第三次科学技术革命给古老的机械工程学科注入了新的血液，安装了新的动力，推动它向新的境界发展。电子计算机技术、微电子与信息技术、新材料等引入机械工程，使机械工程从理论、技术到产品发生质的飞跃。机械产品除具有原动机、传动装置和执行机构外，还具备了感知装置和控制装置，实现了自动化和智能化。

机械及其系统从构思到实现要经历设计和制造两个不同的阶段。机械设计方法的研究宗旨是从机械产品的工作特性和功能目标出发，在特定的技术、经济和社会等具体条件下设计出最佳的机械产品。

现代机械设计方法在传统的单一技术内容中，渗入社会的（如能源、环境、安全、人机关系、美学等）和经济的（如价值工程、周期费用分析等）因素，使设计过程纳入系统工程的概念中。现代机械设计具有工程性、经济性、社会性和系统性。现代机械设计方法的特点包括：①从具有经验性和随意性的传统设计方法发展为科学化和模式化的设计方法。②以依据经验数据、满足单一要求为目标转向理论计算与试验分析相结合实现全局的功能综合目标。③以裕量法为主，强度、刚度、稳定性等为设计准则中，引入可靠性、动力学、摩擦学、价值工程等新概念，并采用仿真技术。④从依靠设计师个人劳动的手工操作转变为依靠团队的计算机自动化操作。

主要研究合理的设计进程及其战略战术，对各种设计方法和设计工具的评价及其在设计各阶段的选择和运用。设计方法学在20世纪50年代从德国起源，到70年代形成体系，并开始风靡全世界。在随后的20年间形成了德语地区和英语地区两大学派。前者重点抓系统化设计，注意总结设计规律和方法，而后者重视创造性设计和设计中的计算机应用。

针对传统的串行生产模式而提出的系统化思想。由美国国防部高级研究计划局（DARPA）在1987年最先提出。美国防御分析研究所（IDA）对并行工程用于武器系统的可行性进行了调查研究，IDA的研究报告完整地提出了并行工程是“集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法”。

并行工程能提高产品质量、降低生产成本、缩短新产品开发周期。

中国在“鞍钢宪法”中提出的三结合，以及在20世纪50～60年代就实行的结构工艺性审查，就是使用并行设计的朴素原理。

20世纪90年代，美国波音公司在波音777大型民用客机的开发中采用了并行工程，产品实现了全部数字定义，成为最高水平的“无图纸”“无原型”样机研制的飞机。

功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计和可视优化设计有机结合的四优设计。中国学者闻邦椿（1930～ ）针对出现的众多设计理论与设计方法，构建了基于系统工程的产品设计总体规划的理论模型。

利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。简称CAD。

1962年美国人I.E.萨瑟兰（Ivan Edward Sutherland，1938～ ）首次提出计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，成为CAD出现的标志，并有了具有简单绘图输出功能的被动式计算机辅助设计技术。随后出现了CAD的曲面技术，20世纪60年代中期，推出了商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的CAD系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了CAD技术的发展。80年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世。系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统。固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能。人工智能和专家系统技术引入CAD，出现了智能CAD技术，设计过程更趋自动化。

从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，寻求最优的设计方案。

第二次世界大战期间，美国在军事上首先应用了优化技术。1967年，美国人R.L.福克斯（R.L.Fox）等发表了第一篇机构最优化的论文。1970年，C.S.贝特勒（Charles Sprague Beightler，1924～2011）等用几何规划解决了液体动压轴承的优化设计问题后，优化设计在机械设计中得到应用和发展。随着数学理论和电子计算机技术的进一步发展，优化设计已逐步成为新兴的工程学科，并在生产实践中得到广泛应用。优化方法的现代最新发展是借鉴了自然选择和遗传变异等生物进化机制提出的多种进化算法，其中影响最大的是美国学者J.H.霍兰（John Henry Holland，1929～2015）的遗传算法。

如何找到一组最合适的设计变量，在允许的范围内，能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低（即技术经济指标最佳），有市场竞争能力，同时设计的时间又短，这就是优化设计所要解决的问题。

保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的机械设计方法。20世纪40年代被认为是可靠性理论萌芽时期。20世纪中叶，是可靠性理论兴起和形成的重要时期，60年代是可靠性理论全面发展的阶段，70年代，可靠性理论与实践的发展进入成熟应用阶段。

可靠性设计是可靠性工程的重要组成部分，是实现产品可靠性要求的最关键的环节，是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠性设计准则来实现的。

保证产品质量的设计方法。保值设计也是优化设计方法之一，主要用于质量管理前期的技术、产品和工艺开发，从而可提高产品设计质量，降低成本，缩短设计开发周期。传统的观点认为，产品质量是靠合格的加工、装配和安装来保证。实际上产品的质量保证从规划阶段就开始了，由设计、制造、使用的全生命周期来决定。

先于“保值设计法”出现的术语是“三次设计法”。三次设计法是一种保值设计法。三次设计是在20世纪70年代由日本质量管理专家田口玄一（1924～2012）提出的，包括系统设计（第一次设计，是在产品设计阶段就进行质量管理）、参数设计（第二次设计，在专业设计的基础上用正交试验法对零件的参数进行优选）、容差设计（第三次设计，以求减少各种内、外因素对产品功能稳定性的影响）。三次设计法是田口玄一质量管理理论体系中线外质量控制的主要内容。

对主要承受动载荷的结构所进行的动态特性的设计，又称动态设计(dynamic design)。20世纪60年代开始兴起，但真正的发展则在20世纪80、90年代。机械设计长期以来普遍采用较简单的静力学设计，随后又采用过静力学设计动力学校核的方法。然而，随着机器运行速度的提高，动态特性成为决定性的因素，这类机器必须在设计阶段就能保证其动力学要求，还要在运行过程中进行状态监测和故障诊断。20世纪30年代，美国的战斗机因颤振连续发生9次解体事故，对颤振机理的研究开发出了动态设计方法，故飞机设计中最早采用动力学设计方法。

动力学设计主要包括以下一些方法。

①动力学设计方法。有逆动力学的动力学设计法和正动力学的动力学设计法两种。前者的原理是根据期望的动态特性或动态响应，直接求出系统参数。它只适用于系统相对简单、动态响应与系统参数间的数学关系比较容易的机械系统。后者是动力学设计的主要方法，它包括动力学修改和动力学优化设计。由于结构系统动力学设计的发展比机械系统动力学设计要早得多，因此机械系统动力学设计很大部分是借鉴结构系统动力学设计。

②结构动力学修改（SDM）。1958年，美国人S.Gravitz首次提出用测试数据求取飞机的结构柔度矩阵。SDM是个分析工具，主要是用模态数据（分析数据或实验数据）去估计系统的动态特性如何随系统的质量、阻尼和刚度这些基本量发生变化而变化。20世纪80年代早期，SDM成为受欢迎的工具，已广泛应用于飞机、导弹、机床、船舶、轧机、内燃机和齿轮传动装置的设计，是动力学研究方法中应用最多的方法。

③结构动力学优化。以动态特性指标作为设计准则，对结构进行的优化设计。动力学优化可分为3个层次：优化结构元件的参数，称为参数优化或尺寸优化（sizing optimization）；优化结构的形状，称为形状优化（shape optimization）；优化结构的拓扑结构，称为拓扑优化（topology optimization）。形状优化的研究成果较少。拓扑优化的成果更少，但拓扑优化是优化中最具有生命力的研究方向。尺寸优化发展过程如下：1965年，丹麦人F.I. Niordson用渐近分析求得了简支梁的截面积沿轴向的最佳分布，使梁的基频最大化。1968年，美国人M.Zarghamee等首次提出了频率优化的概念。其后，美国人M.Elway与A.Barr研究了扭振固频的极大化问题。中国的结构优化设计研究始于20世纪70年代，滞后于国际上新兴的计算力学发展，钱令希（1916～2009）是中国这一研究的先导者。20世纪80年代以后，多频优化的研究成果出现，方法上也多样化了。1970年前后，多人研究了瞬时动态响应下结构的优化问题。同时，提出了以频响函数作为约束条件的动力学优化设计。20世纪90年代出现固频与响应同时作为约束的结构动力学设计。

④灵敏度分析和重分析方法。灵敏度分析是研究与分析一个系统（或模型）的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的敏感程度的方法。在最优化方法中经常利用灵敏度分析来研究原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性。通过灵敏度分析还可以决定哪些参数对系统或模型有较大的影响。因此，在动力学优化中，寻求结构固有频率和振型关于设计参数的灵敏度是很重要的。重分析的主要方法是矩阵摄动法，英国人J.W.瑞雷（John W. Rayleigh，1842～1919）在百余年前就应用摄动法对特征值重分析问题做出了奠基性的工作。从20世纪60～70年代开始，又提出了多种重分析的矩阵摄动法的简化计算方法。中国人陈塑寰（1934～ ）对复模态的矩阵摄动法做了系统的研究。

振动的产生以及振动能量的传输过程中有3个基本要素，即振源、传输途径和受控对象。振动控制的基本方法就是从这3个环节入手，即控制振源、控制传输途径和控制受控对象。某一具体的振动控制措施的制定，要求从振动控制标准、经济效益、技术可行性诸方面综合平衡，以求得最佳效果。①控制振源，是最根本的振动控制方法。因为受控对象的振动响应是由振源激励引起的，消除或减弱外部激励，受控对象的响应自然也被消除或减弱。在振动控制领域常见的黏弹性材料、气体薄膜和冲击阻尼减振技术，以及动力吸振技术均属于这一范畴。②控制传输途径，振动隔离是最为常用的振动控制方法，它是在振源和受控对象之间插入通常称为隔振器的弹性装置，依靠该装置的变形来减轻振源对受控对象的激励，从而达到振动控制的目的。③控制受控对象本身，其所采用的控制技术与振源控制所采用的技术是完全一致的。

根据振动控制基本方法的减振机理的不同，一般分为以下两种控制技术。①被动（无源）控制技术。针对受控对象进行的被动（无源）控制的减振方法有3类，即吸振、动力学设计和阻尼减振。阻尼减振方法有多种，如20世纪60年代起成为车辆阻尼减振主要形式的油压阻尼减振，20世纪60年代适应航天和军事工程研制的黏弹性材料阻尼减振，应用于航空发动机涡轮和汽轮机叶片的干摩擦阻尼减振等。②主动（有源）控制技术。主动控制装置的雏形可追溯到20世纪20年代出现的采用电磁阀控制的缓冲器。直到1960年前后才出现较复杂的振动主动控制系统，其中以针对航空工程中出现的振动问题为主，比较成功的是飞机突风减缓以及机翼颤振主动抑制。主动控制技术需要依靠附加的能源提供能量来支持减振装置工作，是随着计算机技术、控制理论、材料科学等学科的发展而迅速发展的高新技术，适用于低频、超低频及宽频带随机振动控制。在机械工程领域内，采用主动控制技术消除机器人臂在终端位置处的振动。机器人自带作动器（如力矩马达）、传感器与控制计算机，这些为主动控制的实现准备了条件。随着机器人臂从刚性向柔性发展，必然带来更为突出的、需解决的振动问题。抑制挠性转轴通过临界转速的振动主动控制研究，是转子动力学的研究热点之一，磁轴承及可控油膜轴承的出现，为这类控制的实现创造了有利的条件。超精细加工要求其装具有很好的抗外扰能力，出现利用压电或磁致伸缩材料构成的作动器实现6自由度主动隔振。

以创造学理论为依据，利用人类已有的相关科学技术成果（含理论、方法、技术、原理等），充分发挥设计者的创造力，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的实践活动。

现代创造学的研究发源于美国。1938年，美国人A.F.奥斯本（Alex Faickney Osborn，1888～1966）提出了“智力激励法”，并在1942年出版了《思维的方法》和《创造性想象》两本书。

1946年，苏联学者阿奇舒勒（Ге́нрих С.Αльтшуллер，1926～1998）建立了体系化、实用化的解决发明任务的方法——TRIZ理论。

按照机械产品开发的内容，机械创新设计可分为开发设计、反求设计、仿生设计3种类型。

按照需求目标设计过去从未有过的新型机械，提出新方案，完成从产品规划、原理方案，技术设计到施工设计的全过程。

设计师对产品、实物样件表面进行数字化处理（数据采集、数据处理），并利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的CAD模型（曲面模型重构），并进一步用CAD/CAE/CAM（计算机辅助设计、辅助工程和辅助制造）系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程。反求设计源自日本。反求设计不能侵害别人的专利权、著作权和商标权。

在仿生学和设计学的基础上发展起来的新兴边缘学科，主要涉及数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。又称设计仿生学（design bionics）。20世纪50年代，人们开始认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一。1958年，美国人J.E.斯蒂尔（Jack Ellwooo Steele，1924～2009）根据希腊文称这一学科为bionics，1960年仿生学正式诞生。此后，仿生设计获得突飞猛进的发展，一大批仿生设计作品如智能机器人、雷达、声呐、自动控制器、自动导航器等应运而生。

通过对产品功能的分析，正确处理功能与成本之间的关系来节约资源、降低产品成本的有效设计方法。不论是新产品设计，还是老产品改进都离不开技术和经济的组合，价值工程正是抓住了这一关键，在使产品的功能达到最佳状态下，使产品的结构更合理，从而提高企业经济效益。价值分析首先出现在二战期间的美国通用电气公司。20世纪60年代以后，价值工程传入日本、西欧和苏联。70年代，日本又推出价值设计等方法。

又称工业产品设计学。分为产品设计、环境设计、传播设计、设计管理，机械设计也属于工业设计中的一种。工业设计涉及心理学、社会学、美学、人机工程学、机械构造、摄影、色彩学等。工业发展和劳动分工所带来的工业设计，与其他艺术、生产活动、工艺制作等都有明显不同，它是各种学科、技术和审美观念的交融产物。

1907年，德国建立了由艺术家、建筑师、设计师和工业家组成的协会——德意志制造联盟，它不仅是一种艺术运动和潮流，也是一个国家行为。随后，1919年由德国建筑师W.格罗皮乌斯（Walter Gropius，1883～1969）在魏玛建立的包豪斯（Bauhaus）设计学院诞生，它的成立被认为是现代工业设计诞生的标志。

把人-机-环境系统作为研究的基本对象，运用生理学、心理学和其他有关学科知识，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互适应，从而为人创造出舒适和安全的工作环境，使工效达到最优的综合性学科。人机工程学是新兴的边缘科学。它起源于欧洲，形成和发展于美国。人机工程学在欧洲称为ergonomics，含义是人出力的规律，在美国称为human engineering（人类工程学）或human factor engineering（人类因素工程学），在日本称为人间工学，在中国称为人机工程学，简称人机学。

制造技术是为了有效完成制造活动所施行的一切手段的总和，这些手段包括运用一定的知识、技能，操纵可以利用的物质、工具，采取各种有效的策略、方法等。制造技术是制造企业的技术支柱，是制造企业持续发展的根本动力。在企业生产力构成中，制造技术的作用约占62%。

二战后，计算机和集成电路的出现，以及运筹学、现代控制论、系统工程等软科学的产生和发展，使制造业产生了大的飞跃。传统的自动化生产方式只有在大批量生产的条件下才能实现，而数控机床的出现则使中小批量生产自动化成为可能。20世纪80年代以来，信息产业的崛起和通信技术的发展加速了市场的全球化进程。为了适应新的形势，在机械制造领域提出了许多新的制造哲理和生产模式，同时发展了许多新的制造工艺与方法。进入21世纪，制造业与其他高新技术更紧密地结合，并不断朝着自动化、精密化、柔性化、集成化、智能化和清洁化的方向发展。

机械制造自动化技术始终是机械制造中最为活跃的研究领域，也是制造企业提高生产率和赢得市场竞争的主要手段。机械制造自动化技术自20世纪20年代出现以来，经历了3个主要发展阶段，即刚性自动化、柔性自动化和综合自动化。综合自动化常常与计算机辅助制造、计算机集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应能力。

1952年美国麻省理工学院（MIT）研制出世界上第一台三坐标数控铣床，用于加工飞机零件，标志着CAM的开始。20世纪60年代，数控系统和程序编制工作日益成熟和完善，数控机床已被用于多个工业部门。70年代，出现了计算机数控（CNC），使数控加工得到广泛应用。为解决作为连接设计与制造的桥梁的工艺过程设计的自动化问题，发展了计算机辅助工艺过程设计（CAPP）技术。CAPP设想最早于20世纪60年代中期提出，MIT发布了CAPP可行性报告，但直到70年代中期才真正推出CAPP商用软件。CAPP的应用为企业数据信息集成奠定了基础，自然也促成了CAD/CAPP/CAM系统的集成。已有许多CAD/CAM商品软件被广泛使用。

1967年，英国莫林斯（Molins）公司推出世界上第一条柔性制造系统（FMS）——FMS 24，但FMS真正得到广泛使用是在20世纪80年代。FMS是由计算机集中管理和控制的灵活多变的高度自动化的加工系统，它由一组数字控制的加工设备、物料储运系统和计算机控制系统组成。FMS运行几乎不需要人的干预，可以完全在无人的情况下运行。FMS没有固定的生产节拍，并可在不停机的条件下实现加工零件的自动转换。FMS中机床利用率可高达80%。FMS的应用极大地提高了机械加工的效率和经济效益。

1973年，美国人J.哈林顿（Joseph Harrington）首先提出计算机集成制造（CIM）的概念，但未能立即引起足够的注意。进入20世纪80年代以后，与CIM有关的各项单元技术发展已较完善，并形成一个个自动化“孤岛”。在这种形势下，为取得更大的经济效果，需要将这些孤岛集成起来，CIM概念于是受到重视并被普遍接受。之后，CIM逐渐开始实施，并迅速显示出明显的效益—提高企业的生产率和市场竞争能力。CIM是一种制造哲理、是一种思想，而CIMS（计算机集成制造系统）是CIM制造哲理的具体体现。CIMS已形成一种先进的制造模式。

高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极高的切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。高速切削研究可追溯到20世纪30年代，德国切削物理学家C.萨洛蒙（Carl Salomon）给出了著名的“Salomon曲线”：对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，提高切削速度，切削温度反而下降。Salomon认为在临界切削速度两边有一个不适宜的切削加工区域（有的学者称之为“死区”）。当切削速度超过该区域继续提高时，切削温度下降到刀具许可的温度范围，便又可进行切削加工。Salomon理论提出后，引发了业界极大兴趣，但由于受到种种条件的限制，高速加工技术进展缓慢。直至20世纪50年代后，随着材料、信息、微电子、计算机等现代科学技术的迅速发展，大功率高速主轴单元、高性能伺服控制系统和超硬耐磨和耐热刀具材料等关键技术的解决和进步，高速加工技术得到迅速发展和广泛应用。

与普通机械加工相比，高速加工有如下特点：①加工效率高，材料去除率可提高3～6倍。②切削力小，利于刚性较差和薄壁零件的切削加工。③加工精度高，被加工零件的内应力和热变形小。④动力学特性好，可获得好的表面质量。⑤可加工硬表面，在一定条件下可取代磨削加工或某些特种加工。⑥利于环保。采用高速加工可以实现干切和准干切，避免冷却液可能造成的污染。所谓干切，指不使用冷却液的切削技术；所谓准干切，多指最小量润滑技术（MQL），这种方法是将压缩空气与少量润滑液混合气化后，喷射到加工区，进行有效润滑和冷却作用。准干切因使用润滑液量很小（一般为0.03～0.20升/小时），仅为湿切冷却液用量的几万分之一，产生污染极为有限。

高速加工适于多种不同材料的加工，包括钛合金、镍合金、硬质合金和高温合金等难加工材料，也可对淬硬钢和冷硬铸铁进行切削加工，实现以切代磨。高速加工的主要应用领域包括航空航天、汽车、模具、仪器仪表等。

特种加工又称非传统加工，是第二次世界大战后发展起来的、有别于传统切削与磨削的加工方法的总称。特种加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能。特种加工方法可以完成传统加工方法难以实现的加工，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温材料和工程陶瓷、磁性材料等难加工材料的加工，以及精密、微细、复杂形状零件的加工等。

特种加工方法种类很多，根据加工机理和所采用的能源，可以分为产生机械变化过程的加工方法、产生热过程的加工方法和产生化学过程的加工方法。

应用机械能进行加工，如超声波加工、水喷射加工等。①超声波加工，利用工具端面产生的16～25千赫超声频振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面产生撞击抛磨，实现加工。超声波加工特别适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体、宝石、金刚石等。加工过程受力小，可加工薄壁、薄片等易变形零件，以及各种复杂形状的型孔、型腔、形面。②水喷射加工，又称水射流加工或水刀加工，即利用超高压水射流及混合于其中的磨料对材料进行切割、穿孔和表面材料去除等加工。切削时无火花，无热效应产生，也不会引起工件材料组织变化，适合于易燃易爆物件加工。加工洁净，不产生烟尘或有毒气体，切口平整，无毛边和飞刺，可用于去除阀体、孔缘、沟槽、螺纹、交叉孔的毛刺。

利用电能、高能束等转化为热能进行局部熔化加工，如电火花、激光束、电子束和离子束加工等。①电火花加工，利用工具电极与工件电极之间的火花放电，产生瞬时高温将金属熔化蚀除。电火花加工不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的导电材料，且加工时无显著作用力，发热小。实际应用的电火花加工有电火花成形加工和电火花线切割两种类型。电火花成形加工主要指孔加工和型腔加工。电火花打孔常用于加工冷冲模、拉丝模、喷嘴、喷丝孔等。型腔加工包括锻模、压铸模、挤压模、塑料成型模等型腔加工，以及叶轮、叶片等曲面加工。电火花线切割用连续移动的钼丝（或铜丝）做工具阴极，工件为阳极，机床工作台带动工件在水平面内作两个垂直方向的移动，可切割出二维图形，丝架也可作小角度摆动，切割出斜面。电火花线切割广泛用于加工各种硬质合金和淬硬钢的冲模、样板、各种形状复杂的板类零件、窄缝、栅网等。②激光加工，利用激光束强度大、频率稳定、方向性好等特点，照射到工件表面上，使照射斑点处局部区域温度迅速升高，材料被熔化、气化而蚀除。激光可加工各种金属和非金属材料，特别适用于加工高熔点材料，耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等工作。

利用化学能或光能转换为化学能来进行加工，如化学铣削和化学刻蚀（光刻加工），以及利用电能转换为化学能进行加工，如电解加工、电解磨削、电镀、刷镀、镀膜、电铸等。电解加工时，工件接阳极，工具接阴极，两极间加6～24伏的直流电压，极间保持0.1～1.0毫米的间隙。在间隙处通以高速流动的电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，其溶解物及时被电解液冲走。工具电极不断进给，以保持极间间隙。电解加工不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韧性的导电材料，并能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的形面和型腔，广泛应用于模具的型腔，枪炮的膛线，发电机的叶片，花键孔、内齿轮、深孔等加工，以及电解抛光、倒棱、去毛刺等。与电火花加工相比，加工形面和型腔效率高5～10倍。

精密加工是指在一定的发展时期，加工精度与表面质量达到较高程度的加工工艺。超精密加工则是指加工精度与表面质量达到极高程度的加工工艺。不同的发展时期，精密与超精密加工有不同的标准。20世纪50年代，最高加工精度的尺寸公差达到1微米。而到了21世纪初，精密加工的尺寸公差达到1.0～0.1微米，表面粗糙度值达＜0.1微米，超精密加工的尺寸公差达到0.10～0.01微米，表面粗糙度值达＜0.01微米。精密与超精密加工属于机械制造中的尖端技术，是发展其他高技术的基础和关键，也是衡量一个国家制造业水平的重要标志。

精密与超精密加工方法根据其加工过程材料重量的增减可分为去除加工（加工过程中材料重量减少）、结合加工（加工过程中材料重量增加）和变形加工（加工过程中材料重量基本不变）3种类型。根据其机理和能量性质可分为4类：力学加工（利用机械能去除材料）；物理加工（利用热能去除材料、使材料结合或变形）；化学与电化学加工（利用化学与电化学能去除材料、使材料结合或变形）；复合加工（上述几种方法的复合）。

金刚石精密切削和超硬磨料砂轮精密磨削是两种有代表性的精密加工方法。①金刚石精密切削，使用金刚石刀具进行高速、微量切削，工件变形小，表层高温不会波及工件内层，因而可获得高的加工精度。金刚石超精密切削主要用于切削铜、铝及其合金，红外光学材料，以及有机玻璃和各种塑料。典型的加工产品有光学系统反射镜、射电望远镜的主镜面、照相机的塑料镜片、树脂隐形眼镜镜片等。②超硬磨料砂轮精密与超精密磨削，采用金刚石或立方氮化硼（CBN）等超硬磨料作砂轮，可以磨削高硬度、高脆性金属及非金属材料（磨削铁金属采用CBN砂轮）。由于砂轮采用超硬磨粒，故砂轮耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高，且磨削力较小，磨削温度低，可获得好的加工表面质量。

RPM属于增材制造技术，将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的纸（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的黏合剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。又称快速成形（RP）或分层制造（LM）。俗称3D打印（3D printing）。进入20世纪80年代，产品更新换代速度加快，缩短产品开发周期成为影响竞争力的重要因素。随着计算机辅助设计的应用，产品造型和设计能力得到极大提高，然而在产品设计完成后，批量生产前，必须制作样品以获取产品设计反馈信息，对其可行性作出评估。传统的样品制作需要花费较长的时间和较高的费用，无法满足快速响应需求。80年代后期RPM的出现，为这一问题的解决提供了有效途径。

快速原型制造由CAD模型直接驱动，可快速成形任意复杂的三维几何实体，不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制。成形设备为计算机控制的通用机床，无需专用工模具，成形过程无需人工干预，成形材料来源广泛，并可最大限度节省原材料。RPM的具体工艺有30多种，根据采用材料及对材料处理方式不同，可归纳为5类方法，即选择性液体固化，层片黏接，粉末熔结/黏接，以及熔融挤压成形和喷墨印刷。

快速原型制造技术的应用领域非常广泛，已在产品开发、模具制造以及医学、建筑等方面获得实际应用。快速原型制造技术的进一步发展，除不断提升制造速度、制造精度和可靠性外，还向大型与微型制造拓展。最新研发出的轮廓工艺3D打印技术，24小时内就可以打印出大约232平方米的两层楼房。与此成鲜明对比的是微米印刷（microlithography），用于制造微米零件，如5微米×5微米×3微米大小的静脉阀、集成电路零件等。

在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。又称清洁生产（CP），或面向环境的制造（MFE）。在经历了几百年工业发展之后，工业文明所带来的负面影响已明显显现——人类赖以生存的地球遭到了日益严重的损伤，如再不采取有效措施，后果将不堪设想。在这种背景下，绿色制造技术应运而生。

绿色制造使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中节约资源和能源，不产生环境污染或使环境污染最小化。随着人们环保意识的不断加强，绿色制造受到越来越普遍的关注。国际标准化组织ISO提出了关于环境管理的ISO 14000系列标准，使绿色制造的研究更加活跃。1987年德国开始实施“蓝天使”计划，对在生产和使用过程中都符合环保要求，且对生态环境和人体健康无损害的商品，由环境标志委员会授予绿色标志。到20世纪末，德国绿色标志产品已达7500多种，占其全国商品的30%。其后世界多个国家也相继建立自己的绿色标志认证制度，以保证消费者自识别产品的环保性质，同时鼓励厂商生产低污染的绿色产品。

绿色制造包含制造过程和产品两个方面：①对于制造过程而言，绿色制造渗透到从原材料投入到产出成品的全过程，包括节约原材料和能源，替代有毒原材料，将一切排放物的数量与毒性削减在离开生产过程之前，以及报废产品的回收与再利用。②对于产品而言，清洁生产覆盖构成产品整个生命周期的各个阶段，即从原材料提取到产品的最终处置，包括产品的设计、生产、包装、运输、流通、消费及报废等，减少对人类和环境的不利影响。绿色制造已深入人心，并已成为影响企业竞争力的重要因素。

利用数字化技术，特别是泛在网络技术，实时获取工厂内外相关数据和信息，集成相关人员知识，智慧地进行产品设计、生产、管理、销售、服务的现代化工厂模式。目标是使供应链、工厂和加工单元效率最高、对环境不良影响最小、员工和用户满意度最高。数字化工厂的特征是：①透明性。工厂对内外环境、员工工作状况及创新能力具有很强的感知能力。②集成化。工厂的各种数据、信息、过程和信息系统高度集成，企业间密切协同。③智慧型。集成全体员工的智慧，通过人机优势互补，实现系统整体最优。数字化技术已为机械工业带来巨大变化，并将继续带来全面和深入的改变。新一代信息技术的发展，将使数字化工厂朝透明工厂、智慧企业方向发展。

第二次世界大战以后，受到计算机技术、控制技术和新材料技术的影响，机械设计技术和机械制造技术向高端化和综合化发展，对理论指导的需求远比前两次工业革命时期更强烈。在这种背景下机械学理论取得了巨大进步，在传统机械学理论——机构学、传动机械学、机械动力学、机械结构强度学基础上，又出现了摩擦学、机器人机械学和微机械学等机械学理论新分支。

研究机构运动、动力分析及综合方法的学科。二战前欧洲大陆学派主导了机构学的发展，二战后机构学的研究中心转到了美国。

1954～1955年，美国学者F.弗罗伊登施泰因（Ferdinand Freudenstein，1926～2006）发表了两篇关于四杆机构解析法综合的论文，开辟了与计算机技术结合的机构运动学解析法综合的道路。1964年，他又将图论引入机构学。1970年，美国学者A. Erdman抛弃了“机构是刚性构件的组合体”的陈旧观念，将弹性概念引入机构学，成为连杆机构弹性动力学的领军者。

机构学在下列方面有较大发展：空间连杆机构与机器人机构分析与综合；连杆机构弹性动力学；高速凸轮系统动力学；柔顺机构；广义机构；机构动力平衡；并联机构；组合机构学；生物机构学等。20世纪70年代，机器人机构学成为现代机构学最活跃的分支，多自由度、开环运动链和多环运动链的空间机构成为研究的主要机构类型。

研究传动机械的基本理论与技术的学科。二战后，传动机械学的主要变化如下。①机器功率不断增大，速度不断提高，传动机械学逐渐走向成熟。传动机械包括机械传动和流体传动。机械传动包括齿轮、带、链、螺旋和摩擦轮传动。机械传动的最大优点是恒功率输出，是主要的传动形式，各种机械传动中，齿轮传动应用最广、理论发展最成熟。流体传动分为液压传动、液力传动、气压传动、液体黏性传动和电流变液体传动。②在美国人路易斯（Lewis）和德国人E.威德基（Videky）工作的基础上，齿轮传动接触疲劳强度计算和轮齿弯曲疲劳强度计算方法经过不断的补充、修改，逐步完善、成熟。齿轮胶合计算和磨粒磨损计算方法也已出现。③多种新型机械传动出现。如1949年，苏联学者Н.Сковорцов和В.Гавриленко实现了一齿差传动。1950年，德国学者G.尼曼（Gustav Niemann，1899～1982）开发出凹-凸齿面接触的蜗杆传动。1956年，苏联工程师诺维科夫（Михаил Л.Новиков，1915～1957）提出了凹凸圆弧的点接触斜齿轮传动。1959年，美国工程师C.W.马瑟（Clarence W. Musser，1909～1998）获得谐波传动的发明专利。20世纪60年代，工艺条件成熟，促成德国人首先开发摆线针轮行星传动。

20世纪初发明了液力传动，其性能特别适合于载荷变化剧烈的场合，故在船舶、车辆、工程机械、坦克装甲车、内燃机车和石油钻机上已成为主要传动形式。液体黏性传动最早出现在美国，20世纪70年代形成产品。

电流变液体传动技术在20世纪30年代发源于美国，但直到20世纪80年代英国学者的研究才使其有突破性进展，90年代电流变液体技术产品已商品化并批量生产。

研究机械在力的作用下的运动和机械在运动过程中产生的力，并从力和运动相互作用的角度进行机械的设计与改进的科学。

二战后，数学、力学、信号分析技术的全面进步反映到机械动力学的发展中，将机械动力学提升到全新的水平。力学方法的进展和有限元法的出现，极大地提高了动力学建模能力。多刚体动力学建模方法（牛顿-欧拉矢量力学法、拉格朗日分析法、凯恩多体动力学法）已经成熟，并开发出了相应的软件。20世纪40年代，将传递矩阵法推广到轴系的横向振动已成为分析轴系等链状系统固有频率的有效方法。20世纪70年代以来，实验模态分析得到了迅速发展。

随着机械系统的复杂化，动力学建模出现了计入各种非线性因素的精细化趋向。中国学者陈予恕（1931～ ）发展了非线性动力学理论，并应用于大型旋转机械和振动机械的现代设计和故障治理技术，创建了分岔理论方法，揭示了解的拓扑结构与系统参数间的联系，发展了非线性振动学科，被称为C-L（Chen-Longford）方法。复杂机电系统的发展，促使在动力学中必须计入多种耦合效应，如刚体与弹性体的耦合、流体与固体的耦合、热-机耦合、机械系统与电力系统的耦合、机械系统与土建系统的耦合等。

20世纪60年代起，各种有限元软件陆续出现，其具有自动建模功能、强大的求解功能和图形显示功能，可以产生复杂机械系统的虚拟样机，快速真实地仿真运动过程。这样，不仅省去了昂贵的物理样机制造费用，减少实验费用，也缩短了研制周期。

保证机械设备安全、可靠运行的学科。强度设计理论的改进和革新以及在役设备缺陷的安全评定准则的制定，是机械结构强度学研究成果应用的最重要方面。20世纪60年代，美国机械工程师学会首先将分析法设计引入设计规范，根据塑性力学原理采用不同的许用应力，这是对传统设计方法的一次重要改革。1945年，美国人A. Miner将芬兰人A. Palmgren提出的疲劳累积损伤的线性假设公式化，形成了著名的线性累计损伤判据（Palmgren-Miner rule）。1968年美国机械工程师学会（ASME）出版了疲劳设计手册，表明设计理论从静强度和静刚度理论转向疲劳强度理论。20世纪70年代后，断裂力学引入疲劳分析计算裂纹扩展速率，诞生了损伤容限和耐久性理论。

20世纪60年代后，激光技术、全息技术、声技术和计算机技术的兴起，将力学测量推向新的高度和广度，促成了设备的状态监测和故障诊断技术的诞生。①状态监测，就是对设备整体或局部在运行过程中的物理现象进行随机或定期检测（包括点检和检查）。状态监测的目的是，随时掌握设备技术状况和劣化规律，防止发生故障，确保设备正常运行。②设备诊断技术，主要是在设备运行中或基本不拆除全部设备的情况下，判定产生故障的部位和原因，并预测其发展的硬件和软件综合技术。它具备两种功能：一是不用分解拆散设备，就能定量地检测和评价设备所承受的应力，故障和劣化，强度和性能；二是能够预测可靠性，了解异常原因、危险程度，预测其发展并确定修复方法。

研究表面相互作用并对其进行预测与控制的学科。

1966年，英国学者P. Jost在关于英国润滑领域的教育和研究状况的报告中，使用了“Tribology”一词，1980年中国正式确定将此词译为“摩擦学”。

关于摩擦，1954年澳大利亚人F.P.鲍登（Frank Philip Bowden, 1903～1968）和D.泰伯（David Tabor, 1913～2005）提出了黏着理论，认为摩擦具有二重性，不仅有变形过程，还有黏着过程。

20世纪60年代，在研制出各种表面分析仪器的基础上，磨损研究发展迅速。1973年韩裔美国学者N.P.苏（N.P.Suh）提出了金属磨损的剥层理论。

随着计算机技术和数值计算技术的发展，使得早在1886年导出的关于流体动力润滑的基础理论——Reynolds方程，得以实际应用，而且可以分析更多的因素。自1949年苏联学者格鲁宾（A.Грубин）首先提出弹流理论，经过近20年多位学者的逐步完善，已广泛应用于齿轮传动、蜗杆传动、凸轮挺杆机构和滚动轴承等领域中。润滑理论已转向特殊介质和极端工况下的润滑理论研究。

摩擦学研究发展的总趋势：由静态特性研究转向动态过程研究；由定性分析转为建立定量计算关系；由宏观现象分析深入到微观机理研究；由单一学科的分散研究进入对摩擦系统的多学科综合研究。

研究机器人机械系统的学科，是机构学、机械电子学、计算机科学、信息学和控制学等多学科融合而成的前沿学科。

机器人是第3次技术革命中的重要发明，是一种可编程的能执行某些操作作业和移动的自动控制机械。1920年，捷克作家恰佩克（K.Čapek，1890～1938）在其科幻剧中构思了一个名叫“Robot”的机器人，就这样“Robot”成为机器人的正式技术术语。

1948年，美国阿尔贡国家实验室研制出世界上第一台遥控的主从机械手。1954年，美国人G.戴沃尔（George Devol，1912～2011）获得第一个工业机器人专利。20世纪60年代末，日本购买了美国专利并再开发，1980年日本等国开始普及工业机器人。

绝大多数机器人的机构属空间机构，其机构学内容包括结构学、运动分析、工作空间和奇异性分析、轨迹规划等。①运动分析是首先必须解决的问题，特别是其位置分析，许多学者采用矢量代数、矩阵、螺旋理论等数学工具求出了位置问题的封闭解。1980年，美国学者J.达菲（Joseph Duffy）做出了封闭解法的系统总结。②结构综合是另一个重要问题。1990年，澳大利亚学者K.H.亨特（Kenneth Henderson Hunt，1920～2002）首先将螺旋理论引入机构学研究，后经众多努力，构建了基于螺旋理论的机器人机构的结构综合方法，1995年，法国学者赫尔夫（J.Herve）提出了基于李群的综合方法。

刚体机器人动力学建模主要基于3种方法：牛顿-欧拉方程、拉格朗日方程和凯恩方程。20世纪80年代起大量出现关于柔性机器人动力学研究的文献。

在各种运动形式中，双足步行运动是高级生命所特有的运动形式。1969年，塞尔维亚学者M.伍科布拉托维奇（Miomir Vukobratović，1931～2012）率先介绍了双足步行理论的零力矩点（ZMP）概念。1973年，日本早稻田大学的加藤一郎研究室成功研制出第一台真正意义上的仿人机器人WABOT-1。1980年，加藤实验室又推出了WL-9DR双足步行机器人，可实现步幅45厘米，每步9秒的准动态步行。1985年，日本人高西淳夫（Takanishi）等研制成功了WL-10RD，它重80千克，配置12个自由度，采用踝关节力矩控制，实现了步幅40厘米，每步1.5秒的动态步行，进而成功地实现了上下斜面和楼梯。到1993年WL-12系列被开发出来，他们可实现不加外力作用下的动态步行等。从1981年开始，古莊纯次（J.Furusho）先后研制了数种仿人机器人，并提出了在驱动关节局部反馈作用下的控制方法。1986年，美籍华人郑元芳（1946～）研制成功两台步行机器人SD-1和SD-2，并详细分析了脚与地面的碰撞模型。其中SD-2是美国第一台真正类人的双足步行机器人，先后实现了平地前进、后退、左右侧行和斜坡行走。90年代起，仿人机器人获得突破性进展，日本本田公司逐步推出步速达1.6千米/小时，可拐弯，能跑步，摔倒会爬起的各类仿人机器人。2003年，德国慕尼黑工业大学研制的机器人实现了2.2千米/小时的步行速度。

研究尺寸在1毫米以下的微机电系统（micro electro-mechanical syetem; MEMS），由机械科学、微电子技术、材料科学和制造技术交叉融合而产生的新学科。

20世纪60年代以来，微电子技术渗透到机械工程各个领域，机械系统加入感应和控制单元，大大地促进机械装备向微小型化方向发展。1967年，美国人内桑森（Nathanson）制造出了微悬臂梁，1987年，美国加州大学伯克利分校制成了转子直径为60～120微米硅静电电机，同年，MEMS在美国开始作为正式技术术语使用。

MEMS技术制作的微传感器和微执行器已用于汽车的安全系统、发动机与动力系统、故障诊断与监测系统。MEMS技术可用于细胞操作、微型手术等生物医学中；惯性导航、空间姿态测定等航空航天领域；微内燃机、微电机、微涡轮机和微电池等。

微型机械在尺度、构造、材料、制造方法和工作原理等方面都与传统机械截然不同，因而，微机械学的学科基础、研究手段和研究内容也与传统机械学不同。微机械学研究内容有：运动变换和动力传递、动态特性、构件材料、构件变形与失效规律、相互接触界面上的作用、变化与损伤机理等。微机械学中已诞生微机构学、微结构材料力学、微摩擦学、微机器人机械学等分学科。

在融合机械制造、电子工程和计算机科学等学科的基础上建立起来的，研究机械与电子设备如何匹配的学科。属于工程科学中的一个新学科。

二战后，电子技术迅速发展，人们开始将电子技术引入机械产品以完善机械产品的性能，产生了许多机械与电子设备融合的产品，如数控机床、雷达伺服系统、机器人等。这就导致机械电子学的诞生。1971年，微处理器问世，计算机的发展进入第四代，机械产品配备计算机和其他电子设备实现了控制的自动化，加工中心、自动仓库、智能机器人等相继诞生。机械电子工程和机械电子学获得蓬勃发展。高等教育中相继设立了机械电子工程专业。机械电子学内容包括：物理系统建模，可编程逻辑控制器的控制，机械电子产品的一体化设计方法，机电系统优化设计，系统接口与数据采集，基于计算机的机电系统构建与故障分析等。20世纪末，随着人工智能技术、网络技术的发展，机械产品又进入遥控化、智能化阶段。

典型的机械产品有汽车、航空器和航天器、铁路车辆、机器人、工程机械、发电设备、纺织机械、内燃机等。

汽车已有近130年的历史。从德国人K.本茨（Karl Benz，1844～1929）在1886年制造出速度为18千米/小时的第一辆三轮汽车起，现代已经诞生了速度从0加速到100千米/小时只需要3秒多一点的超级跑车。20世纪下半叶，世界进入汽车时代，世界汽车工业蓬勃发展，汽车的普及、高的车速使得对其行驶平顺性、操纵稳定性、燃油经济性、行驶安全性和环保性能的要求不断提高。

1958年首创电子燃料喷射与点火系统，汽车无级变速器问世。1972年，美国克莱斯勒（Chrysler）汽车公司的汽车加装防抱死系统（ABS）。1977年，第一次国际电动汽车会议在美国举行，会上展出了100多辆电动汽车。1978年，日本研制出复合燃料汽车，即内燃机-电动汽车。1983年，福特公司推出符合空气动力学概念的新型“雷鸟”牌轿车，涡轮增压发动机技术被广泛使用。1984年，林肯公司的“大陆”和“马克Ⅱ”型轿车采用了可调整的空气悬架系统。1990年，本田导航系统、无人驾驶汽车问世，激光、超声波、电视摄像机取代了人眼。

进入20世纪80年代，汽车逐渐步入电子化、智能化，新兴的电子技术取代汽车原来单纯的机电液操纵控制系统以适应对汽车安全、排放、节能日益严格的要求。90年代以后，陆续出现了智能化的发动机控制、自动变速、动力转向、电子稳定程序、主动悬架、座椅位置、空调、刮水器、安全带、安全气囊、防碰撞、防盗、巡航行驶、全球卫星定位等不胜枚举的智能化自动控制系统，还有车载音频、视频数字多媒体娱乐系统、无线网络和智能交通等车辆辅助信息系统。

20世纪下半叶，是航空工业全面发展的时期。航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机，开创了喷气时代。先后发展了直接产生推力的涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。也派生发展了输出轴功率的涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。50～60年代，喷气发动机的推重比只有3，60～70年代达到了5，70～80年代达到了8，90年代后已经达到了15～20。从40年代中叶到60年代初期，飞机速度增加了4倍。20世纪70年代，军用飞机的飞行速度已达3倍音速。这一时期，民航客机向超音速、大型化发展，英法联合研制的协和式飞机，其速度为2倍音速，2007年空中客车A380投入商业运行，其功率为230兆瓦，最大载客量为850人。

航天器包括人造卫星、载人航天器（载人飞船、空间站和航天飞机）和空间探测器（月球探测器、行星探测器等）3大类。世界上第一个航天器是苏联1957年10月4日发射的“人造地球卫星1号”。1970年4月24日，中国发射了第一颗人造卫星“东方红”1号。第一个载人航天器是苏联航天员加加林（Юрий Гагарин，1934～1968）乘坐的“东方号”飞船，1961年4月12日发射。第一个把人送到月球上的航天器是美国“阿波罗11号”飞船，1969年7月20日，美国人N.阿姆斯特朗（Neil Armstrong，1930～2012）与B.奥尔德林（Buzz Aldrin，1930～ ）成为首次踏上月球的人。第1个兼有运载火箭、航天器和飞机特征的航天飞机是美国“哥伦比亚号”航天飞机，于1981年4月12日首次发射。至2017年，航天器还都是在太阳系内运行。

从1825年铁路车辆诞生开始，近200年来经历了由蒸汽机车到内燃机车，再到电力机车的发展过程。20世纪后半叶，美、英、法、日本和苏联等国的铁路牵引动力几乎全部采用内燃机车和电力机车。中国在1951年自主研制的蒸汽机车诞生，直到1989年才停止生产，1958年中国生产了第一台内燃机车。

1829年，蒸汽机车的速度一般达到48千米/小时，随后发展到100～120千米/小时，电力机车的一般速度可达160千米/小时。

一般将铁路车辆速度超过200千米/小时的称为高速列车。1964年日本建成从东京到大阪的新干线，列车速度达到230千米/小时。1976年英国的高速列车投入运营，速度为250千米/小时。1981年，高速列车“TGV”在巴黎—里昂干线上，实验列车速度达到482.4千米/小时，2007年甚至达到574.8千米/小时。2008年8月1日，中国开通第一条高速铁路北京—天津的京津城际，速度达350千米/小时。

机器人是第三次技术革命中的重大发明。它是包含原动机、传动装置、执行装置、控制装置和感知装置的自动化机器。

在1959年，戴沃尔制造出第一台工业机器人后，即成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。1962年，美国AMF公司生产出机器人VERSTRAN，与Unimation公司1961年生产的UNIMATE机器人一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国。

1961年，美国人H.恩斯特（H.Ernst）采用了触觉传感器。1962年，世界上最早的“灵巧手”上采用了压力传感器，美国人J.麦卡锡（J.McCarthy,1927～2011）1963年开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。传感器的应用提高了机器人的可操作性。1965年，美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声呐系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。

1968年，美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木，是世界第一台智能机器人。1969年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。

1973年，世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，诞生了美国Cincinnati Milacron公司的机器人T3。1978年，美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，标志着工业机器人技术已经完全成熟。1984年，美国人J.F.恩格尔伯格（Joseph Frederick Engelberger，1925～2015）再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。1998年，丹麦乐高公司推出机器人Mind-storms套件，让机器人制造变得跟搭积木一样，相对简单又能任意拼装，使机器人开始走入个人世界。1999年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝（AIBO），娱乐机器人成为机器人迈进普通家庭的途径之一。2002年，丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba是最商业化的家用机器人。

2006年6月，微软公司推出Microsoft Robotics Studio，使机器人模块化、平台统一化。

用于建筑、水利、电力、道路、港口和国防等工程领域的施工机械的总称。包括：挖掘机械、铲土运输机械、起重机械、压实机械、桩工机械、钢筋混凝土机械、路面机械和凿岩机械等。

20世纪50年代后，工程机械进入液压化和大型化的阶段。

1950年世界上第一台挖掘机在联邦德国的阿特拉斯下线。50年代中期，联邦德国和法国相继研制出全回转式液压挖掘机，并开发出多斗式结构。1957年5月，日本小松公司（株式会社小松製作所，Komatsu Ltd.）推出世界第一台混合动力液压挖掘机。2006年4月，日本神户制钢所（KOBELCO）展出最新概念挖掘机——油电混合动力挖掘机。1958年，多斗式挖掘机每个铲斗的容量已达3.6立方米。2008年，中国太原重工生产了铲斗容量达55立方米的巨型挖掘机。

盾构隧道掘进机的简称，是隧道掘进的专用工程机械。现代盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行量体裁衣式的设计制造，并要求高的可靠性。盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

盾构机问世已有近180年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。20世纪末以来，通过对关键技术的探索和研究解决，使盾构机有了很快的发展。日本三菱重工先后为英法海峡交通隧道、法国里昂高速公路、中国上海延安东路第2条过江隧道工程、东京湾海底隧道等，提供了各种、直径最大到14.14米的盾构机。

1950年初，中国在辽宁阜新使用过手掘式盾机构，1966年试验使用直径10.22米盾构机修建上海打浦路过江隧道工程。2004年，中国第一台具有自主知识产权的“先行号”盾构机问世，能制造的最大直径为11.22米。2016年，中国制造的土压平衡盾构机直径达到12.14米。

世界大多数国家电力消费占能源消费第二位，均由汽轮发电机组或水轮发电机组生产电能。

1955～1976年是汽轮发电机组技术发展的黄金时期，每5～8年单机容量翻一番。20世纪50年代，电力需求突飞猛进，单机功率不断增大，陆续出现了325～600兆瓦的大型汽轮发电机组，60年代制成了1000兆瓦（MW）汽轮发电机组，70年代，制成了1300兆瓦汽轮发电机组。

中国自1955年制造第一台中压6兆瓦汽轮机以来，在以后的近50年时间里，已经走完了从中压机组到超临界660兆瓦机组的全过程。

1977年后，汽轮发电机组的发展转向高参数化、提高质量和技术经济性能，在线监测和故障诊断技术得到发展。

1878年，在法国诞生了第一台水轮发电机组，功率只有3.2千瓦。二战后到1984年，是水轮发电机组高速发展期。美国和苏联展开了激烈的竞争，不但水电发电总量所占比重快速增长，单机容量也不断增大。1984年美国为大古力（Grand Coulee）第三电厂和伊泰普（Itaipu）水电站生产了700兆瓦、定子内径达18.8米的水轮发电机组。1985年起水轮发电机组的发展转向提高产品质量、可靠性和技术经济性能。

1958年，中国哈尔滨电机厂为新安江水电站制造了中国第一台72.5兆瓦大型混流式水轮发电机组。1998～2000年，中国东方电机厂和哈尔滨电机厂参与制造了二滩水电站550兆瓦的水轮发电机组。2012年7月，由东方电机有限公司设计制造，葛洲坝集团机电建设有限公司负责安装和调试的三峡水电站27号700兆瓦机组交付投产。

20世纪50年代后，新型纺纱机陆续问世。1965年，捷克斯洛伐克发明了转杯纺纱；1971年，澳大利亚发明了自捻纺纱；1975年，波兰发明了涡流纺纱、奥地利发明了摩擦纺纱、荷兰发明了黏合纺纱；1981年，日本发明了喷气纺纱（气流纺纱），大大提高了生产效率，改善了生产环境。

最初的织布机是有梭织布机，其生产率低、噪声大。1950年，捷克斯洛伐克生产了第一台商用喷气织机，无梭织布机逐渐兴起。20世纪70年代，新型无梭织布机（箭杆织机、片梭织机、喷水织机、喷气织机）陆续推向市场，生产效率提高了4～8倍。

内燃机是热效率高、结构紧凑、机动性强的动力机械。

1876年，德国人N.A.奥托（Nicolaus August Otto，1832～1891）制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机。

20世纪50～70年代，汽油机技术状况为：缸内喷射；多气门技术；进气滚流，稀薄分层燃烧；电子控制点火正时、汽油喷射及空燃比随工况精确控制等全面电子发动机管理；废气再循环及三元催化等排气净化技术等。随着20世纪70年代开始的电子技术在发动机上的应用，使内燃机基本上满足了世界各国有关排放、节能、可靠性和舒适性等方面的要求。内燃机电子控制现已包括电控燃油喷射、电控点火、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断、失效保护等诸多方面。