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“制造基礎技術與關鍵部件”重點專項2019年度項目申報指南
為落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006— 2020 年)》《國家創新驅動發展戰略綱要》和《中國制造 2025》等規劃，國家重點研發計劃啟動實施“制造基礎技術與關鍵部件”重點專項。根據本重點專項實施方案的部署，編制 2019 年度項目指南。
本重點專項總體目標是：以高速精密重載智能軸承、液壓與密封件、高性能齒輪傳動及系統、*傳感器、儀器儀表以及*鑄造、清潔熱處理、表面工程、清潔切削等基礎工藝為重點，著力開展基礎前沿技術研究，突破一批行業共性關鍵技術，提升基礎保障能力。加強基礎數據庫、工業性驗證平臺、核心技術標準研究，為提升關鍵部件和基礎工藝的技術水平奠定堅實基礎。通過本專項的實施，進一步夯實制造技術基礎，掌握關鍵基礎件、基礎制造工藝、*傳感器和儀器儀表的核心技術，提高基礎制造技術和關鍵部件行業的自主創新能力;大幅度提高交通、航空航天、數控機床、大型工程機械、農業機械、重型礦山設備、新能源裝備等重點領域和重大成套裝備自主配套能力，強有力地支撐制造業轉型升級。
本重點專項按照“圍繞產業鏈，部署創新鏈”，從基礎前沿技術、共性關鍵技術、應用示范三個層面，圍繞關鍵基礎件、基礎制造工藝、*傳感器、儀器儀表和基礎技術保障五個方向部署實施。專項實施周期為 5 年(2018—2022年)。
1.基礎前沿技術類
1.1多維融合感知智能軸承基礎原理與方法
研究內容：研究智能軸承動態運行信息演化與傳遞機 理;研究智能軸承集成感知機制與多維數據融合算法;研究智能軸承寬頻自供電/無線供電原理與設計方法;研究智 能軸承信息的、低功耗、高可靠傳輸原理與處理技術; 研制多維融合感知智能軸承樣機，并在數控機床、風電、軌 道交通等行業開展試驗驗證。
考核指標：開發面向數控機床、風電和軌道交通等領域的智能軸承原理樣機 3 類，其中至少 1 類具備自供電/無線供電功能;典型故障檢測類型≥3 類，識別率≥90%;溫度范圍-50℃～300℃，精度優于 1%;振動范圍±100g 、±300g 、±500g(各行業選 1 項)，精度優于 1%;載荷范圍 0～100kN、0～ 500kN、0～1000kN(各行業選 1 項)，精度分別優于 1%、2%、3%。
1.2高性能軸承動態和漸變可靠性設計理論
研究內容：研究滾動軸承漸變劣化(如疲勞和磨損等) 規律和內外部振動行為;研究漸變失效和振動效應交互影響機理，建立動態和漸變可靠性設計模型及相關理論;研究滾動軸承可靠性設計技術及試驗測試裝置，并開展相關試驗。
考核指標：開發滾動軸承可靠性設計方法 1 套;構建滾動軸承的故障模式、失效案例、可靠性設計的數據庫，覆蓋疲勞、磨損、振動失效模式和可靠性設計數據 10 種以上;可靠性試驗測試裝置 1 套，完成 3 種典型產品的可靠性試驗。
1.3液壓元件及系統智能化基礎技術
研究內容：研究電液深度融合的智能液壓元件及動力單元，探索液壓元件內部流量、壓力、溫度和位移等信息的集成測量新技術;研究多液阻獨立控制的離散型液壓元件的強非線性控制與適應調節機制;研究液壓元件及動力單元的服役性能與壽命預測、典型應用案例的安全風險評估方法。
考核指標：工業用有線或無線可編程電調制液壓閥樣機2 種以上，具備介質的流量、壓力、溫度等測量功能，綜合測量精度優于 1%;液阻離散獨立的智能液壓閥控制器、液壓閥樣機及測量系統，系統控制精度優于 3%;動力單元具有在線狀態監測、故障診斷、服役性能與壽命預測等功能， 故障診斷覆蓋率不低于 80%。
1.4齒輪傳動系統動力學基礎理論及其健康監測
研究內容：研究齒輪傳動系統非線性動力學特性、幾何與運動誤差回溯、振動噪聲預估與主動控制理論與方法;研究齒輪性能退化規律和典型損傷機理、監測信號解耦及故障診斷方法，建立多維監測參數特征與健康狀態的映射關系; 開發傳動系統健康狀態監測系統，并在風電等領域進行試驗驗證。
考核指標：建立齒輪傳動系統動力學優化方法，完成不少于 1 種產品動力學優化;開發傳動動力學仿真軟件 1 套， 仿真精度不低于 85%;研制傳動系統健康監測樣機 1 套，故障監測準確度不低于 90%。
1.5新型高性能精密傳動基礎理論與技術
研究內容：研究零隙精密傳動及大速比傳動新原理與新構型;研究相應的數字化設計方法、嚙合副復雜曲面制造關鍵技術;開展傳動效率、承載能力、溫升、壽命等試驗，并在航空等領域進行試驗驗證。
考核指標：開發新型精密齒輪傳動裝置不少于3種;其中，零隙精密傳動空載回差小于 5 角秒，傳動誤差小于 60 角秒;在相同試驗條件下，承載能力、壽命等較現有傳動提高 20%。
1.6高功率密度微納振動能量收集器前沿技術
研究內容：研究工業振動環境下，振動摩擦、振動壓電、振動電磁的能量收集轉換方法;研究微納振動能量收集器的*材料和能量收集結構設計技術;研究能量存儲及低功耗調理電路設計與系統集成技術;研制高功率密度摩擦能量收集器、壓電能量收集器、電磁能量收集器原型器件， 并在工業現場無線傳感網節點試驗驗證。
考核指標：振動頻率覆蓋 1Hz～500Hz，摩擦能量收集器峰值功率密度≥400μW/mm2，壓電能量收集器歸一化功率密度≥5μW/( mm3·g 2 )，電磁能量收集器歸一化功率密度≥0.5μW/(mm3·g 2)。
1.7跨尺度微納米三坐標測量基礎理論與技術
研究內容：研究三維納米位移和定位的測量理論與技 術;研制高分辨力三維組合納米測頭;研究微納三坐標測量機量值溯源技術;研究典型微型零件三維準確測量方法及技術;研制微納米三坐標測量機樣機，在精密微型零件加工和微納制造領域進行試驗驗證。
考 核 指 標 ： 微 納 米 三 坐 標 測 量 機 量 程X×Y×Z ≥100mm×100mm×50mm;三維測量分辨力優于 1nm; 大允許誤差(E3)(250+4.5×10 -6L)nm;實現寬度低至 100μm的結構內尺寸及形狀三維測量。
2.共性關鍵技術類
2.1工業機器人減速器軸承關鍵技術及工業驗證平臺
研究內容：研究工業機器人減速器軸承的高精度及長壽命設計方法;研究薄壁及柔性等特殊軸承套圈批量化磨削、熱處理等精密加工技術;研究工業機器人減速器軸承性能和壽命試驗驗證技術及裝備;制定工業機器人減速器軸承試驗技術規范;搭建工業機器人減速器軸承系列產品工業性驗證平臺，開展系列產品的壽命、摩擦力矩、振動、溫升等試驗， 研究成果在工業機器人上實現應用。
考核指標：開發工業機器人減速器軸承設計方法 1 套; RV 減速器軸承精度達到 P4 級、試驗壽命≥6000 小時，諧波減速器軸承精度達到 P4 級，試驗壽命≥8000 小時;平臺具備80mm～260mm 內徑軸承的壽命、摩擦力矩、振動、溫升等測試能力，試驗技術規范數≥1;在 5 家以上企業應用，裝機系列數≥6。
2.2大功率風電主軸及增速箱軸承關鍵技術及工業驗證平臺
研究內容：研究大功率風電主軸及增速箱軸承的長壽 命、可靠性設計分析技術;研究抗疲勞制造工藝等軸承控型控性技術;研究軸承性能和耐久性強化試驗技術及裝備;制定大功率風電主軸及增速箱軸承試驗技術規范;建立大功率風電主軸及增速箱軸承系列產品工業性驗證平臺，開展壽 命、振動、溫升等性能試驗，研究成果在大功率風電機組上實現應用。
考核指標：開發風電主軸及增速箱軸承數字化設計軟件≥1 套;4MW 以上風機主軸及增速箱軸承精度等級不低于P5，增速箱高速端軸承溫度≤85℃，理論壽命、強化試驗壽命≥20 年;應用企業不少于 2 家，裝機不少于 10 臺套;平臺具備200mm～1180mm 內徑軸承的壽命、振動、溫升等性能測試能力，試驗技術規范≥1 套。
2.3微小型液壓元件關鍵技術
研究內容：研究高功率密度電-機械轉換器、低液動力閥口的設計和制造工藝;研究高功率密度液壓泵旋轉組件的設計和加工工藝;研究微小型液壓閥和液壓泵的性能測試方 法;在航空航天、石油裝備等領域進行試驗驗證。
考核指標：研制不少于 4 種規格的高壓微小型液壓泵和液壓閥樣機，泵排量≤5mL/r，閥流量≤5L/min，響應時間0.5ms～1.5ms;制定微小型液壓閥和液壓泵性能測試規范2項;開發微小型液壓閥和液壓泵性能測試裝備1套。
2.4海工裝備用長壽命耐腐蝕液壓元件及系統關鍵技術
研究內容：研究海洋環境下活塞桿耐腐蝕涂層技術與工藝;研究海洋環境下長壽命液壓缸密封技術;研究液壓控制系統的穩定性、工況適應性等關鍵技術，在大型海上風機、海洋平臺升降與波浪補償裝置等海工裝備中驗證。
考核指標：缸徑 250mm～650mm，活塞桿涂層彎曲疲勞試驗≥500 次(無裂紋)，中性鹽霧實驗時間≥5000 小時;研制 2 種以上典型海工裝備用液壓系統。
2.5高性能機械密封關鍵技術與工業試驗平臺
研究內容：研究機械密封關鍵元件表面精密成形、智能化監控與檢測技術;研究高溫高壓多介質機械密封試驗和綜合性能評估技術;研究面向油、水和氣介質的機械密封元件工業試驗平臺。
考核指標：關鍵元件表面微槽深度誤差不超過 5%，曲面輪廓誤差≤1μm，表面粗糙度 Ra≤0.1μm;平臺可進行高溫高壓多介質試驗，具備線速度 250m/s、溫度 500℃、壓力25MPa、轉速 50000r/min 的產品試驗能力。
2.6高速重載錐齒輪傳動關鍵技術
研究內容：研究高速重載弧齒錐齒輪傳動的動態設計理論，系統動力學仿真與結構動力學優化;研究錐齒輪復雜齒面切齒和精密磨齒數字化仿真技術及軟件;研究錐齒輪疲勞壽命加速試驗技術;在航空傳動領域開展應用驗證。
考核指標：開發不少于 2 類高速重載錐齒輪，轉速≥8000rpm，單對齒功率密度≥450kW/kg;齒輪加工精度高于5級，傳動效率≥96%，壽命提高 20%;開發高速重載錐齒輪數字化制造軟件 1 套，高速重載錐齒輪疲勞壽命試驗裝備1套。
2.7高長徑比零件清潔熱處理技術
研究內容：研究高長徑比零件熱處理應力/變形演變規 律、數值模擬與表面熱處理強化機理及基礎工藝，熱處理表面強化層控制技術;研究高長徑比零件感應熱處理和真空熱處理技術;開發清潔熱處理裝備，實現滾動部件等典型高長徑比零件在微電子制造、航空航天等領域的應用驗證。
考核指標：高長徑比零件感應熱處理裝備 1 套，可處理零件直徑 50mm～200mm、長度≥5m，可實現零件淬硬層厚度 4mm～12mm、硬度均勻性≤±1HRC、變形量≤1mm/m;真空熱處理裝置 1 套，加熱溫度≤1150℃，有效加熱區爐溫均勻性≤±5℃，壓升率≤5×10-1Pa/h，可實現零件硬度均勻性≤±2HRC;感應和真空熱處理及變形控制后的零件表面硬度均勻性≤±1.5HRC，淬透層深度均勻性優于±0.03mm 。
2.8清潔切削共性關鍵技術
研究內容：研究高速干切工藝使能關鍵技術，建立基礎數據庫;研究微量潤滑切削與低溫冷卻切削裝置及相關功能部件;研究高穩定性清潔切削工藝技術及高生物降解微量潤滑切削液;開展航空航天典型材料的清潔切削試驗驗證。
考核指標：高速干切工藝基礎數據庫涵蓋多種典型材料和工藝，及其相關的百種以上工況基礎數據;適用于車、銑加工工藝的低溫微量潤滑裝置及相關功能部件不少于 6 種， 低溫冷卻切削裝置的低輸出溫度低于-190℃;清潔切削機床周邊懸浮顆粒物濃度≤.5mg/m3;切削液生物降解率≥95%;完成不少于 3 種典型材料清潔切削試驗驗證。
2.9硅基 MEMS 高深寬比結構無損測量技術
研究內容：研究 MEMS 高深寬比結構三維幾何特征快速無損測量原理和方法;研究測量系統設計、光學顯微傳感、微弱信號采集與處理、校準與誤差補償、量值溯源等關鍵技術;研制高深寬比三維特征尺寸快速無損測量系統，并在MEMS 工藝線試驗驗證。
考核指標：溝槽深寬比≥20：1，深度測量范圍10mm～ 300mm，深度測量不確定度≤0.5%(k=1);線寬測量范圍2mm~30mm，線寬測量不確定度≤1%(k=1);單點測量時間≤5s。
2.10硅基 MEMS 厚金屬薄膜關鍵技術
研究內容：研究硅基 MEMS 厚金屬薄膜工藝兼容性，研究高質量厚金屬薄膜制造工藝、薄膜特性測試技術;研究硅基厚金屬薄膜 MEMS 結構釋放工藝技術，研究 MEMS 繼電器的高可靠設計、制造及封裝等關鍵技術;開發硅基 MEMS 厚金屬薄膜成套制造工藝技術，在航空航天重大技術裝備中應用。
考核指標：硅基襯底圓片直徑≥150mm，金屬薄膜厚度≥5mm，薄膜厚度誤差≤±3%，薄膜應力≤150MPa;MEMS 繼電器負載電流≥500mA，接觸電阻≤500mΩ，開關壽命≥1×106次，成品率≥85%。
2.11高性能微納溫度傳感器關鍵技術
研究內容：研究耐高溫柔性曲面襯底上薄膜材料熱電特性、快速響應敏感單元設計技術，曲面襯底上高溫溫度傳感器的高可靠性設計及制造關鍵技術;研究光學溫度傳感器回音壁諧振腔、模式調控、頻率鎖定等關鍵技術;研制曲面高溫溫度傳感器和高分辨率溫度傳感器原型器件，并在航空航天重大技術裝備中試驗驗證。
考核指標：曲面襯底高溫溫度傳感器測量范圍-60°C～ 1800°C，誤差≤±1.5%FS，響應時間≤10ms;高分辨率溫度傳 感器測量范圍 20°C～40°C，分辨力≤1μK/。
2.12硅基 MEMS 氣體傳感器關鍵技術
研究內容：研究硅基 MEMS 氣體傳感器芯片集成化設計技術;研究硅基 MEMS 紅外光源、光學微腔、光學天線、紅外探測器、溫度傳感器等核心部件與集成制造技術;研究標校算法、邊緣計算、ASIC 芯片閉環控制、環境效應等非色散紅外(NDIR)氣體檢測系統集成關鍵技術;實現傳感器在流程工業中應用。
考核指標：氣體傳感器量程二氧化碳(0～5000ppm)、二氧化硫(0～100ppm)、氮氧化物(0～50ppm)、甲醛(0～ 100ppm)、丙酮(0～100ppm)，測量誤差≤±2%。系統芯片尺寸≤20mm×10mm×5mm ，長期穩定性≤1%FS/年，制定傳感器規范或標準≥2 項。
2.13高性能磁傳感器關鍵技術
研究內容：研究并優化高性能磁傳感器芯片制造工藝技術;研究高性能磁傳感器的高靈敏結構設計和高可靠封裝技術;研究磁編碼器與轉速測量涉及的 ASIC 芯片、軟件算法、測控接口等;形成制程規范，在數控機床、工業機器人、伺服電機等裝備應用。
考核指標：磁傳感器靈敏度 100mV/V/Oe，本底噪聲≤10pT/@1Hz，體積≤30mm×30mm×5mm，成品率≥85%;伺服電機磁位置編碼器精度優于 0.02°，成套制程規范≥2 項。
2.14儀表微控制器芯片設計及應用關鍵技術
研究內容：研究數據采集、處理、存儲、通信等高度集成的工業自動化儀表芯片設計技術;研究針對高度集成儀表芯片的軟件可重用開發方法，開發典型功能庫;研究儀表高密度集成設計等關鍵技術;基于上述芯片，開發核心零部件自主可控的溫度、壓力、流量、電動執行器等小型化儀表， 并開展應用驗證。
考核指標：微控制器芯片模/數轉換精度不低于 16 位， 內嵌 32 位微處理器，內嵌 HART、FF、Profibus 等通信控制器;完成不少于 100 臺小型化儀表應用驗證。
2.15多參數危險氣體在線分析關鍵技術
研究內容：研究在線分析儀器緊湊型核心部件高密度集成技術;研究含固、液雜質的工業氣體在線測量預處理技術及裝置;研究一氧化碳、二氧化碳、氧氣、甲烷、硫化氫、氨氣等多組分氣體濃度、多參量集成測量技術;研制高安全多參數小型化危險氣體在線分析儀器;在典型工業過程領域開展應用示范。
考核指標：工業主要危險氣體測量線性精度優于±1%FS ;溫度在線測量范圍 30℃～1500℃，壓力在線測量范圍覆蓋 0～0.3MPa;在冶金、石化、化工等兩類以上工業領域的爆炸性氣體環境危險區域開展應用示范。
2.16六自由度激光自動跟蹤測量關鍵技術
研究內容：研究六自由度激光跟蹤測量原理與方法，建立相應的數學模型，攻克目標捕獲與跟蹤、高精度測距、高精度姿態測量、數據解算、性能校準與精度補償等關鍵技術;研制六自由度激光跟蹤測量原理樣機，在機器人校準、飛機和燃氣輪機裝配等領域開展試驗驗證。
考核指標：大跟蹤測量半徑 30m，空間坐標測量精度≤10ppm，姿態測量精度≤0.03°，大跟蹤速度 2m/s。
2.17工業現場通信質量分析關鍵技術
研究內容：研究典型工業通信協議的報文快速分析、在線通信質量評估與分析診斷技術;研究強干擾工業環境下工業通信物理層信號的多參數測量、環境干擾在線評估與分析診斷技術;研制工業現場通信質量分析儀器，在制造領域開展試驗驗證。
考核指標：工業通信協議分析種類≥6 種、工業以太網通信分析種類≥6 種，通信質量分析報文覆蓋率≥90%;儀器具備通信物理信號的電壓差、抖動、上升時間、下降時間、比特時間、傳輸速率、傳輸延遲、同步精度等指標在線監測功能，具備數據鏈路層時間同步與 MAC 層、傳輸層、網絡層和應用層分析功能，具備在線設備列表拓撲監視、錯誤報文率和循環通信調度分析等功能。
2.18功能安全與信息安全融合的儀表共性關鍵技術
研究內容：研究儀表功能安全和信息安全融合理論與方法;突破儀表冗余設計、失效診斷、故障控制、安全通信、訪問控制、事件及時響應等關鍵技術;研制具有功能信息安全融合能力的變送器/執行器等儀表;在石油、化工、火電等 典型行業開展應用驗證。
考核指標：儀表實現安全完整性等級 SIL2，信息安全等級 SL2，整體診斷覆蓋率≥90%。
3.應用示范類
3.1工程機械大扭矩輪轂驅動關鍵技術及應用示范
研究內容：構建大扭矩輪轂驅動系統多變工況下的載荷譜，研究驅動行星齒輪傳動系統集成設計方法;研究輪轂驅動系統多體動力學及可靠性，輪轂驅動系統熱平衡及傳動效率;研究輪轂驅動系統零部件制造工藝與關鍵技術，在大型工程機械中應用示范。
考核指標：載荷譜數據庫 1 個，設計分析軟件 1 套;大扭矩輪轂驅動系統扭矩≥1×106N·m ，減速比≥32，傳動效率≥90%。
3.2鋁合金承力結構件擠壓鑄造成形技術及應用示范
研究內容：開發適合車輛承力結構輕量化的鋁合金高性能擠壓鑄造成形關鍵技術;建立鋁合金擠壓鑄造成形材料—工藝—組織—性能仿真模型和測試平臺;建立不同重量、形狀、尺寸的擠壓鑄造產品開發試驗平臺;研究典型零件輕量化結構設計、工藝優化、性能評價技術，在車輛制造領域應用示范。
考核指標：擠壓鑄造產品開發試驗平臺具備 0.05kg～ 30kg 或投影面積 10cm2～3000cm2 承力結構件的擠壓鑄造能力; 鋁合金承力結構件抗拉強度≥280MPa ， 屈服強度≥220MPa，延伸率≥8%;鑄件尺寸精度≥CT6 級;形成至少5種典型承力結構件的擠壓鑄造成形工藝示范生產線。
3.3高強度鋁合金大型薄壁件精密鑄造技術及應用示范
研究內容：研究鋁合金精密鑄件控形控性方法及精密鑄件凝固控制技術、數字化精密鑄造技術;研究鋁合金高真空壓鑄技術;研制典型高強度鋁合金大型薄壁件，在航空航天、汽車等領域應用示范。
考核指標：鋁合金鑄件外形尺寸≥1.5m，300℃條件下抗拉強度≥185MPa、延伸率≥5%;大型鋁合金框架類鑄件關鍵尺寸精度 CT7～8 級，內部質量達 I 類要求。鋁合金真空壓鑄型腔真空度≤10kPa，鑄件抗拉強度≥250MPa、延伸率≥10%;形成 3 種以上鋁合金關鍵部件的生產應用示范。
3.4高性能光柵位移傳感器開發及應用示范
研究內容：研究玻璃、石英、金屬及陶瓷基底光柵的超長大幅面、可復制、高精度制造技術;開發超精密、大幅面、多自由度、寬溫域的高性能系列光柵位移傳感器;研究超高細分技術、信號處理與融合技術以及系統集成技術。完成光柵傳感器的技術研發，并在精密制造和測量裝備中應 用。
考核指標：線位移納米光柵分辨率 0.1nm，精度 200nm， 光柵長度≥50mm;角位移光柵分辨率 0.01"，精度 0.2"，光柵幅面大外徑 500mm;二維光柵分辨率 1nm，精度 1μm，光柵幅面 500mm×500mm ;寬溫域位移傳感器溫度范圍-60°C～ 1000°C，測量精度 0.2mm，光柵長度 20mm;產品成品率≥90%。
3.5工業儀表制造過程智能標定系統開發及應用示范
研究內容：研究壓力和流量等儀表標定環境智能控制技術及裝置;研究多批量、多品種儀表自適應裝夾，儀表標定系統參數自配置，儀表參數自修正等關鍵技術;研制核心零部件自主可控的壓力和流量等儀表制造過程批量化智能標 定系統。
考核指標：壓力儀表批量標定大允許誤差 0.015%，溫度補償范圍覆蓋-40℃～80℃，單次溫度補償臺數≥50;流量儀表標定系統大允許誤差 0.2%，單次標定臺數≥10;在 2 家以上儀表制造企業開展應用示范。
3.6芯片封裝缺陷在線視覺檢測儀開發及應用示范
研究內容：研究自適應多模式照明、光學自動對焦、高速圖像采集與處理、定位與同步控制、圖像配準與三維重構、復雜缺陷識別分類等關鍵技術，研制高靈敏度半導體芯片封裝缺陷在線視覺檢測儀，開展應用示范。
考核指標：儀器檢測靈敏度優于 0.5μm，大檢測運動速度 100mm/s，缺陷檢測準確率≥99%;在 2 家以上芯片生產企業開展不少于 5 套樣機的應用示范。