华中科技大学-制造领域战略规划工作情况汇报.pdf

“重点创新计划战略研究”“重点创新计划战略研究” 制造领域战略规划工作情况汇报制造领域战略规划工作情况汇报 召集人：华中科技大学召集人：华中科技大学邵新宇邵新宇丁汉丁汉 华中科技大学彭芳瑜，华中科技大学彭芳瑜，pengfy pengfy 20152015年年0808月月2121日日银川银川 高校科技“十三五”规划战略研究重大课题 组织实施 “重点创新计划战略研究”制造领域战略规划 召集单位：华中科技大学、上海交通大学、浙江大学 撰写丏家组：王田苗、王建民、丁汉、黄明辉、尹周平 咨询顾问组：钟掘、李培根、林忠钦、谭建荣、郭东明、 蒋庄德、朱荻、顾佩华等 2014.12.13 华中科技大学2015.1.8 清华大学2015.1.25 华中科技大学 国家重大需求 产业升级压力 低附加值高附加值 中国制造业面临重重挑战 劳劢力成本上升 能耗排放压力 哥本哈根中国减排目标 国际竞争压力 东南亚发展中国家低成本冲击 美德日等发达国家实施“再工业化”计划 重塑发展理念 调整失衡结构 重构竞争优势 制造阿里、消费 阿里、工业阿里 三个阶段 国家重大需求 以“制造服务”为核心特征的服务型制造，是我国制造 业转型升级、占据全球制造制高点的重要战略；以制造模式创 新为引领、以智能互联产品为轲体、以新兴信息技术为手段， 覆盖产品全生命周期，实现产品从摇篮到摇篮的制造。 服务型制造具有专业性强、创新活跃、产业融合度高、 带动作用显著等特点，是全球产业竞争的战略制高点。 国家重大需求 5 以“制造业数字化智能化”为核心的新一轮产业变革已初现端倪 数字化智能化制造是先进制造技术与信息技术的深度融合，是实现 我国传统产业的转型升级和战略性新兴产业发展的共性使能技术； 是制造学科的研究前沿，革新传统制造的科学基础、技术体系与应 用模式，使制造技术从“经验试凑”转向“科学计算”，从而实现 基于科学的制造。 蒸汽机技术智能技术数控技术电劢机技术 电气化数字化智能化 蒸汽机 机械化 普通机床数控机床智能机床 总体思路 柔性电子 制造技术与装备 新一代工业机器人 与医疗服务机器人 高服役性能产品制造 的智能化工艺与装备 大型高性能整体构件 精确成形技术与装备 面向服务型制造的工业软件与传感器 以工业软件与传感器为基础，突破智能化加工与 精确成形重大战略工艺与装备，形成柔性电子制造与 新一代机器人等战略新兴装备。 召集人：王建民教授 清华大学、华中科技大学、北京航空航天大学、北京理工大学、 浙江大学、合肥工业大学、同济大学、东南大学、武汉大学 面向服务型制造的工业软件与传感器 丏项建议 高校科技“十三五”规划战略研究课题“重点创新计划专项”制造领域战略规划课题高校科技“十三五”规划战略研究课题“重点创新计划专项”制造领域战略规划课题 面向服务型制造的工业软件与传感器面向服务型制造的工业软件与传感器 服务型制造是我国制造业转型升级的战略选择 以“制造服务”为核心特征的服务型制造，是我国制 造业转型升级、占据全球制造制高点的重要战略；以制造模 式创新为引领、以智能互联产品为载体、以新兴信息技术为 手段，覆盖产品全生命周期，实现产品从摇篮到摇篮的制造。 服务型制造具有软硬融合、创新活跃、带动作用显著等特 点，是制造业转型升级和新兴信息技术发展的交汇点。 面向服务型制造的工业软件与传感器面向服务型制造的工业软件与传感器 我国工业软件发展面临巨大挑战 我国制造业的高端工业软件80的市场份额长期被国外厂 商所占领。如航空领域CATIA软件、造船领域TRIBON、汽车 领域NX、Pro/E等设计软件。 传统产品研发软件、工业管理软件、工业控制软件已无法 满足服务型制造的发展需求，研发面向服务型制造的工业 软件与智能传感器成为我国制造业由大到强的战略需求。 面向服务型制造的工业软件与传感器面向服务型制造的工业软件与传感器 面向服务型制造的工业软件与传感器 总体目标：总体目标：以推动生产型制造向服务型制造转变为目标，开展面向服务型制造的工业 软件共性基础理论和关键技术研究；研发支撑服务型制造的行业应用专业软件和工业 平台软件，面向典型行业开发智能传感器、嵌入式终端；构建面向服务型制造的信息 物理系统，形成具有自主知识产权的工业软件生态系统，并在重点领域开展应用示范。 面向服务型制造的工业软件与传感器面向服务型制造的工业软件与传感器 标志性成果 1套工业标准体系；5类工业基础资源库（包括知识库、模型库、 零件库、工艺库、标准库等工业基础数据库）； 研发10-15种高端传感器、建成3-5条智能传感器中试技术平台 和生产技术平台，形成规模化生产； 研发5种面向服务型制造的工业平台软件；研发一批面向汽车、 航空、能源、高铁等制造领域的应用软件和嵌入式系统； 在100家以上企业实施应用工程和产业示范，发展和培育一批 制造服务产值超过20亿元的骨干企业。 “重点创新计划项目战略研究”重点丏项建议 航空航天海洋工程高服役性能产品制造的 智能化工艺与装备 召集人：丁汉教授 华中科技大学、上海交通大学、清华大学、西安交通大学、 哈尔滨工业大学、大连理工大学、西北工业大学、天津大学、 国防科技大学、北京理工大学 高服役性能产品制造智能化工艺与装备 大型复杂曲面零件是如航空结构件、燃气轮机叶片、船舰螺 旋桨等的核心关键零件，其服役性能直接影响整体产品性能！ 破断区破断区 引进俄国的江苏田湾核电站，2007年，在 运行一年后的例行检修中，发现核主泵叶核主泵叶 片片部分发生断裂事件 水温340 C 压力17 MPa 流量达24000 m3/h 安全使役时间使役时间60年年 高服役性能产品制造智能化工艺与装备 服役性能要求： A380降落时冲击载 荷达600多吨 7.5万次起降（与机 体同寿） 起落架是飞机重要的承力构件，其服役性能是飞机安全的重 要保障！ 伊朗伊朗B747起落架折断起落架折断 北欧航空客机起落架折断北欧航空客机起落架折断 高服役性能产品制造智能化工艺与装备 高度：高度：8米米 自重：自重：72吨吨 推力：推力：80吨吨 腐蚀腐蚀：高盐度：高盐度 载荷载荷：80吨吨 大风大风：17级台风级台风 巨浪巨浪： 14米米 洋流洋流：3节节 定位精度：定位精度：米级米级 交变弯矩交变弯矩：200吨吨 米米 桨轴弯曲桨轴弯曲：紧急制动：紧急制动 时增大时增大10倍倍 力矩波动力矩波动：2.3米浪高米浪高 时增大时增大3-5倍倍 恶恶 劣劣 工工 况况 性性 能能 要要 求求 3500千瓦我国尚处在试验阶段千瓦我国尚处在试验阶段 5000千瓦以上全部依赖进口，千瓦以上全部依赖进口， 且被技术封锁且被技术封锁 大功率全回转推进器大功率全回转推进器 深远海恶劣服役工况对大功率全回转推进器提出了极高的服 役性能要求！ 高服役性能产品制造智能化工艺与装备 针对航空航天、海洋工程等领域中高服役性能产品制造，系统开展智能 化多轰加工、超精密加工、特种加工、复合材料加工等智能制造共性技术、 工艺与装备，支撑我国高端智能制造装备自主创新与研制，到2020年，在航 空航天、海洋工程等领域形成完整、系统的应用创新链，加工效率提高50%、 产品合栺率提高30%，提升表面质量1倍以上，满足我国尖端装备核心部件 高品质制造需求。 火箭发劢机大型复合材料机翼大功率全回转推进器 国家战略目标 高服役性能产品制造智能化工艺与装备 重点仸务 1、复杂机电产品高综合性能的数字设计与智能设计 2、难加工复杂零件多轰数控加工工艺与成套装备 3、高服役性能复杂型面零件的智能化特种加工工艺与装备 4、高性能复合材料复杂薄壁构件智能化制造工艺与装备 5、高性能复杂机电产品数字化智能化装配技术 “重点创新计划项目战略研究”重大项目“重点创新计划项目战略研究”重大项目 制造领域战略规划研究制造领域战略规划研究 国家战略装备大型构件成形工艺与装备国家战略装备大型构件成形工艺与装备 召集人：黄明辉 教授 中南大学、西北工业大学、武汉理工大学、哈尔滨工业大学、 上海交通大学、湖南大学、北京航空航天大学、清华大学、 山东大学、华中科技大学、机械研究总院 一、战略意义，形势与需求分析一、战略意义，形势与需求分析 现代航空航天、新能源动力、交通运载、武器装备现代航空航天、新能源动力、交通运载、武器装备 等发展的主要趋势特征：等发展的主要趋势特征： 大幅度减少结构重量大幅度减少结构重量轻质材料轻质材料 更高的服役性能更高的服役性能高强综合性能高强综合性能 更高的安全性、可靠性更高的安全性、可靠性大型整体化大型整体化 国家战略国家战略 装备研制装备研制 核心支撑核心支撑 目前我国正在实施多个重大战略工程目前我国正在实施多个重大战略工程 和高端重大装备都涉及到以高性能轻量化和高端重大装备都涉及到以高性能轻量化 整体成形制造技术作为整体成形制造技术作为整体创新的基础整体创新的基础。 大型构件高性能精确成形工艺技术大型构件高性能精确成形工艺技术是先进制造科学研究前沿是先进制造科学研究前沿， 具有带动国家制造技术和工业技术水平具有带动国家制造技术和工业技术水平整体提升的关键作用整体提升的关键作用。 高性能材料与大型整体构件制造技术高性能材料与大型整体构件制造技术的创新应用已成为的创新应用已成为 我国大客机研制与商业成功的主要支撑我国大客机研制与商业成功的主要支撑大型宽体飞大型宽体飞 机、第机、第5 5代战机代战机 载人航天与探月工程等重大战略工程中载人航天与探月工程等重大战略工程中高性能整体构件高性能整体构件 的运用的运用是未来航天与深空探测工程的重要保障是未来航天与深空探测工程的重要保障长长5 5、 长长9 9重型火箭重型火箭 新一代新一代轻量化和高机动性轻量化和高机动性武器装备武器装备（巡航导弹、装甲战（巡航导弹、装甲战 车、大型舰艇等）车、大型舰艇等）轻质高强材料和整体构件轻质高强材料和整体构件是其技是其技 术升级的主要支撑术升级的主要支撑 新一代核电火电等新一代核电火电等装备大型整体锻件（最重超过装备大型整体锻件（最重超过600600吨）吨） 高性能成形成性一体化制造高性能成形成性一体化制造，成为亟待突破的技术瓶颈，成为亟待突破的技术瓶颈 低碳经济和节能减排要求，低碳经济和节能减排要求，使得使得高性能轻量化精确成形高性能轻量化精确成形 制造制造成为支撑下一代汽车与高铁产业发展的迫切需求。成为支撑下一代汽车与高铁产业发展的迫切需求。 一、战略意义，形势与需求分析一、战略意义，形势与需求分析 F-22整体钛合金框 火箭贮箱大锻环 大型汽轮机转子锻件 面向航空航天、能源动力、交通运载等重要领域的重大需求 和先进成形制造技术领域的国际前沿，掌握大型构件高性能 轻量化精确成形成性一体化制造新原理与规律，建立理论模 型、技术原型和工艺系统体系 构建轻质高强难变形材料和复合材料复杂结构精确成形成性 一体化制造的创新工艺和关键技术，突破高性能轻量化大型 构件精确成形制造的技术瓶颈难题（核心技术与装备核心技术与装备） 在大飞机、重型运载、能源装备等国家重大需求和高端制造 业中实现重要工程应用，提升我国高端成形制造的自主创新 能力和自主保障能力 二、目标任务与标志性成果二、目标任务与标志性成果 目标任务目标任务 形成自主创新的高性能轻量化大型整体构件精确成形成性一体化制精确成形成性一体化制 造造理论与系列关键技术； 突破轻质高强金属材料轻质高强金属材料（铝合金铝合金、钛合金钛合金、镁合金等镁合金等）大型整体构 件精确成形的核心工艺与装备技术，满足民用与军用飞机、能源动力 装备、空天运载等重大工程用主承载构件与大型结构件主承载构件与大型结构件急需； 突破复合材料复合材料（C/EC/E复合材料等复合材料等）大型复杂结构件高性能精确成形制 造工艺与装备技术，满足嫦娥工程、空间站、交通运载、国防军工等 高端装备对先进复合材料大型复杂混杂构件先进复合材料大型复杂混杂构件的急需； 突破高性能材料高性能材料（先进高强度钢先进高强度钢、铝合金等铝合金等）大型复杂覆盖件智能大型复杂覆盖件智能 化精确整体成形化精确整体成形技术与装备，促进我国新一代（环保低耗）新能源汽 车、高速列车、城市轻轨和地铁等交通运载装备的发展。 二、目标任务与标志性成果二、目标任务与标志性成果 标志性成果：标志性成果： 新一代工业机器人和新一代工业机器人和 医疗服务机器人医疗服务机器人 召集人召集人 王田苗教授王田苗教授 北航、哈工大、浙大、上海交大、华中、北大、沈自所、北自所等北航、哈工大、浙大、上海交大、华中、北大、沈自所、北自所等 教育部高校科技“十三五”规划 “重点创新计划项目战略研究” 总体战略意义总体战略意义 制造模式生活方式生活方式军事作战形态军事作战形态 宏观 微观 技术发展方向产业竞争格局竞争格局社会组织形态 机器人已成为各国战略性高技术，并与各项高新技术融合发展机器人已成为各国战略性高技术，并与各项高新技术融合发展 全 球 正 迎 来 新 的 科 技 时 代 全 球 正 迎 来 新 的 科 技 时 代 移动互联网大数据服务物联网 新能源智能交通 医疗健康 机器人与智能制造机器人与智能制造 机器人功能性 能提升 机器人价栺（ -50%） 劳劢力短缺 (人口红利） 劳劢力成本（ +30%） 制造模式变革智能制造 机器人驱劢制造模式变革要素具备 机器人是新 制造模式的 核心支撑 模式变革 成为必然趋 势 变革前提 国家战略需求国家战略需求1：机器人驱动制造模式变革：机器人驱动制造模式变革 国家战略需求国家战略需求2：科技惠民：科技惠民 人口老龄化趋势加快 服务业同属人力密集型，出现招工难问题 残疾人群庞大，全社会残疾风险明显增加 亟需改善医疗效果，降低医疗成本 专项实施总体思路专项实施总体思路 紧密紧密围绕国家的围绕国家的战略需求战略需求和和民生重大问题民生重大问题， 与此同时与此同时瞄准瞄准国际前沿国际前沿技术发展技术发展趋势趋势 实施实施“1+2”战略战略发展思路发展思路 “1”：新一代智能机器人共性科学问题研究：新一代智能机器人共性科学问题研究 “2”：两个两个面向面向，面向智能制造的新一代工业面向智能制造的新一代工业 机器人机器人和面向医疗与康复的新一代医用服务机器和面向医疗与康复的新一代医用服务机器 人人 总体目标总体目标 28 到2030年，建立完善的机器人产业体系，成为世界领先 的机器人技术研发中心、机器人本体及关键核心部件高 端制造中心，关键零部件的国产化率达到80%以上，医 疗服务机器人等实现批量生产及应用。 具体战略目标具体战略目标 突破新一代智能机器人突破新一代智能机器人灵巧性灵巧性、智能化智能化、安全性安全性、易用易用 性等共性科学问题原理与方法性等共性科学问题原理与方法 研发新一代智能工业机器人与互联网机器人工厂研发新一代智能工业机器人与互联网机器人工厂，首先首先 20202020年年建立建立以机器人以机器人为支撑的自动化为支撑的自动化生产线生产线与数字化无与数字化无 人工厂示范应用人工厂示范应用，关键零部件国产化率达到关键零部件国产化率达到5050% %以上以上，国国 产六轴及以上工业机器人国内市场占有率达到产六轴及以上工业机器人国内市场占有率达到3030% %，工业工业 机器人应用量超机器人应用量超5050万台；万台； 攻克医疗康复攻克医疗康复、助老助残助老助残、智能假肢智能假肢、家政服务等服务家政服务等服务 机器人关键技术机器人关键技术，搭建科技惠民示范应用平台搭建科技惠民示范应用平台，实现实现相相 应服务机器人产品研发与产业化推广应服务机器人产品研发与产业化推广 双臂操作工业机器人多机器人协同康复机器人人机协同手术机器人 组织实施建议组织实施建议 加强顶层规划与宏观指导协调加强顶层规划与宏观指导协调；拓宽投融资渠道拓宽投融资渠道，积积 极培育市场极培育市场；加大创新性人才培养力度加大创新性人才培养力度，开展国际重开展国际重 大项目合作大项目合作，加强多边国际合作加强多边国际合作；加强项目立项与过加强项目立项与过 程管理创新程管理创新，明确定位与目标明确定位与目标，优化项目的申请优化项目的申请、评评 审审、过程管理与验收过程管理与验收 具体措施：具体措施： -顶天顶天，国内外龙头高校国际合作项目国内外龙头高校国际合作项目，提升高校研发影响力提升高校研发影响力 -立地立地，龙头高校与龙头企业联合国家产学研重点实验室龙头高校与龙头企业联合国家产学研重点实验室，提升高校提升高校 研发的实践价值研发的实践价值 -推广示范推广示范，建立全国网点的学术沙龙建立全国网点的学术沙龙、创新中心创新中心、创业基地创业基地 柔性电子制造技术与装备 召集人：尹周平 华中科技大学 清华大学 上海交通大学 西安交通大学 华南理工大学 苏州大学 厦门大学 上海大学 “重点创新计划专项”制造领域战略规划“重点创新计划专项”制造领域战略规划 32 柔性电子应用领域与发展前景 “后摩尔时代”电子器件不断提高功能集成 柔性电子以其独特柔性、延展性，具有高度共形、透明和便携性， 在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景 柔性 发光、显示 晶体管、传感 质轱 笔记本，手机 太阳能电池 透明 触摸屏 太阳能电池 曲面 生物集成器件 智能蒙皮 柔性显示 人机交互 柔性电路柔性天线 美国、欧盟、英国、德国、韩国、日本都制定了相应的国家战略 33 柔性电子制造科学技术挑战与创