2021年中国机械工业科学技术奖机床工具专业项目获奖情况分析
2021-11-22 来源：机床协会 作者：-
一、获奖项目
日前，2021年度中国机械工业科学技术奖评奖公示期结束，业界人士注意到，公示的366项建议鼓励的项目中，有14项由机床工具专业评审组评审推荐的项目获奖（见下表），其中一等奖3项、二等奖4项、三等奖7项。这些项目均经中国机械工业科学技术奖评审委员会审核批准，申报单位确认。
2021年中国机械工业科学技术奖（机床工具专业）获奖项目
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二、获奖情况分析
本年度参评项目获奖比例偏低，获奖项目数量不多，但项目质量较高，一些优秀项目因为受限于一等奖比例限制而只能按照排序规则授予二等奖。
今年获奖结果呈现以下几个主要特点：
第一、本年度获奖项目比例较低。获奖比例限制或将成为今后中国机械工业科学技术奖评选的常态。其原因，一是由于中国机械工业科学技术奖励工作办公室执行国家相关政策，对获奖项目质量提出了更高的要求，因此对于获奖项目比例越来越严格，并有进一步压缩获奖比例的趋势。二是从2020年开始执行新的规定，要求项目授奖等级需要得到项目完成人的认可。有的项目对于获奖等级期望较高，从而影响实际获奖比例。
第二、获奖项目覆盖的行业和学科广泛。金切机床、成形机床、工具类（刀具、磨料磨具）、数控系统及控制、铸造机械项目均有获奖。
第三、产学研用相结合的项目获奖比例高，且高校、科研院所联合企业申报的项目，获得高等级奖项的比例较高。本年度获得一等奖的3个项目中，有2个项目来自校企联合申报。
第四，2021年申报中国机械工业科学技术奖（机床工具组）的项目质量较高，竞争激烈。因评奖规则规定，必须严格遵守按申报项目数量的比例授奖，受此限制，很多优秀项目落选，令人惋惜。建议行业企业以及高校、科研院所积极申报，增加参评项目的数量。
此外，从今年项目申报情况看，企业成为主要力量，体现了企业逐步成为技术创新的主体。在参评的项目中，企业申报以及企业联合高校和科研院所申报项目占比82.4%。在行业和专业属性方面，2021年度参与评审项目中，金切机床类项目占比47.1%，金属成形类、工具类（刀具、磨料磨具）、铸造类、数控系统和自动控制类、竹木加工机床类项目共占52.9%。
三、部分获奖项目简介
1. 多维超声精密加工系统设计理论与方法
荣获技术发明一等奖，由河南理工大学、中南大学、北京工研精机股份有限公司、北京卫星制造厂有限公司共同完成。该项目面向国家高端装备零件对高性能制造的迫切需求，针对超精密高效加工、高性能齿轮表面高效率强化、高性能增材制造等面临的挑战和难题，开展了超声加工系统精准设计理论与调控方法研究，突破了多项重大关键技术，研发了关键功能部件及装备，打破了国外对超声加工技术的垄断，形成了完全自主知识产权的技术成果，实现了航空航天、国防、精密光学、3C 等领域关键零部件的高效精密制造，推动了我国特种加工技术与装备领域的技术进步。
主要技术发明点包括：
（1）多界面复相材料声学系统设计理论与方法。创建了均质单相和多界面复相材料声学系统精准统一设计理论，填补了纤维/颗粒增强复合材料、硬质合金等多界面复相介质声学系统设计理论的空白，研发了该类材料组成的耐高温超声刀柄、微孔螺纹超声加工、超声ELID复合加工等系统，为难加工材料关键零部件的精密高效超声加工及微铸锻增减材复合制造提供了装备支撑。
（2）多维复杂声学系统局部共振设计理论与方法。提出了多维超声振动系统的局部共振设计理论与准则，突破了系统末端件必须严格按半波长整数倍设计的局限，发明了齿轮齿廓高效超声加工与强化方法、大直径轴承精密高效超声磨削系统、大直径精密缸体超声珩磨系统等，解决了多维复杂声学系统工程应用的精准快捷设计等难题，为航天轴承、高铁齿轮、船舶大型油缸等高性能制造提供技术支撑。
（3）非对称结构复杂声学系统统一设计理论与方法。提出了结构对称与非对称复杂声学系统的统一设计方法，发明了超声纵扭、径扭、纵径、双弯曲等多维振动加工新技术，实现了同源同频单/双激励超声空间椭圆振动超精密加工，研发了多维振动超声刀柄和异型刀具，为3C 产品和光学器件的高效精密低损伤制造提供了技术手段和装备基础。
（4）多维复杂声学系统设计共性技术。发明了工具工作面振动定向控制技术，提出了多维超声振动系统稳定性判断准则与调控技术，实现了超声加工系统工具工作面振幅的均匀稳定控制，保证了高性能零件加工表面一致性；研发了一体化刀柄及高效无线传输系统，突破了超声装备工程化应用的局限，解决了高速加工、空间受限以及自动换刀等工程应用难题；实现了超声装备与超声刀柄的系列化与标准化，为在航空航天、精密工程、3C 等领域的大规模推广应用奠定了基础。
2017年，汇专科技集团股份有限公司与河南理工大学展开产学研合作，应用该项目成果研发了系列超声高速精密雕铣中心，HSK32E、ISO20、ISO25、BT30、BT40 等多系列超声刀柄，全系列超声口罩机焊接系统，大功率超声电源及换能器系统等。部分产品成功应用于蓝思科技、伯恩光学、比亚迪集团等3C 零件的精密加工，市场份额80%以上，并出口到美国、日本、德国、印度、英国等全世界多个国家。
2．数控机床及其关键功能部件可靠性技术与试验装备
荣获科技进步一等奖，由吉林大学、沈阳机床股份有限公司、沈阳机床（集团）有限责任公司、烟台环球机床装备股份有限公司、长春禹衡光学有限公司共同完成。该项目依托国家科技重大专项、国家自然科学基金、国家“863”计划课题，针对数控机床的可靠性理论与技术开展研究，历经20 余年的产学研合作与持续积累，凝练出数控机床全生命周期可靠性技术路线，研发了数控机床及其关键功能部件的可靠性关键技术、研制了可靠性试验装备并工程化应用。
主要技术成果有：
（1）创新提出并研发了数控机床可靠性广义设计技术。提出了针对数控机床技术特点的可靠性广义设计技术理念，开发了基于模糊综合和区间层次分析的可靠性分配设计技术、采用区间层次分析和相似比较法的可靠性预计设计技术、基于故障分析的可靠性增长设计技术和基于设计缺陷故障机理溯源与设计经验积累的可靠性设计准则。
（2）创新提出并开发了数控机床可靠性综合试验技术。包括基于Bootstrap重抽样和当量样本法的可靠性现场试验技术、靶向强化与主动激发故障隐患的早期故障试验技术、源于现场工艺数据和切削试验的数控机床多维载荷谱系编制技术、基于载荷谱步进应力的可靠性台架加速试验技术。四项技术构建了数控机床可靠性综合试验技术体系，为规范、高效地获取可靠性数据提供了技术支撑。
（3）发明了利用电液伺服和发电测功技术进行静动态切削力与切削扭矩模拟等系列的应力模拟新方法，研制了一批国内首创的能够模拟复杂实际工况的关键功能部件可靠性测试与加速试验系统。实现了国内对故障率最高的机械与电主轴、数控与动力伺服刀架、盘式与链式刀库、编码器与光栅尺等四大类关键功能部件在模拟复杂实际工况条件下进行可靠性加速试验的能力从“0 到1”的突破。
（4）创建了包括样本观测值、点估计与区间估计等三类评估参数和覆盖大样本、小样本与单机样本等三类样本容量的数控机床可靠性建模与评估技术体系。
（5）创建了具有可靠性建模、评估与故障分析功能的数控机床可靠性数据库，积累了10余年来96万台时现场试验与台架加速试验的4806条故障与维修数据。
3．航天复杂构件五轴高质高效精密加工成套工艺与制造系统及应用
荣获科技进步一等奖，由北京动力机械研究所、科德数控股份有限公司、清华大学、苏州千机智能技术有限公司、武汉华中数控股份有限公司、北京市电加工研究所、北京理工大学共同完成。该项目依托国家科技重大专项、国家自然科学基金课题，开展了航天复杂构件五轴高质高效精密加工成套工艺与制造系统的研究及应用。
创新成果有：
（1）创建了五轴高效数控编程与变余量补偿技术方法。建立曲面光顺优化方法与变轴摆线铣、粗精组合铣编程策略；提出变余量补偿加工的在机测量路径自动规划、型面测量点云自动配准、模型重构与理论刀轨修正方法；开发出国产五轴CAM 系统，显著减少试切迭代次数，实现在机测量加工一体化，编程与加工效率提升20%。
（2）提出了复杂构件加工精度综合保障与主动控制方法。突破了机床零位快速标定与漂移修正、机床动态误差分析与补偿、温度形变自动补偿等综合保障技术；发明了薄壁结构颤振在线抑制、偏心正交车铣变形补偿、接刀痕迹消除等加工精度主动控制方法，显著提升弱刚性构件的加工精度，复杂曲面轮廓精度达到0.06mm。
（3）发明了多信息传感与融合的复杂构件智能加工技术。提出了主轴与伺服参数自适应控制算法、双NURBS 曲线平滑插补与速度优化控制方法、工序参数智能决策算法，构建了多源信息动态感知与实时处理的智能全闭环加工系统，解决了“连续-离散-连续”生产过程导致的效率和精度损失问题，综合生产效率提升30%。
（4）攻克了高效精密加工系统集成与故障诊断技术。突破了多品种、变批量柔性生产线规划设计方法，解决了工件配送协同、离线装配找正、换装在线检测难题，实现混流、柔性、拉式生产，OEE 指标提升至65%；提出了数控机床多类型故障诊断模型和可靠性迭代提升方法，MTBF 提升至2200小时。
项目建成国内首条全国产航天复杂构件数字化柔性生产线，完成9 类、10万余件序批量生产，打破了国外高端制造工艺与装备的技术封锁，实现了航天动力复杂构件关键制造技术自主可控。
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