随着市场竞争的日益激烈和技术的进步，越来越多的国家把先进制造技术摆在促进经济增长的首要位置。德国于2013年公布'工业4.0'战略。美国政府于2011年推出'先进制造业伙伴关系'（AMP）计划，又于2014年推出'国家制造业创新网络'（NNMI）计划。最近，美国正式推出'美国制造业'计划，该计划通过加强工业界、学术界和政府伙伴间的密切合作，进一步有效'利用现有资源……培育制造业创新能力并加速商业化进程'。2015年，中国政府正式发布《中国制造2025》这一面向制造业的十年规划和路线图。在所有的国家计划中，核心技术的发展都集中应用于先进制造系统领域。一种新的制造模式正在兴起，其具备两个独特的特征：集成化制造和智能制造。这一趋势符合工业革命的发展进程，而在此进程中人们不断追求更高效率的生产系统。为此，人们为新的制造模式划定了10项主要技术。本文介绍了集成化智能制造（i2M）系统的基本原理和需求，同时也介绍了来自不同领域的相关技术。值得一提的是，本文还讨论了物联网和服务（IoTS）、信息物理系统（CPS）和云计算等关键的技术推动力量。通用电气（GE）的Predix和美国参数技术公司（PTC）的ThingWorx等商用平台的应用所面临的挑战也得到了有效应对。
商用飞机对减轻机身重量和提高燃料效率的需求日益增强，这一需求促进了复合材料在商用飞机结构中的应用。当飞机的复合材料结构变得更庞大、更复杂时，传统的热压罐生产方法就会变得相当昂贵，这一现象引起了研究者对非热压罐成型技术的关注。在此技术中，树脂被注入强化预浸料层。然而，树脂灌注工艺与操作人员的技术和经验息息相关，特别是在开发复杂部件的生产策略时。作为一种用于预测的计算工具，流程建模旨在解决可靠性问题以及传统反复试验法所导致的浪费。大多数传统建模仍应用于工业，主要针对各向同性多孔强化材料的流体流动模拟。然而，最近的一些研究开始将编织材料的多尺度和多学科的复杂性纳入考虑范畴，其模拟方法可以提供更高的保真度。尤其考虑到具有渗透性和多孔性的强化材料导致的织物变形效应，新的多物理场流程模拟能够通过织物更好地预测树脂的灌注行为。除了综述与流程模拟相关的前人研究和工艺现状，本文还重点论述了最近关于复杂双圆顶组件的多物理场流程模拟与实验灌注的对比验证。通过考虑变形依赖的流动行为，多物理场流程模拟能够预测实际的流动行为，证明其与基础的各向同性渗透模型相比有很大程度的改进。
作为新一代工业模式的工业4.0旨在提升生产灵活性，也将继续提高企业生产效率，保证更高的产品质量以及培养承担大规模定制的能力。因此，它能够使企业在短时间内生产出更高质量的产品，以应对日益个性化的产品带来的挑战。在工业4.0模式中，智能制造发挥着重要的作用。典型的资源被转换成智能实体，以便它们能够在智能环境中感知、行动和行为。为了能充分理解在在工业4.0背景下的智能制造，本文对智能制造、物联网（IoT）支持制造和云制造等相关课题进行了综合评述，在我们已有的分析基础上对其中的相似之处和不同点进行了重点探讨。在文中我们还回顾了一些用于实现智能制造的关键技术，如物联网、网络物理系统（CPS)、云计算、大数据分析（BDA）以及信息和通信技术（ICT）。之后我们将介绍全球智能制造业的发展动向，包括来自不同国家的政府战略计划以及来自欧盟、美国、日本和中国的主要跨国公司的战略计划。最后，我们提出其当前所面临的挑战和未来的研究方向。本文所讨论的概念将为实现备受期待的第四次工业革命带来新的思路。
大数据和信息物理系统(CPS)等技术的发展使人们对产品设计的需求增加。产品数字设计包括使用先进的数字技术完成产品设计过程，如几何建模、运动学和动态仿真、多学科耦合、虚拟装配、虚拟现实(VR)、多目标优化(MOO)以及人机交互。定制产品智能设计的关键技术包括：客户需求的描述与分析、客户基础的产品族设计(PFD)、定制产品的配置和模块化设计、定制产品的变型设计，以及产品智能设计的知识推送。定制产品智能设计的发展趋势包括定制产品的大数据驱动智能设计技术和定制的设计工具和应用。通过计算机的高精度数控机床设计，我们验证了该方法的有效性。
喷气发动机部件的增材设计（AD）和增材制造（AM）将彻底改变传统的航空航天工业。增材设计的独特性开创了喷气发动机设计和制造的新方向，比如梯度材料和微观结构。工程师已经从传统方法和技术的诸多限制中解放出来。增材制造过程最重要的特征之一是其可以确保零件的一致性，因为它始于点，继而到线和层面，直至整个部件完成。设计和制造之间的协调是空气动力学、热力学、结构整合、传热、材料开发和加工等方面取得成功的关键。工程师必须改变设计零件的方式，因为他们要从传统的'减材'方法转移到'增材'的新方法来制造零件。增材设计与增材制造设计不一样。我们需要一种新方法和新工具来协助这种新的设计和制方式。本文详细讨论了增材设计与增材制造中的需求，以及如何解决当前的问题。
医学模型或模具已广泛应用于医学培训和医患互动领域，同时也日益应用于手术规划、医学计算模型、算法核实和验证以及医疗器械的开发等方面。这种新应用需要高保真度、患者特异性及模拟组织结构的医学模具，其不仅能够模拟人体器官的几何结构，而且还具有器官的功能。随着三维（3D）打印和3D 生物打印技术的快速发展，许多研究人员已经开始使用增材制造技术来生产具有多种功能的医学模具。本文综述了3D 打印和3D 生物打印技术在制作功能性医学模具和生物结构方面的应用。特别讨论了3D 打印功能性医学模具（即组织模拟医学模具、放射性医学模具和生理医学模具）及被用于再生组织和器官的3D 生物打印模具的制备（即混合模式支架材料、可转换支架和集成传感器）工艺、发展现状以及未来发展趋势。
选择性激光熔化（SLM）增材制造（AM）技术已成为精密制造高性能复杂形状金属零件的重要选择。SLM AM 工艺涉及复杂的物理化学现象、热力学特性以及高能激光束融化散粉颗粒时产生的相变。本文提出了针对金属材料SLM 工艺的多尺度建模和协调控制，其中，金属材料包括铝（Al）基合金（AlSi10Mg）、镍（Ni）基超合金（Inconel 718）及陶瓷颗粒增强的铝基和镍基复合材料。从微观尺度研究氮化铝（AlN）颗粒在SLM 处理后的铝基纳米复合材料中的迁移和分布机制以及SLM处理后的碳化钨（WC）/Inconel 718 复合材料中增强体和基体之间梯度界面的原位形成。从中尺度研究AlSi10Mg 和Inconel 718 合金粉末的激光吸收和熔化/ 致密化特性。最后，从宏观尺度提出了逐行局部激光扫描过程中的应力发展和SLM 处理后的复合材料变形的参数依赖控制方法。多尺度数值模拟和实验验证方法有利于监测SLM AM 过程中复杂的粉末激光作用、传热传质特性以及微观结构和力学性能的发展。
本研究中使用不同的粉末表征技术对铬镍铁合金的原始粉末和回收粉末在粉末床增材制造（AM）上的流动特性、行为特征进行研究。结果发现，选择性激光熔化（SLM）工艺的粒径分布（PSD）范围通常在15 ～ 63 μm 之间。原始的铬镍铁合粉末的流量约为28 s·(50 g)–1，组装密度是60%。流变测试结果表明，原始粉末与回收粉末相比具有更好的流动性。讨论了两种粉末之间的相互关系。运用铬镍铁合金粉末已经成功打印出了螺旋桨。实验结果表明铬镍铁合金粉末适用于增材制造（AM），本研究为生产增材制造粉末提供参考。
目前，大量的低成本、纤维类的副产物被添加到猪的日粮中以减少猪的养殖成本。然而，由于猪不能有效降解膳食纤维，因此富含纤维的日粮营养价值偏低。此外，高纤维日粮会降低营养物质的利用率和猪的生长性能。最近的研究结果不一致，甚至互相矛盾，而且纤维来源、纤维类型和纤维水平也会影响高纤维日粮的负效应。另外，测定膳食纤维及其纤维组成的分析方法会经常干扰纤维对猪生长和生理反应的影响。虽然已经有一些改善纤维对猪的消极影响、提高日粮的营养价值的方法被逐渐应用，如外源纤维降解酶广泛应用于提高营养物质利用率和猪的生长性能。但是，与研究结果并不一致，还需要阐明外源纤维降解酶在猪的代谢和生理反应中的作用方式。另外，膳食纤维日益成为促进猪的肠道健康和改善妊娠母猪福利的方法。本文对膳食纤维及其对猪的营养、肠道生理和母猪福利的影响进行了讨论。同时，本文建议要对膳食纤维和外源酶如何提高猪对高纤维原料的利用率方面进行深入的研究。
新的研究思路、研究方法和生物分析技术的创造和发展对动物科学（包括饲料和营养科学）的进步是必不可少的。本文介绍了以同步加速器为基础的先进生物分析技术作为一项崭新的研究工具，在研究由多种处理（如基因修饰、基因沉默、饲料的热加工处理、生物燃料加工等）诱导的饲料分子结构变化与动物消化吸收饲料营养物质的关系方面的潜在应用。以同步辐射为基础的先进技术[如同步辐射红外显微光谱技术（synchrotron radiation infrared microspectroscopy，SR-IMS）和同步辐射X射线技术]作为一种快速、无损的生物分析技术被开发利用。与传统的湿化学法不同，同步辐射技术不会破坏饲料内在的分子结构。尖端和先进的同步加速器光源（是日光的上百万倍）能够以超高分辨率在细胞和分子水平上探测生物组织的内在结构。总的来说，最近开发的基于同步辐射的生物分析技术结合常用的研究技术将带来动物饲料和营养研究的巨大进步。
随着人们对水产食品安全关注的不断加强，越来越多的化学合成药物在水产养殖中被禁用。同时，由于中草药具有绿色天然的优点，近年来其在水产养殖领域被广泛应用。研究表明，中草药具有促进养殖鱼类生长、提高抗病力、改善肌肉品质等多方面的作用。中草药所含生物活性物质不仅能够增加鱼类摄食量和消化酶活性，而且可能影响养殖产品风味。许多中草药种类还能够显著提升养殖鱼类的特异性和非特异性免疫力。然而，由于中草药的植物成分非常复杂，有效地分离提纯药用成分是开发应用的关键。本文回顾了中草药关于生长表现和饲料利用，免疫和抗病力以及养殖产品质量方面的最新研究和应用进展。本文同时介绍了中药材化学成分研究的新技术和方法，分析了中草药在水产养殖应用方面存在的问题，认为未来中草药研究应重点关注如何经济地提炼有效成分以及最佳的用药途径。
活性氧（ROS）对人类和其他动物健康的负面影响非常值得关注。ROS可能由机械伤害、热刺激、感染和化学刺激产生。核转录相关因子（Nrf2）及其伴侣蛋白Keap1组成的Nrf2/Keap1系统在抗氧化作用中扮演着重要角色。Nrf2/Keap1系统通过与抗氧化反应元件（ARE）相互作用，调控一系列解毒酶和抗氧化酶基因的表达来维持机体氧化还原的平衡状态。膳食植物化学物质在蔬菜、水果、谷物和草药中普遍存在，研究发现其有益健康，还可通过多种途径调节Nrf2介导的II相酶来提高家畜的生长性能和肉质。然而，关于植物化学物质作用效果的大量数据有些混乱，需要根据植物化学物质的功能和作用机制进行相应的分类。在本文中，我们首先介绍了植物化学物质的抗氧化性及其与Nrf2/Keap1系统的关系，并总结了植物化学物质通过靶向Nrf2/Keap1系统，对家畜生长性能、肉质和肠道菌群的影响。这些详尽的数据有助于阐述植物化学物质在家畜中潜在的生物功能特性。
动物和日粮因素对牛肠道甲烷排放量影响的相关研究已经很普遍，但是关于放牧青年奶牛的甲烷排放量的可参考数据较少。本研究评估了荷斯坦奶牛在多年生黑麦草草地放牧时的生理状态对甲烷排放量的影响，分别进行了以下两个试验：试验1从2011年5月开始，为期11个星期，试验2从2011年8月开始，为期10个星期。在每个试验中，将荷斯坦奶牛分成三个处理组（每组12头），分别由小牛犊、一岁的母牛犊和妊娠母牛组成（平均年龄分别为8.5、14.5和20.5月龄）。在每个试验的最后一个星期利用六氟化硫示踪技术预估每头牛的甲烷排放量。干物质摄入量由代谢能需要量除以牧草中的代谢能含量计算而得。正如预期一样，活体重随年龄的增加而增加（P < 0.001），然而试验1中三个分组的体增重没有差异，试验2中的体增重随着年龄增加有不同程度的减少（P < 0.001）。在试验1中，妊娠母牛高于小牛犊的甲烷排放量（P < 0.001），而一岁母牛犊的甲烷排放量最高（g•d－1）。当用单位活体重、干物质摄入量和总能摄入量表示甲烷排放量时，一岁母牛犊比小牛犊和妊娠母牛的排放速率更高（P < 0.001）。在试验2中，甲烷排放量（g•d－1）随着年龄增加呈线性上升（P < 0.001），但是这种差异在一岁母牛犊和妊娠母牛中并不显著。妊娠母牛的甲烷/活体重的比值低于另外两组（P < 0.001），小牛犊的总能摄入量中甲烷能量输出的比值低于一岁母牛犊和妊娠母牛（P < 0.05）。根据所有数据建立甲烷排放量的预测方程。所有关系均为显著（P < 0.001），R²值的分布范围为0.630~0.682。这些模型表明：每增加1 kg活体重，甲烷排放量增加0.252 g•d－1；每增加1 kg•d－1干物质摄入量，甲烷排放量增加14.9 g•d－1；每增加1 MJ•d－1总能摄入量，甲烷能量输出增加0.046 MJ•d－1。当实际甲烷排放量不可测时，这些结果为我们提供了预估放牧母牛甲烷排放量的另一种方法。
低蛋白日粮会减少动物组织中蛋白质沉积，影响骨骼肌增重。本文旨在研究低蛋白日粮中添加亮氨酸对成年大鼠骨骼肌重量和蛋白质合成的影响。试验选取36只平均体重为（214.4 ± 2.4）g的成年SD雄性大鼠，按体重相近原则平均分为3个处理，每个处理12个重复，每个重复1只大鼠。3个处理分别饲喂20%酪蛋白（20%C，CON）、10%酪蛋白 + 丙氨酸（10%C + Ala，R）以及10%酪蛋白 + 亮氨酸（10%C + Leu，RL）日粮，试验期为11 d，其中，10%C + Ala组和10%C + Leu组为等氮日粮组。试验第11天，所有大鼠大剂量一次性腹腔注射L-[ring-2H5]苯丙氨酸注射液，测定血清中的氨基酸含量、比目鱼肌和腓肠肌重量、蛋白质合成速率及mTOR信号通路相关分子的表达。结果表明，在3个处理中，RL组血清亮氨酸含量最高（P < 0.05），而异亮氨酸含量最低（P < 0.05）；CON组的缬氨酸含量低于R和RL组（P < 0.05），但采食量、蛋白质合成速度和4EBP1的磷酸化高于R和RL组（P < 0.05），同时腹脂重量显著下降（P < 0.05）。与R组相比，RL组可以增加腓肠肌重量（P < 0.05），促进S6K1磷酸化（P < 0.05），增加骨骼肌蛋白质合成（P < 0.05）。本文结论如下，在成年大鼠长期采食低蛋白日粮的情况下，日粮中添加亮氨酸可以改善大鼠的生长性能，通过提高mTOR通路中S6K1磷酸化水平，促进大鼠骨骼肌蛋白质合成，抑制蛋白质降解。