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1、关于机械的报告摘要 ：机械是人类生活中不可或缺的一部分，它带给我们的不仅是经济效益，更多的是不断超越不断创新改革的精神。本文将从机械的发展历史开始讲，侧重于机械的发展现状，也提出作为大一学生的自己对机械学习的看法。关键字 ：机械、学科交叉、发展史、现状与趋势一.前言：机械（machine）源于希腊语mechine 及拉丁文 mecina，原指“奇妙的设计”作为一般性的机械概念，可以追溯到古罗马时期，主要是为区别与手工工具。机械的一般定义为“利用力学原理构成的装置”二.机械的发展历史（一）.古代机械史机械始于工具，工具是最简单的机械。古代机械的出现主要源于农业生产或猎食需要。人类最初的工具（机械
2、）是石刀，石斧和石锤。到公元前3000 年以前（史前期）人类已广泛使用石制和骨制的工具：约公元前2686-前2181就有原始木犁和金属镰刀用于农业。到了公元前8世纪，人类从简单工具开始向较复杂机械发展，产生的滑轮已经出现，绞盘，水钟，虹吸管，鼓风箱和活塞式唧筒也得到初步发展和应用。随着国家的诞生和社会的演变，人类开始把工具运用到交通运输和战争上，公元前3500年后不久，古巴比伦的苏美尔已经有了带轮的车，中国的夏代也出现了无辐条的栓和有辐条的轮陆地上的代步工具有了，人们又开始寻找水上的交通工具，于是船被发明出来了。当时的车和船除了交通运输外，另外一个作用就是用在战场上。(二).近代机械史在175
3、01900年这一近代历史时期中机械工程在世界范围内出现了飞速的发展，并获得了广泛地利用。1847年，在英国伯明翰成立了工程师协会，机械工程作为工程技术的一个分支得到了正式的承认。后来在世界其他国家也陆续成立了机械工程的行业组织。在这一历史时期内，世界上发生了引起社会生产巨大变革的工业革命。前后延续了一个多世纪。工业革命是从出现机器和使用机器开始的。工业革命中最主要的变革是：1.用生产能力大和产品质量高的带着机器代替手工工具和简陋机器如18 世纪中叶英国纺织工人J 哈格里夫斯基设计的第一台纺织机器，名为珍尼纺纱机。之后E 卡特赖特又发明了简单的自动织布机、E 惠特尼发明了轧棉机。2.用蒸汽机和内
4、燃机等无生命动力取代人和牲畜的肌肉动力。第一台具有实用意义的蒸汽动力装置是T 钮科门于1705 年制成的大气式蒸汽机。18世纪中叶，瓦特在前人科学研究的基础上，对蒸汽机做了重大的改进，创造出更好更实用的蒸汽机，对在英国发生的工业革命起了关键性的和主导的作用。内燃机的出现是在19世纪中期，内燃机的发展经历了煤气机、活塞式单缸卧式煤气机、二冲程循环内燃机、压缩点火式内燃机（柴油机）等形式。其他代替人和牲畜的动力机械还有汽轮机和水轮机。三.机械研究现状（一）国内制造业是国民经济的支柱产业，是国家创造力和综合国力的重要体现。经过30多年的改革，开放和发展，中国制造业取得了举世瞩目的成就。推动我国制造业
5、自主发展的主要驱动力是先进的制造技术，而制造技术的创新来源于机械学等学科的基础研究。在国家自然科学基金等的支持下，机械工程学科领域近年来取得了一些列突出进展和原创性成果为我国经济建设和机械工程提供了大批新理论、新技术和新方法；在国内外产生了重要影响，有的领域已在国际学术界占有一席之地。1.机器人机构领域并联机器人机构学是近20几年来国际机构学的研究热的和学科前沿，也是我国学者在国际上具有重要学术影响的研究领域之一。燕山大学黄真上海交通大学高峰、香港科技大学李泽湘、金陵石化杨廷力等以螺旋理论、李群和李代数集合论等为数学工具，提出了少自由度并联结构综合的普适性方法和通用的自由度计算公式，主螺旋解析
6、识别模型。一阶和二阶运动影响系数模型以及性能与构件尺度空间模型，利用上述理论综合出数十种新机构，开发出力传感器、微操作机器人、地震模拟仪、并为锻造机、伺服压机、电铲等装备的自主设计提供了重要的理论依据。天津大学黄田，清华大学汪劲松等提出基于线性空间理论的少自由度并联机构可比矩阵普适性建模方法及包括运动/力传递性和优质尺度在内的多种性能评价与参数优化设计方法，攻克了运动学标定，轨迹规划运动/力控制，动态性能检测等关键技术。利用上述理论和关键技术开发出5轴联动大型龙门混联机床、飞行模拟器、柔性支撑装备、高速包装机器人作业单元等多钟工程化装备，并在大型水电叶轮加工射电望远镜、重大科学工程、大型钢管、
7、相贯线火焰切割、新型网架节点数字化制造以及医药软袋和锂离子电池自动化生产线中得到成功利用。2.机械动力学领域非线性动力学、复杂机电系统的故障预示分析和智能维护是机械动力学的前沿研究领域。天津大学陈予恕等在高维非线性系统的分叉研究中，提出了约束分叉理论，时变产生系统的安全域侵蚀理论、非线性转子系统的稳定性理化分析方法、提出了转子系统非线性故障诊断的系列方法和技术，解决了国内十几个发电机组的振动疑难问题。东北大学闻邦椿等在国际上率先提出振动利用工程的概念、提出了概率等厚筛分理论、振动同步和控制同步理论，并采用动态设计方法，设计研制了数十种工程振动机械，构建了振动利用工程学科。西安交通大学屈梁生等针
8、对大型机组转动难题，提出了全息谱的概念，发现了转子平衡过程在全息谱上的表现，提出了用全息谱技术识别和诊断机组故障。实现转子全息动平衡的方法和技术，在机组故障分析诊断中发挥了重要作用并在国际上产生了重要影响。西南交通大学翟婉明提出了被国际学术界称为“翟孙模型 ”的“机车车辆 轨道系统耦合动力学模型” 研制了具有自主知识产权的机车车辆轨道耦合动力学仿真系统和安全性现场测试评估体系，并将其应用于我国铁路机车的开发设计和铁路提速改造工程中，取得了重大的经济效益和社会效益。3.机械传动力学领域高速，高效，低能耗，底污染，高智能，微型化是近年来机械传动和控制研究前沿的基本特征。超声电机是基于压电效应和超声
9、振动的一种新型微电机，它突破了传统电磁效应电机原理，具有力矩重量比大，结构简单，响应快，低噪音等优点。其研究涉及振动学、摩擦学、材料学、控制和超精密加工等多个学科领域，南京航空大学赵淳生率领的研究团队在新型超声电机运动机理、机电耦合模型、结构参数优化设计、驱动与控制技术等方面提出了系统的理论设计方法。他们发明和研制了30多种独具特色的新型行波、驻波超声电机以及驱动器，其中不少产品应用于重要工程中针对机械传动，特别是船舶推进系统中轴承使用贵重金属以及用有做润滑剂造成河海污染问题。重庆大学王家序等提出了一种新型复合材料水润滑动密 4.仿生机械领域机械性与生物科学，纳米科学的学科交叉是近20几年来学
10、科发展的最大特点，其中仿生机械科学已经发展为一门相对独立的交叉学科领域。吉林大学任露泉的研究团队在脱附降阻表面结构研究方面取得了重要进展：在国际上首先发现了土壤动物的表面脱附减阻现象，通过1万多只土壤动物实验和理论分析，揭示了动物表面脱附减阻的形成机理；通过1000多个不同现状和尺寸的仿生非光滑推土板实验、仿真模拟和理论分析，掌握了非光滑表面脱附减阻的规律和技术，开辟了我国机械仿领域。北京航空航天大学在生物加工方面，加工出了微小齿轮等零件，并揭示了生物去除加工的机理。采用微生物金属化约束成形，制备出了高介电常数雷达波吸收剂和隐身蒙皮；提出了脂质体基生生物芯片的脂质体合成与喷射一体化微喷工艺。与
11、中国科学院生物物理研究所合作操作脂质体，形成了脂质体微阵列在基片上的连接与固定，并实现了分子马达在脂质体表面上的 驱动纳米镍棒旋转。（二）国外1.智能化美国是智能制造思想的主要发源地。日本、加拿大、美国、澳大利亚、瑞士、韩国和欧盟在1991年 1月联合开展了IMS国际合作计划。这是为了克服FMS（柔性制造系统）、CIMS的局限性，把日本工厂的专业技术与欧盟的精密工程技术、美国的系统技术充分地结合起来，开发出能使人和智能设备都不受生产操作和国界限制、彼此合作的高技术生产系统。该计划的目标是全面展望21世纪现代这种技术的发展趋势，先行开发下一代的制造技术。欧盟启动了ESPRIT 项目，大力资助有市
12、场潜力的信息技术。1994年又启动了新的R&D项目，选择了39 项核心技术，其中3 项（信息技术、分子生物技术和先进制造技术）突出了智能制造的地位。日本智能化机器人的开发技术居世界前列，东京大学开发出能够“鲤鱼打挺” 的人形机器人，日本产业技术综合研究所开发出跌倒时能自我保护的人形机器人。2.生命化人体器官的重建和修复，国外最早从机械性人手，如美国麻省的Aboimed公司开发出Abio Cor全人工心脏。之后在皮肤、骨、软骨实现了产品化，如美国Organogenesis等公司最早的推出的Apligraf人工皮肤，还有一进入三期临床实验并有望成为下一个组织工程产品的Reprogenesis公司的
13、软骨产品。在较复杂的器官方面，美国Wake Forest大学再生医学研究所Anthony Atala教授于 2006年4月人造膀胱实验成功，并将技术推荐给Tengion公司进行推广。四.机械发展趋势与展望（一）机械工程科学发展总趋势1.学科交叉面大一方面，高技术领域如电子、微纳技术、航空航天、生物医学、重大工程技术的发展，要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术，因而出现了微纳制造、仿生及生物制造、微电子制造等新领域；另一方面，随着机械与制造科学与生命科学、材料科学、纳米科学技术的交叉，除了推动着机构学、摩擦学、动力学、和设计学等的发展外，还产生了和发展着仿生机械学、纳
14、米摩擦学、等新的交叉学科。2.回归自然 绿色环保 可持续发展工程科学的根本任务是认识自然、改造自然，主要回答“做什么” 和“怎么做” 的问题。机械工程学不仅是自然科学，更是一门工程科学，强调学科对实践的依赖性，其基本任务是解决学科前沿和工程实际中的关键快速问题，在改造自然和解决工程问题的同时发展和完善学科本身。新世纪的人们在享受人类改造自然后得到的成果时，也开始把目光聚焦在地球这个本体上。这机械工程的发展起了限制作用，同时也机械的发展起了导向的作用，这也就给机械提出了更高要求，机械在当今社会的发展要比任何时候更重视环境保护问题：加大对产品的安全性和绿色度、材料和能源的节省、机电装备的制造和再制
15、造以及新能源制造领域的基础研究。 （二）机械学展望1.摩擦学摩擦学研究自20世纪90 年代有了长足发展，其基本经验是与纳米、生物、计算机以及与工程问题的交叉结合，发展了纳米摩擦学，生物摩擦学、分子动力学模拟、表面减阻及亚纳米抛光技术等。今后的发展是向学科面更宽的交叉方向 表面界面机械与制造科学、纳米制造摩擦学和生物摩擦学方向发展。2.机械动力学在机械动力学研究中，非线性动力学、复杂机电系统动力学分析和故障监测领域已经有了很大的进展和成果，但复杂系统和多场耦合的非线性动力学分析建模和故障预示依然是个国际难题，大型复杂机电系统动力学设计仿真、微纳系统动力学分析及设计是我国学术界面临的重要前沿课题。
16、3.机械设计学在机械工程中，最重要和起决定作用的是产品设计，它决定着产品和制造业的未来。未来的产品设计理论、方法和技术要满足在网络环境下的产品三维虚拟仿真设计的需求。理想化的设计是设计者如有了新产品的概念和构思，设计工具就可以在计算机上快速出现产品的三维动态仿真图形，经过计算机自动性能分析和评价校核后，进行产品的再设计，直到达到理想设计的目标为止。五.机械之我见说到机械，大家可能感觉很陌生。把它与一堆钢铁联系起来，拥有庞大的体积，工作时发出“嗡嗡”巨响。其实不然，机械就在我们身边我们每天写字的笔，骑着去上学的单车，都是机械。当我们俯首案前写字时，我们正在运用着杠杆定理；当我们骑车兜风时，我们正在享受着齿轮，链条还有连杆带给我们的便捷和舒适。现在你还觉得它陌生吗？机械来源于生活，从机械的发展史可以见到，任何一种机械的发明和发展与完善，都是人类在生活中为了解决问题而诞生的，而后随着生活需要，人类对自己发明的机械又有了更高的要求，通过一步步的改进和完善，才形成了较完备的机械。 机械服务于人类，机械不是一件艺术品，但它有着更高
