本教程研究分析了我國機械工程學科和機械類專業的發展現狀，詳細梳理了機械專業的知識體系，并將知識要素匯集為結構合理的課程體系，供廣大開設機械專業的高校教師借鑒與參考。
序
新工業革命正在深刻地改變著世界，中國正在向世界工業強國的行列邁進，如此大背景下的我國機械工程高等教育面臨著嚴峻的挑戰。
《中國機械工程學科教程》(以下簡稱《教程》)自2008年出版以來，成為很多高等院校機械學科教學改革的重要參考書之一。此次再版修訂，希望《教程》不斷地為機械學科教學改革服務。
常常聽到部分企業界人士提出這樣的話題： 大學能否為企業進行訂單式的人才培養？這種要求看似簡單、直白，卻反映了當前學校人才培養工作的一種尷尬： 企業對工程人才培養現狀并不滿意。如何使企業滿意？答案卻不是簡單明了的。大學中部分教授和企業中的某些工程師可能愿意采用簡單的答案： 訂單式培養。我雖然一貫主張大學與業界的緊密聯系，主張工程教育應該直面企業需求，主張讓更多的非專任教師走上大學的講臺(不只是講座，還包括課程中某些內容的講授)，可是若完全讓企業的現實需求牽著鼻子走，似乎也令我惶惑不安。在我看來，有兩種不同的企業需求，一種是眼前的、完全實用主義的需求，另一種是長遠的、預期的需求，也是大學應該盡量去滿足的。如果一個企業的訂單式培養計劃著眼于長遠的、預期的需求，那么委托某大學按其訂單要求培養，或許還有合理成分。否則，僅止于當下實用主義的需求，就不可能真正培養出面向未來工程發展的人才。
或許有人會質疑，大學有不同層次，如研究型、應用型等，應用型大學為何不著眼于當下現實需求，何必著眼于長遠、預期的需求？其實，應用型人才的工作難道不也是隨著技術的發展而變化的嗎？我們能夠想象在APP廣泛應用的時代，在可穿戴的時代，在人工智能的時代，應用型人才還是一成不變的嗎？因此，各種層次的工程人才的培養都需要著眼于未來的、預期的需求。
引領工業的未來需求，大學工程教育責無旁貸。那么工程教育中的教材改革應該做些什么？
我曾提出過高等工程教育邊界再設計的想法。專業邊界在哪里？對于某個專業而言，其課程體系的邊界在哪里？某一門課程內容的邊界又在哪里？這些實際上是業界未來發展趨勢和人才市場的潛在需求對高等工程教育提出的挑戰，當然是大學工程教育必須面對的問題。
有兩點需要特別注意。其一，面向企業長遠的、預期需求的邊界再設計，既不是某些工程師僅基于企業眼前需求的實用主義呼喚，更不能只是某些教授關在象牙塔中的虛構。它必須是業界人士與教授們融合、協同的產物。其二，不同類型、不同層次的院校對《教程》中內容的選擇或組合可以不一樣。尤其是應用型大學，一味地向研究型大學趨同的做法顯然是不可取的，甚至是荒唐的。
長遠的、未來的需求不能是虛無縹緲、遙不可及的，它畢竟是可預期的，是業界人士也可感知的即將到來的變化。既如此，不可能產生一個長時間不變的“邊界再設計”，而是需要一個不斷進化的“邊界再設計”。換言之，“邊界再設計”應該是大學的常態工作，不是一時的，而是長期的； 不是靜止的，而是動態的。
教育部高等學校機械類專業教學指導委員會與中國機械工程學會、清華大學出版社合作編寫、出版這本《教程》，規劃機械專業乃至相關課程的內容。希望《教程》既體現前瞻，又立足于企業可預期的需求。《教程》提供了一個平臺，衷心希望有志于此的教師、工程師利用這個平臺，持續、有效地展開專業的、課程的邊界再設計，使得教學內容總能跟上技術的發展，使得大學培養的人才更能為社會所認可，為企業所歡迎。
2017年4月
第0章緒論
0.1導言
機械工業是國家工業體系的核心產業，擔負著向國民經濟各部門提供技術裝備的任務。機械工業的技術水平和規模是衡量一個國家綜合實力的重要標志。
機械工程學科擔負著為我國機械工業及相關行業提供人才支撐的重要使命，直接影響著我國機械科學與技術的發展，進而影響著我國的經濟建設和社會的發展。
機械工程學科的主要任務是把各種知識、信息融入設計、制造和控制中，應用現代工程知識和各種技術（包括設計、制造及加工技術，維修理論及技術，材料科學與技術，電子技術，信息處理技術，計算機技術和網絡技術等）,使設計制造的機械系統和產品能滿足使用要求，并且具有市場競爭力。
機械工程學科的主要領域包括機械的基本原理、各類機械系統及產品的設計理論與方法、制造原理與技術、測控原理與技術、自動化技術、材料加工、性能分析與實驗、工程控制與管理等。隨著本學科及相關學科的飛速發展和相互交叉、滲透與融合，機械工程學科在人才培養上更加強調多學科交叉融合及創新應用能力。
機械工程學科具有悠久的歷史，也是工程學科門類中的重要學科之一。20世紀以來，電子技術、計算機技術、信息技術等高新技術的出現和發展，促進了機械工程學科的快速發展。
進入21世紀，在機械工程學科引領下的我國機械工業和制造業得到了飛速發展。制造業已成為關系國計民生和國防安全的支柱產業，也是國家經濟發展的財富來源行業之一。我國已成為制造業大國，正面臨從制造業大國向制造業強國轉型的關鍵時期。盡快實現和完成這一重大轉變，人才是關鍵。培養大批適應中國機械工業，特別是制造業發展所需的技術人才，對中國機械工程教育事業既是嚴峻的挑戰，又是難得的機遇。
為此，2008年，由教育部高等學校機械設計制造及其自動化專業教學指導分委員會、中國機械工程學會、清華大學出版社聯合組成中國機械工程學科教程研究組，研究出版了《中國機械工程學科教程》。
2015年，隨著《中國制造2025》的頒布，對機械工程人才培養提出了更高的要求。為此，教育部高等學校機械類專業教學指導委員會會同中國機械工程學會、清華大學出版社聯合組成了中國機械工程學科教程修訂研究組，結合新形勢、新要求，對教程進行修訂，力求在保持原教程的體系框架不變的基礎上,有所突破與創新。
本教程旨在建立適應現代機械工程技術人才培養目標的課程體系，使機械工程本科教學更規范，更能適應現代機械工程技術和國民經濟發展對人才培養的要求。本教程倡導重理論、強實踐、求創新的機械工程人才培養思路，通過數學類、自然科學類、人文社會科學和機械工程相關的基本理論、基礎知識的教學和基本技能的訓練，使學生的知識、能力和素質得以協調發展，達到專業培養目標的基本要求。
0.2本教程的編寫原則
教程的編寫借鑒了國內外大學先進的辦學理念和人才培養的經驗，遵循了開放性、多樣化的原則。參考本教程制定人才培養計劃時需注意以下問題：
（1） 本教程為開放系統，要充分考慮社會需求和機械工程學科的發展，及時將現代設計理論和方法以及先進制造技術等引進課程體系中。
（2） 我國高等工科學校門類繁多，各校定位和服務面向不盡相同，本教程只給出了專業建設的基本標準。在制定教學計劃時，應充分考慮學校的自身條件和特點，構建因材施教的教學計劃和培養體系，應有一定的彈性，給學生自主學習和個性發展留有充分的余地。
（3） 機械工程專業人才培養是以工程為背景的專業教育，而工程教育的核心是實踐能力的培養，教程強調了實踐教學環節。在制定教學計劃時，應特別注重以學生為主體的實踐教學體系的構建，把引導學生主動實踐、培養學生的綜合能力和創新意識落到實處。
0.3本教程的結構
本教程共分8章： 第0章介紹本教程的一些基本情況； 第1章介紹機械工程學科的定義、發展歷史、人才培養以及影響學科教育的其他因素； 第2章介紹本科生的培養目標，包括基本要求、能力與技能； 第3章介紹機械工程專業教育的基本要求； 第4章介紹機械工程教育知識體系以及知識領域、子知識領域、知識單元和知識點的劃分； 第5章介紹機械工程學科教育的課程體系和教學計劃，并介紹各主要知識領域的相關主干課程； 第6章介紹機械工程教育中應該注意的一些實踐問題； 第7章介紹國內外機械工程教育專業認證的最新情況和相關文件。附錄中介紹了一些國外知名大學機械工程學科的相關情況。
第1章機械工程學科與機械類專業
第1章機械工程學科與機械類專業
1.1機械工程發展簡史
1.1.1古代機械
人類與動物的區別在于能夠制造和使用工具。根據所使用工具的材料不同，古代人類相繼經歷了石器時代、銅器時代和鐵器時代。
人類使用石器的時間長達上百萬年。公元前5000年左右，埃及開始冶煉銅，并用銅制造工具和武器。公元前1400年左右，小亞細亞半島上的赫梯王國掌握了冶煉鐵的技術，最早大量地生產鐵，并在很多場合用鐵代替了銅。自遠古一直到第一次工業革命以前，木材也始終是制造工具甚至機器的主要材料。
古代機械的發展與人類文明的發展同步，主要集中在埃及和西亞、中國、希臘和羅馬三個地區。
埃及使用工具最早，創造了杠桿、滑輪、螺旋等六種“簡單機械”。它是后來機械發展的根基。
公元前600年至公元400年，是希臘古典文化的繁榮期，產生了一批著名的哲學家和科學家。對簡單機械進行歸納的任務就是由古希臘學者阿基米德、希羅完成的。但隨著公元5世紀西羅馬帝國的滅亡，希臘和羅馬的古典文化歸于沉寂，歐洲進入發展緩慢的中世紀。
公元后，埃及從創造的前沿淡出，而中國則進入了黃金時代。古代中國的機械發明和工藝技術種類多、涉及領域廣、水平高； 涌現出一批卓越的發明家，在世界上長期居于領先地位。明朝中后期開始實行“閉關鎖國”政策，到清朝則更變本加厲，它隔斷了中外科技文化的交流，阻礙了資本主義萌芽的發展。
古代機械的發明首先是為了人類的衣食住行： 農耕、灌溉、谷物處理、紡織、車與舟。為了農業，要懂得天象，這就出現了天象觀測的儀器。由于狩獵和族群之間斗爭的需要，就出現了武器。為了冶煉金屬，就出現了鼓風機。
鑄造、鍛造、退火和淬火技術與金屬的使用和冶煉相伴而生。在古羅馬時代，已經使用了落錘。公元前1300年，埃及出現了原始的切割木制工件的車床。中國古代的鑄造技術也已發展到很高的水平。
古代機械的產生是一些能工巧匠依靠直覺和靈感創造出來的，它來源于實踐，而缺少科學理論的指導。近代和當代所創造的一些機構和機器，如車床、汽輪機、水輪機、螺旋輸送機在古代即已有雛形，雖然十分簡陋，但其原理與今天的機械是相通的。古代機械使用人力、畜力、水力和風力作為動力。沒有先進的動力是古代機械發展緩慢的原因之一。
1.1.2近代機械工程
14~16世紀，在意大利首先出現了資本主義生產方式的萌芽，地理大發現為世界市場的出現準備了條件。經濟基礎的變化帶來了上層建筑的變革： 在幾百年間，歐洲陸續發生了文藝復興等一系列的思想解放運動，繼之以英、法等國發生資產階級革命，世界進入近代。
達·芬奇開始了近代的機械科技研究。瑞士的鐘表制造業是近代機械工業的序幕。
17世紀，牛頓創立了經典力學，它是近現代力學和機械工程發展的科學基礎。
在18世紀中葉開始的第一次工業革命中，出現了使用機器進行生產的熱潮。瓦特在前人工作的基礎上，改進、發明了蒸汽機，為人類提供了空前強大的動力，并出現了以鐵路和輪船為代表的交通運輸革命。大型的集中的工廠生產系統取代了分散的手工業作坊。近代的車床、鏜床、刨床、銑床發明，機械制造業在英國誕生。機械工程的發展在第一次工業革命的進程中起著主干作用。
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