我国制造技术的研究现状与展望

2015-08-15魏珊珊徐州生物工程职业技术学院江苏徐州221006

科技视界 2015年3期

魏珊珊（徐州生物工程职业技术学院，江苏徐州 221006）

0 引言

21世纪人类社会主要面临四大问题：气候变暖、资源枯竭、人口增加、环境恶化。随着时间的推移，这些问题将变得越来越严峻而不可逾越。人们将会发现：生态(地球的保护和人类生存环境)可能比经济更为重要[1]。

我国作为能源消耗大国，由于煤和石油的枯竭，我国未来经济的发展必将依赖于水力能、风力能、地热能、太阳能、核能。制造业作为我国经济发展的支柱产业，面对上述社会问题，必然会对我国制造业的发展造成一定的阻碍。为了保证我国制造业的健康发展，就必须对制造技术进行改良和创新[2]。

本文就我国制造技术领域发展中的新技术、新方法、新理论、新观点、重要科技、优先领域进行了概述，同时，对制造技术未来的发展进行了展望。

1 制造学科概述

1987年美国制造工程师学会对制造工程的定义是：制造工程是工程专业的一个分支。它要求具体了解、应用和控制制造过程中各个工程程序和工业产品的生产方法所必需的教育和经验；还要求具有设计制造流程的能力，研究和开发新的工具，机器和设备的能力，研究和开发新的工艺过程的能力，并且将它们综合成为一个系统，以达到用最少的费用生产出高质量的产品。现代制造工程是一个系统工程。它是一个以制造科学为基础的、由制造模式和制造技术构成的、对制造资源和制造信息进行加工处理的有机整体。制造学科主要是对接的制造过程以及机械系统进行研究的学科。制造学科主要包含了产品设计、加工制造(生物制造、仿生制造、微纳制造、结构制造、装备制造、复杂曲面加工、非传统加工、高效加工、超精密加工)、成形制造(表面工程、模具制造、连接、塑造、铸造成形)以及系统运作等科学。

2 我国制造技术领域的研究及发展现状

2.1 仿生机械和生物制造

吉林大学在仿生柔性动态减阻、仿生电渗脱附理论研究中取得了重要进展,创建和发展了机械仿生学科、发明了一系列地面机械脱附减阻仿生技术,并成功地应用于农业机械和国防工程。西安交通大学在人工骨仿生制造研究中建立了骨组织的模型，提出了骨缺损的复合结构修复方法,采用快速成型法制造了人工骨的结构框架,并在动物骨缺损修补中获得成功。

2.2 先进电子制造

中南大学提出了“极端制造”的理念。上海交通大学、清华大学等围绕硬盘驱动器和芯片制造中的关键科学问题开展了系统研究,提出了纳米量级划痕深度和长度可控的单颗磨粒磨削方法，建立了硅片自旋转磨削的砂轮临界切深模型；揭示了高加速度运动系统的宽频多模态复合运动特征，提出了高加速度、高精度、高可靠性精密驱动平台的设计理论与控制方法；阐明了超声键合界面原子快速扩散机理,发现了键合界面的“粘滑”运动特性，提出了变参数加载工艺。

2.3 数字制造

华中科技大学提出了基于可视锥的几何推理新方法、复杂曲面轮廓误差的统一判别等理论，开发出复杂产品数字建模和可制造性分析软件系统，建立了集成快速测量、数字建模及面向制造设计于一体的系统平台，应用于缸盖类叶片类等复杂曲面零件快速产品开发。武汉理工大学提出了数字制造建模理论、基于制造网格的数字制造资源共享、数字制造环境下敏捷供应链理论模型、数字制造车间智能调度的理论和算法；建立了数字制造环境下虚拟数控加工系统设备远程操作、监控与诊断平台。上海交通大学将距离函数和伪距离函数理论应用于力旋量和运动旋量空间的定性与定量几何推理，建立了夹具和夹持机构的封闭性、稳定性的定性与定量分析和评价指标体系。

2.4 加工制造

大连理工大学提出了硬脆材料复杂曲面天线罩精密制造技术与装备。针对天线罩电性能的特殊要求，提出了面向天线罩电性能补偿的精密修磨理论，建立了天线罩综合电性能误差与几何参数补偿量关系的理论模型，发明了数字化修磨装备，解决了国防工程中的一项重大科技难题。湖南大学在高速精密磨削加工研究领域，提出“四点恒线速法”,使非圆轮廓表面磨削力相差十几倍造成的磨削缺陷得以改善,表面质量明显提高。华中科技大学提出了磨削表面烧伤的形成机理、理论模型、参数优化及控制策略,解决了磨削烧伤的难题。

2.5 微纳制造

西北工业大学提出了支持任意流程的MEMS集成设计工具。北京大学开发出三套标准工艺流程，建立了高水平的硅基MEMS加工平台。中国科学院上海微系统所等发明了多层硅微机械结构一次成型技术、玻璃上硅基光波导制造技术和圆片级封装新方法，形成了基于单硅片结构的双面体微机械压阻传感器制造工艺。大连理工大学研制塑料微流控芯片自动化制造装备，掌握了微结构热压成形金属模具、微流控芯片批量制作的关键技术。西安交通大学提出了常温软压印下“保压-释放-固化”的纳米压印工艺，发现了阻蚀胶与模具液-固界面、固-固界面特性对模腔填充质量及其脱模效果的影响规律，实现了50nm线宽的纳米压印，具有良好的复型保真度。中国科学院物理研究所成功研制出具有对称式机械结构的双探针扫描隧道显微镜(STM)探头。中北大学研制了基于拉曼光谱的圆片级微结构应力测试平台，完成了静态应力和动态应力的测试。

3 制造技术发展展望

航天及深海装备制造科技。未来飞机将进一步向大型、快速、轻型、舒适性、安全性方向发展；用于国防的各种飞行器，将向超快、精确、轻微及智能监控方向发展。高速、精确、智能化微型飞行器技术；微小制导技术；超低温、超真空、无重力极端条件下的装备设计与制造科学技术、智能作业机器人、超大型射电望远镜、适于高压腐蚀环境作业的深海装备的设计与制造技术等将得到大的发展。

新能源装备制造技术。由于一次能源将逐步枯竭，核能、深海能源、再生能源及清洁能源的研发和使用将大大促进该领域制造技术的发展。核能工艺及装备、深海能源探测及采掘工艺及装备、新能源和再生能源的装备制造、基于新能源的经济型汽车发动机及车辆设计与制造技术研究将得到更大重视和关注。

绿色制造科技。即基于资源节约和环境友好的绿色可持续性制造，是一项战略性制造理念、制造模式和制造技术。绿色可持续性制造包含无污染无废弃物制造、绿色产品的设计与制造、废旧机电产品的再制造、节能节材制造以及新能源装备制造五个方面。耗能耗材多、污染环境的机电产品和生产过程将会受到市场和法规的制约而逐渐减少或消亡，相反，新能源、节能节材和无污染机电产品及其生产过程将得到更大发展。电动汽车和燃料电池汽车如果能突破电池材料和低成本制造两大瓶颈，将会实现车辆业改朝换代的大革命。由于废弃产品的海增，再制造业将得到迅速发展。

除此之外，制造科学在数字装备制造、光子制造、仿生制造和电子通讯制造以及微纳米制造等方面都将取得良好的发展，促进我国机械工程领域的不断进步和发展。