此项目荣获2008年中国石油和化学工业协会技术发明一等奖，并先后获得国家杰出青年基金、国家自然科学重点基金、863计划、国家科技支撑计划等项目支持。授权6项和公开4项发明专利已形成发明专利族。

虚拟设计与仿真、信息技术与机械工程的结合，是 21 世纪工程领域的重要发展方向 与战略制高点。机械工业发展水平的最重要标志是机型的自主开发、设计与制造能力。 实际工程应用对仿真环境提出的挑战，虚拟设计和仿真对计算机性能的要求十分苛刻。 一个典型的机械产品的装配有成千上万个零件装配，一个机械性能的仿真更需要进行几 十个工况每次若干小时的大量计算和接近实时的渲染。通过产品结构动态特性等全方位 的分析仿真，可实现面向实际产品原理、结构和性能的设计、分析、模拟和评测。运用 新技术，配合国家重大工程建设，完成了重大机械设备和施工装备的开发。如节段施工 架桥机；900t 运梁车、提梁机机电液一体化整机开发；大型开闭式屋顶建筑机械及控制 成套技术等。 技术指标 帮助提高创新产品研发的研发能力。提供大型机电液一体化机械装备全套技 术或开发 

本实用新型提出了一种基于模块化设计的潜入式管道焊缝打磨机器人。本实用新型包括动力模块和打磨模块。动力模块用于带动整个机器人在管道内移动；所述动力模块为了适应管径变化，分为上部、中部和下部。打磨模块用于在管道的焊缝位置进行打磨，打磨模块由三部分构成，包括前、后支撑结构、主轴及其打磨进给工作机构。动力模块和打磨模块使用万向节进行连接，保证机器人在前进和后退时两个模块的协调，在通过弯曲的管道时也能正常移动。本实用新型由于采用模块化设计，后续可以灵活地开发探测、喷涂等模块。

该成果用于考虑材料--结构--工艺--性能的多因素和多层次相互影响的材料和整体结构多功能化设计建模、材料、机械产品和建筑结构创新设计开发, 以及提供复杂载荷工况下增材制造材料和整体结构多功能化创新设计技术与软件系统。该成果在增材制造产品和建筑结构创新设计方面具有高效和高性能及低成本优势。 该成果在国家”863”和多项国家自然科学基金的支持下取得一系列创新性研究成果: (1) 发明了一种基于材料破损约束的连续体结构拓扑设计建模及优化设计方法; (2)发展了多载荷工况下多相材料结构的拓扑优化设计方法;(3) 研制了涉及静、动力学要求的柔性机构创新设计技术;(4) 提出了解决应力集中和奇异问题、最大应力波动问题、分析和计算量大问题和病态载荷工况问题等的关键技术; (5)打通了技术工艺, 开发了长度尺寸控制和多个制造工艺要求的约束表征及模型化技术;(6)发展了复杂载荷环境下结构静、动力学性能要求的拓扑优化的灰度单元抑制方法和考虑边界光滑化的结构优化模型化方法；(7)在国内, 率先研发了考虑智能制造约束的功能特征空间布局和支撑结构构型的复杂集成结构优化技术和与软件系统;(8)率先研发了多功能化材料的创新设计技术;(9) 研制了整体结构多功能化创新设计技术平台和工业应用技术。

电机项目针对高效能电机综合设计方法与技术进行了系统深入的研究，提出了一套具有自主知识产权的高效能电机智能化综合设计技术，解决了电机效能提升的关键技术难题，在关键技术和推广应用方面取得了实质性创新和重大突破。项目成果大幅提升了企业的市场竞争力，在意大利ZEL等单位得到了全面推广，并且在推动产业进步、促进节能减排、培养高端人才等方面实现了重大突破，取得了显著的经济效益和社会效益。

技术特点及水平：1. 采用有限元方法对人工关节、椎间盘和种植牙等骨科、齿科植入体（含人工关节）进行负载和疲劳行为模拟，实现基于全寿命设计的植入体形状与尺寸优化；2. 采用预应力制造与表面应力调控等植入体抗疲劳制造技术，延长植入体抗疲劳寿命；3.提供Ca-P体系和非Ca-P体系两种植入体表面生物活化涂层技术，提供基于表面等离子合金化技术的钛合金、不锈钢植入体表面耐磨耐蚀涂层技术；4. 模仿人骨微纳层次结构，开发新型高含量纳米羟基磷灰石增强复合材料用于颈前路融合术等用植

一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 学号 简凯纳 机电工程学院/机械工程 2018.9/2022.6 201831031312 张星 电气信息学院/电子信息工程 2018.9/2022.6 201831072307 陈浩彬 机电工程学院/机械设计及其自动化 2020.9/ 202031030285 邓青蓝 机电工程学院/机械设计及其自动化 2018.9/2022.6 201831053229 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 杨林君 工程训练中心/机械工程 实验师 机械工程 陈建勇 理学院/凝聚态物理 讲师 凝聚态物理 四、项目简介 目前，在移动机器人领域，轮式移动机器人因具有结构相对简单、驱动和控制方便、工作效率高等优点被广泛用在需要越过障碍物的工作中。但是，一般常用的移动装置为四轮驱动结构，动力相对不足，越障能力差；各种零部件之间拆装特别繁琐，不同模块之间管理混乱，更换属于一个模块的坏掉的零部件往往需要拆卸掉其它模块的零部件，电气元器件之间走线杂乱无序，电池等器件暴露在外部空气中，容易造成短路等安全问题。因此，增大驱动动力，提高越障能力，加强模块之间的管理，方便模块之间的拆装，提高电子元器件的安全性显得尤为重要。 我们项目本次设计和研究的是一种六轮结构的全地形机器人，使用模块化安装，使结构更为紧凑稳定，适用于多场景，提高轮式全地形机器人的应用度。我们采用基于探索者的PLA材料高提纯外分子重结晶化密致处理，极大增强了摩擦系数，底盘采用西南石油大学自主研发探索者二代原理高致合度准刚性攀岩越障地盘，越野能力增强，其底盘后侧主要为空体重心靠前，便于越障。

以目前航空航天、陆海空等军种的军事装备上主承载结构的轻量化为主要研发目的，通过高性能材料组合、多尺度优化以及智能化控制等来实现结构轻量化、提升军事装备作站效能的目的。同时研发的轻量化结构可以用于新能源汽车、工程机械以及空间结构上，从而实现汽车与机械的节能减排、桥梁与建筑的更大跨越能力等。 针对上述情况，做了如下研究：研究复合材料与金属组合的多级智能化结构的多尺度设计方法，解决复合材料与复合材料之间以及复合材料与金属之间高效连接技术，研发高性价比的复合材料构件，研究适合高性能材料组合的结构形式与制造工艺等。 研发了预紧力齿连接技术，解决了复合材料高效连接技术，研发出高纤维比、高性价比的混杂纤维复合材料管材，并提出多种节点连接形式，提出了复合材料-钢-铝合金组合桁架结构形式以及配套多尺度优化设计方法。

一、方案背景与建设目标 随着教育信息化的深入发展，传统音乐教学模式正面临数字化转型的契机。北京至淼教学设备有限公司致力于通过先进的数字化技术，构建集教学、管理、互动、测评于一体的智慧电钢琴教室。本方案旨在打造一间高效、智能、互动的现代化音乐教室，彻底解决传统大班课“听不清、练不到、互动难”的痛点，实现钢琴教学的标准化与个性化统一。 二、系统总体架构 本系统采用先进的网络化架构，以教师主控端为核心，通过高速局域网连接所有学生终端。系统集成了音频流、MIDI数据流及控制指令流，确保在教学过程中实现低延迟、高保真的双向传输。 核心硬件配置 教师主控台：作为教室的“大脑”，配备高性能触控屏及专业音频接口，负责全班的设备管理、音视频广播及数据收集。 智慧学生电钢琴：每台琴均配备独立的网络控制器，支持MIDI信号采集与传输，具备独立的音频输入输出接口。 网络控制终端：集成在学生电钢琴上，表面贴有专属二维码，作为师生互动的物理入口。 软件平台 智慧音乐教学管理平台：涵盖备课、授课、练习、测评、班级管理五大模块。 三、核心功能详解 本方案重点针对您提出的互动性、实时反馈及数据化教学需求，设计了以下核心功能模块： 多维互动教学系统为了打破传统课堂师生互动的物理隔阂，我们在学生电钢琴的网络控制器表面特别定制了专属二维码。 扫码互动留言：学生无需离开座位，只需使用手机或平板扫描控制器上的二维码，即可进入互动界面。学生可在此发送文字留言或提问，教师端屏幕将实时弹出提示。这一功能有效解决了学生因害羞不敢举手或怕打断演奏的问题，让沟通更顺畅。 一键举手反馈：控制器面板上物理配置了醒目的“举手功能按钮”。当学生在练习中遇到指法错误或乐理疑惑时，按下按钮，教师端对应座位的图标即刻亮起红灯报警。教师可第一时间定位问题学生，进行针对性辅导。 实时乐理测评与统计针对乐理知识教学枯燥、难以即时掌握学生理解情况的痛点，系统内置了智能测评模块。 单选答题功能：学生终端控制器上配置了至少三个物理单选按钮（如A、B、C）。在乐理讲解环节，教师端可下发选择题（例如：“这个音符的时值是多少？”）。 数据统计分析：学生通过按键作答，教师端系统会瞬间收集所有终端的上传结果，并以柱状图或饼图的形式直观展示全班的正确率。教师可根据统计数据，即时判断是否需要重新讲解某个知识点，真正做到“以学定教”。 自主录制与回放复盘为了培养学生的自我纠错能力和舞台表现力，系统支持全流程的录音功能。 一键录制：学生端软件界面设有显著的“录制按钮”。学生按下后，系统自动开始记录弹奏过程中的音频及MIDI信息（包括力度、时值）。 回放与上传：练习结束后，学生可立即点击回放，对比原曲寻找差距。同时，录制的作品可一键上传至教师端。教师可在课后对学生的作业进行批注和评分，形成完整的电子成长档案。 全双工双向传输技术本系统采用了行业领先的低延迟传输协议，确保教学过程的流畅性。 音视频与MIDI同步：系统支持教师与学生之间的语音对讲和MIDI数据同时双向传输。无论是教师示范演奏，还是学生回课，声音与画面均保持毫秒级同步，无卡顿、无延迟。 高保真音质：传输过程采用无损压缩技术，确保钢琴音色的动态范围和细腻度得到完美还原，满足专业音乐教学对听感的高要求。 集中化智能管控教师通过主控台可实现对全教室设备的“上帝视角”管理。 统一开关机：一键控制所有学生电钢琴的电源，节能环保，延长设备寿命。 静音与监听：教师可单独或分组控制学生琴的音量（如全班静音，仅监听某一位学生的练习），互不干扰。 屏幕广播：教师可将自己的教学课件、乐谱或演奏画面实时投射到所有学生端的显示屏上，实现标准化示范。 四、教学应用场景 场景一：乐理与视奏课教师利用多媒体课件讲解五线谱知识，随后通过系统下发选择题。学生使用控制器上的单选按钮作答，系统即时生成正确率报表。针对错误率高的题目，教师进行二次讲解。 场景二：技能实训课教师进行曲目示范，学生佩戴耳机专注聆听。随后学生开始练习，遇到难点时按下“举手按钮”。教师端收到信号后，通过双向语音系统直接与该学生对话指导，或走到学生身边进行手把手教学，而其他学生不受干扰继续练习。 场景三：回课与考核学生利用“自主录制功能”完成课后作业，上传至云端。教师端自动汇总作业列表，点击即可播放学生的演奏录音，并进行在线打分和语音评语。系统自动生成班级成绩分析报告，帮助教师掌握整体教学进度。

Φ100mm×150mm，放在热水中的转轮自动旋转。