山西省重点实验室巡礼：先进制造技术山西省重点实验室
创新引领筑牢高质量发展之基
编者按
科技决定山西未来发展，创新引领三晋转型升级。作为科技创新体系的重要组成部分，重点实验室已成为孕育重大原始创新、助力高质量发展的重要科技力量。近年来，按照省委省政府战略部署，山西围绕传统产业转型升级和战略性新兴产业集群发展，不断加大扶持力度和建设水平，涌现出一批引领前沿、学科交叉、综合集成、国内外有影响的重点实验室，为我省2030年基本实现转型、2035年基本实现现代化目标发挥了有力的支撑作用。
为深入实施科教兴省、人才强省、创新驱动发展战略，展现山西发展的新领域、新动能、新优势，本报与省科技厅联合推出“山西省重点实验室巡礼”系列报道。“山西省重点实验室巡礼”将视角对准全省百余家重点实验室，用生动的笔墨、精彩的镜头，多角度、近距离记录实验室建设发展成效，多形式、立体化讲述富有成效的创新案例和鲜为人知的创新故事，多渠道、宽领域展示我省重点实验室近年来取得的丰硕成果。系列报道将努力把对科技创新的礼赞，以有高度、有深度、有温度的方式呈现出来，为奋力推进中国式现代化山西实践作出新的更大贡献。
先进制造技术山西省重点实验室
矢志国之重器 筑牢强国之基
制造业是立国之本、兴国之器、强国之基，是实体经济的重要基础，也是大国博弈、国际产业竞争的焦点。作为制造业中知识密集、创新活跃、成长性好、附加值高的关键领域，先进制造业已然成为一国经济高质量发展的重要推动力和国家安全的重要支柱，引领未来产业发展方向。
先进制造技术山西省重点实验室（以下简称“实验室”）长期从事高端装备与智能制造领域基础研究、应用基础研究和共性关键技术研究，为国家、国防及山西省地方经济建设发展战略服务。多项技术、装备和产品填补国内空白，现已成为当地经济增长的助推剂。
科技创新 点燃“山西制造”新引擎
超精密及特种加工技术研究室、数字化设计与制造技术研究室、机器人与智能制造技术……在实验室，各种先进的研究室和大型仪器设备看得人心潮澎湃。制造业的许多“未来科技”正是出自这里，实验室也正是用这些高精尖仪器构造着制造业高质量发展的新引擎。
党的二十大报告提出，高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。制造业高质量发展是我国经济高质量发展的重中之重。实验室立足科技前沿，紧随国家发展战略目标指引，面向航空、航天、兵工、铁路、汽车等国民经济和国家重大工程需求，针对国防工业、尖端技术、微电子工业领域中难加工材料、复杂型面、精细零件等方面开展超精密磨削、超声辅助加工、水射流、激光、电火花、智能制造等多个学科方向的研究。
提到未来，很多人想到的是科幻电影中各色人型机器帮人类劳动的场景，现实中受各器械传动方面的限制，机器人很难像人类关节那样灵活耐用，但是这一难点正在被实验室攻克。在实验室主要发展方向中，实验室主任、中北大学机械工程学院院长祝锡晶带领课题组开展了“基于超声辅助表面高性能功能化微织构的基础研究及其应用”探索。“该项目围绕难加工钛钽合金材料的制备机理、功能表面微织构的超声空化微射流成形方法及其表面润湿性的机理和应用，探讨了超声珩磨技术改善表面合金表面质量。”据祝锡晶介绍，该项目开发了钛钽合金仿生人工关节的表面织构，并研究了表面润滑减摩、降磨损等机制，取得了一系列有影响力的重要科学发现。
“项目实验结果解释了仿生人工关节表面微纳米织构润滑液定向输运机制，为人工关节的减摩擦、降磨损、升效率提供了重要的理论和实验依据，为生物医学药物输送方面的研究提供了参考。”祝锡晶告诉记者，其相关研究成果获得了山西省自然科学二等奖和上银优秀机械博士论文奖特别奖。
“拳头”产品 “融”出军民融合新动能
实验室的技术并不局限于人工关节这一点。
摩擦、磨损等方面的问题可以说是机械行业难题。据统计，目前全球每年因摩擦导致的能源损耗约占40%，而磨损导致的机械零部件失效约占70%，改善精密机械摩擦磨损性能不仅能大幅减少各机械零件的消耗，还能节约大量的宝贵能源。因此，实验室针对坦克发动机内表面材料、航空钛合金材料、半导体硅片等的高质量精密磨削问题，研发了“发动机缸套内表面的功率超声振动珩磨技术”。该项技术大幅减少了机械摩擦磨损耗，目前已成功应用于坦克发动机、航空发动机关键零部件的表面光整加工等领域。
“作为全国超声专业委员会的成员单位之一，实验室在这方面的技术已经趋于成熟。”祝锡晶告诉记者，实验室自成立后，就围绕着特种加工技术开展了高强度科研攻关，功率超声振动珩磨技术就是一种新型的、先进的磨削技术。“除了军用，该技术成果还进一步促进功率超声精密加工在通用航空、半导体工业、医疗工业等领域的应用，对山西省转型跨越、经济社会发展具有积极作用。”祝锡晶说。目前，该技术成功应用于山西丹朱缸套有限公司，经济效益显著。
此外，实验室研究团队还深入研究了超声辅助加工过程中空化效应和微磨粒协同作用，建立了空化泡、冲击波、微射流与微磨粒受无量纲量影响的连续控制方程，建立了微磨料颗粒的粒径—速度—压力模型，通过数值模拟获知了超声频率、声压幅值和粒径变化对微磨料颗粒速度和压力的影响规律。
为国育才 激发新青年强国之“智”
“制造业要做大做强，核心是提高创新能力，本质是加大人才储备。”谈到发展，祝锡晶感慨到，科技发展的核心是人才，人才队伍的质量决定了科技发展的高度。实验室以培养具有“信念坚定、理想远大、素质过硬、军工底蕴”的新时代创新型人才为目标，坚持“开放、流动、竞争、协同”机制，吸引顶尖人才、培养青年人才、用好现有人才，建立了一支优秀的科技人才队伍。
“为了培养更多优秀的科研人才，近年来，实验室全职引进‘万人计划’领军人才刘承志，引进国内外知名高校青年博士10余名，目前已形成老中青结合、结构合理稳定的科研团队。”祝锡晶说，实验室现有固定人员44名，培养博士、硕士研究生600余名，60余名优秀毕业生投身兵器、兵装、航天集团等国防军工企业和研究所，其中很多毕业生都已成为业务和技术骨干，助力国防建设事业，切实落实国家军民融合发展战略。
同时，实验室与美国密西根大学、德国汉堡大学、丹麦奥尔堡大学、北京航空航天大学、西安交通大学、东北大学、南京航空航天大学等相关实验室建立了长期稳定的学术交流和学术互访关系，并完成多项创新性工作，成为机械工程领域国内知名、省内领先的重要基地。
砥砺奋进 科技创新托起行业新未来
实验室承担了国家自然科学基金项目20余项，科技部国家重点研发计划课题、山西省科技重大专项、重点研发计划项目10余项，国防军工项目60余项，省部级项目80余项，授权国家发明专利220余项……
近年来，实验室在精密和特种加工方面，功率超声振动加工技术、磨料水射流加工技术、激光加工技术、超精密智能制造技术等为国家经济建设发挥了重要的作用；在现代机械设计理论与方法研究领域，并混联机构构型理论与机器人装备中的主动可控技术、现代机械与机构系统的动态设计、机械装备模块化、参数化设计等研究在国内外具有一定的影响力；在系统动力学及检测与诊断领域，提出了基于多场信息融合理论和各种智能算法的装备故障预示与剩余寿命预测方法，为装备研制生产的可靠性、可维修性、可保障性、可测试性研究奠定了基础。
行而不辍，未来可期。“实验室将以提高科技创新活力为核心，形成‘以重大装备技术创新为牵引，以山西省高质量发展为需求，以军品科研为背景，以核心技术研究与关键基础件研发为支撑’的科研方向新格局。”祝锡晶表示，实验室将抓住国家实施“中国制造2025”战略和山西省产业升级、军民融合创新发展机遇，聚焦高端装备制造业，打造基础前沿、应用基础、工程应用的完整研究链，助推重大成果产出和重要影响力提升，努力解决国家需求和区域经济发展的重大科技难题，实现富民强省的全新目标。