机械工程前沿讲座

1 1 机械工程前 沿 近年来，机械工程学 科在各大领 域内取得了 一系列突破 性进展和原 创性成果，为 繁荣的经 济建设提供 了大量的理 论方法和实 践经验，对世界产生 了重要的影 响。 ， 对 ? 前 机械工程 前沿技术以 及机械工程 领域的发展 现状，综述了其重 要 进展和成 果，并对 国机 械工程的发 展趋势进行 了展望。 机械工程是 一门与机械 和动力生产 有关的工程 学科，它以有关的 自然科学和 技 术科学为 理论基础，结合生产实 践中的技术 经验，研究和解决 在开发、设计、制造、 安装、运用和修理 各种机械中 的全部理论 和实际问题 。 机械工程学 科包含以下 几个方面：机械制造及 其自动化机 械电子工程 、机械设 计及 理论、车辆工程和 仿生技术。机械工程的 服务领域广 阔而多面，凡是使用机 械、 工具，以至能源和 材料生产的 部门，无不需要机 械工程的服 务。概括说来，现代机 械工 程有五大服 务领域：研制和提供 能量转换机 械；研制和提供 用以生产各 种产品 的机 械；研制和提供 从事各种服 务的机械；研制和提供 家庭和个人 生活中应用 的机 械；研制和提供 各种机械武 器。 机械的发展 经历了从制 造简单工具 到制造由多 个零件、部件组成的 现代机械的 漫长过程。机械工程以 增加生产、提高劳动生 产率、提高生产的 经济性为目 标来研 制和 发展新的机 械产品。 随着世界的 进步、 国家的需求 和学科的发 展， 机械工程科 学 的发展出 现了以下显 著特点和趋 势：一方面，高技术领域 如光电子、微纳系统、航 空航 、生物医学、重大工程等 的发展，要求机械与 制造科学向 这些领域提 供更多 更好 的新理论、新方法和新 技术，因而出现和 发展着微纳 制造、仿生及生物 制造、 微电子制造 等制造科学 新领域；另一方面，随着机械与 制造科学与 信息科学、生命 科学、材料科学、管理科学、纳米科学技 术的交叉，除了推动着 机构学、摩擦学、 动力学、结构强度学 、传动学和设 计学的发展 外，还产生和发 展着仿生机 械学、纳 米摩擦学 、 制造信息学 、 制造管理学 等新的交叉 科学。 在未来的时 代， 新产品的研 制 将以降低 资源消耗，发展洁净的 再生能源，治理、减轻以至消 除环境污染 作为超经 济 的目标任务 。 2 机械工程学 科的定义及 范围 机械工程科 学是研究机 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 和制造科学 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。 制造科学涵 盖产品设计 、 成形制造(铸造成形、 塑性成形、 连接成形、 模具制造、 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 科学。 莫兹利；英国人，发明家，现代车床的发明人，被称为英国 机床工业之父。 1771 年 8 月 22 日 生于肯特郡伍利奇，1831 年 2 月 14 日 卒于伦敦。莫兹利于 797 年制 成 第一台螺 纹切削车床 ，它带有丝杆 和光杆，采用滑动刀 架——莫氏刀架和 导轨，可车削不同 螺 距的螺纹 。 亨利·福特被称为 “为世界装上 轮子的人”。 · 亨利福特于 1903 年 创立了福特 汽车 公司。1908 年 生产出世界 上第一辆 型车。1913 年 ,该公司又开 发出了世界 上第一条流 水线,缔造了一个 至 仍未被 打破的世界 纪录。 · 福特汽车标 志及他的第 一辆汽车 它旗下拥有 的汽车品牌 有阿斯顿.马丁 n)、福特(Ford)、捷豹 r)、路虎 )、林肯 ln)、马自达 )、水星 ry)。此外，还拥有世界 最大的汽车 信贷企业-福特信贷 t)、全球最大的 汽车租赁公 司-赫兹 )以及汽车服 务品牌 ty Care）。 流水线之前 ,汽车工业完 全是手工作 坊型的 . · 每装配一辆 汽车要 8 个人工小 时, 时汽车的 年产量大约 12 辆.这一速度远 不能满足巨 大的消费市 场的需求.所以使得汽 车成为富人 的象征. · 福特的梦想 是让汽车成 为大众化的 交通工具.所以,提高生产速 度和生产效 率是关键.只有 降低成 本,才能降低价 格,使普通百姓 也能买的起 汽车. · 少品种大批 量 以批量降低 成本 成本降低进 步扩大批量 流水线的形 成 3 · 1913 年 ,福特应用创 新理念和反 向思维逻辑 提出在汽车 组装中， 汽车底盘在 传送带上以 一 定速度从 一端向另一 端前行．前行中，逐步装上发 动机，操控系统，车厢，方向盘，仪表，车 灯，车窗玻璃、车轮，一辆完整的 车组装成了 ．第一条流水 线使每辆 型汽车的组 装时间由原 来 的 12 小 时 28 分钟 缩短至 秒钟，生产效率提 高了 8 倍！ 流水线是怎 样提高速度 的 · 流水线是把 一个重复的 过程分为若 干个子过程 ，每个子过程 可以和其他 子过程并行 运 作．福特的流水 线不仅把汽 车放在流水 线上组装，也花费大量 精力研究提 高劳动生产 率．福特 把装配 汽车的零件 装在敞口箱 里，放在输送带 上，送到技工面 前，工人只需站 在输送带两 边， 节省了来往 取零件的时 间．而且装配底 盘时，让工人拖着 底盘通过预 先排列好的 一堆零件，负 责装配的 工人只需安 装，这样装配速 度自然加快 了。他在一年之 中生产几十 万辆汽车，这个新 的系 统既有效又 经济.结果他把汽 车的价格削 减了一半，降至每辆 60 美元，1913 年 ,美国人均 收 入为 1 美元,1914 年 ,一个工人工 作不到四个 月就可以买 一辆 T 型车 。 流水线的意 义 · 它使产品的 生产工序被 分割成一个 个的环节，工人间的分 工更为细致 ，产品的质量 和产 量大幅 度提高,极大促进了 生产工艺过 程和产品的 标准化。制成品被大 量生产出来 ，尤其是多样 的日用品在 流水线上变 成了标准化 商品。汽车生产流 水线以标准 化、大批量生产 来降低生产 成 本，提高生产效 率的方式适 应了美国 时的国情，汽车工业迅 速成为美国 的一大支柱 产业。 是美国? 古 典管理学家，科学管理的 创始人，被管理界誉 为科学管理之 父。他从一名 学 徒工开始，先后被提拔 为车间管理 员，技师，小组长，工长，设计室主任 和总工程师 。 认为科 学管理的根 本目的是谋 求最高劳动 生产率，最高的工作 效率是雇主 和雇员达到 共同富裕 的 基础，要达到最高 的工作效率 的重要手段 是用科学化 的、标准化的管 理方法代替 经验管理。 认为最 佳的管理方 法是任务管理法， 在他的 主要著作《科学管理原 理》中所阐述了 科 学管理理 论，使人 认识 到了管理是 一门建立在 明确的法规 、条文和原则 之上的科学 。 的 科学 管理