直接影响我国制造业发展机械工程技术难题的几大因素

　　未来20年是我国制造业实现由大变强，确立在世界领先地位的关键历史时期，中国机械工程学会组织编写了《中国机械工程技术路线图》，不仅提出11个领域的技术路线图，而且在其基础上凝练出若干能影响到机械工业，以至制造业发展进程的重大、前沿性、标志性的几大技术问题。

　　1、 复杂系统的创意、建模、优化设计技术

　　建模、仿真、优化及协同管理是机械设计技术不变的核心和关键。复杂机电系统拥有复杂的层次结构，组成复杂系统的各分系统、子系统与元素之间既相对独立，又相关联，上级系统拥有下级系统不具备的属性和功能。复杂机电系统往往是机、电、液、控等多领域物理与信息技术的高度融合，具有多层次、多目标、多时空、高维度、非线性、不确定性、开放性等特征。随着计算、通信、感知、控制等技术的相互融合，复杂机电系统将进一步呈现出智能化、网络化、复合化、分布式和嵌入式等技术特征。

　　基于CPS的复杂技术系统建模、仿真和优化技术的发展和普及将大大加速汽车、航空航天、国防、工业自动化、精密仪器、重大基础设施等领域装备的转型升级，不断提高其市场竞争力；将催生出众多具有计算、通信、控制、协同和自治性能的功能产品，甚至产生新的行业。

　　2、 零件成形技术

　　零件成形技术是指应用先进的成形工艺、严格的几何尺寸（控形）和内在质量控制（控性）技术，生产高几何尺寸精度、高内在质量的零件或零件毛坯的先进制造技术。零件成形技术的先进性体现在：（1）节约材料与能源：材料利用率一般较传统的成形工艺提高20%－40％，冷精锻成形可使材料利用率提高到98％以上，铸造成形技术也可达到90%以上。塑性成形技术大多数是在室温下实施的，免除了加热工序，节约了加热能量，大大减少了零件生产过程的能量消耗。（2）免除或减少成形后续加工：净成形零件的几何形状与尺寸，已全部达到零件的使用要求，成形后即可使用，完全免除后续加工；近净成形产品，关键部位已达到使用要求，不需后续加工，一般可节约加工工时50％以上；精密成形产品，一部分尺寸已满足使用要求，其余部分留有较小的加工余量，一般可减少加工工时30％以上。（3）提高零件的内在质量：成形过程中还同时考虑通过控制温度、压力、流体场、电磁场等外部载荷的施加，使得终零件达到相应的性能。因此，发展零件成形技术，对机械工业节约资源、能源和环境友好，实现可持续发展意义重大。

　 3、大型结构件成形技术

　　大型铸、锻、焊结构件是大型装备中的关键核心构件，其受力繁重，工况特殊，安全可靠性与技术要求极高。大型结构件的成形制造涉及冶金、铸造、锻造、焊接、热处理等多种制造工艺，制造过程复杂，技术含量高，涉及众多学科领域的集成。

　 4、 高速精密加工技术

　　机械工业，特别是汽车工业的发展对生产效率提出了更高的要求，提高效率的一条重要途径是提高加工的速度，实现高速化。同时，航空航天等领域某些特殊难加工材料也必须采用高速加工才能达到设计要求。国际上，金属切削机床的主轴转速已达到20000r/min、进给速度高可达100m/min、加速度1g。

　　高速精密加工具有生产效率高、加工精度高、表面质量高和生产成本低的优点。高速切削刀具的发展改变了加工工艺，“以切代磨”使加工后的表面质量提高，可直接加工硬度达50-60HRC的淬硬材料。另一方面，强力成型磨削工艺可实现“以磨代切”，一次磨削25～32mm，比普通磨床要快数百倍。高速精密加工正成为机械工业应用广泛的加工方法之一，在航空航天、汽车及零部件、模具等行业发展迅速，高速高精密数控机床在这些行业中将逐渐占主导地位。与此同时，新型刀具如超硬刀具、新型涂层刀具层出不穷，使得高速高效切削条件下刀具寿命显着增长，将进一步拓展高速精密切削技术的应用范围。

　  5、微纳器件与系统（MEMS）

　　微纳器件与系统是利用微纳和精密加工技术，集约电子、机械、材料、控制等新技术发展，针对物联网、生物、医疗、汽车、机械制造等产业的需求，研制能够解决传感、测量、驱动、能源等问题的器件、部件和系统。目标是以批量制造技术生产低成本、高精度、高可靠性的微纳器件，拓展终端产品功能，提高终端产品性能，降低终端产品功耗和成本。

　　微纳器件与系统的主要特征是：微型化。器件特征结构尺寸范围0.1mm-1mm。集成化。集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通讯和电源等于一体。高性能。体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短、性能稳定。批量化。有利于大批量生产，降低生产成本。

　   6、智能制造装备

　　智能制造装备是注入了数字化技术和智能化技术的制造设备，是实现智能制造的核心载体，其主要特征是：对制造过程状况（工况或环境）实时感知、处理和分析能力；实时辨识和预测制造过程状况变化的能力；根据制造过程状况变化的自适应规划、控制和动态补偿能力；对自身故障自诊断、自修复能力；对自身性能劣化的主动分析和维护能力；具有参与网络集成和网络协同的能力。智能制造装备是制造技术、计算机技术、控制技术、传感技术、信息技术、网络技术以及智能化技术的有机结合体，是实现高效、高品质、安全可靠的成形加工和生产的新一代制造装备。

　　未来智能制造的产品主要是：智能机床/智能加工中心；智能机器人；智能成形设备；特种智能制造装备。

　    7 、智能化集成化传动技术

　　智能化集成化传动技术是指将传统的动力传动技术与数字技术、信息技术、总线技术、网络技术相融合，实现液压/气动/密封、齿轮、轴承等传动件在线实时控制、在线监测、自我诊断、自我修复及多种元件与功能的集成。智能化集成化传动将提高产品性能、简化系统、提高系统柔性，提升传动效率、产品安全性、可靠性，是机械传动技术和传动件发展的重要方向。

　　关键基础件是现代装备发展的基础，特别是高效、能耗低、长寿命、高安全性、高可靠性、高精度、高功率密度、适应复杂环境苛刻要求的传动件是未来需要大力发展的产品。现代重大装备装机功率越来越大，工作环境越来越严酷，结构越来越复杂，对传动系统的平稳性、准确性、位置、速度、柔性等技术要求越来越高，智能化、集成化的传动技术和传动元件能适应这些发展的要求，是装备制造业的关键核心技术，对提升我国关键基础件自主能力，突破重大装备自主化发展瓶颈起着重要作用。

　　智能化集成化传动的特点：（1）具有在线监测、自诊断、自维护功能；（2）可实现远程在线实时控制；（3）是多种元器件（包括传感器、传动件、控制元件、执行元件、软件或数据库）的集成和多种功能的集成；（4）即插即用。是指快速简易安装传动组件即可投入使用，而不需安装驱动程序或重新配置系统。

　   8、 数字化工厂

　　数字化工厂是利用数字化技术，特别是泛在网络（包括互联网、物联网和无线网）技术，实时获取工厂内外相关数据和信息，集成相关人员知识，智慧地进行产品设计、生产、管理、销售、服务的现代化工厂模式。目标是使供应链、工厂和加工单元的效率高、对环境的不良影响小、员工和用户的满意度高。

　　　

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