1. 痛点问题 空间能力指人类利用对形状和空间位置的基本理解、记忆、推理和生成物体间空间关系的一种能力，对科学、技术、工程和数学学科发展具有重要作用。现有针对儿童空间能力提高的训练方式主要包括通过特定的练习或者阅读文档对个人进行训练，以及通过给个人提供注重空间能力发展的课程进行训练。由于测试阶段与训练阶段任务非常相似，这两种训练方式对空间能力的提升十分有限，且不具有通用性，无法通过有效训练，将被训练技能上得到的提高迁移至未经训练技能。 2. 解决方案 模块化机器人可以根据环境和任务的不同自适应的改变自身构型，设计精巧、灵活度大，是一种训练儿童空间能力的理想物理实体。本成果提出了一种模块化机器人内部结构优化方法，自动计算模块内部元件优化的排布方式。算法构建了具有结构强度、空间利用率、装配复杂度三个参数的能量函数，通过模拟退火算法得到能量函数的最小值，即为排布算法的最优解。此外，设计制造了一种自重构机器人单元模块，具有结构简单、成本低廉的优点，降低了安装和拆卸的难度。由该模块组成的模块化机器人能在不同构型间自动转换，并在不同构型下进行运动。 合作需求 寻求与机器人、儿童/青少年教育等行业公司合作，对产品进行推广，普及机器人教育，提升大众对机器人的认知，把机器人作为教学的内容给到学生和老师，为幼儿园、K12甚至高校、研究院输入相关课程解决方案。使用人工智能+互联网+教育的模式，提供机器人设备及线上教学课程，帮助用户提升空间能力，共同推动机器人在少年儿童教育产业的发展。

MKRB-Y2激光焊接机器人工作站主要由焊接机器人、变位机、激光器、激光电源、控制系统、激光指示定位系统、光纤传输及聚焦系统、冷却系统等组成一套智能激光焊接机器人工作站。 工作站激光电源采用最新型基干触摸屏操作控制的智能化高精度恒流型开关电源，内部采用基干FPGA和ARM的嵌入式结构，控制部分是基于Linux内核操作系统，外部显示配置彩色触摸屏，提供了水温、水压、缺相、过流、过压等多种故障报警功能，通过触摸屏界面可以实现对多种激光波形和参数分段进行编程，人机界面美观大方，功能强劲，质量可靠，各种技术指标参数处干同行业技术领先水平。基于工业控制现场总线的数据通讯，具备较强的抗干扰能力。

MKRB-Y3激光切割机器人工作站主要由切割机器人、伺服变位机、光纤激光切割电源、机器人激光割枪系统、安装框架、冷水机系统、集成控制系统等组成。可以24小时连续作业，跟人工作业相比，其效率，质量，稳定性等有很大提高。 三维光纤激光切割机器人系统是一种可对不同度的金属板材进行多角度，多方位柔性切割的先进的激光切割设备，其利用工业机器人灵活和快速的动作性能，根据用户切割加工工件尺寸的大小，通过将机器人进行正装或倒装，并针对不同产品、不同轨迹进行示教编程或离线编程，通过光纤激光切割头对不规则工件进行三维切割;利用光纤将激光传输到切割头上(光纤激光切割头上配备专用光纤随动装置和光路传输装置)，再利用聚焦系统进行聚焦，可对多种三维金属板材进行多方位的切割。根据金属板材的厚度不同，所选光纤激光器的功率大小也不一样，对不同功率的激光器配备制冷量不同的冷却系统，以保障激光器的正常工作。本套三维光纤激光切割机器人系统作为激光应用技术的高端技术已经越来越广泛地应用干汽车制造行业加汽车零部件、汽车车身、汽车车门框、汽车后备箱，汽车车顶盖等各个方面。本套系统可以代替了传统的加工方式，降低了模具投资，大大缩短了汽车制造商和零部件配套商的开发周期，提高加工效率和切割工件的精度，降低了生产成本，是汽车制造商和零部件配套商提高竞争力的有力工具。

机器人打印3D工作站六轴关节机器人，数字化焊接电源，推拉丝焊枪与防碰撞装置、3D离线编程软件、铣削减材系统、移动式煌接除尘器、3D柔性连接平台、控制系统、防碰撞焊枪、移动烟尘净化器、安全围栏等组成一套智能3D增材制作机器人打印工作站，可广泛用于有色金属的3D成型打印及工艺试验。满足教学需求，方便实际应用的高配置型机器人3D接工作站。本工作站按照企业应用要求:标准模快化设计，通过学习机器人工作站结构，配置选型、控制原理，PLC控制原理与编程，以及系统之间的通讯、3D打印工艺分析、工艺评定，工装设计原则、机器人外部轴的添加与联动。安全防护、1/0通讯、程序数据、程序编写、硬件连接、通讯方式设定。掌握机器人编程操作、M参数设定、工装设计基础、变位机选型与通讯。适合中高职、本科院校自动化、焊接及材料成型类相关专业《金属3D打印技术》、《工业机器人与控制技术》、《焊接自动化技术》《自动化技术》《金属3D打印技术》等课程的实训教学，提供机器人的编程、维护、焊接工艺的编制、工作站的项目设计及项目管理全方位实训与工艺试验论证。使用KRL结构模式设置可快速编写打印程序。将零件的三维模型输入到计算机3D打印制造软件中，由软件通过几何层面的分析，确定增材制造的策略，数模分层切片，多种加工策略，包括增材和减材制造的交善时机，并生成多种加策路和加工代码。

该设备是培训数控机床上下料机器人操作技巧的一个工作站，通过它能够了解机床上下料机器人系统的基本构成，学习掌握机器人在机床上下料的基本功能，包括由机器人上下料搬运、原材料仓储、加工在线视觉检测、成品库仓库、通讯、多工装夹具快速切换等功能。该设备由上下料工业机器人、原材料仓库、视觉检测、成品仓库、快换装置等组成。

石油化学工业是我国的支柱产业之一，乙烯工业则是石化工业的核心和发展标志。本项目 从大型乙烯装置优质增产、节能降耗的需求出发，融化学工程、乙烯工艺、自动控制、人工智 能以及系统优化等技术为一体，通过集成创新和消化吸收再创新，研发了芳烃液化气裂解过程 工艺研究与优化、液相烃裂解反应过程模拟与优化、十万吨裂解炉温度与负荷先进控制、十万 吨裂解炉燃烧过程工况研究与优化、十万吨裂解炉烧焦模型与在线自动清焦控制、急冷油减粘 系统工艺研究与优化、乙烯装置老区与新区裂解气负荷优化分配、冷箱系统用能分析与优化、 碳二加氢反应过程先进控制与优化、乙烯精馏过程先进控制与优化、分离系统热区精馏过程模 拟与优化等大型乙烯生产过程的优化运行关键技术。 裂解炉、乙烯和丙烯精馏塔的先进控制与优化技术已在中国石化七家乙烯企业全面推广应 用，有力推动了我国乙烯行业乃至石化工业的科技进步。

石油化学工业是我国的支柱产业之一，乙烯工业则是石化工业的核心和发展标志。本项目从大型乙烯装置优质增产、节能降耗的需求出发，融化学工程、乙烯工艺、自动控制、人工智能、以及系统优化等技术为一体，通过集成创新和消化吸收再创新，研发了芳烃液化气裂解过程工艺研究与优化、液相烃裂解反应过程模拟与优化、十万吨裂解炉温度与负荷先进控制、十万吨裂解炉燃烧过程工况研究与优化、十万吨裂解炉烧焦模型与在线自动清焦控制、急冷油减粘系统工艺研究与优化、乙烯装置老区与新区裂解气负荷优化分配、冷箱系统用能分析与优化、碳二加氢反应过程先进控制与优化、乙烯精馏过程先进控制与优化、分离系统热区精馏过程模拟与优化等大型乙烯生产过程的优化运行关键技术。裂解炉、乙烯和丙烯精馏塔的先进控制与优化技术已在中国石化七家乙烯企业全面推广应用，有力推动了我国乙烯行业乃至石化工业的科技进步。该项目先后获得了国家科技进步二等奖2项，省部级一等奖5项，形成了6项国家发明专利、6项计算机软件著作权和若干专有技术，并获中国专利优秀奖和上海市发明创造专利奖发明专利一等奖。乙烯装置先进控制技术入选2008年中国高校产学研合作十大优秀案例并获2009年中国技术市场协会金桥奖。

石油化学工业是我国的支柱产业之一，乙烯工业则是石化工业的核心和发展标志。本项目从大型乙烯装置优质增产、节能降耗的需求出发，融化学工程、乙烯工艺、自动控制、人工智能、以及系统优化等技术为一体，通过集成创新和消化吸收再创新，研发了芳烃液化气裂解过程工艺研究与优化、液相烃裂解反应过程模拟与优化、十万吨裂解炉温度与负荷先进控制、十万吨裂解炉燃烧过程工况研究与优化、十万吨裂解炉烧焦模型与在线自动清焦控制、急冷油减粘系统工艺研究与优化、乙烯装置老区与新区裂解气负荷优化分配、冷箱系统用能分析与优化、碳二加氢反应过程先进控制与优化、乙烯精馏过程先进控制与优化、分离系统热区精馏过程模拟与优化等大型乙烯生产过程的优化运行关键技术。 裂解炉、乙烯和丙烯精馏塔的先进控制与优化技术已在中国石化七家乙烯企业全面推广应用，有力推动了我国乙烯行业乃至石化工业的科技进步。

西安科技大学长期以来致力于我国西部复杂条件下的矿山开采沉陷灾害防治研究,形成集地表沉陷灾害预计评价、覆岩冒裂带探测、沉陷灾害监测、减损开采方法为一体的开采损害控制技术，在我国西部矿区进行了广泛的应用，取得了良好的技术经济效果，获省部级科技进步奖8项，实用新型专利1项，软件著作权1项。  

随着国民经济的快速发展，国内汽车保有量迅速增加，对高品质汽车板的需求日益旺盛。目前，板材表面光洁性、涂漆性能是影响汽车外板关键因素，尤其是中高档轿车，外板材料必须达到 O5 级表面水平（O5 级别要求钢板表面无任何缺陷）。因此，控制汽车板材表面质量是钢铁企业生产中最重要的技术之一。当前高等级的汽车板生产难度极高，主要是存在以下三个难题：（1）汽车板浇铸过程中水口结瘤物严重，影响汽车板质量与正常生产；（2）连铸结晶器液面波动引起的界面卷渣缺陷；（3）大尺寸夹杂物及液态保护渣易出现在铸坯表层。当前普遍采用铸坯表面扒皮方法降低缺陷概率，然而此种方法耗费大量人力、物力，且不能从根本上解决高等级的汽车面板缺陷问题。因此，控制汽车板表面缺陷是打造高端 O5 板、实现高效节能稳定生产需解决的关键问题。 （1）汽车板钢连铸浸入式水口结瘤控制技术。汽车板钢 RH 精炼过程加入铝粒，脱除钢中[O]含量，生产 Al 3 O 2 夹杂物，在后续工艺中采用控制精炼渣系、提高软吹时间、防止二次氧化等手段，减少钢液中夹杂物含量。在实际连铸生产过程中，Al 2 O 3 仍频繁的造成水口结瘤，影响正常浇铸。在水口结瘤物中发现，水口内壁结瘤物中普遍存在大量的凝固钢，从而加剧水口堵塞的速度。本项目提出水口结瘤控制技术，在浸入式水口附近采用电磁加热技术，通过调整电流频率和强度，在水口内部附近产生高频交变磁场，诱导此区域产生大量的焦耳热，提高水口内壁温度，避免由于钢液滞留造成的凝钢现象，降低水口堵塞几率，避免由于偏流现象导致的界面卷渣行为，改善铸坯表层质量，提高高端汽车板生产节奏的稳定性。 （2）连铸结晶器界面卷渣控制技术。通过改变浸入式水口类型、浸入深度、吹氩流量等操作参数可以改变连铸结晶器内单环流—双环流流动行为，从而改善界面波动，降低卷渣概率。当前研究吹氩条件下结晶器钢液流动行为，普遍通过水模型进行物理模拟，而对实际生产过程中钢渣界面的波动行为研究很少。因此在实际生产过程中，仍频繁出现卷渣现象，遗留至铸坯表层附近，严重影响汽车板的正常生产。本项目采用插钉板实验，实验测量浇铸过程中钢渣界面形状和流速分布，确定获得钢渣界面的传输行为。通过优化操作工艺参数，实现连铸结晶器界面卷渣的有效控制。与国内研究相比，能够实现连铸结晶器液面波动行为的实际测量，测量结果更为准确直观，有效指导生产实践。 （3）初始凝固钩尺寸控制技术。连铸结晶器弯月面附近，高温钢液与结晶器铜板接触良好，大量的凝固潜热瞬时释放，凝坯壳快速形成。在结晶器往复震动作用下，初始凝固坯壳被液态保护渣挤压向钢液内部弯曲，病形成初始凝固钩。在非正常浇铸条件下，初始凝固钩尺寸较大，对上浮的大尺寸夹杂物和液态保护渣有较强的捕获作用，造成铸坯表层夹渣而遗留至铸坯内部，并在后续轧制过程中极易形成汽车板表层缺陷。目前国内对弯月面附近初始凝固行为研究较少，开展凝固钩捕获大尺寸夹杂物与保护渣研究很少。本项目采用实验检测与数值模拟手段，研究结晶器弯月面附近凝固行为，研究凝固钩形成过程及大尺寸夹杂物迁移、捕获行为，分析关键工艺参数初始凝固行为影响，实现凝固钩尺寸的有效控制，降低凝固钩对夹杂物和保护渣捕获概率。