北京工业大学成果推介（第五期）

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重型龙门数控机床面实验、研究与应用

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本课题以2780、2890与28105三种类型的重型机床国产化开发的实际需求为背景，对重型龙门数控机床结合面动静态特性进行试验研究与应用，建立与完善结合面实验研究装置，对结合面动静态特性进行测试与分析，研究结合面动静态特性辨识与建模方法及工具，建立结合面的特性实验数据库与模型库、机床动静态模型库和机床动静态特性测试与评价数据库，开发相应的分析、建模、求解工具以及数据库与模型库管理工具。

市场分析：

为5-12米跨距的动梁和定梁重型移动式龙门车铣复合机床提供分析与设计的基础力学特性和结合面应用平台。

应用方向

重型机床国产化开发

知识产权和产业化分析

课题完成了3台龙门跨度分别达到8米、9米和10米的重型桥式龙门数控机床的开发与制造，合同造价超过2亿元人民币。课题成果在上述三种型号的重大专项产品应用的基础上，还可为重型立车、落地镗等其他类型的重型机床及大型结构件与功能部件的动静态特性建模与分析提供借鉴。

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钛合金复杂梁框类构件五轴加工机床与工艺

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本项目针对飞机复杂结构钛合金梁、框类零件加工，研制大型、大扭矩五坐标联动数控机床，同时针对钛合金梁、框类复杂零件的加工，研究重切削工艺系统的动刚度与抑振技术、切削参数优化技术、五轴加工编程技术、轨迹误差补偿技术以及机床综合性能测试技术，提出提高本类机床可靠性和精度稳定性的具体方法，设计了一套综合性能验证性实验和实验操作规范，对设备进行整体性能评估。并在沈飞大型复杂飞机结构复杂零件制造中应用，为航天航空制造业提供机床装备与制造工艺等全套解决方案。

市场分析

目前，国内机床行业虽然在五轴联动机床研发方面取得了一定的进展，但总体而言，与国外五轴联动数控设备相比，还存在差距，对五轴联动机床加工工艺的研究与应用更是鲜有成功案例。而国产航空飞机结构件呈现出“大型钛合金结构件比例逐渐增大、高性能复杂曲面整体结构大件增多，结构越来越

复杂，几何精度要求不断提高”的发展趋势，这使得大型钛合金复杂梁框类结构件的数控加工已成为航空工业新机研制的瓶颈。因此，市场对钛合金五轴联动机床与配套工艺的需求量巨大。

应用方向

课题完成了钛合金复杂梁框类构件五轴加工机床与工艺的攻关项目，通过5年攻关，课题重点突破了重型、大扭矩五轴数控龙门铣床的结构设计与部件配置、可靠性与精度控制技术、钛合金切削工艺与抑振技术、机床性能分析与误差补偿技术以及钛合金材料复杂构件五坐标编程与加工技术，成功地研制出了用于飞机大型梁、框等钛合金复杂结构件加工的重型、大扭矩数控五轴龙门铣床。

知识产权和产业化分析

通过课题的实施，以及对用户使用中出现问题的不断改进，逐步掌握了机械摆角头的设计、加工和装配技术，以及调整中的关键环节，形成了产业能力。协助北一机床厂对机床进行成功研制，目前该机床设备已销售11台，机床性能也逐步接近国外同类产品水平。

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图例说明:

1、龙门框动态仿真

2、摆角铣头动态仿真

3、数控指令修正系统界面

4、几何误差现场检测

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智能微纳传感器技术及其应用平台

成果单位：北京工业大学

项目简介：

新型传感器件未来必将向着高灵敏度、高响应速度、高稳定性、智能可穿戴的方向发展，纳米微传感器将是下一代先进离子/分子微传感器材料的优异候选对象。本产品通过研发多类高性能半导体纳米微传感器阵列，可实现在各类便携式设备上进行生物监测与环境分析。该产品最终目标将集成身体健康状态监控(呼吸、血压及血糖等)及所处环境(污染液体、危险气体等)分析监测等功能，并通过先进无线移动互联网络技术，实现数据实时传递智能分析与监控。

市场分析

该产品目前处于产品研发成型阶段，市场尚无相关产品，属于国际前沿创新领域，具有极为广阔的应用前景。该技术集成了生物、材料、电子、信息与通讯等交叉创新方向，该技术目前尚未有市场产品，属于国际前沿创新领域，具有极为广阔的应用前景。如该技术可应用于智能可穿戴设备、智能预警柔性微纳传感器件、柔性智能多传感器阵列集成产品及无创血糖传感器等医疗产品等。目前正在基于该技术开发的产品，集成汗液分析(pH、血糖)与呼出气体测试分析的柔性微纳生物传感智能可穿戴产品(尺寸:22*22*6mm;重量:<20克;电池使用寿命:约1年)。

应用方向

在具有足够扶持资金资助下，期望在3-5年内实现以下目标:

1)实现多参数集成(血糖、pH、乳糖、K离子、Na离子、呼出气、人体振动、温度等)生物传感器的规模化与市场化，预计技术转让金额超1000万元;

2)开发1-2款技术领先并应用广泛的可穿戴设备(无创血糖仪、健康监测仪)，预计技术转让金额超2000万元

3)开发1-2款用于水质与土壤监测的远程原位分析设备(无线实时离子分析系统等)，预计技术转让金额超500万元。

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防爆型氧气浓度激光传感器

成果单位：北京工业大学

项目简介

本项目成果基于航空预先研究课题，开发研制国产航空油箱混合气体检测传感器，其具有以下优势:不发生接触式化学反应，不会影响待测气体的组分和形态;检测精度极高，测量下限可达ppm量级;响应时间快，可以达到ms量级;不存在交叉干扰，易于检测混合气体中的特定成分;全光学结构，不易受到电磁辐射的干扰、不产生火花，本质安全。

知识产权和产业化分析

本项目掌握着的核心技术在行业中的领先地位和独有的特性，使其在产品的推广及销售过程中具有其他公司所没有的优势。并且其产品是面向航空、航天医疗等高精密行业，更关心的是性能和质量而非成本，因此项目风险低，资本投入低，具有较高的整体回报毛利率为60-85%，静利润的范围是从30%至40%。投资回收期为1-2年。

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风力发电机主轴超声在线监测系统

成果单位：北京工业大学

项目简介:

提出风机主轴高应力区的多阵列超声检测方法，为在役风机主轴结构健康监测提出了一套解决方案。同时，国内首次研发的主轴在线检测系统，不仅克服现有技术中停机检测的限制，为风能行业提供了一套节能、高效的主轴检测设备。检测系统具备原位检测、电子扫查、远程访问、多通道复用等特色，形成了电子扫查替代人工作业的工作模式。远程访问的优势便于系统组网及大数据管理。该成果适用于在役、在建的大型风机主轴的结构健康检测，具备对主轴高危裂纹及时预警功能，防范主轴失效导致的安全事故。

市场分析

风能行业、大型轴类在线监测、结构健康监测。

知识产权和产业化分析

申请国家发明专利3项。项目已投资研究经费超过100万元，研制1代样机3套，交付监测系统机2套。

地面联试试验:数据完成、检测信号稳定、电磁兼容性良好;装机测试:检测信号稳定。

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