機械工程學科現狀及發展趨勢(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 境與切削加工的常溫環境有很大區別，材料可隨溫度的升高而產生結構上的變化，在某一特定溫度下，施以熱加工工藝，可以獲得冷加工(如切削加工)工藝中不能獲得的某些特殊性能，比如可以將毛坯變軟，經冷加工后再變硬，可改變材料的強度、剛度等方面的性能。材料成形技術是機械制造業的重要組成部分，是任何機械的基礎。它不僅是機械零件毛坯成形的基本途徑，也可作為某些零件的最終成形的制造工序。材料成形工藝不僅可使原材料加工成符合一定形狀要求的零件，還由于在材料成形過程中材料的內部組織、結構都將發生變化，從而影響到材料的使用性能。因此材料成形工藝擔負著“成形”與“改性”的雙重任務。材料的性能是保證機械零件使用安全、可靠、持久的關鍵，而熱加工對成形件的性能影響非常大，因而對成形件的質量控制具有重要意義。沒有成形設備的機械化、自動化、智能化做保障，保證成形件的質量是難以達到的，因此成形機械與設備機械工程學科簡介 的設計制造技術也就成了成形工藝穩定性的基本保證。材料成形與控制工程在保證機械產品及產品質量上占有非常重要地位。該專業在機械工業生產的以下幾個方面發揮重要作用：(1)根據國內外市場需求，設計相應的成形機械與設備或機電一體化產品，進而研制更新型的成形機械與設備；(2)結合成形機械與設備的改造與設計，促進熱加工新工藝的研究和開發；(3)研制開發應用于成形機械與設備系統中的自動化技術；(4)對熱成形機械與設備的性能進行測試和分析，對熱成形機械與設備加工質量及性能進行檢測與試驗；(5)對材料成形機械與設備制造業進行技術經濟分析和生產管理的研究；(6)開發推廣計算機在材料成形及控制工程領域中的應用。材料成形及控制工程專業的學生，畢業后既可以在高校、研究院所等科研單位從事材料科學尤其是新型材料的研究與探索，也可以在公司、企業從事設備的開發和研制，還可以在機械設備進出口公司從事業務工作，以及在企事業單位從事專業管理工作。專業及知識面的拓寬，將促進更多的畢業生更快地融入社會的各個行業之中，發揮各自的聰明和才干。該專業的理論基礎課主要包括大學英語、高等數學、線性代數、概率論與數理統計、大學物理、大學化學等，此外還包括一些必修課，如中國革命史、馬克思主義哲學原理、毛澤東思想概論、鄧小平思想概論、體育、法學基礎等。必修的專業基礎課主要包括機械制圖、互換性與技術測量、理論力學、材料力學、機械設計基礎、材料熱力學、電工和電子技術、微機原理及應用、物理化學、材料科學基礎、材料相變原理等。專業課主要包括熱處理工藝學、陶瓷材料學、材料加熱設備、材料熱成形工藝、材料表面技術、材料熱成形設備等。專業選修課主要有材料X射線測試與分析、材料電子顯微分析、功能材料、材料物理性能、計算機在材料科學中的應用、復合材料、超微材料、精細陶瓷、鍛壓工藝及設備、材料CAD、粉末冶金等。專業實踐環節主要有人文社會實踐、金工實習、電子實習、生產實習、實踐訓練、機械設計課程設計、材料工程工藝設計課程設計、材料綜合實踐、文獻檢索、畢業設計等。工業設計專業屬機械類中的第三個專業(可授工學或文學學士學位)。工業設計專業與前述的機械設計制造及其自動化專業的區別是，前者更傾向于工業產品的外形設計、廣告設計、展示設計、企業形象設計和公共環境系統設計等，而后者則是以產品的使用性能、強度、剛度、結構、原理等方面為側重點。當然，以工業產品的外形設計等方面為主要學習內容的工業設計專業，對學生的美術修養與繪畫能力要求更高。工業設計專業以產品造型設計為主，同時涉及視覺傳達和公共環境設計等，強調的是設計開發能力、設計實踐能力、CAD應用和設計管理能力的培養。工業設計成為獨立專業的歷史雖然并不算長，但它在工業領域中的作用越來越大。由最初著重于工機械工程學科簡介 業產品造型設計，發展成為包括廣告設計、展示設計、企業形象設計和公共環境設計等多方面形象設計的不可缺少的專業。理工與美術的結合適應了社會發展，更適應了產品的社會競爭。隨著科學技術的迅猛發展，特別是高科技專業的迅猛發展，如計算機業和通信業等，經濟貿易國際化的形成而帶采的激烈競爭、工業發展和資源濫采而帶來的世界范圍內的環境污染，為工業設計專業提出了多方面的更高的要求。在今后的發展中，除保持原來的內容以外，將在多層次、各種技術的集成和綠色環保等多方面的綜合要求下，擔負起更艱巨的重任。該專業畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：(1)具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力；(2)較系統地掌握專業領域寬廣的技術理論基礎知識，主要包括工業設計工程基礎、設計表現基礎、設計基礎、設計理論、人機工程、設計材料及加工、計算機輔助設計、市場經濟及企業管理等基礎知識；(3)具有新產品研究與開發的初步能力，有較強的表現技能、動手能力和美學鑒賞能力及較強的計算機和外語能力；(4)具有專業領域內某個專業方向所必需的專業知識，了解其科學前沿及發展趨勢；(5)具有初步的科學研究、科技開發及組織管理能力；(6)具有較強的自學能力和創新意識。工業設計專業的主要內容是工業產品設計，包括設計理念、設計方法、造型材料和工藝、機械與結構、計算機輔助設計，同時也兼含現代廣告設計、展示設計、企業形象設計和環境系統設計等內容。該專業學生主要學習工業設計的基本理論與知識，具有應用造型設計原理和規則處理各種產品的造型與色彩、形式與外觀、結構與功能、結構與材料、外形與工藝、產品與人文、產品與環境、產品與市場關系的基本能力，并將這些關系統一表現在產品的造型中。工業設計專業的畢業生就業門路寬、適應能力強，在電視臺、廣告公司、演出公司、展覽中心等單位，他們工作得心應手、盡顯才華，在像聯想、長虹、康佳、諾基亞這樣專業技術性很強的公司，他們也都有一席之地，并勝任工作。該專業的理論基礎課主要包括大學英語、高等數學、線性代數、概率論及數理統計、大學物理、大學化學、設計概述、設計簡史等，此外還包括一些必修課，如中國革命史、馬克思主義哲學原理、毛澤東思想概論、鄧小平思想概論、體育、法學基礎等。專業基礎課主要包括工業設計概論、機械與結構設計、人機工程在設計上的應用、計算機基礎、工程制圖基礎、電路和電子技術、繪畫透視、基礎素描、色彩寫生、立體構成、速寫、設計素描、三維形態設計與模型制作、色彩構成、市場調查等，其他還有設計方法論、圖案、計算機輔助圖形設計、文字與標志設計、設計程序、產品設計及模型表現等。專業課主要包括電子產品設計、虛擬產品設計、產品包裝設計等。專業選修課主要包括產品攝影、色彩設計、室內設計、專業外語、設計分析、市場調查、效果圖、設計管理、藝術欣賞、設計心理、燈具設計、應用印刷、廣告設計、展示設計等。專業實踐環節有人文社會實踐、金工實習、生產實習、色彩寫生、畢業設計等。機械工程學科簡介 過程裝備與控制工程專業屬機械類的第四個專業，其主要由化工設備與機械專業經過拓寬專業領域范圍和擴展專業內容演化發展而來。該專業既是適應國民經濟發展、順應高等教育改革變化而構建的面向21世紀需要的新專業，又是為我國經濟建設的發展，尤其是為我國化學工業的發展立下汗馬功勞的原化工設備與機械專業的演變發展的結果。過程裝備與控制工程專業既有化工機械專業較為長久的歷史，又有經過拓展充實的新的專業面貌。該專業將面向化工、石油、能源、輕工、環保、醫藥、食品、機械及勞動安全等部門，培養具備化學工程、機械工程、控制工程和管理工程等方面的知識，能夠從事工程設計、技術開發、生產技術、經營管理以及工程科學研究等方面工作的高級工程技術人才。相比過去的化工設備與機械專業方向，新名稱下 的專業拓寬了面向行業范圍，由化工設備與機械領域拓展為九個行業，由過去的設計、制造、研究、運行、管理老五大任務，變為工程設計、技術開發、生產技術、經營管理、工程科學研究新五大任務。過程裝備與控制工程專業中的“過程”(工業)是指處理流動型材料(如氣體、液體、粉粒體等)，以改變物料狀態或物理與化學性質為主要目的的工業。過程裝備與控制工程專業中的“裝備”一詞，其內涵大于裝置和設備兩詞。根據有關資料對其內涵的解釋，共同完成一個任務的一組設備為裝置，生產用裝置與其他輔助裝置的總和稱為裝備。該專業不僅要掌握單獨設備的設計應用，還要研究與解決設備與設備之間在生產中的聯系，以及生產設備與非生產裝置之間的聯系。過程裝備與控制工程專業中的“控制工程”，要求的程度主要有三：其一是掌握控制工程學科的基本理論、基本知識；其二是掌握控制技術；其三是了解理論前沿。從這三項要求可知，該專業對控制工程的要求為對常見的過程設備，如流體輸送設備、傳熱設備、傳質設備及反應設備等，可進行操作控制，能夠選擇控制元件，進行控制系統的設計。過程裝備與控制工程專業具有區別于其他產業機械的顯著特點。首先，過程裝備(例如化工裝備)的設計、研究、開發、制造和運行，都與裝備內部的物理的或化學的過程密不可分，與其外部所提供的環境條件密不可分。其次，由于裝備運行工藝過程復雜多樣，有大到千萬噸級的巨型煉油裝置系統、百萬噸級的大型烯烴成套系統，小到數噸級高純度精細化工產品裝置系統及涉及人造血漿制備系統等，這就要求從事過程裝備的設計、研究、開發的技術人員必須同時具備“過程”與“裝備”兩個方面的知識基礎。隨著現代科學技術的進步與發展，大型化、精細化、自動化的過程裝備中，流程參數(如溫度、壓力、流量等)與過程的進行必須精確地自動控制，這樣才能達到裝備高效、安全、可靠地運行。過程裝備與控制工程專業將“過程”、“裝備”與“控制”三個相關學科(例如化工、機械、控制)緊密地結合在一起，充分體現出21世紀技術發展的方向，也展現出過 程裝備與控制工程專業“過程(化工)、機械、控制”三位一體的專業特點。化工機械專業改造為過程裝備與控制工程專業之后，專業面拓寬，覆蓋了原有化工設備與機械專業，以及真空技術與設備、制冷與低溫技術、液體機械與流體工程、天燃氣儲運工程、制糖工程、油脂工程、機械工程學科簡介 紙漿造紙工程、制藥工程等專業的部分范圍。這些專業可以算作“過程”工業的一部分，化學工業在這些工業中占有較大的比重。不論哪個工業部門，生產裝備都是其行業的支柱，由此可見，該專業仍然會在其對應的行業范圍內占有重要地位。過程裝備及控制工程專業的設置是經過多方調研和反復論證之后才確定的。在修訂新的專業目錄工作之初，原想將化工機械專業劃歸機械設計制造及其自動化專業。一些院士、專家和各高校教授與負責人從專業特點和重要性出發，提議教育部將其改為現在的專業名稱。教育部接受了各方的建議，在機械類專業中保留了此專業。這個小小的故事也說明了該專業在國民經濟中的地位，說明了化工機械專業經過改造后與國家工業體制、國民經濟發展的需要、我國高等教育體制改革是相適應的。該專業的應用范圍是廣泛的。首先，化工設備與機械專業的畢業生已經走出單純的化工機械或化工行業，每年僅有10％的畢業生留在化工機械制造行業工作，85％以上的畢業生進入化工、輕工、以及其他各行業工作。教學內容變更后，其知識能力結構從“化工＋機械”擴展為過程工業、機械、控制和管理四個方面，更加符合整個過程工業的需要。過程裝備與控制工程專業的特點是“過程”、“機械”、“控制”三結合。理論基礎課和前幾個專業大致相同，主要的專業基礎課和專業課有物理化學、化工計算、化工原理、工程熱力學、流體力學、粉體力學、計算機控制技術、計算機應用技術、化工裝置設計、控制與管理技術等。各學校在擬定教學計劃時，略有差異。各門課程在四年的學習中形成幾條知識線：由政治理論系列課程組成思想教育一條線；由大學英語、科技外語、專業外語、文獻檢索等課程組成外語學習和應用一條線；由機械制圖、計算機制圖、工程力學、機械原理、機械設計、工程材料和機械制造基礎等課程組成機械設計一條線；由化學、物理化學、化工原理等課程組成化工基礎一條線；由大學物理、電工學基礎、電子學基礎以及過程控制基礎等課程組成電控基礎一條線。按照教學改革中的要求，專業課一般開設化工機械、過程控制基礎、化工單元操作與設備等，此外還有有限元、斷裂力學等選修課。該專業的主要專業基礎課和專業課有：(1)化工技術基礎課群，包括物理化學、工程熱力學、化工原理，主要學習化學工程原理、化學熱力學的溶液、相平衡理論以及節能技術的原理，其中化工原理是最為重要的化工基礎課程，它主要講授傳質單元操作、流體流動時的理論計算和各種傳熱過程的基本理論。(2)電學及控制基礎課群，包括電路與電子技術、控制系統設計、儀表與測試技術等，主要學習電工與電子學方面的基礎知識，學習怎樣測量過程裝備中的溫度、壓力、液位等技術參數以及常用的控制系統的結構、原理特點和適用場合，學習典型單元設備(流體輸送設備、傳熱傳質設備以及化學反應器等)的控制方案等。專業課包括過程裝備設計和過程機械等課程，各學校采用名稱差別較大，也有一些學校在課程名稱上仍