本项目的目标是开发新一代全数字化高档数控系统（五轴），研究相关软硬件核心技术，提升南通市及我国高档数控系统的自主技术创新和产业化能力，在高速立、卧式加工中心，精密立、卧式加工中心，五轴联动加工中心，高速数控车床及车削中心，卧式车铣复合加工中心等高档数控机床上配套应用，形成批量生产能力。可达技术指标序号名称规格1插补周期1ms2最小分辨率脉冲模式，1um；总线模式，0.1um3前瞻段数10004联动轴数五轴，三个直线轴、两个旋转轴5伺服驱动接口脉冲、SERCOS III、Mechatrolink II6曲线插补Nurbs曲线插补7RTCP刀具中心点控制8空间刀具补偿多种空间刀具补偿模式，补偿建立、取消9平面C型刀具补偿256组10螺距误差补偿单向、双向螺距误差补偿11反向间隙补偿多种条件补偿模式12加减速功能直线型和S型13G代码标准兼容Fanuc标准14宏程序功能Fanuc A类宏程序15PLC功能兼容Fanuc标准，最大支持1024输入/1024输出点，128个定时器，128个计数器16现场总线接口CAN、RS485   一、系统关键技术 高速高精多轴运动控制算法研究： (1) 基于前瞻功能的连续微小线段轨迹运动控制算法 基于超声波加工运动特性及动力学特性分析，提出“速度规划单元”和“速度等级”概念。实现了具有前瞻功能的连续微小线段轨迹速度规划算法。该算法根据读入轨迹段的几何特性及动力学特性自适应实现超声波加工轨迹插补中的速度控制，在保证轨迹精度的前提下，尽可能地提高超声波加工速度；根据微段速度规划策略，实现了针对连续微小线段轨迹的插补算法。插补算法可正确确定微段插补过程中每一步的轨迹坐标，并解决插补过程中的终点判断问题。 (2) 柔性加减速控制算法 实现了对插补轨迹进行精确控制以及对加速度和加加速进行控制。优异的加减速控制算法可以避免超声波加工中心的冲击、振动，并在不增加系统运算量的情况下使得整个插补过程能够平滑快速执行。本部分工作实现了直线型加减速、S型加减速。此外由于轨迹插补和速度规划的离散性，重点实现了轨迹末端的速度平滑处理，即“尾巴处理”，使整个插补过程平滑进行。 (3) NURBS曲线插补及速度平滑控制 实现了具有轨迹预读功能的NURBS曲线运动规划算法。针对NURBS曲线的轨迹几何特征，实现了基于“规划单元”的速度规划和参数插补算法。给出NURBS预读策略和速度规划算法，通过规划单元的预读、规划单元间转接速度的调整和规划结果的及时输出保证了插补的实时性；实现了NURBS曲线规划单元的参数插补方法。为了适应采用的轨迹预读算法，提出“重叠拼接法，实现了相邻两个NURBS曲线的光滑转接。 机床精度补偿技术研究： (1) RTCP技术 实现了旋转刀具中心点编程RTCP(Rotation Tool Centre Point)。RTCP功能采用将以往在CAM中的由机床配置引起坐标变换移植到CNC控制器中在坐标插补之后进行的策略,即采用先插补后转换的机制来彻底消除坐标旋转而引起的非线性误差，提高加工精度。 (2)空间刀具补偿技术 实现了空间刀具补偿。测量超声波工具直径与伸出长度，并确定最佳工作间隙，以及在此工艺条件下去除的材料厚度，将三者之和作为“工具补偿参数”通过分析超声波头与零件之间关系，开发适应不同情况的刀具补偿矢量计算方法。根据补偿指令方法的使用方式，实现了工具补偿的建立与取消方法。实现了补偿过程中由于补偿平面的改变而引起的工具干涉情况。 (3)误差补偿技术 除了RTCP和空间刀补外，实现了反向间隙补偿、螺距误差补偿。控制系统体系结构研究： (1) 运动控制总线 实现了与伺服驱动器的通信。运动控制总线的国际标准较多，在不开发伺服驱动器的条件下，只能采用某一国际标准。本系统实现了两个标准：(1)基于以太网物理层的SERCOS III标准，该标准是欧系数控系统的主力标准，有大量的高性能伺服驱动器可供选择；(2)基于RS485物理层的Mechatrolink II标准，该标准由安川开发，伺服驱动器价格相对低，具有成本优势。 (2) 位置控制算法 实现了对电机的位置控制。本系统采用目前成熟稳定的带有前馈的PID控制实现位置环，闭环周期100ms。传统的PID是典型的反馈控制，虽然具有稳定的优点，但是需要误差已经产生后才能改变输出，进而实现对目标值的跟踪，因此从根本上是无法避免跟踪误差的。而前馈控制可以将目标值处理后直接向前传递，达到系统快速响应和跟踪的目的，理论上可以实现对目标值的零误差跟踪。 (3) PLC相关技术 实现了梯形图的编辑、编译、运行、调试功能。同时提供PC Windowns环境下的梯形图编辑、编译环境。 二、对国家产业结构影响 通过本项目的实施，将极大促进我国自主高档数控机床产业的整体进步，形成打破国外技术垄断和产品封锁的知识产权利器，使国产高档数控机床及高档数控系统在国内外市场上具有核心竞争力和自主权。     应用范围：   本项目的目标是开发新一代全数字化高档数控系统，研究相关软硬件核心技术，提升我国高档数控系统的自主技术创新和产业化能力，在高速立、卧式加工中心，精密立、卧式加工中心，五轴联动加工中心，高速数控车床及车削中心，卧式铣车（车铣）复合加工中心等高档数控机床上配套应用，形成批量生产能力。

当前高速数控装备的进给速度已达到40m/min以上、主轴速度达几万转，同时我国的航天航空、车辆与船舶、新能源等行业对复杂型面的高速高精度数控加工提出了迫切的需求。近年来，国内在数控系统开发方面取得了很大的进步，但在复杂轨迹高速加工的控制技术方面与国外相比还有很大的距离。为满足国内厂家对高端数控装备的实际需求，西安交通大学开发出了系列的多轴联动高性能数控系统 在高速高加速度下，插补周期从几个毫秒逐渐缩短至零点几个毫秒，速度预处理至少应达到每秒上千段，传统基于PC的数控系统很难满足高速、大批量数据计算的需求。本项目采用了嵌入式软硬件平台创新技术路线，开发出的嵌入式数控系统可实现8轴控制5联动，在性能价格比方面达到国际同类产品水平的中档数控系统系列产品，在国内处于领先水平。

项目概况 根据社会应用的主流数控系统，成功研制了适合学生学习和培训的系列化的数控系统 综合实验装置，系列化数控系统综合实验装置中使用的典型数控系统日本 FANUC 数控系统， 德国西门子数控系统，日本三菱数控系统和国内典型的数控系统，利用该系列数控系统综合 实验装置，可以进行数控系统从应用入门到数控系统操作编程，故障诊断与维护，数控系统 中 PLC（PMC）应用开发，参数调试以及综合应用等教学和培训。 主要特点 1、数控系统选型典型。从国内广泛应用的国产数控系统到世界著名的日本 FANUC、日 本三菱、德国西门子等数控系统，具有很好的代表性。 2、结构简明，多样化。根据教学和培训需求，综合实验装置设计结构简明，对数控系 统电气组成一目了然，既有一体化的结构，也有模块化结构。也可以根据用户需求定制实验 装置风格。 3、产品设计功能多，开放性好。根据数控系统丰富的功能，尽可能多的把数控系统功 能展示和应用，综合实验装置应用功能是开放的。 4、部件配置完整。系列化的综合实验装置上都配备了与数控机床一样的完整的电气部 件。 5、技术资料丰富。作为教学实验装置，装置上主要部件都提供详细的技术资料，便于 教学和培训学习。 开设的实验项目 a) 数控系统编程操作实验 b) 数控系统硬件连接组成实验 c) 数控系统功能参数设置方法实验 d) 数控系统输入输出接口实验 e) 数控系统 PMC 编程实验（选做） f) 数控系统控制伺服电机实验 g) 数控系统控制主轴电机实验 h) 数控系统（车）控制螺纹加工实验 i) 数控系统控制刀架电机实验 j) 数控系统电气调试实验 k) 数控系统典型故障分析与维修实验 l) 数控机床电气设计与调试实验 市场前景 该系列产品不仅在本校使用，近年来还在多次政府采购和院校采购活动中连续中标， 具有良好的市场占有率，赢得了众多客户的信任和支持，目前已为国内几十多所大专院校所 采用， 

基于国家数控重大专项项目“可重构智能数控系统与装备技术”，提出了数控流水线技术的开放式可重构数控系统技术。该技术实现了智能数控系统流水线的可重构。并广泛应用于数控一代及产业结构升级优化、全闭环高精度数字化制造、3D打印、智能机器人控制及工业生产自动化控制等各类工业环境。已支撑和创建“天大精益”、“泰森数控”自主产业化品牌，其产品在五轴联动木雕数控加工设备、六轴联动全闭环高精度螺旋锥齿轮加工装备、钎具T型螺杆高效数控设备、轴承套类双通道自动化加工设备及五轴电池焊接自动化设备等工业产品中取得了技术突破及

成果描述：近年来与数控机床主机厂、用户单位等共同承担了多项“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项课题的研究与开发工作，如“高速卧式加工中心整体结构动静刚度及高速主轴结构优化设计技术”(2009ZX04001-013-02）、“精密卧式加工中心整机结构优化设计、动刚度分析与抑振技术”（2009ZX04001-023-04）等，通过数字化建模、有限元分析、实验测试与结构改良分析与测试等工作，对高速、精密卧式加工中心关键功能部件和整机的动静态特性及其影响因素进行了深入研究与分析，与相关主机厂和用户单位共同进行了面向数控机床特定功能与性能的结构分析与优化。市场前景分析：随着经济和社会的发展，各领域对小微型、个性化产品的需求日益增长。通过开放式数控系统和基于复杂结构动静态特性分析的设计技术，设计制造满足特定多样化需求的桌面型柔性制造系统，为工业、教育、科研等领域的小微制造提供低成本、多功能、高精度、智能化的微型加工装备，为个性化设计的快速实现提供有效的技术手段。与同类成果相比的优势分析：通过研究基于数字样机的数控机床结构多学科优化设计技术，提出从结构上保证精度稳定性的设计思路，采用有限元方法分析热误差对机床加工精度的影响并提出机床热误差补偿方法，建立热变形对机床精度稳定影响的数学模型，研究机床几何误差及其补偿方法，研究加工误差综合动态补偿技术，形成实用补偿技术方法，并将上述原理方法的研究成果在高速龙门五轴加工中心样机中进行了应用验证，取得了良好的效果，相关研究成果获得四川省科技进步一等奖一项。

我校开发的“大型活动交通组织模拟系统”在“十运会”的交通保障工作中发挥了重要的作用。大型活动交通组织模拟系统是一个基于地理信息系统（GIS）技术的交通模拟信息系统，该系统可可确定车队运行线路、车队线路分组、车队运行时间，具备线路自动生成与手工快速生成编辑、突发事件处理等功能，可实现多车队运行模拟、人流车流消散模拟以及动态显示等功能。“十运会”期间实测数据显示，模拟结果与实际情况吻合很好，证明了模拟系统的精度与可靠度。由于交通组织方案科学，现场指挥有力，保证了开幕式散场秩序井然，8万人在45分钟内疏散完毕。

全任务飞行模拟器（FFS， Full Flight Simulator）是在地面对飞行员进行飞机操作流程、驾驶技能、特情处置等任务训练的大型装备。是综合性强、技术密集度高的高技术设备，涉及众多技术领域，如建模与仿真技术，计算机技术，自动控制技术，三维图像实时生成技术，宽视场角投影显示技术，全电动六自由度运动平台技术等，是当今众多高技术的集中载体。广泛应用于飞行员训练和各类飞机论证、研制、测试、飞行品质认证全过程。 飞行模拟器是一个复杂的大系统，全任务飞行模拟器由十几个分系统构成。直观上可分为模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统及教员控制台等五大部分。从总的角度看，飞行模拟器的硬件部分主要充当了人机交互界面和完成计算任务的功能。而仿真软件则是完成飞行仿真的灵魂和核心。 核心技术具有完全的自主知识产权；已形成多种机型的飞行模拟器系列产品，交付用户二十余套。 曾获国家科技进步一等奖1项、部级科技进步一等奖2项、部级科技进步二等奖5项。

 1 成果简介医学是实践性很强的学科，医学模拟是临床技能训练和临床能力培训的重要方面，对于临床技能实践和教学有着重要的作用。 MedSim ME 系统主要有两个方面的功能：一是综合性医院及医学院用于培训医生及医学院的学生的医疗模拟设备的综合管理。二是对医生岗前培训，学生的操作训练等进行系统化的管理，包括培训人员、 培训时间和进度管理，培训者 的综合训练水平实时评估等。该系统已经在协和医院模拟培训中心应用。 2 技术指标MedSim ME 采用 J2EE 架构，开放式接口，与医院现有系统能实现互联互通；针对不同的培训科目，有不同的评估指标体系，总指标数达到近百项。3 应用范围综合性医院、医学院。4 效益分析目前各大综合性医院，医学院都拥有数量和价值不菲的医疗模拟设备，很多设备都是分布在不同科室的，没有统一管理和充分的利用，部分医疗机构设立了专门的医疗模拟培训中心，然而也没有规范化管理。培训人员的评估也不规范，培训人员及指导医生的资源不均衡矛盾突出。本系统不仅可以提高医疗模拟设备的利用效率，还可以规范化培训评估，从而大大提高管理效率。目前市场上还没有类似系统。5 合作方式定制开发、授权代理、产权转让。

动态网络链路模拟系统模拟天地一体化网络的时变网络拓扑及时变链路特征，支持网络层及上层协议在网络环境中的测试。动态网络链路模拟系统由网络控制器和链路模拟器构成。网络控制器支持星座设定、收发信机参数设定、通信节点随时加入与退出。链路模拟器配置了标准以太网接口，每个接口模拟一个收发信机端口。链路模拟器负责模拟空间链路的时变特征，支持一对一、一对多、多对一链路的时延、误码率、冲突、带宽等链路属性的模拟。 主要技术指标 动态网络链路模拟系统主要技术指标： （1）动态网络链路模拟系统提供的以太网接口数量不小于 144 个； （2）支持一对一、一对多、多对一等拓扑的模拟； （3）模拟链路速率不小于 8Gbps； （4）模拟的时延范围为 [0ms, 300ms] ，时延精度为 1ms； （5）误码添加范围为整个 MAC 帧；

研究内容 ：本研究根据共注成型过程的特点，首次在综合考虑粘性包 围和界面不稳定及其相互作用影响基础上， 建立了多因素相互作用的全三 维非稳态非等温共注成型充模流动的理论模型及其相适应的稳定快速收 敛的数值算法。该算法采用罚函数法，以及速度场分析、温度场分析和流 体体积分数分析相分离等方法来降低对计算机的 CPU 和存储能力的需求。 而通过 SUPG 法、罚函数法等实现有限元数值分析的稳定性。并基于罚函