制造面临新挑战及制造科学中学科交叉.pdfVIP

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 “the Mount Everest of Kinematics, 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