高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统.doc

湖北省科学技术奖励推荐书（适用于自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖和科技成果推广奖）一、项目基本情况奖种：科技进步奖学科（专业）评审组代码：204省成果登记编号：EK050833项目名称中文高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统英文主要完成人刘东华、李刚炎、张定刚、熊智文、吴翔、段少华、肖佩、郭绯、吴修德主要完成单位武汉团结激光股份有限公司、武汉理工大学推荐单位（或专家）（盖章）武汉市科技局项目名称可否公布可项目简介可否公布是 密级及保密期限无主 题 词高功率激光器、成套设备、信息化集成、虚拟样机学科（专业）分类名称代码机械制造工艺与设备(46025)所属国民经济行业制造业(C)任务来源(C)省、市、自治区计划(基金)名称和编号武汉市科技局2002年科技计划项目2002300513305项目起止时间 起始：2002年10月01日 完成：2004年08月30日湖北省科学技术奖励工作办公室制二、项目简介项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况： 高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统项目是由武汉团结激光股份有限公司和武汉理工大学共同承担的武汉市科技局2002年科技计划项目（武科计2002230号文，编号：2002300513305），属应用技术范畴。 该项目的主要研究内容如下： 1、虚拟样机技术的研究及其在高功率激光加工成套设备中的应用：采用虚拟现实（VR）、产品数据管理（PDM）和面向产品全生命周期的数字化设计技术，使其在结构、性能的提高、设计开发流程重组与开发效率的提高方面取得突破，增加心产品贡献率，缩短开发周期。 2、高功率激光加工成套设备性能仿真系统的研究和开发：采用产品开发一次成功技术（First Product Correct），研究开发高功率激光加工设备的动态性能测试、分析与评估的仿真系统，提高产品一次设计成功率，由效降低产品成本。 3、高功率激光加工成套设备虚拟样机评价系统的研究与开发：研究与开发一套高功率激光加工设备虚拟样机的评价系统，保证虚拟样机的正确性和经济性等，最终形成一套覆盖高功率激光加工成套设备开发过程全生命周期的虚拟化设计、分析、制造与评价的完整系统。 4、基于网络的高功率激光加工成套设备客户服务系统研究与系统开发：研究开发基于Web的B/S模式下，高功率激光加工成套设备的客户服务系统，集成并充分利用产品全生命周期各个环节的信息，提升产品整体质量。 本项目提出的虚拟样机有关实用技术，不仅能用于高功率激光加工成套设备，还可推广应用于其他激光产品。本项目的研究成果已经成功应用于武汉团结激光股份有限公司成套设备分公司、广州优力激光工程中心有限公司、广州豪结激光技术有限公司、武汉光谷激光医疗设备有限责任公司等企业，并取得了很好的社会效益和经济效益。（不超过800个汉字）三、项目详细内容1立项背景企业信息化基础平台是面向企业的共性技术平台，是实施以信息化带动工业化发展战略的重要举措。因此，很多企业纷纷采用一些新的产品开发方法和技术手段，以构建企业信息平台。在这种制造大环境下，以虚拟样机为核心，构建企业信息化集成平台将为我国中小企业提供一个专业化解决方案，对于多快好省地提高企业的信息化水平，提升我国制造业的整体竞争能力具有十分重要的意义。武汉团结激光股份有限公司地处以东湖高新技术开发区为依托的光电字信息产业基地（武汉中国光谷），其主导产品是高功率CO2激光器及其成套加工设备，产品已广泛用于多类制造业，占国内同类产品总销售70%以上。目前公司正在向产品规模化方向发展，已在上海、广州、天津、山东和武汉市的多个地方建立了产业基地，产品呈现出客户个性化、品种多样化和制造异地化等特征。显然，采用传统的制造组织与管理模式难以满足市场变化和发展的需求，在现代信息技术的基础上利用现代制造技术和现代管理技术，可以大力促进公司的快速发展。激光加工设备是典型的光机电一体化产品，也是典型的高科技产品。激光加工设备制造业是国家和武汉市大力提倡和发展的新兴产业；同时，目前许多高科技产业都面临着与武汉团结激光股份有限公司类似的制造状况；更重要的是本项目中所有研究的关键技术问题是目前制造信息化所必须解决的共性问题。因此，本项目的完成既可大力推进同行业的技术进步，促进制造信息化的发展，提供制造信息化的示范基地；同时也充实制造信息化的理论和技术，以及实践经验。所以，本项目具有重要的理论意义和较高的实用价值，将产生很好的社会效益和经济效益。（不超过800个汉字）2详细科学技术内容（1）高功率激光加工成套设备虚拟样机技术研究与应用将虚拟样机技术应用于高功率激光加工成套设备的设计过程，采用虚拟现实（VR）、产品数据管理（PDM）和面向产品全生命周期的数字化设计系统，提出了高功率激光加工成套设备制造信息化集成方案，开发了高功率激光加工成套设备的虚拟样机，实现了高功率激光加工成套设备几何造型的参数化设计。（2）高功率激光器温度场的性能仿真研究与应用分析了有关高功率横流CO2激光器系统仿真技术国内外研究现状和存在的问题。根据高功率CO2激光器散热系统结构原理，建立高功率横流CO2激光器散热系统数学模型，利用泰勒展开，将散热系统数学模型离散化，使其形式与计算机图形学中的水波算法在形式上相似。在研究系统仿真技术的基础上，以面向对象程序设计方法与原形法相结合的方法，将仿真系统划分为前处理组件、求解器组件和后处理组件，以SUN公司的Java技术和Java3D软件包设计系统的应用程序。分别模拟2KW横流CO2激光器箱体、流道和谐振腔温度场的分布情况，绘制若干相关的温度分布状态图。（3）高功率激光加工成套设备虚拟样机评价理论研究及应用 分析勒国内外对高功率横流CO2激光器虚拟样机的评价及相关技术的现状。在对高功率横流CO2激光器的结构原理和工作性能及其虚拟样机论述的基础上，以高功率横流CO2激光器的设计要求为标准，建立勒其虚拟样机的评价指标体系，并运用综合评价理论对指标进行数学处理。同时，根据各个指标的重要程度确定了其权重系数。将相似理论融合到综合评价理论中，通过构造相似元来计算高功率横流CO2激光器设计要求与其虚拟样机之间的相似度，提出了高功率横流CO2激光器虚拟样机评价的相似法。采用面向对象的软件工程方法对高功率横流CO2激光器虚拟样机评价软件的需求进行了分析，并用UML中的用例图、状态图和类图分别从功能、逻辑和静态结构三个方面对软件模型进行了描述，提出了主要算法，在详细设计过程中应用COM组件技术对其中逻辑部分进行封装，以便于升级和改进，开发了高功率横流CO2激光器的虚拟样机评价的软件系统。（4） 高功率激光加工成套设备远程客户服务技术研究与应用根据Web技术、B/S横式结构和产品维修过程的特点，提出基于网络的产品数字化故障诊断和维修服务系统的体系结构。研究了用SolidWorks及多媒体工具制作维修多媒体的方法，解决可视化维修工艺问题。在研究知识的表示功能及获取方法的基础上设计了系统的数据库结构。（5） 高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统的开发在前述工作的基础上，研究了面向产品全生命周期的虚拟样机技术，以虚拟样机为核心建立了高功率激光加工成套设备的制造信息化技术的公共信息平台。（6）进行了高功率横流CO2激光器虚拟样机技术的考证实验。（纸面不敷，可另增页）3发现、发明及创新点：（1）高功率激光器温度场的性能仿真研究在建立高功率横流CO2激光器散热系统数学模型后，利用泰勒展开，将散热系统数学模型离散化，利用水波算法进行温度场的仿真。将面向对象程序设计方法与原形法相结合，将仿真系统划分为前处理组件，求解器组件和后处理组件，并以SUN公司的Java技术和Java3D软件包开发了系统的应用程序。 （2）高功率激光加工成套设备虚拟样机评价理论研究 建立了高功率激光加工成套设备虚拟样机的评价指标体系，运用综合评价理论对指标进行了数学处理，确定了各指标的权重系数。将相似理论融合到综合评价理论中，通过构造相似元来计算高功率横流CO2激光器设计要求与其虚拟样机之间的相似度，提出了高功率横流CO2激光器虚拟样机评价的相似法。采用面向对象的软件工程方法，开发了高功率横流CO2激光器的虚拟样机评价的软件系统。（不超过400个汉字）4保密要点：（不超过100个汉字）5与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较在项目的进行过程中，两次委托湖北省科技信息研究院查新检索中心进行查新，得到的结论分别是： 第一次：“ 1、高功率激光加工成套设备虚拟样机技术，国内未见相同报道； 2、基于网络的高功率激光加工成套设备数字化故障诊断和维修服务技术，国内未见相同报道； 3、高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统的开发；基于COBRA多层结构的系统集成、基于PDM的CAX应用工具集成、产品知识共享、面向用户和企业联盟的信息集成，国内未见相同报道。” 第二次：“有关虚拟样机技术在航空、汽车制造和机械设计等领域应用及研究的国内外报道文献较多，用于高功率CO2激光器的开发设计的除委托课题组发表的文献外，国内外未见有相同内容的文献报道；用水波算法来仿真高功率CO2激光器散热系统的温度场，国内外也未见有相同文献报道。” 同时，项目组成员在研究过程中，不断追踪国内外相关的技术发展，研究结果表明在高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统中进行虚拟样机设计、散热系统温度场仿真分析、激光器综合评价和远程客户服务等关键技术问题方面具有创新性的工作。将虚拟设计技术、信息集成技术应用于高功率激光器领域的技术达到了国际先进水平。（不超过800个汉字）6应用情况“高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统”最初是针对武汉团结激光股份有限公司成套设备分公司在高功率横流CO2成套设备设计方面的需求而开发的专用虚拟设计系统。2004年4月该系统投入使用后：新产品开发平均周期从15个月缩短到9个月左右，并且新产品在性能和稳定性上比以往产品有了大幅度的提高；由于在开发过程中很多地方采用了软件的模拟，能相对客观地反映出设备的运行状态，为企业节省了大量制造费用。据公司统计数据表明：使用该系统后，从2004年4月至2005年底，与同期相比，四家企业的产销量累计增加了23台套，企业累计新增利润745万元，累计交纳增值税款126.2万元；每台设备比采用该系统前生产周期平均缩短15%，共节约人工成本和材料成本432.6万元。不仅为给四家公司创造了巨大的直接经济效益和间接经济效益，同时，将公司的设计能力提高到了一个新的层次，在公司广大用户中引起了较大的反响，对于公司知名度和形象的提升起到了重要作用，为公司增加了无形资产。 目前，通过适应性改造，该系统的设计理论、开发技术及实施方法还可以适应于其他类型的激光产品，由于产品性能稳定，经济效益显著，国内已有多家企业正在使用本产品，且均对本产品在运行过程中表现出来的性能感到十分满意。 随着产品的不断完善和提升，该系统适用行业及领域还会更加广阔，市场潜力巨大。成果转化、推广或产业化方面还需帮助解决的问题7经济效益 单位：万元（人民币）项目总投资额42回收期（年）1年 栏目年份新增利润新增税收创收外汇（美元）节支总额2004年01月01日15025.187.72005年01月01日595101.1344.9 各栏目的计算依据： 从2004年4月系统投入使用至今，国内共有四家企业先后使用该系统。按照企业提供的数据表明：从2004年4月至2005年底，与同期相比，四家企业的产销量累计增加了23台套，企业累计新增利润745万元，累计交纳增值税款126.2万元；每台设备比采用该系统前生产周期平均缩短15%，共节约人工成本和材料成本432.6万元。 社会效益： 几家企业在采用该系统后，均表示：本企业生产的产品质量明显提升、新产品开发贡献率平均提高35%，产品开发周平均期缩短30%左右，开发成本平均降低25%；使企业生产的产品在具备了替代进口产品的质量要求的同时，由于与进口产品相比具有明显的价格优势，客户反响良好，成为替代进口同类产品的首选。*经济效益栏目国家自然科学奖可不填写四、本项目曾获科技奖励情况获奖时间奖 项 名 称奖励等级授奖部门（单位） 本表所填科技奖励是指： 1.国务院设立的科技奖励； 2.省、自治区、直辖市政府和国务院有关部门、中国人民解放军设立的科技奖励； 3.经科技部批准的社会力量设立的科技奖励。五、申请、获得专利情况表国 别申 请 号专 利 号项 目 名 称六、主要完成人情况表第01完成人姓 名刘东华性 别男民族汉族出生地湖南省株洲市出生日期1939年10月28日党派无党派工作单位武汉团结激光股份有限公司联系电讯地址及邮政编码武汉市洪山区珞瑜路424号15楼(430079)何国华侨家庭住址武汉市南湖中央花园1栋住宅电子信箱毕业学校华中工学院文化程度大学学 位学士职务、职称教授级（高工）专业、专长激光毕业时间1962年07月01日曾获奖励及荣誉称号情况：外语语种俄语熟练程度良好参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 研究高功率横流CO2激光器及加工成套设备的主要性能特性，分析影响激光功率大小和稳定性的主要因素，针对现有产品，提出改进方案。 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第02完成人姓 名李刚炎性 别男民族汉族出生地湖北省汉川市出生日期1962年12月07日党派无党派工作单位武汉理工大学机电工程学院联系电讯地址及邮政编码武汉理工大学机电工程学院(430070)何国华侨家庭住址武汉理工大学机电工程学院住宅电子信箱毕业学校武汉理工大学文化程度博士学 位博士职务、职称高校教授专业、专长机械设计及理论毕业时间2000年06月01日曾获奖励及荣誉称号情况：中国机械工程学会 会员 湖北省现代设计法研究会秘书长 曾获湖北省和武汉市科技进步二等奖3次外语语种英语熟练程度熟练参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 针对高功率横流CO2激光器加工成套设备，提出采用虚拟样机技术来实现其信息集成，制定了具体详细的整体解决方案。指明了项目实施过程的技术关键和技术难点，给出了具体有效的解决方案，保证了整个项目的顺利完成。 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第03完成人姓 名张定刚性 别男民族汉族出生地重庆市出生日期1957年07月13日党派无党派工作单位武汉团结激光股份有限公司联系电讯地址及邮政编码武汉市洪山区珞瑜路424号15楼(430079)何国华侨家庭住址江大路28号住宅电子信箱毕业学校华中科技大学文化程度本科学 位学士职务、职称高级工程师专业、专长激光毕业时间1982年01月01日曾获奖励及荣誉称号情况：外语语种德语熟练程度良好参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 研究高功率横流CO2激光器温度场的分布情况及影响因素 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第04完成人姓 名熊智文性 别男民族汉族出生地江西省樟树市出生日期1973年07月04日党派无党派工作单位南昌大学机电工程学院联系电讯地址及邮政编码武汉理工大学机电工程学院(430070)何国华侨家庭住址武汉理工大学西院2-315住宅电子信箱毕业学校武汉理工大学文化程度博士研究生学 位博士职务、职称高校讲师专业、专长机械设计及理论毕业时间2005年12月01日曾获奖励及荣誉称号情况：外语语种英语熟练程度熟练参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 通过高功率激光器成套加工设备的三维数字化模型，研究高功率激光器评价系统的软件化及构建集成公共信息平台。 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第05完成人姓 名吴翔性 别男民族汉族出生地湖北省武汉市出生日期1963年10月18日党派中国共产党工作单位武汉市科技局联系电讯地址及邮政编码汉口东方花都A9-3-601(430014)何国华侨家庭住址汉口东方花都A9-3-601住宅电子信箱W毕业学校武汉理工大学文化程度博士学 位博士职务、职称工程师专业、专长机械设计及理论毕业时间2005年05月12日曾获奖励及荣誉称号情况：2003年荣获省科技进步二等奖外语语种英语熟练程度熟练参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 将企业内部的设计、制造、维修等信息进行有效的集成。 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第06完成人姓 名段少华性 别男民族汉族出生地湖北省 天门市出生日期1966年05月04日党派无党派工作单位武汉团结激光股份有限公司联系电讯地址及邮政编码武汉市洪山区珞瑜路424号15楼(430079)何国华侨家庭住址徐东路团结新村住宅电子信箱毕业学校华中科技大学文化程度研究生学 位硕士职务、职称高级工程师专业、专长激光毕业时间1993年03月01日曾获奖励及荣誉称号情况：外语语种英语熟练程度熟练参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 高功率激光器及成套设备加工设备的生产制造，实验验证研究成果。 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第07完成人姓 名肖佩性 别男民族汉族出生地湖北省武汉市出生日期1962年03月09日党派中国共产党工作单位武汉理工大学机电工程学院联系电讯地址及邮政编码武汉理工大学机电工程学院(430070)何国华侨家庭住址汉阳腰路堤江景园住宅电子信箱Peixiao_毕业学校哈尔滨工业大学文化程度研究生学 位硕士职务、职称教授级（高工）专业、专长机械设计及理念毕业时间1989年03月01日曾获奖励及荣誉称号情况：湖北省科技进步二等奖武汉市科技进步二等奖外语语种英语熟练程度良好参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 高功率横流CO2激光器虚拟样机中仿真技术与评价理论研究。 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第08完成人姓 名郭绯性 别男民族汉族出生地湖北省 武汉市出生日期1976年01月17日党派无党派工作单位武汉团结激光股份有限公司联系电讯地址及邮政编码武汉市洪山区珞瑜路424号15楼(430079)何国华侨家庭住址武汉市江汉区大董家巷23号住宅电子信箱毕业学校华中科技大学文化程度本科学 位学士职务、职称助理工程师专业、专长计算机毕业时间2001年07月01日曾获奖励及荣誉称号情况：外语语种熟练程度参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 企业信息网站的建设及基于网络的客户服务系统的实施。 本人签名：_ 六、主要完成人情况表第09完成人姓 名吴修德性 别男民族汉族出生地湖北省 荆州市出生日期1965年08月16日党派中国共产党工作单位武汉理工大学联系电讯地址及邮政编码武汉理工大学机电工程学院李刚炎实验室何国华侨家庭住址湖北省荆州市南湖路123号住宅电话电子信箱W毕业学校洛阳工学院文化程度研究生学 位硕士职务、职称教授级（高工）专业、专长先进制造技术毕业时间1991年07月01日曾获奖励及荣誉称号情况：外语语种英语熟练程度熟练参加本项目的起止时间从 2002年10月01日 至 2004年08月30日创造性贡献 基于网络的客户服务系统的设计与实现。 本人签名：_ 七、主要完成单位情况表单位名称武汉团结激光股份有限公司第01完成单位单位性质企业联系人程晓寒联系电子信箱通讯地址及邮政编码武汉市洪山区珞瑜路424号15楼(43