项目立足于国家粮食高产稳产增收等重大战略需求，持续进行马铃薯机械化产学研联合攻关研发，发明了马铃薯全程机械化种植技术，提出了马铃薯高台大垄机械化栽培技术和机械化种植合理密度、水肥耦合增产集成技术栽培模式；创制了具有自主知识产权的马铃薯机械化种植的气吸播种、动力中耕除草培土防病虫害、除马铃薯秧叶、收获及分级处理5种全程机械化装备；解决了马铃薯机械化作业效率低难度大等技术难题，显著推动了马铃薯机械化装备升级换代和行业科技的提升，实现了农机农艺农技相结合的马铃薯机械化粮食增产目标。项目主要发明点如下： （1）探明了智能动态供种和负压吸种正压吹种组合作用的气吸式马铃薯播种新理论，创新了基于无液体润滑的陶瓷镀层凸凹锥体动态紧配密封的排种器气室新结构；破解了排种器因取种区供种量不恒定而取种难和排种时前惯性力作用而引起的零速投种技术难题，创制了常规薯和微型薯兼用的气吸式马铃薯精量排种器，集成创制出高速智能气吸式马铃薯精量播种机。填补了我国无气吸式马铃薯播种机田间应用的空白。 （2）项目首次基于分体刀辊独立驱动仿垄形碎土培土除草技术，提出了马铃薯动力中耕机具防除病害理论，创建了刀辊双螺旋导向输送防堵和立刀仿垄形螺旋刀辊排列技术，发明了动力中耕除草培土防害驱动式马铃薯中耕培土机。 （3）提出了马铃薯茎叶粉碎还田刀具的双刃口双旋向空间曲线设计理论，创建了双螺旋排列仿垄形清除茎叶新方法，发明了系列多功能正反转作用刀具及刀辊，突破了马铃薯除茎叶难的技术瓶颈；创制了系列马铃薯双螺旋交错组合式刀辊总成，解决了马铃薯机械化除茎叶的难题。 （4）发明了马铃薯收获机防堵技术，创制了切导土浮动圆盘减阻系统，解决了因马铃薯收获机喂入量动态不恒定导致的堵塞壅土难题；发明了去硬杂物防阻自调技术，创制了自转增隙自复位除石或硬杂物等减阻装置，解决了马铃薯收获过程中田间石块等硬杂物产生的突变阻力或卡死升运分离部件的技术难题。 （5）基于马铃薯收获升运分离技术，提出了升运链长度、频率、振幅与土壤含水率等土壤特性相匹配的薯土分离规律，创制了马铃薯收获机升运分离总成，解决了马铃薯收获机因升运分离能力差而影响马铃薯收获机收获质量的问题；避免了因升运分离技术不佳导致马铃薯机械损伤的技术难题。 （6）项目提出了马铃薯四垄归一垄的马铃薯收获新方法，创建了具有横向换向功能马铃薯横向归垄技术，创制了马铃薯收获机专用的归垄装置，解决了马铃薯收获过程中捡拾难效率低的难题。 （7）针对目前马铃薯分级机分级级数少、规格范围不可调的技术难题，发明了无级调节技术，创制了马铃薯分级机无级调控机构，解决了马铃薯分级机级数规格不可调不可控的问题。 目前该成果在东北、西北、西南、中原等马铃薯主产区大面积应用推广，满足马铃薯栽培区北方一作区和中原二作区的马铃薯机械化种植。5种装备经样机试验、性能测试生产考核技术已成熟，获得自主知识产权30余件。本项目创制的系列马铃薯装备，为马铃薯机械化种植提供可靠技术保障，为保证国家粮食安全做出了贡献。

作为国家热管技术研究开发推广中心、江苏省高效工业节能装备工程技术研究中心致力于高效工业节能装备的研究与开发，承担江苏省科技成果转化专项资金项目——热棒及其高效工业节能装备的规模产业化等项目，在实验研究基础上，开展产业化研究，使传统的装备制造业升级。

项目属现代农业技术领域，围绕农田信息快速感知、稳定传输和精准管控三大瓶颈难题，在植物养分/生理/病害信息快速感知，土壤水/盐/养分特性多维快速测试，农田复杂环境下信息无线稳定传输，基于作物生长需求的物联网环境调控和肥水药精准管理等核心技术取得了重大突破，自主研制了系列产品和系统，总体达到了国际同类研究先进水平，部分达国际领先水平。相关成果已经在全国20 多个省市的农田、果园与设施农业等推广应用，取得了重大经济和社会效益，对推动我国数字农业和农业物联网技术的发展具有重要意义。

本项目通过完善结构化焊接技术，研发视觉伺服机器人，研究焊缝图像处理算法和炉筒与大小炉盖的结构以及密封槽的设计，实现非结构化焊接制造蓝宝石炉，使其炉体性能可靠、制造工艺稳定、生产高度自动化。本项目的实施实现了如下的技术突破和创新：(1) 研发成功视觉伺服方法进行焊接机器人的焊缝跟踪控制，首次实现焊接环境的监控。(2) 研究晶体生长炉加热后对炉筒、大小炉盖等部件密封性能的影响；合理布置了电极与抽气管道装置；获得能在生产过程中安排合理的制作工艺和技术，保证晶体生长炉的密封性、粗糙度、同心度、平行度、垂直度达标及产品量产的稳定性。(3) 研发智能制造操作平台，可对蓝宝石炉进行结构化智能焊接。(4) 研发新型宝石炉，使蓝宝石炉的智能焊接制造技术获得突破性进展。●应用前景： 我国焊接自动化的市场容量在不断扩大，作为需求导向型行业，焊接自动化在工程机械和石油化工等行业中得到广泛应用。此外，在提高劳动生产率、提升产品质量和增强竞争力等方面，焊接自动化装备作为重要的基础装备之一，对我国未来先进制造技术的核心竞争力具有重要意义。而且对中国企业现有产能的焊接设备进行技术改造升级，也将产生巨大的焊接自动化装备需求，中国焊接自动化装备市场已进入高速发展阶段。 

虚拟设计与仿真、信息技术与机械工程的结合，是 21 世纪工程领域的重要发展方向 与战略制高点。机械工业发展水平的最重要标志是机型的自主开发、设计与制造能力。 实际工程应用对仿真环境提出的挑战，虚拟设计和仿真对计算机性能的要求十分苛刻。 一个典型的机械产品的装配有成千上万个零件装配，一个机械性能的仿真更需要进行几 十个工况每次若干小时的大量计算和接近实时的渲染。通过产品结构动态特性等全方位 的分析仿真，可实现面向实际产品原理、结构和性能的设计、分析、模拟和评测。运用 新技术，配合国家重大工程建设，完成了重大机械设备和施工装备的开发。如节段施工 架桥机；900t 运梁车、提梁机机电液一体化整机开发；大型开闭式屋顶建筑机械及控制 成套技术等。 技术指标 帮助提高创新产品研发的研发能力。提供大型机电液一体化机械装备全套技 术或开发 

受农村劳动力的转移、劳动力成本的攀升、农业生产资料价格的上涨等因素的影响，农民对轻简化水稻种植方式的需求越来越强烈。水稻机械化精量穴直播是一种轻简化种植方式，越来越受到农民的欢迎。然而，江西水稻品种繁多，物理机械特性差异大，尤其是超长粒型的优质籼稻的推广，现有直播机具难以满足精量播种的农艺要求。 针对上述问题，江西农业大学工学院基于容积深度可调的技术思路，设计了一种播量无级可调型孔式排种器，实现了不同粒型稻种每穴3～8粒无级可调，并根据江西土地资源条件，研制了与高速乘坐式和手扶式插秧机动力底盘配套的水稻精量直播机。同时，在都昌、鄱阳、安远、信丰、新建、万安、高安、上高、修水等20余个县（市、区）开展了早、中、晚稻机械化穴直播技术与机具的试验示范与推广应用。 实践结果表明，相较于人工撒直播，亩均增产25-75公斤，抗倒伏能力显著提高；相较于机插秧，亩产无显著性差异，抗倒伏能力基本一致，亩均节本增效100多元。并初步形成了适宜江西区域早、中、晚稻机械化穴直播条件下的品种搭配、茬口安排、稻田耕整、种子处理、播种作业要求、鸟鼠害防治与杂草防除等生产技术措施，对提升我省水稻种植机械化水平及综合效益具有重要意义。

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

华中科技大学科研信息化服务平台建设项目（一期）——科研管理平台采购项目竞争性磋商