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一、培训概况
长春理工大学机电工程学院一行7人针对“智能精密加工及检测技术培训”项目于2019年8月18日赴英国华威大学进行为期21天的学习和培训，取得了预期的培训成果。
华威大学（The University of Warwick）位于英格兰中部华威郡和考文垂市交界处，创立于1965年，是英国顶尖研究型大学，在英国主流媒体排名中，除牛津、剑桥之外唯一未跌出过排名前十的英国大学。在2020年QS世界大学排名第62，2020年THE世界大学排名第77，常年稳居世界百强。华威大学以严苛的招生，高水准的学术研究和教学质量而闻名。
华威大学在工、商、政、学各界均拥有卓越的口碑，在业界与牛津、剑桥、LSE、帝国理工、UCL并列被视为世界九大投资银行（Bulge Bracket）在英的6所目标院校（Target School）。克林顿访英时参观华威。华威商学院被誉为英国最顶尖的商学院之一；华威商学院的卓越表现使其在主要排行榜中稳居英国前5名，世界前30名，并处于持续上升的势头。华威大学科研实力雄厚，其将纯理论研究与应用研究置于同等重要的地位。
该校在超精密加工技术方向的研究达到世界先进水平，其在科研方面无论是技术内容、研究方法，还是组织管理、国际合作上，都有许多值得学习和借鉴的方法与经验。
长春理工大学机电工程团队在超精密加工技术方面具有深入研究和工作基础，但是对智能化的超精密加工关键技术的研究与应用处于发展阶段，遇到了难以解决的瓶颈问题，急需深入了解国外同行的研究现状及相应的技术支持，通过培训提高了团队在智能化超精密加工技术领域的研究能力和水平，同时寻求合作契机，开展该领域的国际合作。
主要培训内容涉及纳米磨削微定位平台关键技术，新型多坐标智能微进给加工平台及其动力学行为，基于激光动态测量的机器人误差辨识及补偿技术，纳米微进给平台的设计及其关键技术，纳米操纵系统关键技术。通过专家授课、交流座谈和试验应用等形式，圆满地完成了培训任务，提高了我们在智能化超精密加工领域的理念、技术和方法的能力，达到了预期效果。具体学习内容如下：
（一）纳米磨削微定位平台关键技术
以纳米级磨削微定位平台的开发为目标,以动态设计理论、有限元方法、机械动力学理论等为手段,较深入地研究了纳米级三自由度微定位平台的结构设计、动力学建模以及有限元分析等关键技术问题。 通过对四种二次曲线截面的柔性铰链的理论计算和有限元分析,比较分析了它们的力学特性。 基于动态设计理论,了解了研制的一台具有姿态调整能力的纳米级磨削辅助微定位平台。该微定位平台采用多压电陶瓷驱动器并联直接驱动方式,有效地提高了进给方向上的静、动态刚度。学习了微定位平台静、动态特性的有限元分析方法。了解微定位平台在不同载荷和干扰情况下的力学行为。 学会利用欧拉角和RPY(Roll-Pitch-Yaw)角描述动平台的姿态,分别建立了微定位平台的运动学正、逆解模型
（二）新型多坐标智能微进给加工平台及其动力学行为
作为一类超精加工机床的辅助微进给单元,纳米级微进给平台的开发与应用可有效地将其进给精度提高一个数量级,因此,开展纳米级微进给平台动态设计方法和相应关键技术的研究具有重要意义和实用价值。结合目前多自由度微进给平台结构动态设计过程中存在的问题,较深入地研究了多坐标微进给平台在外界温度因素影响下的热变形规律,学习了如下研究成果:详细阐述了一类以压电陶瓷作动器为动力源、弹性铰链为弹性变形元件的微进给平台的结构特性和工作原理,并针对单自由度微进给平台的不足,六类多自由度微进给平台的设计方案。
（三）基于激光动态测量的机器人误差辨识及补偿技术
激光加工技术可在材料表面形成多种纹理结构，为了研究激光加工所得不同纹理结构对材料润湿性的影响，通过纳秒激光加工技术在金属钛表面分别加工直线、网格和点阵的表面纹理结构。可采用扫描电子显微镜、接触角测量仪、粗糙度分析仪和X射线光电子能谱分别对激光加工后的钛表面进行表面形貌、接触角、粗糙度与化学成分的表征与分析。学习到的重要结论：初经激光纹理加工后试样表面的粗糙度较激光加工前均显著提高，但此时3种纹理结构试样表面接触角均小于90°；随着时间的推移，被加工材料表面化学成分的改变带来了材料表面自由能的变化，进而使被加工表面接触角总体呈现上升趋势；待试样表面化学成分稳定后接触角也基本保持不变，并且对于每种纹理结构而言，其接触角随粗糙度的增加而升高。直线、网格和点阵纹理结构试样表面接触角最终可达157.2°，153.1°和134.6°，从而实现了钛表面润湿性由亲水性向疏水性的转变。
（四）纳米微进给平台的设计及其关键技术
面向新世纪,科学技术飞速发展,为了满足航空航天、集成电子制造、生物科技等高技术发展的要求,对加工精度和加工质量提出了更大的挑战。精密加工技术是国家重点资助的研究领域,而微进给系统是精加工技术中的核心技术之一,因此研究高质量的微进给系统是实现精密加工的关键。这对我国促进经济、国防建设乃至提高整个国家的综合国力,都将有及其深远的意义。 通过研究构成微位移系统的各个组成部分的作用及优缺点,经过比较分析后确定各分部系统的设计方案。利用压电陶瓷材料的压电效应产生微位移,因为其具有的位移分辨率高、体积小、出力大的特点,同时能够保证系统具有较高的精度、驱动能力和相对简单的控制方式;但是受材料性能、经济性等因素的限制,研究所采用的压电陶瓷驱动器的最大进给距离仅为50μm左右,对很多零件来说这很难满足加工要求,因此,利用柔性铰链所具备的结构紧凑、无磨损、无传动空程的特点,设计了柔性铰链平台来完成微位移的传递,最大限度的减少微位移传递过程中在精度上的损失;从而弥补压电陶瓷进给步幅小的缺点,利用了杠杆传递原理设计了柔性铰链杠杆放大机构,对系统的进给步幅进行了适当的放大。利用放大步幅的二维进给机构是通过利用杠杆放大原理和双层嵌套式结构,设计柔性铰链结构加大二个方向上压电陶瓷的行程范围,扩大进给的步幅,同时更好的减小响应时间。要达到这种要求需要合理的选择放大杠杆,对整体结构进行优化设计,合理的设计控制系统等。 在理论分析的基础上,对单个柔性铰链和整个铰链平台进行建模,并运用有限无方法进行微进给工作台的静态特征分析,从而进一步优化设计结果。还学习了为了提高系统的进给精度,开发微进给工作台闭环控制系统,以更好的解决压电陶瓷迟滞等非线性因素及对外界环境的抗干扰能力。
（四）纳米操纵系统关键技术
操控的光子在信息科学、生命科学、计量科学、材料微结构研究等领域具有重要的应用价值。本方向着重于研究光子的时间、空间、频谱、相位、偏振等的多维精密操纵和控制中的关键科学技术问题；研究操控的光子与纳米材料等的相互作用过程，运用操控光子以及核磁共振等技术发展纳米结构检测的新技术；运用操控光子实现量子信息处理，解决信息通讯的保密安全；研究操控光子与生物分子相互作用过程，发展操控光子选择激发技术，实现相干控制的显微光谱成像。在上述研究的基础上，研制新型功能器件和仪器，促进交叉学科发展并解决相关高科技和国民经济发展中的关键技术。
光子的时间、空间、频谱、相位、偏振等的精密操纵和控制技术，是光信息处理、计量科学、纳米技术、生物科技等强有力的技术基础，已成为光科学及其与信息、材料、生物、医学等学科交叉中新兴的极具科学意义的前沿研究领域，是当今国际高科技发展中的重要前沿和关键。本项目不仅有机地融合了我校在现代光科技、微米纳米新技术、综合谱学测试技术、信息科学技术等多项优势，而且也将在更高层次上有力推动上述学科以及信息、材料、生命等相关学科的发展与相互交叉。
（1）光子的多维精密操控技术＆#8194;
对光子时空和频谱等多维精密操控，已成为光科学及其与信息、材料、生物、医学等学科交叉中新兴的极具科学意义的前沿研究领域。它结合了超短激光、量子控制、自适应反馈控制等技术，对光脉冲的时间、空间、频谱、相位、偏振及其分布进行调制以剪裁光场，达到按需要激发、操控、探测物质，从而操控信息的载体、编码与解码方式、光与物质的相互作用过程等。本研究方向瞄准相关研究领域中尚未解决的重要前沿科学问题，重点攻克超短激光脉冲稳频锁相及光频标、极端条件下的非线性光学效应与量子相干控制等科学技术问题，开创极短激光脉冲等极端条件下光子精密操控的新技术。
光子多维精密操控技术平台。建立国际先进水平的“光子操控技术平台”，实施对光子的时间、空间、频谱、相位、偏振等多维精确操控。＆#8194;＆#8194;＆#8194;
（2）纳米结构与生物分子检测技术＆#8194;
运用所建立的“光子操控技术平台”，发展和提高纳米结构及生物分子检测的时间和空间分辨率以及探测灵敏度的新技术，结合其它波谱技术，对纳米结构的超快过程及表征、生物分子的结构与构像及其动力学性质进行系统的研究，促进多学科的交叉与发展。
光子多维操控的共焦显微微光谱成像系统。建立具有创新的“量子相干操控的共焦显微光谱成像系统”，在共焦显微光谱成像的基础上，应用光子超快操控技术，选择性地激发获取特征光谱信息，实现纳米结构和生物分子无损伤探测，极大地提高成像的时间和空间分辨率以及探测灵敏度。＆#8194;
MEMS生物基因芯片，开展MEMS在生物传感器应用技术研究，如何研制出具有自主知识产权的MEMS生物基因芯片,结合光子多维操控的共焦显微微光谱成像技术，建立生物和药物分子的指纹光谱数据库。
（3）光子操控在信息技术中的应用＆#8194;
基于单光子作为载体的信息处理技术将在确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面可能突破现有的经典信息系统的极限，结合光子操控和微光机电技术，实现单光子及光子间关联的操控，在完善单光子灵敏检测技术的基础上，发展基于单个光子作为载体的信息处理、发送、传输、接收等一系列技术，研制量子保密通讯系统中单光子信息源、量子信息编码和解码器、单光子路由操控等关键单元器件和微器件，解决通讯系统中信息的安全保密、超大容量和系统的小型化、集成化等关键问题；运用微米纳米技术，探索产生可控理想单光子源的新途径。
二、培训成果
（一）掌握了关键技术
学习掌握了智能化精密加工的关键核心内容，智能制造是具有信息自感知、自决策、自执行等功能的先进制造过程、系统与模式。应用在制造过程的各个环节与新一代信息技术的深度融合，如物联网、大数据、云计算、人工智能等。智能精密加工主要是以智能工厂为载体，以关键制造环节的智能化为核心，以端到端数据流为基础，和以网通互联为支撑。智能检测技术的应用与实践对智能精密加工的发展具有重要支撑作用。
以智能检测为手段实现智能化精密加工是未来的发展方向；学习掌握了研制纳米磨削微定位平台的方法，在此基础研究基础上开展新型多坐标智能微进给加工平台及其动力学行为的研究分析，借助激光的手段，开展激光动态测量的机器人误差辨识及补偿技术研究，进而在加工尺度上进一步深入，开展纳米微进给平台的设计及其关键技术研究工作，最后，完成纳米操纵系统的研发。在学习了以上关键技术基础上，同时也学习了国外各个实验室的建设、管理、运行等宝贵经验，为回国建设提供了相应的参考。
（二）达成教学工作合作意向
长春理工大学机电工程学院培训团以曹国华团长为中方代表与华威大学的Yanling Tian教授进行了密切交流。交流会上，曹国华团长全面细致地介绍了我院本科教学、研究生教学以及科研发展情况，重点阐述了我院本科生创新设计、制作、开发应用以及本科生参加全国各种机械创新设计大赛情况和获奖情况。Yanling Tian教授介绍了华威大学的发展状况，尤其强调了如何以学生亲自设计、亲自动手操为特点，以创新意识和创新能力为培养目的的发展方向。会谈过程中，双方都认识到双方学院在本科培养目的、培养方向、培养理念上有很多共同点。同时，在具体的培养方式和手段上又各具特色。因此，双方一致认为，有必要加强两校本科生之间互派学生进行交流和教师的互动。
（1）教学和人才培训方面的合作
本科生层面：主要开展课程设置共享，我校拟在本科生教学中引进Yanling Tian教授的教学模式，即在教学中增设《智能化制造技术》的教学内容，Yanling Tian教授无偿提供其教学课件、教案和试验教学所用资料，推荐全英参考用书。
研究生及青年教师层面：依托各自的优势学科开展国际留学生互派，以推荐的方式选拔优秀研究生进行交流互派，同时，每年互派青年教师以访问学者身份进行合作研究，形成长期共同研究的合作机制。
（2）拟建立国际智能精密加工联合研究中心
华威大学工程系主要从事前沿基础性研究和应用研究，其成果在国际学术界和工业界都有着很高的评价，与工业界和政府部门都建立了良好的长期合作关系。
经过协商，双方同意在智能精密加工领域针对共同研究的内容拟建立国际智能精密加工联合研究中心，实现研究的互补与共进。
三、工作设想
通过此次培训，获得了英国在智能精密加工及检测技术研究的先进理念和技术，借鉴了国外大学在教学和科研的先进经验，结合团队教学和科研的实际情况，在今后的具体工作中有如下设想：
（一）珍惜培训成果，学习、理解、创新
现有研究工作缺少的不仅是先进的实验仪器和设备，同时也缺少科学的、前沿技术的研究思路和方法，特别是所掌握的理论和经验，与世界先进水平仍然有较大的距离，通过学习和交流，困扰团队的智能化精密加工及检测技术研究中遇到的问题有了新的努力方向。应该珍惜这次培训的成果，充分理解、消化和吸收培训的理论精髓。创新永远是科研工作的主题，没有创新就没有未来，因此，应该与工程实际相结合，与我省科学发展的目标相结合，理论创新，技术创新，推动行业发展。
（二）加快引进技术应用，推动教学、科研上水平
通过建立国际智能精密加工联合研究中心，引进先进技术与关键设备是加速团队建设的重要途径，对经济、产业的发展都具有重要的意义。在当今经济发展中，科技进步所起的作用越来越大，以技术创新及其扩散为主要内容的技术进步，已成为当代经济发展和竞争的核心要素。既然已经获得了宝贵资源，那么就应该充分利用引进技术，与教学、科研的实际工作相结合，发挥其应有的作用。具体想法就是加快中心的组建工作，协调相关部门，解决用房、设备、人员问题，在科研上明确主流方向开展相关研究的开展，瞄准我国经济发展的需求，争取在研究成果的水平及推广应用散上做出一定贡献。
（三）放眼前沿、把握机会，促进工作上新台阶
此次在中国国家外国专家局和吉林省外国专家局的鼎力支持和协助下，圆满地完成了境外培训任务。通过培训，不仅仅学到了知识和技术，也深刻体会到国外大学教学和科研的理念、方法以及管理，在慨叹差距的同时，也更加明确了今后的努力方向，“闭门造车”会走许多弯路，应该放眼世界前沿，充分利用已有研究成果，洞察科技发展动态和趋势，才能使自己的工作与世界接轨，才能提高科技层次和水平。今后应该逐渐改变已有的工作思路和方法，努力研究，缩小与世界先进水平的差距，走出一条适合自己发展特点的教学科研新道路。
现将该总结在全校范围内公示（公示期5日），公示期间如有异议，请与国际交流与合作处联系。
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