本发明公开了一种注塑机开模路径优化方法，包括以下步骤： 根据模具参数及开模工艺参数进行开模路径规划；根据规划的开模路 径进行开模动作，获得开模结果数据；计算开模误差，判断开模误差 是否在设定误差范围内，如是，则优化结束，如否，则通过迭代学习 方法对开模路径进行重新规划；通过多次开模及路径优化，直至开模 误差小于设定误差允许范围，优化过程结束，并保存开模控制参数。 通过本发明，在注塑机更换新的模具后，能够在不需要人工调

零件与模具的无模直接制造方法，属于零件快速制造方法，步骤为：(1)设计零件的三维 CAD 模型；(2)对三维 CAD 模型进行切片处理；(3)根据分层数据进行路径规划，生成每层成形的数控代码；(4)采用数控等离子熔积喷枪，将合金、金属间化合物、金属陶瓷或陶瓷的丝材或粉末，在基板上按照每层数控代码熔积成形；(5)熔积成形过程中，将等离子弧与激光复合；(6)按照上述步骤逐层熔积成形，直至达到零件尺寸形状的要求。本发明保持等离子成形成本低、效率高，成形体易于达到满密度的优点，仅附加小功率激光，成本低于激光

新型电力系统仿真分析、测试验证。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着“双碳目标”国家能源战略的确定和新型电力系统概念的提出，我国能源转型力度持续加大，逐步形成了大量新能源接入电力系统的局面。由于风能、太阳能等新能源与常规能源禀性差别很大，其并网发电系统具有显著不确定性、波动性和机械惯量缺失等特点。此外，高比例电力电子装备、新一代直流输电、多能互补的综合能源、各类大规模储能电站、各种通信及自动化新技术装置等因素使得新型电力系统组成要素愈加复杂，动态特性蕴含诸多未知，造成系统规划设计、装备制造、系统集成和运行控制等都面临史无前例的挑战。目前，电力科研院所、规划设计单位、装备制造厂家、教育培训机构等对新型电力系统开展仿真分析、测试验证的需求很大、很迫切。同时看到，新型电力系统的这些新型场景对仿真技术要求苛刻，门槛很高。 1）新型电力系统需要精细化动态模拟。人们对新型电力系统动态行为的认识还不够深入，无论是基础理论层面还是工程技术层面还处于广泛讨论、观点碰撞或局部示范试验阶段。然而，电力设施的新技术路线试错成本极高，不太可能对所有备选方案和技术选项都逐一示范。因此，开展大量深入的仿真研究是推进新型电力系统实施的必要手段。对于新型电力系统，需要深入开展仿真研究的领域包括：①新型电网体系结构研究；②新能源接入电网关键技术； ③ 新能源电网保护与自动化技术； ④源网荷储协同控制与优化调度；⑤新型配电网的电能质量分析与控制；⑥人工智能等新技术对新型电力系统的支撑。 2）新能源基地并网需要做稳定性评估。大规模陆上及海上风电集中接入局部电网有可能引发次/超同步振荡、宽频谐波谐振等电网安全稳定性问题，需要对这些问题进行机理及应对策略分析。所以需要对包含多类型新能源装备的局部电网做精细化动模仿真测试。然而，百千台级风光机组电磁暂态详细建模与仿真是一个卡脖子难题。 3）软、硬件在环仿真是必要的。新能源及储能电站的电力电子变流器控制及保护策略是厂家核心机密，对外不公开。由于控保策略对装置外特性及其接入系统的响应特性有重要影响，故需要分析内部核心控保策略。需要将新能源及储能控制器实物或黑盒模型接入测试平台开展动模仿真，以对其多时间尺度动态响应特性进行精细化分析。软、硬件在环试验对仿真平台提出了更高要求。 4）超大规模储能电站的仿真难度大。①单个储能机组的设备形态发生改变，从两/三电平变流器向模块化多电平变流器（MMC）的复杂结构演变，甚至采用储能跟变流器集成，故需要对这种复杂新形态做精细化测试验证。②超大规模、超大机组的储能电站包含较多并联储能单元或者储能机组，吉瓦时级储能电站，需上百台机组并联。另外，储能变流器的控制策略正从电流源型向电压源型转变，控制策略趋于复杂化，故需要大量的储能变流器的控制装置接入测试平台，才能对实现对储能单机以及多机之间协调控制性能测试，进而实现超大规模、超大机组的储能电站的精细化仿真。 5）现代直流输电控制与保护测试提出更高要求。超/特高压直流输电系统应用于新能源基地外送的控制保护策略及其硬件在环试验对实时仿真平台硬件资源要求苛刻，既要对直流输电系统建模，又要对新能源基地建模，应用场景的复杂性对仿真平台要求更高。 1 技术分析（创新性、先进性、独占性） 1.1 国产化实时仿真技术现状 实时仿真是指仿真模型执行进度与系统时钟完全同步的一类仿真，具备这种特性的仿真装置称为实时仿真器。新型电力系统的认知、试验、生产、培训需求快速增长，形成了实时仿真领域巨大潜在市场。但目前RTDS、RT-LAB等进口设备依旧垄断市场，对于大规模新能源场站、县域规模万节点级电力系统、多端特高压直流输电等应用场景电磁暂态仿真，所需的仿真资源巨大，平台造价极高。且关键核心技术处于卡脖子状态，平台应用的灵活性和开放性受到很大限制。只有开发和推广国产化实时仿真技术才能为顺利推进新型电力系统建设过程中的研究和生产提供自主可控的工具和手段。 1.2 UREP与进口设备的对比试验  为了实现电力实时仿真器的国产化替代，彻底解决电力实时仿真领域的技术“卡脖子”问题，国产实时仿真器UREP需要与国际主流技术进行对比，力求达到甚至超过目前世界最先进的技术。对标对象为行业公认的电力系统实时仿真仪（RTDS）和行业广泛使用的RTLAB，以上两款设备均为加拿大生产。对比试验方案如图1-1所示。制定标准（典型）测试算例，分别在UREP、RTDS和RTLAB环境下搭建测试算例的仿真模型，在完全相同的测试条件和试验内容下得到各种仿真器的仿真结果，比较仿真结果的一致性。同时比对仿真规模、建模效率和编译时间等关键指标。             图1-1  国产UREP与进口设备对标方案 1.2.1电气网络仿真对比    图1-2表示了一个多支路网络，基于图1-1中三种仿真器搭建该模型，通过不断增加支路数扩大网络规模，直到仿真器过载，得到仿真器的算力极限。         图1-2  多支路电气网络 在50us仿真步长下，对于图1-2案例RTLAB最大仿真规模为78个 三相节点，UREP也为78个 三相节点，二者相同。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分52秒，UREP编译时间为1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。      图1-3  基于RTDS的仿真模型  当基于RTDS建模时，如图2-5，每块PB5最多允许24个节点；当基于NovaCor建模时，在超大步长150us下可以达到100节点，在50us步长下仿真规模未知。 2.2.2 双馈风机仿真对比   双馈风机含有电机、传动链、电力电子变流器和控制系统，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步长下，对于如图1-4案例，RTLAB最大仿真规模为6台，UREP也为6台，二者相同。在编译速度方面，RTLAB编译时间为7分0秒，UREP编译时间为2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。                图1-4  双馈风机测试案例 2.2.3 直流输电仿真对比   直流输电是最复杂的电力电子装备，有换流阀、阀控制器、极控制器、站控制器等一次和二次系统，是实时仿真领域的难点，也是检验仿真器能力的试金石。图1-5是双端单极直流输电系统测试用例，每端包含2个六脉波桥，控制保护包括了阀控、极控和主控模型，封装于蓝色模块内。   图1-5 双端单极直流输电系统测试用例 将图1-5所示算例分别在RTLAB和UREP中建模运行，在单核可用资源下，若仿真对象为电气主系统和控制保护组成的整个系统，则RTLAB过载，UREP也过载。若仿真对象仅为电气主系统（即双侧电源、交直流滤波器和4个6脉波桥），则RTLAB和UREP均不过载。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分40秒，UREP编译时间为1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。 2.2.4 同步发电机组仿真对比    同步发电机目前仍是电力系统主力电源，是电力系统的主要仿真对象。同步发电机组模型包括同步发电机、调速器、励磁调节器及升压变。搭建多台同步电机并列运行算例，如图1-6所示。   图1-6  同步电机并列运行算例 在50us仿真步长下，对于图1-6案例RTLAB最大仿真规模为11台，UREP为13台。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分51秒，UREP编译时间为1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。 2.2.5 最小步长对比 基于CPU的最小仿真步长能够体现仿真计算时间的抖动问题，抖动越小，允许的仿真步长就越小。因此，通过比较最小仿真步长，也可以反映仿真器的计算性能。仿真对象采用单台双馈风机，模型包括风力机、绕线异步电机、机侧变流器、网侧变流器、主动系统、所接入的配电网等元素，如图1-7所示。             图1-7  测试最小步长算例 经测试，RTLAB最小仿真步长为24us，UREP最小仿真步长为20us。可见，UREP具有更小的仿真抖动。 2.2.6 仿真精度对比 为了验证国产UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉对比验证方法说明UREP的仿真精度。电力系统仿真包括电磁暂态和机电暂态，因此，从电磁暂态和机电暂态两个方面进行对比，同时考虑各种应用场景，以覆盖各种情形。电磁暂态检测案例的电网拓扑如图1-8所示。 图1-8 电磁暂态检测使用案例 无穷大电源电压等级为110kV，频率为50Hz，系统内阻抗为；L1、L3线路阻抗为，L2、L4线路阻抗为， T1、T2两变压器的额定容量均为，短路电压，空载损耗，空载电流，短路损耗，变比，高低压绕组均为Y形联结；假设系统A1、B1、A、B处供电负荷为(5+j1)MVA，C1和C处供电负荷为1+j0.1MVA。UREP建模如图1-9所示。   图1-9 电磁暂态检测案例的UREP仿真模型 基于RTDS建立电磁暂态案例的仿真模型如图1-10所示，其电压过零点短路控制如图1-10所示。   图1-10  RTDS仿真模型   图1-11  RTDS电压过零点短路控制结构 对上述模型，分别使用UREP和RTDS进行实时仿真，仿真时间为0.2s，短路故障发生在0.06s-0.16s之间，仿真步长为100微秒，横轴表示在0.2s时间内仿真采样点数，纵轴表示母线电压、电流，单位分别为V、A。在母线A点处发生三相短路，短路前后及短路期间的三相电压波形如图16-7。为了显示细微之处，将图1-12局部放大后，如图1-13。   图1-12  A点发生三相短路时三相电压波形   图1-13  A点处发生三相短路时三相电压波形局部放大 点划线为RTDS仿真结果，虚线为UREP仿真结果。可以看出，两种仿真结果高度重合，表现出电磁暂态仿真结果的高度一致。电磁暂态过程除了表现在电压动态还表现在电流动态，短路前后及短路期间的三相短路电流波形如图1-14。   图1-14 A点处发生三相短路时三相电流波形 图1-15  A点处发生三相短路时三相电流波形局部放大图 1.3  对标结论 （1）在内核资源完全等同条件下，国产UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即内核授权数相同条件下，具有相同的仿真规模。 （2）国产UREP的建模效率和编译速度远远高于RTLAB。小规模场景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大规模场景下UREP是RTLAB的45倍左右。 （3）在仿真对象完全相同的条件下，国产UREP和RTDS的电磁暂态仿真结果完全相同，二者交叉对比没有差别。

系统可实现在网络环境下，完成注塑模具的并行设计。通过智能化提示，进行参数化绘图，自动生成三维模型，并由三维模型直接或通过标准的IGES格式转换进入不同系统的CAM模块，实现设计与制造信息共享，达到CAD/CAM一体化。提高模具设计质量，缩短设计制造周期。

本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 铸造是我国装备制造的基础工艺，无论是农业机械、机床、汽车、船舶，还是航空航天以及国防军工等领域的发展都离不开铸件。我国现已成为世界铸件生产大国，2020年我国各类铸件总产量达到5195万吨，较2019年同比增长6.6%，约占世界总产量45%，位居世界第一位。 铸造主要有砂型铸造、金属型铸造和特种铸造等，砂型铸造由于其原材料来源广泛、成本低、铸型制造简便以及应用合金种类多等优点，世界上80%的铸件都是采用砂型铸造。对于砂型铸造工艺来说，模样、芯盒等模具的设计制造是非常复杂并且耗时的过程，该过程首先需要根据铸造方案进行模具的设计，然后通过翻模制作砂型和砂芯，之后再将制作好的砂型和砂芯经过组芯、合箱以及浇铸从而完成金属毛坯的制造。而高性能复杂整体金属结构件又是航空航天、国防军工、轨道交通等领域高端装备的核心组成部分。因此构件的短流程、高精密、高性能制造是实现我国高端装备自主研发及制造的关键环节。 传统的金属成形如模具铸造、模压锻造等需要木模、金属模的成形工艺，存在工序多、流程长、形性精确控制难等世界性难题，无法满足多品种、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研发新型精密成形基础前沿机制与方法。本项目将构建数字化精密成形理论体系，涵盖数字化无模铸造复合成形和数字化多材质复合铸型等两方面，突破了复杂整体构件高效率、高性能、高精度无模成形技术，变革了采用模具造型的传统砂型铸造和模压锻造生产模式，推动传统金属成形模式的创新发展。 复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。揭示了挤压工艺对砂型透气性、砂型强度等性能的影响规律，发明了梯度紧实的柔性挤压成形方法，实现了砂型/芯梯度紧实柔性挤压近成形。 复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究针对传统单一铸型对结构复杂、壁厚差异大、铸件形性调控难、尺寸精度差等难题，提出了多材质复合铸型技术及与铸件相匹配的多材质复合铸型及其坎合组装方法，通过建立多材质复合铸型与高性能铸件一体化精确铸造成形的计算分析模型，构建了多材质复合铸型的调控原理与方法。揭示了多材质复合铸型对铸件温度场、微观组织及力学性能的影响规律，研制出石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂等构成的形性可控铸型材料配方，实现了铸型透气性、固化强度、切削性能的协同调控。研究了传统铸型与复合铸型的凝固温度曲线，对比了不同工艺所制铸件的强度，掌握了各铸型单元的热力学参数及型砂种类对铸件性能的影响规律，揭示了金属液与不同铸型间的热力耦合作用机理。 三、创新点及主要技术指标 1.复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究揭示了砂粒移位、桥连断裂、空穴弥合的砂型/芯切削机理，建立了非均质离散体砂型切削模型，发明了一种切削排砂一体化的无模铸型数字化快速制造方法，实现了高精高效制造，铸件制造周期缩短50%以上，成本降低30%以上。 2.复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究实现了对铸件充型凝固过程的精确调控，提高了复杂铸件内在质量与外在精度，实现了铸件性能主动精确调控，使铸件废品率从5%～10%降至2%～4%，减重10%～20%。 四、知识产权及获奖（成果基础） 知识产权情况： 成果获授权发明专利46件，其中美日等国际发明专利18件；软件著作权12件；起草制定国家、行业等标准规范14项；出版专著《无模铸造》（机械工业出版社，2017）。成果入选并被列为国家工信部《机械基础件、基础制造工艺、基础材料产业“十二五”规划》（工信部规[2011]509号）中“50项推广应用的先进绿色制造工艺”的首项技术。 获奖情况： 2020年国家科学技术进步奖二等奖； 2018年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2017年国家技术发明二等奖； 2016年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2016年中国专利金奖； 2014年国家科学技术进步奖一等奖； 2012年北京市科学技术奖一等奖； 2011年国家科学技术进步奖二等奖。 五、成果图片

系统可实现在网络环境下，完成注塑模具的并行设计。通过智能化提示，进行参数化绘图，自动生成三维模型，并由三维模型直接或通过标准的 IGES 格式转换进入不同系统的 CAM 模块，实现设计与制造信息共享，达到 CAD/CAM 一体化。提高模具设计质量，缩短设计制造周期。

XM-130B男性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型   XM-130B男性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型可拆分为7部件，显示了男性骨盆的骨骼、韧带、血管、神经以及盆底肌肉和外部性器官的彼此连接，通过一个正中切面展示了整个骨盆，右边的外部肛门括约肌、坐骨海绵体肌、会阴浅横肌和深横肌，以及球海绵体肌均可拆除， 直肠、膀胱、前列腺和阴茎也可在正中一拆为二，阴茎部分的皮肤和筋膜已部分去除，因此可见血管和神经，阴囊和精索区域的部分皮肤也已去除，因此睾丸和附睾是可见的。在左侧，精索以不同层进行显示，在右侧，睾提肌以及精索内筋膜已经暴露。右半部分骨盆显示了常见的外部和内部髂动脉及外部髂静脉，显示了彼此之间的位置关系。仙骨神经丛、坐骨神经丛、阴部神经丛、阴茎背神经丛、阴囊前神经、会阴神经、肛门神经以及输精管均有显示。模型还展示了以下骨骼及韧带：双侧髋骨、耻骨联合、骶骨、尾骨以及第五腰椎和椎间盘。正中切面通过第五腰椎、骶骨以及尾骨，因此骨盆可以被拆分成两半，这意味着马尾(脊尾)在椎管内可见。第五腰椎的左半部分可以被拆除。以下韧带也可见：腹股沟韧带、骶结节韧带、骶棘韧带、髂骶前韧带、髂腰韧带、前纵韧带、棘上韧带、骶髂骨间韧带、骶髂骨后韧带、骶尾外侧韧带、骶尾后浅韧带、闭锁膜以及腔隙韧带。 尺寸：自然大，17×18×30cm 材质：PVC材料

XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型   XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型可拆分为6部件：女性骨盆带第五腰椎、韧带、血管、神经、盆底肌群、及子宫部分直肠等6部件；其中子宫、膀胱、直肠又可以剖开成2部分，显示肛门外括约肌、尿道外括约肌、会阴浅横肌、会阴深横肌、球海绵体肌、坐骨海绵体肌、会阴中心腱、肛提肌各个部位均可拆卸，直肠、连带输卵管与卵巢的子宫及阴道作正中矢状切可分成2部件，骨盆模型的右半部能显示髂总动脉、髂内外动脉及髂总静脉、髂外静脉分布及解剖结构，显示右骶丛、右坐骨神经与右阴部神经，显示骨与韧带及左右两侧髋骨、耻骨联合、骶骨、尾骨、带椎间盘的第五腰椎。模型通过第五腰椎、骶骨与尾骨的正中矢状切骨盆可分成左右两部分，并能显示锥管中的马尾成分，第五腰椎体的左半部分可以拆卸，模型的右半部分可显示骨盆韧带及腹股沟韧带、骶结节韧带、骶棘韧带、骶髂前韧带、骶腰韧带、前纵韧带、骶髂骨间韧带、骶髂后韧带，以及闭孔膜等结构。 尺寸：自然大，27×19×22cm 材质：PVC材料

XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型   XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型可拆分为6部件：女性骨盆带第五腰椎、韧带、血管、神经、盆底肌群、及子宫部分直肠等6部件；其中子宫、膀胱、直肠又可以剖开成2部分，显示肛门外括约肌、尿道外括约肌、会阴浅横肌、会阴深横肌、球海绵体肌、坐骨海绵体肌、会阴中心腱、肛提肌各个部位均可拆卸，直肠、连带输卵管与卵巢的子宫及阴道作正中矢状切可分成2部件，骨盆模型的右半部能显示髂总动脉、髂内外动脉及髂总静脉、髂外静脉分布及解剖结构，显示右骶丛、右坐骨神经与右阴部神经，显示骨与韧带及左右两侧髋骨、耻骨联合、骶骨、尾骨、带椎间盘的第五腰椎。模型通过第五腰椎、骶骨与尾骨的正中矢状切骨盆可分成左右两部分，并能显示锥管中的马尾成分，第五腰椎体的左半部分可以拆卸，模型的右半部分可显示骨盆韧带及腹股沟韧带、骶结节韧带、骶棘韧带、骶髂前韧带、骶腰韧带、前纵韧带、骶髂骨间韧带、骶髂后韧带，以及闭孔膜等结构。 尺寸：自然大，27×19×22cm 材质：PVC材料

成果与项目的背景及主要用途：该技术采用数控气动闭环控制回路、机械手 可以上下插拔，在 XYZ 三个方向有力触觉，可以感受作用力，如果力大，机械手 可以自动缓冲或收回。机械手具有抓夹功能。该项技术已经成功应用到核工业元 件加工过程中。相同的技术和功能可以方便的应用和移植到其它应用领域。 技术原理与工艺流程简介：利用数控气动闭环控制回路。三维柔性力缓冲 XY 方向±1 ㎜，Z 方向 10 ㎜，Z 向下插行程 0～500 ㎜可调，可以安装各种用途 机械爪，具有形成阻尼缓冲和气动消音。 技术水平及专利与获奖情况：处于国内同类型先进技术水平。 56天津大学科技成果选编 应用前景分析及效益预测：该类型机械手技术可以应用于很多领域，如：机 械制造业、汽车工业、化工业、核能工业、生物工业、安全领域等需要提高作业 效率、精度、危险环境等行业。 目前该技术成熟，整机价格在 10～16 万人民币之间，可以进行小批量工业 化生产。 应用领域：械制造业、汽车工业、化工业、核能工业、生物工业、安全领域 等需要提高作业效率、精度、危险环境等行业。 技术转化条件（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模）： 所需原材料：均为市场上可采购原材料，无特殊要求，例如：气动元件、机 械件等； 设备及环境要求： AC220V 电源、普通气源； 所需厂房面积：普通厂房 100 平方米； 人员要求：若干机、电相关专业人员； 初期投资规模：除以上条件外需流动资金 60～80 万。 合作方式及条件： 技术转让，转让费：人民币 50 万元； 合作生产，具体可面谈。