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[成果] 1800140083 湖北
TG242 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:随着数控机床、铁路、高铁、航空、航天等领域的高端装备要求不断提高,其关键零件向高性能化、复杂化方向发展。铸造利用液态金属流动成形,柔性大,是复杂零件的主要成形方法。但随着零件复杂度不断提高,传统铸造方法越来越难以甚至无法设计出合理的工艺。为此,该项目提出高性能复杂铸件形性调控技术,但面临以下难题:1)复杂铸件充型凝固过程影响因素多,缺陷定量预测难;2)铸造型芯性能要求复杂多样,材料制备与成形难;3)熔炼与浇注过程合金成分及组织演变复杂,铸件性能保证难。 项目组在国家自然科学基金、“863”计划和国内外企业合作项目等资助下,经过十余年产学研攻关,建立了高性能复杂铸件形性调控成套技术。创新成果如下: (1)提出基于距离场的复杂铸件几何热节判定方法,建立基于Particle Level-Set多相流的卷气夹渣定量预测模型以及基于瞬态压强分布的孔松缺陷定量预测模型,实现了浇注系统和冒口补缩系统的优化。 (2)开发复合硼酸镁晶须和硅藻土的水溶性树脂砂型芯新材料及制备工艺;发明一种压铸模具梯度材料型芯制造方法;发明复杂铸件模组抗裂设计方法和熔模旋转涂装工艺。 (3)建立熔炼过程元素烧损预测模型,研发熔炼数值仿真系统和炉料配比系统;发明一种基于悬浮熔炼的逐层堆积合金铸锭制备方法;发明置氢-热等静压的铸件后处理方法。 获发明专利12项、软件著作权6项;发表论文84篇(SCI/EI收录38篇);出版著作8部;修订军用标准一项,建立工艺规范9项。专家鉴定“总体达到国际同类技术先进水平”。 成果已在国内外百余家单位应用,统计10家单位近三年新增产值24.5亿余元。应用于135吨大型数控机床横梁球铁件,一次浇注成功;应用于铁路养路机械桥壳铸钢件,工艺出品率提高到83%;成功应用于高铁联系枕梁铝合金铸件,工艺出品率提高7-9%、缺陷降低20-35%。 该项目大幅提升了高性能复杂铸件形性调控与生产制造水平,使传统铸造技术由“睁眼造型,闭眼浇注”变为“睁眼造型,睁眼浇注”,促进了铸造行业的技术进步。
[成果] 1900010822 湖北
TB383 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:化石能源短缺、温室气体排放、水污染是人类当前面临的重要挑战,多孔材料因具有丰富孔道结构、比表面积高,可用于氢能存储、二氧化碳捕获、分离等诸多方向,在能源、环境、生命、材料等领域显示出广阔的应用前景。一直以来,普遍认为柔韧的高分子难以产生高比面积的多孔材料,但近年来该项目团队的研究结果改变了这一观点。通过刚性构筑单元,完全可以制备得到高性能的有机多孔材料,而且相对于其他多孔材料,微孔有机聚合物(MOPs)由轻质元素组成,具有低密度、良好的化学和物理稳定性、合成多样、孔尺寸可控等优点,成为一类新型的、具有发展潜力的材料。如何克服开放式的骨架结构趋于变形或坍塌这一自然特性而导致的孔道堵塞;如何尽可能多地产生自由孔隙空间成为合成MOPs的重要挑战。 该项目在国家基金委的支持下,围绕有机多孔材料领域中的关键科学问题,在MOPs构建方面开展了系统性的研究,特别是在通过外交联编织低官能度刚性芳香族化合物有效构建低成本微孔有机聚合物方面,取得了原创性和系统性的科学发现和成果。 主要学术贡献有:1)利用简单温和的傅克(Friedel-Crafts)烷基化反应,首次建立通过外交联试剂“编织法”构建超交联微孔有机聚合物的新策略,将构建单元扩展到低官能度的芳环以及稠环体系,实现了有机微孔聚合物的低成本合成,为大规模生产及进一步;业化奠定了基础;2)通过“编织”芳杂环或与“共编织”不同功能的构建单元,实现了有机微孔聚合物的功能化,在二氧化碳选择性捕获、多相催化等方面展示了优异的性能,为能源、环境相关领域面临的关键问题提供了新的解决方案;3)通过调控不同构筑单元构型,合成了三蝶烯和酰亚胺微孔聚合物,发现构筑单元构型对有机微孔聚合物结构及性能的影响规律,为有机微孔聚合物的合成策略设计提供了理论支撑。 该团队在有机多孔材料领域的研究水平处于国际前沿,部分方向上处于领先与引领地位。在Adv. Mater (2篇,IF 19.791),Macromolecules等重要学术期刊发表了一系列高水平的论文,8篇代表性论文得到来自38个国家(地区)的381个机构SCI他引741次,包括Krzysztof Matyjaszewski (美国工程院院士,Prog. Polym Sci•主编)、Andrew Cooper (英国皇家学会院士、MOPs领域领军人物)、Marc A. Hillmyer (美国明尼苏达大学教授,Macromolecules主编)等正面引用和评价,其中4篇论文入选ESI高被引论文,单篇SCI他引最高达188次。撰写英文章节5章。 项目部分成果获湖北省自然科学奖一等奖。
[成果] 1800290043 湖北
V475 应用技术 航空航天器制造 公布年份:2018
成果简介:在复杂环境下以超宽速度域行进的运载器,由于任务过程所经历的大气环境复杂、环境参数变化速快,导致运载器的参数状态之间交叉耦合紧密,使得该类运载器的动力学/运动学模型呈现出严重的非线性和不确定性。获得较为精确的动力学模型和恰当的控制算法,以及评估方法等,将是研制该类运载器的重要基础。 复杂环境下宽速域运载器的动力学模型。开发复杂环境下宽速域运载器的动态控制策略。复杂环境下宽速域飞行仿真平台技术及控制方法动态验证评估系统技术开发。 该项目的目标运载器是可以依靠自身吸气式组合动力水平起飞和降落,能穿越大气层至近地轨道并返回地面的一类超高速天地往返飞行器。该类飞行器以空气作为介质和氧化剂,将大大地提高其有效载荷,降低成本;采用水平起飞和降落技术使运载器的发射和回收灵活、机动性强。该项目的顺利开展将突破天地往返运载控制领域一些关键技术,加速新型高端运载器的研制,有助于中国空间技术战略规划实现。
[成果] 1900010409 湖北
TN722.34 应用技术 电子元件制造 公布年份:2018
成果简介:该项目属信息科学中光学与光电子学领域。 全光信号处理直接在光域进行,可减少“光-电-光”转换环节,有效克服光电转换瓶颈和极大降低系统功耗,是下一代大容量和绿色光通信网络中的支撑性技术。半导体光放大器(SOA)因为体积小、便于集成、非线性效应众多等优点被广泛地应用于全光信号处理中。应用在光通信网络中对SOA非线性全光信号处理提出三个方面的要求:1)如何实现功能可重构?2)如何实现新的功能?3)如何改善输出性能?在来自国家自然科学基金、973和863计划等5项课题的资助下,课题组针对上述三个方面的要求,紧紧围绕全光信号处理中SOA非线性效应选择性调控这个主题进行了持续的基础性研究工作,主要发现点和创新成果如下: 1.新理论:针对SOA的不同非线性效应和不同光信号处理功能应用,发展了一套统一的非线性/线性频谱变换理论,将不同非线性过程统一为对输入信号的频谱变换作用,和不同线性滤波过程结合,实现不同的光信号处理功能,为基于同一种结构实现多种光信号处理功能奠定理论基础。 2.新机制:综合考虑了载流子加热和光谱烧孔等带内超快非线性作用过程和带间跃迁非线性作用过程的共同作用,发现了SOA中一种新的非线性效应工作机制,首次提出瞬态交叉相位调制(T-XPM)的概念。新的非线性效应工作机制有效拓展了SOA可实现的光信号处理功能。 3.新方法:发现光子数浓度是影响SOA载流子动态特性的关键因素,发明单端反射式SOA来选择性增强交叉增益调制效应,改善了SOA光信号处理输出性能,并提高了SOA光信号处理实现方案的灵活性和可扩展性。 该项目8篇代表性论文他引总数403次(WOS总他引290次,SCI他引224次),被来自41个国家的239个单位的学者引用,成果被专著/特邀/综述文章引用22篇次,2篇文章受到Nature photonics、Nature Communications正面引用,得到包括IEEE Fellow美国Agrawal教授、加拿大姚建平教授、Azana教授、英国Richardson教授、日本Koshiba教授等著名专家引用和正面评价。接受Electronics Letters杂志关于逻辑门工作的专访,研究成果被编入国际通用英文教科书《Fiber-optic Communication Systems》第四版(斯坦福大学等知名高校使用教材),出版中文专著《半导体光放大器及其应用》和英文章节2章,获得湖北省自然科学一等奖2次,教育部自然科学一等奖1次,全国优秀博士论文奖1次及提名奖2次,培养基金委“杰青”1人,“优青”1人,入选OSA Fellow1人,入选中组部“万人计划”创新领军人才计划1人,担任国际会议主席和程序委员会主席9次,先后在国际会议上做特邀报告62次,担任Springer期刊《Frontiers of Optoelectronics》期刊副主编、OSA期刊《Photonics Research》和IEEE期刊《Photonics Journal》助理编辑。
[成果] 1900010455 湖北
TH165 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:中国工程院《2015中国制造强国发展指数报告》指出“2014年我国制造业全员劳动生产率仅相当于美日德英法韩六国全员劳动生产率平均值的四分之一”,而调度是提高劳动生产率的最有效手段之一。调度方向也一直被ESI数据库列为学术研究前沿(Research Fronts),调度的最优化是学术界追求的永恒主题。由于绝大部分调度是NP难问题,而离散制造系统的工艺更加复杂、资源约束更多,导致最优调度更加困难。为此,该项目针对离散制造系统的最优调度,开展了系统深入的研究,重要科学发现如下: 1、打破了“只能通过左移工序减小生产周期”的传统观念,国际上首次发现解的对称性对生产周期的影响规律;创建了全主动调度类型,证明最优调度—定是全主动调度的定理,极大地缩小了问题解空间;提出了块结构特性的交换和插入两种新的邻域结构,能发现解空间“Big Valley”中的最优调度。刷新了作业车间(J||makespan)国际最权威测试集(1993年的TA测试集)1/3实例的世界最好解,乌克兰科学院外籍院士、《J.Glob.Optim.》创刊主编、美国佛罗里达大学Pardalos教授在最优调度记录榜上进行了权威发布。 2、突破了经典调度缺乏工艺柔性的局限,首次创建了工艺与调度协同的混合整数规划模型:提出了具有Lamarkian特性的多维编码方法,解决了工艺柔性无法完全表达的难题;实现了反映问题解空间特性的高效高精混合智能优化方法,解决了工艺柔性带来求解规模指数增长的难题。刷新了集成式工艺与调度(J|PP|makespan)国际最权威测试集(2003年的K1M测试集)3/4实例的世界最好解,得到了7位院士的高度认可。 3、国际上首次发现了解结构的可分解性对生产周期的作用机理;证明了“增加特定工序的加工时间可缩短生产周期”的定理,颠覆了“生产周期是工序加工时间非减函数”的传统观念;提出了邻域解的双向快速精确评价方法,从理论上将整个邻域的计算复杂度由O(n3m)降至O(n2m)。刷新了流水车间(F | no-wait |TFT)国际最权威测试集(1993年的TA测试集)2/3实例的世界最好解。 项目出版专著5部,发表SCI论文140余篇,其中ESI热点论文1篇、ESI高被引论文11篇。8篇代表性论文SCI他引464次、总他引943次。研究成果得到国内外著名学者(包括美国工程院院士、美国密西根大学安娜堡分校副校长Hu教授,美国工程院院士、美国德州农工大学Reinschmidt教授等16位院士)的引用与高度认可。李培根院士担任中国机械工程学会理事长。高亮、潘全科担任SEC(SCI IF 3.893, JCR1区)SCI源刊副主编,高亮担任EJIE(SCI源刊)编辑,也担任JCP(SCI IF 5.715, JCR1区)、IJAMT(SCI IF 2.209, JCR2区)等SCI源刊客座编辑。潘全科连续四年(2014/2015/2016/2017)入选Elsevier中国高被引学者。项目组在国内外重要学术会议上作大会报告10余次。获得2013年教育部自然科学一等奖,获全国优秀博士学位论文提名奖2篇。已成功应用于武昌造船厂、卫华集闭等企业。
[成果] 1800290191 北京
X77 应用技术 环境治理 公布年份:2018
成果简介:针对废铅酸蓄电池铅膏火法回收工艺中能耗高、污染大、金属回收率低等缺点,开发一条全新的湿法回收废铅膏集成示范生产线。新工艺采用无污染脱硫技术,直接制备超细铅粉材料用于制作新的铅酸蓄电池,为构建高效环保的废铅膏处理与再生利用模式作示范。具体为基于废铅酸蓄电池铅膏湿法浸出及低温焙烧直接制备超细铅粉新技术。 成果创新性:该项目成果的实施可实现废铅膏清洁回收和再生利用,可直接制备超细铅粉,该铅粉可用于开发新的铅酸蓄电池。整个项目有利于再生铅行业的可持续发展,在创造巨大的经济效益的同时,环境、社会效益明显。以处理3万吨废铅膏,生产2万吨铅粉为例。项目实施后,可节约标准煤8040吨,含铅废水、铅尘、二氧化硫等均可实现达标排放。
[成果] 1900010265 北京
TS952.8 应用技术 印刷、制药、日化生产专用设备制造 公布年份:2018
成果简介:游乐设施是创造欢乐的载体,近年来中国每年游乐人数6亿多人次,因其参与人数多、分布区域敏感、地标效应强及事故后果严重等特点,被称为“特种设备中的特种设备”。21世纪初,中国旅游娱乐行业发展迅猛,大型游乐设施(高度≥2m或速度≥2m/s)需求急剧增加;事故时有发生,安全形势严峻;与国外相比,中国游乐设施具有设计载客量大,运行频次高、单次乘坐人数多的特点;当时产品主要以低端仿制和高端进口为主、检验检测技术原始落后、使用管理及相关标准缺失,严重影响了中国游乐设施的安全运行和产业的健康发展。 在国家系列科研项目支持下,项目组集中了产学研用10多家单位、60多名科技人员、历时15年,围绕大型游乐设施安全这一核心问题,以安全、可靠、经济运行为目标,创造性地提出了以动态的健康评价代替静态的安全评价,从单一的安全管理转变为多因素协调统一的健康管理的技术路线,攻克了中国游乐设施行业“建体系、制标准、保安全、促发展”过程中存在的关键技术难题,取得了一系列的突破性成果,主要科技创新点如下: 提出了以大型游乐设施为代表的大型机械系统健康管理理论,揭示了大型游乐设施设计、制造、使用诸阶段与系统健康状态之间的相互作用规律,突破了30余项关键技术,制定了国家标准45项,建立了大型游乐设施设计、制造、使用、报废全寿命周期的技术体系和标准体系。 提出了面向大型游乐设施全寿命周期的危险源与失效模式判别原则,建立了全寿命周期风险评价方法,包括:零部件-子系统-整机三层双向设计风险评价方法、在用设备的小样本数据定量风险评价方法、基于关键部件剩余寿命与维修性评价的报废方法,实现了大型游乐设施全寿命周期的风险预测与控制。 攻克了大型游乐设施典型结构、特殊材料和运行状态的检测监测关键技术,开发了大型游乐设施运行状态监测、拉索漏磁导波复合检测等设备,提出了游乐设施检测监测与故障诊断系列方法,实现了在用关键部件不拆卸、不打磨、远距离的检测监测,建立了大型游乐设施全寿命周期的检测监测技术体系。 提出了适合大型游乐设施复杂载荷的简化设计准则、基于人体加速度的安全束缚装置设计方法、基于虚拟样机的大型游乐设施设计分析方法,攻克了大跨距三维轨道精确成型、超大型回转结构安装方法等关键技术,设计制造了拥有自主知识产权的37种产品,其中8种为国际首创,获得了发明专利21项(含国际2项),建立了适合中国发展状况的大型游乐设施设计制造技术体系。 项目成果在全国2.2万台/套大型游乐设施上得到全面应用,社会效益和经济效益巨大,仅对广州长隆集团等15家企业进行统计就取得了60多亿元的经济效益,为中国大型游乐设施制造企业年产值和游乐园年收入分别由本世纪初不足2亿元和10亿元发展到现在超过60亿元和1000亿元的规模、大型游乐设施万台伤亡率从“十一五”期间的年均5.24人下降到“十二五”期间的3.64人做出了巨大贡献,极大地促进了中国游乐设施行业的健康发展和科技进步。
[成果] 1900010426 湖北
TN911.7 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该项目属于信息与通信技术领域。OFDM是宽带通信最有效的信号模式,是无线通信的研究前沿。自香农理论提出以来,逼近信道容量香农限的OFDM理论研究一直是学术界和工业界高度关注的研究热点。以1999年美国工程院院士、DSL创始人J.Cioffi教授创建的理想条件下OFDM信号重构为代表的经典理论方法,开辟了降低峰均比等提升信道容量的有效途径,但受广泛存在的器件非线性、频谱资源受限和信道空间相关性等因素制约,难以从根本上实现信道容量逼近香农限,无法满足未来通信大容量需求,急需理论的重大突破。 该项目在国家自科基金、863计划等资助下,围绕信道容量提升的基础科学问题,对OFDM信号的时、频、空等多域特征开展深入、系统研究,发展了宽带通信理论,为实现未来大容量无线通信奠定理论基础。科学发现如下: 1、首次揭示器件非线性下OFDM时域信号峰均比与信道容量的解析关系,首次阐明了多维度的峰均比统计分布规律,峰均比计算精度比经典方法提升2-5倍,为逼近香农限的OFDM信号设计提供新理论支撑。美国杰出研究奖获得者D. Goeckel认为给出了OFDM峰均比的解析表达(analytical expression)。 2、阐明OFDM时域信号峰均比受码元相位特征的影响机理,建立幅值近均匀分布的信号动态生成模型,提出鲁棒的相位非对称编码方法,攻克了低峰均比编码受限于码长、码率的国际难题,容量提升10%-18%。软件无线电创始人J.Mitola认为将经典编码理论提升到新水平(to the next level);IEEE Fellow A.Nallanathan认为逼近性能限(approaches performance bound of OFDM)。 3、首次揭示OFDM信号频谱旁瓣的非正交处理对信道容量的作用机理,建立旁瓣衰减可控的信号设计准则,解决了正交处理导致旁瓣的衰减速度和深度均不足的根本性难题,提出感知受限下信号带宽扩展方法,实现超99%带宽利用率,容量提升11%。澳大利亚科学技术与工程院院士A.Cant0ni认为实现了旁瓣深衰减和高谱效(achieve deep nulls while retaining high spectrum efficiency)。 4、阐明OFDM信号空域衰落差异性对信道容量的作用机理,首次建立规避深度衰落的信号协作处理模型,提出信道自适应的信号重构方法,解决经典方法容量受制于信道质量波动的难题,单链路容量提升50%。加拿大三院院士V. Bhargava认为对提升分集增益至关重要(crucial to improve spectrum diversity)。 8篇代表性SCI论文平均IF为6.809,2篇封面论文,3篇入选欧盟白皮书,3篇进入ESI前1%,单篇最高SCI他引264次,SCI他引共765次,被27位国内外院士、31位国际期刊主编、75个国家/地区和800多家机构的学者在128种国际期刊和39部英文著作中引用。项目成果得到同行实验验证,被中移动等应用,提出的PCC极化码成为5G标准。共发表SCI论文300多篇,授权专利40项。获国家杰青、长江学者,入选Elsevier高被引学者榜单。担任IEEE COMMUN SURV TUT(IF=17.188)等16种国际期刊编委。在ACM SIGCOMM等国际会议上作受邀报告13次。获中国电子学会、湖北省自然科学奖一等奖各1项。
[成果] 1900010632 北京
TE973.6 应用技术 土木工程建筑 公布年份:2018
成果简介:管道是国家油气资源运输的关键设施,其缺陷检测与监测是管道安全运行的重要保障。《国家中长期科技发展规划纲要2006-2020》将“油气管线等基础设施建设和养护关键技术及装备”列为优先主题,彰显了油气管道检测与监测技术的重要性。在项目研究初期,油气管道检测技术长期被美国GE和德国ROSEN两家公司垄断,面临严重技术封锁,而在役油气管道监测与缺陷高精度量化技术更是世界性难题,在关键技术及应用等方面存在诸多瓶颈。发展具有自主知识产权的在役油气管道检测与监测技术,对于打破国外技术壁垒、保障国家能源安全、抢占国际技术制高点,具有重大意义和迫切需求。 该项目在国家基金委、科技部的支持下,历经十余年的研究攻关,在在役油气管道检测与监测关键核心技术上获得了重要突破,发明并开发了具有自主知识产权的系列化在役油气管道检测监测产品并产业化。主要技术发明点如下: 1.发明了油气管道缺陷电磁多场耦合分布式磁化检测技术,针对油气管道漏磁检测关键技术瓶颈,提出了多场耦合缺陷高灵敏度检测方法,缺陷检测灵敏度达5%壁厚,实现了对腐蚀、裂纹等多类型缺陷的综合髙效检测,发明了内检测器复合伸缩磁化采集技术,实现了复杂工况下检测器无障碍通过与在线高精度采集,管道变形通过能力提升至18%D,开发了国内首台油气管道高清晰度漏磁检测器并系列化,在国际上首次实现了油田不停产工况下的油气管道检测。 2.发明了管道缺陷泄漏磁泡单元网络量化技术,针对漏磁检测缺陷三维尺寸量化难度大、精度低等问题,建立了缺陷漏磁场泄漏磁泡理论模型,实现了对缺陷漏磁信号特征及其物理形成机制的准确诠释,发明了三维单元网络缺陷量化方法,解决了已有量化技术难以适应缺陷结构变化的问题,研发了管道检测数据自动分析专家系统,实现了管道缺陷的高精度量化。 3.发明了管道电磁超声导波匹配耦合监测技术,计对电磁超声导波监测技术中导波频散、衰减严重且换能效率低等问题,发明了导波定向控制半波长匹配方法,从源头上解决了导波频散与多模态问题,发明了导波收发一体化高低压匹配耦合方法,解决了导波监测盲区问题,研发了全球首套管道电磁超声导波云监测系统,缺陷检测监测能力达1-2%截面损失,单次单向最大监测距离为210m,在各种复杂工况条件下均表现出优异的性能。 项目三项发明均为国际首创,授权发明专利112项,软件著作权4项,发表SCI论文153篇,出版专著12本,制定国家及行业标准52项(国标22项),其中主持起草20项。经中国石油和化工自动化应用协会组织的科技成果鉴定认为关键技术指标“处于国际领先水平”。项目成果已广泛应用于西气东输、苏丹油田等国内外管道检测工程中,累计检测油气管道5万余公里,近三年经济效益达12.97亿元,并已推广应用于铁路、钢铁、汽车、航天等行业,经济社会效益显著。项目部分成果分获2014年北京市科学技术一等奖、2017年湖北省技术发明一等奖、中国专利优秀奖等。
[成果] 1900010595 湖北
TN05 应用技术 电子和电工机械专用设备制造 公布年份:2018
成果简介:高性能宏微功能结构制造是先进电子制造研究领域的国际前沿,是穿戴式电子、新型显示、雷达组件等高端电子产品创新的重大需求。其面临的重大挑战是如何在非平面/大变形基板上大面积精确制造有机/无机微纳结构,满足光/电/力学等苛刻性能要求,实现纳米特征-微米结构-米级器件跨尺度高精度制造。针对大面积、大变形、非平面等宏微功能结构的高精高效制造技术难题,该项目经10余年研究,提出了“拉伸式”电流体喷印新原理,发明了多功能高分辨率电流体喷印新喷头、新工艺和新装备。主要发明如下: (1)揭示了电场-机械混合拉力作用下带电射流稳定飞行控制机理,提出“拉伸式”高分辨率电流体喷印原理。建立了泰勒锥-射流飞行-基板沉积的射流飞行全过程动力学模型,发明了基板速度对带电射流非稳态“鞭动”行为的调控技术,提出力控/螺旋电纺丝“拉伸式”电流体喷印原理,较传统“挤压式”热泡/压电喷印,喷印分辨率(200nm)和墨液黏度(1-10000cps)均提高了2个数量级。 (2)提出了“电场聚焦”和“多级电压”的电流体喷头设计与控制原理,发明了电流体喷印系列喷头。发现了泰勒锥锥尖带电射流的瑞利不稳定断裂现象,提出凸式电流体喷头的电场聚焦设计原理和多级电压独立控制方法,发明了阵列化/独立可控/双电极集成等电流体喷印系列喷头,在大面积基板上实现了点(直径﹤1μm)、直/曲线(线宽﹤1μm)、面(膜厚﹤50nm)高效喷印。 (3)发明了大面积微纳点阵结构、大变形纤维波纹结构、多面体共形直线结构等电流体喷印系列工艺,突破了高速视觉在线测量、精确定位、混合补偿等飞升级液滴精确调控技术,解决了量子点显示导光板大面积(>1m2)微米级扩散点阵列、柔性压电传感器相似纤维波纹结构(拉伸率320%,国际最好水平)、T/R组件多面体导电互连结构(体积缩小2/3,导电性提升3倍)等制造难题。 (4)国际首创了多功能高分辨率电流体喷印系列装备并实现产业化应用。研发了喷印轨迹规划、墨液流量驱动与工艺参数控制等装置,开发出穿戴式电子(柔性传感/俘能器)、新型显示(量子点导光板、RGB/TFE)、雷达组件(T/R组件、DAM微电路)等电流体喷印技术与系列装备,填补国内国际空白。 获国家发明专利31项、美国发明专利1项、软件著作权2项、国军标3项,发表SCI/EI收录论文25篇,出版国际上第一本电流体喷印英文专著。美国三院院士Rogers、新加坡工程院院士Lim、牛津大学You等认为:“突破原理性限制”,“独一无二优势”,“创世界纪录”等。专家鉴定认为“总体上达到了国际先进水平,电流体喷印分辨率等技术指标达到国际领先水平”。 成果已在中电科38所、43所和TCL集团华星光电、多媒体科技等企业应用,支撑了机载/星载/浮空器雷达等国防重点型号产品,研发的我国首台量子点曲面电视(色域NTSC110%,超过国际最好水平)获全球显示技术创新金奖,出口德国、英国、法国等。近三年,为应用企业新增销售额14.27亿、利润1.99亿。获2017年湖北省自然科学一等奖和2014年日内瓦国际发明展金奖。
[成果] 1900010658 湖北
TH811 应用技术 通用仪器仪表制造 公布年份:2018
成果简介:区别于传统电学、光学方式,磁学温度测量可穿透表面而直接探测物体内部温度,是生命、材料与微电子等学科领域具有广泛应用前景的前沿技术,被列为“十三五”规划与《中国智能制造2025》中的关键技术难题。自百年前皮埃尔•居里提出磁学温度测量思想以来,一直是学术研究热点,但测量方法及装置始终未有标志性突破。在国基金与国合专项等支持下,历经10余年联合攻关,在非接触式磁学温度测量的新原理、新技术与新装置上取得重大突破,创建了崭新的磁学温度测量体系,主要发明如下: 1、颠覆性温度测量磁学方法与技术,国际上首次阐明,磁学通道可实现温度信息的高精度传递,关键在于敏感元件选用磁纳米粒子。揭示了磁纳米粒子显著高效的温-磁转换现象,高出MRI测温氢核3-6个量级。国际上首次实现物体内部温度测量,被仪器仪表权威期刊MEASSCI TECHNOL评为Highlight亮点论文。 2、高精度磁纳米粒子温度测量技术。发明了Langevin磁-温模型的数值解算方法,成功将温度信息从粒子浓度、探测距离等乘性干扰中分离。首次揭示了温变引发的粒子团聚现象,分别发明了粒子团聚或粒径分布修正方法。先后刷新自己的记录,测量精度从0.54℃提高到0.05℃,超越Nature、Science杂志近年10余篇报道的核磁共振非接触测温最高水平1℃。 3、超快磁纳米粒子温度测量技术。阐明热脉冲探测线圈固有常数与时间分辨率、探测灵敏度间的竞争关系,发明了超快温度测量方法及系统。提出了瞬态温度的神经网络解算方法,发明了激光脉冲温度测量装置。实现最快4.23纳秒激光脉冲的测量,突破国际温度测量先驱与领导者美国NANMAC公司温度计最快8微秒记录,高出3个量级。应用于激光脉冲测量,国际上首次发现纳秒热波信号,证实极端条件下热的波动传递现象,支撑了传热学热质理论的假设。 获授权发明专利20项,包括美、日、欧共5项。“磁纳米温度测量”主题成果占美国专利库的3/5,在“Web of Science”或中国发明专利库也排名第一。获湖北技术发明一等奖。IEEE TIM副主编/IEEE Fellow Subhas教授与德国TU BS的Schilling教授在引文中认为提出了温度测量“全新方法,解决了热疗与芯片结温测量领域的难题”。瑞士Fribourg讲席教授Petri-Fink引文认为是“实时非接触式测量温度迈出的第一步…,也是非常关键的一步”。还被英国RSCFellowChou与日本九州大学Enpuku等引用与评价。被MEASSC/ TECHNOL评为Highlight亮点论文。超快温度测量发现纳秒热波信号,证实极端条件下热的波动传递现象,支撑了非傅里叶传热学热质理论的假设,具有重大潜在科学价值;首次实证LED结温层温度低于荧光粉层,为LED传热优化提供了依据与校验手段;首次实现IGBT结温测量,发现温变导致的IGBT干涉电流,为提高IGBT可靠性提供了依据与技术支掸:应用于激光焊接的温度监控与质量监控,满足了型号飞机的急需,创造了显著的社会与经济效益。培养仪器仪表专业洪堡学者1名(当年全球共9人)。近三年新增销售2.7亿元,利润0.8亿元,带动我国温度场测量新技术的快速发展。
[成果] 1900010613 浙江
TM614 应用技术 电力生产 公布年份:2018
成果简介:发展风电是构建我国清洁低碳、安全高效能源体系的重要战略举措。我国低风速资源面积占全国风能资源量的68%以上且处于负荷中心,技术可开发量达10亿千瓦。研发风能捕获能力强、适应高湍流运行工况与复杂并网环境的低风速风力发电关键技术对我国风能开发利用可持续发展意义重大。 项目团队在国家973计划、863计划的持续支持下,通过自主创新与攻关,有效解决了低风速区能量密度低、山地风电场运行环境恶劣及配电网电压不平衡,故障扰动频发等一系列国际性难题,突破了低风速风电机组的关键核心技术,完成了系列机型的开发,建立风电场50余座,覆盖全国所有低风速省区,开启了我国低风速区风力发电新阶段,产生了显著的经济与社会效益。其主要发明点如下: (1)发明了矢量变换风电机组独立变桨控制理论与方法。将叶轮三相旋转动态载荷转换为两相静载荷,解决了超大叶轮风电机组在空间气流场不均衡载荷的精确控制问题,将叶轮在高湍流工况下的疲劳载荷降低25%,能量捕获能力提升20%以上,有效解决了低风速区的能量密度不足问题。该发明被国际权威机构DNV-GL认定为是下一代风电机组轻量化的必备技术。 (2)发明了高增益风速观测环境自适应风电机组优化控制技术。针对高湍流风况下叶轮扫掠面有效风速难以测量、系统参数变化难以跟踪等国际性难题,发明了基于风速观测与参数辨识的风电机组环境自适应控制技术,解决了风电机组在高湍流、高海拔、台风、冰冻等环境条件下发电效率低,停机时间长等难题,保障了机组可利用率达到99%以上。 (3)发明了高比例分散接入配电网稳定控制及主动支撑技术。针对配电网电压不平衡严重/故障扰动频发的特点,发明了多自由度协同控制、比例积分谐振调节器及动态锁相同步技术,攻克了风电机组并网控制响应不及时、变流器应力极限约束等难题,提高了风电机组的在电网故障时的可控性及其主动支撑性,经TÜV-SÜD检测,其电网适应性指标优于国际同类产品。 项目获发明专利31项(核心发明获欧洲专利)、实用新型专利16项、软件著作权17项,主导创建国家及行业标准4项,出版专著3部,发表论文46篇(SCI、EI收录36篇),论文专著国内外他引4100余次;获省部级科技一等奖3项;主要技术发明获国际权威机构的高度评价。由程时杰、周孝信等院士专家组成的鉴定委员会认为:项目整体技术达到国际领先水平。 项目成果率先应用于2.0MW、3.0MW、5.0MW系列低风速风电机组,已装机1500余台,并出口哈萨克斯坦、伊朗等一带一路国家,近3年累计实现销售收入130亿元,利润9.15亿元。成果的推广应用,实现了低风速风电技术的国际引领,使得年平均风速6m/S以下的广大地区具备开发价值,极大拓展了我国风资源的利用范围,支撑了我国风能开发利用的可持续发展。
[成果] 1900010676 湖北
U445.71 应用技术 土木工程建筑 公布年份:2018
成果简介:长大跨桥梁服役安全是关系到国计民生的重大需求,我国桥梁病害多、管养周期短,需要及时诊断评估其安全状况。长大跨桥梁体量大、结构复杂、检测环境恶劣,结构内埋传感器存活率低、耐久性差,现有技术和装备无法实现结构内部损伤精准探测和整体安全精确诊断评估,迫切需要新的长大跨桥梁安全诊断评估方法与技术。项目历经10余年,在国家杰青、973、国家支撑计划、校企合作等支持下,国际上首次提出长大跨桥梁“健康精准体检”的新思路,在结构安全诊断与损伤探测的理论、技术与装置等方面取得了系列重大突破,建立了高精高效、适应恶劣环境的长大跨桥梁安全诊断评估新体系。发明如下: 1、区域子结构-整体结构安全诊断评估方法:国际上首次探明整体结构与独立子结构相似原理及力平衡、位移协调模式,提出了长大跨桥梁关键区域确定准则与划分方法,发明了区域子结构损伤-整体结构安全性能诊断技术,实现了仅利用关键区域子结构探伤信息精确诊断评估长大跨桥梁整体安全性能。精度和效率远高于现有以整体模型为对象的安全诊断评估方法(英国工程院院士Prof. Brownjohn, J. Structure and Infrastructure Eng. 11(2) 2015;俄罗斯工程院院士Prof. Skibewski, J. Civil Eng. And Management 20(6) 2014)。 2、混凝土内部微裂缝压电智能精准探测技术与装置:发现有效压电陶瓷阻抗对微裂缝异常敏感且抗噪性能好的特性,发明了高灵敏度的混凝土微裂缝压电阻抗测量与识别方法,研制了无线便携式多参量同步测量数据解析仪,国际首次实现了0.6米范围混凝土内部5μm裂缝精准探测,攻克了无需内埋传感器精准探测混凝土内部微裂缝的世界难题(澳大利亚工程院院士Prof. Hao, Smart Structures and Systems 18(3) 2016)。 3、结构体内部钢损伤磁电智能精准探测技术与装置:揭示了C型开环电流空间域磁场聚控机理,首创结构体内部钢损伤的电磁畸变最大化呈现与识别技术,发明了两端固接支撑体高精探伤的开环电磁磁化传感装置,研制了不同直径颤振柔性支撑体自适应调节的软轴驱动爬行探伤机器人,首次实现了恶劣环境下桥梁斜拉索、吊杆及桥墩等两端固接支撑体的内部钢结构高速高精机器人探伤(断丝探测准确性99%、2%损伤定量准确度98.3%,速度3.05m/s)。 三项发明点均为国际首创。发明专利36项,软件著作权10项,标准1部,著作2部,SCI论文171篇(SCI他引750次)。研制了全寿命周期记录结构区域探伤数据和整体安全性能的长大跨桥梁安全诊断评估系统,成功应用于武汉天兴洲长江大桥(世界载荷最重、索径最大桥梁)、贵州坝陵河大桥(跨越高山峡谷、建成时国内第一大跨径钢桁梁悬索桥)、香港青马大桥(全球最长公铁两用悬索桥)等多座跨江、海、峡谷长大跨桥梁,并推广到广州新电视塔(世界第二高塔)、武汉地铁等多类型复杂土木结构。获日内瓦国际发明金奖及湖北省技术发明一等奖、科技进步一等奖。近三年新增产值10.8亿,新增利润5.7亿。引领长大跨桥梁等复杂土木结构安全诊断评估技术的跨越式发展。
[成果] 1900010507 黑龙江
TU991.24 应用技术 自来水的生产和供应 公布年份:2018
成果简介:本项目属环境科学与技术领域。饮用水源中的重金属浓度低、种类多、富集作用强、毒性大、去除难,对人类健康构成重大威胁。我国重金属污染事件频发,近十年来发生几十起重金属重大污染事件,如铊、镉、铅、汞、钔和砷等污染,造成经济损失数百亿元。 常规给水处理工艺对水中微量重金属去除能力有限,现行的饮用水除重金属方法有离子交换、投加粉末活性炭或碱沉淀等。但离子交换法成本高,受水中背景成分影响大;粉末活性炭对重金属去除效率低(如对铊去除率20-30%),且运行费高;用碱沉淀的方法酸碱耗量巨大,不易运输,且会向水中引入杂质。因此,饮用水中微量重金属去除是具有重大社会效益的国际难题。发明了新生态纳米铁锰氧化物除重金属技术,且强化了后续膜滤和生物处理工艺。 发明点一:发明了原位制备高价态铁[Fe(VI)]的方法,解决了其稳定性低、不易保存、难以规模化生产制备的国际难题,并开发出一系列高效多功能除重金属技术。该方法产率高、反应速度快、产物稳定性强、无副反应。发现高价态铁等氧化剂与铁、锰等还原性成分反应形成的新生态纳米铁/锰氧化物具有超小水合半径、高吸附性能、表面电性可调等特点,可高效地去除多种重金属,对极难去除的剧毒重金属铊的去除率接近100%。 发明点二:发明了蒙脱土-聚偏氟乙烯原位制备共混超滤膜的方法,与新生态纳米铁/锰氧化物联用进一步高效协同去除重金属,并实现膜滤超低压、抗污染、无动力运行。该膜滤可高效分离铁/锰氧化物,同时深度去除重金属,完全去除微生物;此外,膜表面形成抗污染水合铁/锰氧化物动态薄层,水通量恢复率由原来的40%分别提高到78%-100%,不可逆污染减至1/10,过滤周期(反冲洗间隔)延长10倍,运行费用降低90%。 发明点三:发明了基于新生态纳米铁氧化物强化生化的激波传质污水处理技术。提出低能耗流体动力激波解构污泥絮体,新生态纳米铁氧化物强化生成微米活性絮体,促进生化传质与生化反应。提出流体激波强化传质、新生态纳米铁氧化物强化微米活性絮体生化与点曝气非均态生化脱氮除磷的污水处理技术,在较低能耗水平上将污水中的COD、BOD5、TN、NI3-N、TP和SS等分别去除88%、96%、82%、90%、89%和90%。 新生态纳米铁/锰氧化物除重金属及强化水处理技术已在147座水厂应用。直接经济效益2.298亿,间接经济效益10.483亿。在汶川地震灾区(绵阳)突发性锰污染控制中发挥了重要作用,并成功解决了2010年亚运会前夕水源水突发性铊污染重火事故。被国际水协(IWA)列入“最佳实用技术指南”。获美国专利1项,中国发明专利41项,发表SCI论文71篇。获黑龙江省发明一等奖(2008年),黑龙江省自然科学一等奖(2015年),任国际水协会刊Water Research副主编,英国皇家化学会会士,获长江学者成就奖(工程科学奖)、英国皇家化学会“可持续发展水奖”和美国化学会“科学荣誉奖”。
[成果] 1900010379 江苏
O42 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:该项目属于物理学中声学学科方向。 由于新概念的引入及新效应的发现,声学学科持续焕发蓬勃生机。虽然声波已被广泛的应用,但简便、高效、精准的声波操控仍然十分困难,存在诸如非对称性传输、低频声吸收和隔离、复杂声场生成等基本难题。人工结构的研究将突破传统声学理论的局限,带来声学技术的原理性变革,催生满足国家重大需求的高新技术。项目组深入研究了声波与人工结构的相互作用机理,揭示了人工体系中各种反常声学现象,提出了实现特殊声波操控的新思路,研制出了突破常规性能极限的新型声学器件,取得了具有广泛国际影响的创新性成果,极大地拓展了声学技术的应用。重要科学发现如下: 首次提出并验证了“声二极管”原理,结合强非线性与声子晶体的滤波机制突破了互易原理制约,成功设计制备了第一个声二极管原型器件,引发了声单向传播研究热潮;建立了线性体系中“单向模式跃迁”新原理,提出了高效、宽带且无阈值的新型声二极管器件。声二极管的实现不仅丰富了声学基础理论,更有望引发重要技术变革,例如Nature综述论文中评论“有望在从医学超声到噪声控制等多个领域中开辟令人激动的全新应用”。 提出了“非双盲”声隐身斗篷的设计理论,利用互补型单负声学超透镜实现了完美阻抗匹配,解决了被隐身物体无法探听外界的“双盲”问题,并显著降低了器件制备的难度;提出在亚波长尺度上引入相位突变的机理,在声学体系中实现了“广义’’Snell定律,据此设计制备了“声超构表面”原型器件,打破了结构尺度与波长间的经典关系,以小尺寸器件实现了对大波长声波的自由操控。 系统研究了声波与特殊人工带隙结构的作用机制,阐明了纵波和横波与自由边界、周期结构的相互作用机理,揭示了周期薄板中低阶Lamb波禁带的存在性,提出了影响禁带生成的关键参数,并导出了低频弹性波等效声速的解析公式,发现了固体中等效声速的各向异性现象。深化了声波在人工结构中的传播行为研究,为声人工材料的设计和制备提供了理论依据。 8篇代表性论文发表在Nature Mat.及Phys. Rev. Lett.等期刊上,被SCI正面他引682次,单篇最高SCI他引213次。引文包括发表在Rev. Mod. Phys.及Nature等期刊的6篇综述性论文,以及26篇发表在Science、Nature及其子刊和Phys. Rev. Lett.的研究论文。代表性论文1影响因子39.7,代表性论文1、2、5入和6选ESI高被引论文榜(top 1%),代表性论文3入选J. App. Phys.期刊的“2010-2014年中国作者的30篇高被引论文”。研究成果多次得到Nature杂志社、美国物理学会(APS)及声学学会等学术机构专文报道。项目组成员多次受邀在国内外学术会议做主旨报告和特邀报告。获授权美国专利1项及中国发明专利1项。主要成果获2016年教育部自然科学一等奖,第一完成人程建春由于“声二极管”的研究于2011年获中国物理学会饶毓泰奖。
[成果] 1900010633 北京
TP393.4 应用技术 电信 公布年份:2018
成果简介:视频已成为网络信息处理和传播的主要载体。以云计算为基础设施,提供支持百万视频、亿级用户、低延迟、高质量的互联网视频服务,是全球文化传播、数字经济、在线教育、电子商务等应用的基础支撑,已成为国际互联网产业竞争制高点之一。服务质量与成本之间的矛盾是制约视频云规模化应用的世界级难题,云中资源高效调度是突破该难题的国际前沿核心技术,面临三个挑战:1)非结构化视频编转码任务依赖关系强、数据指令I/O密集,计算资源调度难以高效并行:2)视频分发的上层用户行为与底层系统互为黑箱,系统难以感知预测复杂、突发、高动态的用户需求,网络、存储资源调度低效滞后:3)应用环境异构性强且资源负载时空动态变化,系统资源调度难以实现负载感知的网络、计算资源按需协同,大量资源浪费、闲置。该项目历经十余年技术攻关,取得了视频云自适应资源调度的多项技术突破和发明创新: 1)提出了基于动态任务图计算的视频编转码并行调度性能评估模型,发明了粒度自适应的数据解耦并行任务调度方法和基于内存计算的多线程数据处理引擎,解决了云中高通量视频编转码计算资源并行调度低效难题,实现了200倍以上近线性的并行加速,并发转码任务扩展千倍时性能损失小于 2)提出了云中视频可伸缩时空关联组织和传播预测模型,突破了之前方法无法主动感知预测系统资源需求的局限,发明了用户行为感知的视频部署与协作传输资源调度方法,实现了高效扩展和低延迟分发,带宽增益280倍,缓存命中率大于95%,直播延迟低于300毫秒,用户体验优于国内主要视频云服务商。 3)提出了云到边缘区域化服务需求和资源负载预测模型,发明了在线自适应转码与传输适配的网络、计算资源联合按需协同调度方法,显著提升了高异构应用环境下系统资源的使用效能和灵活性,中心节省计算资源70%、流量50%,边云同等主观质量下视频传输带宽比采用H. 264、H. 265标准节省30%以上。 4)基于以上技术发明创新,研制了阿里视频云ApsaraVideo、百视通视频云BestTV、Gridmedia视频直播系统、3D视频编码器与网络直播系统(国内首套)等产品和系统,支持超过10万路视频实时转码输出和千万用户并发在线。 该项目授权国家发明专利38项,并行调度方法被评价为“实现了最好的线程级并行”,并获IEEE TCSVT 2010年度唯一最佳论文奖(大陆高校首次独立获奖);内存多线程执行引擎入选IEEE Computer亮点推荐技术(国内唯一);视频编码快速算法被MPEG-4国际标准采纳(国内首次);“项目成果达到国际先进水平,粒度自适应的转码资源并行调度、用户行为感知的分发资源调度、3D视频并行编码技术国际领先”(鉴定意见);部分成果获北京市科学技术一等奖。 项目成果应用于阿里云、百视通、央视等,服务优酷、新浪、今日头条、学而思等2万余家企业,覆盖4亿个人用户,央视应用该项目成果在国内率先开展网络视频直播和3D直播,为用户提供了全新的体验,提升了全球内容传播能力。近3年新增经济效益13. 01亿元,社会经济效益显著,推广应用前景广阔。
[成果] 1900010314 湖北
R123.5 基础研究 医学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:水中污染物是影响水质安全的最重要因素,掌握中国水中有哪些污染物对人体健康的威胁最大,是保障饮用水安全与水污染治理的前提条件。长期以来,由于缺乏水中典型污染物健康风险的识别技术导致中国的饮用水标准滞后、水污染控制缺乏针对性。该项目经过近二十年的联合攻关,突破了特征污染物筛选、健康危害识别、人群健康风险评估这三大技术难题,取得了系统性创新和重大突破: 发现了水中典型污染物新的健康风险:率先发现了低剂量的双酚A、邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯、壬基酚等在孕期暴露能显著增加下一代患糖尿病等代谢性疾病的风险;发现饮用水消毒副产物能影响男性生殖健康并导致不良妊娠结局。进一步发现雌激素受体、芳香烃受体和DNA甲基化是导致这些风险的关键作用靶点,并创建了相应的毒性效应检测新技术。 建立了基于健康风险的水中特征污染物识别技术:建立了遗传毒性、内分泌干扰毒性检测与化学分离鉴定结合的特征污染物识别技术。识别出饮用水中三卤甲烷、三氯乙酸、邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯等特征污染物,制订了中国新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006),水质指标由旧版标准的35项增至106项。识别出淮河流域水体特征污染物13种。发现了武汉东湖水中的高致癌风险污染物。 研发了人群健康风险识别和评估的关键技术:在水中污染物、人体内暴露、健康效应检测三个健康风险识别的关键环节取得突破,制订了11项生活饮用水国家标准检验方法,创建了6种水中典型污染物快速检测技术,首创了饮水消毒副产物内暴露检测、内暴露动态评估、以及4种健康效应标志物的检测方法。 获湖北省科技进步一等奖2项;国家质量监督检验检疫总局中国标准创新贡献奖一等奖1项;制订强制性国家标准1项、国家标准检测方法11项;授权发明专利6项;编写规划教材2部,出版专著6部;发表SCI论文109篇,SCI他引2537次。 成果被世界卫生组织-国际癌症研究机构4次作为重要依据评估饮用水消毒副产物致癌性风险,被德国生物监测委员会采用作为修改双酚A标准的重要依据。制订的《生活饮用水卫生标准》为强制性国家标准,Lancet发表评论指出这是提高水质和公众健康的一个里程碑举措;时任卫生部长陈竺在十一届全国人大27次会议指出该标准“对整体提升中国饮用水安全保障能力和水平具有重要推动作用”、实施五年后“城乡饮用水安全保障能力得到明显提升”;水资源保护组织“China Water Risk”评价该标准已跻身世界领先水平。关于武汉东湖水致癌污染物的发现推动了湖北省政府实施“湖改江”工程(将饮用水源从东湖改为长江),近20年后东湖周边居民的肿瘤发病率和死亡率不再高于武汉其他区域。识别出的淮河流域特征污染物被列入《国家生态环境监测方案》,促进了流域水质的改善。
[成果] 1800290163 上海
TP319 应用技术 公共软件服务 公布年份:2018
成果简介:近年来,随着新兴非易失性存储器件(NVM,如3D Xpoint等)的技术不断发展,传统的内存与存储的界限逐渐变得模糊。NVM具有非易失、可按字节寻址、静态能耗低、存储密度大等特点,可为“数据I/O瓶颈”提供有效的解决方案。基于NVM和传统DRAM的混合内存体系架构,可以在保持成本和能耗优势的前提下大幅提升内存容量及大数据处理的时效性。 针对大数据对内存计算技术的挑战,围绕内存计算技术和系统相关的硬件架构、核心软件及大数据应用等核心环节,深入研究新型混合内存体系结构,探索大数据内存计算系统软件、并行编程模型及大数据管理系统的关键技术,攻克基于新型混合内存体系结构下内存计算的前沿核心技术,构建新型的混合内存体系结构、内存计算系统软件、并行处理环境及数据管理等验证平台和原型系统,通过关键技术的示范性应用,提升我国大数据处理的核心技术能力。 课题的总体任务为构建一套支持异构混合内存的计算机系统软件,包括支持通过软件定义方式实现可重构混合内存体系架构,设计并实现新型混合内存管理机制和NVM感知的文件系统,满足性能、能耗和可靠性要求;开发多模式访问API库,为应用提供多模式访存方式;实现面向多核环境的异构内存调度和缓存优化管理机制。任务还包括开发内存计算系统软件模拟平台来验证部分关键技术的可行性和有效性,同时设计典型应用进行原型系统的测评。 主要研究成果: (1)可重构混合内存体系架构和多模式访问接口: 提出可重构混合内存系统的组织架构,将具有不同特性的存储介质进行统一管理、统一组织,将内存架构的不同组织方式和内存管理策略集成封装,并将封装好的模块加载到系统,实现面向内存计算的多模式访问接口,包括直接内存访问方法、卷模式和文件模式等。 (2)混合内存管理系统: 从性能、可靠性等多个角度重新设计了系统内存管理模块,实现DRAM和NVM异构内存介质的统一管理。针对NVM非易失性和接近DRAM读写性能的特征,提供应用感知的异构多粒度内存资源分配与回收,支持异构介质感知的数据动态迁移,实现DRAM和NVM感知的动态转换和SCM的自适应配置,充分发挥混合内存的优势。 (3)NVM感知文件系统: 设计NVM感知文件系统,跟传统文件系统相比,面向SCM的新型文件系统支持上层应用数据的语义描述,对文件数据描述能力进行有效的扩展;利用虚拟内存抽象层实现逻辑地址到物理地址的动态映射机制,提高文件对象访存速度;换位写入和访问频度感知策略,对于下层物理硬件的感知和反馈,提高SCM的使用的耐久性并提升内存执行效率。
[成果] 1900010055 湖北
TG24 应用技术 金属铸、锻加工 公布年份:2018
成果简介:随着航空航天、汽车等领域高端装备对性能要求的不断提高,其关键零件向复杂化、整体化方向发展。铸造是复杂金属零件成形的主要方法,但其传统模具工艺难以甚至无法整体成形复杂铸造型(芯);增材制造可成形任意复杂结构,但在直接制造金属零件时存在材料种类有限、性能难控制等突出问题。为此,该项目组提出基于激光选区烧结(SLS)增材制造的复杂零件整体铸造新思路,采用SLS整体成形复杂型(芯),创新铸造过程调控方法,以实现高性能复杂零件的整体铸造。但在型(芯)材料及其成形质量、铸件性能三个关键环节分别面临以下难题:SLS和铸造工艺对型(芯)材料组分要求不一致,高性能型(芯)粉末制备难;复杂型(芯)SLS成形时误差累积严重、热力耦合复杂,精度和性能保证难;复杂铸件充型凝固时传热传质行为难预测,控形控性难。该项目组在国家重大专项、国际合作项目等支持下,针对上述技术难题,经过十余年攻关,取得如下创新成果: 高性能型(芯)激光选区烧结粉末及制备方法。揭示型(芯)粉末与高能高速激光的相互作用机理,发明型(芯)粉末的溶剂沉淀制备方法,研制高性能熔模、砂型(芯)和陶瓷芯的SLS粉末材料,性能同时满足SLS和铸造工艺要求。熔模粉末残余灰分较德国EOS同类产品降低25%,覆膜砂发气量较美国ExOne同类产品降低32%。 复杂型(芯)激光选区烧结过程在线测量与形性调控方法。建立不同材质型(芯)反射特性对测量精度的影响模型,发明SLS成形过程在线测量技术,创建基于多维深度学习的SLS成形工艺在线调控方法,实现SLS成形工艺在线自动调控。砂型(芯)精度和强度较美国ExOne同类产品分别提高50%和116%。 复杂零件整体铸造的变形、夹渣和孔松等定量预测与工艺优化方法。创建粒子示踪液固两相流场、动态熔池压力补缩模型,建立SLS型(芯)与铸件尺寸误差映射关系,提出混合序列二次规划和果蝇算法的铸造工艺优化方法,开发复杂SLS型(芯)整体铸造仿真系统,实现变形、夹渣和孔松等定量预测和工艺优化。铸件精度超过CT7级,缺陷减少75%,性能达法国赛峰同类铸件水平。 基于上述创新成果,创建高性能复杂零件的整体铸造成套技术,突破了航空发动机机匣和单晶叶片、航天发动机涡轮泵、汽车发动机缸体缸盖等高性能复杂零件的整体铸造难题,支撑了大飞机、新一代重型火箭、高性能轻量化汽车等高端装备的研制。获发明专利24项、软件著作权13项,部分专利以1800万转让武汉华科三维科技有限公司;发表SCI/EI论文227篇次;出版著作4部。英国增材制造中心主任R. Hague、国际光学工程学会会士S. Zhang、美国爱荷华大学凝固实验室主任C. Beckermann等分别评价:“材料制备方法可大幅提高SLS成形件性能”、“提出了更强大的三维形面测量技术”、“铸造过程自动优化算法大幅提高了铸造数值模拟的有效性”。专家鉴定“总体技术达到国际先进水平,部分指标国际领先”。 成果应用于中国航发、西安航天发动机、东风汽车、空客等国内外数百家单位,出口美英德等国。15家用户新增产值54.9亿,新增利润4.5亿,创汇769.5万美元。获省部级一等奖2项,引领了中国铸造行业技术进步,大幅提升了国际竞争力。
[成果] 1900010224 湖北
X799.3 应用技术 环境治理 公布年份:2018
成果简介:中国城镇固废产生量居世界首位,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》将综合治污与废物循环利用纳入优先主题。中国城镇固废未进行严格的分类收集,对收运处理技术及装备提出了极大的挑战,国外相关技术与装备也不适应中国国情。混合收集的固态城镇固废有机物含量高,易腐烂变质,导致收运处理及资源化效率低下,“跑冒滴漏”二次污染极为突出,易造成流行病传播;半固态城镇固废(城镇污泥)含水率高,亲水性有机胶体颗粒细小造成固液分离困难,污泥高效脱水技术是一项世界性难题。中国城镇固废的高效安全处理关键技术亟需创新与突破,以实现固废处理过程的标准化、规模化和设备成套化。历时近20年的产学研联合攻关,建立了技术装备驱动的标准化、清洁化、资源化的固废处理关键技术及成套装备体系。创新成果如下: 突破高含水率城镇固废固液分离关键技术难题,实现低能耗水泥窑协同处理:针对高含水率城镇污泥组分复杂、亲水性有机物含量高、臭气控制困难等特点,发明城镇污泥高效“分拣-除砂-过滤-除杂-运输-压榨-脱水”新工艺,研发多功能一体化密封式预处理技术;发明常温有效释放结合水的污泥短流程化学调理-深度脱水方法。建设首条污泥深度脱水-水泥窑协同处理工程,脱水效率高达98%,能耗降低2162kWh/吨干泥。 研发混合收集城镇固废高效压缩转运技术,建立清洁智能全过程管理体系: 针对城镇固废分散收运效率低、二次污染严重、堆肥转化效率低等问题,建立基于物联网技术的固废收运优化方法,首创大容量竖式集装箱“平进平出”压缩转运技术,土建投资可降低33%;研发压缩转运多点密封及臭气控制技术,收运过程近“零”污染,密封胶条寿命提高30%;开发快速好氧动态堆肥资源化技术,产肥效率高达97%。 研制城镇固废收运处理成套装备,编制系列国家/行业标准: 针对城镇固废收运处理工艺及装备水平低、标准缺失的问题,研制城镇固废收集与预处理(深埋桶、移动箱、压缩垃圾车等),压缩转运(压实器系统、垃圾压缩机、转运站等),资源化与无害化(好氧堆肥、水泥窑、生物过滤塔等)系列成套装备。编制系列国家/行业技术标准33项,构建中国生活垃圾收运处理及城镇污泥处理标准体系,首次制订中国生活垃圾应急处置技术导则。 授权发明专利56项,软件著作权3项,发表学术论文307篇(SCI论文198篇),获教育部自然科学一等奖、湖北省科技进步一等奖各1项。成果应用覆盖全国32个省市自治区,建设的大中型转运站国内市场占有率达50%以上,生污泥处理设备国内市场占有率达80%,装备成功应用于北京奥运会、上海世博会、杭州G20峰会等大型活动,产品出口到韩国、马来西亚、南非等多个国家。近三年产生直接经济效益超过16.2亿元。编制的系列标准规范了全国城镇固废收集站、转运站及处理厂的建设、运行及评价,引领中国城镇固废行业技术实现了跨越式发展,社会经济和环境效益巨大。
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