本教程研究分析了我国机械工程学科和机械类专业的发展现状，详细梳理了机械专业的知识体系，并将知识要素汇集为结构合理的课程体系，供广大开设机械专业的高校教师借鉴与参考。
序
新工业革命正在深刻地改变着世界，中国正在向世界工业强国的行列迈进，如此大背景下的我国机械工程高等教育面临着严峻的挑战。
《中国机械工程学科教程》(以下简称《教程》)自2008年出版以来，成为很多高等院校机械学科教学改革的重要参考书之一。此次再版修订，希望《教程》不断地为机械学科教学改革服务。
常常听到部分企业界人士提出这样的话题： 大学能否为企业进行订单式的人才培养？这种要求看似简单、直白，却反映了当前学校人才培养工作的一种尴尬： 企业对工程人才培养现状并不满意。如何使企业满意？答案却不是简单明了的。大学中部分教授和企业中的某些工程师可能愿意采用简单的答案： 订单式培养。我虽然一贯主张大学与业界的紧密联系，主张工程教育应该直面企业需求，主张让更多的非专任教师走上大学的讲台(不只是讲座，还包括课程中某些内容的讲授)，可是若完全让企业的现实需求牵着鼻子走，似乎也令我惶惑不安。在我看来，有两种不同的企业需求，一种是眼前的、完全实用主义的需求，另一种是长远的、预期的需求，也是大学应该尽量去满足的。如果一个企业的订单式培养计划着眼于长远的、预期的需求，那么委托某大学按其订单要求培养，或许还有合理成分。否则，仅止于当下实用主义的需求，就不可能真正培养出面向未来工程发展的人才。
或许有人会质疑，大学有不同层次，如研究型、应用型等，应用型大学为何不着眼于当下现实需求，何必着眼于长远、预期的需求？其实，应用型人才的工作难道不也是随着技术的发展而变化的吗？我们能够想象在APP广泛应用的时代，在可穿戴的时代，在人工智能的时代，应用型人才还是一成不变的吗？因此，各种层次的工程人才的培养都需要着眼于未来的、预期的需求。
引领工业的未来需求，大学工程教育责无旁贷。那么工程教育中的教材改革应该做些什么？
我曾提出过高等工程教育边界再设计的想法。专业边界在哪里？对于某个专业而言，其课程体系的边界在哪里？某一门课程内容的边界又在哪里？这些实际上是业界未来发展趋势和人才市场的潜在需求对高等工程教育提出的挑战，当然是大学工程教育必须面对的问题。
有两点需要特别注意。其一，面向企业长远的、预期需求的边界再设计，既不是某些工程师仅基于企业眼前需求的实用主义呼唤，更不能只是某些教授关在象牙塔中的虚构。它必须是业界人士与教授们融合、协同的产物。其二，不同类型、不同层次的院校对《教程》中内容的选择或组合可以不一样。尤其是应用型大学，一味地向研究型大学趋同的做法显然是不可取的，甚至是荒唐的。
长远的、未来的需求不能是虚无缥缈、遥不可及的，它毕竟是可预期的，是业界人士也可感知的即将到来的变化。既如此，不可能产生一个长时间不变的“边界再设计”，而是需要一个不断进化的“边界再设计”。换言之，“边界再设计”应该是大学的常态工作，不是一时的，而是长期的； 不是静止的，而是动态的。
教育部高等学校机械类专业教学指导委员会与中国机械工程学会、清华大学出版社合作编写、出版这本《教程》，规划机械专业乃至相关课程的内容。希望《教程》既体现前瞻，又立足于企业可预期的需求。《教程》提供了一个平台，衷心希望有志于此的教师、工程师利用这个平台，持续、有效地展开专业的、课程的边界再设计，使得教学内容总能跟上技术的发展，使得大学培养的人才更能为社会所认可，为企业所欢迎。
2017年4月
第0章绪论
0.1导言
机械工业是国家工业体系的核心产业，担负着向国民经济各部门提供技术装备的任务。机械工业的技术水平和规模是衡量一个国家综合实力的重要标志。
机械工程学科担负着为我国机械工业及相关行业提供人才支撑的重要使命，直接影响着我国机械科学与技术的发展，进而影响着我国的经济建设和社会的发展。
机械工程学科的主要任务是把各种知识、信息融入设计、制造和控制中，应用现代工程知识和各种技术（包括设计、制造及加工技术，维修理论及技术，材料科学与技术，电子技术，信息处理技术，计算机技术和网络技术等）,使设计制造的机械系统和产品能满足使用要求，并且具有市场竞争力。
机械工程学科的主要领域包括机械的基本原理、各类机械系统及产品的设计理论与方法、制造原理与技术、测控原理与技术、自动化技术、材料加工、性能分析与实验、工程控制与管理等。随着本学科及相关学科的飞速发展和相互交叉、渗透与融合，机械工程学科在人才培养上更加强调多学科交叉融合及创新应用能力。
机械工程学科具有悠久的历史，也是工程学科门类中的重要学科之一。20世纪以来，电子技术、计算机技术、信息技术等高新技术的出现和发展，促进了机械工程学科的快速发展。
进入21世纪，在机械工程学科引领下的我国机械工业和制造业得到了飞速发展。制造业已成为关系国计民生和国防安全的支柱产业，也是国家经济发展的财富来源行业之一。我国已成为制造业大国，正面临从制造业大国向制造业强国转型的关键时期。尽快实现和完成这一重大转变，人才是关键。培养大批适应中国机械工业，特别是制造业发展所需的技术人才，对中国机械工程教育事业既是严峻的挑战，又是难得的机遇。
为此，2008年，由教育部高等学校机械设计制造及其自动化专业教学指导分委员会、中国机械工程学会、清华大学出版社联合组成中国机械工程学科教程研究组，研究出版了《中国机械工程学科教程》。
2015年，随着《中国制造2025》的颁布，对机械工程人才培养提出了更高的要求。为此，教育部高等学校机械类专业教学指导委员会会同中国机械工程学会、清华大学出版社联合组成了中国机械工程学科教程修订研究组，结合新形势、新要求，对教程进行修订，力求在保持原教程的体系框架不变的基础上,有所突破与创新。
本教程旨在建立适应现代机械工程技术人才培养目标的课程体系，使机械工程本科教学更规范，更能适应现代机械工程技术和国民经济发展对人才培养的要求。本教程倡导重理论、强实践、求创新的机械工程人才培养思路，通过数学类、自然科学类、人文社会科学和机械工程相关的基本理论、基础知识的教学和基本技能的训练，使学生的知识、能力和素质得以协调发展，达到专业培养目标的基本要求。
0.2本教程的编写原则
教程的编写借鉴了国内外大学先进的办学理念和人才培养的经验，遵循了开放性、多样化的原则。参考本教程制定人才培养计划时需注意以下问题：
（1） 本教程为开放系统，要充分考虑社会需求和机械工程学科的发展，及时将现代设计理论和方法以及先进制造技术等引进课程体系中。
（2） 我国高等工科学校门类繁多，各校定位和服务面向不尽相同，本教程只给出了专业建设的基本标准。在制定教学计划时，应充分考虑学校的自身条件和特点，构建因材施教的教学计划和培养体系，应有一定的弹性，给学生自主学习和个性发展留有充分的余地。
（3） 机械工程专业人才培养是以工程为背景的专业教育，而工程教育的核心是实践能力的培养，教程强调了实践教学环节。在制定教学计划时，应特别注重以学生为主体的实践教学体系的构建，把引导学生主动实践、培养学生的综合能力和创新意识落到实处。
0.3本教程的结构
本教程共分8章： 第0章介绍本教程的一些基本情况； 第1章介绍机械工程学科的定义、发展历史、人才培养以及影响学科教育的其他因素； 第2章介绍本科生的培养目标，包括基本要求、能力与技能； 第3章介绍机械工程专业教育的基本要求； 第4章介绍机械工程教育知识体系以及知识领域、子知识领域、知识单元和知识点的划分； 第5章介绍机械工程学科教育的课程体系和教学计划，并介绍各主要知识领域的相关主干课程； 第6章介绍机械工程教育中应该注意的一些实践问题； 第7章介绍国内外机械工程教育专业认证的最新情况和相关文件。附录中介绍了一些国外知名大学机械工程学科的相关情况。
第1章机械工程学科与机械类专业
第1章机械工程学科与机械类专业
1.1机械工程发展简史
1.1.1古代机械
人类与动物的区别在于能够制造和使用工具。根据所使用工具的材料不同，古代人类相继经历了石器时代、铜器时代和铁器时代。
人类使用石器的时间长达上百万年。公元前5000年左右，埃及开始冶炼铜，并用铜制造工具和武器。公元前1400年左右，小亚细亚半岛上的赫梯王国掌握了冶炼铁的技术，最早大量地生产铁，并在很多场合用铁代替了铜。自远古一直到第一次工业革命以前，木材也始终是制造工具甚至机器的主要材料。
古代机械的发展与人类文明的发展同步，主要集中在埃及和西亚、中国、希腊和罗马三个地区。
埃及使用工具最早，创造了杠杆、滑轮、螺旋等六种“简单机械”。它是后来机械发展的根基。
公元前600年至公元400年，是希腊古典文化的繁荣期，产生了一批著名的哲学家和科学家。对简单机械进行归纳的任务就是由古希腊学者阿基米德、希罗完成的。但随着公元5世纪西罗马帝国的灭亡，希腊和罗马的古典文化归于沉寂，欧洲进入发展缓慢的中世纪。
公元后，埃及从创造的前沿淡出，而中国则进入了黄金时代。古代中国的机械发明和工艺技术种类多、涉及领域广、水平高； 涌现出一批卓越的发明家，在世界上长期居于领先地位。明朝中后期开始实行“闭关锁国”政策，到清朝则更变本加厉，它隔断了中外科技文化的交流，阻碍了资本主义萌芽的发展。
古代机械的发明首先是为了人类的衣食住行： 农耕、灌溉、谷物处理、纺织、车与舟。为了农业，要懂得天象，这就出现了天象观测的仪器。由于狩猎和族群之间斗争的需要，就出现了武器。为了冶炼金属，就出现了鼓风机。
铸造、锻造、退火和淬火技术与金属的使用和冶炼相伴而生。在古罗马时代，已经使用了落锤。公元前1300年，埃及出现了原始的切割木制工件的车床。中国古代的铸造技术也已发展到很高的水平。
古代机械的产生是一些能工巧匠依靠直觉和灵感创造出来的，它来源于实践，而缺少科学理论的指导。近代和当代所创造的一些机构和机器，如车床、汽轮机、水轮机、螺旋输送机在古代即已有雏形，虽然十分简陋，但其原理与今天的机械是相通的。古代机械使用人力、畜力、水力和风力作为动力。没有先进的动力是古代机械发展缓慢的原因之一。
1.1.2近代机械工程
14~16世纪，在意大利首先出现了资本主义生产方式的萌芽，地理大发现为世界市场的出现准备了条件。经济基础的变化带来了上层建筑的变革： 在几百年间，欧洲陆续发生了文艺复兴等一系列的思想解放运动，继之以英、法等国发生资产阶级革命，世界进入近代。
达·芬奇开始了近代的机械科技研究。瑞士的钟表制造业是近代机械工业的序幕。
17世纪，牛顿创立了经典力学，它是近现代力学和机械工程发展的科学基础。
在18世纪中叶开始的第一次工业革命中，出现了使用机器进行生产的热潮。瓦特在前人工作的基础上，改进、发明了蒸汽机，为人类提供了空前强大的动力，并出现了以铁路和轮船为代表的交通运输革命。大型的集中的工厂生产系统取代了分散的手工业作坊。近代的车床、镗床、刨床、铣床发明，机械制造业在英国诞生。机械工程的发展在第一次工业革命的进程中起着主干作用。
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