未来机械工程发展方向

付军力

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当代，科学技术迅猛发展，人类的物质生活和精神生活都有了极大的提高。与此同时科学水平的提高也在不断的促使各行各业交织融合，对于未来的机械工程来说，智能化，柔性化，清洁化，简单化，精密化将会成为它的新的代名词。新兴技术在制造业中广泛运用，使得原本不景气的机械制造行业焕发了新春，更多商业投资也被运用到机械制造行业中去。从一开始，市场就如同催化剂一般，驱使着机械工程行业在不停的革新自己以满足市场的需要。而信息科技、生命科学和生物技术、纳米科技的突飞猛进与相互交织影响，成为新一轮科技革命的重要标志。

一、产品向下延伸

在古代，人们制造物品总是只能在肉眼范围下的厘米级别，人们也无法判断一件物品的精度。直到20世纪人们才利用科学仪器向下拓展，质子，中子，夸克的发现，让人们渐渐揭开了微观世界的神秘面纱。也就是在这种大环境下，制造业水平开始向纳米，微米级别靠拢。而超精密加工就是其中一个显著代表，超精密加工的大幅发展是由于20世纪60年代，前苏联和美国冷战对峙，而航空领域和军工领域就成为了两个超级大国的所互相比较的地方，所以超精密加工制造就出现并且大幅发展了。往往航空器上一个零件相差几微米，在具体的实践过程中造成的误差可能就达到几百米上千米。再例如加工核聚变装置用的非球面反射镜，它就需要用单晶金刚石车刀进行微量车削，往往几毫米的误差就会使核聚变过程发生变化。而在21世纪，这个对质量“吹毛求疵”的时代，超精密加工不可避免的转向了智能化，精密化，自动化，高效化和信息化，而大国之间的博弈实则是顶尖军工行业的博弈，于是超精密加工就显得是决定关键的那一位了。

二、产品智能数字化

人工智能也是当代机械工程发展的另一个特点。如某教授说的，只有机电一体化产品五要素（结构、运动、检测、控制、驱动）在信息技术的催化下，实现充分的融合和集成，机械产品才会由此变成智能数字化。大众近日设计了一款新型移动充电机器人，它可以为人们的电动汽车充电或者为人插上电源，这是为了解决新能源汽车半路没电的问题，它的理念则是从“车找桩”到“桩找车”，其本质是机器人带着一个“移动能量存储单元”--其实是一个大电池组--它可以使用一个铰接臂插入到汽车上从而给汽车充电，这种移动充电机器人从结构上讲属于AGV+机械臂的复合机器人。同时大众官方介绍道：“这种机器人在充完电之后就会收集移动储能单元并带回中央中央充电站。”这一过程可以由电动汽车的司机通过应用手动触发。如果从储能的角度来看，充电机器人的可以完成5台车的充电，这相比于充电桩，更为简洁方便。由此我们可以想象一下未来机器人承办了人类所要做的一切繁琐事务，那时人类的生活满足感将会前所未有的高。

三、高技术改变制造业——扩展跨度 服务高级化

在面对21世纪这个越来越服务化的社会，纯物质形态的制造业产品已经不能满足于社会的需要了，机械行业需要扩展维度来发展。这里的服务化有两层含义：1对内，就是投入服务化，实际上就是内部服务的效率对制造业企业竞争力的比重超过传统的决定性因素——企业技术质量、运作效率、资产等。2对外，就是业务服务化，与物品相关的外部服务对顾客越来越重要，对顾客越来越友好，物品服务不仅仅是维护和修理，甚至包括购买、安装、系统集成和后期的技术支持，而这种无形的成分渐渐的衍生为主要业务。就拿玩具生产的例子来说吧，如果按传统制造业的做法来说工厂只为客户把玩具生产出来就好了，其他什么都不用管。

但是玩具供应链毕竟还是很复杂的，如果除了生产玩具别的都不管，客户很可能因为搞不定玩具供应链上其他环节而最终放弃了寻找工厂生产加工玩具。但是我们如果按照制造业服务化的做法就可以是：（1）工厂帮助客户搞定玩具设计。（2） 工厂帮客户搞定玩具所需的材料。（3）工厂帮客户搞定营销与推广。

机械制造业长期陷入低迷，各大制造工厂所获利润已经被市场平均化了，而人们环保要求和意识的提高代表着一件产品所使用的寿命要长，所以产品售后就显得弥足重要了。今后一次性的产品比重会减少，耐用性消费品的比重增加，售后服务市场的机会也会增加。传统的制造型企业的售后服务市场的比重会增加，当然并不意味着放弃制造型业务，但是营收比重会缩减。

最后想说的是，服务业还是要以制造业为基础，不然就是无水之源。毕竟，中国不像美国那样掌握世界的铸币权，可以吸血。

四、高技术改变制造业——特种加工的广泛使用

以前大部分装置都是通过机械能来运转的，而特种加工技术，它不是利用机械能而是通过其他光能声能和其他形式的能量来对产品进行加工以此达到符合自己图纸所规定的范围。而特种加工技术大体分为电火花加工，电化学加工，超声波加工，激光加工和快速成型技术等。就比如市面上的超声波洗衣机，这种洗衣机的工作原理是利用超声频振动驱动气泡来对衣物进行洗涤，从而使污垢与衣物分离。它有着普通洗衣机所不具备的优点，任何复杂的表面它都可以清洗干净，且可以节约水资源。可以看出特种加工最大特点是利用以柔克刚的非接触式加工，这样可以不损坏工件，无切削力，反而可以加工各种高硬度物件材料。当然根据不同的加工对象选用不同的加工方法，比如超声波加工虽然操作简单，可以加工各种脆硬材料，但是其效率太低，一般不宜加工大批量的产品。总之特种加工的发展极大的改变的机械加工利用单一机械能的特点，解放了人们的生产力，使工人工作更加简便快捷。

五、互联制造的发展

制造业为什么要选择互联网，并搞出工业互联网这个概念出来？其实互联网对于制造业而言，直白的来说就是一个降本增效的工具。所以就给互联网穿上了一层工业的外衣。互联制造它能提高企业的经营效率，降低经营的成本和提升产品的质量。

工业互联网能让冰冷机器变成智能设备，采用智能数据采集，准确实时地采集每一台设备的运行数据，图扑软件，3D，数据可视化平台能帮助客户远程管理设备，提供远程监测、预警、监控等。在设备维护方面，企业可以利用工业互联网平台来分析设备历史数据及实时运行数据，从而监测设备运行状况，并在设备存在故障隐患或发生故障时，及时通知维修人员维修。

德国将“工业4.0”视为国家战略，将工厂智能化视为国家的根基。通过信息技术，最大限度的发挥工厂本身的能力。工业4.0不是工业的问题，而是一场深刻的社会变革！每个人都无法与之撇清关系。并且互联制造技术越来越在各国广泛使用，就比如柔性制造系统(FMS），它通俗的来讲就是一条生产线可以实现多个品种的产品生产，它是由若干数控设备，物料运筑装置和计算机控制系统组成的，具有柔性反应能力，供应链的敏捷和精准的反应能力。

六.机械工程与生物医学的结合

近些年来，机械工程的发展极大的推进了生物医学的发展，两者一个是冷冰冰的机械工程，另一个则是以细胞为基本单元的科学技术，但当两者相碰时却会产生巨大的火花，为人类的生命健康的保障向前跨出一大步。比如有一款名为BrainCo的假肢，这款假肢可以通过意念进行控制，这款机械手的大致使用流程是这样的，先将机械手安装于病患手臂上；将一些信号采集器贴在大臂附近；工作人员带领军人观看一些视频教程，并让他根据视频做出动作，同时也方便机械手采集信号；经过一段时间的视频训练后，这名军人完成了对假肢手指的控制。这项技术无疑对那些失去手脚的人来说提供巨大帮助，使他们重新回到生活的轨迹。