高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统

激光产业科技文献。

湖北省科学技术奖励推荐书

（适用于自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖和科技成果推广奖）

一、项目基本情况

奖种：科技进步奖 学科（专业）评审组代码：204

省成果登记编号：EK050833

激光产业科技文献。

二、项目简介

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三、项目详细内容

1．立项背景

企业信息化基础平台是面向企业的共性技术平台，是实施以信息化带动工业化发展战略的重要举措。因此，很多企业纷纷采用一些新的产品开发方法和技术手段，以构建企业信息平台。在这种制造大环境下，以虚拟样机为核心，构建企业信息化集成平台将为我国中小企业提供一个专业化解决方案，对于多快好省地提高企业的信息化水平，提升我国制造业的整体竞争能力具有十分重要的意义。

武汉团结激光股份有限公司地处以东湖高新技术开发区为依托的光电字信息产业基地（武汉中国·光谷），其主导产品是高功率CO2激光器及其成套加工设备，产品已广泛用于多类制造业，占国内同类产品总销售70%以上。目前公司正在向产品规模化方向发展，已在上海、广州、天津、山东和武汉市的多个地方建立了产业基地，产品呈现出客户个性化、品种多样化和制造异地化等特征。显然，采用传统的制造组织与管理模式难以满足市场变化和发展的需求，在现代信息技术的基础上利用现代制造技术和现代管理技术，可以大力促进公司的快速发展。

激光加工设备是典型的光机电一体化产品，也是典型的高科技产品。激光加工设备制造业是国家和武汉市大力提倡和发展的新兴产业；同时，目前许多高科技产业都面临着与武汉团结激光股份有限公司类似的制造状况；更重要的是本项目中所有研究的关键技术问题是目前制造信息化所必须解决的共性问题。因此，本项目的完成既同时也充实制造信息化的理论和技术，以及实践经验。所以，本项目具有重要的理论意义和较高的实用价值，将产生很好的社会效益和经济效益。

（不超过800个汉字）

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2．详细科学技术内容

（1）高功率激光加工成套设备虚拟样机技术研究与应用

将虚拟样机技术应用于高功率激光加工成套设备的设计过程，采用虚拟现实（VR）产品数据管理（PDM）和面向产品全生命周期的数字化设计系统，提出了高功率激光加工成套设备制造信息化集成方案，开发了高功率激光加工成套设备的虚拟样机，实现了高功率激光加工成套设备几何造型的参数化设计。 （2）高功率激光器温度场的性能仿真研究与应用

分析了有关高功率横流CO2激光器系统仿真技术国内外研究现状和存在的问题。根据高功率CO2激光器散热系统结构原理，建立高功率横流CO2激光器散热系统数学模型，利用泰勒展开，将散热系统数学模型离散化，使其形式与计算机图形学中的水波算法在形式上相似。在研究系统仿真技术的基础上，以面向对象程序设计方法与原形法相结合的方法，将仿真系统划分为前处理组件、求解器组件和后处理组件，以SUN公司的Java技术和Java3D软件包设计系统的应用程序。分别模拟2KW横流CO2激光器箱体、流道和谐振腔温度场的分布情况，绘制若干相关的温度分布状态图。 （3）高功率激光加工成套设备虚拟样机评价理论研究及应用

分析勒国内外对高功率横流CO2激光器虚拟样机的评价及相关技术的现状。在对高功率横流CO2激光器的结构原理和工作性能及其虚拟样机论述的基础上，以高功率横流CO2激光器的设计要求为标准，建立勒其虚拟样机的评价指标体系，并运用综合评价理论对指标进行数学处理。同时，根据各个指标的重要程度确定了其权重系数。

将相似理论融合到综合评价理论中，通过构造相似元来计算高功率横流CO2激光器设计要求与其虚拟样机之间的相似度，提出了高功率横流CO2激光器虚拟样机评价的相似法。采用面向对象的软件工程方法对高功率横流CO2激光器虚拟样机评价软件的需求进行了分析，并用UML中的用例图、状态图和类图分别从功能、逻辑和静态结构三个方面对软件模型进行了描述，提出了主要算法，在详细设计过程中应用COM组件技术对其中逻辑部分进行封装，以便于升级和改进，开发了高功率横流CO2激光器的虚拟样机评价的软件系统。

（4） 高功率激光加工成套设备远程客户服务技术研究与应用

根据Web技术、B/S横式结构和产品维修过程的特点，提出基于网络的产品数字化故障诊断和维修服务系统的体系结构。研究了用SolidWorks及多媒体工具制作维修多

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媒体的方法，解决可视化维修工艺问题。在研究知识的表示功能及获取方法的基础上设计了系统的数据库结构。

（5） 高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统的开发

在前述工作的基础上，研究了面向产品全生命周期的虚拟样机技术，以虚拟样机为核心建立了高功率激光加工成套设备的制造信息化技术的公共信息平台。 （6）进行了高功率横流CO2激光器虚拟样机技术的考证实验。

（纸面不敷，可另增页）

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3．发现、发明及创新点：

（1）高功率激光器温度场的性能仿真研究

在建立高功率横流CO2激光器散热系统数学模型后，利用泰勒展开，将散热系统数学模型离散化，利用水波算法进行温度场的仿真。将面向对象程序设计方法与原形法相结合，将仿真系统划分为前处理组件，求解器组件和后处理组件，并以SUN公司的Java技术和Java3D软件包开发了系统的应用程序。

（2）高功率激光加工成套设备虚拟样机评价理论研究

建立了高功率激光加工成套设备虚拟样机的评价指标体系，运用综合评价理论对通过构造相似元来计算高功率横流CO2激光器设计要求与其虚拟样机之间的相似度，提出了高功率横流CO2激光器虚拟样机评价的相似法。开发了高功率横流CO2激光器的虚拟样机评价的软件系统。

（不超过400个汉字）

4．保密要点：

（不超过100个汉字）

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5．与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

在项目的进行过程中，两次委托湖北省科技信息研究院查新检索中心进行查新，得

到的结论分别是：

第一次：“ 1、高功率激光加工成套设备虚拟样机技术，国内未见相同报道； 2、基于网络的高功率激光加工成套设备数字化故障诊断和维修服务技术，国内未见相同报道； 3、高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统的开发；基于COBRA多层结构的系统集成、基于PDM的CAX应用工具集成、产品知识共享、面向用户和企业联盟的信息集成，国内未见相同报道。”

第二次：“有关虚拟样机技术在航空、汽车制造和机械设计等领域应用及研究的国内外报道文献较多，用于高功率CO2国内外未见有相同内容的文献报道；用水波算法来仿真高功率CO2激光器散热系统的温度场，国内外也未见有相同文献报道。”

同时，项目组成员在研究过程中，不断追踪国内外相关的技术发展，研究结果表明在高功率激光加工成套设备制造信息化集成系统中进行虚拟样机设计、散热系统温度场仿真分析、激光器综合评价和远程客户服务等关键技术问题方面具有创新性的工作。将虚拟设计技术、信息集成技术应用于高功率激光器领域的技术达到了国际先进水平。

（不超过800个汉字）

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6．应用情况

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