、仿生和生物制造计及制造、表面功能结构制造、微纳制造、仿生和生物制造)和制造系统运和制造系统运作管理等。作管理等。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。有一席之地。机械工程机械工程学科学科的现状的现状基础研究现状基础研究现状u 温诗铸温诗铸等提出了薄膜润滑概念，发明了纳米薄膜测量
5、技术。等提出了薄膜润滑概念，发明了纳米薄膜测量技术。u 黄真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。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。u 彭东林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。创成果。u 华林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。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。国际上总体还处于落后
6、地位。未来制造业的发展总趋势：未来制造业的发展总趋势：全球化、信息化、绿色化、知识化全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化和极端化；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数字网络化、高效精确化、智能集成化及制造极端化字网络化、高效精确化、智能集成化及制造极端化。机械工程机械工程学科学科的现状的现状基础研究现状基础研究现状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，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。缺乏自主创新能力。l是制造大国，不是制造强国是制造大国，不是制造强国l发电设备
7、、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有发电设备、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一家装备制造企业能跻身世界500强强l关键装备大多依赖进口关键装备大多依赖进口光电子制造设备的光电子制造设备的100%IC制造装备的制造装备的85%高档数控机床高档数控机床的的70%l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的核心竞争力不足机械工程机械工程学科学科的现状的现状制造工业现状制造工业现状8u 经济快速持续增长，但资源、环境压力增大经济快速持续增长，但资源、环境
8、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。多，环境污染严重，主要污染物排放量已超过环境承载能力。机械工程机械工程学科学科的现状的现状国情及背景国情及背景9u 国际贸易快速增长，但贸易结构和增长方式亟待优化国际贸易快速增长，但贸易结构和增长方式亟待优化当前我国贸易仍以当前我国贸易仍以数量增长数量增长为主，走的是规模扩张之路，出为主，走的是规模扩张之路，出口产品主要
9、是劳动密集、低附加值产品，付出的资源、环境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。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。升值压力，且不断面临贸易摩擦。机械工程机械工程学科学科的现状的现状国情及背景国情及背景10把握发展趋势把握发展趋势 未来机械工程技术发展的五大趋势：未来机械工程技术发展的五大趋势：绿色、智能、超常、融合、服务绿色、智能、超常、融合、服务11学科基本体系及各领域之间的关系学科基本体系及各领域之间的关系1213p机械工程机械工程学科学
10、科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系汉诺威工业博览会汉诺威工业博览会德国工业德国工业4.04.0战略计划战略计划实施建议实施建议工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）起源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。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物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命第四次工业革命的到来的到来”
11、14工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）社会背景社会背景15工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）从蒸汽革命到工业从蒸汽革命到工业4.04.016工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）从蒸汽革命到工业从蒸汽革命到工业4.04.0工业工业1.01.0工业工业2.02.0工业工业3.03.01718工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）从蒸汽革命到工业从蒸汽革命到工业4.04.019工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）工业工业
12、3.03.0与工业与工业4.04.020工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）大规模生产与大规模定制大规模生产与大规模定制“工业4.0”概念包含了由由集中式集中式控制向控制向分散式增强型分散式增强型控制的基本模式控制的基本模式转变转变，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高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式产模式。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：两大主题：“智慧工厂智慧工厂”，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；“智能生产智能生产”，主要涉及整个企业的生产物
13、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：三个设想：“产品产品”，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；“设施设施”，由整个生产价值链所集成，可实现自组织；“管理管理”，能够根据当前的状况灵活决定生产过程。工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）两大主题，三个设想两大主题，三个设想21工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）两个重要内涵两个重要内涵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智能制造为主导的第四第四次工业革命次工业革命，或革命性
14、的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术信息通讯技术和网络空间虚拟系统网络空间虚拟系统信息物理系统信息物理系统（Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向将制造业向智能化智能化转型转型。面向面向智慧工厂智慧工厂的室内精确定位的室内精确定位工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）智慧工厂智慧工厂的车间的车间基于无线、基于无线、RFIDRFID、传感器和服务的架构、传感器和服务的架构从智慧工厂到智能生产从智慧工厂到智能生产2324工业工业4.04.0（Industrie4.0Industrie4.0）工业工业4.04.0带来的改变带来
15、的改变以以“智能制造智能制造”为主导的新工业革命为主导的新工业革命25p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系26中国制造中国制造20252025p全球制造业格局面临重大调整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）p我国经济发展环境发生重大变化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
16、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，出路也在制造业重点在制造业，难点在制造业，出路也在制造业。p建设制造强国任务艰巨而紧迫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
17、题。推进制造强国建设，必须着力解决以上问题。发展形势和环境发展形势和环境27中国制造中国制造202520255月19日，经李克强总理签批，国务院印发中国制造中国制造20252025，部署全面推进实施制造强国制造强国战略。这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领第一个十年的行动纲领。实现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的转变，完成中国制造由大变强的战略任务。，完成中国制造由大变强的战略任务。28中国制造中国制造20252025“到2020年，制造业重点领域智能化水平显著提升，
18、试点示范项目运营成本降低30%30%，产品生产周期缩短30%30%，不良品率降低30%30%。到2025年，制造业重点领域全面实现智能化全面实现智能化，试点示范项目运营成本降低50%50%，产品生产周期缩短50%50%，不良品率降低50%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、十大重点领域五项重大工程、十大重点领域29中国制造中国制造20252025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
19、进行了研究，提出了十大重点领域创新的方向和路径创新的方向和路径，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1010大重点领域、大重点领域、2323个重点方向个重点方向，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30中国制造中国制造20252025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。智能制造是智能制造是“中国制造中国制造2025”的主攻方向的主攻方向
20、。中国工程院院长周济，2015智能制造国际会议主攻方向：智能制造主攻方向：智能制造31中国制造中国制造20252025“机器人革命机器人革命”有望成为有望成为“第三次工业革命第三次工业革命”的一个的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业格局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、自动驾驶汽军用无人机、自动驾驶汽车、家政服务机器人车、家政服务机器人已经成为现实。国际上有舆论认为，机器人是机器人是“制造业皇冠顶端的明珠制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、其研发、制
21、造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水制造、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：机器人：“制造业皇冠顶端的明珠制造业皇冠顶端的明珠”32中国制造中国制造202520252015年世界机器人大会：年世界机器人大会：“协同、融合、共赢，引领智能社会协同、融合、共赢，引领智能社会”以机器人科技为代表的智能以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现时代产业蓬勃兴起，成为现时代科技创新的一个重要标志。科技创新的一个重要标志。2015年年11月月23日日33中国制造中国制造202520
22、25机器人是智能社会的一个重要切入点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。，正在改变人类的生产方式和生活方式。“发展机发展机器人已成为世界共识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。机器人将对全球科技创新和产业格局带来重大的影响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：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工业机器人使用量最大的地区，占
23、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年实现年实现“机器人革命机器人革命”。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”34p机械工程机械工程学科学科的现状的现状p德国工业德国工业4.04.0p中国制造中国制造20252025p合格机械工程师应具备的知识体系合格机械工程师应具备的知识体系3536373839404142
