2008 年4 月16 ~ 18 日,美国机械工程师学会(ASME)召集了来自19个国家,代表工业界、学术界和政府部门的120 多名工程与科学界的领袖人物参加在美国华盛顿举行的“机械工程之未来全球高峰会议”,共同勾画从现在起到2028 年机械工程的发展前景。
放眼今后20 年,两个巨大挑战给高峰会议与会者留下深刻印象:可持续发展和服务人类的工程技术方案。这两个挑战使得大家对2028 年的前景获得共识:机械工程将开发工程解决方案,以促进一个更清洁、更健康、更安全和可持续发展的世界。
展望未来,机械工程的战略主题是:
☆ 开发新技术以应对能源、环境、食品、住房、水资源、交通、安全和健康等挑战;
☆ 创造全球性的可持续发展工程解决方案,满足全人类的基本需要;
☆ 促进全球合作和区域适用技术的开发;
☆ 使实践者体会到为了改善人类生活而发现、创新和应用工程技术方案的乐趣。
未来,机械工程肯定还会继续有着惊人的变化。高峰会议的与会者特别关心为2028 年培养具有未来所需要的关键知识和能力的机械工程师。他们预期,需要工程师处理规模不同的工程系统,适应知识前沿的竞争,发挥合作优势,协调全球创新,预测全球工程专业的各种特征,为纳米和生物技术准备技术能力以及在家中从事设计。在未来20 年,机械工程将面临着八大挑战与预期:
1.可持续发展
高速发展的经济加剧了全球环境压力,并且使能源、水以及其他高需求资源的争夺趋于白热化。为了保证经济可持续发展,机械工程需要开发出新的技术和技能。
气候的变化和人们对资源的竞争加剧了界食品和水资源的缺乏。尽管传统的资源供应正在减少,快速发展的国家,特别是中国和印度,对自然资源的需求将增加。全球中产阶层的增长对汽车的需求也日益增长。美国源部估计,国和印度在2030 年将使全球石油的需求增加40%。
在保护环境的同时提高不断增长的人口的生活质量将是一个全球性挑战。为这些人服务就要求重新构建工程师专业的教育,教会工程师如何为缺乏服务人群开发当地适用的工程解决办法是可持续发展的关键。
2.大型和小型系统工程
2028 年,工程师们将面对很多极大或极小两种截然不同的系统工程,这些工程需要工程师在更远程、更大时间跨度下,运用多学科知识协调解决各种问题。系统工程作为新兴领域将整合更多的机械工程知识和实践技能。
美国国家工程院院长Charles Vest先生预见,涵盖微小到宏大系统的技术“在21 世纪将有巨大前景”。两个前沿将给工程界带来巨大冲击。第一个前沿是空间越来越小,时间越来越短的技术。这一前沿技术依赖于生物技术、纳米技术和信息技术的发展,要求机械工程师跨越传统的学科界限进行工作。第二个前沿是越来越大、越来越复杂、通常对社会非常重要的系统。该系统处理着世界面临的能源、环境、食品、制造、产品开发、物流和通讯方面的最尖锐的挑战。这两个前沿技术需要工程师具备管理必要的新技术和技能的能力。
今后的机械工程师必须准备好在这两个领域内工作。他们必须能够承担和领导非常复杂的项目,这要求对工程系有全面认识。雇主将要求工程师善于整合不同的学科、执行越来越复杂的用户和股东的要求、处理多种交叉互动系统。在开发和管理复杂系统时,他们将非常依赖于模拟和计算机辅助设计。计算机模拟将是一个有价值的工具,可以为复杂系统建模、优化期望结果、减少未预期的后果。
3.知识竞争优势
在2028 年,个人和组织学习、创新以及接受并适应的能力将推动经济进步。为满足受教育者对于技术、管理、创新以及解决问题的能力和知识的需求,机械工程教育结构将被重新调整。
中国科学院院长、中国机械工程学会理事长路甬祥在报告中强调了如何通过加强全球技术转化和转让以加速全球的工业化。中国正处在这些变化的前列,北京的中关村开发区(Z-Park)是世界领先的工业园。中关村开发区是许多国家性高科技开发区之一,他们成为技术创新、商务和财政的孵化器。更多工程师加入到全球的劳动力市场,将使该职业更加全球化,更富有竞争性。
所有类型的工程服务公司将在全球范围内竞争工程项目和雇员。他们要求程师不能只具有技术才能。未来的机械工程师必须具有创造性,善于解决问题,能够对问题进行多学科和系统的解。未来的工程师将需要终生学习,善于将信息转化为知识和掌握的技能。
4.合作优势
2028 年,在行业中占优势的将是能够进行成功协作的组织。21 世纪不是冲突的世纪,而是市场竞争与合并存的世纪。
全球化是“工程师未来三个巨大机会源泉之一”。与讨论地点相比,更有意义的是论全球化如何推动国家和组织既进行竞争又进行合作。全竞争正在迫使公司在世界范围内寻找经济合作伙伴,进军自己无法操作的新市场。他们与合作伙伴结成合资公司,与公共和非盈利的组织共担风险,开发昂贵技术和新的市场。
高速大批量数据网络已经增加了正规和非正规合作。微机系统和虚拟世界的开发只会在技术层面上增加这类合作。新型通讯和合作工具将使机械工程师们更好地发掘一个组织或一个网络参与者们的集体智慧。这种全球性网络开发将增强信息回馈并催生新技术。虚拟原型技术的共享和在个人网络之间运行的模拟技术也将得到提高。工程师将能够在工程开发的早期阶段就重新设计,而避免等到原型制作或者生产阶段再进行耗费巨大的重新设计。
5.规范创新
2028 年,全球经济下的创新仍然是一个复杂命题。在全球背景下,不可能从根本上动摇知识产权保护制度及其他法规。然而,随着越来越多的复杂技术需要更多的合作与专利分享,将会产生更多的变化,为创新和把创新进行商业化应用的人们带来更多公正合理的益处。
创新是经济发展的驱动力,是解决未来全球挑战的关键。每个国家面临的一个关键挑战是在鼓励创新和推创新果应用之间寻找平衡。特别是当更多的创新采用基于开放源代码的方法设计,或复杂技术需要共享和专利使用时,这种平衡尤为重要。
公开创新是主要趋势。很多组织已经不再对创新采取层层保密的办法,转而开始建立一种可以与其他公司合作或许可使用的模型。这些公司与他们的供应商甚至用户共同创新产品和服务。
另一变革是出现了开放源代码的创新模式。世界上已经有很多非公司性质的个人为开发开放源代码的软件贡献了数百万的程序语句和数百万小时的人工。大部分人没有金钱动机,他们的产品可以与那些巨型公司的产品竞争。这种模式已经超越软件业,应到保健、生物技术、制造业和其他行业,取得了不同程度的成功。
很明显,全球知识产权制度必须改变,以使其效率更高、更加有效和公开。
6.工程多样性
2028 年,对新技术的需求将使具有熟练技能、善于创新的机械工程师在全球范围内变得炙手可热,未来的雇主们将聘用与提拔有独特背景与丰富经历的雇员。这些人能够在多元文化中成功地发挥最大潜能。
公司需要员工具有多种经验作为市场竞争的一种优势。基于不同文化、性别和地区背景的经验将为企业带来新的视角。这些是企业创新性地应对新商机的竞争优势。有着不同背景的团队能够更好地为创新提供广的思路。
7.纳米生技术的未来
纳米技术和生物技术是未来20 年内技术发展的主流。到2028 年,纳米技术和生物技术将应用到各个领域,从而影响人们的日常生活。未来的工程师将利用这些技术解决医药、能源、水资源管理、航空、农业以及环境管理等领域的紧迫问题。
生物技术和纳米技术领域的快速发展,成为技术发展的核心。机械工程的许多良机有赖于这两个技术领域的交叉。纳米和生物技术有望在今后20 多年取得更大进展。纳米技术将被用于生产效率更高、比用煤发电更加便宜的太阳能电池,还被用于将药品精确地放进细胞,以及生产只有邮票大小的存储百万兆字节数据的芯片。生物技术正在发生革命性变革,各种基因被标准化,且可相互置换。这些标准化基因成分使生物组织的制造变得简单,以用于生产汽车所需的氢燃料、生产治疗疟疾以及排除有毒废物的新药物等。
8.在家设计
到2028 年,计算机辅助设计、材料学、机器人技术以及纳米技术和生物技术的进步将使产品的设计与创造民主化。工程师们将能够为本地问题设计解决方案。个体工程师将更自由地使用本地的材料与劳力生产产品,为工程企业家创造复兴。在这种情形下,会有越来越多的工程师在家中办公,导致大型工程公司的结构更松散,并出现更多的个体工程企业家,而工程劳动力也会随之发生变化。
在两天三轮紧张的分组讨论中,“机械工程之未来高峰会议”的参与者致力于一个共同目标:确定使机械工程专业在未来充满巨大挑战和机遇的20 年里站在时代前沿的要素。
美国国家工程院院长Charles.Vest先生在全体会议上探讨了机械工程面临的巨大挑战和伟大贡献。Vest 从技术角度预测了工程师在生物技术、纳米技术和信息技术方面的最好机会。从微小到巨大型系统的技术流向“在21 世纪将有巨大前景”。并预计能源、可持续发展、安全和保健领域将取得巨大进展。
日本机械学会理事长MasakiShiratori 先生介绍了该学会为日本经济、贸易和工业部制定的一系列技术发展路图。日本机械学会正在关注高温加热流热衰减、供应热水的热泵、微纳米生物机械、汽车燃料电池的效率、能源技术的效率等特定技术的发展。
中国科学院院长、中国机械工程学会理事长路甬祥教授强调科学与工程技术对社会发展和演变的作用。认为基础技术和学科在以互联网连接的、以知识经济为基础的社会中相互交叉融合。伴随着这种融合过程的还有科学技术价值观的变化,以及对文化多样性的持续尊重。
“2028 年机械工程之未来全球高峰会议”为全球机械工程的代表团队提供了一个审视世界变化、并且认真思考机械工程师应该如何应对未来挑战的机会。展望2028 年的机械工程,领袖们会看中具有各种专业知识和经验的人们。他们将全球的专家聚集起来,利用技术为大众服务。他们将鼓励世界各地的人们,使大家相信巨大的挑战就是机械专业披荆斩棘的集结号。