Những xu hướng phát triển trong ngành Cơ khí chế tạo
Những năm đầu của thế kỷ XXI, nhân loại được chứng kiến nhiều biến đổi sâu rộng lớn của thế giới, nhất là sự phát triển như vũ bão của cuộc cách mạng KH&CN hiện đại, mà đặc trưng là các ngành công nghệ cao như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu mới - công nghệ nano, công nghệ năng lượng mới, công nghệ hàng không và vũ trụ đang tác động sâu rộng đến mọi lĩnh vực của đời sống, kinh tế, chính trị quốc tế, làm thay đổi diện mạo thế giới đương đại. Trong sự phát triển vĩ đại đó, ngành công nghiệp cơ khí chế tạo đóng vai trò có tính nền tảng và có sự hiện diện hầu như trong tất cả các lĩnh vực kinh tế - xã hội của cộng đồng quốc tế. Chính vì vậy, xu hướng phát triển KH&CN cơ khí chế tạo vẫn được chú trọng và chủ yếu tập trung phát triển một số lĩnh vực sau đây:
Hình ảnh cơ khí chế tạo
Về thiết kế và quy trình gia công chế tạo: Tiếp tục nghiên cứu và nâng cấp hệ CAD/CAM, trong đó chú trọng phát triển các loại phần mềm ứng dụng, phần mềm thông minh tiện lợi trong giao diện người - máy, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong thiết kế và gia công chế tạo. Đến năm 2030, sẽ thay đổi một cách căn bản phương thức thiết kế, các nhà thiết kế chủ yếu làm việc bằng máy tính trực tuyến (On-Line). Thiết kế sản phẩm có sử dụng các vật liệu trí tuệ. Thiết kế và lập kế hoạch chế tạo số và ảo. Phương thức thiết kế theo kiểu môdun cho các hệ thống chế tạo liên tục. Tập trung hơn vào tự động hoá các dây chuyền chế tạo, các quy trình tiên tiến nhất. Phát triển công nghệ gia công ở cấp nano (trong phạm vi 0,1-100 nano) để tạo ra các cấu trúc nano. Chế tạo ở cấp phân tử để tạo dựng các hệ thống từ cấp nguyên tử hoặc phân tử. Tập trung nghiên cứu để tạo ra các công nghệ sử dụng nhiều tri thức để tiến tới chế tạo ra các loại sản phẩm cơ khí gọn, nhẹ ít tiêu hao vật liệu, năng lượng và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu phát triển các khái niệm công nghệ gia công mới trên cơ sở hội tụ các công nghệ cao như công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới, công nghệ nano, công nghệ sinh học. Nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống cảm biến trong công nghệ lắp ráp các sản phẩm phức tạp. Nghiên cứu phát triển công nghệ tự động mới dựa vào ứng dụng giao diện người - máy thông minh có nhận thức. Nghiên cứu các khái niệm rôbôt mới như rôbôt dịch vụ, rôbôt tự thích nghi, rôbôt có nhận thức, các bầy đoàn rôbôt tự quản.
Về vật liệu chế tạo: Tiếp tục nghiên cứu để tạo ra tri thức mới về vật liệu chế tạo chất lượng cao, vật liệu thông minh phục vụ các quy trình chế tạo. Nghiên cứu các vật liệu sử dụng nhiều tri thức với các thuộc tính phù hợp, các vật liệu gốm mới như gốm áp điện, gốm sinh học, màng gốm và vật liệu thuỷ tinh (gốm thuỷ tinh, composit gốm - thuỷ tinh và thuỷ tinh dẫn điện). Nghiên cứu việc sắp xếp trật tự trong các khối đồng nhất polyme. Tiếp tục nghiên cứu công nghệ in litô với các vật liệu mới, tính ổn định của cấu trúc nano 3D. Nghiên cứu sự tích hợp của các mức độ phân tử nano macro trong công nghệ hoá học và các vật liệu gia công công nghiệp. Nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo các vật liệu nano mới, vật liệu sinh học và vật liệu ghép.
Khoa học nano và công nghệ nano: Tiếp tục nghiên cứu khả năng chế tạo các cấu trúc nano phức và siêu hàm lượng cao. Chế tạo các thiết bị nano dưới 20 nm, chế tạo các cấu trúc nano 3D phức hợp và tích hợp đa năng. Phát triển các mô hình tích hợp hàng loạt công nghệ chế tạo nano mới. Nghiên cứu các thiết bị cảm biến cấp nano, tổng hợp ống nano đồng nhất, chế tạo dây nano fulleren và các bảng nano, phát triển các cấu trúc nano từ nhiều loại vật liệu. Nghiên cứu chế tạo các động cơ cỡ nano, máy móc kích cỡ nano.
Về công nghệ chế tạo: Phát triển các hệ thống chế tạo thông minh không giới hạn (Intelligent Manufacturing Systems - IMS). Các hệ thống thông minh (Intelligent System- IS) hứa hẹn rất lớn trong các quy trình chế tạo tự động hoá công nghiệp và các doanh nghiệp trong tương lai. Các hệ thống này đang thu hút được sự quan tâm ngày càng tăng của các ngành công nghiệp và đang được ứng dụng vào toàn bộ phạm vi của các hoạt động chế tạo để tạo được sức cạnh tranh toàn cầu. Giá trị và tác động của các công nghệ IS còn to lớn hơn so với các cuộc cách mạng công nghiệp trước đây, góp phần đưa lại kỷ nguyên mới của các ngành công nghiệp chế tạo. IS được định nghĩa là các hệ thống, trong đó mô phỏng và áp dụng tích cực một số khía cạnh của trí tuệ con người nhằm thực thi nhiệm vụ. Hơn thế nữa, IS còn cố gắng nâng cao năng lực như con người để cảm thụ, suy luận và ra quyết định hành động. IS tạo khả năng cho các máy móc/thiết bị dự đoán được các yêu cầu và ứng phó hữu hiệu trong những hoàn cảnh phức tạp, chưa biết trước và chưa thể dự báo trước.
IMS là chương trình hợp tác R&D trong ngành công nghiệp cơ khí chế tạo ở quy mô toàn cầu. Tham gia vào IMS là các công ty/doanh nghiệp, các nhà cung cấp, người tiêu dùng, các tổ chức nghiên cứu, trường đại học và các Chính phủ của các nước/khối nước là EU, Nhật Bản, Hàn Quốc, Thụy Sỹ và Mỹ. Chương trình gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 từ 1995 đến 2005; giai đoạn 2 từ 2005 trở đi.
Chương trình IMS được thiết lập nhằm phát triển các công nghệ xử lý và công nghệ chế tạo thế hệ kế tiếp. Những hoạt động của IMS bao gồm: Đưa ra khuôn khổ hợp tác nghiên cứu toàn cầu; hỗ trợ thành lập dự án consortium; liên kết mạng lưới toàn cầu; tổ chức các diễn đàn để tìm kiếm và đưa ra những nhu cầu trong ngành công nghiệp chế tạo hiện tại và tương lai; phổ biến các kết quả từ các hoạt động này. IMS được khởi nguồn từ năm 1989 bởi sáng kiến của Giáo sư Hiroyuki Yoshikawa, Giám đốc Đại học Tokyo. Tầm nhìn của IMS là hướng tới một hệ thống toàn cầu về chia sẻ công nghệ và hợp tác công nghiệp trong các dự án hợp tác vì lợi ích nhân loại và lợi ích của các đối tác tham gia. Chương trình IMS bắt đầu từ năm 1995, sau 3 năm nghiên cứu khả thi (1992-1994). Tổng cộng, IMS hoạt động tại 29 nước trên thế giới như là một tổ chức mở cho các thành viên mới và khuyến khích các Chính phủ tham gia.
Trong một thị trường toàn cầu ngày càng hội nhập, sự cạnh tranh không chỉ trong phạm vi các công ty, mà trong các dây chuyền/mạng lưới cung ứng sản phẩm và dịch vụ toàn cầu. Thông qua sự hợp tác quốc tế, IMS tạo cơ hội cho các bên tham gia chuỗi giá trị phát triển và các giải pháp hàng đầu thế giới. IMS đem lại nền tảng hỗ trợ cho nghiên cứu công nghiệp cơ khí chế tạo để chia sẻ những kinh nghiệm tốt nhất, thực tiễn tốt nhất và để phát triển một tầm nhìn toàn cầu toàn diện nhất trong thế kỷ XXI.