清华大学高端装备研究院重点项目简介
一、 3年内可产业化的项目清单：
1. 增材制造及生物三维打印技术及装备（英国BBC进行了新闻报道） 2. 激光器件及装备产业化（国家“点火计划”核心技术） 3. 航空先进制造装备及自动化
4. 高精加工用高性能刀具表面改性技术及产品研发 5. 新型全合成水基金属加工液应用研究 6. 金刚石薄膜电极及水质监测技术
7. 生物检测微流体芯片与微流控装备产业化 8. 智能齿轮减速机的研发与产业化制造
9. 轴承与工业刀具的表面材料增强技术及装备 10. 胶体纳米颗粒自组装技术及装备
11. 高压共轨柴油发动机电控喷油器关键构件的精密特种加工装备
二、未来5年可培育产业化的项目清单
12. 可实现一次装卡五面加工的五轴联动混联加工中心 13. 可实现SCARA运动的新型并联机器人: X4 14. 高速列车关键部件数字化探伤装备 15. 在线式超声导波钢轨断裂检测系统 16. 飞机发动机用叶片材料项目产业化 17. 大型高压高速成型关键技术与装备 18. 外骨骼机器人
19. 重型数字液压模锻机
20. 永磁间隙吸附式修焊作业机器人 21. 成形制造机器人用视觉检测系统 22. 大型高压高速成型关键技术与装备
三、项目简介：
3年内可产业化的项目清单
1. 增材制造及生物三维打印技术及装备（英国BBC进行了新闻报道）
? 项目背景
增材制造（亦称为“三维打印”）是一种以材料堆积为特点的新型成形制造
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技术，在个性化、复杂结构、特殊材料和快速响应制造等方面具有突出的优势，特别是在航空航天、核电能源和生物医疗等高端装备制造领域将会产生巨大的促进作用。
? 研发目的与研究内容
清华大学机械工程系快速成形中心自1990年代初开始进行快速原型技术的开发，先后开发了分层实体制造（SSM）、熔融挤出制造（MEM）、无模铸型制造（PCM）、冷冻冰成形（FIC）及多功能快速成形系统（M-RPMS）等多种快速成形技术和装备。进入21世纪后，中心将快速原型技术应用到金属材料、生物材料及活细胞的三维结构的制造中，在国内率先开展了电子束选区熔化制造（EBSM）技术研究及设备开发，先后发明了低温沉积制造技术（LDM）和三维细胞受控组装技术（3DCCA）等创新的生物三维打印技术。在组织工程多孔支架的制备和体外三维细胞结构体的构建方面，研发的技术展现了增材制造技术的巨大潜力。
在金属增材制造方面，已拥有5项中国发明专利，开发了两个规格的EBSM系统，交付了2套在国内科研院所使用，已具备产业化中试的条件。在生物三维打印装备方面已掌握22项中国发明专利，开发的低温沉积成形和细胞受控组装设备交付国内高校及科研院所5套，也已具备产业化中试的条件。
研发经费需求：1000万元。 ? 产业化前景和市场分析
在高端难加工材料直接制造、医学植入体个性化制造、组织工程再生支架制造和体外高度仿生细胞三维模型构建等方面，将会有巨大的市场区需求。预计先期每年可实现40台左右销售。每台100万元~300万元。
2. 激光器件及装备产业化（国家“点火计划”核心技术）
? 项目背景
国家“点火计划”即为激光核聚变技术与装置研发计划。在激光核聚变装置和系统中光学元件众多，畸变严重影响打靶质量，自适应光学系统是高能激光系统提高光束质量的核心。
? 研发目的与研究内容
清华大学结合国家战略重大需求，着眼于国际激光与光电子技术的最新科学与技术的发展前沿，一直致力于激光与光电子领域的科学研究与技术应用研发，拟在以下几点取得技术突破，研究成果具备产业化条件：
1）光纤激光器及装备
在工业加工中，千瓦级连续光纤激光器可应用于激光焊接、切割、热处理和岩石混凝土钻孔等。对于20W级脉冲光纤激光器主要的应用领域有激光打标、调阻、激光钻孔、刻槽、划片、薄膜太阳能电池划线等。清华大学掌握了千瓦级高功率全光纤激光器成套制备工艺、光纤激光脉冲放大和脉冲光纤激光器非线性效应抑制等技术，并完成千瓦级光纤激光器样机和20W脉冲光纤激光器研制。
2）系列紫外激光器及加工装备
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紫外激光划切技术是目前划切以蓝宝石、氮化镓、碳化硅等硬脆材料为衬底的高亮度LED晶圆的最有效方法。清华大学掌握了全固态紫外激光器产业化关键技术，研制出基于国产激光技术10－30W系列紫外激光器。达到的技术指标：平均功率10—30W，脉冲宽度≤50ns；光斑模式TEM00（M2≤1.3）；光斑圆度≥90%。
3）主动光学系统（“点火”系统）
突破动态波前误差的自适应光学实时校正与波面闭环控制、大尺寸连续波面支撑矩阵性能及影响函数评价、大口径镜面的加工与补偿等核心关键技术，解决从工艺、装配、调试以及工程化难题，已具备批量生产条件。研制多种口径主动反射变形镜系统，技术指标为：光束口径最大可达400mm、驱动单元大于60、反射波前PV小于0.3μm、工作带宽1Hz、模式范围3～25项Zernike多项式模式、变形量±10μm、拟合残差PV小于0.25μm，RMS小于0.05μm。该项目获得2012年军队科技进步一等奖、获得2012年教育部技术发明一等奖。
研发经费需求：1200万元。 ? 产业化前景和市场分析
清华大学在上述方向的研究成果已很成熟，已形成专利技术并解决了相关成果的样品化和工程化问题，已具备产业化条件。激光器件及装备为高端技术，产品附加值很高。随着国内产业技术的发展和升级，对激光技术、激光器件和装备的需求会越来越大，所形成的市场容量将会成倍增长，市场潜力巨大。
3. 航空先进制造装备及自动化
? 项目背景
航空先进制造装备及自动化主要是针对飞机制造中的先进装备、制造工艺等领域的研究，主要包括先进制造工艺、数字化装配、机器人、系统集成等技术。航空先进制造装备及自动化技术与在很大程度上决定着飞机装备的最终质量、制造成本和周期。我国飞机很多部件的装配基本上还沿用传统的人工装配方法，数字化制造技术的应用还处于起步阶段，严重影响着我国飞机制造技术的发展和先进飞机的制造质量和效率。航空先进制造装备将从根本上改变传统飞机制造技术，可以说是先进飞机制造的一次革命性技术变革。
? 研发目的与研究内容
清华大学机械系陈恳教授自2005年带领团队进入航空先进制造装备及自动化研发领域以来，先后承担中航集团（以下简称“中航集团”）数十项项目（包括飞机管道和整机喷涂、起落架柔性装配、飞机大型地面测试转台控制，大部件自动化对合和数字化装配等航空制造装备），研制出各种航空制造先进机器人装备十余台套，并在工程中得到重要应用。航空先进制造装备研发内容主要包括：
1）飞机数字化装配系统
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飞机装配是整个飞机制造过程的龙头，飞机装配技术是中国飞机制造过程中最薄弱的环节，这项复杂的系统工程，涉及飞机设计、工艺计划、零件生产、部件装配和全机对接总装的全部过程，有4个关键技术:简易型架装配技术、自动化铆接技术、先进定位装配技术和装配过程的数字化仿真技术。前期已经开展飞机机翼和尾翼机器人自动化装配研究，解决了飞机总装中大部件的自动对合理论和技术问题，研发基地成立后将完全进入飞机结构总装核心技术研究领域，开展机身中段数字化装配系统研发任务，开展相关理论技术及工程实现等方向的研究，最终在中航集团实现工程应用，并继而开展前机身、后机身、尾翼等系统的研究工作。该方面的研发成果能够填补我国在此领域的空白。
2）飞机喷涂自动化技术
前期研制的喷涂机器人已完中航集团机管道、整机喷涂的研究与工程应用，在总结成果的基础上，进一步开展飞机喷涂自动化技术的研究与推广应用。该方面的成果将使飞机的人工喷涂方法成为历史，极大地改善飞机外观质量。
3）飞机地面测试系统
前期为中航集团改造的飞机地面测试控制系统已成功应用，在总结成果的基础上，进一步开展地面测试技术的研究，开发新的测试系统。该方向的研究将为飞机制造提供可靠测试数据，为飞机的改进设计提供依据。
研发经费需求：1500万元. ? 产业化前景和市场分析
行业市场的快速发展对航空先进制造装备的需求迫切程度前所未有，加强技术创新与应用，以及航空制造新装备的研制、产业化开发与推广研究，对提升我国航空制造业尤其是航空制造装备与工艺方向的自主创新和新装备开发能力，增加我国航空制造业高新技术附加值，提高先进机电一体化装备的制造水平，提高我国高端航空制造装备的市场竞争力，以及辐射带动我国航空制造业的发展很有必要，具有重要的战略意义和工程应用背景。
4. 高精加工用高性能刀具表面改性技术及产品研发
? 项目背景：
中国是世界机床第一消费国和第一进口国，但高档数控机床使用的高性能刀具还远远不能满足机床主机的发展要求，仍不得不大量依赖进口，主要原因是刀具表面改性技术水平相对落后。开发高精加工用高性能刀具表面改性技术以及相
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应的国产刀具产品对提升我国制造业的水平具有重要的实际意义，其应用前景广阔。
? 研发目的与研究内容
清华大学摩擦学国家重点实验室在以涂层/薄膜技术为代表的材料表面改性技术领域具有近20年的研究积累。自2010年开始，在国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”（04专项）课题支持下，开展了超精加工用硬质合金刀具的表面改性技术研究，开发了CNSi、TiAlSiN、TiAlN/Ta等系列刀具涂层技术，在相关企业数控机床上的小批量应用实验中获得了良好的效果，达到了（部分指标优于）进口类似刀具的加工效果。目前正在扩大应用实验。
在氮化物薄膜、碳基薄膜、复合薄膜、多层膜技术、激光改性技术等方面获得的系列研究成果，获得10余项发明专利授权。开发的刀具涂层的相关技术正在申请系列国家发明专利。
（1）针对数控机床用高性能刀具研发，建立可满足10万片/年生产能力的批量化生产中试平台。定型2～3种刀片产品；
(2) 建立刀具及涂层性能检测中心。
(3)研发系列刀片涂层技术，形成不少于100万刀片/年生产能力；
(4)全面开放并力争实现“刀具及涂层性能检测中心”为国内外刀具产品的市场准入提供检测服务。
开发经费：2500万元，包括：
购置镀膜设备 4台套 共计： 3600万
购置配套前、后处理设备及原材料 700万 购置性能检测设备 900万 其它 300万 ? 产业化和市场前景：
清华大学已具备刀具及相关产品表面改性技术的研发能力，所拥有的相关技术成果已具备产业化的基础，具有广阔的产业化前景。在中国从制造大国向制造强国转变的过程中，对于高端制造装备中的高性能刀具的需求将呈进一步增长趋势，如果能够形成规模化生产，相信相关高性能刀具产品具有非常广阔的市场前景。2012年国内刀具市场规模约为485亿元人民币，与2011年相比，同比增长约21％，其中，进口刀具销售135亿元，主要集中于高性能涂层刀具。
本项目的开发，将瞄准高性能刀具的研发和生产，实现替代进口。将依靠清华大学的研发优势和天津市提供的政策优势，力争用3～5年的时间，建设一个集设计、研发、检测、生产为一体的高端刀具涂层技术研发生产中心。
5. 新型全合成水基金属加工液应用研究
? 项目背景：
金属加工液具有润滑、冷却、防锈和清洗等作用，约占机械制造成本的17%。目前我国市场销售的水基切削液以乳化液为主，含有机物浓度高，存在废液难处
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理、威胁水体安全等问题。
? 研发目的与研究内容：
本项目拟开发新型全合成水基金属加工液，以取代传统的乳化液。该种加工液为水溶性加工液，采用绿色化学合成方法合成环境友好的高效功能添加剂，具有润滑和冷却效果好、加工表面清洁性优异、绿色、环保等优点。目前，前期开发的全合成金属磨削液自2013年10月起正在进行平面和外圆磨削测试，使用效果与瑞士Blaser的产品相当。
该项目正处于研发阶段，目前已申请一项关于水溶性金属防锈、抗磨剂的专利。在前期调研中，我们广泛查询了国内外相关专利,并在切削液配方研发过程中，我们避开了相关专利的限制，研究成果具有完全自主知识产权，相关的专利正在撰写阶段。针对不同的加工材料和加工工艺，开发相应的全合成型水溶性金属加工液，形成具有自主知识产权的金属加工液配方和实现相关产品的产业化推广
需3000万产业化经费，用于产业化相关条件建设、配方研发、加工工艺研发、现场测试等。
? 产业化和市场前景：
2012年国内金属加工液的需求大约为25万吨，占据市场份额前列的大都是来自于国外的加工液品牌。目前我国市场销售的水基切削液以乳化液为主，含有机物浓度高，存在废液难处理、威胁水体安全等问题。从环保、安全和成本等方面考虑，合成型的水基金属加工液的研究、发展和应用已成为必然的趋势。故本项目具有非常好的产业化和市场前景。
6. 金刚石薄膜电极及水质监测技术
? 项目背景
随工业化的发展，水污染已成为我国不得不面临的严重问题。在线水质监测是
防止污染突发事件、监控污染排放的最有效技术，但目前这类技术目前极度缺乏和不成熟。通过掺杂纳米金刚石薄膜电极的制备工艺和电极性能研究，已研制出针对重金属和有机物的新型高敏感电化学检测电极，该电极在水质有机物和重金属检测方面具有非常好的应用前景，目前相关后续配套电路正在开发中。
? 研发目的与研究内容
目前相关国外进口在线检测仪均使用传统石墨、铂等传统电极，这些电极存在检测精度有限、稳定性差、容易老化等缺点，因此在使用过程遇到了各种问题。掺杂纳晶金刚石薄膜电极具有电化学窗口宽、稳定性好等特点，目前其实验室检测精度可达到1ppb以下，远高于传统电极精度。
掺杂纳米金刚石薄膜电极已可工业化生产，其重金属检测的有效性实验验证工作已完成，相关仪器开发工作正在展开，经短期的孵化可直接进入产业化。
项目拟完成系列在线重金属检测仪产品开发；开展针对有机物的在线检测研究，形成有机物检测的系列产品；开展电极改善及复合电极研究，形成系列电极薄膜的生产制造技术。
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需500万产业化经费，用于配套电路研发、产品定型设计和制造及性能测试等。
? 产业化前景和市场分析
当前我国处于水污染事件的高发阶段，在线排污和水源质量监测系统是防止此类事件发生的有效技术手段。为此，国家及各地方政府制定了各种政策用于水质的监测和控制，但当前无有效的相关在线检测技术手段，因此该电极及其在线水质监测技术的产业化应用将极大推动我国在该技术领域的地位，并将形成巨大的市场效应。
7．生物检测微流体芯片与微流控装备产业化。
? 项目背景：
开发微流体生物芯片和微流控装备成为生物医药企业面向临床快速检测发展的技术瓶颈。 生物芯片与微流控装备的设计、制备以及产业化需要结合微纳制造、表界面科学与技术、生物信号标识和检测等多学科技术。针对有迫切临床应用需求的生物医药行业，进行生物芯片的研制开发，将对提升天津的生物医药领域发展、达到国际前沿有重要的现实意义和迫切而巨大的市场价值。
? 研发目的与研究内容：
本项目拟与丹娜（天津）生物科技有限公司合作，研发生物快速检测的微流体芯片与微流控装备。丹娜（天津）生物科技有限公司是一家生物医药高科技企业，致力于病原微生物早期快速体外诊断产品的研发、生产和销售，其成功开发的IFD试剂盒系列产品已获得欧盟CE认证，年产值2亿元，形成了以天津为起点，辐射全国的民族品牌发展格局。目前该公司亟需研发下一代便携式的检测微流体芯片与装备，拟在本项目中与清华大学天津高端装备研究院的微流体器件研发技术相结合，共同研制开发快速便携的生物检测微芯片与装备，以大幅度提升检测速度与临床使用效率，预计新产品可以达到的产值规模达到2-3个亿，并有望打入国际市场。 清华大学高端装备研究院将整合清华大学机械工程系在微纳米制造、表界面技术、微流体设计、以及清华大学生物工程系教授在生物信号识别技术的优势，组成多领域跨学科的专家团队，进行微流控芯片与检测仪器的开发。
项目分为三个阶段，微流控芯片的制备可行性研发、针对企业需求的优化和开发、面向市场的产业化生产。需400万可行性研发经费，用于器件设计、加工制造、工艺研发、产品性能测试等；需600万元转化经费，用于产品优化和生产工艺流程规范、质量测控。
? 产业化前景和市场分析
共同研制开发快速便携的生物检测微芯片与装备，以大幅度提升检测速度与临床使用效率，预计新产品可以达到的产值规模达到2-3个亿，并有望打入国际市场。
8. 智能齿轮减速机的研发与产业化制造
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? 项目背景：
工业用减速机是矿山、钢铁、港口等行业的关键重大装备。目前高端市场的减速机装备大多为国外垄断。沃德（天津）传动有限公司研发拥有全世界功率最大的1600KW井下刮板减速机。多项技术均达到世界领先水平，在实际应用中击败了国外原装进口减速机，获得客户的高度认可。目前，研制开发下一代智能化齿轮减速机已经成为该企业实现技术领先、抢占国内以及国际市场的关键技术突破点。
? 研发目的与研究内容：
本项目拟与沃德（天津）传动有限公司合作，开发新一代的智能减速箱。沃德（天津）传动有限公司先后为神华集团、中国大唐集团、首钢集团等大型知名企业的多个项目提供了优质的减速机设备，公司已实现每年2亿元的生产规模。为满足客户的需求以及激烈的国际化竞争，该公司亟需发展智能化的减速机装备，拟在本项目中与清华大学天津高端装备研究院的振动故障分析与润滑监测技术相结合，共同研制开发在工作现场加设的振动监测、油液分析检测与故障报警的监测装置、专家系统与数据传输管理体系，以大幅度提升产品质量与效率，预计可以达到的产值规模达到2-3个亿，形成巨大的市场，并扩大替代进口产品的市场领域和范围。需500万研发与产业化经费，用于设备定制、工艺研发、产品性能测试等。
? 产业化前景和市场分析
预计可以达到的产值规模达到2-3个亿，形成巨大的市场，并扩大替代进口产品的市场领域和范围。
9. 轴承与工业刀具的表面材料增强技术及装备
? 项目背景：
长寿命、高可靠性的高端轴承与刀具在我国有广阔的市场，相关国产产品距世界先进水平还有很大的差距。采用新方法、新技术弥补现有技术的不足，在局部甚至赶超国际水平，相关研究具有重大的社会和经济意义。
? 研发目的与研究内容：
清华天津高端院拥有的工件表面电磁回火技术，对于磨削后的零件可以改善表层马氏体的韧性，减小残余奥氏体含量，提高过回火层的硬度和韧性，降低摩擦系数，是目前通过修复表层损伤而提高寿命与可靠性的先进有效的方法，极具技术转化和产业化价值。目前已建立了小型的电磁回火实验平台，开展了相关机理和初步的应用研究，在小型轴承和刀具上取得了寿命提高3~7倍的效果。亟需依托本项目支持，围绕国家急需的长寿命高可靠性大型高端轴承与刀具，开展电磁回火装备、工艺、检测及评估的研发转化，可预期产生5000万以上的经济效益，并向航空、航天、军工等应用领域推广应用。高场强、快响应通用型电磁回火装备的研制，需投入220万人民币，可建成大尺寸轴承与刀具的“电磁回火”中心，
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服务于基础应用研究及航空、航天、军工等领域的应用。需要专业技术人员3名，并需要向航空、航天、军工等应用领域的技术推介。
? 产业化前景和市场分析
可预期产生5000万以上的经济效益，并向航空、航天、军工等应用领域推广应用
10. 胶体纳米颗粒自组装技术及装备
? 项目背景
不同于通过化学键键合自组装的化学合成，胶体纳米颗粒自组装技术是由自由能最小化引起的胶体纳米颗粒自组装的一种新技术，是下一代由纳米单元构建功能材料的主要制备手段。由该方法制备的具有特殊二维或三维的结构的胶体晶体在环保、医疗、传感器等方面具有重要的应用前景。
? 研发目的与研究内容
清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室一直从事流固表界面力的研究。研究主要提出和实现了通过液固界面效应，实现纳米胶体颗粒在固壁表面上直接有序组装的大面积胶体晶体制备方法。目前已获得的可面向产业化的主要技术有：1）基于PTFE纳米颗粒组装的防尘滤袋性能和寿命增强技术； 2）基于胶体纳米颗粒组装的各种超疏水表面涂层制备技术； 3）基于纳米颗粒核核结构组装的多孔薄膜制备技术；
4）面向多种滤网纤维的胶体纳米颗粒组装的油水分离技术。
关于胶体颗粒自组装的核心技术已申请相关专利。 研发经费需求：800万元. ? 产业化前景和市场分析
基于胶体纳米自组装的防尘滤袋性能寿命增强技术将在控制烟尘排放等环保领域具有重要应用前景；所制备的超疏水表面涂层制备技术在太阳能电池、风力发电机叶片表面等新能源领域将有重要应用前景；基于胶体纳米颗粒核核组装的多孔薄膜制备技术将在水处理的高性能超滤膜、超级电容的绝缘膜等领域具有重要应用前景；基于多种滤网纤维胶体纳米颗粒自组装的油水分离技术在环保等领域具重要应用前景。以上相关技术的开发和应用将会产生巨大的市场区需求，并对我国的环保、新能源等领域的发展形成重要的支持效果。
11．高压共轨柴油发动机电控喷油器关键构件的精密特种加工装备
? 项目背景：
为抑制机动车尾气排放,提高机动车发动机性能实现节能减排，我国已提出柴油发动机将在近期内采用高压共轨技术。而在高压共轨柴油发动机中，电控喷油器的制造实现是其关键技术所在。电控喷油器中的针阀、球阀等精密偶件以及微小喷孔的高精度加工工艺和装备将是制约高压共轨电控燃油喷射系统的瓶颈。
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? 研发目的与研究内容
清华天津高端院拥有系列的微细加工技术和装备，本项目在研发高精度高转速的中空和内锥面阀座专用磨床的同时，提出新的线放电磨削工艺，开展精密机电控制、尺寸形状精密成型、加工装备集成设计等关键技术研究，研发出精密偶件锥面、球面的线放电磨削工艺和装备。项目研发的专用磨床以及精密加工工艺的研发，需要科研投入500万元。
? 产业化前景和市场分析
将替代进口装备，并解决高压共轨件精密制造难题，适应油泵油嘴行业制造技术升级换代的急迫需求，有望达到产值五千万元至一亿元的年产值。
未来5年可培育产业化的项目清单
12. 可实现一次装卡五面加工的五轴联动混联加工中心
? 项目背景：
高性能的多轴联动混联机床已广泛应用于航空航天、船舶、兵器、汽车等重要领域，而可实现一次装卡五面加工的五轴联动混联加工中心更是各关键技术领域急需的关键制造装备。
? 项目简介： 清华大学制造所一直致力于并混联装备的研发。面向各关键技术领域对高性能多轴联动混联加工中心的迫切需求，先后成功研发出了两台套实验样机SPKM165和RASPET150。该装备基于三自由度并联模块，具有很高的灵活度，可进行立卧转换，能够实现一次装卡五面加工。所研发的样机，在全工作空间内其线性精度达到±0.02mm，所加工工件的表面粗糙度平均值达到0.218μm。在复杂自由曲面加工中具有良好的加工性能，应用前景广阔。
目前，围绕少自由度并联机构以及五轴联动混联构型的研发工作已申请专利20余项，已授权10余项，形成了具有较大工作空间和摆角能力以及具有良好运动和力传递特性的并混联装备专利保护群。
? 产业化和市场前景： 该装备在复杂自由曲面零件加工中具有广阔的应用前景，尤其适用于汽车零部件、船用螺旋桨、涡轮叶片、轮胎模具、航空结构件等的敏捷加工、一次装卡加工、复杂加工与复合角度加工。
清华大学已具备可实现一次装卡五面加工的五轴联动混联加工中心的设计开发能力，在构型、优化设计、精度保证以及控制技术等方面的研究成果已具备产业化基础和条件，并具有广阔的产业化前景。江苏大学已购置一台加工试验样机用于研究生的教学与科研。
? 项目开发规划和需求：
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针对复杂自由曲面零部件的加工应用需求，研发1台原型样机上线测试，根据应用测试情况进行细节改进并进行批量化生产。
需1000万产业化经费，用于1台原型样机研制、现场测试、配套技术研发等。 共需1000平方米房屋面积，房屋面积主要包括厂房和办公面积两部分。 厂房面积：800平米，普通车间面积300平米，普通库房500平米。 办公面积：200平米，为研发办公区。
13. 可实现SCARA运动的新型并联机器人: X4
? 项目背景：
工业机器人已广泛应用于航空航天、汽车制造、微电子、各类生产线以及现代物流等领域。可实现SCARA运动的工业机械人是其中最重要的一类，已广泛应用于电子、食品、医药和轻工等行业实现高速插装、封装、包装以及分拣等操作。
? 项目简介：
清华大学制造所自2011年开始了SCARA机器人的研制与开发工作。面向“高速抓放”操作的应用需求，进行了其构型综合和优化设计等关键技术研究，并在构型设计方面取得了关键性突破。该项目目标装备X4采用四支链全并联单动平台的结构形式，其动平台可实现±90°的转动范围，具有SCARA机器人的运动特征，其主要技术参数：精度±0.2mm、速度2m/s、加速度5g、负载2Kg。X4相对于国际上比较流行的H4构型和Delta构型结构更加简洁：单动平台，动态特性更加优异，加工制造相对容易。
目前，围绕可实现SCARA运动的新型并联机器人的原理构型研发工作已申请专利4项，基于专利构型的SCARA并联机器人样机的研发工作已接近尾声。基于SCARA型并联机器人的关键技术研究，已掌握了该类装备的具有自主产权的核心技术和相关专利。
? 产业化和市场前景：
该目标产品满足生产线上对高速抓放操作的应用需求，可用于完成生产线上散乱物料的高速插装、封装、包装以及分拣等操作，在电子、食品、医药和轻工等行业具有广阔的应用前景。
清华大学在可实现SCARA运动并联机器人方面的研究成果和相关技术已具备产业化基础和条件，并具有广阔的产业化前景。此类工业机械人已成为保障质量、提高效率、降低成本不可或缺的重要手段。食品、医药等包装行业对这类机械手的需求尤为迫切。该项目目标装备便于批量化生产，市场广阔。
? 项目开发规划与需求：
根据工业包装生产线上对“高速抓放”操作的需求，研发1台样机上线测试并开发配套的视觉控制系统，形成此类装备的产业化成套技术。
需800万产业化经费，用于1-2台样机的研制、视觉控制系统研发、现场测试等。
共需800平方米房屋面积，房屋面积主要包括厂房和办公面积两部分。
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厂房面积：600平米，普通车间面积300平米，普通库房300平米。 办公面积：200平米，为研发办公区。
14. 高速列车关键部件数字化探伤装备
? 项目背景：
轮轴（轮对、车轴）作为火车的重要部件，其质量的好坏直接关系到运输的安全性。因此，迫切需要研发先进数字化探伤装备，替代传统的以人工作业为主的探伤检测方式，改善恶劣的检测现场环境，提高工作效率，减少漏检事故的发生等，保障高速铁路的安全运行。
? 项目简介：
清华大学从2004年开始研制机车车轴数值化超声自动探伤系统，所研制的系统能实现包括探头扫查、回波记录、缺陷诊断、数据存储、报表打印在内的车轴自动探伤，研究成果已在大同、青岛、长春等地的14家铁路系统骨干企业推广应用。目前，在研技术和产品包括：基于相控阵的空心轴自动探伤技术与应用系统、轮轴（车轴、大部件）荧光磁粉可视化自动探伤技术及应用系统（2014年底已提交3台套产品样机给用户）、货车轮对尺寸动态检测技术及应用系统（2014年底已提交2台套产品样机给用户）。相关技术和产品全部达到或优于原铁道部制定的相关产品技术条件和性能指标。
相关技术成果已申请专利6项。“机车车轴数字化超声自动探伤系统”已销售14台套（全部在役产品共16台套），正在执行2台套“货车轮对尺寸动态检测系统”和3台套“轮对（车轴）荧光磁粉可视化自动探伤系统”的产品研制合同。
? 产业化和市场前景：
“机车车轴数字化超声自动探伤系统”的国内需求量在60多台套，每台套售价100万元左右；“货车轮对尺寸动态检测系统”的国内市场需求在200台套以上，每台售价100万元左右；“轮对（车轴）荧光磁粉可视化自动探伤系统”的国内市场需求在300台套以上，每台套售价50万元左右。相关技术和产品还可以拓展推广到客车和地铁领域。因此，项目具有良好的产业化前景和可观的市场前景。
? 项目开发规划与需求：
拟进行“机车车轴数字化超声自动探伤系统”、“货车轮对尺寸动态检测系统”和 “轮对（车轴）荧光磁粉可视化自动探伤系统”的产品化开发，完成“空心轴相控阵探伤系统”的原理样机开发工作。
需1000万研发经费，用于上述产品开发、现场测试等。 需500平米研发实验室和办公面积。
15. 在线式超声导波钢轨断裂检测系统
? 项目背景：
铁路（尤其是高速铁路和重载铁路）运营线上如发生钢轨断裂则可造成列车出轨、倾覆等重大行车安全事故。目前在用的定时离线检测方式不能及时发现钢
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轨断裂。在线式超声导波钢轨断裂检测系统能够对钢轨状态进行实时检测,确保铁路运输的安全和畅通。
? 项目简介：
清华大学无损检测中心自2009年开始断轨检测系统研发工作。所研发的系统利用超声导波衰减小、传播距离远的特点，采用了串脉冲超声导波对长距离断轨进行检测。使用ANSYS LS-DYNA优化了换能器结构、采用串脉冲移相叠加算法优化了串脉冲参数，采用现代电力电子技术提高了仪器的发射能力、研发了基于FPGA的数字化设备。采用研制的串脉冲超声导波断轨检测系统和新型的SH导波换能器在现场对钢轨进行了检测实验，结果表明检测距离大于600米，为利用超声导波对在役钢轨开展断裂检测奠定了基础。
该系统的研究已完成了实验系统的研制，能够进行现场检测实验。考虑技术保密，该项目尚未申请专利。在样机完成后，拟申请4-5项专利。
? 产业化和市场前景：
已研发出的检测装置的检测距离为600米，通过进一步技术改进，检测系统的检测距离可望达到1000m，检测性能得到显著提升，使技术和产品更具先进性、竞争能力和应用潜力。目前，我国高铁的运营里程已经超过了10000千米，如果仅针对安全性要求较高的高速铁路断轨检测，市场需求就达10000套。因此，该技术也将有十分广阔的应用前景和产业化前景。
? 项目开发规划和需求：
在现有研究成果（检测距离为600米）的基础上，通过进一步研发改进，将检测距离提高到1000米，完成产品样机并在线测试，达到市场推广和产业化条件。
需800万研发经费，用于系统优化、样机研制、现场适应性和可靠性试验等。 需500平米实验室开展产品化开发和现场测试工作等。
16. 飞机发动机用叶片材料项目产业化
? 项目背景：
航空发动机用叶片是发动机最重要的部件，其常用镍基合金制备。随着航发推力比的提升，叶片的使用温度也大幅提升，这就对镍基合金的使用条件提出了更苛刻的要求，单晶镍基合金可满足这一新的要求。但国外在单晶技术方面对中国进行严格限制，而国内目前的单晶技术尚不过关，这严重制约了我国航发的发展。研制高质量的镍基合金材料是目前发展航发的关键因素之一。
? 项目简介：
影响镍基合金高温性能的因素主要有合金元素偏析以及大量有害相出现，这些问题可以通过改进熔炼工艺、快速冷却以及成型等工艺手段进行弥补。
高温镍基合金的制备技术相对成熟，经过短期的孵化可直接进入产业化。 单晶镍基合金叶片国内尚不能生产，而国外又对中国进行实行禁运，加之近年来国家重点发展空军装备，这就对高质量镍基合金形成了巨大的市场。
? 项目开发规划和需求：
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针对高质量航发用镍基合金叶片材料需求，研发几种高质量镍基合金，形成叶片产业化成套技术和产业化。
需500万产业化经费，用于设备定制、工艺研发、产品性能测试等。 需1000平方米房屋面积，用于产品研制、工艺调试、样品制备和样品性能测试等。
17. 大型高压高速成型关键技术与装备
? 项目背景
高压液态金属成型技术及装备是支撑交通运输、电子通讯以及国防军工领域的重要基础装备。清华大学与有关企业合作，在“大流量高速响应压射系统的设计、液态金属压射过程实施控制、高速数据采集以及海量数据的存储系统和大型复杂零部件压铸工艺及压铸模具的设计”等关键技术领域取得突破，完成了锁模力为从1600吨至3500吨的大型压铸机的系统设计与集成制造，该设备可用于汽车、轨道交通、家用电器以及国防军工等大型复杂铝镁合金零部件的生产。
? 项目简介
本项目开发出具有独特优势的超大流量实时控制系统：实时控制周期≤1ms，压射曲线存储量8000条；在1ms的采样间隔内完成压铸工艺参数的精确采集和输出；对工艺参数控制达到慢速至快速位置重复精度2mm，慢速速度重复精度±0.05m/s，快速速度重复精度±0.1m/s，铸造压力控制精度±5bar；多段速度设定的段数达到10段，慢速至快速转换时间≤15ms，刹车时间≤15ms，增压建压时间20ms，最大空压射速度8m/s，低速压射速度0.05～0.60m/s。
在项目研发过程中，已获得授权国家发明专利十余项，获得2013年度国家和省部级奖励二项。该项成果的成功开发，结束了我国大型压铸装备完全依赖从发达国家进口的局面，促进了轻合金成型加工领域的研究开发和技术创新，使我国高速高压成型装备的设计和制造水平进入世界前列。
? 产业化前景和市场分析
该项目完成了锁模力为从1600吨至3500吨的大型压铸机的系统设计与集成制造，实现了压铸生产系统集成控制，推动了我国大型装备智能化的进程，形成若干具有自主知识产权的专有技术，实现工程化生产，已具备产业化条件。联合研制生产的大型压铸装备已经在东风本田、比亚迪和美国通用等国内外汽车生产厂家投入应用，产生良好的经济效益和社会效益。
18 外骨骼机器人
? 项目背景
机器人技术是下一次工业革命的前缘技术，在生产领域和军事领域都将具有巨大的应用前景，而外骨骼机器人，又是机器人技术的高端前沿。美国等西方发达国家投入了巨大的资金和人力进行了研究，波士顿动力公司率先推出了以液压为驱动力的外骨骼机器人，该技术是将人体的智能与机械的力能进行有机结合，实现了人体力量成百倍的放大，可广泛应用于重型物体的搬运、重型导弹装弹以
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及抢险、救援等领域。该技术也是一个国家科技实力的象征，具有极大的经济价值和政治意义。
? 项目简介
该项目是清华大学与北京亿美博公司进行合作开发。清华大学在机械设计领域有着丰富的设计经验和资源，在机器人结构设计上具有优势，清华大学还具有3D打印成型技术，对于外骨骼机器人中的一些特殊形状零部件可以直接打印成型，减少了制造难度。而北京亿美博公司在数字液压领域具有世界领先水平，他们掌控的数字敏感伺服阀及其控制技术，可以应用到外骨骼机器人中，开发出更为智能和更为节能的外骨骼机器人。尽管我们起步比美国晚，但由于我们掌握的数字液压技术比美国先进，完全有可能后来居上，开发出超过美国外骨骼机器人的产品，迅速占领这个具有智能制造标志性象征的制高点。该项目的软、硬件成果也可广泛推广应用到其它机器人中，带来中国机器人技术巨大的进步与产业上的超越升级。
拟开发外骨骼机器人的相关基础技术清华大学和北京亿美博公司均已经申请了专利，如清华大学的3D打印和亿美博公司的数字伺服技术都已经在其它领域获得成功应用，有些技术已应用了10年以上，技术已经成熟，外骨骼机器人只是将这些成熟技术进行有机的结合，再配以智能控制软件，就能够开发成功，所以在技术上已经没有无法突破的障碍，可具备产品孵化条件。
? 产业化前景和市场分析
外骨骼机器人属于机器人高端产品，其主要用户为军事领域和民用抢险、救灾和搬运领域，如野外机动发射导弹的装弹、飞机装弹、航母装弹、地震抢险、重型设备搬运等。由于我们开发出的外骨骼机器人具有较低的价格和更好的性能，所以具有广阔的应用前景。另外，该项目的成功孵化可占领世界机器人技术的制高点，促进中国机器人技术整体的技术进步。中国下一代机器人化必将成为新的产业集群和增长点，为中国工业数字化和智能化准备技术基础。
19. 重型数字液压模锻机
? 项目背景
模锻设备是国家的基础设备，许多高端机械零部件，如航空领域、造船领域、重型装备、核电领域等的一些零部件，必须经过锻造处理才能满足使用要求，因此工业强国必须具备这种设备的生产制造能力。而我国在该领域落后于世界，在设计、制造和控制上与国外具有较大差距。德阳二重引进一套8万吨模锻耗资10多亿，中国必须在这一领域有所突破和作为。
? 项目简介
这一项目是清华大学与北京亿美博公司进行合作开发。清华大学在机械设计领域有着丰富的设计经验和资源，尤其是缠绕机架具有特色，该技术化整为零，将数百吨的机架分段制造后利用钢带缠绕，不但大大减轻了重量，降低了制造难度，而且还增加了机架刚度，特别适合重型模锻的使用要求。而北京亿美博公司
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在数字液压领域具有世界领先水平，他们掌控的大型数字插装伺服阀及其控制技术，可以应用到重型模锻中，突破国外掌控的液压控制难题，缠绕技术和数字液压技术的结合，可以开发出重量更轻、性能更好、价格更便宜的高水平数控模锻机，不但可以占领国内市场，还可以出口到国外，抢占这个领域的国际制高点。
拟开发的重型模锻的相关基础技术清华大学和北京亿美博公司均已经申请了专利，清华大学3万吨的缠绕模锻已经投入了使用。亿美博公司的数字插装伺服阀已经在其它领域获得成功应用，技术已经相当成熟，重型模锻只是将这些成熟技术进行有机的结合，再配以智能控制软件，就能够开发成功，所以在技术上已经没有无法突破的障碍，具有相当大的成熟度。
? 产业化前景和市场分析
重型模锻是锻造领域的高端产品，中国是制造大国，下一步是要建成制造强国，主机数字化和智能化是发展方向，而我们开发的数字液压模锻符合这一潮流，其主要用户是各个重型主机厂，这不仅在国内具有广阔的市场前景，还可以占领国际市场，数字液压模锻不但可以弥补中国在这一领域的不足，还可以抢占这一领域的制高点，从而走向世界。
20.永磁间隙吸附式修焊作业机器人
? 项目背景：
我国大型水电站每年对气蚀和泥沙磨损后的水轮机叶片的检修作业，仍以人工作业为主，迫切需要采用机器人来实现坑内修复，以免去数十吨重叶轮拆装吊运过程，减少维修周期以及因停机而少发电的经济损失，并改善工人作业环境和劳动条件。
? 项目简介：
针对相关技术及装备在国内外尚属空白的现状，在国家863计划项目资助下，本项目研究适用于复杂曲面水轮机叶片坑内修复作业的机器人技术，很好地解决在复杂空间全位置作业时的吸附可靠性、运动灵活性、曲面适应性和承载能力等问题，成功研制出分别适用于蚀面清理、填充焊接、焊缝修磨等修复作业的机器人样机3台套，负载能力大于75kg，自重小于25kg，运行速度为0～2.2 m/min，适用于最小曲率半径为1.5 m的复杂空间曲面，可原地转向，可达范围为叶片表面积的85%以上。本成果在2013年8月通过了教育部组织的成果鉴定，总体技术水平达到国际先进、国内首创。
相关技术申请并获得授权国家发明专利10项；已先后在青海黄河公伯峡发电分公司、积石峡发电分公司和中国长江电力股份有限公司检修厂等3家单位的厂区中进行了现场试应用，在进一步完善功能并产品化后，将具有很大的推广应用价值。
? 产业化和市场前景：
采用本成果研制的机器人完成水轮机叶片坑内修复，可以节省数十天的水轮机拆装时间，从而为相关电站减少数十亿元的发电损失，经济效益显著；而未来
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我国每年将有数百台水轮机组需要大规模维修，对水轮机叶片坑内修复机器人的需求量过亿元。
? 项目开发规划与需求：
拟研制分别实现水轮机叶片表面状况检测、蚀面清理、填充焊接、焊缝修磨等检修作业的机器人产品化样机各2台套。
需1000万工业化样机研制经费，用于表面状况检测、蚀面清理、填充焊接、焊缝修磨等四种机器人的产品开发、现场测试等。
需1000平米房屋面积（包括厂房和办公面积），用于产品化样机研制、装配调试和生产。
21. 成形制造机器人用视觉检测系统
? 项目背景：
工业机器人的应用迅猛发展，2012年全球销量达到16万台，其中大多用于成形制造领域。韩、日、德国制造业机器人使用密度分别为396、332、273，而我国仅为11，发展和应用潜力巨大。为机器人研发配置先进视觉检测系统可显著提高其适应性，拓展机器人的应用。
? 项目简介：
各种类型（弧焊、点焊、激光、等）焊接机器人约占工业机器人总量的一半。目前，用于自动跟踪和位姿调节的视觉系统产品几乎全部为国外厂商垄断，其价格昂贵，且皆基于线结构光原理，已不能满足智能化焊接要求。清华大学机械工程系在国家自然科学基金、863计划等项目资助下提出了全新的基于多种视觉特征（结构光、纹理、光影、颜色等）及信息融合思路的检测系统技术方案，并进行了应用研究，研究获得的视觉系统技术可适应多种材料、三维空间轨迹的厚板多层多道、超细间隙的焊接过程自动控制，检测精度高于0.1mm，跟踪速度最高可达10m/min。
相关成果已申请国家发明专利10余项并多项获授权，研发的实验室系统已取得技术突破，技术已趋成熟，具备了产品化条件，产品化后，可在成形制造自动化和智能化领域推广应用。
? 产业化和市场前景：
2012年我国焊接机器人销量超过1万套，预计在今后很长时期的年增长率将超过10%，加之大量其它类型智能化焊接等成形制造装备，其所需配置的视觉检测系统将为相关生产企业提供每年十亿元的市场。因此，该技术具有很好的产业化前景和市场前景。
? 项目开发规划与需求：
两年内拟完成多视觉信息融合检测系统、超细隙快速视觉跟踪系统等2种以上机型的产品化开发。
需1000万工业化样机研制经费，用于2种以上机型的产品化开发和现场测试工作等。
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需800平米厂房（包括厂房面积和办公面积），用于产品化开发、装配调试和现场测试工作等。
22. 大型高压高速成型关键技术与装备
? 项目背景：
高压液态金属成型技术及装备是支撑交通运输、电子通讯以及国防军工领域的重要基础装备。
? 项目简介：
近年来，清华大学与有关企业合作，在大流量高速响应压射系统的设计、液态金属压射过程实施控制、高速数据采集和海量数据的存储系统以及大型复杂零部件压铸工艺及压铸模具的设计等关键技术领域取得突破，完成了锁模力为从1600吨至3500吨的大型压铸机的系统设计与集成制造，联合研制生产的大型压铸装备备已在东风本田、比亚迪和美国通用等国内外汽车生产厂家投入应用，产生良好的经济效益和社会效益。
? 产业化和市场前景：
该设备主要用于汽车、轨道交通、家用电器以及国防军工等大型复杂铝镁合金零部件的生产，具有广阔的应用前景。
? 项目开发规划与需求：
该项目需要标准生产厂房及配套设施约2000平米，形成具有开发、试制和中等批量生产的规模。所需资金5000万元。
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