淺談機(jī)械工程的發(fā)展歷程及發(fā)展前景

劉動(dòng) 李一鳴 王培亮

摘 要：機(jī)械工程自17世紀(jì)蒸汽機(jī)發(fā)明以來經(jīng)歷了長(zhǎng)足的發(fā)展，機(jī)械工程一向以增加生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，即以提高人類的利益為目標(biāo)來研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來的時(shí)代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)任務(wù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；多學(xué)科交叉；機(jī)電一體化；人工智能

機(jī)械工程是一門涉及利用物理定律為機(jī)械系統(tǒng)作分析、設(shè)計(jì)、制造及維修的工程學(xué)科。機(jī)械工程是以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決在開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和維修各種機(jī)械中的全部理論和實(shí)際問題的應(yīng)用學(xué)科。機(jī)械工程是工學(xué)研究生教育一級(jí)學(xué)科，工程研究生教育一個(gè)領(lǐng)域。

1 發(fā)展進(jìn)程

17世紀(jì)以后，資本主義商品經(jīng)濟(jì)在英、法等國(guó)迅速發(fā)展，許多人致力于改進(jìn)各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機(jī)械和研制新的動(dòng)力機(jī)械——蒸汽機(jī)。制作機(jī)械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機(jī)械制造工業(yè)開始形成，并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工程從分散性的、主要依賴匠師個(gè)人才智和手藝的技藝發(fā)展成為有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械工程是促成18～19世紀(jì)的工業(yè)革命和資本主義機(jī)械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。

19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工 程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非一個(gè)人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識(shí)過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化（新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品的出現(xiàn)、新的環(huán)境保護(hù)法規(guī)、原材料和能源供應(yīng)及價(jià)格的變動(dòng)，以及個(gè)人的工作調(diào)動(dòng)、職務(wù)提升等）的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細(xì)的專業(yè)

工程技術(shù)的發(fā)展在提高人類物質(zhì)文明和生活水平的同時(shí)，也對(duì)自然環(huán)境起了破壞作用。20世紀(jì)中期以來，暴露出來的嚴(yán)重問題有兩個(gè)方面：資源（其中最嚴(yán)重的是能源）的大量消耗和環(huán)境的嚴(yán)重污染。能源方面，在改進(jìn)核裂變動(dòng)力裝置、發(fā)展太陽能、地?zé)帷⒊毕?、海水溫差能等，可以減少對(duì)非再生的化石能源的依賴。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，核聚變是很有希望的和幾乎無窮盡的未來能源。以核物理學(xué)將來的成就為基礎(chǔ)，機(jī)械工程與其他工程技術(shù)一起，在21世紀(jì)中完成核聚變動(dòng)力裝置的開發(fā)和推廣可能徹底解決世界的能源問題。使用這種新能源可同時(shí)減少對(duì)大氣的二氧化碳排放。

地殼中和海水中的金屬礦藏的蘊(yùn)藏量極為豐富。只要改進(jìn)采礦和選礦的工藝和提高采、選礦機(jī)械的性能，以降低可以經(jīng)濟(jì)利用的礦石品位，并充分回收金屬廢料，在有足夠的能量供應(yīng)的條件下，金屬材料資源不愁匱乏。在煤、石油、天然氣等不再被大量地用作燃料而主要作為合成材料的原料之后，非金屬材料的供應(yīng)也可得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的保證。

化學(xué)工程、冶金工程等生產(chǎn)流程中所產(chǎn)生的廢氣、廢水等環(huán)境污染源，通過改進(jìn)流程、增加凈化機(jī)械和設(shè)施并提高其凈化效率，在技術(shù)上是能夠加以消除的。

2 發(fā)展前景

機(jī)電一體化是機(jī)械工程發(fā)展的一個(gè)重要方向。機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是在機(jī)電產(chǎn)品中引入微電子元器件和技術(shù)之后形成的。機(jī)電一體化技術(shù)又稱機(jī)械微電子技術(shù)，是機(jī)械工程、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種技術(shù)融合成的一種系統(tǒng)技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的一種帶有軟、硬件系統(tǒng)的多功能的單機(jī)或成套裝置，通常由機(jī)械本體、微電子裝置、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。機(jī)電一體化技術(shù)涉及的學(xué)科有機(jī)械工程（如機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械加工和精密技術(shù)等）、電工與電子技術(shù)（如電磁學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子電路等）、共性技術(shù)（如系統(tǒng)技術(shù)、控制技術(shù)和傳感器技術(shù)等）。機(jī)電一體化產(chǎn)品主要有商品生產(chǎn)用（如機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線和工廠等）、商品流通用（如數(shù)控包裝機(jī)械及系統(tǒng)、微機(jī)控制交通運(yùn)輸機(jī)具和數(shù)控工程機(jī)械設(shè)備等）、商品貯存銷售用（如自動(dòng)倉庫、自動(dòng)稱量和銷售及現(xiàn)金處理系統(tǒng)等）、社會(huì)服務(wù)性（如自動(dòng)化辦公機(jī)械和醫(yī)療及環(huán)保等自動(dòng)化設(shè)施等）和家庭、科研、農(nóng)林牧漁、航空航天及國(guó)防等用的機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和構(gòu)成、生產(chǎn)方式和管理體系等發(fā)生巨大變化。

人工智能也是機(jī)械工程發(fā)展的一個(gè)重要方向 機(jī)械可以完成人用雙手和雙目以及雙足雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現(xiàn)代機(jī)械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實(shí)。人類已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠(yuǎn)窺百億光年，近察細(xì)胞和分子。新興的電子計(jì)算機(jī)硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強(qiáng)并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。

人工智慧的發(fā)展并不減少雙手的使用，相反地卻要求手操作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進(jìn)手的功能。手的實(shí)踐反過來又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個(gè)進(jìn)化過程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過程中，腦與手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化的。人工智能與機(jī)械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系。其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機(jī)械制造出來。過去，各種機(jī)械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進(jìn)化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制。人工智能消除了這個(gè)限制。機(jī)械工程可以充分利用這個(gè)新出現(xiàn)的巨大可能性。計(jì)算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程之間的互相促進(jìn)，平行前進(jìn)，將使機(jī)械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。