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[成果] 1900120049 上海
[TP242, TQ639.3] 应用技术 金属表面处理及热处理加工 公布年份:2019
成果简介:我国自主研制的大型民用飞机,通过产学研用的紧密结合,攻克大型飞机自动化喷涂技术。掌握空间大尺度变曲率表面喷涂的自动化关键技术,完成喷涂机器人单元本体及系统设计,建立高效率精密自动化喷涂系统装备。基于对喷涂工艺的广泛试验及深入理论研究,完成大型飞机喷涂表面重建和轨迹规划技术,建立高效率精密自动化喷涂工艺方法。最终实现飞机喷涂自动化系统及相应喷涂工艺,解决飞机手工喷涂对人体伤害大、喷涂质量差、涂料利用率低、自动化程度低、耗能高、污染严重等难题,大幅度提高喷涂质量和效率,并进行大型飞机部段的示范喷涂应用,为我国大型民用飞机的规模化生产提供先进的喷涂技术和装备。 多基体材料机身自适应喷涂工艺。适用于空间复杂曲面的喷涂机器人机构设计及轨迹规划。基于空间位姿检测及补偿的喷涂机器人协调控制。 依据大型飞机涂装所用涂料与工艺程序特点,研究航空涂料自动化涂装工艺,获得了相关的工艺技术参数,提出适用于大型飞机复杂表面的自动化喷涂工艺方法,建立大型飞机表面涂装工艺知识库和民用飞机常用喷漆工艺及漆料选择方法库。 以自主设计和制造的串并联机器人为基础,综合输调漆系统、中央控制系统、定位系统、离线编程等单元技术,集成研制了面向民用飞机大部件的机器人涂装系统,验证和解决了民用飞机自动化喷涂关键技术。
[成果] 1800290088 北京
TK124 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:固体表面浸润性质由于其重要的理论研究意义和工农业应用的指导作用,受到科学家的广泛关注。研究主要围绕空气中液滴在固体表面的浸润行为以及液相中与之不互容液滴在固体界面的浸润行为展开,却很少关注液相中气泡在固体界面的行为。 选取了4种典型的微观结构:光滑结构、微米柱结构、纳米线结构和微米柱/纳米线复合结构。改变结构的表面化学组成,对比了低表面能物质修饰前后二氧化碳气体过饱和溶液中不同结构和化学组成的界面上二氧化碳气泡的行为规律,明确了界面浸润性和气泡行为机制的关系。 选取传统传热体材料铜作为界面材料,在铜丝表面构筑三维梯度孔隙网络结构。通过稳定的三维孔隙网络在水相中诱捕气体形成贯通的气体高效传输通道。当单个气泡接触到铜丝界面后,气泡将粘附在铜丝表面,由球形变成球冠。 制备了气体浸润性可调控(包括疏气、亲气、超亲气)的圆锥形界面材料,并实现了气体在超亲气界面上的定向输运。
[成果] 1900010417 北京
N941.4 基础研究 社会人文科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:网络互联技术的广泛应用迫切需要信息科学理论方法的不断创新。大数据的聚变、网络拓扑无限拓展使得复杂信息系统的研究已经成为国际信息科学前沿领域的热点。然而,由于网络结构不断演化和资源数据的爆发增长,给信息基础理论提出新的挑战,如何揭示网络结构以及大数据动态演化的形态和本质,成为该项目研究的核心内容。 项目针对信息系统演化机理难以刻画、信息行为难以调控、小概率事件难以发现等由动态复杂性导致的难题,在973计划、国防科工局重大专项和自然科学基金重大项目等多项基金的资助下,经过二十余年攻关,阐明了复杂信息系统动态行为与结构复杂性是由系统关键要素之间随机与非线性关联相互作用决定的这一动力学学术观点,系统研究了信息系统的演化机理、网络结构特征和数据行为特征,建立了坚实的基础理论和原创性计算技术,主要发现如下: 1、针对复杂信息系统的随机非线性本质的表征,发现系统的复杂性可由有限的基本周期轨道度量,构建了复杂系统的有限多级逼近道路:提出了基本周期轨道的概念,率先证明了一类典型系统的复杂度可由有限“基本周期轨道”构成的代数方程严格求解,并由此揭示了复杂系统的有限逼近途径。 2、针对信息快速传播与全局突发涌现,发现网络核心结构的动态捕捉机制与爆炸性相变原理:首次创建了真实网络中“超级传播子”的局部拓扑信息流快速捕获方法;发现了对应多巨大连通分支的不稳定超临界相变现象,创建了动态网络快速传播与爆炸性渗流的连续与非连续相变机制。为信息传播优化、传播强度探测及网络攻防与安全等奠定了重要的理论基础。 3、针对多源异构海量数据分析难题,提出多动态数据子系统高效解耦重建的新计算模式,实现了大数据高精度计算分析:创立了多源动态异构数据系统的子系统解耦重建模式,构建了小概率事件的并行蒙特卡洛发现方法。解决了AMS-02的数据重建与分析难题,效率提高两个数量级,错误率低于万分之一。 项目发表SCI论文85篇,其中8篇代表性论文含两篇ESI高被引论文,SCI他引730次,WOS他引871次,8篇代表性引文平均影响因子指数为21.7。成果得到欧美百余位院士和著名专家在相关一流期刊上的正面评价和引用,例如MIT Technology Review以“超级传播子的新兴科学”为题对项目成果进行了长篇专题报道,称“北航的学者完成了真实网络世界中超级传播子研究的首个工作(first study)”;美国科学院院士E.H.Stanley称“能够有效并高效地识别大规模网络的关键节点”;欧洲科学院院士J.Kurths等称“相关工作迅速成为学术热点”,“开辟了一条理解真实传播的新道路(new way)”等;法国国家科研中心M. Boudaud教授称“数据分析达到了空前的(unprecedented)精度”。诺贝尔奖获得者丁肇中先生称该项目独立负责的数据分析“为AMS的成功做出了决定性的贡献”。项目第一完成人任两个国际期刊主编,2011年获美国宇航局(NASA)表彰,获2015年何梁何利科技进步奖。该项目获2013年教育部自然科学一等奖。
[成果] 1800140031 北京
TH132.41 应用技术 轴承、齿轮、传动和驱动部件的制造 公布年份:2018
成果简介:(1)课题来源与背景:项目来源于中航工业东安发动机(集团)“某机型面齿轮副技术研究”项目(编号:GYXY041-2009)、国家机械传动重点实验室"新型动力传动面齿轮啮合性能分析与实验研究"项目(编号:SKLMT-KFKT-200813)、兵器技术支撑项目"特种车面齿轮应用技术研究"(编号:20100002012107038)以及国防科技车辆传动重点实验室"先进传动面齿轮啮合性能与应用技术"项目(编号:13000002012107011)的研究任务。 面齿轮传动是在航空工况对系统更高性能要求的背景下产生的,与传统的锥齿轮相比,面齿轮传动具有传动体积小、结构重量轻、承载能力高等优势。国外某型号直升机面齿轮主减速器试验结果显示,采用面齿轮传动使得其重量由原来的1347lbs(磅)降低到815Ibs(下降了40%),承载能力提高35%,且整个传动系统噪音降低了10db,平均修复时间(MTBR)由原来的4000小时提高到了6270小时,但是由于军事应用背景,国外在面齿轮有关核心技术上的封锁已严重制约了中国高性能传动技术的发展和齿轮制造技术的进步。 (2)技术的创造性与先进性:①项目研制出了面齿轮数控加工专用刀具,形成面齿轮数控加工专用刀具设计与制造技术,属国内首例。②项目研发了面齿轮数控专用机床及配套加工软件,并在某型航空发动机上成功应用。③项目提出了面齿轮检测方法和指标,实现了面齿轮加工精度的评定。 (3)技术的成熟度、指标:项目研究出了面齿轮齿形设计与优化、齿轮强度分析、齿面啮合性能分析、齿面精密加工和齿轮性能试验测试等核心技术和方法,多数已达到稳定指标,技术成熟度高。加工的面齿轮产品齿距积累误差0.06mm,型面精度达到3μm,齿面硬度HRC62,渗碳层深度1.35mm,表面粗糙度0.48μm,齿面残余应力分布均匀。 (4)获奖情况:北京航空航天大学科学技术进步二等奖一次(2011年)。
[成果] 1900010446 北京
TH117 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该项目属机械工程领域机械摩擦、磨损及润滑学科。 航空航天、石化冶金、能源动力、海洋工程等重大装备和工业生产中,高端泵、阀、传动密封等大量关键摩擦副机械零部件,在高温高压、高速重载、腐蚀冲刷等严酷服役环境下磨损失效,频繁停产更换,不仅浪费极大,而且严重制约装备性能和生产效率甚至酿成重大事故。表面涂层技术,是解决上述问题的最有效方法。当今先进耐磨涂层,如NiCoCrAlY等合金、Si3N4等陶瓷、NiCr/WC等金属陶瓷等,往往仅耐磨或耐蚀等“单项”性能突出,无法同时具备上述严酷服役环境要求的优异“综合”性能。因此,研究出同时具有优异耐磨、耐蚀、耐高温等综合性能的新型特种耐磨涂层技术,建立其耐蚀耐磨理论,意义重大。 围绕上述目标,在杰青基金、863等23个项目支持下,经廿余年研究:发现Cr3Si、Ti5Si3等难熔金属硅化物和Ni3Al、NiAl等过渡金属铝化物,因其金属键与共价键共存、硅/铝含量高、硬度随温度反常增加等特件,而同时具有上述综合性质,但脆性大,无实用价值。据此,提出多元合金化、多相强韧化特种耐磨涂层设计思想,建立其高温耐磨耐蚀理论,开拓出激光熔覆多元难熔金属硅化物及难熔硬质相原位增强过渡金属铝化物等高温耐磨耐蚀特种涂层研究新领域,发展出综合摩擦学性能优异的十大特种涂层新体系。重要科学发现如下: 1.发现激光熔覆Cr13Ni5Si2/Cr3Ni5Si2、Ti5Si3/Ti2Ni3Si等6大系列多元多相难熔金属硅化物涂层,在高温高压、腐蚀冲刷服役条件下耐磨及耐蚀性能优异,磨损率随温度增加“不升反降”、磨损率对接触载荷不敏感、“不粘金属”等“反常”磨损特性及“不点蚀”、不局部热腐蚀等独特耐蚀性质,揭示基于其独特化学键、结构/成分特征及其物化性质的高温耐磨耐蚀机制。用该成果开发出系列高温高压耐磨耐蚀高端球阀,使用寿命达国际垄断产品的6倍以上。 2.发现激光熔覆TiC/(TiAl-Ti3Al)、Cr7C3/(Ni3Al-NiAl-G-CaF2)等4大系列金属铝化物高温低摩擦/自润滑耐磨涂层,在高温重载、高速滑动条件下优异的耐磨及自润滑性能,阐明硬质相与复相铝化物基体固有属性及其协同抗磨效应的高温耐磨机制,揭示G-CaF2宽温域耦合自润滑机理。成果成功应用于先进航空发动机矢量喷管高温重载驱动机构及刷式封严高温高速跑道等关键摩擦副。 3.在上述特种耐磨涂层激光烙覆过程中、在凝固冷却速度宽达101-105k/s范围内,发现TiC、Ti5Si3、Cr7C3等硬质小面晶体(faceted crystal)“光滑的液/固界面结构和侧向生长机制”两大根本特征恒定不变,指出一直奉为“经典”的“液/固界面结构和生长机制转化”的小面晶体“凝固理论”不成立。 发表SCI论文112篇(8篇代表作SCI他引337次),被Adv.Coat.Surf.Technol.专题报道及美国激光学会主席、世界腐蚀协会前主席、国内8位院士等三千余位学者正面引用(引文含12篇国际期刊综述论文);德国Clausthal工大、华中科大等国内外20余家团队沿用该成果学术思想跟踪研究。培养博士28人(全国优博提名2人、首批国防卓青1人);获教育部自然科学一等奖。
[成果] 1900010437 北京
[R683, R318.01] 基础研究 医院 公布年份:2018
成果简介:该项目属生物力学领域。冲击过载伤常发生于弹射、跳伞着陆、运动、交通事故、骨质疏松者日常活动等,具有频次高、防护难、不宜康复的特点,且往往伤情重、死亡率高。例如,即使是最优秀的飞行员在低空弹射、跳伞中都常常骨折10余处。已成为制约提升战机、伞兵作战能力、运动及老年人骨折防护等共性难题,但由于问题的高度复杂性,目前针对冲击过载性骨损伤、防护及康复的机理尚缺乏系统深入的认识。 在国家自然科学基金创新群体、重大国际合作、国防基础、杰青等项目支持下,完成人长期合作,在冲击过载性骨损伤机理、防护与康复方法等方面取得重大突破。 一、揭示了冲击过载性骨损伤与防护的仿生生物力学机制: 揭示了啄木鸟舌骨安全带式防护机制和上下喙不等长的双重减振机制;突破传统观点,阐明了板状松质骨非均匀分布的抗冲击伤机理,发现了啄木鸟头部线性与旋转并存的复杂运动学规律,为探索人体冲击过载损伤和防护机制提供了重要基础。受到国际碰撞力学、材料学领域的知名学者们高度评价,著名刊物J.Exp.BioL在其“突出成果”专文长篇介绍,被录入运动损伤、仿生生物力学专著及美国生物系本科教材。还受国防军事及运动康复领域高度重视和关注,已成功用于冲击性损伤防护装备设计。 二、发现了冲击过载性骨肌损伤、防护与康复的协同作用机制: 建立了下肢-足踝-鞋生物力学建模与验证方法,揭示了我国半蹲式跳伞足踝关节活动和肌肉协同作用的内在机制,发现了着陆冲击偏利性原则和性别差异性规律,提出了生物力学瞬态稳定性概念和评价方法,揭示了软组织与骨在足踝损伤、防护中的协同机制,提出了鞋垫设计与评测方法,为我国伞兵着陆、运动伤防护与康复提供了重要依据。被工程领域最古老著名期刊Proceeding of the IEEE重点评述、录入美国足部运动医学学会主席Werd教授撰写的热销学术著作,并被用于我国伞兵着陆训练方法改进和防护装备研发。 三、建立了骨损伤风险评测与防护的跨尺度生物力学方法: 建立了跨尺度骨生物力学模型,发现骨宏微观结构和力学特性改变与骨损伤间的定量关系,提出了跨尺度骨结构分类、骨损伤评测方法;并提出了微重力导致骨退化检测与评价方法,可为骨折高风险部位早期诊断、失重性和老年性骨质疏松治疗、防护与康复提供重要依据。成果被著名期刊Curr Opin Pharmacol等综述论文大幅介绍并特别推荐。 该项目在相关领域主要期刊发表SCI论文99篇,8篇代表性论文WOS被引381次,SCI他引324次,单篇最高他引137次。获教育部自然科学奖一等奖(2015)、中国生物医学工程界最高奖“黄家驷生物医学工程一等奖”(2017)。应CRC等出版社邀请主编专著5部。授权发明专利11项,软件著作权8项,应用7项,取得良好的军事、社会经济效益。第一完成人为杰青、长江学者、美国生物与医学工程院会士,所带领团队已成为国家自然科学基金创新群体和科技部重点领域创新团队,主办世界医学物理与医学工程大会(领域内最大系列会议)等6次。
[成果] 1800290003 北京
V232.4 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:项目开展航空发动机TC17钛合金叶片激光冲击强化疲劳增寿的基础以及工程应用研究。探究激光诱导冲击波作用下材料强化区域微观组织演变、残余压应力产生机制、硬化层产生机制;建立了激光冲击强化多尺度动态力学响应过程以及残余应力场分布有限元数值模型;开展了激光冲击强化表面完整性研究、激光冲击强化力学性能研究;着重对激光冲击强化疲劳寿命、疲劳极限、疲劳裂纹扩展行为展开深入的机理研究。 采用SEM和TEM等手段研究TC17钛合金激光冲击区域微观组织演变规律。研究结果表明:冲击影响层内α相晶粒平均尺寸减小,晶粒内部产生高密度位错。 采用动态显示有限元模块,开展激光冲击冲击过程纳秒级别响应研究。研究结果发现,激光冲击强化过程中应力波在材料内部传递形成“三明治”应力结构,激光冲击波峰值压力在深度方向呈指数式衰减。 通过有限元数值模拟研究不同激光能量、不同冲击次数下表面及深度方向残余应力分布规律,并通过试验方法验证残余应力分布的可靠性。 研究发现激光冲击强化可以提高TC17钛合金疲劳寿命4倍,可以提高TC17钛合金疲劳裂纹扩展寿命2倍以上。该研究首次发现激光冲击强化诱导裂纹迟滞效应,率先提出了激光冲击强化诱导残余应力作用裂纹扩展迟滞能量密度判据。
[成果] 1800130367 北京
TH12 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该成果属于航空、航天科学技术领域。随着新一代武器装备高可靠长寿命要求的提出(如航天器产品在轨寿命10~15年,航空电子产品平均故障间隔时间(MTBF)为5000~7000小时,是现有指标的5~7倍),以往基于概率统计的可靠性设计和寿命验证方法(如基于GJB299C的可靠性预计、基于Duane/AMSAA模型的可靠性增长、基于故障统计的寿命评估)从技术、时间、经费上已很难满足要求,成为装备研制的瓶颈问题。成果依托可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室、航天机电产品环境可靠性试验技术北京市重点实验室、中关村开放实验室等研发平台,以解决新一代武器装备高可靠设计与长寿命验证关键技术为目标,实现质量强国及企业品牌的提升,并服务于北京市高新企业,促进首都经济发展,支撑国家创新战略。主要创新点包括: 1.建立了基于失效物理的高可靠设计和长寿命验证理论体系,将工作思路和技术方法的重点由“以故障结果数据的获取与统计”转变到“对故障产生规律的认识与建模”,解决了可靠性设计与产品设计脱节、无故障情况下长寿命难验证或预测的瓶颈问题,系统给出了总体思路及技术框架。 2.针对电子产品高可靠设计要求,突破了多故障机理耦合关系及建模、基于失效物理的可靠性仿真、基于可靠性强化试验的故障快速激发等关键技术,形成了“机理模型-仿真分析-试验激发”反复迭代的高可靠设计方法论,解决了以往只能通过改变外部环境和元器件等级,而无法实现设计参数改进的可靠性提升难题。 3.针对非电产品长寿命验证要求,突破了多退化机理耦合关系及建模、基于失效物理的耐久性仿真、基于机理模型定量设计的加速寿命试验、加速退化和失效数据相结合的寿命预测等关键技术,形成了“退化机理-加速试验-预测模型”实时修正的长寿命验证方法论,解决了以往统计试验样本量大、时间长、预测不准确的难题。 4.开展了重大工程的实践创新,形成了具有航天、航空、电网、轨道交通、核工业、医疗领域特色的高可靠设计和长寿命验证军民应用技术,形成了行业规范,解决了理论体系的适用性及工程指导问题,显著促进了军民领域的可靠性和寿命技术进步。 该成果授权发明专利8项,形成技术标准4项,形成专著1本,发表论文32篇(SCI论文20篇),获得了中关村开放实验室储备项目奖励,技术自主创新性强,市场需求度高,成果推广应用产生的直接和间接经济效益2.25亿元,有力地促进了首都经济建设和发展。
[成果] 1800130098 北京
TP242 应用技术 环保、社会公共安全及其他专用设备制造 公布年份:2018
成果简介:对工作于家庭环境的移动式服务机器人而言,传统导航技术存在地图表达缺少语义信息,导航行为呆板,导航效果依赖高成本传感器等问题,成为制约移动机器人进入家庭的关键技术瓶颈。为解决此问题,该项目构建了基于语义的多层次环境地图,设计了拟人化的机器人导航行为,实现了室内导航技术的低成本和产业化,推动了移动机器人技术进步,让机器人走入千家万户,促进了服务机器人产业发展。 主要创新包括: (1)定义了表征家庭环境的景物语义地图构架,改进了基于深度学习的物体检测技术和地图构建技术,利用真实环境样本,将物品识别率提升了15%;设计了基于消费级双目视觉和超声波传感器的机器人环境检测系统,相对于常用的激光和立体视觉传感器,硬件成本降低了85%;实现了家庭地图的几何描述、拓扑和物体语义表征。通过对1.6余万台机器人在实际家庭环境中的使用情况统计,发现地图尺度涵盖30~300平方米,自动建图成功率达96%,证明了上述算法和系统的适用性。 (2)建立了机器人的情绪和心境空间,提出了表达机器人情绪和心境变化的情感引擎,与导航技术相结合,提升了机器人导航行为的安全性、合理性和拟人化程度。通过该情感引擎驱动的机器人导航技术,已在16000多个家庭、3000多个商用场景中使用,成功率高达98%,得到了用户和观众的普遍认可。 (3)设计了机器人传感系统的自动检测和标定方法,研制了传感器标定系统,实现了机器人在生产线上的自主标定,简化了生产流程,减少了人工费用,使得成品率达到99%以上,为有效降低机器人系统硬件成本提供了技术支撑,在国内外率先实现了大型家用服务机器人的规模化生产。 该成果获批国际专利2项,中国发明专利32项,实用新型专利9项,软件著作权15项,外观专利12项,发表论文31余篇(期刊和会议31篇),SCI他引335次。成果产生的直接经济效益近1.7亿元,市场销量2万台左右。该成果创新发展了人机共融环境下的地图构建和导航技术,强化了家庭场景下的导航效果,提升了用户体验,研制了面向家庭服务机器人批量生产的关键性智能制造装备和系统,有效降低了移动式家庭服务机器人的硬件成本,形成了一整套具有完全自主知识产权的,大型家庭服务机器人关键技术、研发、生产体系,促成了全球首批大型移动式家庭服务机器人的规模化生产和推广应用,对家庭服务机器人的产业化进行了卓有成效的探索,提升了中国在先进制造领域的自主创新水平和国际竞争力。
[成果] 1900010816 北京
TM914.4 应用技术 电池制造 公布年份:2018
成果简介:聚合物太阳电池具有器件结构简单、重量轻和可制备成柔性和半透明器件等突出优点,是具有重要应用前景的清洁可再生能源。该项目针对聚合物太阳电池中的关键光伏材料---共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体光伏材料进行了系统深入地研究,取得了系列重要创造性研究成果。主要科学发现如下: (1)从2004年开始,针对当时聚合物给体光伏材料吸收光谱不够宽和空穴迁移率较低的问题,国际上首次提出通过共轭侧链拓宽吸收和提高空穴迁移率的分子设计思想,设计合成了一系列带共轭侧链的宽吸收二维共轭聚唾吩给体光伏材料。该类聚合物具有宽的可见区吸收、较低的HOMO能级和较高的空穴迁移率,这都有利于给体材料光伏性能的提高。一种带二(噻吩乙烯)共轭侧链的聚唾吩给体的光伏效率比最具代表性的聚(3-己基噻吩)(P3HT)提高了38%。该成果被国际同行肯定为带共轭支链的二维共轭聚合物的“Pioneeringworks”。 (2)在上述二维共轭聚噻吩的研究基础上,首次把噻吩共轭侧链引入到苯并二唾吩(BDT)结构单元上,合成了一系列基于带噻吩共轭侧链BDT单元的二维共轭聚合物。与对应的烷氧基取代聚合物相比,这类二维共轭聚合物吸收光谱有所拓宽、HOMO能级有所下移、空穴迁移率有所提高,作为给体光伏材料的光伏性能都有显著提高。其中基于噻吩取代BDT和羰基取代并二噻吩的二维共轭聚合物PBDTTT-C-T的光伏效率达到7.6%,为当年(2011年)聚合物太阳能电池的最高效率之一。这种二维共轭的结构设计思想得到了国际同行的广泛关注和发展,这类给体光伏材料被国际同行评价为取得了“the milestones”光伏效率。 (3)针对P3HT/PCBM体系受体LUMO能级太低导致器件开路电压低的问题,提出通过使用富电子的茚双加成来提髙C60的LUMO能级的思想,合成了茚双加成C60衍生物ICBA。ICBA的LUMO能级较PCBM上移0.17eV,以其为受体、P3HT为给体的光伏电池提高到0.84 V,效率达到6.48%。考虑到C70较CM较强的可见区吸收,该项目又进一步合成了茚双加成C70衍生物IC70BA。通过使用氯萘添加剂,基于P3HT/IC70BA的光伏器件效率提髙到7.4%,创造了基于P3HT光伏器件效率的新记录。ICBA被国际同行评价为"remarkable"双加成富勒烯衍生物。 该项目研究成果对聚合物太阳能电池光伏材料的研究起到了重要推动作用。8篇代表性论文包括dcc. Cheat. Res.(1篇)、J. Am. Chem. Soc. (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (1篇)、Adv. Mater. (2篇)、Energy Environ. Sci.(1篇)和Adv. Fund. Mater. (1篇)。这8篇论文已被SCI他引4427次,单篇最高他引1338次。主要完成人李永舫在相关国内外学术会议上作大会报告和邀请报告100多次,其中2012年在美国召开的IUPAC世界高分子大会上有关二维共轭聚合物给体光伏材料的邀请报告获得美国化学会高分子学术报告奖。突显该项目研究成果在国际上的重要影响。
[成果] 1900010618 北京
TH132.41 应用技术 轴承、齿轮、传动和驱动部件的制造 公布年份:2018
成果简介:齿轮是工业的象征,是航空发动机、坦克、重型机械等髙端装备的核心关 键基础零部件•航空发动机机械系统中80%以上的故障是因螺旋锥齿轮应用空间载荷极限问题造成的,齿轮的性能质量问题已成为制约航空发动机等高端装备发展的重大瓶颈之一。面齿轮传动突破了尺寸、载荷、速度等性能参数的限制,是替代螺旋锥齿轮传动的高性能新型先进传动形式,可大幅度减少体积,提高功率及可靠性。面齿轮概念是30年代提出,传统啮合原理和加工方法,导致面齿轮啮合是“线-线”接触,接触区小,单齿承载能力差,无法实际应用。直至90年代美国才率先将面齿轮技术应用到军机上。从2002年开始,项目组在国家重大项目的支持下,针对国外技术封锁,经过15年艰苦研究,攻克了面齿轮“构型难,成形难、评价难”等难题,实现面齿轮技术成功应用。取得发明如下: 1)针对传统啮合原理下轮齿接触区小、承载能力差的问题导致高承载面齿轮齿面构型难,提出了用一系列定曲率、微曲面离散描述高阶曲面的齿轮数字啮合原理。发明了面齿轮的“面一面”局部接触方法。提出了面齿轮接触区可控双向修形方法、加载接触分析方法,实现了面齿轮高承载齿面一体化设计。经测试,面齿轮啮合效率98.6%承载能力较螺旋锥齿轮提高35%以上。 2)针对面齿轮“面-面”接触导致的高阶曲面展成加工难及现有加工装备空间角度受限难题,基于齿轮数字啮合原理,发明了面齿轮展成加工专用刀具,发明了面齿轮七轴五联动磨齿加工数控机床,发明了面齿轮多轴展成专用高精度数控系统。实现模数1-10.5mm、直径100~800mm的面齿轮4级高精度加工。 3)针对复杂多变工况下高速重载面齿轮长寿命加工的难題,提出了面齿轮数控展成刀位控制方法,发明了面齿轮长寿命气体深氮化工艺,发明了面齿轮低应力加工方法,建立了面齿轮高精度加工质量一致性工艺。实现面齿轮长寿命加工。经测试,齿面应力均方根89.4MPa、可靠性寿命较螺旋锥齿轮提高56%。 4)针对新型面齿轮齿面曲率变化复杂无评价方法的难題,发明了面齿轮齿面精度和传动误差检测方法,研制了面齿轮单面啮合测量仪和综合性能试验台,建立了全系列面齿轮齿面精度、啮合精度检测方法和标准,实现了4级精度的面齿轮副传动误差及切向综合偏差的高效检测。 成果鉴定指出,面齿轮技术整体性能指标达到国际先进水平,其中型面精度2~4um、齿距累积偏差0.04mm等性能指标优于美国。(1)完成了30架Y20大型运输机航空发动机面齿轮动力装置的装机任务,直至目前,面齿轮动力装置故障率为零:(2)成功应用在6种型号的重型减速机产品中,效果显著;(3)通过了“新型大动力坦克主传动系统试验台”考核,成为下一代主战坦克主传动系统应用方案。项目近三年累计经济效益2.56亿元,具有重大社会和军事效益,使中国成为世界上第二个具有高精度重载面齿轮设计制造能力的国家。项目获2017年度中国机械工业科学技术发明一等奖;发明专利17件、软件著作权4项;行业标准3部:SCI论文32篇、专著1部。
[成果] 1900010346 浙江
TP316 应用技术 公共软件服务 公布年份:2018
成果简介:云计算是互联网时代国际竞争的制高点,其自主可控关乎国家发展与信息安全。云操作系统是云计算的核心基础软件,因其挑战巨大,核心关键技术只有亚马逊等少数国际巨头掌握。随着中国互联网的高速发展,涌现出一批以“双11”和“城市大脑”为代表的新一代数据密集型互联网应用,其数据规模巨大、负载波动剧烈、全量计算复杂的特征,给云操作系统带来全新的挑战。 体系结构创新:“以虚拟化为中心”的云操作系统通过节点资源的虚拟化切分实现管理的灵活性和效率,但规模受限,难以应对负载的剧烈波动和复杂全量计算。该项目创造性地提出了“以数据为中心”的体系结构,首次在云操作系统中提出数据资源中心的设计,实现了跨中心的统一数据存储和数据调度;提出资源“先聚后分”的技术路线,通过统一的资源调度和存储管理,实现全局的资源弹性和效率;通过原生的大规模分布式数据计算服务,结合“计算-数据”依赖关系分析,实现面向多数据中心海量异构数据的近源高效计算。 关键技术突破:在应对新一代数据密集型应用挑战的过程中,该项目突破了以下关键技术:单集群万节点规模混合负载调度(伏羲)。通过计算复杂度降维、软状态故障恢复、性能干扰预测与调度避让等创新方法,万节点集群调度延迟<300微秒,集群综合利用率提升至68%,达国际领先水平。大规模高并发存储的性能保障(盘古)。通过名字空间动态分裂、不定长条带划分和动态映射、端到端数据校验等创新方法,读写延时率先降至169微秒和99微秒,数据丢失概率首次降至10-12。大规模多源异构数据的计算优化。首次将基于代价的优化技术应用于SQL和NoSQL融合的大数据计算,性能超过主流开源引擎1.3倍;通过语义感知的三维图数据划分、自适应动态重构的弹性容错等原创方法,图计算性能提升10倍以上,流计算引擎支撑每秒亿级实时查询请求。 工程挑战攻坚:飞天研发是复杂的系统工程,过程中解决了多租户自主安全管控、全系统分析诊断和运维等工程难题。历经近10年,研制出全球数据中心统一部署的飞天云操作系统,首次实现计算能力在全球范围水平扩展,在2015、2016年Sort Benchmark数据计算能力评测中刷新6项世界记录。 飞天已实现大规模商用,服务于金融、制造、能源等国家重大行业领域及Air Asia、PayTM等“一带一路”国家的企业,惠及全球200多个国家和地区的230多万客户,近三年直接经济效益172亿元。国内市场份额排名第一,且已展现国际竞争力,全球营收超越谷歌排名第三,营收增速126%超越微软和亚马逊。 项目获发明专利授权165项(含国际专利授权53项),发表论文68篇,参与13项云计算国家标准研制。包括陈左宁等5位院士的鉴定委员会认为,飞天取得了4项原始创新,3项重大创新,“核心技术完全自主可控,总体技术达到国际领先水平,是中国信息基础核心技术领域的重大科技成果。对中国乃至全球互联网产业发展具有特殊重要的推动作用,是以企业为主体的云计算核心关键技术自主创新的成功实践”。获2017年中国电子学会科技进步特等奖。
[成果] 1900010591 北京
V55 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:飞船舱门和深层钻取采样器是一类具有复杂序列运动特征的航天器功能执行机构,在空间极端环境下极易出现故障,且难以修复。因此,在地面模拟空间极端环境下验证其设计合理性和工作可靠性事关航天任务成败,是航天器发射前不可或缺的重要环节。 国际上对此类机构通常采用分项独立的热真空环境下静态测试和地面大气环境下动态测试,再辅以仿真推演。测试结果往往存在较大偏差,无法对航天器功能执行机构进行有效考量,给在轨运行带来了巨大的风险和隐患。因此,空间极端环境下机构复杂序列运动地面综合测试装备研制一直是国际航天工程领域致力攻克的瓶颈,受困于测试机构设计、空间极端工况模拟和多参变量性能综合测试等公认技术难题,传统机构学和真空科学等理论难以适用,研究极具挑战性。项目组围绕国家科技重大专项载人航天与探月工程的重大需求,独创了舱门和深层钻取采样机构运动性能综合测试装备,主要发明点如下: 1、发明了一类可实现复杂序列运动测试的变拓扑机构。针对一类航天器功能执行机构序列运动过程中几何/运动/力约束复杂多变的特点,提出了变拓扑机构构型综合与优化方法,解决了变拓扑机构多构态综合创新设计这一机构学前沿难题,发明了可实现舱门锁和舱门开闭序列运动测试的变拓扑机构和可实现钻具回转/冲击/下钻/取样等序列动作的多工位深层钻取采样测试变拓扑机构。 2、发明了机构复杂序列运动作业的真空热环境模拟技术。提出了舱门机构内外双室无油高真空系统设计方法,实现了高真空、温度交变、大压差工况并存的在轨真空热环境模拟;提出了高密实度模拟月壤热真空制备技术,实现了极限真空度1Pa、温度-40℃~200℃的模拟月壤分层梯度分布,优于美国NASA的极限真空度853Pa、单一温度-20℃的模拟月壤真空热环境指标。 3、发明了空间极端环境下机构复杂序列运动综合性能测试装备。攻克了空间作业环境模拟与复杂几何/运动/力等约束下机构序列运动性能测试集成难题。研制了舱门机构运动/力/密封等综合性能测试装备,各项指标均优于国际空间站舱门测试装备现有报道的水平;研制了模拟月面环境深层钻取采样运动/力/热等综合性能测试装备,所制备的模拟月壤体积为美国NASA同类装备的23倍。 该项目研究成果已获授权国家发明专利30项;在Acta Astronautica、Applied Thermal Engineering等权威国际期刊上发表高水平学术论文,其中,变拓扑机构设计论文获2015年IEEE/IFToMM国际会议最佳论文奖。 成果成功完成了我国“神舟”系列载人飞船、“天舟”货运飞船、“天宫”空间实验室、“天和”空间站等型号的舱门运动性能综合测试以及探月三期“嫦娥五号”极端工况下的模拟月壤钻取试验。上千次试验结果为舱门和钻取采样器的改进设计提供了重要依据,排除了舱门主转轴轴承滚珠脱落、舱门密封圈失效和钻具切削刃断裂等进大故障风险,有力保障了我国航天重大型号工程任务的顺利实施。鉴定委员会认为该项目技术难度大,有重大创新,达到了国际领先水平。
[成果] 1900010535 辽宁
X53 应用技术 环境治理 公布年份:2018
成果简介:该研究属于资源与环境领域。 石油污染是全球性重大环境问题。但经济实用的石油污染土壤修复技术却很匮乏,是该领域的瓶颈难题。生物修复由于经济、环保等突出优点,一直是治理有机污染土壤的首选技术,30年来备受关注。但对于烃类(TPHs,PAHs)污染土壤,生物修复效率偏低,导致工程应用受限。在此背景下,各种与生物联合的强化降解方法应运而生,逐渐成为行业的研发重点。 该项目发现,电动效应能够促进土壤中的生物降解,进一步研究表明:电动效应强化了生物和化学的独立反应及交互作用,克服了脱附、传质、电子受体等障碍因子,实现了优势互补、效率叠加。然而,生物与化学反应的最适条件不一致,反应高效期在时间上不同步,反应高效区在空间上不均衡。由于电动和生物的不协间,导致两者在效率叠加时互有抵消,增速增效不显著。 为此,该项目绕生物、电动及工艺组合,研究反应过程和耦合机制,发明了新材料、新设备、新方法,提出了协同修复原理:确定生物与电动兼顾的条件“窗口”,建立生物快速降解段;通过切换运行,实现效率叠加的时空均衡互补。通过技术集成和工程实证,解决了污染土壤生物修复中的低速低效难题。主要技术发明点如下: (1)发明了与电动匹配的耐受型菌剂。探索了电动效应对微生物的“激活”机制和条件“窗口”,选育了电场下能够高效降解烃类污染物的功能菌株,创制了耐电耐盐复合菌剂。在场强≤3V/cm、盐度≤2%的条件下,土壤微生物量(CFU)在107以上,降解高效期延长1~3倍。 (2)发明了精准电场构造技术。研发了系列功能电极、电场强度检测仪器,提出了电极矩阵排列/极性切换/空间旋转及迭代方法,建立了可在线修正的精准电场。电场覆盖率≥90%,场强与污染物浓度的空间分布适配率≥80%,电动高效区扩大30%,电动高效期延长1~2倍。 (3)发明了石油污染土壤电动-生物协同修复技术。构建了生物、电动和调控三个单元模块,提出了效率加和模型Dmax=f(∑SE·TB+∑SB·TE),建立了全过程为高效反应期、全区域为高效反应区的修复系统;同时提出了参数优选模Con=g-1(Dmax),由此反推得到最佳修复条件。以智能控制系统及一体化设备为平台,集成了基于数十项发明的电动-生物协同修复技术,电极间距达到lm,石油污染土壤的修复效率大幅提高,是现有生物修复技术最高效率的2.5~3.5倍。 应用该研究成果,建成了万吨石油污染土壤异位修复工程和面积为1平方公里的采油区污染地块原位修复工程。核心性能指标远超国际同类技术:土壤pH7±1.5;电场覆盖率提高50%以上,场强与污染物浓度分布适配率提高60%以上,污染物降解率空间变异≤10%,削减负荷由现有生物技术的80g/m3·d提高到200g/m3·d以上,效益成本比提高1倍以上。 该项目受“863”计划、“973”计划、国家自然科学基金、国家科技重大专项和省部级重大项目资助。申请发明专利42件,包括国际发明专利PCT4件;授权发明专利18件,包括美国发明专利1件。登记软件著作权8项,获批企业标准3项。发表论文136篇,包括SCI 47篇;出版专著1部,在耐受型功能菌剂、电极/仪器/设备、协同修复工艺三个方面取得了重大突破。获山东省、辽宁省科技进步一等奖共2项。在胜利、辽河、吉林等油田进行了推广应用,近三年累计修复污染土壤13.9万吨,取得经济效益1.92亿元,2016年被遴选为《国家重点环境保护实用技水》(油田石油开采和石油化工污染土壤(场地)电动-微生物修复技术),社会环境效益显著。
[成果] 1900010590 北京
TB559 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:新一代飞机、发动机等高端装备的承力系统质量是决定装备成败的关键因素之一,其中大量连接孔系、传动轴系、传动筒系等承力关键区难加工合金(钛合金、高温合金、高强钢等)加工质量指标最受关注,其加工精度、表面籼糙度、残余应力场等指标直接关系到整机性能与运行可靠性。然而难加工合金高质加工是公认的难题,加之新一代飞机轻/强叠层、薄/深/长整体等复杂新结构特征极易产生加工热损伤、力变形,导致现有加工技术无法满足高加工质量要求,严重制约了型号研制与批产进程。针对上述加工难题,该项目持续攻关20多年,发明了蛇行高速分离超声振动降热降力高质加工新技术,主要发明如下: (1)针对难加工合金加工中热损伤与力变形问题,发明了蛇行高速分离超声振动降热降力高质加工方法。提出了“蛇行高速分离”超声振动加工新模式,建立了蛇行超声振动切削断屑理论及超声振动滚压分离增塑理论,揭示了其降热降力机理和提高加工质量机制,该方法与目前生产采用的最优加工相比,相同材料去除量、去除率及热损伤容限下,突破难加工合金切削速度限,实现了走刀精细1倍以上,相同表面强化效果下静态滚压力下降3倍以上。 (2)针对蛇行高速分离超声振动加工中加工表面质量稳定性难题,发明了蛇行超声振动的精准控制技术。发现超声振动频率与主轴转速之比是控制表面质量稳定性的关键,还发现超声换能器在“偏固有机械谐振区”具有抗变频稳定谐振的能力,以及松耦合感应供电器漏感可以直接匹配换能器容抗,从而发明了振痕错位量和振动能量传输的精准控制技术,实现了超声振动加工表面振痕控制偏差小于5%、振动能量传输效率达到92%。 (3)针对超声加工装备的生产适用性问题,发明了可互换、小体积高效能超声振动加工装备。发明了高效能蛇行高速分离超声振动车床刀柄、铣床刀柄、制孔工具、滚压刀柄等四大系列超声振动加工系统,研发了新一代歼击机、舰载机、航空发动机的连接孔系、传动轴系、作动筒系等关键区超声振动加工装备,应用后与目前生产采用的最优加工相比,切削加工精度、表面粗糙度改善1级以上,滚压表面增寿效果提高1倍以上,加工质量完全满足型号设计要求。 该项目获授权发明专利53项,受理发明专利13项、发表SCI/EI检索论文51篇,其中6篇发表在Int J Mach Tools Manufact、IEEE Trans Ind Electron(IF=7.1)等行业权威期刊。鉴定评价:该项目总体技术达到国际先进水平,其中蛇行高速分离超声振动加工模式处于国际领先水平。 该成果已成为成飞、沈飞、东安、黎明等企业新一代飞机、发动机难加工合金高质加工的关键装备,实现了关键区加工质量瓶颈问题的突破,并市场化应用到700多家企业,近三年代表性企业新增销售额8亿元、新增利润0.7亿元。在新一代歼击机成功首飞中做出突出贡献而受到中航工业表彰,被国防科工局列为全国军工行业重点推广的关键制造技术,第一完成人发起并成立了中国机械工程学会超声加工技术委员会,推动了我国高端制造技术的发展。
[成果] 1900010684 北京
TB852.1 应用技术 文化、办公用机械制造 公布年份:2018
成果简介:高铁、大飞机等载运工具的研制是我国进行高端装备制造产业升级的标志性工程,关系到民生和国家安全。这些载运工具的外形复杂、空气绕流流场三维特性强,致使气流和载运工具间的相互作用具有强时空耦合特性,必须对其进行气动规律研究和外形优化设计,以保障安全性、经济性、舒适性和环保性。在风洞中进行模型吹风试验以获取绕流流场的时空信息,能够揭示气动力产生的物理本质,是外形优化设计的必要环节。但现有的粒子图像测速技术(PIV)在测量复杂流场时存在流场信息失真和适用性差等技术问题,难以获得高精度的三维速度场信息,是一个公认的国际性难题,也是制约我国高铁、大飞机气动外形设计的瓶颈。因此,实现对复杂流场三维测量技术的突破,对我国高端载运装备的研制具有重要意义。 该项目通过产学研用紧密结合,计对现有PIV技术存在的流场“看不全,看不淸,看不准"三个核心问题,在三维复杂流场精细测量技术上取得关键性突破,形成了具有自主知识产权的三维流场测速装备的系列产品。发明点如下: 1)针对单相机不能实现H维流场测量的现状,分析了果蝇复眼的三维成像机制,解决了复眼成像图像碎片化、耦合化和复杂化的难题,提出了仿复眼单相机成像三维空间重构的新原理.发明了能够实现超视角观测的单相机三维流场测量新技术,解决了单相机流场测量“看不全”的问题。 2)针对示踪粒子在三维流场成像中散射特性差的问题,发明了专用示踪粒子表面复合镀膜的新工艺,大幅度地提高了示踪粒子的光散射能力,消除了示踪粒子间的团聚,将粒子成像对比度提高了70%、粒子三维重构中出现虚假粒子的比例从65%降低到5%,解决了三维流场“看不清”的难题。 3)针对现有实验数据处理和分析方法精度低的问题,提出了通过流体运动主控方程进行三维流场数据挖掘的新原理,建立了套量化评估实验数据准确性、可靠性和精度的新方法,发明了满足物理守恒约束的数据降噪、修复和重构的新技术,有效地抑制了误差在数据处理中的传播,显著提升了实验数据的可靠性和精度,解决了复杂流场“看不准”的问题。 该项目形成的三维流场测速系列产品已装备于中国空气动力研究与发展中心、中国航天空气动力技术研究院等多家单位的生产型风洞,成功应用于高铁“和谐号”、“复兴号”和大飞机C919的外形定型设计、部件气动优化设计、边界层转捩测量、大迎角失速等多个气动试验科目,测量得到的精细化流场为提升相关型号的气动性能、保障运行安全提供了关键的数据支撑,为型号研制工作顺利开展做出了实质性贡献。此外,该装备的系列产品还服务于国内主要985和211院校及航空航天、船舶和轨道交通等领域的研究单位,同时出口美国、德国、俄罗斯、日本和澳大利亚等18个国家和地区,应用单位超过300家,近3年累计销售超1.6亿元,产生了重要的社会效应和经济效益。该项目获得授权的国家发明专利18项、实用新型12项、软件著作权7项;发表SCI论文30篇。
[成果] 1900010398 北京
TP271.62 应用技术 通用仪器仪表制造 公布年份:2018
成果简介:多运动体系统的鲁棒一致性控制是国家航空航天等重大工程中的共性科学问题,也是自动控制领域的研究前沿,其主要内容包括单运动体系统的“机动性”、多运动体系统的“协调性”和运动环境的“适应性”等方面,面临的主要研究困难来自于现有机动性成果不能用于变化的加速度情况,协调性成果需要变化的通信拓扑时刻保持连通,而多运动体系统对干扰环境变化的适应性问题在该项目之前尚未见报道。上述困难严重制约了一致性控制的应用范围,急需发展新的理论和方法,突破现有成果在“变加速、变拓扑、变环境”方面的局限性。该项目在国家杰出青年科学基金和国家973计划等项目的资助下,历经十余年,由师生关系建立的团队协同攻关,获得了如下重要科学发现: 提出了一种非线性系统约化方法,发现了变加速运动下提高单运动体系统机动性的鲁棒解耦控制规律。利用获得的系统变加速与制动界限,设计了实现鲁棒解耦控制的非线性观测器,用分离变量的预测方法降低了设计保守性,突破了由IEEE和IFAC Fellow、德国宇航院J.Ackermann教授提出的三角解耦方法不能用于变加速机动性的局限性,该方法1996年获IFAC Nichols Medal和IEEE Bode-Lecture Prize以来一直是机动性控制中的经典方法。该成果获2016年ICAROB Outstanding Contribution Award,在国际上产生了重要影响。 提出了一种新的嵌套变换方法,发现了变拓扑与高阶系统情况下协调不变量的统一表达式。由于该表达式不依赖于拓扑结构和系统阶次,可将多运动体系统分解为由一致性误差状态描述的有限个连通子系统,进而给出了由连通子系统特征参数判定多运动体系统一致性的判据,克服了美国工程院院士R.M.Murray教授提出的一阶协调不变量对变拓扑结构连通性和系统阶次的限制,已发展成为多运动体系统协调控制的有效工具。 提出了多运动体系统鲁棒H∞一致性控制新概念,发现了干扰环境下多体系统状态与干扰的可分离性。通过将多体系统等价变换为非奇异的降阶系统,克服了鲁棒控制方法不能处理通信拓扑结构矩阵固有奇异性之本质困难,给出了多运动体系统鲁棒H∞一致性控制的充要条件,解决了变环境受扰系统的适应性问题。IEEE Fellow、法国L.Zaccarian教授认为:将H∞控制理论推广到多运动体系统是“非平凡的(nontrivial)”。该成果发表后在国际上产生了持续影响,先后出现了多运动体系统H∞一致性估计和H∞几乎同步等新方向。 该项目论文主要发表在该领域著名期刊上,8篇代表性论文WOS他引1033次,SCI他引693次,单篇最高SCI他引187次,ESI高被引论文3篇,引用者包括9个国家的13位院士和51位IEEE/IFAC Fellow。项目成果已成功应用到椭圆轨道最优交会与合作标志器发射及吸附等控制中。第一完成人是国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授,国家973计划项目首席科学家。该项目成果获2017年度教育部自然科学奖一等奖。
[成果] 1900010673 北京
TP391.4 应用技术 电子计算机制造 公布年份:2018
成果简介:视觉成像是一项使武器作战能力倍增的技术。高动态、高精度、快速度、大视场的“复杂场景主动感知”和“感知识别”关键技术,已成为制约视觉成像在国防装备和国民经济重要领域中广泛应用的关键瓶颈之一(2017年7月国务院《新一代人工智能发展规划》),传统视觉成像方法难以针对特殊需求(空中加油、精确制导等)同时实现快速度、抗干扰和高精度感知识别。迫切需要发展新的视觉成像技术为国家安全和国民经济发展提供支撑。鹰以视觉敏锐著称,鹰眼视锐度是人眼2.7倍,其特殊生理学结构和识别机制,与强干扰环境下快速感知和精准识别的技术需求十分吻合,并具有“换道超车”的重大战略意义。 在国家863、国家自然基金重点项目、国家杰出青年基金、空军、中科院等支持下,历时十余年,针对目标感知识别“速度慢、抗噪弱、精度低”3个核心技术瓶颈,揭示了鹰眼强视力仿生机理,发明了仿鹰眼智能感知和目标识别核心关键技术及系统,引领了国际视觉成像技术的创新发展。主要技术发明点如下: 1.模拟鹰眼“快”的感知机制,发明了仿鹰眼多通道空间与目标协同注意技术。发现了鹰眼广域搜索与快速感知的新机制,发明了仿鹰眼方向、亮度、颜色、形状、运动信息解耦的多通道空间与目标协同注意方法,揭示了鹰眼凝视-扫视耦合行为的海量信息感知机理,攻克了感兴趣目标快速凝视和广域场景实时感知的瓶颈矛盾,实现了目标实时编组和快速探测,目标捕获率达到95%,探测时间缩短近1个数量级,解决了强干扰环境下目标快速感知问题。 2.模拟鹰眼“强”的识别机制,发明了仿鹰眼视网膜-核团(脑)映射机制的抗干扰目标识别技术。发现了鹰眼-核团信息流交叉抑制规律,提出了仿鹰眼视场中央密集、周边稀疏的非线性采样模式,揭示了鹰眼对正负样本的刺激/抑制反应机理,发明了仿鹰眼视网膜-核团强对比敏感度的多尺度汇聚抗扰识别技术,虚警率小于10%,解决了强干扰非结构环境下的目标识别鲁棒性问题。 3.模拟鹰眼“准”的认知计算机制,发明了仿鹰眼-脑-行为的空间分辨率变换技术及系统。借鉴鹰眼特有的双小凹成像结构和大小场景敏捷切换特性,发明了仿鹰眼双小凹动态成像单元,研制了精准位相重构和髙速响应的液晶空间光调制器,响应时间优于0.65毫秒,发明了仿鹰眼-脑-行为的空间分辨率变换技术与系统,攻克了光学系统大视场与局部高分辨率成像的瓶颈矛盾。 授权发明专利41项,实用新型专利5项,软件著作权9项,发表SCI论文35篇、EI论文13篇,专著3部。从关键技术发明、核心部件研发到应用创新,形成一整套原创性技术成果,成功应用于某型战机空中加油、某型导弹精确制导_、动能拦截等国防领域,取得重大军事效益和社会效益,并应用于民用无人机等领域,近三年创造经济效益超亿元。经同行专家鉴定一致认为,“总体技术达到国际先进水平,其中仿鹰眼多通道空间与目标协同注意技术达到国际领先水平”。获中国自动化学会技术发明一等奖、吉林省技术发明一等奖、吴文俊人工智能科技创新一等奖、中国航空学会科学技术一等奖和国防科技进步二等奖。
[成果] 1800130308 北京
[R687, TP242] 应用技术 医院 公布年份:2018
成果简介:该项目属生物医学工程学领域。 骨科手术机器人技术代表了骨科精准治疗的未来方向,是医疗机器人领域的前沿热点。现有骨科手术机器人产品功能单一、适用范围狭窄,严重阻碍该技术的临床应用及推广。项目组医工企协同持续创新,在成功开发国内首台骨科手术机器人产品基础上,突破系列关键技术,研发国际首台兼容多模影像的通用型骨科导航手术机器人系统,性能指标国际领先,成为首个入选国家创新医疗器械特别审批的手术机器人产品,获CFDA医疗器械III类注册许可证,授权发明专利23项、国际专利6项、实用新型专利35项、软件著作权16项,发表SCI/EI论文128篇,总引用1100余次。主要发明点如下: 1.发明基于实时导航与机械臂在线标定的通用型骨科导航手术机器人系统结构,研发国际唯一覆盖脊柱、骨盆髋臼及四肢的手术机器人,将骨科机器人手术适用范围从3部位扩展至13部位。 2.突破配准特征自动识别与呼吸运动补偿随动控制技术,将骨科手术机器人产品临床精度提升至亚毫米级别,达到国际最高精度(0.82mm),成功完成世界首例机器人辅助上颈椎手术。 3.创新设计系列机器人微创手术工具,满足全角度工具追踪、高稳定手术通道保持等多种临床需求,国际首创9种机器人辅助骨科新术式。 4.创建主被动协同骨科机器人手术范式,优化骨科机器人手术空间布局和运动轨迹,突破手术机器人安全控制技术瓶颈,获美国发明专利,参与手术机器人IEC/ISO国际标准制定。 在国家“十二五”科技创新成就展上,该项目成果作为生物技术与人口健康领域唯一代表向习近平总书记等党和国家领导人进行了演示汇报,并作为该领域杰出代表参加2016年香港、澳门创新科技博览会。 通用型骨科导航手术机器人产品上市15个月,实现直接经济效益2.06亿元。天智航公司成为继Intuitive Surgical(达芬奇手术机器人)之后,全球第二家实现盈利的手术机器人公司,并作为医疗机器人领域唯一代表入选中国机器人TOP10成员企业。 项目成果率先在京津冀地区开展示范应用,有力推动北京“全国科技创新中心”建设,带动京津冀协同发展。通用型骨科导航手术机器人产品陆续在中国17省、市、自治区,35家医院应用,开展机器人辅助手术3700余例,对于提升中国骨科整体治疗水平,缓解中国医疗资源分布不均问题,发挥了重要的作用。项目推动中国手术机器人技术在国际上实现从跟跑到领跑的跨越式发展,使中国手术机器人产品开发和临床应用水平跻身国际领先行列。
[成果] 1800180046 上海
TU43 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:项目所属科学技术领域为岩土工程学科中的土力学范畴。 所有建筑物和构筑物都建在地表上,而地表土处于饱和或非饱和状态。该项目对饱和与非饱和土的工程性质和本构模型进行了十余年的研究,主要取得以下创新性成果: (1)提出土体的本构模型三维化方法-变换应力法。应用该方法,把Lade和松岗-中井等著名的三维屈服破坏准则结合到剑桥模型,改进该经典本构模型的三维性能。基于该项目提出的变换应力法和统一硬化参数,提出和验证了粘土和砂土的统一三维应力弹塑性本构模型。 (2)提出一个可统一预测三维应力下非饱和土的力学性质和持水特性耦合的弹塑性本构模型。该模型不仅考虑了吸力对非饱和土的应力应变关系、强度和饱和度的影响,而且还考虑了饱和度对非饱和土的应力应变关系和强度的影响以及变形对持水特性的影响。模型进一步发展成能统一考虑非饱和压实土初始密度的影响。 (3)开发了非饱和土三轴试验的侧向应变量测系统,用该三轴试验系统进行了一系列试验研究,取得了国际上屈指可数的三轴压缩应力和三轴伸长应力条件下非饱和土的试验结果,揭示了三维复杂应力下非饱和土的湿化变形和持水特性,得出非饱和土的土水特征曲线与所受应力状态无直接关系,而取决于土体孔隙结构的重要结论,给出了非饱和土的土水特征曲线随孔隙比变化规律,为建立持水-力学特性耦合的本构模型奠定了基础。 英国皇家工程院Antoni Gens院士作的第47届Rankine讲座(该讲座是英国岩土工程学会每年邀请一位世界上最有学术成就的学者作学术报告,并把报告内容刊登在Geotechnique上作为讲座论文,是国际岩土工程学术界的最高荣誉)中详细介绍该项目成果(3);而在该讲座论文中把成果(2)列为国际上代表性非饱和土本构模型之一。成果(3)的非饱和土三轴试验数据是国际上仅有几组典型实验数据之一,被国外学者(如俄克拉荷马大学、捷克布拉格查尔斯大学、米兰理工大学、卡尔斯鲁厄理工学院、波城大学、皇家墨尔本理工大学、克雷塔罗自治大学、德黑兰大学和KN图什理工大学等)以及国内学者(如中科院武汉岩土所、大连理工和北京交大等)广泛使用,用于验证各自提出的本构模型。 第一完成人受邀在第4届亚太地区非饱和土会议(2009年,澳大利亚纽卡)上作Keynote报告、第6届国际非饱和土会议(2014年,悉尼)和第7届国际非饱和土会议(2018年,香港)上作邀请报告,介绍该项目成果(2)和(3)。第二完成人被遴选为第18届黄文熙讲座主讲人和在第15届国际岩土力学计算方法与进展大会上等多次做特邀报告,介绍该项目成果(1)。 八篇代表性论文均发表在国际著名学术刊物上,他引456次,其中SCI他引298次;引用论文的作者主要来自欧美各国。部分成果编入研究生教材,用于国家基金委重大研究计划集成项目的研究等,也直接应用于贵阳龙洞堡新机场高填方工程的分析预测等。
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