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項目簡介 針對制約我國機械裝備行業發展與提升的復雜關鍵零部件再設計與快速加工等技術瓶頸，以影響整機性能的機械裝備凸輪、汽輪機葉片、螺桿壓縮機轉子、增壓器葉輪等為研究對象，著力構建未知自由曲面復雜零件再設計技術與數據點云直接加工技術的集成創新，使再設計效率和直接加工精度得到極大提高，技術水平和產業化成果達到國內同類研究和應用的領先水平。 技術指標 (1)未知自由曲面復雜零件的高精高效數字化技術。研究了基于蟻群算法和遺傳算法的多特征測量路徑規劃技術、曲率連續自適應測量技術、BP 人工神經網絡重定位技術、Delaunay 半徑補償技術等，開發了“復雜未知自由曲面三維智能測量系統”，為高精高效數字化奠定了基礎。 (2)基于多分辨分析的曲線曲面控制頂點光順技術。針對傳統光順算法計算效率極低，細節難于保留等問題，研究了二進小波多分辨快速光順技術和有理數尺度小波的任意分辨率光順技術，首創了“曲線曲面多分辨分析光順系統”，兼顧了光順的整體性和局部性。 (3)復雜零件的三維再設計質量控制技術。針對多分辨光順尺度無法確定，光順效果評判手段有限等難題，研究了基于線性假設和逆問題的多分辨光順精度控制技術、基于極限反射法的曲面品質分析技術，開發了“極限反射法曲面品質分析系統”，實現了光順尺度的快速反算，消除了視點和光源對評判結果的影響。 (4)雙映射法數據點云直接加工技術。針對 CAD 建模及傳統數控加工所引起的累計誤差，研究了雙映射散亂點云結構拓撲技術、數據點云全干涉檢查技術、無干涉刀具加工路徑規劃技術，開發了“數據點云直接刀具規劃與加工系統”，實現了數據點云的直接加工，填補了國內在該領域的空白。 效益分析 項目研究成果使系統的測量精度提高了 1 個數量級，測量效率提高了 3 倍以上，再設計周期縮短了 30%，在機床允許條件下，未知原型零件的直接加工精度可達μm 級。項目成果在無錫透平葉片有限公司、無錫壓縮機股份有限公司和無錫沃凱精密機械制造有限公司等得到成功應用，研究成果獲發明專利 7 項，軟件著作權 7 項，發表論文 64 篇，SCI 收錄 9 篇。 應用情況 本成果有助于提升企業研發實力與效率，降低研發成本，提升企業技術水平和核心競爭力。首創的數據點云直接加工技術，縮短了企業的工藝流程，提升了產品的加工效率與制造精度，降低了廢品率，對企業的節能減排和綠色制造同樣有顯著作用。項目在機械裝備行業有極好的推廣應用價值和社會效益。

本項目獲 2019 年國家技術發明二等獎 淀粉加工用酶是食品工業用量最大的酶制劑。目前我國淀粉加工關鍵酶制劑匱乏或被國外壟斷，導致一些淀粉加工技術難以實現或優勢不足，因此亟需開發 具有自主知識產權的酶制劑，構建淀粉加工關鍵酶共性技術的研發體系。 

針對萜類木本植物資源原料林基地建設和化學利用方面的不足，開展了資源篩選與原料林基地建設研究，建立芳樟原料林基地2.5萬畝、山蒼子優良種質資源圃400畝、示范林基地5000畝，為工業化生產與開發利用奠定了基礎。集成和創新了天然精油提取分離與加工技術，建立了芳樟油、山蒼子油和松脂原料預處理、蒸餾提取工藝，生產芳樟油、山蒼子油、松香和松節油等10000余噸，實現產值30000多萬元，其中芳樟醇和山蒼子油掌握著國際市場定價權。研發了系列萜類香料產品，以芳樟醇和山蒼子油為原料，創新了相關香料的合成方法與工藝，并建立了相應的生產線，實現產值20000多萬元；以松節油為原料，進行了相關產品的合成工藝研究，并建立了年生產400噸的乙酸諾卜酯生產線。研發了系列萜類功能性與高附加值產品，開展了萜類成分的抗菌、驅避和引誘活性以及機理研究，篩選得到高抗菌和高驅避活性化合物；開展了松香樹脂及其改性樹脂、萜烯樹脂及其改性樹脂的制備研究，建立了相應生產工藝線。本項目實現了資源篩選、基地建設、初步加工、新型產品研發與生產線建立及其加工生產的整合，提升了萜類木本植物資源的篩選、培育和加工利用的水平，促進了相關行業和產業的發展，具有顯著的經濟、生態和社會效益。

本技術可以提供一種利用工業廢棄物硼泥和廢玻璃為原料制備的鈦合金高溫防護涂料。該涂料可直接刷涂在鈦合金工件表面上，并在熱加工過程中形成高溫防護層，達到減少鈦合金的氧化燒損，提高出材率及鈦合金表面質量的目的；同時涂層具有在熱處理完成后的冷卻過程中從鈦合金表面自剝落的能力。 本技術綠色環保，成本低廉；工藝簡單，適用范圍廣；涂層保護效果好，易于清除。 本涂料技術可廣泛應用于鈦合金材料工件在后期熱加工中的抗氧化保護，尤其在汽車工業和航空航天工業中對鈦合金工件大量需要的工業部門可廣泛推廣。

技術優勢: 1）輸出功率：>200瓦連續波輸出； 2）輸出波長：在1900 nm -2050 nm范圍內，波長任選； 3）中心波長定位誤差：±0.5 nm； 4）波長線寬：小于0.05nm； 5）波長精細調諧范圍：±0.5 nm；（高精度） 技術能力： 1）能夠提供1-200瓦全光纖2μm光纖激光器的可靠技術解決方案； 2）能夠提供50-200瓦2μm光纖激光器的技術解決方案； 3）能夠提供1-200瓦窄線寬、可調諧連續波2μm光纖激光器的技術解決方案； 4）能夠提供1-20瓦2μm波長的納米/皮秒高能脈沖激光器的可靠解決方案。 主要應用領域： 1）工業加工領域 由于許多透明有機材料在2 μm 附近有較強的吸收，直接利用激光對其進行切割、熔接和雕刻處理可以避免使用有毒添加劑，這在醫療器械制造領域具有獨特的優勢，也簡化了加工工藝。    2）醫療應用領域 由于人體組織中的水對2 μm激光有很強的吸收，激光的滲透深度小，手術創口區的破壞小；另外，2 μm波長激光器的特殊凝結作用，可以減少手術時的流血。大量實驗研究表明，2 μm高功率摻銩光纖激光器是軟/硬組織外科手術的優良候選光源，可以廣泛應用于高精確的組織切除手術、眼科手術和牙科手術。    3）軍事應用領域 2 μm波長位于損耗較低的“大氣窗口”，在大氣中的傳輸能力遠高于短波長激光；同時也位于人眼安全波長范圍，使其在對人眼安全要求較高的自由空間光通信領域極具應用潛力，也是激光雷達等精密空間探測裝置的理想光源，更符合軍方的需求；此外，2 μm激光通過光學非線性轉換可以產生3~5 μm的中遠紅外激光，而后者是光電對抗中最重要的大氣窗口，在軍事戰略上具有重要意義。

本發明提供一種基于超精密球頭銑刀加工的工件三維表面形貌建模及仿真方法，首先提取影響仿真三維表面形貌生成的刀位點，根據提取刀位點并結合刀具在加工過程中的運動學模型建立刀刃掃掠點云模型，然后設定仿真區域范圍內三維表面形貌采樣點，最終形成仿真區域內工件三維表面形貌。本發明建立了刀具參數、加工策略、加工參數與工件三維表面形貌的關系，能夠清晰地表征超精密加工條件下的三維表面形貌，進而可實現基于工件三維表面形貌的工藝參數優化。

我國是世界上最大的植物油料加工和消費國，總量近 1.5 億噸，在國家食品安全體系中舉足輕重。植物油料加工長期以來以壓榨法和浸出法制油、堿溶酸沉制蛋白、化學精煉油脂為技術主線，普遍存在：1）加工條件劇烈、能耗高、溶劑殘留、環境污染；2）蛋白功能性差、組分高值化利用率低；3）生物精煉連續性差、附加值低等共性關鍵問題。本項目在國家自然科學基金重點項目、國家“863 計劃”、國家科技支撐計劃等重大項目支持下，歷經 13 年持續攻關，以現代生物技術為手段，突破植物油料生物解離關鍵技術為核心、組合發明生物解離產物及油脂的高值化利用成套技術，形成了植物油料全產業鏈新一代加工技術體系。 項目已獲授權發明專利 45 件，申請國際專利（PCT）3 件，出版著作 10 部，發表相關論文 205 篇（SCI/EI106 篇），主持制定或參與國家、行業標準 10 項。項目已獲中國輕工業聯合會技術發明一等獎、中國發明協會發明創業成果一等獎、黑龍江省技術發明一等獎、中國食品科學技術學會技術發明一等獎等省部級以上科技獎勵 14 項。 項目技術主要用于生產有機大豆油脂、大豆蛋白肽以及大豆膳食纖維等產品，項目目前已通過中試實驗。項目計劃投資預計 2 億元，建設規模為加工原料豆 20000 噸/年，項目達產后預計年銷售額為 3.6 億元人民幣。通過該項目的實施，將打破了國外在高端油脂和蛋白產品生產上的技術壟斷，增強了企業的核心競爭力。

研究領域(1)CAD/CAM及RPM相關技術：包括功能性梯度材料/生物醫學材料計算機輔助設計以及快速原型和制造（RPM）相關技術及應用；(2)面向功能構件數字化制造的設計，網絡制造技術，功能構件的拓撲優化設計理論與方法；(3)功能構件的多尺度建模、仿真分析與優化；(4)高速精密加工工藝及裝備的動態精度設計：包括高速精密加工工藝系統動力學建模與仿真等。科研成果及簡介科研成果：(1)國家自然科學基金項目（59505005），“數控加工自適應刀具軌跡規劃及動力學行為的研究”．1996年1月～1998年12月。完成人：張大衛、黃田、倪雁冰、周立華、馮志勇、徐安平、閻兵。1998年12月結題，國際先進。(2)河北省科技攻關計劃項目，“基于網絡的新產品快速開發系統”． 完成人：檀潤華、徐安平、段國林、梁艷紅、張瑞紅、劉力松、孫立新、苑彩云、曲云霞。2001年6月鑒定，國際先進。2002年獲河北省科技進步三等獎。(3)河北省自然科學基金項目，基于汽車減振器新型數學模型的汽車乘座動力學系統參數設計．完成人：檀潤華、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(4)河北省博士基金項目，汽車非線性乘座動力學專用仿真軟件開發．完成人：檀潤華、陳鷹、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(5)天津市自然科學基金項目，汽車非線性乘座動力學關鍵技術研究．完成人：檀潤華、陳鷹、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(6)河北省自然基金項目（500050，5萬），三維布局問題建模及其求解方法的研究．完成人：段國林、張健楠、蔡瑾、王彩紅、何樹田、徐安平、張滿囤。2003年3月通過河北省科技廳鑒定，國際先進。(7)河北省教育廳計劃項目（2000209，2萬），二維不規則形狀自動布局系統的研究開發．完成人：段國林、王彩紅、徐安平、張健楠、張滿囤、孟憲春。2003年3月通過河北省教育廳鑒定，國際先進）(8)國家教育部高等學校骨干教師資助項目，快速原型件網上訂貨系統研究．完成人：檀潤華、梁艷紅、段國林、苑彩云、張瑞紅、徐安平、孫立新、劉力松、王永山。2000年1月——2001年12月。已結題。(9)天津市科委計劃項目，“基于MDT環境的內嵌式RP數據處理軟件的研制”．課題組成員：徐安平、檀潤華、劉玉山、曲云霞、劉力松、陳青果、金艷麗。2001.1 ~ 2003.12.（1.5萬），2003年6月18日天津市科委組織專家組對項目進行了總體驗收。(10)天津市科委計劃項目，“RP技術在新產品開發過程中的應用”．課題組成員：段國林、徐安平、劉力松。2001.1 ~ 2003.12.（5萬），2003年6月18日天津市科委組織專家組對項目進行了總體驗收。(11)河北省自然科學基金項目（500046），“數控環境下動態銑削過程物理仿真系統的研究與開發”．課題組成員：徐安平、曲云霞、閻兵、段國林、孫明達、李為民、劉玉山、金艷麗、陳青果。2000.3 ~ 2003.3. （3.5萬），2003年7月20日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進水平。(12)河北省教育廳博士基金項目，“數控環境下動態銑削過程仿真系統的研究與開發”．課題組成員：徐安平、曲云霞、閻兵、段國林、孫明達、李為民、劉玉山、金艷麗、陳青果。2000.1 ~ 2003.3.（3.5萬），2003年7月20日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進水平。(13)國家自然科學基金項目（50175025），“進化過程驅動的產品概念設計模型研究”．課題組成員：檀潤華、段國林、徐安平、馬建紅、張瑞紅、苑彩云、王永山、姜屏。2001~2003,（7萬），2003年3月結題。(14)天津市自然科學基金項目（023603411），“組合夾具CAD中關鍵技術的研究”．課題組成員：段國林、丁銀周、蔡瑾、徐安平、張滿囤、李向東、李戰委。2002.6 ~ 2004.6（6萬），2005年7月3日天津市科委組織專家對項目進行了驗收，國際先進。(15)河北省自然科學基金項目（502047），“組合夾具計算機輔助構形設計中基于案例的推理方法的研究”．課題組成員：段國林、丁銀周、蔡瑾、徐安平、張滿囤、李向東、李戰委。2002.1 ~ 2005.1.（6萬），2005年7月16日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進。(16)天津市自然科學基金項目（023605411），“MDT環境下RP數據處理及設備驅動程序的研究與開發”．課題組成員：徐安平、曲云霞、劉玉山、陳青果、侯紅葉。2002.6 ~ 2005.6（6萬），2005年8月6日天津市科委組織專家對項目進行了驗收，國際先進。(17)河北省優秀專家留學基金項目，“選擇性金屬粉末直接燒結快速成形工藝關鍵技術及設備研究”．項目負責人：徐安平。2002.1 ~ 2004.12（8萬），已完成。(18)河北工業大學“十五211”工程項目，“功能梯度實體快速制作機”．項目負責人：徐安平。2005.1 ~ 2005.12（20萬），已通過驗收。(19)河北省教育廳計劃項目, “基于RP的新產品快速開發系統”．課題組成員：段國林、徐安平、李翠玉、劉玉山、陳青果、侯紅葉。2001~2003（20萬），已完成。(20)國家863計劃項目（2002AA415300），“自主版權三維CAD和ERP軟件在離散型中小企業的應用研究”．課題組成員：檀潤華、李向東，徐安平等。（50萬），2005年11月通過科技部驗收。(21)美國國家科學基金（NSF）項目（DMI-0218169），“Dental Restorations via Multi-Material Solid Freeform Fabrication”．課題組成員：Leon L. Shaw, Anping Xu, Jiwen Wang, Xiaoxue Li et al.(22)美國國家科學基金（NSF）項目（CBET-0930365），“Functionally Graded Orthopedic Implants via the Slurry Mixing and Dispensing Process．課題組成員：Leon L. Shaw, Anping Xu, et al.(23)天津市自然科學基金資助項目（043603111），“多坐標高速銑削集成仿真系統研究”．完成人：閻兵，徐安平等。（6萬），2007年11月通過天津市科委驗收。(24)河北省自然科學基金資助項目（E2004000052），“CAD模型直接驅動的桌面立體打印設備驅動原理及實現方法研究”．完成人：徐安平，牛亞松，付建華，曲云霞等。（7萬），2008年1月31日通過河北省科技廳組織的專家鑒定，國際先進水平。(25)河北省自然科學基金資助項目（E2006000039），“場信息驅動的復雜功能梯度實體建模理論及數字化制造關鍵技術研究”．完成人：徐安平，朱東彬，曲云霞等。（5萬），2010年5月結題。獲獎與專利 專利：(1)徐安平，朱東彬，曲云霞，郭艷華．一種非均質功能構件的制造方法與裝置[P]．國家發明專利，專利號：ZL 2008 1 0053855.5，授權公告號：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申請日：2008年7月16日）(2)徐安平，朱東彬，曲云霞，郭艷華．打印頭與激光頭構成的組合頭[P]．國家實用新型專利，專利號：ZL 200820075355.7，授權公告號：CN 201211731Y，2009年3月25日（申請日：2008年7月16日）．(3)徐安平，汪建明，朱東彬，曲云霞．一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備．國家發明專利，申請號：201010210618.2，申請日：2010年6月28日．(4)徐安平，朱東彬，郭彬，曲云霞．一種三維條形碼標簽及其制作方法．國家發明專利，申請號：201010250088.4，申請日：2010年8月11日．(5)徐安平，蔡曉剛，朱東彬，劉志華．一種非均質實體的制造方法及設備．國家發明專利，申請號：201110269706.4，申請日：2011年9月13日．(6)徐安平，蔡曉剛，朱東彬，劉志華．一種非均質實體的制造設備．國家實用新型專利，申請號：201120341665.0，申請日：2011年9月13日．軟件著作權：(1)現代集成快速原型系統(CIRPS V1.0)（軟件著作權登記，登記號：2005SR07148）．著作權人：徐安平、劉玉山、陳青果、侯紅葉、高艷平、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2005年7月。(2)現代集成快速原型系統(CIRPS V2.0)（軟件著作權登記，登記號：2007SR06739）．著作權人：徐安平、牛亞松、劉玉山、陳青果、侯紅葉、宋麗、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2007年5月。(3)非均質實體造型系統（HO-CAD V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR04932）．著作權人：徐安平、紀振鵬、曲云霞、趙競雄、劉志華．中華人民共和國國家版權局，2008年3月。(4)銑削過程物理仿真系統（MPSS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR07563）．著作權人：徐安平、曲云霞、孫明達．中華人民共和國國家版權局，2008年4月。(5)STL模型缺陷檢測與修復系統（STL Master V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR041794）．著作權人：徐安平、張蕊、曲云霞、朱東彬．中華人民共和國國家版權局，2010年8月16日。(6)銑削過程物理仿真系統（MPSS V2.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR061831）．著作權人：徐安平、張大衛、張學中、靳紅偉、韓喜峰、常寧、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2010年11月18日。(7)基于Web的博碩士學位論文管理系統（DMMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR036294）．著作權人：張滿囤、徐安平、韓冬冬、張金鐲、王智琦、王麗、邊彬彬．中華人民共和國國家版權局，2011年6月10日。(8)基于Web的圖書館學科聯絡館員信息服務管理系統（IDISMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR042556）．著作權人：徐安平、王智琦．中華人民共和國國家版權局，2011年7月2日。可轉讓項目(1)一種非均質功能構件的制造方法與裝置[P]．國家發明專利，專利號：ZL 2008 1 0053855.5，授權公告號：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申請日：2008年7月16日）(2)打印頭與激光頭構成的組合頭[P]．國家實用新型專利，專利號：ZL 200820075355.7，授權公告號：CN 201211731Y，2009年3月25日（申請日：2008年7月16日）．(3)一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備．國家發明專利，申請號：201010210618.2，申請日：2010年6月28日．(4)一種三維條形碼標簽及其制作方法．國家發明專利，申請號：201010250088.4，申請日：2010年8月11日．(5)一種非均質實體的制造方法及設備．國家發明專利，申請號：201110269706.4，申請日：2011年9月13日．(6)一種非均質實體的制造設備．國家實用新型專利，申請號：201120341665.0，申請日：2011年9月13日．(7)現代集成快速原型系統(CIRPS V1.0)（軟件著作權登記，登記號：2005SR07148）．中華人民共和國國家版權局，2005年7月。(8)現代集成快速原型系統(CIRPS V2.0)（軟件著作權登記，登記號：2007SR06739）．中華人民共和國國家版權局，2007年5月。(9)非均質實體造型系統（HO-CAD V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR04932）．中華人民共和國國家版權局，2008年3月。(10)銑削過程物理仿真系統（MPSS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR07563）．中華人民共和國國家版權局，2008年4月。(11)STL模型缺陷檢測與修復系統（STL Master V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR041794）．中華人民共和國國家版權局，2010年8月16日。(12)銑削過程物理仿真系統（MPSS V2.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR061831）．中華人民共和國國家版權局，2010年11月18日。(13)基于Web的博碩士學位論文管理系統（DMMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR036294）．中華人民共和國國家版權局，2011年6月10日。(14)基于Web的圖書館學科聯絡館員信息服務管理系統（IDISMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR042556）．中華人民共和國國家版權局，2011年7月2日。可承擔（合作開發）科研項目與技術合作(1)CAD/CAM軟件開發，RPM相關技術開發：包括功能性梯度材料/生物醫學材料計算機輔助設計以及快速原型和制造（RPM）相關技術及應用；(2)功能材料或構件的數字化設計與制造技術開發，網絡制造技術開發；(3)功能構件的多尺度建模、仿真分析與優化技術；(4)高速精密加工工藝及裝備的動態精度設計。

本發明公開了一種數控加工狀態自學習的刀具磨損監控系統，結構為：刀具磨損規律學習庫存儲刀具學習磨損規律；數據獲取與判斷模塊將伺服驅動電流數字信號提供給數據處理模塊，進行格式轉換并保存為監控電流信號；特征提取與選擇模塊選擇與刀具磨損強相的信號特征；擬合預測趨勢曲線模塊建立信號特征與刀具加工壽命關系曲線；刀具磨損規律模塊從刀具磨損規律學習庫中獲得刀具學習磨損規律；將趨勢信號特征帶入刀具學習磨損規律中得出刀具磨損量；刀具磨損補償及換刀模塊根據刀具磨損量作出刀具磨損補償及換刀決策，提供給數控系統接口輸入模塊。

本發明公開了一種多軸加工系統相對動剛度的獲取方法，包括如下步驟：(1)根據多軸加工系統的工作范圍建立其刀尖點可達姿態的工作空間，并將該工作空間離散化，即對每個軸的行程，均用一系列離散點表示；(2)對于任一離散點，建立其對應的多軸加工系統的動力學模型；(3)計算該離散點對應的相對動剛度矩陣 KD。本發明還公開了上述獲取方法在加工系統性能評價中的應用。本發明綜合考慮了機床本身結構、刀具和工件的動剛度特性及其相互耦合關系，能夠準確表征多軸加工系統在工作空間中的相對動剛度分布規律。