项目成果/简介:2019年上海市技术发明特等奖燃料电池“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际难题，变革燃料电池核心部件，采用金属双极板替代现有石墨双极板，是破解难题的有效途径。上海交通大学来新民教授团队历经十余年研发，与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业开展产学研合作，发明了薄型金属双极板设计与制造新方法、新工艺和新装备。主要发明如下：1、提出了“岛群-流道”复合的大规模并联流场均匀分流原理，解决了现有叉分流道分流的过约束问题，创建了错层密封的冲压单极板背对背焊合方法，发明了薄型金属双极板“两板三场”新构型。2、揭示了大面积超薄板细密流道的成形回弹及焊接变形规律，建立了细密流场成形及焊接的残余应力分析模型，发明了极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术。3、提出了“非晶碳耐蚀-石墨微晶导电”的涂层性能综合原理，探明了石墨微晶纵向生长机制；提出了非晶碳沉积过程伴生石墨微晶生长的控制方法，发明了非晶-微晶复合涂层及其磁控溅射制备技术。4、发明了耐蚀导电复合涂层的多腔连续磁控溅射等工艺装备，研制了融合多步成形-多工位焊接-多腔溅射的金属双极板生产装备系统，创建了我国首条金属双极板批量化生产线。本项目获授权中国发明专利37项，申请PCT专利5项，牵头和参与制订国家标准13项，发表SCI论文91篇(全球双极板主题论文数第一)。开发的金属极板在国内率先通过5000小时车载工况寿命考核，在国内金属极板市场上占主导地位；成果应用于我国首辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P390型115kW车用全功率电堆开发，为上汽、东风、长城等国内金属极板燃料电池汽车开发提供了自主可控的核心技术。金属双极板金属双极板连续冲压成形 金属双极板多工位连续激光焊接金属双极板多腔连续磁控溅射工艺装备金属双极板生产知识产权类型:发明专利 、 其他技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:国家高技术研究发展计划、上海市科技创新行动重大项目等

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。

1. 痛点问题 化学工业是我国国民经济的支柱产业，集中于生产基础和大宗化工原料，而面向高端制造业和战略性新兴产业的产品，其比重不足10%。化工产业正受到国外技术壁垒和国内消费结构升级及生态环境保护要求提高的多重压力，需要加快转型升级，迈向高端化和绿色化。 针对传统医药中间体、精细化工生产设备技术革新的研究方向，微反应器和微流控技术的研究和应用成为国内外研究机构的研究热点。微反应器和微流控技术自上世纪九十年代提出，就受到学术界和产业界的广泛关注。微反应连续化生产技术是一项在新世纪中具有革命性的技术，是生物、化学、化工等交叉前沿的方向；2009年，25家国际著名跨国公司和研究机构将微化工技术列入化工产业发展新方向，联合启动了构建所谓灵活、快速、未来化工厂的“F3计划”。医药中间体、精细化工产品由于产量小，目前普遍采用传统的反应釜等设备，单批次生产，存在原料利用率低、污染排放量大,生产过程安全性较差，难以适应可持续发展的需要。解决医药中间体、精细化工生产的环保、安全、效率等问题，是目前广大中小型生产企业实现跨越式发展的关键。 2. 解决方案 微反应器/微流控技术：以微结构元件为核心，在微米或亚毫米受限空间内进行的流动、传递和反应过程，它通过减小体系的分散尺度强化混合、分散与传递，提高过程可控性和效率，以“数量放大”为基本准则，将实验室成果可靠地运用于工业过程，实现大规模生产。 目前，微反应器/微流控技术已经从研究阶段向工业化生产阶段发展，相关技术及产品的应用正处于快速增长的阶段，在生物医药、化妆品、环保等领域，都有着广泛的应用需求。采用微反应器成套技术，在实现化学品生产的连续化同时，具有低能耗，高效率，低排放，高安全性等一系列优势。 1) 本项成果基于微化工技术，结合先进的生产装备自动化技术，提供面向生物医药制造领域的绿色高效的微流控技术生产方案。 2) 同时，结合先进智能制造技术，可以构建全自动的集成化工艺平台，实现智能化、绿色化的生产工艺及装备的整体应用。

天津市人民政府颁发了2021年度天津市科学技术奖。突破卡脖子技术，助力“平安中国”的天津大学教授刘安安主持完成的“复杂环境智能视觉计算关键技术及应用”获得2021年度天津市科技进步特等奖。

本项目研究基于知识元的危化品爆炸事故关键情景要素抽取及表示方法；研究基于动态贝叶斯网络、案例推理及智能关联技术的危化品爆炸事故情景推演模型；研究危化品爆炸事故应急响应方案生成方法及对应的任务清单和所需资源列表动态生成方法及系统。项目成果已完成高水平学术论文3篇，培养硕士研究生3名。

本项目在已有技术条件下，研究开发具有自主产权的工业物联网应用技术，构建面向制造企业的多主体按需使用的云服务平台，形成支持云服务平台的运行和使用的标准规范，推动工业企业服务模式的创新，促进生产型企业向服务型企业转型

一、项目简介基于物联网技术的工业设备智能应用平台（以下简称平台）以物联网 M2M（Machine to Machine/Man）技术为核心，实现以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用和服务。平台对 M2M 的“智能化机器、M2M 硬件、通信网络、中间件和应用”五个关键部分进行架构，实现对工业设备如压缩机、鼓风机、发电机等的智能监控、节能管理和网络化管理服务。本项目在已有技术条件下，研究开发具有自主产权的工业物联网应用技术，构建面向制造企业的多主体按需使用的云服务平台，形成支持云服务平台的运行和使用的标准规范，推动工业企业服务模式的创新，促进生产型企业向服务型企业转型。二、关键技术优势或创新性关键技术:（1）M2M 硬件装置；（2）通信网络协议；（3）中间件架构技术；（4）物联网组网技术；（5）应用层构架技术；（6）应用层分布式框架技术；（7）物联网数据服务器系统技术；（8）多种网络融合技术。针对工业设备的物联网应用（1）各行业设备的远程通讯改造技术；（2）设备监控新技术方法；（3）针对设备的优化控制方法；（4）基于物联网技术的服务与管理新方法创新性（1）链路、业务和应用层功能模块化，

中试阶段/n为提升高速公路智能养护和预防性养护技术水平，实现数据统一管理与共享，采用“一张网”理念把全省高速公路典型基础设施纳入统一的资产智能管理平台，形成交通基础设施智能监测诊断中心。研发了一套基于移动互联网的高速公路智能巡检养护管理系统，主要以WEBGIS为平台，采用互联网、参数化三维建模、VR三维实景等技术，建立统一规范的高速公路设施病害分类库，研发智能终端和互联网应用系统对高速公路沿线设施的巡检养护进行信息化管理，为用户提供巡查养护数据采集、设施病害和事件处理、高速公路主要设施的技术状况评定、维修工程资料管理、基础信息查询浏览、竣工图纸查询浏览等一体化信息服务，实现生产一线与管理层面的实时沟通与高效协调。。高速公路智能巡检养护管理系统是我国公路行业的现实需要，可以提升高速公路资产管理的信息化、智能化、时效化、便捷化和可视化水平。本成果市场前景及预期经济效益十分广阔。。支持额度：。500。万元。承接单位：。湖北省。项目进展：。为提升高速公路智能养护和预防性养护技术水平，实现数据统一管理与共享，采用“一张网”理念把全省高速公路典型基础设施纳入统一的资产智能管理平台，形成交通基础设施智能监测诊断中心。研发了一套基于移动互联网的高速公路智能巡检养护管理系统，主要以WEBGIS为平台，采用互联网、参数化三维建模、VR三维实景等技术，建立统一规范的高速公路设施病害分类库，研发智能终端和互联网应用系统对高速公路沿线设施的巡检养护进行信息化管理，为用户提供巡查养护数据采集、设施病害和事件处理、高速公路主要设施的技术状况评定、维修工程资料管理、基础信息查询浏览、竣工图纸查询浏览等一体化信息服务，实现生产一线与管理层面的实时沟通与高效协调。高速公路智能巡检养护管理系统是我国公路行业的现实需要，可以提升高速公路资产管理的信息化、智能化、时效化、便捷化和可视化水平。本成果市场前景及预期经济效益十分广阔。。项目基本内容：。为提升高速公路智能养护和预防性养护技术水平，实现数据统一管理与共享，采用“一张网”理念把全省高速公路典型基础设施纳入统一的资产智能管理平台，形成交通基础设施智能监测诊断中心。研发了一套基于移动互联网的高速公路智能巡检养护管理系统，主要以WEBGIS为平台，采用互联网、参数化三维建模、VR三维实景等技术，建立统一规范的高速公路设施病害分类库，研发智能终端和互联网应用系统对高速公路沿线设施的巡检养护进行信息化管理，为用户提供巡查养护数据采集、设施病害和事件处理、高速公路主要设施的技术状况评定、维修工程资料管理、基础信息查询浏览、竣工图纸查询浏览等一体化信息服务，实现生产一线与管理层面的实时沟通与高效协调。高速公路智能巡检养护管理系统是我国公路行业的现实需要，可以提升高速公路资产管理的信息化、智能化、时效化、便捷化和可视化水平。本成果市场前景及预期经济效益十分广阔。

小试阶段/n传统的变压器机械开关有载调压装置存在下列问题：（1）分接头调节时，对电网产生冲击，甚至掉档或错档，引起严重事故（某供电局1年内出现三次此类事故）；（2）机械触头间产生电弧使变压器绝缘油极化，经常需要更换、过滤绝缘油；（3）不能进行动态调节；（4）切空载变压器产生较高的过电压；（5）辅助触头中的过渡电阻在切换过程中被击穿烧断；（6）分接开关密封不严，进水造成相间短路；（7）由于触头滚轮卡住，使分接开关停在过渡位置，

目概况    目前，国内外大量应用弧焊机器人系统从整体上看基本都属第一代或准二代焊接机器人系统。由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制功能，这类弧焊机器人一般不能应对焊接作业条件严格的稳定性要求，焊接时缺乏“柔性”，表现出明显的缺点。在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的，如加工和装配等误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均。    为克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现焊接参数的在线调整，且能实现焊缝的自动实时跟踪。己完成铝镁硅合金框架弧焊机器人柔性工作站焊缝智能跟踪与图象处理技术，使企业塞拉门设计制造的技术水平达国际先进水平。 本项目具有国际先进水平，拥有自主知识产权。 主要特点    已完成的项目，塞拉门框架的材料为铝镁硅合金，材料特殊、框架尺寸较大，焊点多而短、焊接质量要求高，故解决柔性夹具设计、实现两面焊接、满足多系列多规格门框尺寸的要求是体现了成果的先进性；    铝镁硅合金框架弧焊机器入柔性工作站所包括的柔性夹具、焊缝智能跟踪与图象处理技术，使企业塞拉门设计制造的技术水平达国际先进水平，体现了成果的创造性。技术指标    国内城市轨道车辆、高速列车的迅猛发展使得城轨门生产逐年猛增，品种不断翻新，但铝镁硅合金框架等主要零部件仍为手工焊接。由于手工焊接依赖于工人的技术水平，效率低，焊接质量欠佳，优质品率低，是制约我国城轨门产品升级的关键技术。    首选企业的高精度焊件达到：焊缝识别误差600×600像素， ±0. 25mm，±0.20mm;焊枪姿态误差，±0. 045mm，±0.040mm;其它误差（包括焊丝变形误差、工件热变形误差、焊接电流误差等），±0. 030mm，±0.020mm;视觉跟踪综合误差，±0.5mm，±0.35mm。市场前景    成果实施后使用单位使用前手工焊接的1.2万件／年，达到4万件。按人工焊接生产水平，支出费用为72万x3. 5=252万，机器人的投入成本1年半内可收回，且可满足使用单位近3-5年的发展需求。    按近几年使用单位产品产量的增长速度，2009-2010年产量可达5.5万件，2台机器人工作站每年可生产5. 68万件，完全满足生产要求。若仍用人工焊接则成本支出为72万x4. 6=331.2方元，而机器人工作台投入费用为零。企业每年可新增产值4-5亿元，利税1. 2-1.5亿元。    市场应用方面已具备推广应用的基本条件，该成果的完成，不仅可以提升企业高精度特材焊件设计制造的技术水平，提高企业技术创新能力和提升产业集聚度，使产品达同行业国内领先或国际先进水平，且可成为企业现代先进制造工艺与装备工程应用的一个亮点。通过开发研制，真正体现了产学研合作的现代高等教育理念，在高校和企业中锻炼出一批机器人研制方面、具有实战经验的科技人才。