国家自然科学奖推荐书重庆大学.docx
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国家自然科学奖推荐书重庆大学
项目名称:
高档数控机床可靠性提升关键技术及应用
推荐单位:
中国机械工业联合会
推荐单位意见:
按照2017年度国家科技奖推荐要求,经严格认真审查,该项目推荐书中各种材料真实有效、客观完整,相关栏目内容的填写符合国家科技进步奖申报要求。
项目完成人和完成单位资格有效,完成单位、完成人组成及排序无争议,符合国家科技进步奖的推荐要求。
《高档数控机床可靠性提升关键技术及应用》针对国产机床可靠性差这一极大影响其市场竞争力的瓶颈问题开展深入系统研究,项目历经8年的持续科技攻关和推广应用,突破多项关键技术,实现了“基于元动作单元建模的可靠性控制技术”、“基于征兆映射的快速试验及可靠性评估技术”和“基于浴盆曲线定量化建模的主动型早期故障消除技术”三大创新。
项目成果已在国内35家骨干机床企业的主要产品上得到应用,使相关机床的可靠度从300小时提升到2298小时,提升率高达666%,超过2000小时的国际先进水平。
形成国家标准2项,授权自主知识产权24项(发明专利10项),鉴定成果3项。
15家主要应用企业产生新销售额204亿元,实现利润47亿元。
项目获中国机械工业科学技术成果一等奖,对推动机床行业可靠性水平的整体提升起到巨大作用,使国产机床成批进入国民经济重点领域,9条冲压生产线批量出口到美国,社会效益巨大。
同行专家鉴定认为:
该项成果在可靠性工程方面的体系完整、创新性强、应用效果显著,便于推广应用,对机床行业的科技进步具有显著的推动作用,整体技术处于国际先进水平,在基于元动作的可靠性控制和可靠性快速试验方面处于国际领先水平。
根据国家科技技术进步奖授奖条件,推荐该项目申报2017年度国家科学技术进步1等奖。
项目简介
数控机床可靠性差不仅影响其市场竞争能力,而且严重制约了制造业的整体水平。
项目实施前国产机床的平均可靠度MTBF仅为300小时左右,与同期国外机床2000小时的差距巨大,使国家重点领域需要的高档数控机床几乎完全依赖进口,不仅花费巨额外汇,国防、军工等尖端敏感领域还受到西方国家的出口限制。
作为制造业的工作母机,提高机床可靠性刻不容缓。
可靠性控制手段落后、试验手段匮乏、评估方法不实用、技术与管理脱节是制约可靠性提升的瓶颈。
为此,项目在多项国家级课题的支持下,历经9年时间深入系统研究和开发,突破可靠性提升的关键技术,形成一整套软硬结合、技术和管理融合的可靠性整体解决方案。
项目的主要创新点为:
1、元动作单元建模及可靠性控制技术。
在国内外首次提出以功能运动分解为手段、以元动作单元建模为核心的可靠性控制新方法,将建模的粒度从部件细化到单元,将单元中的所有零件作为一个整体进行分析、试验及控制,将复杂的整机可靠性问题转化为简单的单元级可靠性控制,完全颠覆了传统方法以结构分解为手段、以部件为建模粒度的思路。
彻底解决了传统方法难于实现精准建模、故障与功能脱节、分析与结构脱节等问题。
2、失效征兆映射模型及可靠性评估技术。
在分析由失效征兆到故障的演化规律的基础上,建立了加速试验机理和加载模型,针对5类典型机床搭建了全功能快速试验平台,通过快速试验获取故障及征兆数据,借助贝叶斯理论实现整机可靠性的实时评估。
圆满解决了传统评估方法周期长、花费大、无法实时评估可靠性等问题,评估周期从原来的1年时间缩短到15天左右,评估准确度偏差在4%以内。
3、全方位、主动型早期故障消除技术。
建立了覆盖主要功能部件的系列实验平台,开发了17台/套试验装置,建立了以可靠性管控体系为保障的主动型早期故障消除体系,制定了成套技术和管理规范,将可靠性融入到企业生产经营的各个环节,通过快速反馈实现了早期故障的全因素、全过程、主动型管控,圆满解决了传统方法无法量化早期故障期、缺乏试验手段、缺乏管控规范、被动消除故障等问题。
项目突破管理和技术结合的瓶颈,故障信息的反馈从使用提前到设计和制造、实现了将早期故障消灭在制造企业的目的。
项目从2008年开始研发,随后在国内35家骨干机床企业的主要产品上得到应用,使量大面广的加工中心的可靠度从300小时提升到2200小时以上(提升率高达666%),超过2000小时的国际先进水平。
使国产机床成批进入国民经济重点领域,并批量出口到西方著名汽车制造企业,社会效益巨大。
形成国家标准2项,授权自主知识产权24项(发明专利10项),鉴定成果3项。
15家主要应用企业产生新销售额204亿元,实现利润47亿元。
项目获中国机械工业科学技术成果一等奖,同行专家鉴定认为:
该项成果在可靠性工程方面的体系完整、创新性强、应用效果显著,便于推广应用,对机床行业的科技进步具有显著的推动作用,整体技术处于国际先进水平,在基于元动作的可靠性控制和可靠性快速试验方面处于国际领先水平。
客观评价
1、科技成果鉴定结论
1)高档数控机床可靠性工程关键技术及应用(图片附件1)
同行鉴定专家认为:
“该项成果在可靠性工程方面的体系完整、创新性强、应用效果显著,便于推广应用,对机床行业的科技进步具有显著的推动作用,整体技术处于国际先进水平,在基于元动作的可靠性控制和可靠性快速试验方面处于国际领先水平。
”
2)高速、精密加工中心可靠性与性能测评及增长技术(图片附件2)
同行鉴定专家认为:
“该成果在国际上首次提出来基于小子样下故障征兆特性的可靠性快速测评方法,并将经时试验技术应用于实际,对提高和保持机床加工精度及其稳定性具有较大促进作用。
”
3)42000kN大型快速高效数控全自动冲压生产线(图片附件3)
同行鉴定专家认为:
“该生产线主要技术性能指标达到国际先进水平,项目成果研制对提高我国装备制造业的竞争实力具有重要意义。
”
2、可靠性项目验收结论(图片附件4-13)
支持本项目的10项国家级课题均通过验收:
“高性能加工中心可靠性倍增技术研究”、“高速、精密加工中心可靠性与性能测评及增长技术的研究”、“数控机床可靠性考核试验方法的研究”、“高速卧式加工中心”、“精密卧式加工中心”、“大型快速高效数控全自动冲压生产线”、“数控大型多工位压力机”、“高速龙门五轴加工中心”、“高速数控车床及车削中心”、“BM63150C精密数控车床及BM63150X车削中心”,所有项目均完成研究内容并达到考核指标要求。
3、各机床企业相关产品可靠性试验报告
1)四川普什宁江机床有限公司(图片附件14-16)
第三方检测机构对该公司生产的精密卧式加工中心产品进行了多轮可靠性试验,试验结果如下:
表1宁江精密卧式加工中心MTBF值变化趋势
试验日期(年)
2011
2015
2016
MTBF(小时)
1075.6
1645.1
2298.4
2)沈机集团昆明机床股份有限公司(图片附件17-19)
第三方检测机构对沈机集团昆明机床股份有限公司生产的高精度卧式加工中心、坐标镗床产品进行了多轮可靠性试验,实验结果如下:
表2昆机高精度卧式加工中心MTBF值变化趋势
试验日期(年)
2011
2015
2016
MTBF(小时)
1108.3
1854.6
2144.1
4、应用单位评价(PDF附件4-18)
项目研究成果在济二机床、宁江机床、宝鸡机床、大连机床、齐重数控装备、武汉重型机床、扬州锻压机床、天水星火机床、重庆机床、齐齐哈尔二机床、北京一机床、山东博特、陕西汉江机床、江苏亚威、北京精雕、昆明机床等国内骨干机床企业进行了应用,解决了企业在可靠性建模与控制、可靠性试验、早期故障消除等方面的问题,提升了企业产品可靠性和管理水平,取得了良好的应用效果,近两年半来新增销售额204亿元人民币,新增利润47亿元人民币,得到了用户的一致好评:
“使公司产品的可靠性水平得到大幅度提高,为公司带来了较大的经济和社会效益”、“使产品的质量和可靠性逐年提升,赢得了市场和客户的高度认同”、“可靠性的提高增强了企业产品的竞争实力,使企业的产品进入汽车、船舶军工等国民经济重点领域”、“公司产品可靠性水平的提升,促进了公司市场竞争能力的增强,迫使进口产品价格大幅下降,使国内机床用户得到实惠,同时增强了用户对国产机床的信心,取得较大的社会效益”。
5、专项办评价(图片附件20)
“高档数控机床与基础制造装备”专项办对国家质量监督检验中心关于数控机床可靠性快速试验及评估方法的应用进行了评价,认为:
“‘数控机床可靠性考核试验方法的研究’课题在国内外首次提出基于‘失效征兆映射’的整机快速试验及可靠性评估技术,填补了数控机床可靠性考核的空白,研究成果已在‘十一五’、‘十二五’期间专项支持的72种主机类产品可靠性考核中得到应用,该课题取得的数控机床可靠性试验方法、可靠性试验技术以及试验装置等成果为专项主机类课题任务验收提供了有效的技术支撑。
”
6、《数控机床可靠性专栏》评价(图片附件21)
杂志社经过大量调研,对重庆大学在行业杂志《制造技术与机床》开辟的可靠性专栏28篇系列文章的受众情况进行了分析,结论如下:
“重庆大学可靠性团队开辟的数控机床可靠性专栏,连续发表28篇文章,自该专栏文章陆续刊登以来,在国内机床行业引起巨大反响。
”据杂志社统计,受众高达十万余人次,杂志社给予了高度评价,认为该专栏对推动机床行业可靠性技术的提升具有非常巨大的作用。
7、其他评价(图片附件22-25)
项目成果获得“2016年度中国机械工业科学技术奖一等奖”;济南二机床、宁江机床和宝鸡机床产品多次获得国家机床产品“十佳”称号和“春燕奖”;济二机床的冲压生产线多次受到中央电视台“大国重器”栏目和中国财经栏目报道,并得到美国福特汽车公司的表扬,据第三方测评机构OliverWyman对标评价,其包括可靠性、效率及产能利用率的综合运营指标在全球列第二,企业的发展引起了日本知名媒体的关注;宁江机床的THMC6350精密卧式加工中心产品参加了“十一五”国家重大科技成就展;2014年国庆节新华网的“敬礼,国家工程师!
”栏目报道了10家制造企业,济南二机床和宁江机床由于其可靠性工作成功跻身其中;2016年9月30日《金属加工》上发表的论文《中国机床工具行业“寒冬”何时过去?
反思!
》对济二机床和宁江机床的可靠性工作给予了高度评价。
推广应用情况、经济效益和社会效益
1.推广应用情况
项目成果从2009年开始逐步在国内机床企业得到应用,国内35家骨干机床企业的20余种主要机床产品使用了本项目技术,基本上实现了规模以上机床制造企业和量大面广机床品种的全覆盖,在机床用户的覆盖方面,国产机床已成批进入航空航天、船舶、电力、汽车、军工、航空发动机等国民经济重点领域,实现了用户从拒绝使用国产机床到主动购买国产机床的转变,实现了高端机床及生产线对美国等发达国家的出口。
主要应用单位情况表
序号
应用单位名称
应用技术
应用起止时间
应用单位联系人/电话
经济社会效益
1
济南二机床集团有限公司
建立并运行了企业的可靠性管理、可靠性设计、早期故障消除体系,开展了主要产品的FTA和FMEA分析,搭建了可靠性实验台架,开展了大量的可靠性实验,并对产品的可靠性进行了评估
2010-
2016
吴春燕/136********
产品MTBF达到1000小时,由可靠性带来的利润达到14.5亿元,产品质量在世界上同类产品中处于第二位
2
四川普什宁江机床有限公司
建立了可靠性管理、可靠性设计、早期故障消除、可靠性试验等体系和全套试验规范、搭建了17台/套可靠性试验台、开展了可靠性驱动的装配工艺设计、研发了用户监控系统、开展了可靠性培训
2009-
2016
李蓉/139********
产品MTBF由300小时增长到2298小时,由可靠性带来的利润达到6485万元,与国内外产品竞争处于优势地位
3
宝鸡忠诚机床股份有限公司
建立了可靠性管理、可靠性设计和早期故障消除等体系、进行了FMEA和FAT分析、开展了可靠性驱动的装配工艺设计、开发了可靠性远程监控系统、建立了企业标准和规范、开展了可靠性培训
2012-
2016
王建军/135********
产品MTBF达到1700小时,由可靠性带来的利润达到1.05亿元,为公司的持续发展提供了技术和人才支撑
4
大连机床集团有限责任公司
关键功能部件、数控车床、加工中心可靠性研究等,建立了7项可靠性方面的企业标准和规范
2010-
2016
孙颖/0411********
MTBF达到1500小时,由可靠性带来的利润达到24亿元,增强了公司市场竞争能力
5
齐重数控装备股份有限公司
可靠性设计和分析、可靠性保障体系建设、外购外协件可靠性控制、早期故障消除等
2009-
2016
董学哲/139********
MTBF达到900小时以上,由可靠性带来的利润达到795万元,社会效益巨大
6
武汉重型机床集团有限公司
系统的可靠性管理理论和方法、早期故障消除试验方法等研究成果
2012-
2016
徐皓莉/137********
MTBF达到1200小时以上,由可靠性带来的利润达到2364万元,社会效益巨大
7
扬州锻压机床股份有限公司
进行了可靠性培训、进行了调研、完成了典型产品的FTA和FMEA分析、提出多条改进建议、建立了可靠性驱动的装配工艺设计和可靠性管理体系
2011-
2016
于丹鑫/0514-********
由可靠性带来的利润达到1248万元,取得较大的经济效益和社会效益
8
天水星火机床有限责任公司
建立了完整的可靠性管理体系、建立了可靠性设计体系、对公司数控卧式车床系列主导产品进行了全面的可靠性控制,建立了企业标准和规范等
2010-
2016
王惠芳/136********
MTBF达到1000小时,由可靠性带来的利润达到2亿元,使产品的可靠性逐年提升
9
重庆机床(集团)有限责任公司
数控滚齿机系列可靠性工程及数控剃齿机系列可靠性工程,建立了2项企业标准和规范,建立了系统管理理论方法
2013-
2016
喻可斌/131********
MTBF达到1200小时以上,由可靠性带来的利润达到3503万元,社会效益巨大
10
齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司
科技重大专项“水室封头专用数控龙门移动式车铣加工中心”可靠性研究和“重型数控机床热变形与可靠性技术试验平台建设”
2013-
2016
马庆鑫/139********
MTBF达到1000小时,由可靠性带来的利润达到2356万元,社会效益巨大
11
北京第一机床厂
系统的可靠性管理理论和方法、早期故障消除试验方法等研究成果在镗铣床上进行了运用
2014-
2016
刘蓉/133********
由可靠性带来的利润达到6183万元,增强了公司产品的竞争实力
12
山东博特精工股份有限公司
滚珠丝杠副,直线导轨副,机械主轴单元等,建立了可靠性方面的企业标准和规范
2009-
2016
季红利
/130********
可靠性在国内处领先地位,由可靠性带来的利润达到1220万元,社会效益较大
13
陕西汉江机床有限公司
对典型的关键工序能力指数进行计算、对产品可靠性关键技术进行研究、对产品检测评定技术进行分析、制定关键加工工艺技术控制研究路线等
2013-
2016
闫笃政/133********
可靠性在国内处领先地位,由可靠性带来的利润达到670万元,社会效益巨大
14
江苏亚威机床股份有限公司
进行了可靠性培训、进行了调研、完成了典型产品的FTA和FMEA分析、提出多条改进建议、建立了可靠性驱动的装配工艺设计和可靠性管理体系
2011-
2016
孙园祥/139********
MTBF达到1000小时,由可靠性带来的利润达到3809万元,取得较大社会效益
15
北京精雕科技集团有限公司
系统的可靠性管理理论和方法、早期故障消除试验方法等研究成果在雕刻加工中心上进行了运用
2013-
2016
徐萍/136********
MTBF达到900小时以上,由可靠性带来的利润达到27095万元,社会效益极佳
2.近三年经济效益
单位:
万元人民币
自然年
完成单位
其他应用单位
新增销售额
新增利润
新增销售额
新增利润
2014年
194883.13
64977.83
643048.78
122688.98
2015年
211241.12
70611.87
616060.95
118407.2
2016年
89394.24
27213.36
290933.38
69400.44
累计
495518.49
162803.06
1550043.11
310496.62
主要经济效益指标的有关说明:
由于可靠性提升产生的经济效益需要从企业总绩效中分离出来。
统计资料显示:
产品质量从2σ提升到3σ~4σ,即百万机会的缺陷数(DPMO)降低78.36%,不良质量成本(COPQ)占销售额比例从50%以上降低到15%左右,降低了35%(六西格玛管理)。
机床的可靠性(MTBF)从300小时提升到1000小时,即故障率从0.0033降到0.001(
),降低了69.7%,产品故障率的降低与过程DPMO的降低成正比,则由此带来的经济效益占销售额比例至少为30%(
)。
因此,上表所列的新增销售额是按照总销售额的30%进行计算,新增利润则是新增销售额乘以产品毛利率。
目前,机床企业的毛利率各不相同,一般在销售额的15%到30%之间,欧美和日本企业可以达到销售额的40%以上。
另外,表中2016年度数据统一填写的是当年上半年数据。
其他经济效益指标的有关说明:
机床可靠性的提高可以直接减少机床生产厂家的售后服务费用和三包费用以及机床使用厂家的停机损失、机床维修费用。
另外,据中国机床协会统计,大多数国产机床企业普遍存在拖期交货的现象,拖期数量平均占合同数的20%以上,而通过采用快速试验和主动型早期故障消除技术则可以大幅度缩短产品的研发和制造周期,从而降低了成本、缩短了交货期、提升了企业信誉。
3.社会效益
通过在机床行业推广应用本项目开发的技术,使得典型国产机床的可靠性MTBF从原来的300小时提升到2000小时以上,提升幅度非常明显。
产品可靠性的提升对市场竞争力的提升产生了巨大作用,极大的提升了用户对国产机床的信心,打破了进口机床的垄断,使得国产机床能够批量进入国民经济的重要领域和行业。
如国内80%以上汽车生产厂家使用了济南二机床厂的冲压生产线,宁江机床厂和宝鸡机床厂的高速精密加工中心及生产线也批量进入汽车、航空航天、船舶、电力、军工等领域。
可靠性提升使国产机床进入高端领域,使得国产机床能够与进口机床同台竞争,有助于产品打入国际市场。
例如,产品可靠性的提高使济南二机床厂成功跻身世界三大冲压装备制造商,其冲压生产线在国际招标中多次击败德国和日本公司的产品,近三年已有9条冲压生产线成功进入美国福特汽车公司。
四川普什宁江机床卧式加工中心产品可靠性水平的提升,迫使进口中高档卧式加工中心的价格大幅下降,日本大隈、马扎克、韩国斗山等企业的机床售价已接近甚至低于国产机床的价位,使国内机床用户得到实惠。
本项目成果对推动机床行业整体技术水平的提升产生巨大作用:
国内骨干机床企业的主要机床产品都使用了本项目的技术;通过大量的培训和在行业杂志连载系列文章,使受众超过十万人次以上;另外,项目技术已为多家骨干机床企业的大多数产品提供了可靠性评估服务;上述工作及项目形成的2项可靠性国家标准对机床行业进一步提升可靠性打下坚实的基础。
主要知识产权证明目录
知识产权类别
知识产权具体名称
国家
(地区)
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
发明专利有效状态
发明专利
一种卧式加工中心托盘交换架早期故障检测方法
中国
ZL201010604310.6
2012.04.04
929063
重庆大学;中国计量学院;四川普什宁江机床有限公司
张根保等
专利权维持
发明专利
一种卧式加工中心端齿盘B轴转台早期故障检测方法
中国
ZL201010604306.X
2012.09.26
1049247
重庆大学;中国计量学院;四川普什宁江机床有限公司
张根保等
专利权维持
发明专利
一种卧式加工中心机床早期故障检测方法
中国
ZL201010604311.0
2012.04.18
931536
重庆大学;中国计量学院;四川普什宁江机床有限公司
张根保等
专利权维持
发明专利
自动化冲压线的安全防护装置及方法
中国
ZL201410819639.2
2016.05.04
2055163
济南二机床集团有限公司
张志刚等
专利权维持
实用新型
数控机床工作参数监测系统
中国
ZL201120044183.9
2011.08.10
1886862
重庆大学;四川普什宁江机床有限公司
张根保等
专利权维持
实用新型
一种卧式加工中心可靠性试验主轴扭矩模拟加载装置
中国
ZL201120534588.0
2012.08.15
2358221
国家机床质量监督检验中心
赵钦志等
专利权维持
实用新型
一种立式加工中心可靠性试验主轴扭矩模拟加载装置
中国
ZL201120534569.8
2012.08.15
2350047
国家机床质量监督检验中心
赵钦志等
专利权维持
实用新型
用于卧式加工中心转台的可靠性试验台
中国
ZL201120000491.1
2011.07.12
1959252
四川普什宁江机床有限公司
刘雁等
专利权维持
实用新型
用于精密卧式加工中心转台的跑车架
中国
ZL201120000468.2
2011.07.26
1991519
四川普什宁江机床有限公司
刘雁等
专利权维持
实用新型
精密机床主轴回转精度检测装置
中国
ZL2015209589971
2016.05.25
5225315
宝鸡忠诚机床股份有限公司
苏忠堂等
专利权维持
主要完成人情况
1、姓名:
张根保
排名:
1
行政职务:
研究所所长
技术职称:
教授
工作单位:
重庆大学
完成单位:
重庆大学
对本项目技术创造性贡献:
对项目整体技术的研究和应用做出了重大贡献,提出本成果的两个创新点“”和“”,承担了多项可靠性方面的国家科技重大专项并已通过验收(图片附件1、4、7、8),项目研究成果在国内骨干机床企业进行了应用并取得较好效果,对各个相关企业开展可靠性工作进行理论和方法指导(图片附件26、27),是重庆大学专利和自主知识产权的发明人(PDF附件1、2、3)。
2、姓名:
赵钦志
排名:
2
行政职务:
主任
技术职称:
教授级高工
工作单位:
国家机床质量监督检验中心
完成单位:
国家机床质量监督检验中心
对本项目技术创造性贡献:
提出并发展了“基于失效征兆映射关系的可靠性评估技术”和“基于小子样下的可靠性快速试验方法”,该成果在本项目新产品上得到了广泛应用,解决了高档数控机床新产品快速测评的难题,为可靠性考核和可靠性目标实现提供了强有力的技术支持。
同时,也是《数控机床可靠性评定第2部分:
加工中心》、《数控机床可靠性评定第3部分:
数控车床与车削中心》2项国标的主要起草人。
3、姓名:
张志刚
排名:
3
行政职务:
董事长
技术职称:
研究员级高工
工作单位:
济南二机床集团有限公司
完成单位:
济南二机床集团有限公司
对本项目技术创造性贡献:
从引入重庆大学可靠性工程技术入手,带领本公司可靠性提升技术团队,按照市场引导、重点突破的原则,设计了适合本企业提升的高档数控冲压成形机
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- 国家自然科学 推荐书 重庆大学