发展我国现代制造科学的设想

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1、现代制造科学前沿探讨雷源忠黎明国家自然科学基金委员会工程与材料科学部北京100083，Email:Leiyz@rose.nsfc.gov.cn摘要：21世纪的制造面临着市场、信息、环境和资源的严峻挑战。先进制造技术必须面对这种挑战。现代制造科学是先进制造技术的理论基础，它的灵魂和生命在于创新。现代制造科学是微电子、计算机、自动化、网络通讯等信息科学、管理科学、生命科学、材料科学与机械工程和制造科学的交叉。这些交叉研究将产生一系列现代制造科学的前沿―――制造信息学、纳米制造科学、仿生制造科学、制造管理科学。我们的任务是鼓励和

2、推进这种交叉研究，发展和完善现代制造科学，同时向制造业提供先进的理论、方法和技术。关键词：制造科学学科交叉科技创新前言：机械学科十年来支持了一大批交叉学科的重大、重点项目，例如与管理科学部、信息科学部交叉的重大项目“先进制造技术中的若干基础性研究”、与生命科学部交叉的重点项目“生物脱附与机械仿生”、与材料科学交叉的重点项目“非理想材料的超塑性成形”，此外，还支持了一大批交叉学科的面上项目，取得了丰硕的成果。例如：（1）北京邮电大学机械系章继高教授等在国家自然科学基金连续资助下从事电接触可靠性研究。电接触可靠性的研究涉及材料

3、科学、摩擦学、电子学、化学等科学。属基础边缘学科研究。章继高教授在该领域的研究工作取得了重要进展，连续在国内外刊物和会议上发表了一系列有重要发现的论文，得到国内外同行专家的评论和称赞，北京被誉为电接触研究的世界学问中心。该项成果获得了国家自然科学三等奖并得到了美国AMP公司80万美元的再资助。其研究成果用于电接触器件的制造，不仅提高了可靠性，而且节省了相当数量的黄金，产生了重要的经济效益。（2）快速原型制造（RPM）是一种简捷的计算机快速堆积成形制造技术，是计算机、微电子科学、光学、材料科学与机械科学的交叉，是制造科学中一

4、个重要的发展方向。清华大学颜永年教授、华中理工大学黄树槐教授等在LOM、FDM等RPM方法的研究上各具特色，都获得了重要进展。清华大学颜永年教授等在快速成型的离散/堆积原理的数学描述与建模中创造性地提出了能量场的概念和理论，提出并开发了无木模铸型制造、无陪烧陶瓷型精密铸造、RP功能集成概念和技术，研制成了世界上最大的LOM双扫描成型机并已提供给国内的汽车企业，研制的多功能快速成型机已打进了国际市场，（3）微型机械制造涉及机械、电子、材料、物理、化学诸多科学领域。中科院长春光机所王立鼎院士和清华大学周兆英教授等在微型泵阀、微

5、型马达等研究领域取得重要进展，研制了微马达、微流量传感器、微阀和微泵等十余种微器件，在国际上首先开展了微管正反向流过流特性、微构件机械特性研究（如硅微梁的疲劳实验研究），论文发表后受到了国内外同行专家的高度评价，同时为国家有关部门研究开发微米－纳米技术奠定了基础。（4）生物脱附和机械仿生是一个很有代表性的学科交叉研究领域。挖掘机、推土机、拖拉机等地面机械在工作时由于粘土附着严重地影响了作业的效率而成为一大难题。从事地面机械研究的专家任露泉教授等经过长期的摸索，深入研究了土壤动物表面的脱粘特性及其规律，例如他们首次发现并研究

6、了蜣螂等动物的非光滑表面减阻脱附的特性，发表的论文多次被SCI、EI收录和引用。他们设计制造了新的仿生拖拉机犁铧表面，由于降低了犁耕阻力，使能耗减少了10－15％。可以预见，信息科学、生物科学、纳米科学、制造科学和管理科学将是21世纪的5个主流科学、由此产生的高新技术及其产业将改变世界。机械工程科学与计算机、微电子、自动化等信息科学、生命科学、材料科学、管理科学等学科的交叉是机械工程学科发展的趋势，也是现代制造科学形成和发展的必然之路。从事机械工程科学研究的专家、学者应当充分认识到这种趋势，在机械工程与信息科学、生命科学和

7、管理科学的交叉研究中推动学科的前进。现代制造科学是多学科交叉的的新学科我们这里讨论的制造不仅仅指机械制造，它应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，即所谓的“大制造”，或广义制造。它的基本特点是：大制造、全过程、多学科。从制造方法看，它不仅指机械加工方法，还应包括高能束加工方法、硅微加工方法、电化学加工方法等。所谓“全过程”，不仅指从毛坯到产品的加工制造过程，它包括产品的市场信息分析、产品决策、产品的设计、产品的加工和制造过程、产品的销售和售后服务、报废产品的处理和回收、以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。现

8、代制造科学是多学科交叉的学科，它涉及到以下的领域：ò计算机学科、半导体学科中微电子器件和计算机器件的设计与制造；ò自动化学科的制造过程和制造系统控制理论方法；ò光学和光电子学科的器件和仪器设计与制造、光电测试理论与方法；ò机械工程学科零件和机器的设计制造理论方法、机械构件及机电系统性能的模拟仿真；ò管理