机械制造技术有关文献有哪些(智造｜2019年机械工程领域10大热点技术)
1、MEMS传感器
微机电系统（MEMS）传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是MEMS器件的一个重要分支，一直是各国大力发展的核心和前沿技术。MEMS传感器的门类品种繁多,按照被测量可分为加速度、压力、位移、流量、电磁场、图像、温度、气体成分以及离子浓度等类型传感器。作为获取信息的关键器件，MEMS传感器对各种传感装备的微型化发展起着巨大的推动作用，已在航空航天、汽车工业、生物医学及消费电子产品等领域得到广泛应用。
目前，随着纳米材料、生物材料、智能材料等新材料的引入以及纳米制造技术的不断进步，MEMS传感器正向高精度、高可靠性、多功能集成化、智能化和微功耗方向快速发展。此外，物联网技术的兴起使无线MEMS传感器的需求急剧增加，电源已成为关键点。利用能量收集芯片将太阳能、风能、振动能、热能等转化为电能驱动无线传感模块，实现MEMS传感器的无源化将成为重要发展趋势。
2、船舶新型推进系统
目前，“原动机–传动系统–螺旋桨”是军船和商船应用最广泛的推进模式，这种模式虽然具有动力大、设计方法和制造工艺成熟等优点，但随着船舶的发展，它也暴露出诸多弊端，例如大型船舶的船体与推进轴系存在复杂的耦合振动，水下航行器多方向性和机动性不足，未来水–路–空三栖航行器需要适应多环境的推进器，推进轴系的振动和噪声更是制约潜艇隐身能力的世界性难题。在此背景下，发展高效、可靠的船舶新型推进系统是当今国内外研究前沿和难点。
新型推进系统具有集成、仿生、高效和智能等特征。首先，多采用电机为动力，围绕电机效率和功率密度提升，感应电机、开关磁阻电机、永磁电机和超导电机等先后被论证，低速电机结构拓扑优化、水环境适应性和高精度控制是研究重点；新型过流部件也是新型推进系统效率提升的关键，例如对转螺旋桨、泵喷导管–叶轮–导叶、无轴推进器的内桨叶等，特殊过流结构导致复杂的耦合流动以及非定常流动，尚缺乏相应的流场描述和设计理论支持；高承载、长寿命轴承技术是新型推进系统的关键保障技术，针对低速、重载和泥沙环境开发轴承新材料和新结构是关键；新型推进系统的智能控制技术也是未来研究重点，除了实现推进系统自身的电机转速、仿生结构运动和矢量运动等控制，还涉及“推进装置—船舶”系统的运行控制。
3、无人机
无人机通常通过固定翼或旋翼方式产生升力保持其在空中运动。经过近几年的快速发展，人们的研究兴趣从简单平台设计和应用技术逐步转向多机平台系统和复杂功能技术。异构无人机群协同作业技术是目前十分有吸引力且极具挑战性的一个研究方向。异构无人机群是一个复杂的多智能体模型，既包含固定翼也包含旋翼，同时飞机的重量也可以相差比较大，不能把集群中的无人机作为刚体考虑，其气动弹性对集群产生的影响也必须在多智能体模型中体现。为了降低能耗、提高飞行效率和飞行可靠性，必须考虑协同飞行中无人机之间的气动干涉，因而催生了航迹优化﹑自主导航控制﹑防碰撞和智能避障的技术需求。此外，针对特殊场合的使用需求产生了一些新的开发前沿，例如便于运输或发射的机翼可折叠无人机，可垂直起降的可倾转旋翼无人机技术，以及为物流设计的无人飞行汽车技术，这些都是无人机技术的发展前沿。
4、燃气轮机
燃气轮机常用于船舶（军用舰艇为主）、车辆（坦克、工程车辆等大型载具）、发电机组等。近年来，针对燃气轮机的研究前沿主要集中在通过改进燃烧室的结构和燃烧技术实现高效低排，以及结合先进智能检测算法和传感器技术实现实时的状态检测和故障诊断。随着环保要求的不断增强，高效低排成为评判燃气轮机先进性的重要性能指标之一。通过优化改进燃烧室冷却结构设计，增加结构紧凑、换热效率高的轻质间冷回热循环系统能够有效地提高发动机性能。然而，复杂的结构体系以及增加的部件导致发动机质量、制造和维护成本大幅提升，这些技术瓶颈都是目前燃气轮机实现高效低排的挑战。作为一个典型的复杂机械系统，燃气轮机结构形式复杂、工作状况恶劣、易发生各种机械故障。发动机的气路部件的失效、旋转部件的振动和摩擦副的磨损等各类故障均严重影响其运行的安全性、可靠性和高效性。燃气轮机复杂系统的状态诊断问题极具挑战性，由于强烈非线性、非平稳性、不确定性等复杂系统特征，基于传统经典数学理论建模求解十分困难。近年来得到快速发展的神经网络、遗传算法、专家系统等智能算法为解决此类问题提供了新的解决思路，有望实现通过有限参数的故障检测，高效的实现定位、定性及定因。
5、海洋探测与定位技术
海洋蕴藏着丰富的自然资源，同时海洋也是开展地质学研究的巨大场地。近年来，海洋因其经济上的巨大潜力和战略上的重要地位越来越被人们重视。海洋探测是获取海洋环境、资源、能源、权益信息的重要手段。随着海洋事业的发展，探测技术手段不断更新换代，为高精度的海洋探测提供了技术保证，高精度导航定位是实现海洋高精度探测的基础。要实现高精度的导航定位，不仅需要对母船进行精确导航定位，同时还要实现对水下探测系统的精确导航定位。常用的海洋探测与定位技术有拖曳声纳、天波雷达、天线阵列、陀螺仪等。装备拖拽声纳的舰艇可以保证在对周边水下环境保持掌握的同时维持一定的巡逻速度；天波雷达具有远程探测能力，可以实现对800~3500km范围内的海面特性、海下目标及海面上空目标进行探测；利用天线阵列可以对海洋盐度等参数进行探测；由陀螺仪组成的惯性导航系统可以实时测量当前载体的三维姿态。由于单一探测与定位系统存在一定的缺陷，使得其通常不能单独进行探测与定位，现在更多地使用组合系统，它集中了多种探测与定位系统的优点，是未来的发展趋势。
6、无人汽车的自主控制
汽车智能化技术简化了汽车的驾驶操作并提高了行驶安全性，正逐步得到广泛应用。其中最典型也是最热门的未来应用就是无人驾驶汽车。无人汽车自主控制通过人工智能技术、雷达、数学计算、监控设备与导航系统协作，实现无人驾驶。目前，无人汽车自主控制的开发前沿主要包括高精度定位、导航、环境感知、避障、自动泊车系统等。无人驾驶汽车产业化的瓶颈问题主要有技术难题、成本、驾驶行为以及法律法规等。实现无人驾驶汽车的量产必须经历驾驶员辅助、半自动驾驶、高度自动驾驶和完全自动驾驶四个阶段。尽管目前无人驾驶汽车产业化仍存在各种问题，但无人驾驶汽车实质上是建立在汽车主动安全技术、智能化技术逐步升级的基础上的，只要市场对这些技术有持续的需求，就能推动汽车向完全无人化自主控制演进。
7、海上通信、导航与定位技术
随着船舶趋于大型化、高速化，以及海上交通密度与船舶装载量的不断增加，海上交通事故与经济损失呈增长趋势，航运安全与海洋生态开始逐渐受到威胁。海上通信、导航与定位技术在航海事业中扮演着重要角色，为海上军事、海上运输业、海上旅游业、沿海渔业等快速、安全发展提供了有力保障。作为海上通信的一部分，海上导航与定位技术主要来自于美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO和中国的北斗卫星导航四大系统，其中，导航定位的精确度、响应速度、可靠性以及通信定位的稳定性、安全性是此项技术的主要发展方向。此外，海上通信技术还包含海上无线通信系统、海洋卫星通信系统、岸基移动通信系统、集成海洋通信系统等，现阶段依然存在覆盖范围小、传输效率低、受环境影响的通信可靠性差、通信成本高等问题。近年来，5G移动通信、三路径海洋信道模型、微波散射等技术使海上通信效率、通信质量及通信距离等实现了明显的改善。建设覆盖范围广、传输距离远、通信速率与可靠性高、价格低廉的海上通信技术的长期发展方向。
8、新一代图像显示技术
人类所获得的信息有80%来自视觉，成像、图像处理及图像显示在工业、医疗、航空航天、军事等重要领域有着广泛的应用。新一代图像显示技术的前沿包括红外成像技术，全彩夜视技术，三维图像显示等。红外成像探测系统将以多谱段、多体制、多模式、偏振成像、分布式网络化、多传感器数据融合等技术为手段，以快速获取并发掘利用各种目标的多维动态信息并更准确地识别、跟踪为目标，进入高分辨、大视场、多维以及多传感器协同工作的新阶段。全彩夜视能还原夜晚景物的真实色彩，克服传统夜视成像技术无彩色，亮度暗，对比度差等缺陷，目前国内外研究主要基于图像融合、颜色转换等方法实现全彩夜视。三维显示技术能展现物体的深度感、层次感、空间位置等信息，使人获取与现实事物一致的三维信息，包括体三维显示、全息三维显示和集成成像三维显示等。三维显示技术是当今国际信息电子产业的最前沿研究方向之一，而光电子产业的迅猛发展也必将推动三维显示技术的产业化进程。
9、飞行器起降与飞行
飞行器广泛应用于交通运输、勘探测量和军事侦察等领域。目前飞行器技术的开发前沿包括飞行器的垂直起降和飞行控制两方面的内容，前者包括飞行器的低空、低速性能，以及垂直起降和悬停功能；后者包括飞行器的自主控制，其中涉及到飞行器本体设计、环境感知、地图、定位、导航和避障多方面技术。近年来，飞行器的发展方向集中在无人飞行器方面，即实现飞行器自主控制的智能化形态，提高飞行器的自主性、适应性和稳定性；并实现多飞行器间的协同侦察、协同跟踪与碰撞预警，构成多机集群系统。飞行器的飞行管理系统需要针对环境信息的多边性以及任务的多样性，进行飞行器的轨迹规划和动作部署，实现单个飞行器的路径和姿态的实时控制以及多个飞行器的集群控制。此外，为了适应多种任务环境的切换，飞行器外形的可变构型设计、长航时动力系统、高抗干扰多模态控制、高速高精度轨迹跟踪自适应控制以及运动过程中的障碍物检测、预测和避障技术等也是飞行器技术未来的发展趋势。
10、新型发动机技术
发动机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能，从而为系统提供动力的装置，决定着系统的动力性、经济性、稳定性和环保性。近年来，发动机在新型技术的驱使下不断向高效能、低油耗和少污染方向发展。
发动机直喷技术优化了进气混合效率，在高效节油同时实现大功率输出；可变气门正时技术能够满足发动机高速功率和低速转矩的要求；发动机增压技术能够在整个转速范围内提高燃烧效率，节约燃油并改善排放；废气再循环技术大幅度减少了机械损失和泵机损失的同时降低了排放；可变水泵技术能够根据温度自动改变泵入发动机缸体处的冷却液流量，满足发动机在不同工作状态下的冷却需求并减少了能耗。研发提升发动机动力性能、降低油耗和减少污染的新型发动机技术仍是发动机领域的工程开发前沿。迫于环保和节能的需求，小型化和轻量化也已成为发动机发展的主要趋势之一。此外，融合传感和大数据分析技术实现发动机的健康监测也成为提高发动机可靠性的前沿技术。
参考文献：《全球工程前沿2018》