机械发展史论文范文第1篇

关键词： 车辆；发展

在现代社会中广泛使用，不仅影响了车辆的运输行业和汽车行业，是我们国家的支柱产业之一，但也对农业和国家的防御装备现代化的发展产生深远的影响。车辆工程范围从原来的力学，机械设计，材料，流体力学和化学机电工程，机械设计及理论，计算机，电子技术，测试计量技术和控制技术，这不仅是相互渗透，也进一步与医学结合，生理学和心理学。它已经发展成为一门综合学科，包括多重的高科技和工程技术领域。

关于机械工程发展，在许多研究机械工程史著作中将其分为三个阶段：古代机械工程史、近代机械工程史、现代机械工程史。

机械始于工具。公元前3000年以前（史前期），人类已广泛使用石制和骨制的工具。搬运重物的工具有滚子、撬棒和滑橇等，如古埃及建造金字塔时就已使用这类工具。公元前3500年后不久，苏美尔人已有了带轮的车。史前期的重要工具有弓形钻和制陶器用的转台。弓形钻由燧石钻头、钻杆、窝座和弓弦等组成，用来钻孔、扩孔和取火。埃及第三至第六王朝（约公元前2686年～前2181年）的早期，开始将牛拉的原始木犁和金属镰刀用于农业。约公元前2500年，欧亚之间地区就曾使用两轮和四轮的木质马车。叙利亚在公元前1200年制造了磨谷子用的手磨。

公元前600～公元400年的古罗马称为古典文化时期，这一时期木工工具有了很大改进，除木工常用的成套工具如斧、弓形锯、弓形钻、铲和凿外，还发展了球形钻、能拔铁钉的羊角锤、伐木用的双人锯等。广泛使用的还有长轴车床和脚踏车床，用来制造家具和车轮辐条。脚踏车床一直延用到中世纪，为近代车床的发展奠定了基础。

约在公元前1世纪，古希腊人在手磨的基础上制成了石轮磨。这是机械和机器方面的一个进展。约在同时，古罗马也发展了驴拉磨和类似的石轮磨。

表是1500年前开始制造的。重要的改进是用螺旋弹簧代替重物以产生动力，此外还加了棘轮机构。机械式钟表创造的成功，不仅为现代文明所必需，也推动了精密零件的制造技术。机械式钟表后来又得到全面改进，如单摆式时钟取代了原来的天平式时钟。1676年英国为格林威治天文台制作了摆长不同的两种精密时钟。怀表采用双金属条，解决了平衡轮的温度补偿问题。

在欧洲诞生了工程科学。许多科学家，如牛顿、伽利略、莱布尼兹、玻意耳和胡克等，为新科学奠定了多方面的理论基础。为了鼓励创造发明，意大利和英国分别在1474年和1561年建立了专利机构。17世纪60年代出现了科学学会，如英国皇家学会。英国于1665年开始出版科学报告会文献。法国约于同时建立了法国科学院。俄、德两国也分别于1725年和1770年建立了俄国科学院和柏林科学院。这些学术机构冲破了当时教会的禁锢，展开自由讨论，交流学术观点和实验结果，因而促进了科学技术以及机械工程的发展。

在1750～1900年这一近代历史时期内，机械工程在世界范围内出现了飞速的发展，并获得了广泛的应用。1847年，在英国伯明翰成立了机械工程师学会，机械工程作为工程技术的一个分支得到了正式的承认。后来在世界其他国家也陆续成立了机械工程的行业组织。

机械工程的发展，在工业革命的进程中起着主干作用。如18世纪中叶以后，英国纺织机械的出现和使用，使纺纱和织布的生产技术迅速提高。蒸汽机的出现和推广使用，不仅促进了当时煤产量的迅速增长，并且使炼铁炉、鼓风机有了机器动力而使铁产量成倍增长，煤和铁的生产发展又推动各行各业的发展。蒸汽机用于交通运输，出现了蒸汽机车、蒸汽轮船等，这反过来又促进了煤、铁工业和其他工业的发展。汽轮机、内燃机和各种机床相继出现。

其中动力机械技术的突破，促进了各技术领域的突飞猛进。第一台有实用意义的蒸汽动力装置是英国的T.钮科门于1705年制成的大气式蒸汽机，曾在英国的煤矿和金属矿中使用。1712年制成的钮科门蒸汽机，它的蒸汽气缸和抽水缸是分开的。蒸汽通入气缸后在内部喷水使它冷凝，造成气缸内部真空，气缸外的大气压力推动活塞做功，再通过杠杆、链条等机构带动水泵活塞运动。1765年瓦特制作了一台试验性的有分离冷凝器的小型蒸汽机，1781年他又取得双作用式蒸汽机的专利。1776年瓦特与M.博尔顿合作制造的两台蒸汽机开始运转。到1804年，英国的棉纺织业已普遍采用蒸汽机作为生产动力。

19世纪中期，内燃机问世。第一台在工厂中实际使用的内燃机是1860年法国的勒努瓦制造的无压缩过程的煤气机，其基本结构与当时的蒸汽机相差不多。1862年，法国A.E.B.de罗沙提出四冲程循环的基本原理。1876年，德国N.A. 奥托制成四冲程往复活塞式单缸卧式煤气机，比勒努瓦的煤气机效率更高，功率更大。1878年，英国D. 克拉克制成二冲程作出了重要贡献。1897年他制成第一台压缩式点火式内燃机（柴油机），使用液体燃料，按四冲程原理工作，热效率高于当时其他任何内燃机。早期的压缩式内燃机的转速比较低，进入20世纪后内燃机的转速大幅度提高。

随着发电机和电动机的发明，世界开始进入电气时代。中心发电站迅速兴起，大功率的高速汽轮机应运而生。

第二次世界大战以后的30年间，机械工程的发展特点是：除原有技术的改进和扩大应用外，与其他科技领域的广泛结合和相互渗透明确加深，形成了机械工程的许多新的分支，机械工程的领域空前扩大，发展速度加快。这个时期，核技术、电子技术、航空航天技术迅速发展。生产和科研工作的系统性、成套性、综合性大大增强。机器的应用几乎遍及所有的生产部门和科研部门，并深入到生活和服务部门。

机械发展史论文范文第2篇

关键词:本雅明 影像 摄影 电影

在《作为生产者的作者》一文中，本雅明认为艺术的创作技巧，即艺术生产技术是整个艺术生产的核心，其水平的高低直接影响艺术创作的质量，同时，他还将商品生产的理论运用到艺术生产领域，将艺术家视为生产者、艺术品视为商品、艺术接受者视为消费者。他提出的作为商品的艺术、作为生产者的艺术家及艺术生产力等观点，今日仍具有解释商品化社会中艺术现象的价值。在对本雅明的相关理论进行梳理的过程中，如果从艺术史的角度考察艺术风格流变的主因我们可以发现，本雅明的兴趣点主要集中在研究技术因素导致的艺术本质的变化，进而探讨了新的艺术类型可能发生的社会作用。

本雅明在《机械复制时代的艺术作品》的前言中，分析了机械复制艺术兴起的社会基础，由于技术发展，“万物平等意识”的增强，复制品以其无可比拟的优势急速融入当代社会。明确指出，生产技术的变革会对艺术生产和接受产生重大影响。本雅明将机械复制技术看成是现代生产条件对艺术生产的最大冲击，“氛围”在这一冲击中消失殆尽。尽管本雅明对“氛围”的消失有一种怀念，但他并不是以线性的“进步”或“倒退”为衡量标准，而是基于他的革命辩证法，对机械复制时代的艺术（电影）也抱有积极态度。

下面，笔者具体分析本雅明在其艺术理论中展开对现代艺术中技术问题的讨论，他主要从如下几个方面来理解技术。

1.艺术品本身所包含的技术因素，诸如创作手段、创作媒介、呈现形式的物质支持等。从将艺术看作普通商品生产的视角来讨论，本雅明通过拉西斯和布莱希特开始关注马克思历史唯物主义思想，由此，本雅明开始把艺术创作的物质条件作为研究重点，技术成为研究中的核心关注点。

2.技术因素在本雅明的艺术体系中有着浓厚的政治色彩。本雅明将艺术为阶级服务的目的与物质技术条件紧密联系，以约翰・哈特菲德的摄影作品为例，认为他的摄影技术使书的封面也成了革命的工具。为了反对法西斯主义利用文艺加强对人的思想控制，本雅明将艺术创作、生产技术和政治倾向联系起来，将技术进步看成是政治事件。本雅明用阶级分析的方法剖析了当时的政治文化现状，希望艺术工作者能用自己的理论去与其斗争。

3.在本雅明的艺术理论体系中，机械复制作为一种新的技术形式得到了极大关注与解读。他在《机械复制时代的艺术作品》序言中谈到了他的写作目的，一是为了研究在资本主义条件下的艺术新变化，二是寻找艺术服务于无产阶级革命的方式。他将与艺术品生产相关的技术问题作为论述的出发点，追溯了复制技术的进步与艺术同步发展的历史，随着复制技术由传统迈入现代，相应的艺术形式也产生了重大变化。纵观全文，他对技术持有一种乐观积极的态度，他对复制技术的出现做了客观理性的评价：机械复制艺术充分发挥了艺术品的社会组织、动员作用，同时也觉察到了新技术带来的弊端，诸如电影对观众思维的控制，演员在摄影机前的表演整体被肢解等。

在本雅明所勾勒的艺术体系中，技术因素继续向前发展。在我们今天看来，影像领域已经历了四次革新：第一次是照相机的发明，第二次是电影的发明，第三次是电视的发明，第四次是数码摄录制品的出现。将技术的出现还原到历史文化语境中，纵观整个艺术发展的长河，我们可以将其概括为几个发展阶段：资本主义工业兴起前的模仿视觉艺术阶段、工业化催生的机械复制的艺术阶段，20世纪60年代以微电子技术为支撑的虚拟的视觉艺术阶段。

本雅明早在上个世纪就预言：“人们估计到，伟大的革新会改变艺术的全部技巧，由此必将影响到艺术创作本身，最终或许还会导致以最迷人的方式改变艺术概念本身。”①随着电子计算机及数字信息技术的发展与普及，生活环境发生了改变。艺术发展到今天，进一步印证了本雅明对艺术中技术因素支持赞赏的正确性。他描述了其生活时代所能感知的艺术发展史，即从石版画到木刻版画，再到摄影，到电影，在这一历史进程中，技术因素在艺术作品构成中的份额越来越大。艺术史发展到今天，已经进入到新媒体艺术阶段，艺术家开始和技术人员密切合作，但艺术并没有完全为技术所奴役，在新媒体艺术的背后，居于主导地位的仍然是作为艺术家的人的存在，即是其技术背后的观念。

新媒体艺术实际上体现了在技术的基础上人性化的艺术追求。西方新媒体艺术主要由影像艺术和网络艺术构成，在中国新媒体艺术主要由观念摄影、录像艺术、多媒体艺术、网络艺术等主要艺术种类构成。从其艺术构成上来看，影像是新媒体艺术的主要组成部分。美国当代颇具影响力的文学理论家杰姆逊在北大讲演录《后现代主义与文化理论》一文中，谈到传统艺术与机械复制时用了大量笔墨，但对数码影像复制的论述却不到一页，也没有具体对新媒体艺术作品的分析。笔者认为，这可理解为杰姆逊认为新媒体复制技术是机械复制技术的合理发展，并没有本质上的变化，因此不必花太多笔墨论述这个问题，相反有着本质区别的是传统艺术和机械复制艺术。总之，我们可以说，新媒体艺术是本雅明影像理论在当下的新发展。本雅明所关注的艺术与技术的关系问题给予我们最大的启迪是从技术的角度切入艺术史的研究。

注释：

①瓦尔特・本雅明.机械复制时代的艺术作品[M].王才勇，译.南京：江苏人民出版社，1993：78.

参考文献：

[1]W・J・T・米歇尔.图像转向[J].文化研究，2002：第3辑.

机械发展史论文范文第3篇

[关键词]美术技能摄影技术商业文化

一、概念

商业化以来，在美学表述中的“技术”与“艺术”是两组不同的概念，二者并不等同。商业化的技能和市场化的技术，一是商业摄影艺术文化，另一个则为市场摄影技术文化。根据研究，我们可以发现观点的分歧大致有以下几个视角:

1.手段论：文化一体，艺术也是手段。这个观点强调技术对文化的作用。在对商业与市场化以来的技术与文化关系的阐述中，德国批判理论家瓦尔特·本雅明最为重要的一位。他竭力推崇技术文化的作用。他认为“技术上的更新应受到重视。”他对技术重新进行了界定，技术包括生产、传播的方式，传播的革新，形式手段的变革，还包括物质性的技术手段、工具等。本雅明之左翼对技术持有这样乐观的看法，体现在他从摄影、电影这些新技术手段发明所受到的强大鼓舞当中。摄影技术的发展进步根植于社会文化的背景之中，摄影技术不仅表现出有形的物质性特征，而且它还体现出无形的文化特征，它是以“技术文化”的角色存在于文化之中的。一部技术史，也是一部文化史。摄影技术发展的历史可以说是摄影文化发展的历史。

2.环节论:摄影是技术还是艺术取决他的记录功能，目的是为了实现文化记录的任务，技术是保证社会文化认识、审美、教育的主要依据。因此，商业化模式下的艺术就是适当的调节审美活动和技术活动。所有市场技术都承担着文化的任务，如属于技术的各种艺术活动都涉及器官，不仅承担着文化的任务，也同样力所能及地肩负着社会方面的一些任务，因此，摄影在艺术中地位没有确定，文化主体地位容易丧失，容易被人瞧不起。

二、商业化时代的市场选择——机械复制时代摄影文化的反思

视觉文化，就是对身体以及文明、竞争的广泛的认识，就是人类悟性的、文明的、行动的基础。商业化时代的市场选择，产生了西方美学的“机械复制时代”，在德国批判理论家瓦尔特·本雅明《机械复制时代的艺术作品》艺术中最先提出后，美学界对机械复制时代，就是工业时代，这一时代的艺术作品与农业社会的艺术作品的一个根本区别是，工业艺术作品同时具备了其他工业产品的特征，这就是可以在相同品质的基础上无限复制。技能表现向技术复制转化，一下子打破了人们对摄影艺术的好感，使得摄影成了复制的代名词。

艺术作品的机械复制性是区分现代艺术和传统艺术的一个典型的时代特征。遗憾的是，摄影的技术化、商品化，这个物欲文化倾向不仅冲击着摄影艺术，而且严重影响着当前摄影技术与科技发展轨迹。传统艺术作品具有原真性、永恒性、权威性、膜拜价值，它还带有个人独特的审美品位。机械复制时代的艺术作品，则完全是另一种态势。人们可以用一张底片复制大量的照片，这期间所花费的时间只需要几分钟甚至几秒的时间。照相摄影技术的复制性使得艺术作品不再是人们触不可及的神圣之物，它走进了人们的生活，改变了人们与艺术的关系，艺术的社会功能也随之发生变化，它不再建立在礼仪的根基上，而是建立在政治的根基上。机械复制时代的艺术作品是机械复制技术文化与工业文化的产物，它具有无穷复制性、可修改的特性、可展示性，给众多的欣赏者带来无距离的直接震撼。机械复制也有别于传统手工复制，它比手工制作更加独立于原作，另外技术复制能把原本摹本带到无法到达的地方，这些在照相摄影中表现尤为深刻。

三、商业化时代重塑摄影文化精神

回溯古今中外的美术文化史，莫不是源于劳动，竟于技艺，化与美学，劳动史、艺术史、美学史具有相关一体的特征。当前迫切需要研究和探索人类个体工艺结构（亦可称作实践结构）在现代社会文化的宏观背景下从无到有、从简单到复杂的发生发展过程和规律，并揭示其与个体语言、思维结构，文化、科学结构，意志、情感结构以及生理、心理结构发生发展的内在联系。沿着这一崭新的思路深入研究下去，可能会导致从教育理论到实践的一系列重大突破。

1.摄影艺术的大众化方向:机械复制技术的复制性，使得艺术作品的复制可以独立原作，也为作品的大范围远距离的传播提供了可能。如果说人们在以往时期欣赏传统艺术作品时，要受到时间空间的种种限制,然而到了机械复制时代,复制技术所具有的大批量生产和大范围远距离传播特性为人们随时随地欣赏艺术作品创造了条件。由于摄影技术使得艺术作品能够在大范围远距离进行传播,这就以为着更多的人可以从事艺术事业,艺术真正地从神圣的殿堂中走出来,预示着大众文化时代和大众传播时代的到来。

2.摄影艺术在电子影像时代的价值。随着大众传媒的无边渗透，电视、电影、网络、广告和MTV，当代社会正在成为一个视觉文化或者说影像文化社会。正如詹姆逊所认为“以大众文化为后现代社会的文化模式，认为它的特点是从现代主义的语言中心转向后现代主义的视觉中心文化”。摄影技术长期以来被当作一种超越文化的力量，它有其自身的文化内涵。尤其到了电子影像时代，科技文明高度发展的时代，技术不仅代表着先进的生产力，而且形成了新的意识形态，构造了一种特定的“合理化”的现代文化制度。技术的迅猛发展不仅体现在它的复制性与传播的便捷性，还在于它改变了人们的观看方式。技术的发展推动着摄影文化的发展，本身就是以“技术”为依托的摄影，又恰逢数码时代的到来，数码摄影的出现必将是摄影技术的一次巨大进步，或者说是一场重大的文化变革。

参考文献：

[1]苏珊·桑塔格:《论摄影》

[2]瓦尔特·本雅明:《机械复制时代的艺术作品》

[3]张楚翔:《新媒体技术条件下的摄影文化流变》

机械发展史论文范文第4篇

关键词：机械唯物主义；自然观辩证；唯物主义；自然观机械力学

机械唯物主义自然观是近代自然哲学家以近代机械力学为基础，与唯物主义相结合，概括和总结自然观及其与人类的关系所形成的自然观。它是历史上相继的自然观状态的一种形态或一种阶段。

机械唯物主义自然观的自然科学与哲学

机械唯物主义自然观的自然科学。从15世纪到18世纪，工场手工业替代家庭手工业，生产技术逐渐改进，自然科学逐步冲破宗教神学观念的束缚，其中力学发展最快，并被广泛应用于生产和生活各方面。这一时期自然科学的发展以伽利略和牛顿为代表。伽利略将试验方法和数学演绎方法相结合应用于物理学领域，使机械论自然观表现出了“自然的数学化，质还原为量，人与自然的二元对立，上帝与自然的二元对立”特征。牛顿统一了天体力学和地面力学，建立了经典力学的完整体系，实现了自然科学的第一次大综合。他认为物体没有改变状态的能力，惯性是其本质属性，运动需要借靠外力，宇宙是一个依照某一运动规律被设计出来的机械装置。之后近代的自然科学都以力的概念和机械运动的规律去研究自然科学的其他现象。

机械唯物主义自然观的哲学。法国的笛卡尔奠定了机械唯物主义自然观的哲学基础，他认为世界的运动都是按照力学的定律来运动的，并用这种机械的观点去解释一切物质运动，包括宇宙中星体的运动、复杂多变的人体运动，甚至是生命有机体的动物生理运动。这种物质的运动并不是一种有意识的、可以为事物所主导的运动，而是无生命的运动。他认为世界被严格区分为形体世界和精神世界两个部分，它们都有上帝这一个共同的来源；伴随着这种区分，他同时也将人类社会中的道德与人文同自然哲学和科学进行了分离。

辩证唯物主义自然观对机械唯物主义自然观的批判

在人类的发展历史上，西方近现代的自然科学、哲学、宗教等各个领域均受到来自机械唯物主义自然观的重大影响，然而仍然具有局限性，马克思主义对其机械性、形而上学性和不彻底性进行了批判，对其扬弃后发展出了辩证唯物主义自然观。

机械唯物主义自然观认为“运动就是失掉一个位置而获得另一个位置”。因而，在机械唯物主义自然观机械看来物质的运动无非只是位置的不断变化而已。他们只是把运动看做是机械的运动，而没有看到其他的运动，用机械运动的特点掩盖了其他运动形式的特殊性。而辩证唯物主义自然观则认为任何事物都处于运动变化之中，运动是绝对的，运动具有客观性，运动过程包括进化和退化，事物运动的方向最终都是从低级走向高级的过程。

把一切质的差异都归结为量的差异是机械唯物主义自然观形而上学的一个表现。辩证唯物主义自然观认为质量变规律揭示了事物因矛盾引起的发展过程和状态、发展变化形式上具有的特点，从量变开始，质变是量变的终结。量变是质变的必要准备，质变是量变的必然结果；质变不仅可以完成量变，而且为新的量变开辟道路；质变引起事物性质的变化。机械唯物主义自然观否定了质自身的规定性，又否定了不同层次的量的各种规定性，因而把量的范畴抽象化、绝对化。例如他们认为，可以用事物量的变化来将一切质的差别和变化归结起来，否定质变的存在。

机械唯物主义自然观以孤立、静止的方法研究自然界。机械唯物主义自然观指导下的自然科学研究用孤立、静止的观点解释自然界，用孤立的观点来否定事物之间的联系具有普遍性，用静止的观点来认为事物在本质上从来不发生变化，将自己归到了造物主创造整个自然界的唯心主义营垒中。16-18世纪的自然科学大部分领域和学科正处在搜集资料和分门别类加以整理的初级阶段。如生物学家林耐把各种植物孤立起来进行分类，认为先要知道生物界是由什么构成的，然后才能研究他们是怎样进化的以及各种生物之间的相互关系。这种将研究对象进行分解加以研究的方法由于受研究水平的限制，不可避免地成了孤立、静止的研究自然界的方法。

机械唯物主义自然观在自然科学上没有突破神学的桎梏。虽然机械唯物主义自然观一定程度上摆脱了中世纪神学世界观的束缚，如牛顿就用力的概念和机械运动的规律去揭示一切现象，得出了严格的用数值来表示机械因果性的公式。但是牛顿认为惯性是物体的本质属性，物质本身没有改变状态的能力，物体要改变状态，只有依靠外力，提出了所有运动变化的原因都在物质外部的外因论。牛顿把这个外因归结为“神的第一推动力”，又陷入了神学的桎梏。

机械唯物主义自然观影响了经济学，受其支配下的人类活动造成了生态环境的恶化。机械唯物主义自然观认为人与自然二元对立，认为自然中存在心灵和物质这两个实体，二者独立存在而不相互依存，各自有着不同的属性，一方的变化不会引起另一方的变化。这种观点影响了我们对人与自然关系的认知，造成了自然与人的对立，导致人们对自然伦理的冷漠，是人们的自然观发生了异化。资本家为了经济利益和剩余价值，不断去更新技术去开采自然资源，对污染物进行毫无节制地排放，破坏了生态平衡，最终造成了现代社会经济高速发展与生态危机日益严重的不平衡。

结语

本文从机械唯物主义自然观的自然科学和哲学入手简要介绍了机械唯物主义自然观，然后从辩证唯物主义自然观的角度对其机械性、形而上学性和不彻底性的局限性进行了评析。由于对自然科学仅处于概念上的了解，且缺乏对人类历史上不同历史时期自然观的深刻理解，因此无法很好得用辩证唯物主义及历史唯物主义研究自然科学的方法准确地对机械唯物主义主义自然观进行评析。知识的欠缺和方法的不严谨导致本文没有以机械唯物主义自然观的一个具体局限为参照进行研究，仅仅停留在了简单笼统的论述上。

（作者单位：中国石油大学（北京）人文社会科学学院）

参考文献

[1] 恩格斯：《自然辩证法》，《马克思恩格斯文集》（第9卷），人民出版社2009年版。

[2] 北京大学哲学系外国哲学史教研室：《十六――十八世纪西欧各国哲学》，商务印书馆1975年版。

[3] 李尊，刘晓君：《机械自然观的思想基础及影响》，载《佳木斯大学社会科学学报》2002年第6期。

[4] 林定夷：《十九世纪：自然科学家对机械论的辩护与批判》，载《暨南学报（哲学社会科学）》1990年第2期。

[5] 杨文义：《评析机械唯物主义自然观》，载《雁北师院学报（文科版）》1996年第4期。

[6] 周碧雯：《旧唯物主义：人与自然关系异化的哲学根源》，载《大连大学学报》2013年第4期。

[7] 吴彤：《论机械自然观的历史作用和历史地位》，载《内蒙古大学学报（哲学社会科学版）》1987年第1期。

机械发展史论文范文第5篇

关键词：机械设计；课程教学；挑战；对策讨论

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）15-0109-03

一、引言

“作为生产力的一个要素，工程技术把科学原理转变为改造世界的动力，是科学发现和产业发展联系的桥梁；是产业革命、经济发展与社会进步的强大杠杆。”人类社会已经经历了三次工业革命。18世纪的机械工业革命产生了纺织工业、机械制造业、铁路运输业和煤炭工业等；第二次工业革命中崛起了电力工业、化工工业、冶金工业和汽车工业等；第三次工业革命催生了电子工业、计算机工业、空间工业、合成材料工业和原子能工业等。机械设计作为机械工程的技术基础在不断地更新与发展，机械设计课程的内容与教学方式也随着新科技的发展而不断进化，机械设计教学的基本要求就是使得学生获取机械产品设计的知识、拓展设计能力、提高素质和开启智慧。

人们设计、制造、检测和销售产品是为了获取利润，在向用户提供使用价值的同时获得自己劳动应该得到的利润。劳动创造价值，机械产品的设计最终目的就是提供使用价值，同时获得劳动报酬。因此，价值—功能—原理—结构的产品设计思路认为，在设计产品的初期，设计者思考的不仅仅是产品应具有的功能，也必然考虑产品的市场销售能得到多少利润。

在创新氛围日益浓厚的21世纪，创新教育与创新实践是各国教育界特别重视的问题。面对生命科学与技术为核心的21世纪，机械设计课程面临新的挑战。在新的世纪，机械设计教学不应“渴而穿井，斗而铸锥”，而是应该未雨绸缪、积极面对新的挑战。本文从当前科技的发展出发，讨论机械设计课程面临的挑战。

二、机械设计的基础

17世纪和18世纪初叶是钟表时代，18世纪末叶和19世纪是蒸汽机时代。机构学的发展，出现了曲柄滑块原理的内燃机、汽轮机和水轮机等，实现了将柴油和汽油的化学能转化为机械能；原煤的化学能经热能转化为机械能；水的动能和势能转化为电能或机械能。这些技术发展进程中，诞生了机械设计课程。

机械设计包括机械原理、机械零件和机械系统设计三部分内容。机械原理讨论机构的设计、运动分析和动力学分析。机械零件部分讨论机械零件的强度、刚度、振动稳定性和耐磨性等设计方法，并且介绍机械的结构设计。机械系统设计部分讨论机械系统的动平衡、速度波动调节以及系统方案优化设计等。机械产品的创新设计以上述三部分内容为基础，对产品设计进行改进或革新。

1.机械原理。机构的设计与分析是机械原理的核心内容。常用的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗杆结构、摩擦轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。机构的演变或创新方法有：机构的组合、机构的演绎、机构的逆向设计以及新原理的应用等。机构组合是常用的设计方法，通过不同类型机构组合或者同类型机构的组合，得到实现运动轨迹的新组合机构。机构的演绎是通过改变机构的运动副、构件几何设计、机构的变结构等方法，获得新的机构设计。机构的逆向设计，常用主动构件和输出构件互换、增加或减少自由度数即原动件数，来获得新的机构设计方案。机构的运动分析和动力学分析，常用计算机辅助设计的方法来分析，以获得运动轨迹、加速度和跃度的变化曲线。机构的创新设计是机械产品创新的基本内容，也是对产品在较大程度上的革新。

2.机械零件。机械零件分为通用零件和专用零件。机械零件部分介绍的是各类通用零部件，包括连接零件、传动零件、轴系零部件以及弹簧、机架和导轨等。连接零件有螺纹连接、销、键和花键、过盈连接、胶接、焊接和铆接等。传动部分有带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、摩擦轮传动等。轴系部分有轴承和轴的设计，其中轴承有滑动轴承、滚动轴承、空气轴承、电磁轴承和静电轴承等。机械零件的设计是针对零件的失效形式来进行的。首先由实践确定机械零件的失效形式，然后选择零件的材料和表面处理技术，以抵抗其失效形式，再依据相应的设计理论提出设计准则和设计公式，最后是设计零件的所有结构尺寸。另一方面，机械零件是物化的产品，其结构设计和制造工艺性设计也是关键方面。机械零件的创新设计方法有变结构的设计、组合设计以及采用新原理的设计等。

3.机械系统设计。机械产品越来越复杂，组成机械产品的零件个数越来越多。机械系统的传统设计内容有动平衡、速度波动调节和分系统之间的匹配等。机械子系统的设计，包括动力系统、传动系统、执行系统、控制系统和辅助系统的设计。在计算技术发展后，针对系统层面出现了系统优化设计、系统可靠性设计和系统摩擦学设计，并且在产品设计中得到应用和推广。随着生态设计、全寿命周期设计、维修设计和自动化设计的发展，基于系统分析和计算仿真的设计软件包日益增多。经典的设计内容都可以由软件包来完成，然而对于新材料的机械零部件设计及其系统设计，仍需要理论和实验的应用基础研究，以获得设计准则和相应的设计方法。

三、机械设计面临的挑战

我国的机械工程高等教育是从20世纪初开始的，落后于欧洲的第一次产业革命200余年。因此，我国的机械工程科学与技术距世界先进水平有差距是有其历史原因的。在改革开放后，国家的载人航天、高速铁路和青藏铁路等重大工程的建设推动了机械、电气、信息和材料等学科技术的进步，同时也促进了不同学科的技术整合，以新的系统产品提供给消费者。然而，我国的工程教育历史较短，仍有待借鉴国外先进的工程教育经验和教育方法。目前，机械设计教学与产品设计面临的挑战有创新能力的培养、系统性的思维观、新的科学原理带来的挑战等。

1.新材料带来的挑战。人类的发展史从某种意义上说也是人类利用和制造材料的历史。随着人们对石头、铜及其合金、铁及其合金、半导体材料的制造和使用，人类社会经历了石器时代、青铜时代、铁器时代和半导体时代。在上个世纪末，智能材料的发展非常迅速，例如压电材料、磁致伸缩材料、光敏材料等，机敏材料正得到更多的应用。在量子力学基础上出现的新智能材料，将为机械产品设计提供更广阔的空间。作为机械产品设计工程师，要时刻关注智能材料的进展及其制备技术。纳米材料作为一种介观尺度的材料，已在纳米添加剂方面得到工程应用。另一方面，材料的成本与市场供应也是产品设计阶段需要考虑的内容。新材料的发展与研制，为机械产品设计提供了更多的设计选择，也同时使得以前不可实现的产品功能得以实现。生物材料及其仿生技术是新材料的发展方向之一，设计师应关注这一方面的新进展、新技术和制造过程，在较短时间内将其应用于产品设计，为人们的安全、舒适的生活和健康提供新的产品。

2.信息科技带来的挑战。从信息论和控制论的诞生开始，人们就进入了信息社会。计算技术的软件、硬件和系统技术，作为20世纪的标志性进展，以此为阶梯，人们开始了信息社会的生产与生活。信息技术使得地球变成了地球村，各地信息及时传递与互享共用，改变着人们的生活方式、生产方式和思维习惯等。毫无疑问，我们已经生活在信息社会里，信息技术对机械系统中的控制单元设计进行了彻底的变革。产品的设计涉及功能、结构、外部界面、用户界面和成本五个方面。产品的创新设计方法很多，例如前苏联学者G.S.Altshuller提出了创新问题解决方法。无人车间、无人制造工厂不再是人们的向往，而是已经成为现实。信息技术已经提供了虚拟战场、3D虚拟电影、虚拟产品模型、虚拟产品装配等一系列产品和相关的技术。机械制造的核心，机床已经是计算机控制的可编程设备，机械制造过程也已经是柔性的可变制造系统的生产线。可以预见，信息技术不仅会为人们的生活提供手机和无线网络等，也将提供虚拟的生活体验，例如虚拟的蹦极、虚拟侏罗纪公园等。信息科技对机械设计和机械制造的变革不会比电气化革命带来的少，而且更加深刻、更加深远。机械设计工程师要学习新的信息科学与信息技术，用其革新机械产品的设计、机械制造过程和管理过程。

3.智能科学带来的挑战。21世纪是生命科学与技术的时代，生命的基本特征就是智能与生长。智能科学的发展与信息科学密切相关，也可以说是以信息科技为基础的。简单智能产品，例如冰箱、空调等，已成为商用产品，而且新的更高智能程度产品也在日新月异的发展之中。基于信息技术的智能交通系统、公园导游系统、空中管制系统等产品已具雏形，随着信息处理的高度智能化发展，这些信息管理系统也需不断地升级。1956年到1961年可以说是AI研究的形成时期，卡内基-梅隆大学、麻省理工学院和IBM公司开始了AI的早期研究。1961年到20世纪80年代是AI成长期，80年代是其快速发展期，80年代后人工智能技术步入实用化成熟期。取得了国际象棋、口语识别、机器视角和专家系统等研究成果。

4.生态环境带来的挑战。随着生产的规模扩大，对自然资源的消耗日益严重，伴随出现的环境污染也日益突出。在今天的生产发展阶段，保护自然生态环境的压力更加突出。为了保护人类的生活环境，必须从产品设计、产品制造到产品回收循环利用的全周期，考虑产品的环境绿色性。产品供应链的全球化、网络化与节能设计，是新世纪机械产品设计需要考虑的新问题。机械产品的设计阶段就很大程度上决定了产品的环境友好性。从材料选择来说，应采用材料种类更少的设计方案；从计算参数设计来看，应提高功能参数与质量之比，更大程度地发挥材料的性能；从结构设计来说，应尽可能地循环利用报废机器的零件，或者通过最低成本的再制造，然后循环利用零部件；在功能设计来说，应尽可能发挥产品的设计构思，提供更多、更便捷、更低成本的功能实现方案。如此等等，在整个产品设计阶段贯彻生态设计的理念，为保护自然环境和最大效能利用资源做出努力。

四、小结

机械产品创新设计必需解决新发展的挑战，新材料、信息技术、智能科学与生态环境等带来的将是长期面临的新问题。机械设计的发展是个动态的吐故纳新过程，只要我们睁开眼睛、敞开胸怀，以前期的机械机构设计、结构设计、强度和刚度设计、可靠性设计、优化设计和摩擦学设计等知识为基础，必将在新的世纪中创造出更多更好的新产品。

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