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内蒙古自治区先进制造重点实验室
2017-10-31 16:28  

一、实验室概况

先进制造实验室成立于2003年,2012年认定为自治区重点实验室。实验室面向自治区装备制造、航天工业、可再生能源等领域,主要开展机电系统现代设计方法、机电液装备制造技术、生物机械设计、制造业信息化等方面研究及应用。在固体火箭发动机推力向量远程插芯脱模控制、新型微创介入产品设计、绿色设计与智能制造等方面形成了自主知识产权,部分产品已取得了显著经济效益或已投入临床使用,为地方经济和重点行业提供了积极技术支撑。

二、实验室主要究方向

内蒙古自治区先进制造重点实验室面向自治区装备制造、航天工业、可再生能源重型车辆等领域,以实际问题为导向,坚持校企合作,积极组织申报各类各级科研课题,加强与航天六院、北重、鄂尔多斯装备制造基地、金川开发区等单位和地区的联系与合作,加强国内外学术交流与合作,重点在解决复杂机械系统多场耦合非线性动力学固体火箭发动机制造装备关键部件设计、机电系统测试、生物机械关键技术等实际问题中进行了理论研究与工程应用研究,为企业产品上马和技术更新改造,为自治区新型工业化发展培养高素质创新型人才提供了有利支撑主要的研究方向有:

1)机电系统现代设计方法研究。融合多学科领域知识,采用多学科现代设计方法,对复杂机电装备系统的非线性动态行为、时滞受控系统的动力学行为开展研究,为解决大型机电装备功效和精度降低以及服役性能恶化提出解决办法。如固体火箭发动机推力向量控制系统动态设计理论、固体火箭发动机喷管动力学仿真、固体火箭发动机全轴摆动TVC系统接触性能等研究。

2)机电液装备制造关键技术及其应用。近年来,实验室根据用户的需求,特别是航天六院、呼铁局等大型企业,积极开展横向科技服务,研发了固体火箭发动机远程插芯脱模装备、药柱固定环预加压设备研制、FG-12发动机翼槽整形机床研究、虚拟轴技术用于固体火箭发动机复杂型面的整形、微型便携式高能发电系统、五轴联动数控加工中心装备后处理、新型铁路除沙机械等二十多项(套)技术装备,形成了自主知识产权,取得了显著效益,为地方经济和国家重点行业提供了有效技术支撑。

3)生物机械关键技术及其应用。针对新型微创介入产品研制,以椎动脉血管病变为适应症,专门用于恢复椎动脉血流状态和增加血流量,可预防和治疗椎动脉血管内疾病。所研制的椎动脉血管支架系统的设计具有完全的自主知识产权,已取得实用新型技术专利证书,同时发明专利和国际发明PCT专利已公告,作为市面上第一款以椎动脉血管病变为适应症而设计的支架系统,目前在物理实验、化学实验和动物试验中效果显著,已入选包括南京军区总医院、上海华山医院、北京安贞医院等八家医院的临床试验。

4)制造业信息化研究。以企业需求为导向,信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相融合应用虚拟现实、逆向工程、仿真数据管理、可靠性分析等新兴技术改善制造企业的管理、产品开发和生产等环节,提高生产效率、产品质量和企业的创新能力,降低消耗,带动产品设计方法和制造技术的创新、企业管理模式的创新以及企业间协作关系的创新,从而实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数控化以及咨询服务的网络化。主要开展中小制造企业信息化示范模式、绿色设计、面向装备制造业的TRIZ推广模式与应用,其中针对废旧产品实施高技再制造术,提出了基于模糊粗糙集和基于遗传算法的两种复杂产品并行拆卸序列规划方法,用于指导诸如报废汽车等的大型复杂产品的拆卸规划实践,提高汽车关键零部件拆卸效率、自动化程度。以该项技术为支撑,开发的机电产品可拆卸设计辅助系统V1.0可以完成产品的可拆卸设计半自动化建模、序列规划、可拆卸性评价等功能,促进了再制造基础理论和关键技术的研究。

三、队伍建设与人才培养

实验室重视科研团队建设,结合自身的科研开发工作需要,凝练研究方向,通过团队建设起到青年人才的培养提高,旨在建立国内有一定知名度和影响力的科研学术高地,逐步形成有凝聚力、有合作精神的学术团队,能够承担重大科研项目,培育重大科研成果,为地区经济发展做重大贡献,使相应学科在国内外取得较好的学术声誉。2013年以来,申请获批学校科研创新团队3个:固体火箭发动机装备技术创新团队、介入医疗器械研发创新团队、农牧业装备技术创新团队。

1)实验室队伍基本情况

先进制造重点实验室目前现有专兼职科技人员、实验室管理人员31人,其中教授10人,高级工程师4人,副教授6人,具有副高以上职称人数占64.5%;博士18人,硕士10人,其他3人,具有硕士学位以上学历人员占90.3%;40周岁以下科技人员13人,占41.9%;企业高级工程师2人,占6.5%;实验室管理人员4人,占12.9%。

2)积极引进国内知名专家和优秀中青年人才

实验室围绕自治区和学校人才政策面向海内外公开招聘具有创新性构想和战略性思维能带领本学科跟踪国际科学前沿并赶超国际先进水平的学科带头人,开展原创性、重大理论与实践问题研究和关键领域攻关,柔性引进国防科技大学黄洪钟教授、浙江大学张树有教授,开展可靠性技术研究和智能制造相关理论技术研究2015年以来实验室依托学院招聘博士毕业生6人,其中有国外留学经历2人,公开招聘硕士毕业生10人。

3)优秀中青年人才培养措施

实验室制定青年骨干教师专门培养计划,鼓励和支持青年骨干教师进入国内外高水平大学和重点科研基地研修学习、开展经常性的学术交流活动,在职攻读硕士、博士学位,不断进行知识更新,提高教师教育教学的基本素质和科研能力。同时,实验室积极组织力量,积极支持青年教师申请承担国家、自治区科研项目,开展校企合作,为其成为学科带头人或优秀学科带头人后备人选创造条件2016年以来晋升教授4人,副教授4人,有2名青年教师被学校批准为青年学术骨干
4)青年教师实践能力锻炼

实验室重视青年教师的工程实践能力锻炼,邀请专业水平高、实践经验丰富的退休和在职教师讲授,利用周六时间进行了8个专题20学时的教师专业知识培训。培训培训质量和效果显著,巩固、提高了教师的专业知识和专业水平,掌握最新的国家标准和先进的加工设备、部件、元器件、工艺和材料知识,对进一步提高教学质量和毕业设计水平大有益处

在实践能力提升培训方面,组织青年教师赴洛阳、包头等地进行传统加工技术及现代设备实践操作培训。安排教师分别赴陕西西安黄河机器制造厂工模具分公司、西安深博数控机械设备有限公司、昆山凯捷源精密工业有限公司等进行了企业实践和项目联系。

四、主要研究成果

1)围绕特殊行业生产中的关键设计问题,开展多物理场机械系统动态特性应用基础研究对固体火箭发动机推力向量控制系统接头部件进行了多体动力学计算和研究,通过了发动机冷态摆动和地面热试车全程试验,其成果为新一代某型固体火箭发动机推力向量控制系统研制提供了有益的理论和技术依据,研究工作发展了复杂工况条件下等效柔体动力学的理论和方法,多篇论文发表在中国机械工程领域的权威性学术期刊《机械工程学报》

2)开展复杂机电装备制造与控制关键技术开展研究,重点包括固体火箭发动机插芯脱模远程控制装备、固体火箭发动机药柱整形装备、小型无人飞行器控制系统等,2013年以来承担科工集团航天六院等国家大型企业合作项目20多项,取得了多项工程应用成果,并在生产中发挥了重要作用

3)围绕复杂机电系统振动与噪声分析、车辆故障诊断等开展先进信号分析理论和应用研究。针对自参考干涉波前传感器的探测原理、探测精度、所涉及的关键器件的结构尺寸以及该波前传感器在自适应光学系统中的应用以及一系列关键技术问题开展研究,提出了基于非相干成分信息的盲信号解析分离方法,有效解决了信号处理中频谱混叠信号不可分离问题。发表高水平研究论文10余篇,其中SCI收录6篇。

4)开展人体管腔内支架及其装备的研究与开发,尤以超精密加工制造技术、高分子材料应用研究、金属表面功能化处理、心脑血管支架及外周支架设计理论研究等方面成绩突出,居于学术领先地位。目前深入系统地掌握了心血管支架、脑动脉瘤血管支架、颈动脉支架的设计方法,开发了结构优化设计软件,提出的评价测试技术等方面的研究成果已引起国内外学术界的广泛关注,先后主持或参与10多项科研工作,申请了国内外发明专利6项,并研制成功了具有国内外先进水平的CoCr合金类金刚石碳膜DLC(Diamond-Like-Carbon Coating)心血管支架目前该发明已经产品化,取得CE认证,在欧洲上市。

五、实验室条件建设情况

为保障重点实验室各项工作顺利开展和提高,学校和学院对实验的平台建设工作非常重视,在实验室用房和仪器设备等方面给予积极考虑。目前先进制造重点实验室下设机电控制实验室、机器人实验室、数控实验室、3D打印与三坐标测量实验室、液压与气压传动实验室、液压生产试验车间等,总使用面积1326平米。

学校结合学科平台建设、专业建设、学科建设、“质量工程”建设等多种渠道,通过购置、自主研制等多种形式对实验的仪器设备进行了更新和补充,目前实验拥有主要仪器设备153台件,大型设备(10万元以上)共33台件,设备总值1485余万。实验设备达到了设备先进、配置合理,为实验项目及内容的高质量实施提供了保障。主要包括:五轴五联动数控加工中心DMU100、三坐标测量仪HEXAGON-ROMER、旋转机械信号测试01KAM、二维粒子图象测速仪Power View-120型气动元件及系统参数测控装置高速高精度运动控制实验台6吨电振动试验台、车铣削加工中心、动态顺应性测试仪、大流量电液比例/伺服阀试验系统高速液压动力卡盘综合性能试验平台工程机械负载敏感多路阀节能系统;液压油弹性模量综合实验台PULSE声学/振动测试分析系统;液压泵马达关键特性参数测试平台。

实验设备实行集中管理,统筹调配和资源共享,所有仪器设备不仅向本实验室师生开放,而且还向全校师生以及其他院校、企业和研究单位实行预约式开放,保证了设备利用率达到 95%以上,提高了设备的使用效率,充分发挥了实验设备的开放与共享。

实验室依托单位内蒙古工业大学组织编制了信息化建设与发展总体规划,加强网络建设力度。网络建设将网络资源共享平台规划为网络基础服务之一,购买了大量的科研信息资源,包括Elsevier-SDEBSCOhostSpringerLinkWileyEmerald回溯、剑桥期刊回溯等大型外文数据库,SCIEICPCISciFinderCSCDCSSCI等著名检索工具,万方、读秀、百链云和中国知网等大型中文数据库以及其它电子图书和期刊等中外文数据库50多个,以及大量的电子教学课件、视频等资源,拥有200T存储空间、27台高端服务器,为实验室教学、科研的信息化支撑发挥了巨大积极的信息数据服务。

六、开放交流与运行管理

1)国内外学术交流与合作情况

实验室积极开展学术交流,开展国内、国际间学术交流与合作,与聘请专家、学者讲学及开展合作研究,拓宽实验室的学术视野,密切与国内外高水平院校、研究机构的联系,2013年以来,学院通过合作交流、访问等形式,邀请工程院院士、高校知名教授、国外教授、企业专家等举办学术报告18次(工程院院士报告1次,国外院士报告1,国外教授2次,区外教授5次,企业专家5次,校内教授4次)。其中谭建荣院士针对工业4.0所作的“创新设计与智能制造─关键技术与典型应用”学术报告从制造业发展与社会变迁的时间脉络,阐述了工业1.0到工业4.0的特征,总结归纳了全球制造业的发展历程,并从国家战略需求层面,精确分析我国机械工业现状及国际前沿核心技术发展动态。他结合数字化设计、智能设计的国内外研究热点与发展趋势,综述了智能制造的三大内涵,并提出机械化→自动化→智慧化→脑控化的制造科学发展必由之路。谭建荣院士深入浅出、生动精彩的报告深深吸引了广大师生,受到与会者热烈欢迎。承办国内机械工程领域学术会议2次。组织成员赴浙江大学、北京理工大学、北方交通大学等国内院校7次。学院积极开展中外合作办学模式的尝试,先后与英国斯旺西城市大学、英国斯特拉斯克莱德大学等国外大学建立了合作培养协议,有4人次赴国外进行考察学习。合作办学对培养能熟练运用英语、知晓国外专业知识具有国际化服务意识和创新意识的专门人才,对引进国外优秀教学资源,拓宽教师的国际视野等均具有积极意义。

2)管理体制与内部运行

实验室实行相对独立的校院两级管理机制学校对实验进行宏观指导和管理,正点游戏注册网站具体落实实验中心各项建设与管理工作。实验采取主任负责制,全面负责实验的总体建设规划、设备条件建设、教学运行管理和教学资源的统筹调配等工作。学校及实验室建立完善的管理制度,对实验室进行规范化管理。建立的规章制度有:内蒙古工业大学实验室建设评估标准(试行)、内蒙古工业大学教学仪器设备购置工作流程、内蒙古工业大学自制实验仪器设备的管理规定、内蒙古工业大学实验室开放管理办法、内蒙古工业大学实验室(中心)安全制度、内蒙古工业大学实验材料、低值品、易耗品管理办法等。

实验室建立了学术委员会制度,聘任学术水平高、公正严谨的本学科教授担任学术委员会主任。定期组织实验室举办科技学术交流,定期安排邀请有关专家作学术报告,评选教学、科研项目的评审推荐,职称申报人员学术评价,研讨实验室工作进展等工作。已完成了两次共18项学生科技创新项目的申报。

实验室重视文化氛围建设,围绕先进制造理念与特色,运用艺术表达形式,营造学与教、工程与艺术、人与环境的和谐氛围。通过 Logo 墙的设计,机械设计文化墙的设计, 通过古代机械到现代高速动车组的演变历程,将历史与现代发展并存呈现,营造了机械基础实验在机械特色人才培养方面的文化氛围,展示了实验先进的工程教育理念。

3)开放共享与合作交流

实验室“面向全、形式多样、讲究实效原则,做好实验室开放工作加强实验室管理与服务工作,以优质高效服务吸引校内外科研人员进入实验室从事科研与教学工作。提供筹措资金,在学生中设立了“学生科技创新实验”开放项目和基金;加强与国外同行合作与交流邀请国外专家来我室进行学术交流实行“联合、开放、流动、竞争”原则,聘请区内外有关专业的知名专家来室工作,或聘为兼职研究生导师、合作攻关;实验室重大设备对全区开放,实现共享。

实验通过基于网络的信息化和智能化建设管理,制定和完善各种流程和各项规章制度,转变单一实验室专为某一门课程或专业服务的传统做法,实现在人员、仪器设备、教学安排等方面的集中管理、统一调配和资源共享,充分利用已有的实验教学资源和实验场地,通过集体预约和个体预约相结合的方式,在实验时间、实验内容、实验资源使用和实验主体等方面形成了开放式运行管理模式,有力保证了实践教学的有序开展和教学质量的稳步提高为学生自主实验、科学研究等个性化学习创造了的良好实验环境和条件。

七、实验室近期工作方向

立足自治区装备制造、航天工业、能源产业等工业领域,开展先进制造、设计技术的探索与工程应用,发展机械工程学科的设计理论与方法,为自治区新型工业发展提供技术支持。培养和建设一支能够开展复杂机电系统设计制造的高素质科研队伍,逐步将实验室建成具有自身特色、代表地区科学水平的装备制造技术创新研究基地,为自治区经济建设服务。

1、进一步加强人才引进力度。充分发挥自治区“草原英才”等政策的作用,引进培养国内外装备制造高级人才担任学科带头人2-3人;同时要着眼于培养具有发展潜力的青年骨干教师,制定专门培养计划,促进人才可持续发展。鼓励和支持青年教师进入国内外高水平大学和重点科研基地研修学习、开展学术交流活动,提升实验室人员的整体素质,使重点实验室主要科技骨干层次结构、知识结构、年龄结构进一步优化。

2、进一步加强实验室学科建设。凝练学科方向,集中力量,重点在一下几个方向形成有影响的研究成果。

机电液复杂机电装备研制。

在前期研究的基础上,针对不同型号固体火箭发动机装药过程中的各个工序,开发提高生产效率的多发浇注、多发插芯、多发硫化系统;研究开发固液混合新型先进发动机试验控制系统;开发提高装配效率的单发固体火箭发动机浇注的自动对中装备等,改造现有自动化控制程度低以及手动操作的系统,尽量减少现场工作或实现现场无人操作。

智能机器人技术研究。

开展基于机器视觉伺服的在线检测系统研发,图像特征提取、图像处理、机器视觉算法研究以及基于DSP的机器人视觉信息处理系统的应用研究。该研究方向与内蒙古电力科学院合作,围绕变电缆隧道巡检机器人、高压带电作业机器人、硅橡胶绝缘子清扫机器人,电力输电线路除冰检测机器人等电力特种机器人所涵盖的机电一体化技术、计算机控制技术、人工智能技术、多传感器融合技术等学科在电力生产中的应用开展研究和推广应用以满足电力行业对智能机电技术的现实和潜在需求。针对四旋翼小型无人机开展开放式机器人控制器、嵌入式控制器以、基于Agent的遥操作机器人控制器以及导航系统开展研究,力争在神经网络控制、模糊控制等智能控制算法有所突破。

农牧业装备技术研究。

研究推广农牧业装备整机数字化建模、发展技术,为农牧业装备整机动力学分析及优化创造条件,缩短产品开发周期,降低开发成本。以收获机械为重点,研究基于物联网的农牧业装备使用过程监控通用方法。研究建立农牧业产品配置模型,及对该模型的求解算法;采用符号规则和事例推理相结合的复合知识规则,保证问题求解方法的独立性和通用性,有利于复杂机械产品的配置设计知识和规则的表达和实现。在收获机械使用过程中,使用 RFID 标签、传感器等物联网设备,对工作过程中的装备信息进行精确采集、整合、集成、分析和共享,使得农牧业装备状态得到实时监控,有利于提高农牧业装备使用的可靠性和经济性。

设计和制造极端尺度化的机械装置。

如可降解的新型心血支架关键装置、MEMS化的高能发电系统。重点研究介入医疗器械设计理论、医疗器械制备技术与评价方法、高值耗材科研成果转化应用等三个新的研究方向。在心脑血管支架开发、介入医疗器械的研制、先进加工制造技术等方面形成特色和优势,以示范方式促进自治区在介入医疗器械研究领域的起步和发展。

针对废旧产品实施高技再制造术

在前期研究成果基于模糊粗糙集和基于遗传算法的两种复杂产品并行拆卸序列规划方法的基础上,实现指导诸如报废汽车等的大型复杂产品的拆卸规划实践,为企业提高汽车关键零部件拆卸效率、自动化程度提供技术支持,完善机电产品可拆卸设计辅助系统,完成产品的可拆卸设计半自动化建模、序列规划、可拆卸性评价等功能,促进了再制造基础理论和关键技术的研究。

3、进一步实验室内部管理。创新实验室管理机制,制定合理的人才遴选、绩效评价体系,建立利于实验室可持续发展的导向机制,努力营造一个人才辈出、人尽其才的良好成长环境。不断实验信息化和智能化建设,丰富实验室数字化教学资源,实现实验高效运行、资源共享、全面开放,是实验展功能、促进交流、扩大师生受益面的重要手段,是下一步实验室建设工作的重要内容。

4、积极开展学术交流。进一步密切与国内外高水平院校、研究机构的联系,开展国内、国际间学术交流与合作,聘请更多专家、学者讲学及开展合作研究,不断拓宽实验室的学术视野。

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