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机械工程学科发展战略报告（2011～2020）


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机械工程学科发展战略报告（2011～2020）
  • 书号：9787030292742
    作者：国家自然科学基金委员会工程与材料科学部
  • 外文书名：
  • 装帧：平装
    开本：B5
  • 页数：351
    字数：475000
    语种：zh-Hans
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2010-11-01
  • 所属分类：
  • 定价： ￥618.00元
    售价： ￥488.22元
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为了提高我国原始创新能力，服务创新型国家建设，深入促进学科均衡协调可持续发展，根据国家自然科学基金委员会的统一部署，百余位活跃在机械工程领域科研一线的专家学者，站在国家利益的高度，把握国家自然科学基金委员会“更加侧重基础、前沿和人才”的战略导向，历时15个月的战略研讨形成了本书。本书既瞄准国家重大战略需求，又密切结合国际科技前沿发展，立足机械工程学科基本任务，将学科的传统内涵和创新发展方向相结合，其内容具有战略性、前瞻性和引领性。
　　全书共12章，通过对机械工程学科战略地位和总体发展趋势的分析，提出了学科发展布局的指导思想，部署了学科未来5～10年优先资助领域和交叉领域，系统地阐述了其涵盖的研究范围、内涵、现状和发展趋势，明确了研究前沿、重大科学问题和发展规划。
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    序
    前言
    第1章 总论 1
    1.1 机械工程学科的战略地位 1
    1.1.1 机械工程学科为满足国家目标的物质需求基础提供技术科学支持 1
    1.1.2 机械工程学科的突破将催生社会重大经济变革 7
    1.1.3 机械工程学科拓宽自然科学的研究领域和视野，并为之提供有效的研究途径 8
    1.2 机械工程学科的总体发展趋势 8
    1.2.1 机械工程学科发展趋势 9
    1.2.2 机械工程学科的研究特点 13
    1.3 未来5～10年发展战略 16
    1.3.1 发展布局的指导思想 16
    1.3.2 部署学科优先领域的建议 18
    1.4 人才队伍、资助现状、重要成果与存在问题分析 19
    1.5 未来5～10年机械工程学科发展的保障措施 22
    参考文献 23
    第2章 机构学与机械振动学 24
    2.1 内涵与研究范围 24
    2.1.1 机构学内涵与研究范围 24
    2.1.2 机械振动学内涵与研究范围 26
    2.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 27
    2.2.1 机构学在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 27
    2.2.2 机械振动学在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 28
    2.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 29
    2.3.1 机构学研究现状、存在问题和发展趋势分析 29
    2.3.2 机械振动学研究现状、存在问题和发展趋势分析 37
    2.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 43
    2.5 未来5～10年的发展规划 44
    参考文献 46
    第3章 机械的驱动与传动科学 48
    3.1 内涵与研究范围 49
    3.1.1 内涵 49
    3.1.2 研究范围 49
    3.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 54
    3.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 56
    3.3.1 高效高可靠机械驱动与传动共性基础理论和特性生成机理 56
    3.3.2 精密驱动与传动的设计制造及控制基础研究 60
    3.3.3 基于功能材料的新型驱动与作动原理与方法 63
    3.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 67
    3.4.1 研究前沿 67
    3.4.2 重大科学问题 70
    3.5 未来5～10年的发展规划 71
    参考文献 74
    第4章 复杂机电系统的集成科学 76
    4.1 内涵与研究范围 76
    4.1.1 复杂机电系统及其特点 76
    4.1.2 内涵 78
    4.1.3 研究范围 79
    4.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 81
    4.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 83
    4.3.1 复杂机电系统的工业发展现状 83
    4.3.2 复杂机电系统的技术发展趋势 84
    4.3.3 复杂机电系统的研究现状 86
    4.3.4 复杂机电系统的研究趋势 89
    4.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 98
    4.4.1 研究前沿 98
    4.4.2 重大科学问题 101
    4.5 未来5～10年的发展规划 102
    参考文献 105
    第5章 零件与结构的失效与安全服役科学 107
    5.1 内涵与研究范围 107
    5.1.1 内涵 107
    5.1.2 研究范围 110
    5.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 112
    5.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 115
    5.3.1 失效评价与寿命预测 115
    5.3.2 修复与再制造 120
    5.3.3 安全检测与健康监测 123
    5.3.4 相关研究方向的国际竞争力比较 125
    5.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 127
    5.4.1 研究前沿 127
    5.4.2 重大科学问题 130
    5.5 未来5～10年的发展规划 131
    5.5.1 本领域发展布局的指导思想 131
    5.5.2 主要资助方向的建议 132
    参考文献 133
    第6章 机械表面界面科学与摩擦学 136
    6.1 内涵与研究范围 136
    6.1.1 内涵 136
    6.1.2 研究范围 139
    6.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 140
    6.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 141
    6.3.1 机械产品设计中的表面界面科学研究 142
    6.3.2 机械制造过程中的表面界面科学研究 144
    6.3.3 机械系统中的摩擦学研究:摩擦、磨损、润滑、密封 145
    6.3.4 生物医疗及仿生工程中的表面界面科学与摩擦学 150
    6.3.5 机械表面界面科学与摩擦学的发展趋势分析 153
    6.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 154
    6.5 未来5～10年的发展规划 158
    参考文献 160
    第7章 生物制造与仿生制造科学 162
    7.1 内涵与研究范围 163
    7.1.1 内涵 163
    7.1.2 研究范围 164
    7.2 在国民经济建设和学科发展中的重要意义 166
    7.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 168
    7.3.1 生物制造科学 168
    7.3.2 仿生制造 172
    7.3.3 生物医疗装备与器件制造 179
    7.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 184
    7.5 未来5～10年的发展规划 185
    参考文献 187
    第8章 高性能精确成形制造科学 189
    8.1 内涵与研究范围 190
    8.1.1 内涵 190
    8.1.2 研究范围 190
    8.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 193
    8.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 196
    8.3.1 高性能凝固精确成形 196
    8.3.2 轻质高强板材复杂件精确成形 199
    8.3.3 高效高性能精确体积成形 203
    8.3.4 超常条件下焊接与高效焊接 204
    8.3.5 特大型构件成形成性一体化制造 206
    8.3.6 低成本批量微成形 208
    8.3.7 高性能精确成形过程的建模仿真与优化 210
    8.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 213
    8.4.1 研究前沿 213
    8.4.2 重大科学问题 214
    8.5 未来5～10年的发展规划 215
    参考文献 219
    第9章 高能束与特种能场制造科学 221
    9.1 内涵与研究范围 221
    9.1.1 内涵 223
    9.1.2 研究范围 224
    9.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 225
    9.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 227
    9.3.1 光制造 227
    9.3.2 载能粒子束制造 235
    9.3.3 特种能场制造 241
    9.3.4 基础研究和发展趋势分析 243
    9.3.5 我国高能束与特种能场制造研究存在的问题 249
    9.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 250
    9.5 未来5～10年的发展规划 252
    参考文献 255
    第10章 高精度数字化制造科学 258
    10.1 内涵与研究范围 258
    10.1.1 内涵 258
    10.1.2 研究范围 259
    10.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 261
    10.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 263
    10.3.1 数字化设计-加工-测量一体化 263
    10.3.2 高效精密切削磨削加工 266
    10.3.3 超高精度、高性能平面、曲面制造 270
    10.3.4 特殊功能结构的特种加工 273
    10.3.5 复杂机械系统装配性能保障 276
    10.3.6 制造系统运行优化 278
    10.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 280
    10.4.1 研究前沿 280
    10.4.2 重大科学问题 283
    10.5 未来5～10年优先资助方向 283
    参考文献 285
    第11章 机械的制造与运行参数测量科学 288
    11.1 内涵与研究范围 288
    11.1.1 内涵 288
    11.1.2 研究范围 289
    11.2 在国民经济发展、社会发展和学科发展中的重要意义 292
    11.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 295
    11.3.1 新型传感器原理与仪器 295
    11.3.2 计量与测试新原理、新方法 297
    11.3.3 系统运行参数检测与表征 299
    11.3.4 制造参数高精度测量与误差理论 302
    11.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 304
    11.4.1 研究前沿 304
    11.4.2 重大科学问题 307
    11.5 未来5～10年的发展规划 309
    参考文献 314
    第12章 微/纳制造科学与技术 316
    12.1 内涵与研究范围 319
    12.1.1 内涵 319
    12.1.2 研究范围 320
    12.2 在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义 322
    12.2.1 对国民经济和社会发展具有重要的带动作用 322
    12.2.2 对制造科学和技术的发展具有重要的推动作用 324
    12.3 研究现状、存在问题和发展趋势分析 324
    12.3.1 微/纳设计与器件原理 324
    12.3.2 微加工 327
    12.3.3 纳米加工 329
    12.3.4 微/纳复合加工 331
    12.3.5 微/纳操作、装配与封装 332
    12.3.6 微/纳测试与表征 336
    12.3.7 微/纳制造装备 338
    12.4 未来5～10年的研究前沿与重大科学问题 340
    12.5 未来5～10年的发展规划 341
    参考文献 344
    附录 机械工程学科资助重点项目一览表(20062010) 348
    Contents
    Preface
    Foreword
    Chapter 1 Overview 1
    1.1 Strategic Positioning of Mechanical and Manufacturing Science 1
    1.1.1 Technologic and Scientific Contributions to Substantial Needs of National Strategic Plans 1
    1.1.2 Social and Economic Revolutions Simulated by Mechanical and Manufacturing Breakthroughs 7
    1.1.3 Area Expansion and Innovative Approaches for Natural Scientific Research 8
    1.2 Development Outlook 8
    1.2.1 Development Trends 9
    1.2.2 Research Characteristics 13
    1.3 Development Planning: 5－10 Year Horizon 16
    1.3.1 Strategic Planning 16
    1.3.2 Proposed Prior Research Areas 18
    1.4 Current Status and Challenges 19
    1.5 Implementation Strategies: 5－10 Year Horizon 22
    References 23
    Chapter 2 Mechanisms and Mechanical Vibration 24
    2.1 Introduction 24
    2.1.1 Mechanisms 24
    2.1.2 Mechanical Vibration 26
    2.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 27
    2.2.1 Mechanisms 27
    2.2.2 Mechanical Vibration 28
    2.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 29
    2.3.1 Mechanisms 29
    2.3.2 Mechanical Vibration 37
    2.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 43
    2.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 44
    References 46
    Chapter 3 Mechanical Drive and Transmission Science 48
    3.1 Introduction 49
    3.1.1 Definitions 49
    3.1.2 Research Areas 49
    3.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic
    Development 54
    3.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 56
    3.3.1 Fundamental Theories and Properties Evolution Mechanism of Efficient，Reliable Drive and Transmission 56
    3.3.2 Fundamentals in Design，Manufacturing and Control of Precision Drive and Transmission 60
    3.3.3 Principles and Methods of Novel Drive and Transmission 63
    3.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 67
    3.4.1 Research Frontiers 67
    3.4.2 Premier Questions 70
    3.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 71
    References 74
    Chapter 4 Integrated Science of Complex Electromechanical Systems 76
    4.1 Introduction 76
    4.1.1 Complex Electromechanical Systems and Their Characteristics 76
    4.1.2 Definitions 78
    4.1.3 Research Areas 79
    4.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 81
    4.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 83
    4.3.1 Industrial Applications 83
    4.3.2 Technology Trends 84
    4.3.3 Research Status 86
    4.3.4 Research Trends 89
    4.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 98
    4.4.1 Research Frontiers 98
    4.4.2 Premier Questions 101
    4.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 102
    References 105
    Chapter 5 Failure and Service Safety of Mechanical Elements and Structures 107
    5.1 Introduction 107
    5.1.1 Definitions 107
    5.1.2 Research Areas 110
    5.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 112
    5.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 115
    5.3.1 Failure Assessment and Life Prediction 115
    5.3.2 Repair and Remanufacturing 120
    5.3.3 Safety Inspection and Health Monitoring 123
    5.3.4 International Competitiveness Comparisons in Related Areas 125
    5.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 127
    5.4.1 Research Frontiers 127
    5.4.2 Premier Questions 130
    5.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 131
    5.5.1 Strategic Planning 131
    5.5.2 Proposed Research Prior Areas 132
    References 133
    Chapter 6 Surface and Interface Science in Machinery and Tribology 136
    6.1 Introduction 136
    6.1.1 Definitions 136
    6.1.2 Research Areas 139
    6.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 140
    6.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 141
    6.3.1 Surface and Interface Science in Mechanical Design 142
    6.3.2 Surface and Interface Science in Mechanical Manufacturing 144
    6.3.3 Tribology Research in Mechanical Systems: Friction，Wear，Lubrication，and Sealing 145
    6.3.4 Surface，Interface and Tribology Science in Biomedical & Bionic Engineering 150
    6.3.5 Development Outlook of Surface，Interface and Tribology in Machinery 153
    6.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 154
    6.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 158
    References 160
    Chapter 7 Biomanufacturing and Bionic Manufacturing Science 162
    7.1 Introduction 163
    7.1.1 Definitions 163
    7.1.2 Research Areas 164
    7.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 166
    7.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 168
    7.3.1 Biomanufacturing Science 168
    7.3.2 Bionic Manufacturing 172
    7.3.3 Biomedical Equipments and Devices Manufacturing 179
    7.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 184
    7.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 185
    References 187
    Chapter 8 High Performance Precision Forming Manufacturing Science 189
    8.1 Introduction 190
    8.1.1 Definitions 190
    8.1.2 Research Areas 190
    8.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 193
    8.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 196
    8.3.1 High Performance Precision Solidification Forming 196
    8.3.2 Precision Forming of Lightweight and High Strength Sheet for Complex Components 199
    8.3.3 High Performance Precision Bulk Forming with High Efficiency 203
    8.3.4 Efficient Welding and Welding under Extreme Conditions 204
    8.3.5 Integrated Forming Manufacturing of Shape and Performance for Oversized Components 206
    8.3.6 Low-Cost Mass MicroForming 208
    8.3.7 Modeling，Simulation，and Optimization of High Performance Precision Forming Manufacturing Processes 210
    8.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 213
    8.4.1 Research Frontiers 213
    8.4.2 Premier Questions 214
    8.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 215
    References 219
    Chapter 9 High Energy Density Beam and Nontraditional Energy Field Manufacturing Science 221
    9.1 Introduction 221
    9.1.1 Definitions 223
    9.1.2 Research Areas 224
    9.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 225
    9.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 227
    9.3.1 Photonic Manufacturing 227
    9.3.2 Energetic Particle Beam Manufacturing 235
    9.3.3 Nontraditional Energy Field Manufacturing 241
    9.3.4 Fundamental Research and Development Outlook 243
    9.3.5 Challenges for High Energy Density Beam and Nontraditional Energy Manufacturing in China 249
    9.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 250
    9.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 252
    References 255
    Chapter 10 High-Precision Digital Manufacturing Science 258
    10.1 Introduction 258
    10.1.1 Definitions 258
    10.1.2 Research Areas 259
    10.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 261
    10.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 263
    10.3.1 Integration of Digital Design Manufacturing and Measurement 263
    10.3.2 High-Efficiency Precision Cutting and Grinding 266
    10.3.3 Manufacturing of Ultra-Precision High-Quality Flat/ Curved Surfaces 270
    10.3.4 Nontraditional Machining of Special Functional Structures 273
    10.3.5 Assurance of Assembly Performance for Complex Mechanical Systems 276
    10.3.6 Operation Optimization for Manufacturing Systems 278
    10.4 Research Frontiers and Premier Questions 280
    10.4.1 Research Frontiers 280
    10.4.2 Premier Questions 283
    10.5 Prior Research Areas: 5－10 Year Horizon 283
    References 285
    Chapter 11 Measurement Science of Manufactural and Operational Parameters of Machines 288
    11.1 Introduction 288
    11.1.1 Definitions 288
    11.1.2 Research Areas 289
    11.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 292
    11.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 295
    11.3.1 Mechanisms and Devices of Novel Sensors 295
    11.3.2 New Principles and Methods for Metrology and Measurement 297
    11.3.3 Inspection and Characterization for System Operation Parameters 299
    11.3.4 High Accurate Measurement and Error Theory for Manufacturing Parameters 302
    11.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 304
    11.4.1 Research Frontiers 304
    11.4.2 Premier Questions 307
    11.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 309
    References 314
    Chaper 12 Micro / Nano Manufacturing Science and Technology 316
    12.1 Introduction 319
    12.1.1 Definitions 319
    12.1.2 Research Areas 320
    12.2 Broad Impacts on National Economy，Social and Academic Development 322
    12.2.1 Significant Contributions to National Economy and Social Development 322
    12.2.2 Significant Contributions to Manufacturing Science and Technology 324
    12.3 Overview，Challenges，and Development Outlook 324
    12.3.1 Design and Principles of Micro/ Nano Devices 324
    12.3.2 Micro Manufacturing 327
    12.3.3 Nano Manufacturing 329
    12.3.4 Micro/ Nano Dual-Scale Fabrication 331
    12.3.5 Micro/ Nano Manipulation，Assembly and Packaging 332
    12.3.6 Micro/ Nano Measurement，Test and Characterization 336
    12.3.7 Micro/ Nano Manufacturing Equipments 338
    12.4 Research Frontiers and Premier Questions: 5－10 Year Horizon 340
    12.5 Development Planning: 5－10 Year Horizon 341
    References 344
    Appendix Key Projects Funded in Mechanical Engineering Discipline (2006—2010) 348
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