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大连华锐重工集团股份有限公司提名2018年度省科技奖励项目公示
  审核人:

   根据《关于2018年度辽宁省科学技术奖提名工作的通知》(辽科奖办发20182)的规定,现将大连华锐重工集团股份有限公司拟提名参加2018年度辽宁省科技奖励评审的1个项目予以公示。

自即日起7日内,任何单位或个人对公示项目的创新性、先进性、实用性及推荐材料的真实性和项目主要完成人、主要完成单位及排序持有异议的,可以书面形式向大连华锐重工集团股份有限公司科技发展部提出,并提供必要的证明材料。为便于核实查证,确保实事求是、客观公正地处理异议,提出异议的单位或者个人应当表明真实身份,并提供联系方式。凡匿名异议和超出期限的异议,不予受理。

特此公示。

联系单位:大连华锐重工集团股份有限公司科技发展部

通讯地址:大连市西岗区八一路华春街4号技术中心405

联系电话:0411 86852011

附件:大连华锐重工集团股份有限公司拟提名的2018年度省科技奖励项目

                 大连华锐重工集团股份有限公司

                         201858


附件:

大连华锐重工集团股份有限公司

拟提名的2018年度省科技奖励项目

项目名称

500米口径射电望远镜柔性并联索驱动系统技术及装备

提名者

大连华锐重工集团股份有限公司

提名意见

大连华锐重工集团股份有限公司和中国科学院国家天文台等单位采用多学科融合方法,研制成功的“中国天眼”--世界最大的500米口径球面射电望远镜用柔性六索并联系统,通过六索空间大跨度并联柔性支撑模式,突破了传统射电望远镜中馈源与反射面相对固定的刚性支撑模式,将近万吨的馈源平台的重量降到了几十吨,实现了馈源舱在望远镜焦面位置的精确控制,是大型射电望远镜建造技术的重大突破。

该系统作为FAST的三大创新之一,减少了对射电望远镜无线电波的遮挡,大大提高了望远镜的天顶角和扫描天区范围,使射电信号接收能力得到大幅度提升,实现我国射电天文从追赶到领跑的跨越,FAST投入运行后,我国天文研究人员在国内就可完成多种天文观测任务,节约大量时间和经费,将对国内外天文观测事业发展起到很大的推动作用,社会效益显著。

该系统已获授权发明6项;与传统刚性支撑方式相比,可节约投资约1.5亿元。并助推FAST作为“中国天眼”在未来一段时间内保持世界领先。

该成果还将推广到物料输送、柔索牵引空中摄像系统、飞机风洞试验、海底打捞、石油油井灭火和系留气球等领域,有着极其广阔的应用前景。

提名该项目为辽宁省科学技术进步奖一等奖。

项目简介

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter   Aperture Spherical radio Telescope,简称FAST)是目前世界上最大,综合精度最高的单口径射电望远镜,应用于国家科学研究和国际天文观测领域,是国家“十一五”期间的重大科技基础设施项目。该望远镜的科学目标是探索宇宙起源,观测脉冲星,搜寻外星文明,作为被动雷达服务于国家安全。望远镜由主动反射面系统、馈源六索并联系统、接收机与终端系统、测量与控制系统等几大部分构成,而“500米口径射电望远镜柔性并联索驱动系统(以下简称柔性六索并联系统),是FAST的三大自主创新之一。

柔性六索并联系统在空中通过6根钢索牵引30吨重的馈源舱,在140~180米高空,207米口径,160米半径焦面空间内实现大跨度瞬时精确定位、定姿,以跟踪反射面搜集到的天体信号,实现望远镜聚焦观测。该系统采用六索三节点连接并联支撑模式,突破了传统的刚性支撑模式,极大地降低了馈源支撑结构的重量和尺寸,减少了对射电望远镜无线电波的遮挡,是世界大型射电望远镜建造技术的重大突破。

该系统技术指标:(1)六索并联驱动的馈源舱质量为30吨;(2)馈源舱空间位置定位精度≤48毫米,空间姿态定位精度≤1度;(3)单索的收/放索精度≤2 毫米;(4)单索拖动速度0400毫米/秒;(5)系统电磁屏蔽性能达到国军标最高D级要求。

该系统主要创新点及意义简述如下:

1)超大跨度柔性六索并联轻量化支撑技术。采用六索并联支撑索驱动技术,是在国际上现有射电望远镜馈源舱刚性支撑模式上的创新,极大地降低了馈源舱支撑系统的重量。

2)刚柔复合非线性系统的高精度定位跟踪技术。解决大跨度移动柔性变结构六索悬吊舱体的位姿精确控制,使空间位置定位精度控制在48 毫米之内,空间姿态定位精度控制在1度之内。

3)多物理场高性能电磁屏蔽技术。建立多物理场屏蔽技术,包括指标分区屏蔽、带转轴过壁电磁屏蔽、动静屏蔽及组合屏蔽等,达到了国军标最高屏蔽级别D 级的要求,为射电望远镜提供适合天文观测所需的工作环境。

该系统集机电、天文、电磁兼容和计算机等技术于一体,项目研制过程中进行了大量动态仿真、缩比试验,完成了超大跨度柔性六索并联轻量化支撑、刚柔复合非线性系统的高精度定位跟踪技术和多物理场电磁屏蔽等关键技术攻关,目前已获授权发明专利6项,实用新型1项,软件著作权1项。在国内外权威杂志或会议上发表学术论文23篇,其中被SCIEI收录11篇。

该系统于201512月通过了国家天文台的验收并投入使用,截至目前已成功运行千余次,作为国内首次发现新脉冲新的天文仪器,已经探测并发现十余颗经国际天文组织认可的新脉冲星。灵敏度是美国阿雷西博望远镜的2.25倍。FAST的研发成功得到国内外的高度关注,2016925日刘延东副总理出席FAST落成典礼,并带去了习近平总书记亲笔贺信。国内外权威杂志和相关的媒体都对FAST落成进行了全面的报道。同时中国科学院院士、诺贝尔物理奖获得者和英国《NATURE》杂志都给予了高度评价。

客观评价

1.科学技术成果评价

辽宁省科技厅下属的辽宁技术经济评估中心于2017321日在沈阳组织专家对大连华锐重工集团股份有限公司、中国科学院国家天文台共同完成的“500米口径射电望远镜柔性并联索驱动系统”项目进行了科技成果评价。专家组听取了项目完成单位的汇报,审阅了相关评价资料,观看了现场录像,并进行了质询。专家组一致认为:“该成果具有完全自主知识产权,在柔性六索并联驱动和控制等方面达到国际领先水平”,并出具了《科学技术成果评价报告》。

2.中国科学院院士评价

中国科学院院士、中国工程院院士、第三世界科学院院士、中科院地球化学所欧阳自远认为:“500米口径射电望远镜柔性并联索驱动系统属于原创性技术创新,其多项技术首次应用或突破了现有的标准和规范,解决了技术领域诸多热电、难点、关键问题,是机械领域重大技术进步”。

3.英国《NATURE》杂志评价

国际著名科技杂志英国《NATURE2016年对本项目进行了连续跟踪报道,在20169月在第537期中写道:“The   dish of the Five hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) has   a diameter that is 65% larger than that of the Arecibo Observatory, the   next-largest single-dish telescope. FAST will scan twice as much sky and gain   a better view of the Milky Way.”(与阿雷西博望远镜相比,FAST观测口径增大了65%,作为目前最大的单口径射电望远镜,FAST观测天区是阿雷西博的2倍,将能够获得银河系更好的影像),并于201612月中第540期中将FAST评为2016年重大科学事件之一。

4.诺贝尔物理学奖获得者评价

美国科学家、诺贝尔物理学奖约瑟夫泰勒参加FAST落成典礼时评价:“我要向FAST的建设者们表示祝贺,他们按期建成了世界上最大、最灵敏的设备我预计FAST将会带来许多新的、重要的科技成果,我非常期待看到这些成果“FAST将提升中国民众对太空探索的热情,使更多的人走近科学,也将使中国在全球科技领域占据更重要的席位。”

5.政府及媒体报道

刘延东副总理出席FAST落成典礼时带去的习近平总书记《致500米口径球面射电望远镜落成启用的贺信》中表示“具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用,对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。”

习近平总书记在2017年元旦贺词中提到:2016年,“中国天眼”落成启用,“悟空号”已在轨运行一年,“墨子号”飞向太空。

《辽宁日报》2015121日发表了标题为《大连重工服务全球最大天眼》的报道。《大连日报》201676日发表了标题为《世界最大单口径射电望远镜竣工,大连重工让天眼灵活自如观测深空》的报道。

推广应用情况

柔性六索并联系统是目前世界上最大的索牵引并联机构,实现了馈源轻型化的目的,突破了传统射电望远镜中馈源与反射面相对固定的刚性支撑模式,极大地降低了馈源支撑结构的重量和尺寸,减少了对射电望远镜无线电波的遮挡,是大型射电望远镜建造技术的重大突破。该项目的创新技术解决了现有用户实现望远镜馈源大区域、空间立体、高精度定位等一系列技术难题。本项目技术已于201512月应用到中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜项目,详见下表:

主要应用单位情况

应用单位

名称

应用技术

应用的起止时间

应用单位联系人/电话

经济社会效益

中国科学院国家天文台

500米口径射电望远镜柔性并联索驱动系统

201512月至今

潘高峰/13552838609

该项目采用馈源仓柔性支撑代替传统的刚性支撑方式,为500米口径球面射电望远镜项目节省投资1.5亿元。对我国在天文科学前沿实现重大原创突破,加快创新驱动发展具有重要意义。

 

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

一种天文望远镜用索驱动系统

中国

ZL201310705007.9

2017.05.10

2477298

中科院国家天文台

朱文白、武荣阳等

有效

发明专利

索驱动的钢丝绳连接装置及其与天文望远镜馈源的连接

中国

ZL201310718825.2

2015.08.26

1767326

大连华锐重工集团股份有限公司

徐宏伟、朱文白等

有效

发明专利

防电磁泄露的转轴过壁装置

中国

ZL201310309550.7

2016.02.03

1944088

大连华锐重工集团股份有限公司

武荣阳、王喆等

有效

发明专利

索驱动的换绳机构

中国

ZL201310720331.8

2014.05.28

1838399

大连华锐重工集团股份有限公司

姜保国、徐宏伟等

有效

发明专利

大口径球面射电望远镜馈源及其安装方法

中国

ZL201210254391.0

2014.07.30

1452828

大连华锐重工集团股份有限公司

姜保国、武荣阳等

有效

发明专利

钢丝绳叠绕检测装置

中国

ZL201210146508.3

2014.11.26

1529001

大连华锐重工集团股份有限公司

时军奎

有效

实用新型专利

索驱动的缆线入舱机构

中国

ZL201320843229.2

2014.06.04

3594676

大连华锐重工集团股份有限公司

潘高峰、朱文白等

有效

软件著作权

500口径射电天文望远镜索驱动系统可编程控制软件v1.0

中国

2017SR0255540

2017.01.24

1610824

大连华锐重工集团股份有限公司

武荣阳等

有效

完成人情况

姓名:朱文白排名:第一;行政职务:FAST系统总工技术职称:研究员;工作单位:中国科学院国家天文台完成单位:中国科学院国家天文台;对本项目贡献:FAST望远镜的馈源支撑系统总工,完成了600米尺度的索驱动机构的运动规划(轨迹、速度、加速度)数学描述。组织和领导清华大学、西电科大、华侨大学、德国达姆斯塔大学等团队,进行了绳牵引并联机构的关键技术攻关和理论仿真研究,逐步形成了馈源支撑系统的概念设计。主持FAST馈源支撑系统的可行性研究和初步方案设计工作,负责编写可研报告和初步设计报告。

姓名:武荣阳排名:第二;技术职称:高级工程师;工作单位:大连华锐重工集团股份有限公司设计研究院完成单位:大连华锐重工集团股份有限公司对本项目贡献:项目电气主任设计师,负责项目投标立项、方案设计、施工设计、系统配置及关键技术研发、现场调试和性能测试等工作。带领技术团队完成了舱索系统多学科建模、大跨度高精度柔性六索并联控制、大功率伺服控制绳牵引系统动静装置屏蔽、大跨度空间移动体多通道并联防雷泄放等关键技术研究,通过仿真研究、3M缩比模型试验和现场调试实现500米口径射电天文望远镜大跨度天文观测运行空间位置误差最大值≤48mm,空间姿态误差≤1°的要求。

姓名:段宝岩排名:第三;技术职称:教授/院士工作单位:西安电子科技大学完成单位:西安电子科技大学;对本项目贡献:首次提出了500米口径球面射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的光机电一体化六索驱动创新设计方案,组织西安电子科技大学项目组完成了中科院知识创新工程重大项目“大射电望远镜FAST预研究项目,以及相关国家自然科学基金重点项目和面上项目,在攻克FAST馈源索支撑系统关键技术中发挥了不可替代的重要作用。获得相关发明专利授权7项、发表相关学术论文多篇。

姓名:潘高峰排名:第四;技术职称:高级工程师工作单位:中国科学院国家天文台完成单位:中国科学院国家天文台;对本项目贡献:设备项目负责人,组织完成了初步设计、方案优化设计和详细设计和方案优化,确定了最终的驱动方案和技术路线;完成了FAST动光缆的关键技术攻关,相关技术指标达到了世界领先水平,提出了窗帘式缆线入舱机构的结构形式;提出了异径钢丝绳分段固定连接方案;组织现场的调试,利用3米模型、空载联调、半物理仿真调试、带载联调,保证了调试的安全并满足指标要求。

姓名:徐宏伟排名:第五;技术职称:教授研究员级高工工作单位:大连华锐重工集团股份有限公司核电事业部完成单位:大连华锐重工集团股份有限公司对本项目贡献:项目机械主任设计师,负责项目投标立项、方案设计、施工设计、系统配置及关键技术研发等工作。带领技术团队完成了大跨度驱动钢丝绳优化、轻型缆线入舱技术研究、随动减摩导向滑轮技术、钢丝绳关键零件断裂冗余保护固定技术、EMC分隔间屏蔽机房技术等关键技术研究。

姓名:仇原鹰排名:第六;行政职务:院长技术职称:教授;工作单位:西安电子科技大学完成单位:西安电子科技大学;对本项目贡献:组织西安电子科技大学项目组研制了5米、50FAST馈源6索支撑系统缩尺实验模型,完成了包括馈源指向动态精密定位、柔索振动特性与振动抑制、复合控制系统的抗风扰闭环运动控制等实验,验证了理论模型与仿真分析的正确性与有效性,为FAST500米口径射电望远镜六索驱动系统的工程实施扫清了关键技术障碍。申请的7项相关发明专利获得授权,发表相关SCIEI论文二十余篇。

姓名:孙才红排名:第七;行政职务:FAST副总工艺师;技术职称:研究员工作单位:中国科学院国家天文台完成单位:中国科学院国家天文台;对本项目贡献:馈源支撑系统总指挥、执行总工,完成设备详细方案设计、技术审核工作,参与索驱动密云模型、室内3米模型试验,完成索驱动天文轨迹规划,并对规划轨迹进行平滑,以适应系统的动力学及运动学特性,为索驱动后期调试奠定了基础。提出了半物理仿真调试、空载调试、带载调试的索驱动渐进式调试过程。全程跟踪索驱动现场安装、调试,组织项目人员及时发现和解决过程中出现的问题,确保了项目的顺利实施。

姓名:姜保国排名:第八;技术职称:教授研究员级高工工作单位:大连华锐重工集团股份有限公司港机事业部完成单位:大连华锐重工集团股份有限公司;对本项目贡献:担任项目组组长,对并联控制方案,力学计算,模型开发、EMC等关键技术进行了专项跟踪督导;对现场复杂工况的设备安装组织专业人员技术攻关,配合天文台大科学工程项目边设计、边制造、边科研模式,克服困难,积极推动项目前进并有效撑控项目进度;在现场1H大件拖运过陡坡安装中对捆绑吊点安全可靠性提出改进意见,避免了现场作业不安全隐患。

姓名:孙大庆排名:第九;技术职称:高级工程师工作单位:大连华锐重工集团股份有限公司完成单位:大连华锐重工集团股份有限公司;对本项目贡献:作为大连重工索驱动技术总负责人,在项目方案优化设计和工程化设计实施过程中多次主持机械、电气、控制、EMC、防雷、安装工艺等多系统专业核心关键技术分析研讨会;带领团队就六索并联控制、索力优化计算,控制算法模型开发、EMC等关键技术进行深入分析和关键节点攻关;确保工程和科研双重属性的大科学工程顺利实施。

姓名:李辉排名:第十;技术职称:副研究员工作单位:中国科学院国家天文台完成单位:中国科学院国家天文台;对本项目贡献:建立了索驱动机构的动力学模型,得到索驱动机构在其工作空间的6索最优索张力和索长的变化范围、其运动终端(馈源舱)的最优姿态角变化范围;基于柔索动力学模型进行馈源支撑系统的全过程仿真,提出了控制精度、测量精度分配指标和结构参数优化建议;   完成了对索驱动机构的一系列缩尺模型和原型的动力学性能试验,得到了对索驱动控制稳定性和精度至关重要的系统参数如固有频率和阻尼比等,结合全过程控制仿真进一步验证了整体系统的可行性。

姓名:王喆排名:第十一;技术职称:高级工程师工作单位:大连华锐重工集团股份有限公司环保公司完成单位:大连华锐重工集团股份有限公司;对本项目贡献:设备电气设计师,负责电气方案论证、设计审查以及伺服驱动系统、接地防雷系统和电磁屏蔽系统等设计工作。

完成单位

及创新推广贡献

大连华锐重工集团股份有限公司是该项目的总包单位,负责设备的研发、制造、运输、安装和调试。项目研制过程中完成了大跨度、高冗余度、柔性六索支撑技术,大调速范围、长期零速恒转矩、高精度伺服驱动技术,高空、长距离钢丝绳拖动系统,大跨度、大倾角、高冗余缆线入舱装置,综合动态控制模型技术,国军标级电磁兼容技术,空间悬吊舱体、大跨度、多区域防雷技术等多项技术创新,实现了“中国天眼”500米口径射电望远镜馈源的空间位置误差≤48mm,空间姿态误差≤1°,电磁屏蔽性能达到国军标D级等技术指标。为中国的天文望远镜实现大天区面积、高精度的天文观测,提高中国深空探测水平提供了技术支撑。

该项目极大的提高了承制企业高精尖技术的研发能力和总包承制能力,该系统的相关技术及工程应用在核电站起重设备上得到应用,后续还可应用到空间集装箱倒运,海运六轴伺服平台补偿控制等方面。

中国科学院国家天文台是本项目的建设单位,国家天文台的科学家提出构想,利用贵州天然喀斯特洼地作为望远镜台址,建造世界第一大单口径射电望远镜—500米口径球冠状主动反射面射电望远镜,以实现大天区面积、高精度的天文观测。从1994年开始进行预研究,历时22年建成。

段宝岩院士1995年率先提出500米口径球面射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的光机电一体化轻型索拖动馈源支撑系统的创新方案。此后,西安电子科技大学项目组利用在西电校园研制的5米、50米馈源索支撑系统缩尺实验模型完成了大量卓有成效的系列实验工作。研究过程中,项目组先后获得了7项发明专利授权,出版了学术专著,培养了10位博士、20位硕士,产生了全国百篇优秀博士学位论文及百篇优秀博士学位论文提名,发表160余篇SCIEI检索的期刊论文及国际会议邀请报告与论文。

完成人合作关系说明

本项目从概念提出、研发、详细设计到生产制造和安装使用,历时近10年时间,完成单位为大连华锐重工集团股份有限公司、中国科学院国家天文台和西安电子科技大学。包括本人在内,主要完成人共11人,其中段宝岩、仇原鹰等2人主要负责结构建模和计算;朱文白、潘高峰、孙才红、李辉等4人主要负责利用西电50米模型、密云40米模型等对本项目进行可行性了研究,建立索驱动机构的动力学模型,分析了索驱动机构的工作空间和动力学性能,创新地提出了轻型索驱动支撑方案。武荣阳、徐宏伟、姜保国、孙大庆、王喆等5人负责将理论研究和概念设计成功转化为工程项目,并突破了制造和安装过程中的难题。

项目完成共同立项、合作开发完成了本项目,并联合申报了专利和论文。

 

 

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