自主研发了多机器人协作焊接系统，其中机器人控制器自主研发，采用EtherCAT总线通讯控制底层伺服，控制周期1ms。参与协作焊接的机器人均为国产6轴通用该机器人，多机器人系统的各项性能指标对照ABB MultiMove、KUKA RoboTeam功能，技术指标达到国外领先品牌同等技术水平。具体技术指标： ① 变位机（夹持）机器人支持6维力-力矩传感器，实时补偿估计偏差； ② 焊接机器人支持接触找焊缝、激光焊缝跟踪等多种焊接工艺； ③ 最多支持4台机器人协作； ④ 可根据应用需求开发新场景控制程序。

虚拟制造技术是前沿性的边缘学科，是先进制造技术、计算机技术、网络信息技术、虚拟现实技术、视觉技术和现代艺术的融合。 虚拟制造是在以计算机为核心的虚拟空间内把生产要素转变为虚拟产品及制造机能的全部行为。涵盖了从产品概念的形成、设计、场地规划、生产决策、制造工艺、生产流程、性能测试、试验、装配指导、机能培训、市场销售等生产全过程。 虚拟制造技术可在互动性可视化环境下，可通过企业生产的模拟运转来评估和优化制造过程，在实际生产之前就发现问题，在不消耗实际生产资源的情况下找出最优方案，达到缩短周期、降低成本、提高效益的目的。 姚福生院士2005年创建上海理工大学虚拟制造技术研究院以来，率领科研团队建立了大型虚拟制造技术实验室，取得了丰硕的科研成果，建立了上海市虚拟制造技术公共服务平台。该技术已成功应用到航天、战机、大型商用飞机、交通安全、世博会、大型装备制造、电力、科普等领域，涉及到园区规划、虚拟展览、教育培训、产品虚拟设计和制造、生产仿真、调度指挥、协同制造、远程故障诊断和维护等众多项目。

成果与项目的背景及主要用途：统计资料表明，80-90%焊接结构断裂事故 是由疲劳失效引起的，由于焊接接头的焊趾处的应力集中和残余拉伸应力作用， 焊接接头疲劳强度大幅度地低于基本金属的疲劳强度。虽然结构按疲劳规范设 计，仍然发生一些整体结构的过早疲劳失效，造成巨大的经济损失，甚至是人 身伤亡事故。由于焊接接头焊趾是疲劳裂纹引发部位，如果对该部位实施适当 的处理，使残余拉伸应力转变为压缩应力和减少应力集中，这将有利于延缓疲 劳裂纹的产生，具有巨大的社会效益和经济效益。本项目是在国家自然科学基 金的支持下完成的，从超声波冲击、相变应力应用、等离子喷涂等三方面提出 了三种改善焊接结构疲劳性能的新技术，研制发明了相应的装置、焊接材料和 喷涂技术。这些方法可以方便地应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车 辆、压力容器及管道等工况、野外施工和高空现场作业的场合，其应用前景是 十分乐观。 技术原理与工艺流程简介：天津大学科技成果选编 1）超声冲击方法改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理为：通过超声波发 生器将电网上的工频交流电转换成超声频的交流电，用以激励声学系统的换能器。 换能器将电能转换成同样频率的机械振动，在机架所提供的一定压力作用下，将 该超声频的机械振动传递给工件上的焊缝，使以焊趾为中心的一定区域内焊接接 头表面产生足够厚度的塑性变形层，从而达到改善接头几何外形，降低应力集中 程度、调节其应力场沿厚度方向的分布状况，最终达到改善焊接接头疲劳强度的 目的。 2）相变应力应用改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用开发的相变 应力焊接材料使焊缝金属冷却中产生的相变应力，抵消焊接残余拉伸应力并获得 压缩应力，最终达到改善焊接接头疲劳强度的目的。 3）等离子喷涂改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用等离子在焊趾 部位喷上结合性能良好的涂层材料来改善接头的应力集中状态，最终达到改善焊 接接头疲劳强度的目的。 技术水平及专利与获奖情况：整体研究达国际先进水平；已获国家发明专利 3 项，在申请国家发明专利 5 项；2004 年度天津市自然科学一等奖，2002 年获 教育部发明二等奖。 应用前景分析及效益预测：接头焊趾及焊跟部位是焊接结构承受疲劳载荷的 薄弱环节，改善焊趾和焊根部位的疲劳性能将提高整个结构的疲劳性能。使用超 声波冲击、相变应力及等离子喷涂等这些新技术可以大幅度地改善焊接结构的疲 劳寿命，显著降低焊接结构破坏事故的发生几率, 进而节约焊接结构的用钢量和 资金，增加焊接结构的安全裕度，防止因焊接结构发生意外疲劳破坏事故给国家 和人民财产的经济损失，因此具有广阔的应用前景及产生巨大社会效益和经济效 益的可能。 应用领域：可以应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车辆、压力容器 及管道、水轮机、火箭发动机、汽车制造等诸多领域。 

通过无损探伤、拉伸试验、水压试验和水压爆破试验对采用该技术制备的接 头进行了完整性和力学性能检测，测试结果合格。

智能制造生产线解决方案 据国家2025智能制造规划，和人工智能教学普及，着力提高教学与专业建设，本实验室建设方案充分体现智能制造工业4.0发展趋势与应用动向，所展示的工业机器人、数控机床加工、立体仓库、RFID、PLC工作站等单元，涉及内容全面。以结合实际生产的实训为核心设施，注重基础训练，兼顾未来应用的新型机器人，拓展学生视野。可作为大专院校自动化专业、机电一体化专业、机器人专业的实训设备，组建工业4.0智能无人工厂培训，提高阶段综合性学习与训练。    一、产品定位：    可作为大专院校、中高职学生自动化专业、机电一体化专业、机器人专业、企业工程师进行机器人、数控加工、材料出入仓库进一体化组建机器上下料培训，提高阶段综合性学习与训练。  二、产品功能：     本套设备是以小型的柔性制造系统为载体，主要特点是占地空间小、操作安全、涉及的知识点丰富、综合，系统性强、成本低、师生容易上手等；主要是由一台工业6轴自由度机器人、一台三坐标机械手臂、一台柔性数控车床、一台柔性数控铣床、RFID系统、PLC工作站、智能仓库、中控台、传输带等部分组成，实现自动化上下料、加工等无人工作环节，机器人按指令分别给两台机器送料取料；该系统能够实现工业机器人上下料工作站系统的编程、上下料系统的集成、RFID系统应用、PLC系统编程、数控车床编程加工、数控铣床编程加工、现场总线的通讯实训等环节。让学生轻松掌握工业6轴机器人上下料与数控机床组建柔性加工生产系统，能满足学生对工业机器人学习及操作的需要，学生通过该套系统的学习与训练，对智能生产无人工厂的组建整体性应用有全面的了解与体验。 三、产品工作流程：     三坐标机械手臂从原材料仓库取出原材料到传输线上，RFID系统读取数值，由传输线运送到6自由度工业机器人端，由负责数控机床的上下料工作，数控车削单元将零件加工完毕后，机床自动开门，零件由机器人送置到数控铣削加工中心进行加工下一道工序，加工完毕后铣床自动开门，由机器人取出成品零件送置到传输带上，输送到智能仓库端，由三坐标机械手臂将成品零件入库，RFID系统读取数值。学生在熟练掌握该系统的操作与编程以后，也可以对零件类型和加工工艺进行调整。   三、基本实训项目 1、工业机器人实训2、数控技术实训3、机器人与机床通讯技术4、机械结构训练技术5、气动控制技能培训6、故障检测技术技能培训7、传感器技术及应用8、PLC编程技术 9、RFID系统的应用 四、系统主要配置清单 序号 名称 数量 型号 1 工业6轴高速机器人 1台 0805A 2 三坐标机械手臂 1台 RF003 3 数控车削加工中心 1台 CK210-FM 4 数控铣削加工中心 1台 XK200-FM 5 智能仓库 1个 CS01 6 传输带 1条 CS02 7 RFID系统单元 1套 CS03 8 西门子PLC控制器 1个 6ES7 214-1HG31-0XB0 9 西门子PLC扩展IO模块 1个 6ES7 223-1PL30-0XB0 10 触摸屏中控台 1个 MT8102IP 11 欧姆龙继电器模组 2个 BMZ-R1 12 电子手脉 2个 HLI6 13 车削数控系统 1套 980TB数控系统 14 铣削数控系统 1套 980MC数控系统 15 6轴机器人控制系统 1套 CRP-S4 16 示教器及电缆 1套 CRP-S2 17 三爪气动卡盘 1套 SMC 18 铣床自动夹具 1套 SH01 19 机床自动门推拉系统 2套 KIFL3 20 SMC 平行机械手夹爪 1个 MHZL2 21 屏蔽电缆 3条   22 气源空压站 1台   23 铝合金工作台 1套    

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

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 

厚板焊接作为我国核电、船舶、石化等领域重大装备的关键制造技术，对低热输入、高效率、高质量的新型焊接方法升级需求极其迫切。窄间隙焊接技术因采用窄且深的坡口，在厚板焊接时具有效率高、填充量少、热输入小、变形小等优势，在提高焊接效率和焊接质量等方面具有重要应用前景。目前，该类技术在国外核电、船舶等行业广泛应用，技术较为成熟。而我国窄间隙焊接技术研究起步较晚，在大厚板核心焊接设备、工艺及材料均受制于人，尤其针对我国国防重点企业，存在“卡脖子”风险。高端焊接装备依赖于进口，价格高昂。国外主要生产厂家包括法国宝利苏迪、日本日立公司、美国电弧机器等，国内生产厂家华恒、唐山开元等依赖于国外企业的专利授权。 国际和国内现有技术一般采用钨极摆动、陶瓷片约束、横向交变磁场等控制电弧周期性地在两侧壁之间燃烧，存在装置复杂、母材被磁化或间隙较大等缺点。为解决窄间隙焊接侧壁熔合的难题，课题组另辟蹊径，创新性地提出了一种具有完全自主知识产权的“厚板超窄间隙旋转电弧焊接技术及成套装备”新技术。该技术突破了现有窄间隙钨极氩弧焊接（NG-GTAW，narrow-gap gas tungsten arc welding）工艺的局限性，已实现壁厚50 mm超窄间隙焊接，能够更为可靠、简便地解决侧壁未熔合缺陷问题。相对于国内外的现有技术，该技术形成的旋转电弧能够有效改善电弧热量及压力的均匀性，在保证熔敷金属质量均匀的同时避免熔深过大，具备高质量、高效率的突出优势，达到国际先进水平，已在国防、核电、QT等工业领域推广应用。同时，研究团队自主设计研发了面向核电、石化、船舶等装备的大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙GTAW成套装备（图1），可实现板厚超过150 mm、窄间隙5 mm——9 mm的厚壁材料高质量自动化焊接。 图1 大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙GTAW成套装备 该设备特别适用于厚壁不锈钢焊接、钛合金、980高强钢、9Ni钢等特种材料，在核电、军工、石化等领域具有广泛的应用前景。目前处于国际先进水平的宝利苏迪公司生产的单套设备售价高达380万元，国产设备售价也达到150——200万元水平。而自主设计研发的设备单套成本仅约30万元，能够产生巨大的经济效益。

深圳国际研究生院智能制造团队充分发挥制造领域技术优势，为医疗物资企业提供制造技术方案及服务。智能制造与精密加工实验室主要从事超声辅助精密加工技术与装备等研究，并致力于超声技术系列产品的研发及生产制造，已有十余年技术沉淀。面对疫情防控，团队高度重视，迅速行动，第一时间成立了超声焊接技术攻关小组，专注于为合作伙伴提供口罩等超声焊接技术、超声焊接系统设计解决方案等产品及服务。