序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電子機械工程論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

第1篇

關(guān)鍵詞:機械工程;創(chuàng)新設(shè)計;教學(xué)改革

在現(xiàn)有國內(nèi)高職學(xué)校的機械專業(yè)中,很少有關(guān)于機械設(shè)計創(chuàng)新的課程,致使很多從該專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生盡管具備相關(guān)的基礎(chǔ)知識卻難以從事創(chuàng)新的設(shè)計。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天,中國要想由“制造大國”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠?chuàng)造強國”,職業(yè)教育應(yīng)走在教育的前列。因此在《機械工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)中加強對學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng),是機械專業(yè)教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)形勢的發(fā)展,給學(xué)生創(chuàng)造良好的創(chuàng)新才能發(fā)揮環(huán)境,由教育部負(fù)責(zé)組織的全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽,以大賽為載體,在引導(dǎo)學(xué)生課外科技活動,促進(jìn)學(xué)生“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”方面起到了積極的推動作用。筆者結(jié)合教學(xué)與指導(dǎo)學(xué)生參加比賽經(jīng)驗,談?wù)勗凇稒C械工程基礎(chǔ)》教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主線設(shè)置課程內(nèi)容

眾所周知,一個產(chǎn)品的優(yōu)劣關(guān)鍵在于設(shè)計,而設(shè)計的本質(zhì)在于創(chuàng)新。但是,傳統(tǒng)《機械工程基礎(chǔ)》課程只注重向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論知識,而忽略了工程意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),致使許多學(xué)生學(xué)完了課程,仍然對機械沒有一個完整的認(rèn)識。因此教學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置要保證學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),必須把能力培養(yǎng)放在首位,以新的思維方式創(chuàng)造性地解決問題,提高未來職業(yè)變化的應(yīng)變能力。為此,我們對《機械工程基礎(chǔ)》課程進(jìn)行改革,新增機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容,建立以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新設(shè)計能力為主的新體系。

按照高職機械類大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)以及歷次創(chuàng)新大賽的比賽要求,我們把課程分為理論授課和實踐操作兩部分。理論部分的內(nèi)容主要介紹機械學(xué)科發(fā)展的新方向、新內(nèi)容,講解創(chuàng)新設(shè)計的方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力,向?qū)W生提供創(chuàng)新思維方法,通過大量實際機械創(chuàng)新設(shè)計的示例分析,開闊學(xué)生的思路,拓寬學(xué)生的知識面和視野,激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,調(diào)動學(xué)生的積極性,提高學(xué)生的獨立工作和解決實際問題的能力。為達(dá)到上述要求,新增機械創(chuàng)新課程的內(nèi)容包括:①機械創(chuàng)新方法與大學(xué)生創(chuàng)新能力體系結(jié)構(gòu);②創(chuàng)新產(chǎn)品的市場調(diào)研與開發(fā);③創(chuàng)新產(chǎn)品的方案設(shè)計;④CAD軟件在創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用;⑤機械產(chǎn)品機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn);⑥創(chuàng)新產(chǎn)品的制造。學(xué)生通過《機械工程基礎(chǔ)》創(chuàng)新設(shè)計課程的學(xué)習(xí),不僅要掌握這些階段所需的基本理論知識,還應(yīng)掌握其現(xiàn)代設(shè)計的基本方法,創(chuàng)新設(shè)計的基本思路。因此需要明確課程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識和綜合創(chuàng)新設(shè)計能力方面的任務(wù)。如機械原理課程由傳統(tǒng)的以機構(gòu)分析為主轉(zhuǎn)向以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為主,突出機構(gòu)設(shè)計的思想,加強機械運動方案設(shè)計的內(nèi)容,強化機電一體化思路,介紹氣、液、電驅(qū)動的機構(gòu)和機電一體化的執(zhí)行機構(gòu),以開闊學(xué)生的思路。

實踐操作部分是讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的初步訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、產(chǎn)品開發(fā)和制作能力。比如軟件知識、電腦仿真技術(shù)、動畫模擬、產(chǎn)品的市場調(diào)研和前景分析、制作產(chǎn)品的先進(jìn)加工方法、與人溝通和演講技巧、團結(jié)協(xié)作精神等。讓學(xué)生有動手訓(xùn)練機會,學(xué)生以組為單位在教師指導(dǎo)下,親自參與到產(chǎn)品的設(shè)計制作與過程中,使他們在實踐中學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)中再實踐,將“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”落實到實處,有效彌補了學(xué)生在知識應(yīng)用及動手能力上的不足,極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

二、發(fā)揮教師主導(dǎo)與學(xué)生主體作用,營造培養(yǎng)創(chuàng)新能力的環(huán)境

教師應(yīng)該激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的積極性,激發(fā)學(xué)生主動參與課堂教學(xué),成為課堂的主人,變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”,讓學(xué)生積極主動地參與教學(xué)的全過程。教師對每堂課的教學(xué)過程,從頭到尾要精心設(shè)計,別出心裁,努力嘗試將問題教學(xué)法、情景教學(xué)法、范例教學(xué)法、探索教學(xué)法等多種教學(xué)方法引入課堂,向?qū)W生講授創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造原理、常用創(chuàng)新技法、機械創(chuàng)新設(shè)計方法及創(chuàng)新設(shè)計典型實例分析等內(nèi)容;讓學(xué)生了解機械領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢,找出有創(chuàng)意的機械產(chǎn)品進(jìn)行分析,讓學(xué)生感到新奇獨特;激發(fā)學(xué)生對周圍所熟悉的問題或物品進(jìn)行分析、探索,使學(xué)生打破思維定勢,提出改進(jìn)的思路。比如,機械設(shè)計課程改革了過去僅羅列常用零部件的繁雜內(nèi)容,建立以機械傳動方案設(shè)計、機械零部件的工作性能設(shè)計、類比設(shè)計、改造設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計的授課內(nèi)容,學(xué)生在老師的引導(dǎo)下,應(yīng)用先進(jìn)的計算機輔助設(shè)計軟件,進(jìn)行執(zhí)行機構(gòu)和傳動機構(gòu)的運動分析、動力分析的仿真與方案比較,以及零部件的三維造型設(shè)計,不僅可以大大節(jié)省分析計算和方案比較時間,而且直觀、形象、準(zhǔn)確,還可以提高學(xué)生的空間想象力,這樣激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的興趣。在導(dǎo)學(xué)上下工夫,注重學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo),教會學(xué)生思維方法,對典型的有創(chuàng)意的產(chǎn)品進(jìn)行拆裝實驗,分析其創(chuàng)新點,總結(jié)創(chuàng)新的思路和方法,完成小論文、研究報告、創(chuàng)新作品。學(xué)生對這些問題充滿好奇和求知欲,因此會積極地去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題。學(xué)生在這種環(huán)境中充分發(fā)揮自己的想象力,激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計的興趣和欲望,提高了創(chuàng)新設(shè)計的能力。

三、課程教學(xué)特點

1.課程采取理論與實踐相結(jié)合的方式,突出綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練

學(xué)生既要學(xué)習(xí)理論知識,又要主動去動腦筋想方案,更要親自動手,全方位鍛煉自己的能力。如為培養(yǎng)學(xué)生機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的能力,我們開設(shè)了“機構(gòu)系統(tǒng)綜合實驗”。學(xué)生可將自己創(chuàng)新設(shè)計的執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)的方案,通過搭接組裝,使創(chuàng)新設(shè)計的方案模型化、實體化,并可驗證方案的可行性。再如,為提高學(xué)生對機械系統(tǒng)的總體認(rèn)識,我們開設(shè)了“機械系統(tǒng)方案綜合實驗”。學(xué)生自行設(shè)計、自己動手完成包括原動機、傳動裝置和執(zhí)行機構(gòu)的簡單機械系統(tǒng)的組裝,形成一個完整的機械系統(tǒng)的概念。學(xué)院數(shù)控加工教學(xué)中心承擔(dān)了機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的大部分作品制作工作,制作中的簡單零件,由學(xué)生在教學(xué)中心的鉗工車間依靠有經(jīng)驗的師傅輔助完成,較復(fù)雜的零件,自己首先編寫好數(shù)控加工程序,在具體操作師傅的監(jiān)督下,在數(shù)控車床、數(shù)控銑床上完成加工。同時,加工師傅協(xié)助學(xué)生完成加工零件的工序設(shè)計、檢測方法設(shè)計和裝配的調(diào)整等工作。作品的制作鍛煉了學(xué)生的動手能力和對工藝知識的理解。

2.改進(jìn)作業(yè)內(nèi)容與考核方式

針對過去側(cè)重典型零部件分析的機械設(shè)計作業(yè),我們改為以設(shè)計為主的簡單機械設(shè)計訓(xùn)練。學(xué)生通過調(diào)查、查閱資料,設(shè)計出了多種具有實際價值的作品,如汽車用千斤頂、單一螺旋千斤頂、手動剝殼器、腳踏式拖把擰干器、滅火拖把等。通過各種方案的設(shè)計比較,學(xué)生不僅掌握了傳動方案的設(shè)計方法,開闊了眼界,同時培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計的能力。課程結(jié)業(yè)時,最后提交的作業(yè)是小組集體創(chuàng)作的完整的方案設(shè)計書或作品,由教師進(jìn)行評比和打分。評選方式與國家組織的機械創(chuàng)新大賽相同,要求有:書面的設(shè)計計劃書,內(nèi)容涵蓋作品的創(chuàng)新點、設(shè)計計算說明書、產(chǎn)品市場定位、開發(fā)產(chǎn)品的市場前景等;電腦制作的產(chǎn)品仿真動畫圖、CAD制作裝配圖、三分鐘視頻講解;小組答辯,接受教師和專家的提問等等。最后評出一、二、三等獎,再給出創(chuàng)新學(xué)分。不對學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的書面考試,而是采取讓學(xué)生以組為單位交一份“作業(yè)”,內(nèi)容是學(xué)生自主設(shè)計或制作一件作品,既讓學(xué)生在輕松的氣氛中學(xué)習(xí),又啟發(fā)和調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性,鍛煉他們的動手能力,提高他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

3.訓(xùn)練學(xué)生的團隊合作精神

我們強調(diào)要團結(jié)協(xié)作,要求學(xué)生分組學(xué)習(xí),組成4～5人的團隊,小組成員不受班級的限制,男女搭配,但必須是相同的專業(yè),分工協(xié)作。各團隊在隊長的領(lǐng)導(dǎo)下,開展與設(shè)計有關(guān)的各項工作,如設(shè)計方案討論分析、方案的工藝計算、設(shè)計結(jié)構(gòu)的討論等等,這樣可以讓學(xué)生在設(shè)計中得到充分交流。因為每一名學(xué)生都不可能很完美,但也不可能是一無是處,只要運用好每個人的長處,精誠團結(jié),飽含創(chuàng)新的熱情,擁有那份自信,團員之間相互溝通協(xié)作,那么這個團隊的工作效率就是最高的,完成項目過程的可操作性強的概率就大,同時學(xué)生能力在團隊中得到盡情施展。團隊合作的基礎(chǔ)之一就是建立信任,要建設(shè)一個具有凝聚力并且高效的團隊,第一個且最為重要的一個步驟,就是建立信任。團隊的精神是平時一點一滴積累的,團隊精神就是團結(jié)、協(xié)調(diào)。只有擁有團隊精神,一個團隊才能集思廣益,凝聚一起,那么作任何事都會事半功倍。隊長要懂得如何分工協(xié)調(diào),他不僅要求自己進(jìn)步,還要做到整個團隊所有成員共同進(jìn)步。為了這個目標(biāo),團隊所有成員必須營造一個有利于學(xué)習(xí)討論的和諧環(huán)境,在一次次討論后同學(xué)們的思路越來越清晰,方案越來越完善,大家心往一處想,勁往一處使,相互鼓勵,那么在這個團隊面前就沒有克服不了的困難。

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的途徑還有很多,教師在教學(xué)中要根據(jù)不同的課程、不同的知識點靈活運用、合理選擇。當(dāng)然,任何一種方法都不是萬能的,但只要教師轉(zhuǎn)變教育觀念,用創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)新,用創(chuàng)新激發(fā)創(chuàng)新,及時捕捉和誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的靈感,一切從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維出發(fā),學(xué)生的創(chuàng)造能力就一定能得到提高。

參考文獻(xiàn):

[1] 陳潔營,馬慧勇.論大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].中國成人教育,2008,(4).

[2] 李志江.機械制造工藝基礎(chǔ)教學(xué)方法探討[J].考試周刊,2008,(51).

第2篇

關(guān)鍵詞：問題； 先進(jìn)制造技術(shù)； 前沿科學(xué)； 應(yīng)用前景

論文

制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。專家認(rèn)為，世界上各個國家經(jīng)濟的競爭，主要是制造技術(shù)的競爭。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。隨著經(jīng)濟技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進(jìn)制造技術(shù)的研究。

1 當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題

當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題主要集中在以下幾方面：

（1）制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運行機制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。

（2）為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開發(fā)和制造的關(guān)鍵問題。例如在計算機輔助設(shè)計與制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測量(CMM)和機器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實空間(3-Real Space)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理問題；在測量和機器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間

(配置空間Configuration Space)的幾何計算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機器人多指抓取規(guī)劃、裝配運動規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw Space)進(jìn)行幾何推理。制造過程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科--計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。

（3）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個重點。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進(jìn)一步突破。

（4）各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進(jìn)化算法的計算智能工具，在包括調(diào)度問題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計、智能加工、機器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。

這些問題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問題。這些問題的重點突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究體系。

2 現(xiàn)代機械工程的前沿科學(xué)

不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進(jìn)步對科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

超聲電機、超高速切削、綠色設(shè)計與制造等領(lǐng)域，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機械科學(xué)問題還不明朗。大型復(fù)雜機械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機器人及其動力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯(lián)軸機床、微型機電系統(tǒng)等領(lǐng)域國內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待解決。

信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機械和納米制造科學(xué)、仿生機械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會是21世紀(jì)機械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。

2．1 制造科學(xué)與信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)

機電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對制造技術(shù)開始探索產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。

與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容：

(1) 制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識和決策轉(zhuǎn)化。

(2) 非符號信息的表達(dá)、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)問題。

這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。

2．2 微機械及其制造技術(shù)研究

微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個紅細(xì)胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

微機械是機械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機械的設(shè)想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~120μm的硅微型靜電電動機，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21世紀(jì)對世界科技、經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機械的發(fā)展令人矚目。其特點如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實的和潛在的應(yīng)用價值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊伍，微型機電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，涉及電子工程、機械工程、材料工程、物理學(xué)、化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。轉(zhuǎn)貼于

目前對微觀條件下的機械系統(tǒng)的運動規(guī)律，微小構(gòu)件的物理特性和載荷作用下的力學(xué)行為等尚缺乏充分的認(rèn)識，還沒有形成基于一定理論基礎(chǔ)之上的微系統(tǒng)設(shè)計理論與方法，因此只能憑經(jīng)驗和試探的方法進(jìn)行研究。微型機械系統(tǒng)研究中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題有微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性和生化特性等。微系統(tǒng)的研究正處于突破的前夜，是亟待深入研究的領(lǐng)域。

2．3 材料制備／零件制造一體化和加工新技術(shù)基礎(chǔ)

材料是人類進(jìn)步的里程碑，是制造業(yè)和高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。每一種重要新材料的成功制備和應(yīng)用，都會推進(jìn)物質(zhì)文明，促進(jìn)國家經(jīng)濟實力和軍事實力的增強。21世紀(jì)中，世界將由資源消耗型的工業(yè)經(jīng)濟向知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的設(shè)計實現(xiàn)定量化、數(shù)字化；要求材料和零件的制備快速、高效并實現(xiàn)二者一體化、集成化。材料和零件的數(shù)字化設(shè)計與擬實仿真優(yōu)化是實現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造及二者一體化、集成化制造的關(guān)鍵。一方面，通過計算機完成擬實仿真優(yōu)化后可以減少材料制備與零件制造過程中的實驗性環(huán)節(jié)，獲得最佳的工藝方案，實現(xiàn)材料與零件的高效優(yōu)質(zhì)制備／制造；另一方面，根據(jù)不同材料性能的要求，如彈性模量、熱膨脹系數(shù)、電磁性能等，研究材料和零件的設(shè)計形式。進(jìn)而結(jié)合傳統(tǒng)的去除材料式制造技術(shù)、增加材料式覆層技術(shù)等，研究多種材料組分的復(fù)合成形工藝技術(shù)。形成材料與零件的數(shù)字化制造理論、技術(shù)和方法，如快速成形技術(shù)采用材料逐漸增長的原理，突破了傳統(tǒng)的去材法和變形法機械加工的許多限制，加工過程不需要工具或模具，能迅速制造出任意復(fù)雜形狀又具有一定功能的三維實體模型或零件。

2．4 機械仿生制造

21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，機械科學(xué)和生命科學(xué)的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品(如智能仿生結(jié)構(gòu))，開發(fā)出新工藝(如生長成形工藝)和開辟一系列的新產(chǎn)業(yè)，并為解決產(chǎn)品設(shè)計、制造過程和系統(tǒng)中一系列難題提供新的解決方法。這是一個極富創(chuàng)新和挑戰(zhàn)的前沿領(lǐng)域。

地球上的生物在漫長的進(jìn)化中所積累的優(yōu)良品性為解決人類制造活動中的各種難題提供了范例和指南。從生命現(xiàn)象中學(xué)習(xí)組織與運行復(fù)雜系統(tǒng)的方法和技巧，是今后解決目前制造業(yè)所面臨許多難題的一條有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長與自進(jìn)化等功能結(jié)構(gòu)和運行模式的一種制造系統(tǒng)與制造過程。如果說制造過程的機械化、自動化延伸了人類的體力，智能化延伸了人類的智力，那么，"仿生制造"則可以說延伸了人類自身的組織結(jié)構(gòu)和進(jìn)化過程。

仿生制造所涉及的科學(xué)問題是生物的"自組織"機制及其在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用問題。所謂"自組織"是指一個系統(tǒng)在其內(nèi)在機制的驅(qū)動下，在組織結(jié)構(gòu)和運行模式上不斷自我完善、從而提高對于環(huán)境適應(yīng)能力的過程。仿生制造的"自組織"機制為自下而上的產(chǎn)品并行設(shè)計、制造工藝規(guī)程的自動生成、生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)條件。

仿生制造屬于制造科學(xué)和生命科學(xué)的"遠(yuǎn)緣雜交"，它將對21世紀(jì)的制造業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。

仿生制造的研究內(nèi)容目前有兩個方面：

2．4．1 面向生命的仿生制造

研究生命現(xiàn)象的一般規(guī)律和模型，例如人工生命、細(xì)胞自動機、生物的信息處理技巧、生物智能、生物型的組織結(jié)構(gòu)和運行模式以及生物的進(jìn)化和趨優(yōu)機制等；

2．4．2 面向制造的仿生制造

研究仿生制造系統(tǒng)的自組織機制與方法，例如：基于充分信息共享的仿生設(shè)計原理，基于多自律單元協(xié)同的分布式控制和基于進(jìn)化機制的尋優(yōu)策略；研究仿生制造的概念體系及其基礎(chǔ)，例如：仿生空間的形式化描述及其信息映射關(guān)系，仿生系統(tǒng)及其演化過程的復(fù)雜度計量方法。

機械仿生與仿生制造是機械科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的高度融合，其研究內(nèi)容包括生長成形工藝、仿生設(shè)計和制造系統(tǒng)、智能仿生機械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎(chǔ)研究的特點，如果抓住機遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。今后應(yīng)關(guān)注的研究領(lǐng)域有生物加工技術(shù)、仿生制造系統(tǒng)、基于快速原型制造技術(shù)的組織工程學(xué)，以及與生物工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)等。 3 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

20世紀(jì)90年代以來，世界各國都把制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，如美國的先進(jìn)制造技術(shù)計劃AMTP、日本的智能制造技術(shù)（IMS）國際合作計劃、韓國的高級現(xiàn)代技術(shù)國家計劃(G--7)、德國的制造2000計劃和歐共體的ESPRIT和BRITE-EURAM計劃。

隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，市場需求個性化與多樣化，未來現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、綠色集成化、全球化的方向發(fā)展。

當(dāng)前現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢大致有以下九個方面：

(1) 信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式會獲得不斷發(fā)展。

(2) 設(shè)計技術(shù)與手段更現(xiàn)代化。

(3) 成型及制造技術(shù)精密化、制造過程實現(xiàn)低能耗。

(4) 新型特種加工方法的形成。

(5) 開發(fā)新一代超精密、超高速制造裝備。

(6) 加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。

(7) 實施無污染綠色制造。