走进浙大丨第一期：流体动力与机电系统国家重点实验室

流体动力与机电系统      

   国家重点实验室

一、发展历程及定位

浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室其前身是流体传动及控制国家重点实验室，1981年由原国家科委和原国家教委联合批准成立“浙江大学流体传动及控制研究室”，1985年被原国家教委批准为首批开放实验室，路甬祥为实验室主任，1989年开始流体传动及控制国家重点实验室建设，1995年建成并通过验收，2010年更名为流体动力与机电系统国家重点实验室。实验室实行学术委员会指导下的实验室主任负责制，现任主任由浙江大学徐兵教授担任，实验室现任学术委员会主任由林忠钦院士担任，学术委员会名誉主任由路甬祥院士担任。

实验室面向学科基础前沿和国家战略需求，立足流体动力的基础及应用基础研究，拓展流体动力与机械、电子、信息、控制等多学科交叉的新方向和新领域，既保持了传统的电液控制、电子-气动控制、应用流体力学的研究优势和特色，又涵盖了机电系统及控制、航空航天与深海机电系统等机电控制新兴学科及前沿方向，为我国装备制造业发展提供重要支撑，在国家科技创新体系中发挥不可替代的重要作用。

二、人才培养与团队建设

实验室目前共有260名固定研究人员，其中科学院和工程院院士4人、长江特聘教授6人，国家杰出青年基金7人，科技部“万人计划”领军人才4人，国家海外高层次人才1人，国防科技卓越青年科学基金获得者2人，国家优秀青年科学基金获得者7人，青年长江学者5人，国家海外高层次青年人才8人，并且形成了结构良好的学术梯队。此外，实验室共有700多名博士后、博士研究生和硕士研究生在实验室从事研究工作。这支研究队伍已经成为我国乃至国际流体动力与机电系统领域的重要科研力量，在学术界和工业界发挥着越来越重要的作用。

在全体研究人员培养与研究生自身辛勤努力下，实验室也取得了较为优秀的成绩。获国家级教学成果奖一等奖1项，二等奖1项、浙江省教学成果奖一等奖5项。获第二届全球重大挑战峰会唯一金奖，日内瓦国际发明金奖共2 项。自2017年以来，累计获上银优秀博士论文银奖1篇，铜奖2篇，佳作奖2篇，优秀奖1篇，获浙江大学优秀博士学位论文3篇，提名奖2篇，美国大学生数学建模竞赛一等奖2项、全国大学生节能减排竞赛特等奖/一等奖五项。“杰瑞杯”第六届中国研究生能源装备创新设计大赛一等奖2项，第三届中国机械行业卓越工程师教育联盟“恒星杯”毕业设计大赛银奖，“HRG博实杯”第一届中国研究生机器人创新设计大赛一等奖等等。

三、学科设置与研究方向

实验室具有力学（0801）、机械工程（0802）、材料科学与工程（0805）、动力工程及工程热物理（0807）、电气工程（0808）、航空宇航科学与技术（0825）、农业工程（0828）、食品科学与工程（0832）、电子信息（0854）、机械（0855）、 能源动力（0858）、海洋技术与工程（9902）十二个一级学科博士学位授权点，并设有博士后科研流动站，与生物医药工程、计算机科学与技术、软件工程等学科相交叉，是一个流体动力基础研究和应用研究、聚集和培养优秀流体动力科技人才、开展高水平学术交流、科研装备先进的重要基地。

     实验室确定了应用流体力学、流体传动与控制、机电系统创新设计、机电系统感知与控制、机电系统先进制造五个研究方向：

（1）应用流体力学

围绕多相流及流场可视化、流体输送、调节与计量、微流控器件及系统等方向，研究流体动力学与多相流理论、空化理论与空泡动力学、流体振动与流动噪声等中的基础理论与实验方法。

（2）流体传动与控制

面向复杂流体元件的先进设计，仿真与测试方法、高效集成的电液与电气控制系统、智能化流体动力元件与系统等领域，研究高性能流体动力元件、电液系统集成与控制、气动元件及系统等设计及制造中的基础理论、设计方法与制造工艺。

（3）机电系统创新设计

聚集虚拟设计与数字孪生、原型及定制化设计及可靠性设计等领域，研究重大机电装备创新设计、数字化设计、个性化定制设计、可靠性与优化设计与材料-功能-结构一体化设计等的基础理论及方法。

（4）机电系统感知与控制

面向重大装备的动力学建模与优化、状态检测与故障诊断、先进控制等需求，研究机电液系统动力学建模与优化、状态监测、故障诊断、性能预测、先进检测与控制等中的基础理论及方法。

（5）机电系统先进制造

针对高性能高可靠的机电部件制造、精密与微纳制造、生物制造、增材制造、复合材料制造、机电系统集成与数字化制造等方向，研究制造过程中传热、传质行为、界面调控、批量及稳定品控、在高可靠性、超大尺寸、微纳尺度与生物活性等约束条件下的制造新原理、新方法，探索成形规律。

四、科研条件

实验室拥有良好的办公条件、一流的研究设备和科研条件。目前实验室总共拥有仪器设备已达到3688台件，设备总价值超1亿5千万元，其中100万以上的大型仪器设备41台，包括高频响大推力电液振动控制实验平台、电液比例试验装置、液压系统振动能级测试与流体脉动衰减特性试验平台、电液节能混合动力控制系统试验平台、工程机械多路用负载敏感节能系统、TBM刀盘驱动系统综合试验台、水下液压元件及系统研发平台、海底观测网络试验平台、金属快速成型系统、IC装备的流动检测与控制实验平台、机械能源控制系统、面向具有曲率突变特征三维微纳结构的超精密测量试验台、高压气源及试验平台等。实验平台各种类型设备先进，测试能力齐全，实验功能完善，在液压与机电系统领域已形成自身特色。

五、科研实力及代表性成果

实验室承担了多项国家973计划项目、科技重大专项、863计划项目、重大国防专项课题、自然科学基金重点项目以及大量国际合作和企业合作研究项目，在国家重大基础研究计划、重大工程任务以及支撑行业发展的关键技术研究等方面做了大量工作，近年来年均科研经费超过3.34亿元。获得国家科技进步奖一等奖1项，二等奖6项；国家技术发明奖二等奖2项；省部奖一等奖22项；近5年出版专著18本，主持及参与制定国家标准21项，授权发明专利789项，发表SCI学术论文1850篇。

2018年，国家对工程领域43个国家重点实验室进行评估，有11个国家重点室被评为优秀，浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室是其中之一。

代表性成果1：攻克大型隧道掘进装备自主设计制造关键技术，推动我国“掘进装备跻身世界前列”

隧道掘进装备是国家地铁、公路、铁路、水利和国防等基本建设急需的重大装备，其关键技术难度高、附加值大, 反映了一个国家高端装备制造业的水平。杨华勇院士领衔的全断面隧道掘进装备研究团队攻克了复合盾构掘进过程失稳、失效、失准三大国际性难题，以及硬岩掘进装备“掘不动、掘不快、掘不准”三大国际公认难题，在刀盘驱动系统能量积聚耗散规律与掘进界面稳定控制、强冲击激励下机电液系统动力高效传递与调控原理、掘进过程状态感知原理与智能化控制等方面取得了重要创新成果，打破了国外技术的长期垄断，在我国城市化发展、西部大开发和“一带一路”建设中发挥不可替代的作用。

成果支撑了铁建重工和中铁装备自主研制直径3-10米系列隧道掘进装备产品，使两家头部企业十年内从零市场占有率到占领全球80%的市场，取代了美国罗宾斯、德国海瑞克成为全球隧道掘进装备最大制造商，现已出口20多个国家，实现直接经济效益235亿元、带动工程产值超2000亿元。成功应用于吉林引松、新疆EH、兰州水源地、青岛地铁、秘鲁圣加旺水电站等国内外30余个重点重大隧道工程，极大推动了我国高端装备制造业和隧道建造领域的科技进步，推动我国“掘进装备跻身世界前列”（习近平总书记2018 年两院院士大会讲话）。

代表性成果2：突破光刻机浸液系统关键技术，使我国成为全球第三个掌握该技术的国家

浸没式光刻机是集成电路制造的核心装备，国外对我国实行严格的出口限制，光刻机国产化是我国芯片制造自主可控和信息产业安全的国家重大战略需求。浸液系统是浸没式光刻机的四大核心系统之一，它为光刻机制备最后一片流动的液体物镜，以提高光刻分辨率，将集成电路制造的工艺节点从45nm一直延伸至7nm。付新教授领衔的团队，在国家02科技重大专项资助下，开展了浸没流场控制、微纳气泡消融、残留液渍控制、纳米液膜蒸发、极微应力与温度控制等浸液系统基础科学问题研究，取得了具有国际影响力的学术成果；攻克了影响光刻分辨率、良品率与产率的1mK级温度、10ppt离子污染、100nm级液膜等极微技术参数控制难题，研制出浸液系统工程样机，在光刻机国产化生态链中发挥了不可替代的作用。

遵照02专项统一部署，建成了1.6万平方米的光刻机浸液系统及超洁净零部件研发中试基地，已投资7.3亿元，汇聚了153人的浸液系统专业化人才队伍，具备了年产5台套浸液系统产品的研发、制造、集成及测试能力，于2020年9月实现了首台套光刻机浸液系统产品交付，使我国成为全球第三个具备光刻机浸液系统自主设计制造能力的国家，为浸没式光刻机国产化奠定了坚实的基础。

代表性成果3：首创完整的飞机数字化装配技术体系，使我国成为继美法后自主掌握飞机数字化装配核心技术及装备的国家

装配是保障飞机制造质量、缩短周期、降低制造成本的最关键环节。我国飞机自动化装配技术与高端装备几乎空白，难以支撑我国大型飞机和第四代战斗机等重点机型的高效、稳定装配。柯映林教授领衔的飞机数字化装配团队，原创了卧式双机双五轴自动钻铆技术，发明了飞机复杂装配工况自动精准制孔、动态重组柔性定位、大尺度空间装配协调技术，开发了飞机数字化装配共性技术集成应用平台，研制出自动钻铆机、环形轨、制孔机器人、5+X 轴专用制孔机床、定位器等系列装备，创建了涵盖组件、部件和整机的飞机自动化装配技术体系，实现了装配工装设备化、装配协调数字化和装配过程自动化，彻底打破了欧美发达国家的技术封锁和市场垄断。

成果成功应用于航空工业各大主机厂，为运20、歼20、歼10等15个重点机型研制和批量生产提供了跨代的数字化装配成套技术与装备，实现重点机型全应用、大运装配过程全涵盖、飞机主机厂全覆盖，成倍提高了重点机型的装配质量和效率。柯映林荣获2018年“全国十大军工风云人物”。中航工业集团评价“是我国飞机制造领域近十年来最具影响力的原创成果，为我国飞机制造技术跨越式发展和国防建设作出了重大贡献”。

代表性成果4：突破高档数控机床数字化设计关键技术，支撑高性能龙门加工中心自主创新设计

高档数控机床是国家战略层面的基础制造装备，西方发达国家对该类装备的先进设计技术与专用设计软件严格封锁，是我国“卡脖子”的35项关键技术之一。谭建荣院士领衔的机电装备数字化设计团队，突破了高档数控机床数字化设计技术，发明了功能创新与结构变异相结合的整机骨架型谱自适应定制设计、正向分配与逆向修正相结合的主机互反馈精度均衡分配设计、数字样机与实物样机相结合的高档数控机床与工艺工装协调设计等成套关键技术，从设计上保证了高档数控机床“效率高、功能强、性能优”，为实现高档数控机床的自主科学设计提供了坚实的技术支撑。

创建了我国首个完整的具有自主知识产权的高性能龙门加工中心数字化设计技术体系，研发出高端装备数字化设计专业软件、设计知识库和设计集成平台，支撑了我国高性能龙门加工中心自主创新设计，并辐射到超大型塑料注射成型机、大功率船用齿轮箱等重大装备的研发，在西飞航空铝合金薄壁件、南车V型柴油机缸体、哈电核电主泵电机等制造加工中得到成功应用，对提高我国重大装备及关键零部件国产化率与自主创新能力起到了重要作用。数控机床数字化设计入选国家科技重大专项（04专项）十大进展，并获2020年国家技术发明二等奖，大功率船用齿轮箱设计技术获2016年国家科技进步二等奖。

代表性成果5：突破深海立体探测系统关键技术，首次实现海洋能自供电海底观测并创造了深海保真取样的世界记录

深海探测关键技术自主创新与装备国产化是海洋领域面向2035中长期科技发展规划的核心任务，是我国进军深海、建设海洋强国的重大需求。海洋机电装备团队围绕深海探测系统面临供电不足、通信不畅、采样失真等难题，在海洋流体动能高效捕获、深海原位组网观测接驳、深海流体保真取样方面取得系列创新成果。攻克了大长径比约束的半直驱传动及电液变桨水平轴海流能发电、深海高功率密度单极负高压电能传输、非接触式水下信电接驳、全海深高纯度流体序列保压取样等关键技术，研制了系列化海流能发电及海洋组网立体观测装备，为我国的深海探测与开发提供了关键技术与核心装备。

建成国内首个海岛海流能独立稳定供电系统，实现了海洋能自供电海底观测，支撑了国内首个大型南海海底观测网建设，助力我国构建海防识别区。深海流体序列保真取样装备应用于“奋斗者”号全海深载人潜水器，创造了马里亚纳海沟10909米深海保真取样的世界记录，同时应用于“蛟龙”号和“深海勇士”号载人潜水器，在20余次科考航次中完成上百次的深潜应用。参与完成的“蛟龙号载人潜水器研发与应用”获国家科学技术进步奖一等奖。实现了从浅海、深海到深渊的海能利用、立体观测与高保真取样，得到CCTV-1实况直播、新华社等媒体的报道。成功研制了无需耐压外壳的仿生软体智能机器人，首次实现了在万米深海自带能源软体人工肌肉驱控和软体机器人深海自主游动，为深海探索科考、环境监测与资源勘探提供解决方案，成果登《Nature》封面和央视《新闻联播》。

六、合作交流与学术论坛

1.实验室联合研究中心

实验室联合研究中心分布

实验室与美国加州大学伯克利分校、普渡大学、佐治亚理工大学、明尼苏达大学, 德国亚琛工业大学、德累斯顿技术大学，芬兰坦佩雷大学，瑞典林雪平大学，日本东京工业大学、东北大学，英国巴斯大学，英国牛津大学，新加坡国立大学，澳大利亚新南威尔士大学、墨尔本大学，香港科技大学等国际知名大学，以及德国费斯托公司、博世力士乐公司、日本日立建机公司、美国伊顿公司、国家仪器公司等国际知名企业建立了稳定的战略合作关系。

2.举办重要国际学术会议

第十届杭州流体传动及控制国际会议合影

自1985年以来，实验室每四年举办一届流体传动及控制国际学术会议，该会议是国际流体动力界公认的本学科领域四大重要国际会议之一。欧洲、北美、亚洲等本领域的著名学者和工业界人士均参与会议，已成为本学科领域学术交流的重要平台，在加强流体传动及控制技术领域内的国际学术交流，增进国内外同行的友谊与合作，促进我国流体传动及控制技术的发展等方面发挥了积极作用。

2018年，实验室发起国际生物材料、生物设计和制造会议(BDMC)，该会议计划每年在全球范围内召开，已成为中国和世界生物制造领域的旗舰级会议之一。该大会每四年回一次杭州召开。

近年还主办了如下重要国际学术会议：

1.The 12th International Conference on Theoretical and Computational Acoustics (ICTCA 2015)

2.7th International Conference on Pumps and Fans (ICPF 2015)

3.The International Conference on Wearable Sensor and Robot (ICWSR2015)

4.13th CIRP Conference on Computer Aided Tolerancing (CIRP 2014)

5.The 6th IFAC Symposium on Mechatronic Systems (IFAC 2013)

3.液压泵新技术与发展趋势学术论坛

液压泵新技术与发展趋势学术论坛

2020年11月14日，中国机械工程学会年会分会场活动——液压泵新技术与发展趋势学术论坛暨中国机械工程学会流体传动与控制分会第七届委员会液压专业第二次扩大会议在杭州假日酒店召开。会议由中国机械工程学会流体传动与控制分会主办，浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室承办。

此次会议主题为：液压泵研究中的新思路、新理论和新方案，会议历时1天，邀请12位专家围绕液压泵的基础研究与应用做大会报告，吸引来自全国高校、科研院所和企业的130余名学者和行业代表参加会议并做交流。

4.流体动力与机电系统国家重点实验室机器人论坛

为推动浙江大学机器人学科及相关领域的研究与发展，流体动力与机电系统国家重点实验室机器人论坛于2021年4月11日在浙江大学玉泉校区邵科馆举办。

本论坛的主题是研讨与交流机器人及相关学科领域交叉融合的最新进展和前沿技术，由杨华勇院士担任论坛主席，陈剑教授担任主持人。论坛邀请了苏州大学孙立宁教授、北京理工大学黄强教授、南开大学韩建达教授、中科院自动化研究所侯增广教授、南开大学方勇纯教授、同济大学陈启军教授等机器人领域知名专家学者做学术报告并进行研讨，众多嘉宾与会，青年师生踊跃参加，论坛获得圆满成功。

七、研究生招生

流体动力与机电系统国家重点实验室面向学科基础前沿和国家战略需求，立足流体动力的基础及应用基础研究，诚邀具有创新思想和积极进取精神的优秀青年学子加入流体动力与机电系统国家重点精英团队。现面向流体动力相关学科领域招收研究生（硕士、博士）。具体招生情况详见浙江大学2022年招生专业目录。

1.各相关院系招生专业及联系方式

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2.各研究方向及导师队伍

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1）应用流体力学

围绕多相流及流场可视化、流体输送、调节与计量、微流控器件及系统等方向，研究流体动力学与多相流理论、空化理论与空泡动力学、流体振动与流动噪声等中的基础理论与实验方法。

2）流体传动及控制

面向复杂流体元件的先进设计，仿真与测试方法、高效集成的电液与电气控制系统、智能化流体动力元件与系统等领域，研究高性能流体动力元件、电液系统集成与控制、气动元件及系统等设计及制造中的基础理论、设计方法与制造工艺。

3）机电系统创新设计

聚集虚拟设计与数字孪生、原型及定制化设计及可靠性设计等领域，研究重大机电装备创新设计、数字化设计、个性化定制设计、可靠性与优化设计与材料-功能-结构一体化设计等的基础理论及方法。

4）机电系统感知与控制

面向重大装备的动力学建模与优化、状态检测与故障诊断、先进控制等需求，研究机电液系统动力学建模与优化、状态监测、故障诊断、性能预测、先进检测与控制等中的基础理论及方法。

5）机电系统先进制造

针对高性能高可靠的机电部件制造、精密与微纳制造、生物制造、增材制造、复合材料制造、机电系统集成与数字化制造等方向，研究制造过程中传热、传质行为、界面调控、批量及稳定品控、在高可靠性、超大尺寸、微纳尺度与生物活性等约束条件下的制造新原理、新方法，探索成形规律。

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图文来源丨流体动力与机电系统国家重点实验室

编辑丨宋芷薇

责编丨许湘琴