产品详细介绍 机械设计原理STEAM主题课程 项目背景 在现代生产和日常生活中，机器已成为代替或减轻人类劳动、提高劳动生产率的主要手段。机器的主体部分是由若干机构组成，机构是我们研究机器的核心。机械设计原理的学习可帮助学生提高运用理论解决实际问题的能力，培养机械方案设计能力和应用编程解决工程实际问题能力。 在本项目中，学生可借助机械设计原理套件与人工智能与编程教学系统，了解凸轮机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构等常见机构的原理及特点，搭建相应模型并通过编程实现智能控制。 课程性质 这是一门以项目式教学开展的跨学科课程，以基于建构主义理论的 5E 教学模式作为指导，结合了中小学信息技术课程标准与编程教学特色。 课程目标 1.知识与技能 ⚫  了解机械机构的类型及其在现实生活中的应用。 ⚫  掌握机械机构的结构特点，设计并制作相应模型。 ⚫  学习图形化编程或 C++代码编程的基础知识，使模型完成实际任务。 ⚫  掌握机械模型算法的设计、编写及调试。 2.过程与方法 ⚫  通过对机械模型的搭建和编程，逐步发展编程思维和工程思维能力。 ⚫  在模型实现功能的过程中，经历从不同的角度寻求分析问题和解决问题的方法。 ⚫  通过观察、查阅相关资料等活动，培养对信息的有效性、客观性做出判断的意识，发展分析概括能力。 3.情感态度与价值观 ⚫  了解机械设计在日常生活和生产中的应用，初步认识科学和技术的社会功能。 ⚫  具备探究和创新的初步意识，敢于依据客观事实提出和坚持自己的见解，能听取不同的意见。 ⚫  乐于尝试运用多种材料、多种思路、多样方法完成创意搭建，体会创新乐趣。

产品详细介绍 资深结构设计工程师；专做3D打印模型设计、模型评估；逆向工程 成功案例：

仿生表面织构起源 传统摩擦学认为光滑表面具有较低摩擦力和磨损，反之，非光滑表面会带来较大的摩擦力和磨损。而自然界进化过程中，某些生物的表面微观结构具有优异的自润滑和抗磨减磨性能，如鲨鱼皮表面微沟槽表现的超低流体阻力，穿山甲表面微结构的优异耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其机理，则可进行工业应用。 钻头轴承及压裂泵柱塞密封系统仿生织构润滑减磨设计及应用 织构化钻头轴承 钻头作为破碎岩石形成井眼的重要工具之一，在高温高压、冲击动载及贫脂润滑的恶劣环境下，其核心部件钻头滑动轴承易发生黏着磨损从而最终导致钻头整体失效破坏，亟需降耗增寿的新技术来为其安全、可靠使用和延寿经济运行保驾护航。 发明了基于多物理场耦合的超快激光精准高效制备的冰霜辅助超快激光刻蚀分束技术（US17026096，ZL202011229792.1），形成了钻头轴承轴径曲面仿生织构的纳秒/皮秒的激光加工与表征评价方法；目前正在与中国科学院上海光学精密机械研究所和中石化江钻石油机械有限公司开展钻头轴承织构工业化的超快激光加工与质量检测流水线建设和现场应用研究测试，可满足织构化钻头2000支的年产量需求。 建立了织构钻头轴承润滑减磨性能优化设计的理论研究与实验测试评价方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系数、磨损量、油膜厚度、温升和无量纲承载能力等为评价指标，基于理论研究、单元实验和全尺寸的台架实验，模拟测试工况下初步优选的圆形、椭圆形、人字形沟槽织构可使钻头轴承减磨性能和寿命提升50%以上。 织构化柱塞密封系统 柱塞动密封系统是油气增产压裂作业实施中压裂泵装备的关键部件之一，其在超高压、冲击动载及交变往复运动工况下，压裂泵柱塞动密封系统易发生磨损失效而导致密封刺漏等失效，是制约压裂泵工作性能、可靠性和作业成本的关键因素， 亟需创新的设计方法来提升压裂泵柱塞动密封系统的寿命及可靠性。 发明了柱塞表面仿生织构大尺寸拼接刻蚀工艺规划及参数优化设计方法（ZL201910892024.5）， 创新研发了柱塞织构批量化激光分束加工的软件控制系统和配套夹具系统。 发明了表面织构化压裂泵柱塞及其动密封系统性能抗磨减磨性能优化设计的理论研究与试验测试评价方法(ZL201310423514.3)，基于理论模拟、单元及全尺寸台架实验，初步优选的圆形和椭圆形织构布置于压裂泵柱塞表面可实现柱塞动密封系统的摩擦系数和温升降低45%以上，寿命延长30%以上，目前正在与中石油第四石油机械有限公司和中油国家钻井装备工程技术研究中心有限公司开展现场应用试验测试。 未来应用前景及市场规模预测 该技术垂直应用领域为油气勘探开发装备、油气集输装备、通用机械装备的润滑、密封、抗冲蚀与减阻等领域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的装备失效是由磨损引起的。两者造成的损失相当于GDP2%-7%，2019年我国的GDP为99万亿元，按5%计算约为4.95万亿元。

近日，上海交通大学电子系义理林教授课题组基于智能锁模算法、时间拉伸技术和实时高速电路建立的实时光谱分析控制平台，实现了锁模激光器输出飞秒脉冲的实时光谱调控，对飞秒激光器的设计具有重要的应用价值。相关成果以“Intelligent control of mode-locked femtosecond pulses by time-stretch-assisted real-time spectral analysis”为题目于2020年1月发表于国际光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》（中科院长春光机所与Nature出版集团合办期刊），并入选为封面文章，在“News & Views”栏目被专门评述。博士生蒲国庆为第一作者，义理林教授为通信作者。 图说：期刊封面文章 飞秒尺度（1E-15秒）脉冲对应着原子分子、材料、生物蛋白、化学反应等丰富物质体系的众多超快过程，有着广泛而重要的应用。锁模激光器作为产生飞秒脉冲的重要基础研究工具，在物理、化学、生物、材料、信息科学等领域都有广泛的应用。飞秒锁模激光器自上世纪六十年代发明以来，与其相关的研究分别于1999，2005，2018年获得过诺贝尔奖。 随着超快光学的快速发展，越来越多的前沿应用需要对飞秒脉冲的时域和光谱进行精细控制。由于飞秒脉冲的产生涉及非常复杂的非线性和色散传输效应，达到特定脉冲状态的稳态输出需要对激光器多个参数在高维空间进行优化，传统基于激光器光学设计和优化的方法已被证明难以精确实现。 通过对飞秒脉冲状态进行智能识别，结合智能算法对激光器多参数进行全局优化，有望获得理想的飞秒脉冲输出，但其主要挑战在于飞秒脉冲难以实时精确识别。低速时域采样无法识别飞秒脉冲宽度和形状，光谱仪虽可识别飞秒脉冲积分光谱但无法识别其瞬时光谱，因此传统方法都无法做到实时控制飞秒脉冲精确锁模状态。为了解决这一难题，义理林教授课题组提出在锁模控制环内引入时间拉伸-色散傅里叶变换（TS-DFT）技术，通过时域到光谱的转换，采用低速时域采样即可识别飞秒脉冲对应的瞬时光谱宽度和形状。结合智能控制算法，实现了以1.4nm为精度对飞秒脉冲光谱宽带从10nm到40nm进行可编程控制，光谱形状可编程为高斯型或三角形等。这是本领域首次实现飞秒锁模脉冲光谱宽度和形状高精度实时编程控制，解决了飞秒锁模脉冲锁模状态无法精确调控的难题。 基于实时的光谱控制，该研究还展示了从窄谱锁模态至宽谱锁模态以及从三角形光谱脉冲态至宽谱锁模态的演变过程，发现两者动力学过程具有相似性，提出了目标锁模状态可能决定中间动力学过程的猜想，为人们进一步探索锁模激光器内部机理提供新视角。 图说：基于快速光谱分析的飞秒锁模脉冲智能控制 非线性光学著名专家John Dudley教授（欧洲物理学会主席，IEEE/OSA Fellow）在《Light: Science & Applications》的“News & Views”栏目撰文介绍此项工作，认为本工作极具创新性，开拓了研究锁模动力学新的可能性，很可能应用于多种锁模光纤激光器中。 义理林教授课题组过去六年来一直致力于解决飞秒锁模激光器的智能控制问题，2019年发表在光学领域顶级期刊《Optica》的“智能锁模激光器”成果入选美国光学学会旗下新闻杂志《Optics & Photonics News》2019年光学年度进展“Optics in 2019”。该方向工作部分得到国家自然科学基金（61575122）的支持。《Light: Science & Applications》论文全文https://www.nature.com/articles/s41377-020-0251-x《Light: Science & Applications》“New & Views”评述论文https://www.nature.com/articles/s41377-020-0270-7

特高压技术已成为直流输电技术的发展前沿。针对特高压±800kV直流输电工程的电磁环境与电磁兼容问题，提出了直流输电线路离子流场三维计算方法，参加制定了±800kV特高压直流输电线路的电磁环境指标限值；提出了换流站阀厅电磁屏蔽效能要求以及阀厅搭接技术要求；提出了特高压输电线路对邻近无线电台站和输油输气管道的电磁影响指标限值及防护措施；提出了直流接地极布置的主要技术方案和改善跨步电压的技术措施，评估了入地电流对邻近变电站变压器的直流偏磁影响，提出了抑制变压器直流偏磁的主要措施。研究成果应用于云南-广东、向家坝-上海、锦屏-苏南±800kV特高压直流输电示范工程建设。参与研究的成果“特高压±800kV直流输电工程”获2017年度国家科学技术进步奖特等奖，华北电力大学作为项目主要完成单位排名第15，齐磊教授作为主要完成人排名第30。

研究领域 以企业的生产需要为出发点，以研发新产品、新设备、新工艺为目标，进行光机电一体化成套设备及新技术的研究与开发，解决企业发展过程中的瓶颈问题。围绕创新制造工艺、机电控制及自动化，开展绿色化、系统化智能机电一体化技术及其在生产过程中的应用研究。主要研究方向有：（1）绿色新能源生产技术及设备（2）特种加工机械（3）新型包装机械（4）根据企业实际需求定制光机电一体化成套设备（生产线）的研发。科研成果及简介 所承担主要项目： 锌空燃料电池极片干嵌法成形过程控制的理论与技术(国家自然基金) ·高速水墨柔性印刷模切机CL1224 （国家科技部） ·机械软起动控制系统的开发（天津市教委） ·柔性传动行星轮差速机构的研究 （河北省教育厅） ·机械液压自动控制软启动系统（石家庄科技局） ·自动分页装订机的开发研究（河北省教委） 横向课题： 纸管机开发（天津巨业衣架制造有限公司） 盘料螺纹钢滚丝机（天津市天鹏建筑器材有限公司） 五金平台自动机械手的研制（庆辉五金制品有限公司） 乒乓胶皮海绵上料系统的研发（天津七二九体育器材开发有限公司） 电池极片卷绕设备（海裕百特锂能设备有限公司） 锂电池极片轧制卷绕线 ； 流延膜挤压收卷装置及控制系统的合作研发； 瓦棱机生产线控制系统的研制； KSQ-500电池极片卷绕设备开发 木工挖船机（威卢克斯有限公司） WS-260卫生巾生产线获奖与专利一种布料机                  发明专利           专利号：200910068754.x一种双向水泥土搅拌桩机      发明专利           专利号：200910069172.3一种双向水泥土搅拌桩机      发明专利           专利号：200910069171.9一种双向水泥土搅拌桩钻杆    发明专利           专利号：200910069170.4一种收获机                  发明专利           专利号：200910069269.4可转让项目 可承担（合作开发）科研项目与技术合作光机电一体化成套设备（生产线）的研发

本项成果对传统的协调控制算法进行了优化研究，可以使城市道路绿波带控制的效果得到改善，使交叉口通行效率获得提升。仿真表明，本项成果的应用可以使延误减小10%~20%。

本发明公开了一种双控制器同步轮廓控制方法，包括:将给定 的图形轮廓加载到第一控制器和第二控制器里;第一控制器按照给定 图形轮廓进行运动轨迹控制，将轨迹位置点进行基于行程的编码，并 将包含上述基于行程编码信息的同步控制信号发送给第二控制器;第 二控制器接受同步控制信号并解析得到轨迹位置点，从而与第一控制 器达到同步，根据轨迹位置点处的图形轮廓控制光斑形状。该方法可 以应用于裂纹控制法的玻璃激光切割加工中，使得数控系统控制器(第 一控制器)与可变光斑控制器(第二控制器)基于图形轮廓同步。该双控 制器同步

本发明公开了一种电机驱动控制系统，该系统包括直流-直流变 换器控制部以及逆变器控制部，逆变器控制部包括顺序相连的速度控 制器、电流控制器以及逆变器 PWM，逆变器控制部还包括开关频率计 算模块，开关频率计算模块计算出开关频率信息传输于逆变器 PWM， 逆变器 PWM 输出 PWM 信号用于控制逆变器，直流-直流变换器部包 括顺序相连的直流电压计算模块及直流电压控制器。按照本发明实现 的电机驱动控制系统，低速下开关损耗为传统系统的 1/4，而系统的其 他功率损耗基本维持不变，相加之后，系统总损耗能减小

在进行生物材料的低温保存时，不同的生物材料要求不同的降温程序，一些复杂的细胞还要求降温程序分成多段进行，每段程序有不同的冷却速率。本降温仪是利用液氮的自然蒸发在杜瓦容器内颈部所形成的温度梯度，精确地控制生物材料在此温度区（室温至－196℃）内上下移动，从而有效地控制样品的温度和降温速率。 与进口的液氮喷射式降温仪相比，本降温仪的优点是：液氮耗量极少，约大于液氮容器的自然蒸发率；便于直接保存，降温与保存可用同一液氮容器；易于进行“诱发结晶”，提高低温保存存活率；运行可靠，操作方便。 该仪器已获得国家新型实用专利，该仪器及其应用的许多研究论文已在国内外的期刊及会议上发表。本仪器已在全国各地推广应用，主要是医院、生物、农牧渔业及大专院校等进行皮肤、角膜、血液、骨髓、精液、卵、胚胎、植物种子等生物材料进行低温保存和研究。 主要技术指标 1、电源：          AC 220V±10%， 50 Hz； 2、功耗：          小于25W； 3、控温范围：      室温 ～ －196℃； 4、降温速率范围：  0.01℃/Min ～ 20℃/Min； 5、恒温范围：      控温范围内的任意温度； 6、恒温时间：      0～999.9分钟/每段； 7、控温段数：      8段；