"十五""211工程"建设子项目验收总结报告

建设子项目名称:激光与现代制造技术

一、项目建设概况
1、项目建设目标
      将数字化技术融入传统制造业中,为北京市制造业的振兴做出重大贡献。
      建立3-5个对北京市科技进步有重要影响的研究中心与产学研基地;为北京市制造业培养一批高层次、高质量人才;构筑国内一流的学术梯队;承接一批对北京经济建设有重大影响的科研项目;为北京制造业的振兴做出重大贡献。
2、项目建设主要任务
      以北京市先进制造技术实验室为依托,在新型数控软件与硬件的研发方面达到国内先进水平,并成为北京汽车行业与先进制造技术领域的人才培养与科研基地。争取获得机械工程一级学科博士学位授权点。为北京市"十五"规划重点发展的汽车产业和光机电一体化产业培养高水平人才。
      重点发展的方向是:数字化装备中的共性技术。
3、项目投资计划构成
      "十五"期间,本建设项目计划总投入3000万元(机电学院部分为1700万元),其中,中央专项经费500万元(机电学院部分为0),地方专项经费2500万元。用于购置焊接机器人等大型仪器设备,完善北京市先进制造技术重点实验室,并新建SERCOS总线技术服务中心、微机电研究中心、焊接设备及自动化研究中心等科研基地。
二、项目完成情况
1、建设目标、任务及具体指标完成情况
      根据项目建设目标的要求,"十五"以来我们尽全力融入北京的制造业,与北京市科委、北京生产力促进中心、北京机床研究所、北一集团公司、北人集团公司,北人印刷机械有限公司,北京凯奇新技术公司,北京吉普有限公司和北汽福田公司等北京市汽车与光机电一体化产业的重要单位和企业集团建立了紧密的合作关系,与他们共同谋划北京市装备制造业的发展大计,共同争取承担北京市重大建设工程和科研项目。通过几年的努力,北京工业大学的机械工程学科已经成为北京市制造业中一支重要的技术力量。所属的先进制造技术重点实验室在2005年市科委、教委组织的验收中评为优秀;"十五"期间先后参与和承担了"北京市重大装备与工艺创新工程"、"数字化印刷技术及设备"、"汽车整车及零部件焊接制造的关键技术"等北京市千万级以上的对北京市经济建设有重大影响的科技攻关项目,以项目为依托相继成立了"北京市先进制造技术转移中心"、"北京市先进制造技术学科群"等学科建设基地,并且参与申报了国家"精密与超精密制造工程中心",2005年底已经获得国家发改委正式批复,成为本校机械工程学科第一个国家级研究基地。
      "十五"期间,我校机械工程学科与力学学科取得快速发展,先后取得了机械工程一级学科博士学位授予权和工程力学学科二级学科授予权。博士学科点的数量从"九五"末期的2个,增长到目前的7个。标志着学院学术水平的全面提高。五年中承担了一批包括863子项目在内的高水平科研项目,承担国家自然科学基金面上项目数量逐年增长,2006年新增国家自然科学基金项目达到9项,2005年张伟教授获得了国家杰出青年基金项目资助。科研到校经费大幅度增长,"十五"期间科研到校经费达到4500万元,较"九五"增长了4.5倍,其中纵向研究经费占50%。大部分项目是直接为北京市经济建设服务的项目;发表了一批高水平科研论文,其中列入SCI检索的50篇,比95期间增长了8倍。相继有一批科研成果推向市场,其中"高速线材轧机网络监测诊断系统"成功推广于多家国内大型钢铁企业,获得直接经济效益6000万元以上。"钛合金颅骨修复体的数字化定制"在北京市各大医院应用于临床超过200例以上,获得了中国国际发明展览会金奖,取得了非常好的社会效益。
      "十五"期间共培养博士毕业生26人,硕士毕业生219人,大部分毕业生工作在首都制造业重要的岗位上。"机械设计"与"材料力学"两门本科生课程被评为国家精品课程。研究生在2005年中国机器人足球大赛上获得亚军。
2、建设资金投入、使用和自筹经费匹配情况
      项目原计划投入资金1700万元。实际五年共投入资金1674.56万元。经费,继续建设了"九五"期间建立的机器人与机构动力学、制造过程监控、现代焊接技术及自动化、数值模拟中心(力学学科)等实验室,并新建了微机电系统(MEMS) 、数控系统与数字化装备、反求与快速成型、纳米磨削技术、等新的实验平台,以及机械振动与控制、测控技术、机械结构与设计三个青年基地建设项目。到2005年底,全部项目经费按原计划执行完毕。
3、仪器设备购置、使用及管理情况
      "十五"期间共购入仪器与设备807件,其中单台价值10万元以上的31件。包括用于测控技术实验室的激光干涉仪(25.8万元)、声发射检测系统(17万元)、漏水检测相关仪(21.8万元);用于反求与快速成型平台的异型曲面快速成型机(23万元)、快速成型机(30万元)、真空镀膜机(15.6万元)、激光测量机(32万元)、单螺杆挤出机(11万元),用于纳米磨削技术平台的超精密成型数控磨床(60万元)、表面轮廓测量仪(23万元)、表面粗糙度测量仪(12万元),用于制造过程监控平台的内圆磨床(40.2万元)、数控加工中心(25万元)、多面动平衡测试系统(29万元),用于机械设计实验中心的淀积台(27.2万元)、程控扩散炉(19.8万元)、微型材料疲劳实验机(40.8万元),用于焊接技术自动化平台的焊接机器人系统(155.16万元)、激光传感系统(17万元)、高速摄像机(27.7万元)、EMC分析仪(11.2万元)、弧焊机器人系统(59.7万元等)。除部分2005年购置的设备尚未安装、调试完毕之外,其余设备均已正常用于科研活动。
三、项目建设效益分析
1、该项目的学科建设成绩、重点研究方向当前在国内外的学术水平和特色
      本项目在"十五"期间重点建设了机器人与机构动力学、焊接设备及自动化、机械结构振动与可靠性、数字化装备技术四个研究方向。
      机器人与机构动力学方向以机构动力平衡、弹性机构动力学、含间隙机构动力学三个世界前沿研究课题为重点。在国内外首先提出了空间机构震动力和震动力矩平衡的理论和方法,解决了国际难题;系统研究了平面及空间弹性机构的动力学分析、特性改善、最优综合问题,使此领域得以全面发展;在含间隙机构的动力学分析、分离准则、特性、综合等方面取得了系列成果。以机构动力学为坚实基础,全面向柔性机器人动力学领域拓展,首先提出了同时考虑杆件柔性和关节柔性的平面及空间机器人模型;然后在国内外最先开辟了柔性并联机器人动力学领域;还创造性地将柔性机器人与冗余度机器人两领域有机地结合起来,开发出了柔性冗余度机器人研究新方向。在《ASME.Trans.,Journal of Mechanical Design》等国内外学术刊物上发表论文100余篇,被SCI、EI收录约30篇次,产生重要影响,已取得丰富成果。
      焊接设备及自动化研究方向以新型焊接设备和焊接过程自动化为核心,在初步解决逆变焊接电源可靠性的前提下,在焊接设备的绿色化、焊接电源的数字化、焊接工艺的高效化和焊接过程的自动化四个子研究方向进行了大量的研究工作不断推出新的产品,研究成果已转让给国外马来西亚巨电公司、香港安达电机有限公司、国内北京时代集团公司、上海电焊机厂等10余家企业,取得了约3000万元的经济效益,确立了北京工业大学的逆变焊机技术在国内的领先地位。该方向积极开拓焊接自动化系统集成技术,在激光跟踪、电磁跟踪等焊缝跟踪技术和红外法熔透控制、熔池谐振法熔透控制等熔透控制技术、焊接机器人离线编程技术等方面国内领先。2005年承担了北京市重大科技项目"汽车整车及零部件焊接制造的关键技术"。增强了本学科在北京汽车制造业中的地位。
      机械结构振动与可靠性研究方向结合机电学院机械学科与力学学科交叉的优势,机械结构的非线性振动与可靠性分析为主题,采用高维系统非线性动力学理论、宏观材料强度学、损伤力学、断裂力学及现代计算机模拟技术,对高速、柔性机械结构的振动抑制以及复杂多轴交变载荷作用下的机械结构宏微观损伤行为开展计算机模拟、可靠性分析、寿命预测研究工作。在系统计模,分析和算法方面都具有突出特色,得到国内外专家学者的认可,与University of Toronto、University of Western Ontario、University of Guelph和Ryerson University等国外著名大学建立了科研合作关系,包括合作培养博士研究生,合作申请科研项目等。2004年本研究方向与加拿大多伦多大学机械与工业工程系合作获得海外青年学者合作研究基金1项,2005年独立获得国家杰出青年科学研究基金。
      数字化装备方向,以现代数控技术为核心,致力于各种数控设备与系统的设计、制造、分析、测试与集成技术的研究。根据项目建设目标的要求,"十五"以来尽全力融入北京的装备制造业,与北京市装备制造业的重要单位和企业集团建立了紧密的合作关系,共同谋划北京市装备制造业的发展大计,以唯一的技术支持单位的身份参加了北京市重大科技项目"北京市重大装备与工艺创新工程"的整个策划与论证工作,并在其中多个子项目中承担研究课题。2005年,以该方向为主策划、倡议和论证了对北京市印刷设备行业的技术升级换代有重大影响的北京市重大科技项目"数字化印刷技术及设备"。项目总经费2000万元。目前已正式立项。在2005年全市重点实验室验收工作中,本项目所属的"北京市先进制造技术重点实验室"被评为优秀。实现了"北京市在数控装备领域取得让世人瞩目的建设成就,北京工业大学机械工程学科在其中起到重要作用。"的"十五"建设目标。
      除重点建设项目之外,力学等其它研究方向也都取得了重大的进步。
2、人才培养
      "十五"期间培养博士后研究人员5人,毕业2人。培养博士生101人,毕业26人。培养硕士生636人,毕业219人,本科生1470人,毕业949人。在全国大学生科技竞赛活动中获得多项奖励。
3、师资队伍建设
      "十五"期间教师队伍的规模没有扩大,但整体素质有了明显提高。目前共有专任教师89名,其中教授20名,副教授(高级工程师)52名,讲师17名;具有博士学位的49名,占总数的 53% ,较九五末期增加了 26% ;具有硕士学位的25名,具有博士与硕士学位的教师共有74名,占总数87%,较九五末期增加32%。专任教师中,年龄在40岁以下的 41人,占总数的49%,年龄在40-50岁的24人,占总数的28%;年龄50-60岁的17人占总数的20%。年龄在60岁以上的3人,占总数的3%。所有年龄60岁以上的学术带头人,都有中青年骨干作为接班人。
      2004年,张伟教授入选国家杰出青年基金获得者,2002年到2005 年引进李德胜教授为北京市特聘教授,2005年余跃庆、尚德广教授聘为北京市拔尖创新人才,何存富、吴斌、石照耀教授被评为北京市中青年骨干教师;五年中,王民、刘赵淼、陈树君、张绪平4位副教授先后入选北京市科技新星。
4、科研与成果转化
      "十五"承担各类科研项目412项,总到校经费4580万元,其中纵向项目195项,到校经费2280万元,横向项目217项,到校经费2300万元。承担的项目中,包括863项目(含子项目)2项,国家杰出青年基金项目1项,国家基金项目24项,到校经费341万元;北京市自然科学基金项目19项,到校经费175万元;参加北京市科委重大科技攻关项目3项(分为若干课题)。五年来共发表学术论文 篇,其中收入SCI检索的50篇,收入EI检索的198篇,收入ISTP检索的20篇;消除重叠部分,被三大检索收录的论文总篇数为167篇。出版专著20部,获得专利授权31项,获得软件著作权20项。获得省部级奖共20项,其中包括2等奖 项,三等奖 项,获得第五届中国国际发明展览会金奖1项。
5、学术交流与国际合作
      2005年,以北京工业大学的名义承办了中国力学学会学术大会,这是机电学院首次承办国家一级学科学术会议。五年来出席各类国际学术会议超过100人次,聘请国外专家学者来校做学术报告40次以上,派遣教师出国访问9人,与加拿大维多利亚大学合作申报了国家杰出青年基金海外合作项目一项。
四、标志性成果
      1、为北京市策划与承担了"数字化印刷技术及设备"、"汽车整车及零部件焊接制造的关键技术"影响全行业的重大科技项目,标志着北京工业大学已经成为北京市先进制造技术的研究与创新的核心力量。
      2、获得机械工程一级学科博士学位授予权,标志着我校机械工程学科已进入国家先进学科的行列。
      3、"机械设计"与"材料力学"两门课程被评为国家级精品课程标志着我校机械工程专业的教学水平达到国内先进水平。
      4、张伟教授获得国家杰出青年基金的资助,标志着我校机械工程与力学学科在机械系统非线性振动研究方向上已达到国内领先水平。
五、主要体会经验、存在问题与改进措施
1、主要体会经验
      机械工程学科与力学学科是"激光与现代制造技术"字项目中重要的组成部分,"十五"初期,这两个学科基础比较薄弱,缺少大师级的领军学术带头人,没有突出的优势学科方向。在这种情况下,机电学院既没有把全部建设经费集中投入到少数几个学术带头人上,也没有按教学行政系统平均分配建设经费,而是精心挑选了一批有发展前景,有可能成长为青年学术骨干的教师与团队进行重点扶植。通过五年建设,学院学科队伍与科研水平同步提高,所有中青年教授和大部分副教授都有了自己明确的科研方向和纵向科研课题,显示出强劲的发展势头,显示出我们"十五"的投资战略是成功的。
      学科建设要集中与分散相结合,分散是要分散建设,要建立众多的小的研究方向,每个教授都要有自己的研究团队,和自己的学术资源与优势方向,这样才能调动每一个教授的积极性和创造性。集中是要以重大项目牵头,由学院出头,整合多个教授与研究方向,共同承担大型科研任务,这样才能不断积累整体学术资源,逐步提高到国家重要学科的水平。
2、存在的问题
      虽然取得了很大进步,机械工程学科和力学学科的科研工作仍然游离于国家科技创新体系的核心团队之外。没有一个二级学科能和国家重点学科和国家级重点实验室一起,共同策划、组织和争取国家级的重大科研项目;没有形成明显的优势学科和稳定的学科团队,工科特色学科没有显示出来,没有形成"学-研-产"相结合的可持续发展的学科平台。 这些是目前阻碍机电学院整体水平提高的最主要的问题。也是我们在"十一五""211工程"建设中要争取彻底改变的核心问题。
3、改进措施
      (1)、选择突破方向,建立优势学科
      选择出对学院发展最有影响的研究方向进行突破,尽快确定主攻方向,在资金、人力、物力给与重点支持,以此作为建成强势学科的基础。
      (2)、集中优势资源,搭建学科平台
      集中优势资源,进行必要的投入,聘请学科带头人,组成学科团队,,搭建以"科研平台"——"产业化平台"——"特色教学平台"组成的统一的学科平台,积极北京市和国家有关部门的重点支持,树立独特品牌,使平台不断滚动发展和壮大。
      (3)、整合资源,组成优势团队
      进行内部人才与技术的优势互补,集中优势兵力,跨学科和跨团队联合申报项目,对重大科研项目统一策划、统一申报与统一管理;集中学院的成果和力量,统一组织、策划和申报国家级的高水平的奖励和专利等项目。
      (4)、着眼大局,打造招牌式人才
      积极创造条件,推举和打造自己的招牌式人才。积极为优秀人才创造脱颖而出的条件。积极整合现有科研资源和成果,大力推举学院的优秀人才成为北京市和国家有关部门的专家。
六、本学科今后的发展方向及重点,对"十一五""211工程"建设的设想和建议
      学科建设要继续坚持我校"立足北京、融入北京、辐射全国、面向世界"的定位思想。以承担面向北京市机床行业、印刷机械行业和汽车行业的重大科技项目作为各学科发展的依托。不断积累学术资源,锻炼队伍,力争将面向北京市的科学研究作到国家级重大项目的水平,实现进入国家创新体系核心团队的目的。
      充分发挥机电学院现有5个学科的学科交叉优势,打破学科原有界限。针对北京市大力发展IC产业和重点发展服务业的科技政策,特别扶持机电学院MEMS与IC封装技术,生物制造两个新兴与学科交叉的研究方向,努力形成自己的研究特色,希望成为未来10年内学科建设的新的增长点。发扬机电学院现有的科技推广方面的优势,努力将已经获得和掌握的科技成果应用到企业生产的第一线去,以加强各学科在全国的学术影响。
      培养与引进相结合,积极引进那些熟悉国家科技政策与体制,具有组织争取国家级重大项目经验,与国内高校同行有着广泛联系的青年学术带头人,靠着他们尽快把学院的科研工作带到国家级的水平上去。
      学科建设要争取全面融入北京市装备制造业,每个学科都要以承担北京市重大科技项目为基础,努力提高科研水平与规模,积极参加国家级重大科研项目的策划与论证工作。用5年的时间,积累学术资源,争取到2010年5个学科至少有3个进入到国家创新体系的核心团队中。至少有2个学科应排名到国内同类学科前20名以内。
      人才培养以质量提高为宗旨,研究生教育与本科生教育齐头并进,平衡发展。大力推进以"动手制作"为特色的实践教学计划。在研究生培养上争取在百篇博士论文方面取得突破。在本科生教学方面要争取更多国家级精品课程。
      管理制度建设要充分学习和借鉴国内外一流大学的管理体制和经验,建立一支高水平的专业化管理队伍,逐步建立公开、公正、民主、透明的管理体制,营造学院内部开放、自由、宽松、和谐的学术环境。