攻瓶頸破壟斷 產學研助力智能制造

文/本刊編輯部

CIMT2021院校之窗展區

2021年4月17日，第十七屆中國國際機床展覽會（CIMT2021）落下帷幕，有著最新科技成果的“院校之窗”展區在展會中人流攢動，備受關注。

清華大學、天津大學、大連理工大學、南京理工大學和大連工業大學在展會中展示其最新科技成果，這些新技術或攻克了關鍵技術瓶頸，或打破了國外壟斷局面，同時具有很強的實用性，廣泛應用于航空航天、汽車和能源等重要領域，充分體現了產學研合作的優勢。

清華大學智能裝備機及其控制實驗室機器人化裝備

清華大學智能裝備及其控制實驗室面向我國航空、航天、汽車和鋼鐵等重點領域的重大需求，開展智能裝備基礎和工程應用研究，為重點制造業提供具有自主知識產權的核心技術與重大裝備。主要研究方向包括高速精密非圓磨削裝備與技術、機器人技術和智能制造及數字化制造等。

清華大學智能裝備機及其控制實驗室機器人化裝備，融合串聯機構、并聯機構和柔性機構的優勢，突破了構型設計、運動控制和性能優化等關鍵技術，滿足了我國航空、航天、汽車、機床和物流等重點領域的發展需求。具體應用有航空風動天平校準機器人、航天部件噴涂機器人、飛機機翼噴涂機器人、汽車覆蓋件噴涂機器人、機床可靠性快速檢測機器人和高速并聯分揀機器人等。

針對機床制造行業面向智能制造的轉型升級需求，為實現機床制造數字化車間內不同網絡層次和異構的設備、系統之間的互聯互通，清華大學智能裝備機及其控制實驗室建立了機床制造數字化車間信息模型，制定并發布了GB/T 37928—2019《數字化車間 機床制造 信息模型》推薦性國家標準，并開發機床制造加工數字化車間信息管理系統，實現了對數字化車間信息的高效組織管理。

大連工業大學基于數字孿生的智能制造工廠平臺

大連工業大學攜自主研發的“基于數字孿生的智能制造工廠平臺”亮相CIMT2021。該套系統旨在通過信息技術與自動化融合，打造數字化生產車間，全面提升生產效率，節約生產成本。

該平臺通過數字化設計、數字化虛擬調試、數字化交付和數字化生產實現企業全流程智能化。從硬件角度看，包括數控機床、機加工線裝配線、機器人、自動導引運輸車（AGV）和自動化立體倉庫等各類數字化設備。從軟件方面看，設備三維建模、虛擬調試、數字孿生、ERP、MES、SCADA以及傳統意義上的機床聯網（DNC）、機床監控與數據采集（MDC）

作為“中國制造2025”的落地產品，“數字孿生”系統以“互聯網+制造”為核心理念，致力打造集產品設計智能化、產品生產智能化和產品運維智能化為一體的全過程智能制造工廠平臺，推動中國制造業轉型升級變革。

天津大學高性能混聯機器人關鍵技術與工程應用

天津大學帶來高性能混聯機器人關鍵技術與工程應用。

混聯機器人兼具串、并聯機器人在工作空間、速度、精度和剛度等方面的優勢，可做成即插即用模塊，搭建出形式多樣的機器人工作單元或制造系統，適合在航空航天、船舶和建筑等領域完成大型復雜結構件的銑削、制孔、裝配、切割和焊接等作業。

面向國家重大工程和裝備制造企業產品結構升級需求，在國家、地方科技計劃和企業等方面的研究工作，天津大學發明出TriVariant和TriMule兩個系列混聯機器人機構，打破了國外專利壁壘，圖譜了混聯機器人設計制造、運動控制和系統集成等核心技術，研制出速度90 m/min、加速度2g和空間位置/姿態精度0.05 mm/0.01°的高性能混聯機器人，達到了國外同規格機器人產品的技術水平。

大連理工大學先進碳纖維復合材料加工技術研究

先進復合材料在航空航天領域應用日益廣泛，針對諸多異形內腔等特殊結構的大型構件，現有標準數控機床無法滿足其自動化加工要求，只能采取手工作業方式，不僅加工效率低，精度差，質量不穩定，而且勞動強度大，研制開發先進的加工技術與裝備成為航空、航天領域復合材料應用的急需。

大連理工大學帶來先進碳纖維復合材料加工技術研究成果。該項目研制開發了高性能樹脂基復合材料復雜曲面零件自動化鋪疊技術與裝備、復合材料三維結構自動化成型設備、復合材料加工刀具以及超聲輔助加工設備。為航空、航天和汽車等領域復合材料構件自動化制造提供了有力支撐。該成果獲2018年度中國機械工業科學技術獎（科技進步類）一等獎。

在國家973計劃、863計劃和GF基礎科研項目等的資助下，大連理工大學聯合匯專科技集團股份有限公司、久億航宇科技（大連）有限公司等企業共建先進復合材料加工工程中心，研制開發各類復合材料加工系列刀具和工具、超聲波輔助數控加工機床、專用特種數控加工工藝裝備，實現了先進復合材料構件的高質高效加工，為解決航空航天企業等加工難題和急需提供成套解決方案。

南京理工大學可靠性測評成套試驗方法和裝備及研磨改性提升技術

南京理工大學帶來的滾動功能部件可靠性測評成套試驗方法和裝備及研磨改性提升技術，采用“攻克可控加載技術→發明可靠性成套測試裝備→提出小子樣加速試驗方法→實測額定動/靜載荷→建立可靠性測評和增長體系→發明絲杠研磨改性工藝及裝備”的技術路線，解決了滾動功能部件可靠性測評裝備和方法嚴重缺失的難題，持續提升絲杠副和導軌副產品的可靠性。

帶來的特殊工況條件下滾動功能部件性能測試、可靠性壽命分析與產品設計研發，解決了絲杠副高過載工況下低周疲勞壽命計算難題；解決了高輻射高溫水潤滑弱支撐條件下的滾珠絲杠副高可靠性設計難題；產品應用于航空、航天、軍工和機器人等行業。

對于智能滾動功能部件，研發團隊集成機械設計、傳感器和故障診斷等技術，設計研發出滾珠絲杠副、滾動直線導軌副，具有預緊力、振動、溫升和負載監控功能。