【校报特稿】科学技术创新：我校获天津市科学技术一等奖成果介绍

  2022年春，天津市颁布了获2021年度天津市科技奖名单，我校有54项成果获奖，26项为第一完成单位，其中特等奖4项、一等奖10项、二等奖12项，包括自然科学奖、技术发明奖和科技进步奖。获奖总数及特、一等奖获奖数量均创历史上最新的记录，为全市各申报单位之首。我校获奖成果展示了天大在多学科领域提升源头创造新兴事物的能力和关键领域技术难题破解等方面取得的初步成效，本期“科学技术创新”专版特别介绍了部分获奖成果，旨在让读者进一步感受一下天大科技的创新力。

  本报讯（记者 刘延俊）建工学院郑刚教授团队研发的“基坑工程自稳型无支撑绿色支护技术及其工程应用”突破传统内支撑支护的基坑技术瓶颈，实现了软土地区深基坑可取消水平内支撑的重大技术突破，推动基坑工程在节能减排和持续健康发展方面取得重大进展。该项目获得了2021年度天津市科学技术进步特等奖。

  基坑是施工时由地表向下开挖土体形成的地下空间，在基坑开挖和地下结构施工期间用于挡土的桩、墙结构，内支撑或锚杆，保证基坑和旁边的环境安全的技术措施总体上构成了基坑支护结构。房屋建筑、地铁、机场、商场、体育场馆、城市综合管廊、市政及其他城市地下空间开发大量涉及深基坑工程。

  据该项目组成员周海祚副教授介绍，该项目组经长期产学研联合攻关，针对软弱土地区量大面广的地下一层至二层地下室深度的基坑（占基坑总量的60%-80%），突破性研发了可高效控制基坑变形的新型绿色低碳基坑支护技术，能高效控制基坑的变形，保障其稳定。

  在项目研发过程中，自稳式支护结构作为全新的支护方式，其计算和分析方法是空白。建立准确的分析方法是对项目的科学要求，同时工程设计的基本要求方法要简单实用。课题组邀请产业界专家参与讨论，建立了相关的设计分析方法，形成了规范标准，突破了软弱土地区深度 5m 以上的基坑不得不长期采用水平内支撑技术控制变形及旁边的环境的技术瓶颈，取得了“系列自稳型无支撑绿色支护技术开发”“自稳型无支撑支护技术分析理论、设计方法及技术标准”“城市环境下无支撑支护施工成套技术与系列装备”和“工程应用”的全链条成果。

  该成果应用于包括天津市首个国家重大科学技术基础设施——“大型地震工程模拟研究设施”在内的大量工程建设项目；对比传统水平内支撑支护技术，该技术使基坑施工周期、造价和建材用量降低20%-40%，可大幅度减少支撑施工涉及的大量高强度人工劳动，提升基坑工程工业化建造水平；建材生产的全部过程的碳排放可占碳排放总量的28%左右，该成果可明显降低水泥、钢筋和砂石等建材消耗，在减少砂石的自然资源开采及对生态环境的影响的同时，节能、降耗和减碳效益显著，形成了新一代绿色基坑支护技术。

  本报讯（记者 赵晖）云计算作为现代信息社会关键计算基础设施，在支撑数字化的经济发展方面发挥了及其重要的作用。智算学部李克秋教授主持完成的“软件定义的云计算资源管理平台” 获得2021年度天津市科学技术进步特等奖。

  为支撑云端软件高效运行，云服务提供商通常要投入巨资建设大规模数据中心基础设施。先进的云计算资源管理系统是提高云计算产出的关键。“软件定义的云计算资源管理平台” 从资源管理系统结构、计算资源弹性分配和网络带宽资源调度三方面展开研究，突破了面向大规模云数据中心的资源管理关键技术，并在紫光云真实场景下开展应用实践，形成了高效云资源管理平台软件。该软件具有高吞吐、高利用、国产化生态兼容等特点，提高了大规模云数据中心下资源利用的效率，支撑了人工智能、大数据、在线服务等众多云应用的稳定高效运行。

  据该项目组赵来平老师介绍，该项目提出了软件定义的弹性资源伸缩及混合部署技术，实现了以低资源开销保障云上应用的使用者真实的体验，提高了计算资源的有效利用率；提出了软件定义的数据中心网络资源智能管控技术，大幅度降低了传输时延和成本，并提高了网络吞吐量；研发了软件定义的紫鸾云资源管理平台，通过仿生进化实现平台的智能升级与演进，实现了大规模云资源高效管理。

  本报讯视觉检测被称为人机一体化智能系统的“智慧之眼”，应用在工业领域是实现工业自动化和智能化的必要手段，但长期以来工业视觉检验测试领域一直被外国品牌所垄断。精仪学院邾继贵教授主持完成的“人机一体化智能系统高性能视觉检测成套技术及装备”项目历经十余年产学研用联合攻关，首次建立了包含测量、引导、检测、识别的4大类10余种工业视觉检测成套装备体系，其自主研发的视觉产品在汽车、航天领域实现系统化大规模应用，获2021年度天津市科学技术进步特等奖。

  该项目核心团队为精密测试技术及仪器国家重点实验室的易思维科技有限公司。据该公司研发中心负责人邹剑介绍，在工业制造现场环境中，视觉检测都会存在可靠性低、实时性差、适应性弱的技术难题，同时技术应用呈现零散、局部、辅助的特点，该项目团队从基础研发做起，突破核心技术，形成了成套技术及产品体系。

  为让“眼睛”不被周围环境所干扰，能更好地识别手中的工作，项目团队攻克了特殊光学特性、复杂表面结构物体高精度在线视觉检测技术，复杂制造环境下视觉检测精度控制与误差补偿技术，与制造工艺深层次地融合的工业视觉检测性能增强技术，同时还解决了制造现场多维多参数几何特征高精度、高效测量难题。突破各项技术难题后，该团队又把所有技术进行整合，最终形成了大尺寸自动蓝光扫描、全局跟踪在线测量、机器人视觉引导等成套视觉检测技术，建立了制造现场综合几何信息感知成套技术体系。为匹配成套视觉检测技术，该团队还研制了一系列高性能视觉传感器及测量设备，解决了人机一体化智能系统急需的成套测量装备保障问题。

  从实验室里的技术探索，到市场化的产品应用，该项目团队持续不断地深入参与汽车制造全过程，逐渐挖掘出更多的应用场景，先后研制出包含测量、引导、检测、识别在内的4大类、10余种成套工业视觉检测装备，以此来实现了面向汽车制造的冲压、焊装、涂装、总装四大工艺的规模性、系统化应用。

  使用该团队研制的工业视觉检测装备，可提升公司制作的自动化率，提升产品质量，降低企业成本。“一般来说，汽车制造厂的自动化率可达80%以上”，邹剑介绍，“通过我们设备的引导和视觉检测方式的应用，一个设备能替代两三个工人干活，能逐步提升汽车制造企业的自动化率，大大节约了企业的人力成本。”目前在汽车制造领域中，该项目研制的视觉检测装备中的一些技术已达到世界领先水平。

  “在汽车制造领域，进口的高性能视觉检测技术及装备价格非常昂贵，而易思维的相关这类的产品推出后，就把这样的产品的价格降低了一半左右。”易思维科技有限公司主要负责人刘美甜说。而且该项目视觉检测技术覆盖了汽车制造的全工艺过程，解决了技术应用零散、局部、辅助的弊端，同时全套设备打破了数字孤岛，连接起不同设备之间的数据，为企业优化生产线、提高生产效率提供了可靠的参考。

  目前，易思维已连续多年成为国内汽车制造视觉检测细分市场的“隐形冠军”，彻底打破了国外的垄断。高性能视觉检测成套技术及装备在国内主流汽车厂获得了广泛应用，推动了国内汽车制造产业围绕视觉检测技术开展的智能化升级进程。（陈曦）

  本报讯 （记者赵晖）智能视觉计算旨在通过人工智能技术实现视觉大数据的感知和理解，是实现智能视频监控的核心技术，是保障国家、人民生命财产和“一带一路”国际战略实施所必需的战略技术。自动化学院刘安安教授主持完成的“复杂环境智能视觉计算关键技术及应用”项目，获得了2021年度天津市科学技术进步特等奖。

  面向复杂环境下的智能视觉计算是国际公认的难题，由于欧美等国技术封锁，我国一直尚难取得技术突破。“复杂环境智能视觉计算关键技术及应用”项目突破了国外的技术封锁和复杂环境的条件限制，形成了从理论方法、技术、产品到标准的成套创新技术，为我国智能安防技术进步贡献了“天大的力量”。

  该项目产品获国际安博会金鼎奖，已在北京、新疆等国内20余个省市自治区及厄瓜多尔等10余个国际工程大范围的应用，服务于反恐维稳、治安防控、司法监管等领域，为保护国家、人民的安全，建设“平安中国”及推动“一带一路”国际战略工程实施提供了强有力的技术保障，经济和社会效益显著。

  本报讯 （记者 刘晓艳）“变胞”理论曾在美国机械工程师学会“ASME机械设计终身成就奖”颁奖时被高度评价为“弥合了高度灵活但昂贵的机器人与高效但不灵活的机器之间的鸿沟”，还被学界誉为“是当前重点研究领域”和“当前和未来机械机构科学领域的主要流行趋势”。这便是由机械学院戴建生教授领衔，我校为第一完成单位完成的“机构演变与‘变胞’机理发现及其几何形态变构理论与分岔调控机制”项目推出的。日前，该项目获得2021年度天津市自然科学一等奖。

  就像人们要同时做很多工作会感到“手忙脚乱”一样，传统结构的机器往往也只能完成单一的工作，一面对复杂甚至需要改变自身的结构形态才能完成其它工作时就无能为力了。戴建生教授团队的这项理论，灵感起源于人类的进化和细胞的分裂重组，就是让机器可根据实际的需求“变身重构”“动态演变”，灵活地适应变化的工作环境与功能需求。

  据悉，面对传统机器拓扑与活动度一成不变，难以满足多工况多需求的难题，该项目团队在戴建生教授率领下，经过20年深耕，建立了机器机构演化理论体系，开展了机器机构演变机理研究，完成了大量原创且国际领先的工作，创立了“变胞”机构和可重构机构新研究领域。这些理论开创了可重构机构与可重构机器人大领域、“变胞”机构子领域，首次提出了不同于传统设计且具有变活动度、变构态、变拓扑的“变胞”机构/可重构机构理念；创立了“基于旋量理论”“李理论”“微分流形理论”三大理论的“变胞”理论体系，揭示了“变胞”机构/可重构机构的演变机理；构建了一套起源本质、融汇贯通的“变胞”机构/可重构机构创新与综合设计体系；攻克了“变胞”机构与可重构机器人驱动选择、变构调控等关键科学问题，建立了“变胞”机构/可重构机构的构态调控机制与控制策略。

  该理论的典型成果体现于团队开发的绝缘子劣化诊断与维护、输电线路巡检、断股补修等多款“变胞”电力机器人，与可变各种形态各种爬行姿势的“变胞”足式机器人。其利用“变胞”机构“一机多能、一机多用”的特点，提升了“输-变-配”电力设备的精益化管理，也提升了各种越野能力及各种各样的环境的适应能力。此外，团队研发的“变胞”多指灵巧手应用于中国航天员科研训练中心特种防护服测试装备，服务于国家载人航天工程；研发的“变胞”灵巧手与“变胞”足式机器人孵化出天津大然机器人和深圳大寰机器人两个高科技创业公司。同时，该理论引领并指导了数个国家自然科学基金项目与国家重点研发计划项目，服务于国家重大需求。

  本报讯 （记者 张华）机械学院刘海涛教授主持完成的“高性能混联加工机器人”项目，解决了混联加工机器人机构创新、设计理论、关键技术中的难题，打通了从自主设计到工程应用的全链条，关键性能指标与国外同种类型的产品技术水平相当，实现了从追赶到并跑的技术跨越，获2021年度天津市技术发明一等奖。

  随着科学技术的持续不断的发展，用工业机器人替代机床实现高柔性、低成本加工正在成为智能制造装备技术的重要发展的新趋势。而混联机器人凭借其相较于别的类型工业机器人的技术优势，成为机器人加工技术的一个重要发展趋势。同时，由混联机器人构成的机器人化加工装备，也是我国航天航空等重点领域实现高性能制造急需的核心装备。国外相关企业通过专利壁垒长期独霸国际市场。

  “高性能混联加工机器人”项目首创了一种由2自由度平面机构、集成铰链和6自由度支链构成的混联加工机器人新机构，打破了国外的专利壁垒，可搭建各类适用于铣削、制孔、焊接、抛磨、装配等作业的单机和多机制造系统，在航天航空、轨道交通、船舶制造等领域具有广阔的应用前景。

  为保证机器人同时具有优良的运动灵活性、静刚度和动态特性，该项目将机器人学、机床动力学、数字样机技术有机结合，提出了主参数关联设计和层次化设计策略，通过发明尺度-结构-驱动器集成设计新方法，突破了混联加工机器人动态设计核心技术。为提高机器人的静动态精度，该项目还将机器人学、结构动力学、大数据分析有机结合，突破了高速高精度五轴联动控制、位姿误差综合补偿、平滑与运动平稳轨迹规划、高效精准视觉定位等一系列核心关键技术。

  该项目先后授权国家发明专利33件、美国和欧洲专利各1件，登记软件著作权9件，发表学术论文59篇；开发出以混联加工机器人为核心的全向移动铣削、光学元件超精密抛光、空间型线搅拌摩擦焊接、汽车模具抛磨等系列新型工艺装备，率先实现了在航天航空、新能源、汽车制造等领域的工程应用，解决了一批我国重大工程中的制造难题

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