制造面临的新挑战及制造科学中的学科交叉

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1、制造面临的新挑战及制造科学中的学科交叉北京100083国家自然科学基金委员会工程与材料科学部雷源忠摘要：制造业的竞争和发展依赖于先进制造技术，而制造科学是先进制造技术的源泉。国家自然科学基金委员会资助的制造科学研究项目，已经在制造领域的理论、方法和技术诸方面取得了显著的进展，有的已经在制造业中发挥了重要的作用。今天的制造业面临着社会、市场、环境和资源的严峻挑战，制造科学如果要有大的发展，它必须考虑由此带来的一系列科学问题，同时必须重视其与信息科学、管理科学和生命科学的有机交叉融合。关键词：制造科学学科前沿学科交叉1.制造科学基金资助成果简介制造，在人类的起源和发展史

2、上，它曾经是区别人和动物的主要特征；今天，它是一个国家走向富强的源泉。制造技术是提高制造业市场竞争力的主要法宝。先进制造技术（AMT）是在制造系统和制造过程中有机融合并有效应用微电子、信息、管理、材料、能源等现代科学技术，优质、高效、低耗、清洁、及时地制造出市场需求的产品的先进工程技术的总称。制造科学是现代制造技术发展的必然结果，同时它又是制造技术的强大支撑和基础.建国以来，中国政府十分重视制造业、制造科学和技术的发展，先后实施了一系列振兴制造的战略和措施，使中国从一个连针都要靠进口的国家发展为能制造各种机电产品的中等发达的工业强国。进入20世纪80年代，国家自然科

3、学基金委员会（NSFC）成立以后十分重视制造工程科学的研究。在NSFC“九五”优先资助领域中，“先进制造技术基础”被列为委级优先资助领域，十一年来在设计制造（AMT）领域先后资助了一大批重大、重点和面上项目。以机械学科为例，资助的重点、重大项目有18个，面上项目1,200多个。资助的重点、重大项目列举如下：机械制造若干关键技术基础、三峡水轮发电机组关键技术的基础性研究、松软地面仿生机械理论与技术基础、典型机械系统设计理论与方法、典型机械摩擦学理论与应用、大型铸锻件模拟技术与质量控制、超精密加工系统理论与技术、智能制造技术基础、材料精密成形、微型机械制造、金属模具快速

4、成形、智能机械结构及系统、面向机械系统的广义优化设计、焊接机器人系统优化及焊接质量控制、激光加工理论与关键技术、快速重组制造系统研究、质量监控、溯源的理论与技术。上述项目在理论、方法和技术等方面取得了一系列有重要创新意义和应用价值的成果，在国内外核心刊物上发表论文5,000余篇、专著100余部、获国家和省部级奖励200余项、基础研究已经转化为高水平的应用成果200余项、直接和间接经济效益数十亿元、培养博士和硕士2000余人。在推进我国制造科学、制造技术和制造业发展中起到了重要的基础和先导作用。十年资助，成果累累。篇幅所限，仅举8例:1（1）机构学研究的创新成果为多自

5、由度工业机器人和六足机床的设计和制造奠定了基础。7R单环空间多杆机构的运动分析在机构分析领域中被国际学术界权威F.Freudenstein喻为“theMountEverestofKinematics,机构学中的珠穆朗玛峰”，被中国邮电大学年轻的学者在国家科学基金资助下创造性地采用新矢量结和酉交矩阵法攻克，解决了全部难题，获得了自然科学奖。空间多环并联机构的运动学和动力学是并联机器人和多足机床的设计基础，基金委从1986年就开始支持这一领域的研究，填补了我国这个领域的空白，在理论上有重要的突破并达到国际先进水平。上述理论成果的创新不仅带动了机构学研究的进步，同时为多自

6、由度工业机器人和多足机床的设计和制造奠定了有力的基础。在基金支持下研究用于磨削钻头的六足数控机床颇有创意和特色。（2）快速原型制造（RPM）是一种简捷的计算机快速制造模式，代表了制造技术的一个重要的发展方向。从1992年起，基金委开始立题研究，现在已资助了清华大学、华中理工大学西安交通大学等20多个面上和重点项目，在SLA、LOM、FDM等方法上获得重要进展。清华大学研制的多功能快速成型机、华中理工大学研制的LOM成型机已打进了新加坡、泰国等国际市场。（3）大型铸锻件的质量一直是我国制造领域中的一个难题。清华大学等单位承担的重点基金项目“大型铸锻件的模拟技术和质量控

7、制”创造性地采用了三维模拟和仿真技术，成功的进行了包括铸造过程流场、温度场、应力场、微观组织和机械性能的多学科计算机仿真；并用自主创新的高温云纹法、热物理模拟法和声显微镜等探讨了大型锻件裂纹的萌生、扩展、断裂和修复规律，这些成果已开始应用到大型铸锻件和汽车零部件的生产实际中，产生了很大的经济和社会效益。（4）微米－纳米加工技术泛指微小机电系统的加工制造技术。这类微小设备和仪器在军事、医疗及其他民用领域均有广泛用途，因而是现代制造的一个重要发展方向。微米纳米加工技术涉及机械、电子、物理和化学诸多领域。国家自然科学基金委员会十年来先后资助面上项目100余个，重点项目