構(gòu)建摩擦學(xué)學(xué)科體系的研究

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院 北京 102249)

1 緒言

1.1 《Jost報(bào)告》對(duì)創(chuàng)立摩擦學(xué)的貢獻(xiàn)

1966年2月英國(guó)公開發(fā)表的《Jost報(bào)告》(全名是“英國(guó)教育科研部關(guān)于摩擦學(xué)教育和研究的報(bào)告”[1])對(duì)創(chuàng)立摩擦學(xué)的貢獻(xiàn)是：

(1)建議采用Tribology(摩擦學(xué))一詞取代Lubrication(潤(rùn)滑)一詞來表述這門新學(xué)科完整的內(nèi)涵。這一新詞/學(xué)科的提出適應(yīng)了當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的需要。報(bào)告充分說明了這門學(xué)科在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的重要性。

(2)明確了摩擦學(xué)的定義：研究作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面及其有關(guān)實(shí)踐的科學(xué)與技術(shù)。

(3)提出了該學(xué)科的主要內(nèi)容和課題。

由于時(shí)代的局限性和當(dāng)時(shí)認(rèn)識(shí)水平的限制，該報(bào)告存在以下不足之處：

(1)提出的摩擦學(xué)的定義太籠統(tǒng)，不夠確切。

(2)把該學(xué)科的內(nèi)容分為摩擦物理、摩擦冶金、摩擦工程和摩擦組織等，既不準(zhǔn)確，也不全面。

(3)沒有闡明該學(xué)科必然產(chǎn)生的歷史背景與社會(huì)根源。似乎它只是由于“重視了潤(rùn)滑技術(shù)，可以使英國(guó)工業(yè)每年節(jié)約5億多英磅”這個(gè)調(diào)查結(jié)果而建議創(chuàng)立的一門新學(xué)科。

(4)沒有闡明該學(xué)科的一些基本概念(如學(xué)科的研究范圍、社會(huì)功能、基本屬性和學(xué)科內(nèi)涵等)。

迄今為止，幾乎國(guó)內(nèi)外所有的有關(guān)文獻(xiàn)和教科書都認(rèn)為，只是由于《Jos報(bào)告》提出了Tribology(摩擦學(xué))這個(gè)詞，便產(chǎn)生了這門新學(xué)科?？赡苷沁@種單純的認(rèn)識(shí)為以后摩擦學(xué)的發(fā)展埋下了隱患。

1.2 摩擦學(xué)創(chuàng)立后的曲折發(fā)展過程

1966年《Jost報(bào)告》提出Tribology(摩擦學(xué))這個(gè)術(shù)語后，國(guó)際摩擦學(xué)界對(duì)此沒有立刻認(rèn)同。包括美國(guó)和日本在內(nèi)的一些發(fā)達(dá)國(guó)家仍然沿用廣義的Lubrication(潤(rùn)滑)一詞。后來西德、前蘇聯(lián)和日本先后作了類似調(diào)查，同樣發(fā)現(xiàn)摩擦、磨損在工業(yè)上造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。特別是1975年美國(guó)國(guó)會(huì)材料政策委員會(huì)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：摩擦、磨損使美國(guó)每年消耗1 000億美元，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的5%。 1979年10月，卡特總統(tǒng)認(rèn)為：摩擦學(xué)是構(gòu)成許多工業(yè)部門的基礎(chǔ)的一項(xiàng)通用技術(shù)[2-3]。但直到1985年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)才專項(xiàng)設(shè)立摩擦學(xué)資助計(jì)劃，航空航天局(NASA)等三個(gè)軍事部門開始建立摩擦學(xué)研究機(jī)構(gòu)，并投入大量研究經(jīng)費(fèi)[2]。

在此期間，一些國(guó)家原來以“潤(rùn)滑”和“潤(rùn)滑工程師”命名的期刊和協(xié)會(huì)/學(xué)會(huì)也相應(yīng)地改為以“摩擦學(xué)”和“摩擦學(xué)家”命名，摩擦學(xué)的研究機(jī)構(gòu)大量涌現(xiàn)。由上可見，《Jost報(bào)告》發(fā)表將近20年以后，Tribology(摩擦學(xué))一詞(學(xué)科)才被國(guó)際摩擦學(xué)界接受，摩擦學(xué)的發(fā)展開始進(jìn)入高潮。然而，這個(gè)高潮的出現(xiàn)在很大程度上只是出于對(duì)摩擦學(xué)的經(jīng)濟(jì)效益的考慮。

時(shí)隔不久，從20世紀(jì)90年代中期開始，在美國(guó)，由于摩擦學(xué)的研究忽視了實(shí)際應(yīng)用和開展跨學(xué)科的研究，摩擦學(xué)在經(jīng)濟(jì)上的貢獻(xiàn)不顯著，使得某些人對(duì)摩擦學(xué)的作用和發(fā)展前景產(chǎn)生懷疑，認(rèn)為摩擦學(xué)正處在生死攸關(guān)的十字路口，并將發(fā)展到“表面工程時(shí)代”[4]。在這種背景下，美國(guó)NSF將原來單列的“摩擦學(xué)”項(xiàng)目改為“表面工程與摩擦學(xué)”。而到2000年以后，摩擦學(xué)一詞在項(xiàng)目名稱上也完全消失了，僅成為“表面工程與材料設(shè)計(jì)”項(xiàng)目中的一部分[5]。美國(guó)航空航天局和能源部等官方機(jī)構(gòu)大量削減摩擦學(xué)的研究經(jīng)費(fèi)，大多數(shù)大宗消費(fèi)品部門的工業(yè)縮減摩擦學(xué)機(jī)構(gòu)[2]，摩擦學(xué)的發(fā)展進(jìn)入低潮。

2000年，在德國(guó)召開的第12屆摩擦學(xué)國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)上，第一位作大會(huì)報(bào)告的美國(guó)摩擦學(xué)家WINER，在作“展望未來摩擦學(xué)研究和發(fā)展前景”的主旨報(bào)告中斷言：摩擦學(xué)是為了改善形象而人為組成的一個(gè)學(xué)科群(Disciplinary group)；認(rèn)為摩擦學(xué)“只是一種依附于機(jī)械系統(tǒng)的、必須的重要技術(shù)”；并預(yù)測(cè)：在下一個(gè)千年(即21世紀(jì)——作者注)，在沒有需要解決摩擦學(xué)問題的新的機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)的情況下，摩擦學(xué)的研究就會(huì)衰落[6]。顯然，他不僅否認(rèn)摩擦學(xué)是一門隨著經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展而必然產(chǎn)生的獨(dú)立的新學(xué)科，而且錯(cuò)誤地把摩擦學(xué)的研究范圍局限于機(jī)械系統(tǒng)， 對(duì)當(dāng)時(shí)早已出現(xiàn)、并且正在蓬勃發(fā)展的生物摩擦學(xué)視而不見。幸運(yùn)的是這股思潮并沒有在國(guó)際摩擦學(xué)界產(chǎn)生共鳴，且不久在美國(guó)國(guó)內(nèi)也銷聲匿跡了。5年后，美國(guó)有關(guān)學(xué)會(huì)在華盛頓成功地舉辦了盛大的第3屆世界摩擦學(xué)大會(huì)。

1.3 研究摩擦學(xué)學(xué)科體系的意義

摩擦學(xué)創(chuàng)立后之所以會(huì)出現(xiàn)上述曲折發(fā)展過程，主要原因是對(duì)摩擦學(xué)形成的歷史與社會(huì)背景及其產(chǎn)生的必然性缺乏認(rèn)識(shí)。而另一個(gè)重要的原因則是在摩擦學(xué)創(chuàng)立后，忽視了摩擦學(xué)學(xué)科建設(shè)的一個(gè)基本問題，即學(xué)科體系(主要包括基本概念體系和結(jié)構(gòu)體系等)的建立。

從20世紀(jì)80年代中期以來，一些學(xué)者對(duì)摩擦學(xué)學(xué)科的某些理論問題進(jìn)行了研究和探索。戴雄杰[7]提出了摩擦學(xué)研究和應(yīng)用的方框圖，謝友柏[4，8]提出了摩擦學(xué)系統(tǒng)的框圖和摩擦學(xué)的三個(gè)公理，HOLMBERG[9]提出了摩擦學(xué)廣泛的研究范圍,包括從納米摩擦學(xué)到太拉摩擦學(xué)(Teratribology)等9個(gè)不同尺度的研究領(lǐng)域。本文作者也曾對(duì)摩擦學(xué)準(zhǔn)確的定義、學(xué)科性質(zhì)與學(xué)科內(nèi)涵作過探索性的研究，并初步構(gòu)建了摩擦學(xué)的基本框架[10-11]。但上述研究都沒有涉及到建立摩擦學(xué)總體的學(xué)科體系。然而，一門學(xué)科是否成熟的主要標(biāo)志，就是它是否建立了完善的學(xué)科體系，即基本概念清晰、層次分明、結(jié)構(gòu)合理的學(xué)科體系。黑格爾曾經(jīng)說過：哲學(xué)若沒有體系就不能成為科學(xué)[12]。因此，從總體上建立摩擦學(xué)的學(xué)科體系，從而為摩擦學(xué)學(xué)科的發(fā)展提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)和戰(zhàn)略視野，這是確保摩擦學(xué)學(xué)科持續(xù)、全面、高水平發(fā)展的基石，這對(duì)摩擦學(xué)學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展具有重要意義。

2 摩擦學(xué)形成的歷史背景和社會(huì)根源

一門學(xué)科的產(chǎn)生和發(fā)展有它自身的、不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律，它是社會(huì)發(fā)展到一定階段，為適應(yīng)當(dāng)時(shí)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的必然產(chǎn)物。

早在15 世紀(jì)后期到16世紀(jì)初，為了適應(yīng)造船業(yè)和建筑業(yè)發(fā)展的需要，第一個(gè)將固體的摩擦與磨損現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)研究的是意大利杰出的藝術(shù)家和科學(xué)家達(dá)·芬奇(Leonardo da Vinci,1452—1519年)。他研究了石材、木材的摩擦，得出了物體在光滑平面之間摩擦?xí)r，“摩擦力的大小是其自身重量的1/4”這一重要結(jié)論，并闡明了滑動(dòng)摩擦與滾動(dòng)摩擦的概念。為了減小滑動(dòng)軸承的磨損，他建議采用銅錫合金的軸瓦。他在研究摩擦、磨損方面，取得了不少有價(jià)值的成果，可惜這些成果都記錄在他的手稿中，直到19世紀(jì)才發(fā)掘出來。在以后的200年間，由于缺乏強(qiáng)烈的社會(huì)需求以及制造業(yè)不發(fā)達(dá)的原因，摩擦、磨損的研究幾乎沒有進(jìn)展。

18世紀(jì)初，特別是在60年代，英國(guó)發(fā)生了第一次工業(yè)革命，并逐漸向法國(guó)等西歐國(guó)家傳播，從而開創(chuàng)了以機(jī)器代替手工勞動(dòng)的時(shí)代。這時(shí)，以眾多工作母機(jī)為基礎(chǔ)的制造業(yè)的興起，使摩擦成為提高各種機(jī)械的效率和壽命的一大障礙，這大大地推動(dòng)了對(duì)摩擦的研究[13-14]。法國(guó)物理學(xué)家AMONTONS(1699年)和COULOMB(1785年)先后提出了經(jīng)典的摩擦三定律：(1)摩擦力與法向載荷成正比；(2)摩擦力與表觀面積的大小無關(guān)；(3)摩擦力與滑動(dòng)速度無關(guān)。在此期間, COULOMB和英國(guó)物理學(xué)家DESAGALIERS(1734年)還先后提出了闡明摩擦機(jī)制的“凹凸假說”和“分子假說”。

從19世紀(jì)中期到20世紀(jì)50年代，歐洲的工業(yè)蓬勃發(fā)展，尤其是英國(guó)的紡織工業(yè)和機(jī)車工業(yè)(蒸汽機(jī))十分發(fā)達(dá)，促使摩擦、磨損的研究開始與現(xiàn)代機(jī)器和現(xiàn)代工藝技術(shù)相聯(lián)系。在摩擦方面，1939年，I V KRAGHELSKY根據(jù)摩擦力的二重性，建立了摩擦分子機(jī)械理論，即摩擦二項(xiàng)式。20世紀(jì)50年代，F(xiàn) P BOWDEN和D TABOR通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，建立了更完善的黏著摩擦理論。在磨損方面，最早的研究工作見J BOTTONE發(fā)表在1873年9月的《Chemistry News》上的一篇論文。1899年，W G KIRKALDY發(fā)現(xiàn)并研究了疲勞磨損現(xiàn)象。后來，G A TOMLINSON(1927年)和R HOLM(1946年)提出和發(fā)展了磨損的“黏附”理論。幾年后，OBERLE T L(1951年)提出了磨損的“犁溝”理論。1957年，J T BURWELL首次對(duì)磨損進(jìn)行科學(xué)分類。為了對(duì)磨損進(jìn)行估算和預(yù)測(cè)，ARCHARD在1953年提出了簡(jiǎn)化模型[15]。

在此期間， 還發(fā)現(xiàn)并研究了潤(rùn)滑現(xiàn)象：PETROV和BEAUCHAMP TOWER發(fā)現(xiàn)在工作良好的徑向軸承表面存在液體膜(1883年)，HERTZ建立了彈性應(yīng)力和接觸應(yīng)力的理論(1882年)，REYNOLDS建立了流體潤(rùn)滑理論(1886年)。30多年以后，HARDY發(fā)現(xiàn)并研究了邊界潤(rùn)滑現(xiàn)象(1922年)。隨后相繼出現(xiàn)的 Bowden模型(1954年)，Kingsbury模型(1958年)和Cammeron模型(1959年)豐富了邊界潤(rùn)滑理論。1949年，A N GRUBIN和I E VINOGRADOVA提出了彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論，在以后的10年間，D DOWSON等人利用計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)立了有關(guān)的數(shù)值計(jì)算方法。

由上可見，幾百年來,人們對(duì)于摩擦、磨損和潤(rùn)滑的研究活動(dòng)都處于分散的狀態(tài)，其研究成果分散在各個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科中，有關(guān)知識(shí)則分布在大學(xué)的物理、力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械零件或機(jī)械設(shè)計(jì)等課程中,沒有形成一門統(tǒng)一的學(xué)科和課程。這不僅大大地妨礙了它自身的發(fā)展,而且也難以適應(yīng)20世紀(jì)經(jīng)濟(jì)和科技高度發(fā)展的需要。正是在這種社會(huì)背景下,1966年，摩擦學(xué)在經(jīng)過上述數(shù)百年孕育和積累的科學(xué)研究活動(dòng)的基礎(chǔ)上誕生了，用摩擦學(xué)這個(gè)新的術(shù)語和它的定義統(tǒng)一了原來分散在各個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑領(lǐng)域，形成了一門獨(dú)立的新學(xué)科。由此可見，和其他學(xué)科一樣，摩擦學(xué)也是人類社會(huì)的政治、經(jīng)濟(jì)與科技，特別是工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展到一定的歷史階段的必然產(chǎn)物，它的產(chǎn)生不是偶然的。它絕不是主觀的、人為的產(chǎn)物。

3 摩擦學(xué)學(xué)科的基本概念體系

3.1 摩擦學(xué)的定義與研究范圍

摩擦學(xué)(Tribology)是研究物體在各種環(huán)境下，發(fā)生在其作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面(界面)上的各種現(xiàn)象/效應(yīng)產(chǎn)生和變化的規(guī)律及其應(yīng)用的一門科學(xué)與技術(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，物體相接觸的表面(界面)上、由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物體之間及其與環(huán)境/介質(zhì)之間可能出現(xiàn)的相互作用，包括物理、化學(xué)、力學(xué)、熱力學(xué)、力化學(xué)和摩擦化學(xué)等的宏觀、微觀和宇觀的各種相互作用。

摩擦學(xué)的研究范圍包括機(jī)械系統(tǒng)和非機(jī)械系統(tǒng)。

3.2 摩擦學(xué)的社會(huì)功能和主要任務(wù)

摩擦學(xué)的社會(huì)功能是節(jié)約資源、能源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境和改善人的生命與生活質(zhì)量。而它的主要任務(wù)就是研究為實(shí)現(xiàn)上述社會(huì)功能,以維持自然界和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的摩擦學(xué)科學(xué)與技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用。

3.3 摩擦學(xué)的基本屬性和科學(xué)與技術(shù)內(nèi)涵

按照科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力學(xué)理論，一門學(xué)科的發(fā)展有兩個(gè)推動(dòng)力，即社會(huì)需求和人類探索未知問題的求知欲。由上述摩擦學(xué)的定義可知,摩擦學(xué)具有技術(shù)科學(xué)和工程技術(shù)這兩重基本屬性。所以，它的科學(xué)與技術(shù)內(nèi)涵應(yīng)包括科學(xué)與技術(shù)這兩個(gè)不可分割的有機(jī)組成部分，即摩擦學(xué)科學(xué)(Tribo-science)和摩擦學(xué)技術(shù)(Tribo-technology)。前者可稱之為基礎(chǔ)摩擦學(xué)(Fundamental tribology)，它是摩擦學(xué)的科學(xué)部分，而后者可稱之為應(yīng)用摩擦學(xué)(Applied tribology)或工業(yè)/工程摩擦學(xué)(Industrial/Engineering Tribology)，即摩擦學(xué)的技術(shù)部分。

因此，必須避免兩種極端的看法，其一是把摩擦學(xué)只看成是一門科學(xué)(如The American Heritage Dictionary給摩擦學(xué)下的定義),否認(rèn)摩擦學(xué)的技術(shù)屬性,無視摩擦學(xué)的實(shí)用性和實(shí)際應(yīng)用，從而使摩擦學(xué)失去來自經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)需求的推動(dòng)力；其二是認(rèn)為摩擦學(xué)只是一門技術(shù)(如W O WINER和E C GWALTNEY的觀點(diǎn)[6])，否認(rèn)摩擦學(xué)的科學(xué)屬性,從而會(huì)削弱摩擦學(xué)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和探索未知問題的推動(dòng)力, 并且在一定程度上還會(huì)妨礙摩擦學(xué)在非機(jī)械系統(tǒng)中的發(fā)展。所以,只有全面、正確地認(rèn)識(shí)摩擦學(xué)的基本屬性和內(nèi)涵才能確保摩擦學(xué)持續(xù)的全面發(fā)展[2,11]。

摩擦學(xué)科學(xué)主要包括各種接觸理論和摩擦、磨損與潤(rùn)滑理論以及自然生態(tài)系統(tǒng)和自然災(zāi)害中的各種摩擦作用機(jī)制等。而摩擦學(xué)技術(shù)主要包括：(1)控制與利用摩擦、磨損和改善潤(rùn)滑、節(jié)能、節(jié)材以及摩擦學(xué)零部件與系統(tǒng)延壽的各種技術(shù)和方法；(2)保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及避免和降低自然災(zāi)害危害性的各種摩擦學(xué)技術(shù)和方法；(3)為可再生能源和清潔能源的裝備提供技術(shù)支撐的各種摩擦學(xué)技術(shù)和方法。

摩擦學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)主要是界面力學(xué)、表面/界面化學(xué)、表面力化學(xué)、表面/界面物理以及表面/界面物理化學(xué)和表面/界面化學(xué)物理等。

3.4 摩擦學(xué)的學(xué)科性質(zhì)與層次

根據(jù)科學(xué)學(xué)的原理，從摩擦學(xué)的總體知識(shí)結(jié)構(gòu)看，它是一門以摩擦學(xué)現(xiàn)象/效應(yīng)為特定的研究對(duì)象，綜合應(yīng)用多種學(xué)科的理論、知識(shí)和方法進(jìn)行研究和應(yīng)用的一門綜合學(xué)科。同時(shí)，它也是對(duì)各種層次和各種學(xué)科中的一些共同性的摩擦學(xué)問題進(jìn)行研究的一門橫斷學(xué)科。它包含了一些針對(duì)摩擦學(xué)研究對(duì)象的某一方面或某一特性(特征)而進(jìn)行研究和應(yīng)用的分支學(xué)科(如：納米摩擦學(xué)、綠色摩擦學(xué)等)。有的分支學(xué)科還包含二級(jí)和三級(jí)分支學(xué)科。

絕大多數(shù)的分支學(xué)科都是摩擦學(xué)與一門或一門以上的學(xué)科相互交叉而形成的邊緣學(xué)科，如摩擦學(xué)與生物學(xué)交叉而形成的生物摩擦學(xué)；或者用一門或幾門學(xué)科的理論和方法研究摩擦學(xué)問題而形成的邊緣學(xué)科，如應(yīng)用仿生學(xué)的理論和方法研究摩擦學(xué)問題形成的仿生摩擦學(xué)。可以預(yù)期，今后還會(huì)出現(xiàn)某些新的遠(yuǎn)緣交叉(比如摩擦學(xué)與音樂和體育學(xué)科交叉)而形成的邊緣學(xué)科。

3.5 摩擦學(xué)的主要特性

(1)多學(xué)科性(學(xué)科交叉性)

這是指綜合應(yīng)用多種學(xué)科的理論和方法進(jìn)行研究和應(yīng)用的一種特性。這種特性使摩擦學(xué)在一些工程領(lǐng)域，尤其是在重大工程中應(yīng)用時(shí)，只起通用技術(shù)的支撐作用，處于應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科的地位，它一般不起帶頭學(xué)科和主體技術(shù)的作用。因此，這不僅使它的作用和效能(效益)難以單獨(dú)顯示出來而往往被忽視，而且還會(huì)產(chǎn)生一種錯(cuò)覺和誤解，認(rèn)為它只是依附于其他學(xué)科領(lǐng)域而存在，不是一門獨(dú)立的學(xué)科。這可能就是20世紀(jì)末，美國(guó)摩擦學(xué)的發(fā)展一度處于低潮的重要原因之一。

也正是由于對(duì)這一特性缺乏認(rèn)識(shí)，使一些摩擦學(xué)家沒有意識(shí)到摩擦學(xué)的研究在很多情況下已不再是單一學(xué)科的、孤立的研究活動(dòng)，而是涉及到多種學(xué)科的跨學(xué)科的研究活動(dòng)，因而難以取得重大突破[16]。

(2)實(shí)踐性(實(shí)用性)

它是指可實(shí)際應(yīng)用于改造自然、造福人類的一種特性。“實(shí)際應(yīng)用”是摩擦學(xué)永恒的“天職”。摩擦學(xué)只有在“實(shí)際應(yīng)用”中才能充分顯示自身的價(jià)值。

(3)可持續(xù)性

這是指有助于保持人類社會(huì)和自然界可持續(xù)發(fā)展的一種特性。正是這種特性使摩擦學(xué)成為一門社會(huì)功能突出、具有旺盛生命力的新興學(xué)科。

4 摩擦學(xué)的結(jié)構(gòu)體系

4.1 摩擦學(xué)的總體框架與層次結(jié)構(gòu)

摩擦學(xué)的總體框架由研究范圍、學(xué)科內(nèi)涵和社會(huì)功能三個(gè)基本要素組成(如圖1所示)。而摩擦學(xué)的層次結(jié)構(gòu)則是由宏觀摩擦學(xué)(Macrotribology)、微觀摩擦學(xué)(Microtribology)和宇觀摩擦學(xué)(Universe Tribology)三個(gè)不同尺度的層次組成(如圖2所示)，每個(gè)層次都包含相應(yīng)的分支學(xué)科(圖中只列出部分有代表性的分支學(xué)科)。圖2中圓括號(hào)內(nèi)的學(xué)科是預(yù)計(jì)未來可能產(chǎn)生的新的分支學(xué)科。圖中的機(jī)械系統(tǒng)摩擦學(xué)大體上可劃分為兩大類：(1)以機(jī)械產(chǎn)品為研究對(duì)象的摩擦學(xué)，如汽車摩擦學(xué)、船舶摩擦學(xué)等；(2)以材料為研究對(duì)象的摩擦學(xué)，如金屬摩擦學(xué)、高分子材料摩擦學(xué)等。圖2中預(yù)計(jì)未來可能產(chǎn)生的音樂摩擦學(xué)主要是研究聲樂和器樂發(fā)聲的摩擦學(xué)機(jī)制及其應(yīng)用，包括歌唱時(shí)，氣息/氣流與聲帶、氣管和腔體等發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用而發(fā)聲，以及器樂(主要是管弦樂)演奏時(shí)，氣流與樂器(管樂)或琴弦與弓(弦樂)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用而發(fā)聲的摩擦學(xué)機(jī)制及其實(shí)際應(yīng)用；而體育運(yùn)動(dòng)摩擦學(xué)主要是研究在田徑、登山、游泳、劃船、冰上運(yùn)動(dòng)、滑雪以及各種球類運(yùn)動(dòng)等廣泛的體育活動(dòng)中，發(fā)生在其作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面(界面)上的各種摩擦現(xiàn)象的作用機(jī)制及其實(shí)際應(yīng)用(提高競(jìng)技水平)。

圖1 摩擦學(xué)的總體框架Fig 1 Overall framework of tribology

圖2 摩擦學(xué)的層次結(jié)構(gòu)Fig 2 Hierarchical structure of tribology

4.2 摩擦學(xué)的邏輯結(jié)構(gòu)

綜合以上有關(guān)各節(jié)的內(nèi)容，可以初步構(gòu)建摩擦學(xué)的局部和總體的邏輯結(jié)構(gòu)。

自然界廣泛存在的各種摩擦現(xiàn)象是摩擦學(xué)最主要和最基本的研究對(duì)象，它是摩擦學(xué)得以存在和持續(xù)發(fā)展的“源泉”。因此，把它作為摩擦學(xué)邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯起點(diǎn)，通過有關(guān)概念和范疇的內(nèi)在聯(lián)系，按一定的邏輯順序(層次)展開，可以得到摩擦學(xué)的一個(gè)最基本的局部邏輯結(jié)構(gòu)，即摩擦的邏輯結(jié)構(gòu)(如圖3所示)。圖4所示是根據(jù)摩擦學(xué)的基本要素，即研究范圍、科學(xué)與技術(shù)內(nèi)涵以及社會(huì)功能三部分的內(nèi)在聯(lián)系，按一定的邏輯順序組成的摩擦學(xué)的總體邏輯結(jié)構(gòu)。

以上初步建立的摩擦學(xué)結(jié)構(gòu)體系還需通過進(jìn)一步地研究，使它更加充實(shí)和完善。

圖3 摩擦的邏輯結(jié)構(gòu)Fig 3 Logical structure of friction

圖4 摩擦學(xué)的總體邏輯結(jié)構(gòu)

Fig 4 General logical structure of tribology

5 結(jié)束語

構(gòu)建摩擦學(xué)的學(xué)科體系是一項(xiàng)開創(chuàng)性的工作，沒有任何模式和方法可供參考，本文作者僅是初步的探索性研究。

摩擦學(xué)的學(xué)科體系是通過理論思維，用科學(xué)的原理與方法(系統(tǒng)理論、邏輯學(xué)和科學(xué)學(xué)等)對(duì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)加工而得到的，需要不斷地充實(shí)和深化以逐步完善(包括建立摩擦學(xué)學(xué)科的方法體系等)。完善的學(xué)科體系可以使我們更準(zhǔn)確地把握摩擦學(xué)學(xué)科的發(fā)展方向，以引領(lǐng)未來，高屋建瓴地開拓前瞻性、戰(zhàn)略性的研究領(lǐng)域，從而推動(dòng)摩擦學(xué)持續(xù)、高水平地全面發(fā)展。只有科學(xué)地預(yù)見未來，才能更好地把握未來和創(chuàng)造未來。

20世紀(jì)，歷史已將創(chuàng)立摩擦學(xué)學(xué)科的任務(wù)交給了英國(guó)科技工作者。那么，在21世紀(jì)，建設(shè)和發(fā)展摩擦學(xué)學(xué)科的重任應(yīng)當(dāng)由我們中國(guó)摩擦學(xué)工作者來承擔(dān)，以不辜負(fù)摩擦學(xué)的創(chuàng)始人Jost博士生前對(duì)我們的殷切期望：中國(guó)摩擦學(xué)學(xué)會(huì)應(yīng)當(dāng)為國(guó)際摩擦學(xué)界多作貢獻(xiàn)。

6 后記

謹(jǐn)以此文紀(jì)念中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)摩擦學(xué)分會(huì)成立40周年。