2018年,天津市宇航智能裝備技術企業(yè)重點實驗室獲批籌建,2020年10月通過驗收正式運行。實驗室以天津航天機電設備研究所為依托單位,天津大學和北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所為聯(lián)合建設單位,強強聯(lián)合、優(yōu)勢互補,同時兼顧京津兩地在航天領域的產業(yè)分工,以航天器總裝需求為牽引,以宇航產品高耦合強約束制造的基礎理論為支撐,將“智能裝備”、“虛擬仿真”、“制造系統(tǒng)工程”等技術和理論相融合,對于提升我國航天器總裝效能,適應宇航任務快速增長的發(fā)展趨勢具有重要現(xiàn)實意義。
目前,實驗室針對航天器在高可靠性、高耦合度、強約束、高系統(tǒng)復雜度等方面所具有的鮮明特點,面向我國航天器制造過程中對高端智能裝備和技術的重大需求,以提高衛(wèi)星制造效率和效益為目標,開展高效能制造系統(tǒng)相關的基礎理論、應用基礎理論和應用技術的研究。結合實驗室定位,確定了宇航制造裝備基礎設計理論、宇航智能裝備技術、宇航制造過程仿真技術、宇航高效智能制造系統(tǒng)集成技術4個主要研究方向。
實驗室主任為馬海全研究員,學術委員會主任為中國工程院院士周志成?,F(xiàn)有固定研究人員53人,其中6人次入選天津市各類人才計劃,博士學歷9人,碩士學歷31人;正高級職稱12人,副高級職稱24人,中級職稱18人。
實驗室總面積4000m2,配套科研儀器設備45臺(套),總價值4211.98萬元。目前,承擔科技項目7項。其中,軍委裝備發(fā)展部項目3項、天津市科技局重大專項1項,中國工程院項目1項,工業(yè)與信息化部項目1項,中國航天科技集團有限公司創(chuàng)新研發(fā)項目1項,項目撥付經費超過2億元。
實驗室結合航天智能裝備的發(fā)展需求,廣泛開展宇航智能裝備的相關核心技術攻關,研究成果應用于多個國家重大工程項目中,取得了顯著的社會和經濟效益,并針對以下重大工程開展了相關關鍵技術攻關。
(1)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網系統(tǒng)整星生產線。面向我國衛(wèi)星互聯(lián)網建設的重大戰(zhàn)略需求,針對當前衛(wèi)星單件小批量研制模式無法滿足批量化制造的主要問題,實驗室重點開展面向衛(wèi)星批量化生產的柔性生產線總體規(guī)劃、關鍵技術攻關和研究工作,在開展大部組件柔性轉運與精確落位、多機器人協(xié)同作業(yè)控制方法、精確視覺定位等技術的研究基礎上,創(chuàng)新性地提出了面向衛(wèi)星批量化生產線建設的新思路、新模式和新技術,為生產線建設實施提供了技術基礎。
(2)空間站水下微重力模擬系統(tǒng)。面向我國空間站建設的重大需求,為滿足我國空間站工程(九大分系統(tǒng))中的空間站分系統(tǒng)、空間應用分系統(tǒng)、航天員分系統(tǒng)等全尺寸地面驗證、轉階段、人機功效學評價、出艙活動驗證與訓練等工作任務,實驗室開展了面向水下微重力模擬設備的關鍵技術研究,著重在大質量、高剛度水下機械臂優(yōu)化設計與中性浮力設計等領域研究,并為空間站水下模擬試驗設備的研制提供了技術支持。
飛行器六自由度并聯(lián)飛行狀態(tài)模擬測試平臺
(3)飛行器六自由度并聯(lián)飛行狀態(tài)模擬測試平臺。面向具有高機動性特點的下一代突防型飛行器的地面半物理模擬仿真測試需求,針對測試裝備高動態(tài)響應、高精度模擬、高控制帶寬的設計難題,實驗室開展了六自由度并聯(lián)飛行狀態(tài)模擬測試平臺關鍵技術研究,重點突破了面向高動態(tài)特性的裝備優(yōu)化設計方法和技術、精度設計與幾何精度快速標定技術、高動態(tài)高跟隨特性智能控制技術等,為我國航空航天飛行器地面模擬設備的研制奠定了基礎,相關技術應用于某型導彈六自由度模擬測試平臺的研制,有力支撐了某型飛行器地面姿態(tài)測試。
在基礎研究方面,針對大型軍用衛(wèi)星及批量化小衛(wèi)星生產線研制過程中的快速高精度精測需求,實驗室開展了基于雙目視覺檢測原理的高精度光學掃描式精度測量儀的關鍵技術研究,重點突破了高亮高均勻度結構光投射、高速高精度圖像處理傳輸、高精度點云拼接重構等技術,并在研制高精度掃描式精度測量儀的基礎上,與機械臂等自動化設備進行搭配組成自動化精測系統(tǒng),可有效適用于衛(wèi)星的精測環(huán)節(jié),實現(xiàn)在不同尺寸檢測空間內的快速高精度自動化測量,在航天器表面反光較強、暗色表面的部組件檢測場景,能有效彌補(或替代)傳統(tǒng)精測方法的不足,有效提高衛(wèi)星的精測效率。
依托上述項目,實驗室目前共發(fā)表論文12篇(其中,SCI 論文2篇,EI 論文3篇),受理發(fā)明專利54項(其中已授權15項),在開展科研工作的過程中,通過對工程實際問題的剖析、調研、資料收集和整理,梳理并撰寫各類標準16 項(含1 項國家標準),為航天器總裝與制造裝備的規(guī)范化設計、制造和保養(yǎng)提供了重要的支撐。
為把握研究前沿,實驗室人員多次參與了國內學術會議、展會及學術論壇,從理論層面和應用層面與各行業(yè)專家進行深入交流。通過參與學術會議、邀請高校教授開展學習交流和參加研修班等多種形式,多管齊下,強化實驗室對外開展業(yè)務能力和技術儲備,打造學習創(chuàng)新型實驗室。
在產學研協(xié)同創(chuàng)新方面,實驗室與清華大學、北京航空航天大學、天津大學、辰星(天津)自動化設備有限公司、天津揚天科技有限公司等國內知名高校和企業(yè)開展合作交流與技術研發(fā),初步形成了產學研聯(lián)合開發(fā)的合作模式,累計投入研發(fā)和運行經費超過1400萬元。
面向航天事業(yè)發(fā)展,智能裝備是實現(xiàn)宇航產品“高質量、高效率、高效益”制造的基礎保障,也是宇航制造模式轉型的關鍵。為此,實驗室將面向宇航產品制造的新需求,緊緊把握“基礎理論-工程應用”的研究主線,通過宇航智能裝備主線業(yè)務的體系化研制,以推動宇航智能裝備關鍵技術為切入點,形成高端裝備制造和系統(tǒng)集成設計的一體化方案解決能力,打造一流的面向宇航智能裝備及智能制造系統(tǒng)整體解決方案的領先技術團隊,為中國高端制造業(yè)發(fā)展、航天強國建設、天津航空航天產業(yè)發(fā)展做出貢獻。