国家重点科技攻关计划.docx
《国家重点科技攻关计划.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国家重点科技攻关计划.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
国家重点科技攻关计划
国家高技术研究发展计划（863计划）
课题申请书
领域名称：
先进制造与自动化技术
主题（重大专项）名称：
机器人技术主题
所属专题名称：
基础部件及系统
课题名称：
开放式数控装备的远程操作、监控与诊断技术研究
申请人：
申请人单位：
通讯地址：
湖北省武汉市洪山区
邮编：
4300
联系电话：
027－传真：
027－
电子邮箱：
中华人民共和国科学技术部
二ΟΟ一年九月二十八日
填写要求
一、请严格按表中要求填写各项；
二、对于第一部分中的多选栏目，采用在所选项编号上划勾的方式确定；
三、申请书文本中外文名词第一次出现时，要写清全称和缩写，再出现同一词时可以使用缩写；
四、申请书文本采用A4幅面纸，可以自行以同样幅面纸复制，填写内容需打印填入,对于篇幅不够的栏目可自行加页；
五、专利查新结论及其他附件需与本申请书装订成一册,一并报送；
六、表中单位性质、所在地区和所属部门代码请查阅863计划网站（）：
《863计划课题信息有关代码对照表》。
一、基本信息
课题
申请人情况
姓名
性别
√
01.男02.女
出生年月
文化程度
√
01.研究生02.大本03.大专04.大专以下
职称
√
01.高级职称02.中级职称
03.初级职称04.无职称
联系电话
E-mail
课题
申请
单位
名称
通讯地址
湖北省武汉市洪山区
邮编
430074
单位性质
大专院校
代码
AB
参加单位总数
2
所在地区（省、自治区、直辖市、计划单列市）
湖北省
代码
所属部门（国务院各部、委、局及其机构）
教育部
代码
105
其它
主要联合申请
单位
单位名称
参加形式
1.合作2.协作
单位性质
（同上）
武汉华中数控股份有限公司
协作
BF
课题活动类型
√
01.应用基础研究02.应用技术开发03.试验发展04.软科学
成果提供形式
√
√
√
√
01.发明专利02.新产品（或农业新品种）03.新装置04.新材料05.新工艺（或新方法、新模式）06.计算机软件07.技术标准08.论文论著09.其它
总经费概算
170万元
拟申请863计划资助（万元）
100
其他经费来源
（万元）
（请将提供经费方出据的同意提供经费的证明，作为其他附件附后。
）
科技部其他科技计划资助
国家其他资助（包括部门匹配）
地方政府匹配
50
银行贷款
自有资金
20
其它资金
合计
预计完成年限
2003年10月
申报日期
2001年10月
所在单位
合计：
20.1人年
在课题中职务（组长、副组长或成员）及分担的任务
为本课题工作时间（人年）
专业
职务/
职称
二、课题组主要研究人员情况
出生年月
性别
姓名
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1．课题组长、副组长资历情况（从事过的主要研究任务及所负责任和作用，研究成果和获发明专利情况，在国内外主要刊物上发表论文情况。
）
组长：
申请者长期从事设备故障诊断和计算机网络应用方面的理论研究和应用工作：
1作为项目负责人承担了宝钢技术中心重大项目“热轧主轧设备状态监测系统研究及典型机架装置开发”（400万）的总体软件设计和诊断机理研究工作（55万），开发了一个基于Web的热轧主轧设备状态监测系统。
2作为项目负责人，承担了攀登计划预选项目“大型机电系统中若干动力学关键技术的研究”三级子课题“远程诊断网络平台的研究”子项目（38万），建立了设备故障远程诊断示范网站（http:
//202.114.6.48）。
3作为项目软件部分负责人，承担了宝钢委托项目“风机类旋转机械故障诊断专家系统”（47万），开发了一个客户机／服务器模式的组态式设备故障诊断专家系统。
4作为项目负责人，承担了湖北省电力实验研究所科研项目“输电导线在线断股检测装置的研制”，设计了一套高压输电导线断股检测装置。
5作为项目负责人，承担了教育部新世纪网络课程建设工程“机械工程测试技术网络课程”项目。
6作为项目负责人承担了华中理工大学校基金项目“大型旋转机械状态监测数据压缩和传输”。
7作为项目负责人承担了华中理工大学教改项目“工程测试网上开放实验室”，建立了工程测试网络化虚拟教学实验室。
8与香港城市大学谢伟达博士联合申报了香港香港城市大学策略性基金项目“WebBasedRemoteCooperativeDiagnosisandMaintenance”获资助。
另外，申请者还参加了“八·五”重点科技攻关项目“300MW汽轮发电机组工况监测与故障诊断专家系统”、船舶工业、国防工业科技预研重点项目“052舰动力装置工况监测、故障诊断与预测专家系统”的部分研制工作,负责信号处理和故障特征提取研究工作。
作为深圳市蓝津科技股份有限公司、华中科技大学共建的智能维护技术研发中心副主任，申请者还主持了智能维护技术研发中心承担的国家经贸委“2001年重点技术创新项目”-“智能维护系统”和深圳市科技局项目“基于嵌入式Internet的远程监控系统”。
发表的主要论文：
出版的共享软件：
项目获奖：
开发的产品：
副组长：
已完成的科研项目：
1.国家863计划跟踪研究项目：
柔性制造环境下基于质量控制的故障诊断系统研究（主要参加）
2.国家863计划CIMS重点应用工厂项目：
柔性制造系统故障诊断系统（项目负责）
3.国家863计划CIMS重点应用工厂项目：
加工中心故障诊断系统（项目负责）
4.国家自然科学基金：
现代制造系统的可靠性理论及故障诊断智能化（主要参加）
5.国家863计划CIMS重点应用工厂项目：
光电通讯产品CIMS工程机械CAD/CAM系统（项目负责）
6.国防科技应用基础研究基金：
舰船柔性制造过程的建模仿真与故障诊断（项目负责）
7.玉柴重大横向合作项目：
6112柴油机加工自动线故障诊断专家系统的开发（主要负责）
在研项目：
获奖项目：
出版专著（教材）：
发表主要论文：
1.
三、课题情况
1．主要研究内容、拟解决的技术难点，以及预期达到的目标、主要技术指标和水平
主要研究内容：
本项目将计算机网络技术、信息处理技术、可重构技术、嵌入式计算机技术、数据库技术、人工智能技术与设备诊断维护技术相结合，研制能与开放式数控设备无缝结合的嵌入式远程操作、监测、诊断、控制软件和装置，开发直接面向数控设备个体产品和最终用户的数字化远程服务支持平台。
本项研究首先结合华中数控产品，实现具有我国自主版权的系统和产品。
其主要研究内容如下：
⑴基于可重构的远程操作虚拟控制面板生成技术研究。
⑵远程操作与控制的通信管理与协议研究，远程操作与控制的实现技术研究。
⑶基于视讯技术的远程监控技术研究，包括音频、视频数据的压缩与传输。
⑷基于网络环境的实时数据库技术研究。
在网络环境下，研究与开发管理反映数控装备运行时间、零部件更换、零部件累计运行时间等动态属性的状态实时数据库。
⑸基于网络数据库的虚拟设备病历、用户档案技术研究，以及多源信息的获取与融合方法的研究，这些信息包括过程/机器传感数据、故障/性能下降的历史数据以及设计信息等。
⑹数控装备远程监测与监控中多通讯协议与通讯方式转换技术研究。
⑺数控设备性能下降、渐衰失效的预测与预诊断技术研究，以及基于网络环境的远程监测与诊断（包括远程会诊和协作诊断）技术研究。
⑻嵌入式设备运行档案数据库与黑匣子技术，以及面向开放式数控设备的可裁剪、嵌入式Internet技术研究。
⑼面向开放式数控设备的远程操作、监控与诊断的数字化服务平台的可视化组态、可重构技术以及集成技术研究。
⑽数字化服务中网络信息安全技术研究。
拟解决的技术难点：
⑴基于可重构的远程操作虚拟控制面板生成技术。
⑵基于网络环境的实时数据库技术，多源信息的获取与融合技术。
⑶面向设备技术支持和服务的虚拟设备病历、网络会诊技术。
⑷设备性能下降、渐衰失效的预测与预诊断技术。
⑸嵌入式设备性能远程监测、诊断、维护智能体的实现，面向开放式数控装备的远程操作、监控与诊断的数字化服务集成平台的实现。
预期达到的目标：
⑴面向开放式数控设备，研制开发出能运行、集成在开放式数控设备所采用的工业PC、嵌入式PC和Windows/DOS/Linux操作系统上的通用性强、成本低廉的嵌入式设备远程操作、监测、诊断与维护软件和装置。
⑵开发与建立运行在企业网站（或远程服务中心）的WindowsNT/2000环境，基于网络的远程操作、监控与诊断维护的数字化服务支撑平台。
主要技术指标：
⑴嵌入式设备性能远程监测、诊断、维护与操作软件和装置
模块化、可裁剪嵌入式软件模块，最大存储尺寸小于512KB;
基于嵌入式PC的设备性能远程监测、诊断、维护装置（20mmx10mmx15mm）;
设备性能预诊断,Email、ICQ、手机短信息主动呼叫报警;
嵌入式设备运行档案数据库、软件黑匣子功能;
嵌入式Web服务器、FTP服务器，支持浏览器远程操作;
远程操作面板可重构、可定制；
TCP/IP、RS232/485、Modem多通讯协议;
IP地址访问限制、信息加密等网络安全功能。
⑵数字化服务支撑平台
虚拟设备病历、用户档案、远程会诊、远程操作、远程监控；
交互式网络化数字服务与技术支持。
项目水平和技术创新点：
⑴针对制造业全球化发展趋势和后市场时代设备终身服务需求，提出以虚拟设备病历、用户档案为基础的个性化、数字化服务概念。
⑵针对网络化设备运行状态在线监测、主动呼叫报警和设备预知维修需要，提出以信号分析技术、故障树技术、模式匹配技术、诊断专家系统技术和智能决策技术为基础的设备性能渐衰失效预测和设备预诊断技术。
⑶针对开放式数控设备的特点，提出以嵌入式计算机软硬件为基础的嵌入式、标准化、模块化设备运行状态远程监测、诊断、维护装置解决方案。
⑷针对网络制造环境下的数字化设备，提出基于网络的远程操作、监控与诊断维护的数字化服务集成支撑平台的思想。
项目目标产品“嵌入式设备远程操作、监测、诊断、维护软件/装置”和“开放式的数字化服务支撑平台”在发达国家也处于起步和研究阶段，目前还没有成熟的商业化产品。
项目研究成果具有国际先进水平。
2．预期可获得的发明专利等知识产权情况
项目目标产品“嵌入式设备性能远程监测、诊断、维护软件/装置”将申请国家发明专利一项，同时出版自主版权软件“嵌入式设备远程操作、监测、诊断系统开发平台”，另外与华中数控的开放式数控产品相结合，开发具有自主知识产权的数字化可维护数控产品。
3．课题主要研究技术内容的国内外发展现状与趋势，国内现有技术基础，以及与课题有关的技术领域的国内外专利申请和授权情况（附有关专利查新结论）
⑴国内外发展现状与趋势,国内现有技术基础
随着信息技术和计算机网络技术的发展，尤其是网络技术的发展，使世界正经历着一场深刻的“网络化革命”，这场革命极大地改变着人类的生存环境，网络化与数字化是当今包括制造业在内的各行各业不可回避的发展总趋势。
由于网络化、数字化进程的加快，使得制造业的市场、资源、技术和人员的竞争更具全球性，而产品制造的全过程（设计、生产、服务）也具有全球性的特征，即制造环境在发生着根本性的变化。
制造活动的全球化，对制造活动中的各个环节也提出了新的要求，全球化要求企业内部、企业与设备供应商之间以及企业与客户之间协同工作、共享信息。
由于产品复杂程度的不断增加，服务地域的扩大，加之用户对服务时间要求的越来越短，迫切需要新的服务手段和相应服务技术的支持。
服务网络化、数字化配置以及制造装备的远程操作、监控与诊断维护功能是解决这一问题的有效途径。
基于网络的远程操作、监控与诊断表现为生产加工的操作者与被操作对象在物理上进行分离，而在信息、逻辑上进行集成。
这一发展，一方面扩大了操作者对操作对象的控制范围，提高了管理者对加工设备运行情况掌握的方便程度，实现了远程的技术咨询、远程设备的故障诊断及维修。
另一方面，达到了制造资源的共享，迅速开拓市场，充分体现“以人为中心，创造宜人化生产环境”的制造思想。
在全球化的市场上，设备的售后服务与技术维修成为制约企业生产能力和影响客户满意程度的重要因素，也成为决定企业产品品牌、利润的一个重要因素。
设备制造企业不仅要技术创新，开发新产品和提高产品质量，而且还要对产品的生产使用过程提供全生命周期的技术服务支持、实行设备终生保修[2]。
这一发展趋势带动了设备制造企业从制造型向制造、服务型转变,也促使设备制造商在产品中加入远程监测、诊断、维护功能，并通过网络提供设备使用、维护技术支持，称之为智能维护技术（e-Maintenance）。
对设备制造企业来说，e-Maintenance利用因特网实现维修技术人员的“虚拟到场”，可大幅度降低技术服务费用；对设备使用企业来说，e-Maintenance能利用Email、手机短消息等方式对潜在的设备故障进行预警，缩短了设备维修服务的响应时间，同时能及时得到设备制造企业的网上技术支持，降低了设备非计划停机带来的损失。
因此，对设备制造商和设备用户来说是一种值得大力发展的双赢的技术。
IBM是一家国际化大公司，其产品遍布世界各地。
为降低全球市场的技术服务费用，改进企业形象，提高用户对公司产品的满意度和忠诚度，IBM提出了以网络化技术为基础的数字化服务支撑模型，用网络为IBM客户提供一条快捷、高效的数字化服务通道[3]。
半导体芯片生产设备是一种复杂和高技术含量的设备，使用中需要较强的技术服务与支持。
为解决半导体芯片生产设备的技术服务与保障问题，Intel、Philip等13家半导体制造商组成的国际性协作组SEMATECH成立了E-Diagnostic项目组，计划在半导体芯片生产设备中加入含设备运行状态信息采集、监测、诊断和调试功能的E-Diagnostics模块，实现设备制造厂家对产品的远程技术支持与服务。
据AvantComNetworkInc.提供的资料，带E-Diagnostics模块的半导体芯片生产设备平均可缩短1-1.5小时的故障处理时间，减少10-15万美元的损失[4,5,6]。
美国斯坦福大学和麻省理工学院合作开展“基于Internet的下一代远程诊断示范系统”的研究，该项工作得到了Boeing、Ford等10多家大公司的支持与合作，并很快建立了一个面向半导体制造设备的基于Internet的远程诊断原型系统。
澳大利亚联邦科技与工业研究组织（CSIRO）将远程诊断与维护等服务纳入“智能制造系统计划——面向21世纪的全球制造”项目的重要研究内容之一[1]，其应用对象直接面向CNC平板切割机床。
为提高美国设备制造业在全球市场上的竞争力，美国NSF在UniversityofWisconsin-Milwaukee/UniversityofMichigan成立了智能设备维护技术中心（IMS），其成员单位包括Intel,FordMotor,AppliedMaterials,Xerox,UnitedTechnologies等著名大公司，中心研究宗旨是开发基于Web的智能设备诊断、维护技术，包括e-monitoring、e-diagnostics、e-prognostics、self-maintenance，开发“零故障率”和“24-小时”在线技术服务的自动化产品和系统[7,8]。
在医疗仪器领域，东大阿尔派公司针对国内市场的具体情况，为自己的CT产品开发了远程维修诊断系统，可借助电脑网络，通过电话线实现对分布在各地CT机的远程诊断和维修，缩短了设备维修时间，保证了开机率。
制造业中数控机床、数字化工艺装备等自动化装备也是高技术含量和高复杂度的产品，设备在使用过程中的技术支持与维护服务一直是设备制造商争夺市场的关键因素之一。
如果能象大型计算机设备、半导体芯片生产设备一样由设备制造厂家或系统集成商在数控机床、数字化工艺装备中加入设备运行状态信息采集、监测、诊断模块，作为记录和描述设备运行过程的黑盒子，并能通过网络将信息发送给设备制造企业的技术人员进行分析，对设备使用操作、维护的远程技术支持和服务，则能显著的缩短制造设备的维修时间，提高设备的使用率和生产率。
随着现代通信技术和IT业的发展，世界上一些著名的公司都相继推出了具有网络集成能力和一定智能化水平的制造设备和控制系统，通过网络可以实现对设备的远程技术服务。
如Siemens、Fanuc、Mazak、OKUMA等公司推出的新型数控产品，都具有远程诊断接口，通过局域网或普通电话线等连接到Internet，就可以实现远程诊断服务功能[17,18,19]。
西门子的远程诊断产品可以在个人电脑面前轻松地操纵远在车间里的机床设备。
只需在一台WINDOWSPC上使用该工具，不但可以实时地观看机床运行时的画面，并且能够象现场人员一样进行相应的交互式操作和控制，诸如编辑修改加工程序数据、监控各轴当前的状态、编辑修改PLC程序、进行文件传输等等，所有这一切都是建立在调制解调器MODEM或局域网通讯的基础之上。
远程诊断不仅用于故障发生后对数控系统进行诊断，而且还可用作用户的定期预防性诊断，只需要按预定的时间对机床作一系列试运行检查，将检查数据通过网络送到维修中心的计算机进行分析处理，维修人员不必亲临现场，就可发现系统出现的故障隐患。
通过这样的远程诊断服务，可以快速相应客户的服务请求，提供在线技术支持；减少故障待机时间，有效降低成本提高劳动生产率；通过更加直观的可视化效应，对机床故障作出更精确的判断，甚至在大部分情况下在线消除故障，无需昂贵且耗时的人员现场服务；易于设备的安装和维护；传递知识与经验，进行人员培训，合理利用服务人力资源。
据有关统计[17]，远程诊断服务可以使现场服务减少了60％。
尽管国外一些著名公司如Siemens、Fanuc、Mazak、OKUMA等相继推出了具有网络集成能力和一定智能化水平的制造设备和控制系统，可以实现对设备的远程技术服务；但由于这些设备和系统只是针对各自的产品，比较封闭，不具备开放性和通用性，另外还不够完善。
从刚成立的美国IMS中心的研究规划和综述报告来看[2]，国外在用于设备远程维护、技术支持的“嵌入式设备远程操作、监测、诊断、维护软件/装置”和“数字化服务平台”等方面的研究也还处于起步阶段。
我国的机械制造业经过几十年的发展，尤其是80年代末以来的计算机产业的迅猛发展和普及应用，以及国家863高技术发展计划的推动，在许多设备制造企业进行了以信息技术为基础的改造，已经具备了实现远程故障监测与诊断技术的硬件体系基础；不少单位已经开展或正在开展制造企业设备远程监控与诊断技术的研究工作，在实时监测、远程监测和故障诊断等单元技术方面积累了一定的成果和经验；然而对于一门综合性技术，我国尚未组织或投入较大力量进行系统地研究开发，致使我国远程监控与诊断技术研究和应用方面进展比较缓慢。
作为网络制造、数字制造等先进制造技术与系统的基础，数控机床、数字化工艺装备具有开放式的网络化功能是必然趋势，远程操作、监控与诊断也是网络制造、数字制造的必然要求。
如果我们在该项技术上能有所突破，能率先开发出具有自主版权的数字化维护技术与产品，并与我国的开放式数控产品相结合，进一步开发出数字化可维护设备，则能加强我国进入WTO后国内制造业在全球化市场上的竞争力，实现运用信息技术改造和提升传统产业，以信息化带动工业化，实现我国设备制造业的跨越式发展。
⑵国内外专利申请和授权情况
为保证项目的先进性和避免重复开发，我们通过美国DelphionInc公司提供的美国、欧洲、日本专利数据库对美国、欧洲、日本专利进行了检索，另外通过国家知识产权局专利检索咨询中心提供的中国专利数据库对中国专利进行了检索。
英文检索的主题词为NCmachine、remote、internet、manipulation、control、monitoring、diagnostics、maintenance的多种组合，检索到的相关专利有512项，如：
“Systemforremotemonitoringanddatatransmissionovernondedicatedtelephonelines”,“Two-waycommunicationsbetweenaremotecontrolunitandoneormoredevicesinanaudio/visualenvironment”,“Remotemaintenancemethodandremotemaintenanceapparatus”,未发现在功能、技术实现手段上与本申请项目相同的专利。
中文检索的主题词为数控、远程、网络、因特网、操作、监控、监测、控制、诊断、设备维护的多种组合，检索到的相关专利有156项，如：
“远程心电监测装置”，“电梯远程监控系统”，“测量仪器基于万维网的远程监视或控制”，也未发现在功能、技术实现手段上与本申请项目相同的专利。
另外我们还委托湖北省专利局对中国专利进行了正式检索，在已批准的专利中未发现相同或相似的项目，具体结论见附件。
同时，我们还通过WWW、期刊、产品广告等方式，对计算机网络和通讯、自动化、仪器仪表等相关领域的产品和技术进行了全面的调查和分析。
在仪器仪表领域，Agilent公司开发了符合IEEE1451.2协议的6650X嵌入式以太网控制器，可实现智能（Smart）测试仪器、传感器信息的上网，其功能侧重在信息的转换和传递上。
在工业自动化领域，美国OPTO22公司推出了基于PC的“以太网I/O系统”，该系统采用上下位机方式，上位机为Windows主机，现场采用68000系列CPU的智能板卡，适合于设计分布式的大系统，而不是作为一个嵌入式装置；Think&Do公司推出了E-Control产品，现场站控单元采用NTE（WindowsNTEmbedded）控制机，功能强大，但其功能偏重于测控，缺乏对设备性能诊断、维护的支持。
另外，美国Osicom公司、emWare公司、德国Siemens公司、日本Scenix公司、加拿大Intrinsys公司、韩国Sena公司也正在致力于开发信息家电、网络电器和嵌入式因特网软硬件产品。
在上述产品中未发现则重于机电系统、产品远程监测、诊断、维护和服务的产品。
主要参考文献
1.JohnPTMo,ChristopherMenzel.AnIntegratedProc
升级会员 