成果简介： 回转体构型运动副在重大装备及精密装备中应用广泛，各类主机的工作精度、 性能、寿命、可靠性等指标均与回转体运动副的性能密切相关，然而其空间结构 的复杂性及高的功能特性要求对其制造工艺提出了巨大挑战。复杂构型回转体运 动副表面要求耐磨、减阻并具有较高的疲劳强度，需要较高的表面面型精度。目 前回转体构型零件淬硬表面一般采用固结磨料面接触制造工艺实现，然而固结磨 41天津大学科技成果选编 42 料制造技术易于造成磨削烧伤及表面裂纹，影响零件的性能及使用寿命。此外， 某些精密元器件或者特殊环境下工作的元器件在使用过程中表面会附着污染物、 粉尘等物质而导致腐蚀或者性能下降，常规的机械作用强度较大，易于导致表面 损伤，耦合化学、机械以及超声振动的表面精密修整工艺能够柔顺覆盖材料全表 面，确保精准去除表面缺陷、污染物的同时避免附加损伤；此外某些工件空间尺 寸较小且内外表面工艺结构复杂，蕴含大量的边、角、棱结构，易于导致制造工 艺末端缺陷（毛刺）并对运动副配合表面造成损伤，严重影响使用性能，确保已 加工表面的面形精度同时高效去除表面末端缺陷已成为迫切需要解决的生产实 际问题。常规刚性工具难以实现表面的精准吻合而无法实现全表面精密修整，而 基于自由磨料的液态柔性磨具可以实现容器空间的全部填充，实现工具-工件的 全表面精准吻合并避免表面附加损伤，是复杂构型零件表面精密修整与清洗的理 想工艺。基于上述分析，课题组开发了复杂构型表面精密修整清洗多功能一体机。 表面精密修形是在柔性工具对零件表面廓形进行拟合运动的基础上通过表层材 料的塑性流动、小尺度材料剥离实现表面几何特征属性的全面提升，柔性工具与 零件表面之间的弱机械作用可以在提高零件表面微观几何精度的同时有效避免 附加损伤，然而目前为止获得纳米级表面粗糙度仍然主要依靠熟练操作者的手工 研抛为主，生产效率低、劳动强度大、最终表面质量严重依赖于操作者个人的技 术水准，难以保证高精度复合曲面制造精度的稳定性。复杂构型表面精密修整清 洗多功能一体机将有助于实现表面精密修整、去污的一体化，降低生产成本，提 高生产效率，具有广阔的市场前景。 市场分析及前景： 表面精密修整清洗一体化技术在许多行业都具有较好的应用前景：一、机械 零部件在电镀前后的清洗或喷涂前的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度， 如油泵油嘴偶件、轴 承、制动器、燃油过滤器、阀门的清洗。二是印制电路板、 硅片、晶片、元器件壳、座、铁路系统用的信号控制继电器、元器件、连接件、 显像管以及电真空器件等的清洗。三是眼镜、显微镜、望远镜、瞄准具等光学系 统及取样玻璃片的清洗。四是医用器具、食品、制药、生化等试验中所用各种瓶 罐的清洗。五是喷丝头、精密 模具、精密橡胶件、珠宝工艺品等的清洗。天津大学科技成果选编 我国现有各类超声设备制造企业上百家，分布主要集中在东南沿海地区。据 统计资料，沿海地区的厂家占全国总数的 85%，可见经济发达地区对超声波表面 修整技术的应用广泛，普及程度高，这也证明超声波清表面修整技术推广普及的 前景十分广阔。 主要技术指标： [1] 精密修整后的表面粗糙度小于 1nm，边、角、棱结构处的末端缺陷消失； [2] 表面光滑亮泽，无油污及颗粒物附着。 技术水平及知识产权认定情况情况：本成果属于国际先进水平，成果归独家所有， 计划申请一项专利 应用领域：工程机械、微电子系统、光学精密仪器，医疗器械等 合作方式及条件：技术入股 

针对大型复杂曲面工件的喷砂/喷涂工艺算法研发和软件开发，采用去示教+在线编程方式，通过前端智能传感装置（主要是低成本激光或立体视觉系统）获取工件数模，然后后端采用自动编程方式优化生成最优的喷涂工作路径，以适合目前喷砂/喷涂工艺所面对的小批量、多品种、非标准产品的生产需要，提高机器人喷涂/喷砂系统的自动化、智能化编程水平。具体技术指标： (1) 研发实现了一种基于激光或立体视觉扫描的喷涂/喷砂工件快速建模方法，实现了对复杂喷涂/喷砂工件表面的在线感知和高精度建模（表面建模精度0.1mm以内），以引导自动编程； (2) 针对大面积、大曲率、多孔洞等复杂工件曲面，研究实现了一种表面分割分层处理的自动化喷涂/喷砂轨迹生成方法，无需进行人工示教，可根据喷枪模型和曲面数模自动生成表面优化作业轨迹，且涂层加工精度在正负10%以内，表面覆盖率在90%以上； (3) 研发了一套面向复杂喷涂/喷砂作业的多机器人在线智能编程系统软件，并进行了初步应用验证，且可对覆盖率、作业时间等喷涂性能进行实时评估，从而为产业化提供了工程基础。

本项目针对车身覆盖件的特点，结合典型成功案例，建立了基于结构和功能的分类制件冲压工艺知识库；开发了面向复杂外覆盖件的专用模板化模具设计系统、BOM自动生成系统、标准件综合管理与调度系统，提高效率30%；开发了基于真实压力机状态下模具结构的受力变形补偿系统，修正了凸凹模之间不等厚度间隙数值，显著减少了钳工研合工时，提高了首次件的合格率。解决了高档轿车外覆盖件用高精度复杂模具在工艺、设计、制造、装配、精度保证等方面的众多难题，建成了高档轿车外覆盖件用高精度复杂模具产业化基地，提升了作为天津市支柱性产业之一的汽车行业的整体水平，改变了目前国内高档轿车关键模具依赖进口的局面。项目在天津汽车模具有限公司应用后，已生产35个项目的侧围零件，产值1.3个亿。项目达产后，侧围、翼子板类高精密复杂外覆盖件模具年产量达到110套。技术成果应用到天汽模其它类型模具生产，年产量达到3000-4000套，产值10个亿，利税2.8亿,出口创汇6000万美元。经天津市高新技术成果转化中心组织专家鉴定，结论为国际领先水平。

本项目核心技术获中国轻工业联合会科学技术进步奖二等奖。 1、项目简介 本项目所指复杂装备主要为复杂动力机械装备及其关键零部件，如汽轮机、369 压缩机等。 本项目针对复杂装备制造企业技术准备时间长、效率低、制造过程模式自动 化程度低、协调能力差、信息共享度和集成度不高、信息孤岛现象等实际情况， 研发了集数字化设计、制造和智能化监控管理为一体的设计制造管理系统。项目 重点突破了复杂装备智能化制造过程和工艺参数优化、工艺工装设计自动化、数 控机床生产的数字监控管理智能化、基于短距离无线通讯(Zigbee)技术的生产信 息双向传输、自适应在线排产优化等关键技术，为研发设计制造集成管理系统提 供了技术支撑。 2、创新要点 （1）将开放式装配建模技术应用于产品的研发中，创立了模型的 UML 表达 方式、装配体特征、装配配合公差分析和系统的装配层次分析等，完成了产品的 结构设计、零件与装配的联动设计、装配仿真分析，并建立了产品及其关键部件 的数字样机。开放式装配建模方法更有效地指导产品由整体构思到样机设计的整 个过程。 （2）提出了面向数字化预装配的分层干涉检测算法，该方法把干涉检测过 程分为粗检测、半精检测、精确检测三层，通过逐层检测，大大加快了干涉检测 的速度，提高了检测的精确度，有助于预装配中优化装配序列的快速生成。 （3）基于虚拟产品开发管理技术 VPDM，研究并解决了机械装备虚拟数字样 机开发中的数据交叉、耦合和冗余问题； （4）基于工程知识和多视觉特征模型，提出了一种装配优化序列规划方法。 利用直接装配关系图表达产品几何信息、设计信息、制造信息和装配信息等，通 过产品特性和操作环境的评价因素，构建装配先后关系，从可行装配序列中选择 最优装配序列，更好地帮助设计师完成装配设计并做出正确决定。缩短了产品研 发时间，保证产品准时投放市场。 3、效益分析 目成果广泛应用于多家装备制造企业，其中 4 家企业利用该技术提高生产效 率 20%~30%，按时交货率从 63％左右提高到 90％以上。近三年企业总计新增利 润 6.1663 亿元，新增税收 3.3804 亿元，新增销售 28.058 亿元。减少了 80%以 上的生产管理人员 4、推广情况（已推广企业） 本项目成果已在无锡透平叶片有限公司、无锡压缩机股份有限公司、江苏南370 方机电股份有限公司、无锡市安迈工程机械有限公司等生产企业得到成功应用。 授权专利： 1.数控机床刀具的在线管理方法 201010129780.1 2.车间加工设备群加工运行优化的方法 200910031198.9 3.数控机床监控方法 201110430626.2

项目简介 针对制约我国机械装备行业发展与提升的复杂关键零部件再设计与快速加381 工等技术瓶颈，以影响整机性能的机械装备凸轮、汽轮机叶片、螺杆压缩机转子、 增压器叶轮等为研究对象，着力构建未知自由曲面复杂零件再设计技术与数据点 云直接加工技术的集成创新，使再设计效率和直接加工精度得到极大提高，技术 水平和产业化成果达到国内同类研究和应用的领先水平。 技术指标 (1)未知自由曲面复杂零件的高精高效数字化技术。研究了基于蚁群算法和 遗传算法的多特征测量路径规划技术、曲率连续自适应测量技术、BP 人工神经 网络重定位技术、Delaunay 半径补偿技术等，开发了“复杂未知自由曲面三维智 能测量系统”，为高精高效数字化奠定了基础。 (2)基于多分辨分析的曲线曲面控制顶点光顺技术。针对传统光顺算法计算 效率极低，细节难于保留等问题，研究了二进小波多分辨快速光顺技术和有理数 尺度小波的任意分辨率光顺技术，首创了“曲线曲面多分辨分析光顺系统”，兼 顾了光顺的整体性和局部性。 (3)复杂零件的三维再设计质量控制技术。针对多分辨光顺尺度无法确定， 光顺效果评判手段有限等难题，研究了基于线性假设和逆问题的多分辨光顺精度 控制技术、基于极限反射法的曲面品质分析技术，开发了“极限反射法曲面品质 分析系统”，实现了光顺尺度的快速反算，消除了视点和光源对评判结果的影响。 (4)双映射法数据点云直接加工技术。针对 CAD 建模及传统数控加工所引起 的累计误差，研究了双映射散乱点云结构拓扑技术、数据点云全干涉检查技术、 无干涉刀具加工路径规划技术，开发了“数据点云直接刀具规划与加工系统”， 实现了数据点云的直接加工，填补了国内在该领域的空白。 效益分析 项目研究成果使系统的测量精度提高了 1 个数量级，测量效率提高了 3 倍以 上，再设计周期缩短了 30%，在机床允许条件下，未知原型零件的直接加工精度 可达μm 级。项目成果在无锡透平叶片有限公司、无锡压缩机股份有限公司和无 锡沃凯精密机械制造有限公司等得到成功应用，研究成果获发明专利 7 项，软件 著作权 7 项，发表论文 64 篇，SCI 收录 9 篇。 应用情况 本成果有助于提升企业研发实力与效率，降低研发成本，提升企业技术水平 和核心竞争力。首创的数据点云直接加工技术，缩短了企业的工艺流程，提升了 产品的加工效率与制造精度，降低了废品率，对企业的节能减排和绿色制造同样382 有显著作用。项目在机械装备行业有极好的推广应用价值和社会效益。

本发明主要包括：(1)通过对接收信号进行ZF或者MMSE检测，再对各天线上的多用户的数据进行MPA检测，得到初始解；(2)对MIMO‑SCMA系统的数学模型进行线性等效变换，转换为MIMO系统的数学模型；(3)若初始解的ML代价值小于门限值，即直接输出初始解；(4)若初始解不满足门限值，则对初始解进行邻域搜索，将前m个最优邻域解作为m个初始解。对当前m个解同时进行邻域搜索，对每个当前解各保留n个最优邻域解，然后在m×n个邻域解中保留前m个不同的最优解作为下次迭代的当前解，循环迭代搜索至满足终止条件。

系统研究了换热器衬环、高压组合电器壳体等管件高性能柔性制造工艺原理及工装夹具装置；发展了装夹板式换热器压板后成形无缝金属衬环的工艺方法，以及同时成形装夹板式换热器压板后同时塑性成形两端法兰的柔性整体成形制造方法；构建了高压组合电器壳体支管及法兰一体化塑性成形工艺方法，以及工艺路径及工具头结构的优化确定方法。 

本项目研制了 20 余种高性能铝合金材料和大规格优质挤压用铸锭的制备技 术；研发了大型精密挤压模具优化设计方法与制造技术，试模次数≤5 次，模具 寿命≥35t/套；研发了挤压工艺控制与优化技术，以及型材后处理专用设备和技 术，使大规格复杂截面铝型材成品率提高到 62%以上。本技术获国家科技支撑 计划项目资助，获山东省科技进步一等奖。 利用本技术，已累计研制生产了生产高性能铝型材 68570 吨。为 300 余列 高速列车、280 列地铁轻轨列车研制提供了车体型材；在半挂载重汽车、船舶 中获得广泛应用，为西门子、阿尔斯通、庞巴迪、韩国 DU 等研制了系列高性 能大规格复杂铝型材。

本项目核心技术获中国轻工业联合会科学技术进步奖二等奖。 1、项目简介 本项目所指复杂装备主要为复杂动力机械装备及其关键零部件，如汽轮机、压缩机等。 本项目针对复杂装备制造企业技术准备时间长、效率低、制造过程模式自动 化程度低、协调能力差、信息共享度和集成度不高、信息孤岛现象等实际情况， 研发了集数字化设计、制造和智能化监控管理为一体的设计制造管理系统。项目 重点突破了复杂装备智能化制造过程和工艺参数优化、工艺工装设计自动化、数 控机床生产的数字监控管理智能化、基于短距离无线通讯(Zigbee)技术的生产信 息双向传输、自适应在线排产优化等关键技术，为研发设计制造集成管理系统提 供了技术支撑。 2、创新要点 （1）将开放式装配建模技术应用于产品的研发中，创立了模型的 UML 表达 方式、装配体特征、装配配合公差分析和系统的装配层次分析等，完成了产品的 结构设计、零件与装配的联动设计、装配仿真分析，并建立了产品及其关键部件 的数字样机。开放式装配建模方法更有效地指导产品由整体构思到样机设计的整 个过程。 （2）提出了面向数字化预装配的分层干涉检测算法，该方法把干涉检测过 程分为粗检测、半精检测、精确检测三层，通过逐层检测，大大加快了干涉检测 的速度，提高了检测的精确度，有助于预装配中优化装配序列的快速生成。 （3）基于虚拟产品开发管理技术 VPDM，研究并解决了机械装备虚拟数字样 机开发中的数据交叉、耦合和冗余问题； （4）基于工程知识和多视觉特征模型，提出了一种装配优化序列规划方法。 利用直接装配关系图表达产品几何信息、设计信息、制造信息和装配信息等，通 过产品特性和操作环境的评价因素，构建装配先后关系，从可行装配序列中选择 最优装配序列，更好地帮助设计师完成装配设计并做出正确决定。缩短了产品研 发时间，保证产品准时投放市场。 3、效益分析 目成果广泛应用于多家装备制造企业，其中 4 家企业利用该技术提高生产效 率 20%~30%，按时交货率从 63％左右提高到 90％以上。近三年企业总计新增利 润 6.1663 亿元，新增税收 3.3804 亿元，新增销售 28.058 亿元。减少了 80%以 上的生产管理人员 4、推广情况（已推广企业） 本项目成果已在无锡透平叶片有限公司、无锡压缩机股份有限公司、江苏南370 方机电股份有限公司、无锡市安迈工程机械有限公司等生产企业得到成功应用。 授权专利： 1.数控机床刀具的在线管理方法 201010129780.1 2.车间加工设备群加工运行优化的方法 200910031198.9 3.数控机床监控方法 201110430626.2 

项目简介 针对制约我国机械装备行业发展与提升的复杂关键零部件再设计与快速加381 工等技术瓶颈，以影响整机性能的机械装备凸轮、汽轮机叶片、螺杆压缩机转子、 增压器叶轮等为研究对象，着力构建未知自由曲面复杂零件再设计技术与数据点 云直接加工技术的集成创新，使再设计效率和直接加工精度得到极大提高，技术 水平和产业化成果达到国内同类研究和应用的领先水平。 技术指标 (1)未知自由曲面复杂零件的高精高效数字化技术。研究了基于蚁群算法和 遗传算法的多特征测量路径规划技术、曲率连续自适应测量技术、BP 人工神经 网络重定位技术、Delaunay 半径补偿技术等，开发了“复杂未知自由曲面三维智 能测量系统”，为高精高效数字化奠定了基础。 (2)基于多分辨分析的曲线曲面控制顶点光顺技术。针对传统光顺算法计算 效率极低，细节难于保留等问题，研究了二进小波多分辨快速光顺技术和有理数 尺度小波的任意分辨率光顺技术，首创了“曲线曲面多分辨分析光顺系统”，兼 顾了光顺的整体性和局部性。 (3)复杂零件的三维再设计质量控制技术。针对多分辨光顺尺度无法确定， 光顺效果评判手段有限等难题，研究了基于线性假设和逆问题的多分辨光顺精度 控制技术、基于极限反射法的曲面品质分析技术，开发了“极限反射法曲面品质 分析系统”，实现了光顺尺度的快速反算，消除了视点和光源对评判结果的影响。 (4)双映射法数据点云直接加工技术。针对 CAD 建模及传统数控加工所引起 的累计误差，研究了双映射散乱点云结构拓扑技术、数据点云全干涉检查技术、 无干涉刀具加工路径规划技术，开发了“数据点云直接刀具规划与加工系统”， 实现了数据点云的直接加工，填补了国内在该领域的空白。 效益分析 项目研究成果使系统的测量精度提高了 1 个数量级，测量效率提高了 3 倍以 上，再设计周期缩短了 30%，在机床允许条件下，未知原型零件的直接加工精度 可达μm 级。项目成果在无锡透平叶片有限公司、无锡压缩机股份有限公司和无 锡沃凯精密机械制造有限公司等得到成功应用，研究成果获发明专利 7 项，软件 著作权 7 项，发表论文 64 篇，SCI 收录 9 篇。 应用情况 本成果有助于提升企业研发实力与效率，降低研发成本，提升企业技术水平 和核心竞争力。首创的数据点云直接加工技术，缩短了企业的工艺流程，提升了 产品的加工效率与制造精度，降低了废品率，对企业的节能减排和绿色制造同样 有显著作用。项目在机械装备行业有极好的推广应用价值和社会效益。