攻瓶颈破垄断 产学研助力智能制造

文/本刊编辑部

CIMT2021院校之窗展区

2021年4月17日，第十七届中国国际机床展览会（CIMT2021）落下帷幕，有着最新科技成果的“院校之窗”展区在展会中人流攒动，备受关注。

清华大学、天津大学、大连理工大学、南京理工大学和大连工业大学在展会中展示其最新科技成果，这些新技术或攻克了关键技术瓶颈，或打破了国外垄断局面，同时具有很强的实用性，广泛应用于航空航天、汽车和能源等重要领域，充分体现了产学研合作的优势。

清华大学智能装备机及其控制实验室机器人化装备

清华大学智能装备及其控制实验室面向我国航空、航天、汽车和钢铁等重点领域的重大需求，开展智能装备基础和工程应用研究，为重点制造业提供具有自主知识产权的核心技术与重大装备。主要研究方向包括高速精密非圆磨削装备与技术、机器人技术和智能制造及数字化制造等。

清华大学智能装备机及其控制实验室机器人化装备，融合串联机构、并联机构和柔性机构的优势，突破了构型设计、运动控制和性能优化等关键技术，满足了我国航空、航天、汽车、机床和物流等重点领域的发展需求。具体应用有航空风动天平校准机器人、航天部件喷涂机器人、飞机机翼喷涂机器人、汽车覆盖件喷涂机器人、机床可靠性快速检测机器人和高速并联分拣机器人等。

针对机床制造行业面向智能制造的转型升级需求，为实现机床制造数字化车间内不同网络层次和异构的设备、系统之间的互联互通，清华大学智能装备机及其控制实验室建立了机床制造数字化车间信息模型，制定并发布了GB/T 37928—2019《数字化车间 机床制造 信息模型》推荐性国家标准，并开发机床制造加工数字化车间信息管理系统，实现了对数字化车间信息的高效组织管理。

大连工业大学基于数字孪生的智能制造工厂平台

大连工业大学携自主研发的“基于数字孪生的智能制造工厂平台”亮相CIMT2021。该套系统旨在通过信息技术与自动化融合，打造数字化生产车间，全面提升生产效率，节约生产成本。

该平台通过数字化设计、数字化虚拟调试、数字化交付和数字化生产实现企业全流程智能化。从硬件角度看，包括数控机床、机加工线装配线、机器人、自动导引运输车（AGV）和自动化立体仓库等各类数字化设备。从软件方面看，设备三维建模、虚拟调试、数字孪生、ERP、MES、SCADA以及传统意义上的机床联网（DNC）、机床监控与数据采集（MDC）

作为“中国制造2025”的落地产品，“数字孪生”系统以“互联网+制造”为核心理念，致力打造集产品设计智能化、产品生产智能化和产品运维智能化为一体的全过程智能制造工厂平台，推动中国制造业转型升级变革。

天津大学高性能混联机器人关键技术与工程应用

天津大学带来高性能混联机器人关键技术与工程应用。

混联机器人兼具串、并联机器人在工作空间、速度、精度和刚度等方面的优势，可做成即插即用模块，搭建出形式多样的机器人工作单元或制造系统，适合在航空航天、船舶和建筑等领域完成大型复杂结构件的铣削、制孔、装配、切割和焊接等作业。

面向国家重大工程和装备制造企业产品结构升级需求，在国家、地方科技计划和企业等方面的研究工作，天津大学发明出TriVariant和TriMule两个系列混联机器人机构，打破了国外专利壁垒，图谱了混联机器人设计制造、运动控制和系统集成等核心技术，研制出速度90 m/min、加速度2g和空间位置/姿态精度0.05 mm/0.01°的高性能混联机器人，达到了国外同规格机器人产品的技术水平。

大连理工大学先进碳纤维复合材料加工技术研究

先进复合材料在航空航天领域应用日益广泛，针对诸多异形内腔等特殊结构的大型构件，现有标准数控机床无法满足其自动化加工要求，只能采取手工作业方式，不仅加工效率低，精度差，质量不稳定，而且劳动强度大，研制开发先进的加工技术与装备成为航空、航天领域复合材料应用的急需。

大连理工大学带来先进碳纤维复合材料加工技术研究成果。该项目研制开发了高性能树脂基复合材料复杂曲面零件自动化铺叠技术与装备、复合材料三维结构自动化成型设备、复合材料加工刀具以及超声辅助加工设备。为航空、航天和汽车等领域复合材料构件自动化制造提供了有力支撑。该成果获2018年度中国机械工业科学技术奖（科技进步类）一等奖。

在国家973计划、863计划和GF基础科研项目等的资助下，大连理工大学联合汇专科技集团股份有限公司、久亿航宇科技（大连）有限公司等企业共建先进复合材料加工工程中心，研制开发各类复合材料加工系列刀具和工具、超声波辅助数控加工机床、专用特种数控加工工艺装备，实现了先进复合材料构件的高质高效加工，为解决航空航天企业等加工难题和急需提供成套解决方案。

南京理工大学可靠性测评成套试验方法和装备及研磨改性提升技术

南京理工大学带来的滚动功能部件可靠性测评成套试验方法和装备及研磨改性提升技术，采用“攻克可控加载技术→发明可靠性成套测试装备→提出小子样加速试验方法→实测额定动/静载荷→建立可靠性测评和增长体系→发明丝杠研磨改性工艺及装备”的技术路线，解决了滚动功能部件可靠性测评装备和方法严重缺失的难题，持续提升丝杠副和导轨副产品的可靠性。

带来的特殊工况条件下滚动功能部件性能测试、可靠性寿命分析与产品设计研发，解决了丝杠副高过载工况下低周疲劳寿命计算难题；解决了高辐射高温水润滑弱支撑条件下的滚珠丝杠副高可靠性设计难题；产品应用于航空、航天、军工和机器人等行业。

对于智能滚动功能部件，研发团队集成机械设计、传感器和故障诊断等技术，设计研发出滚珠丝杠副、滚动直线导轨副，具有预紧力、振动、温升和负载监控功能。