福建省绿色智能清洗技术与装备重点实验室
平台成立背景介绍
在“碳达峰”“碳中和”双碳目标的大背景下，低碳化、节能化成为制造业升级转型的大趋势，也将成为制造业高质量发展的必然结果。如何在降本增效的同时减碳，化挑战为机遇，实现韧性、高效与可持续发展，成为企业生存与竞争的关注点。“绿色+智能”制造将是提升制造企业核心竞争力、实现数字化转型的重要一环。围绕福建省绿色智能制造高端装备研发及服务产业链，依据国家和福建省科学和技术发展规划，建设福建省绿色智能制造重点实验室，聚焦绿色制造工艺及装备技术研究、工业废水深度处理与零排放技术、精密与增材制造关键技术、智能装备及智能工厂、生产过程协同管理与控制关键技术等5大研究方向并向产业链提供技术咨询及人才培养服务。依托实验室平台服务国家和海西重大发展需求，结合“绿色+智能”制造高端装备前沿发展趋势，旨在该领域形成一批高水平产业化成果，促进产业的自主创新能力和产品技术升级。
研究方向和研究团队
（1)绿色制造工艺及装备技术
表面清洗是精密机械零件制造过程中的关键工艺环节，传统的湿法化学清洗因其污染大、去污精度低，已成为制约新材料新工艺技术发展的瓶颈。本研究方向基于固态CO2微爆效应的精密零件表面绿色清洗方法，分析研究表面污染物附着力及清洗洁净度影响因素，并探索固态CO2冲击精密零件表面时的动力学和热力耦合关系，获得高速射流冲击条件下的微爆清洗产生机理及条件；建立清洗喷嘴内外流场流态的数值仿真模型，揭示微爆清洗效果与喷嘴结构、气体流量和压力等工艺参数的关系，进一步研究适应精密零件表面微细颗粒及复杂有机污染物的清洗控制技术，建立以稳定射流、低损伤和高洁净度为目标的清洗喷嘴结构参数优化设计理论和方法，并试制清洗原理样机进行超净间实验和验证；最终完成绿色清洗装备开发及产业化应用。
(2)精密与增材制造关键技术
功能性微纳结构与器件的喷印制造是当前高端制造领域的一个重要研究方向，在柔性传感监测、生物医药、功能聚合物薄膜等领域优势明显，可辐射基础科学研究、核心部件开发到工程应用，学术价值与社会效益并重。本平台拟在新一代动力电池、高端医学防护、高端环保设备、可穿戴电子等进行产业化应用，围绕大幅宽微纳喷印设备开发、工艺参数自适应整定、多目标协同控制，掌握跨尺度多界面调控关键技术、多材料多结构高效复合核心技术，完成一体化批量生产设备及智能控制系统研发，推动高端微纳智能化制造技术的应用。
3)智能装备及智能工厂
面向3C领域大批量混装制造的产业需求、研发智能制造全流程控制及关键装备，通过设计柔性焊装夹具及焊接机器人应用，实施产品族焊装、贴片生产线智能排序与优化，提高生产线混流生产能力。实现生产协同准备，减少设备的待机时间。自主研发轻负载、高协同工业机器人，实现无人化、绿色组装生产线整体系统，为解决大批量组装生产线提供技术支持。在此基础上，研发面向多规格、大批量自动组装流水线，可显著节省人工并提升组装效率，实现设备组装过程直通率不低于98%。
（4）生产过程协同管理与控制关键技术
制造过程智能调度理论与技术是智能制造、工业工程、管理系统工程等领域的前沿研究方向，是制造业信息化的重要内容，对优化生产流程、提高生产效率、缩短制造周期、降低生产成本等具有显著意义，同时对提高制造企业的自动化和智能化水平也能产生关键作用。实际制造过程调度问题往往具有规模大、约束复杂、不确定因素多、不同优化目标相互制约等难点，因此，传统基于人工经验的调度方式已不适应制造业转型升级的需要，通过不确定性建模和基于精确优化算法与智能优化算法的混合智能调度技术，能够确保制造过程调度的高质量和实时性。
（5）工业废水深度处理与零排放技术
研发外置式MBR技术处理系统，可替代常见的浸没式MBR技术处理系统。外置式MBR具有高抗污染负荷、清洗维护便利、使用寿命长等特点，可弥补浸没式MBR技术对于中高负荷、难降解的化工类废水、石化类、制药类废水无能为力的不足。高含盐废水处理系统采用耐高压抗污染的MT/DT膜技术，可以对高浓度、高含盐废水进行直接浓缩处理，并配合蒸发器、结晶器、焚烧设施等装置，以实现这部分废水的液体零排放。重金属废水处理系统中，采用管式微滤/超滤技术，以取代传统沉淀池，利用膜过滤的特性彻底截留重金属胶体，以获得极高的排放水质设计的外置式MBR技术处理系统，可替代常见的浸没式MBR技术处理系统。外置式MBR具有高抗污染负荷、清洗维护便利、使用寿命长等特点，可弥补浸没式MBR技术对于中高负荷、难降解的化工类废水、石化类、制药类废水无能为力的不足。高含盐废水处理系统采用耐高压抗污染的MT/DT膜技术，可以对高浓度、高含盐废水进行直接浓缩处理，并配合蒸发器、结晶器、焚烧设施等装置，以实现这部分废水的液体零排放。重金属废水处理系统中，采用管式微滤/超滤技术，以取代传统沉淀池，利用膜过滤的特性彻底截留重金属胶体，以获得极高的排放水质。
科研设备
实验室目前共有主要仪器设备158台（套），总价值4350.74万元。实验室拥有场发射扫描透射电子显微镜（TALOS F200S）、聚焦离子束扫描电子显微镜（Zeiss crossbeam 550）、ZYGO 3D 表面轮廓仪（NewView 7300）、Nano Indenter G200型纳米压痕仪、Magna76傅立叶红外光谱仪、DM40monoBLOCK 五轴联动立式加工中心、CONTURA G2 776 型三坐标测量机等加工和检测设备，并自主研发了固态CO2喷射清洗测试台和清洗洁净度实验测试间，这为本项目的研究提供了充分的保障。主要仪器设备如下图所示。
皮秒激光器 微滴喷射试验机
图 1 用于微纳制造、增材制造的实验设备
干冰绿色清洗装备 雪花喷射清洗系统
图 2 用于表面绿色清洗的实验设备
TALOS F200S场发射扫描透射电镜 Magna760傅立叶红外光谱仪
图 3 用于清洗效果检测的实验设备
德马吉DM40monoBLOCK 五轴加工中心 CONTURA G2 776型三坐标测量机
图 4 制备样机加工和测量设备
4.取得的成果
本重点实验室在精密机械加工和绿色清洗制造工艺的交叉学科领域积累了扎实的研究功底和丰富的研究成果，与中国航天科技集团航天长征飞行器研究所、上海宝钢研究院等单位开展广泛的科研合作，着力于航天领域半导体、电子信息行业等领域的精密清洗和智能制造研究，近5年来在“绿色+智能”制造高端装备研究及产业化方面特色和成效突出。主要体现在：
（1）着重开展产业化方向的科学研究。企业委托开发的科研项目级别、数量、经费总额连续8年居省内同类高校前列，2015年至2020年科研经费总量超过3500万元，发表学术论文250余篇，申报国家专利120余项，获2项福建省科技进步二等奖、1项厦门市科技进步二等奖、1项厦门市科技进步三等奖。
图 5 科技进步奖
（2）已产业化的技术及装备获得产业资金资助。本中心研究团队负责人陈水宣研发的绿色清洗及耗材智能制造技术获批2017年厦门市领军型创业人才最高级别A+类800万投资及科技局追加的200万产业基金；成员邱一卉牵头研发的智能冷链技术装备获批2018年厦门市领军型创业人才C类200万投资；成员洪昭斌牵头研发的基于胶囊形态的新一代茶饮智能装备获批2020年厦门市领军型创业人才C类200万投资以及国内茶行业龙头企业八马茶业460万天使投资。此外，正在孵化的多项“绿色+智能”制造技术装备已顺利与中国航天科技集团签订产业化投资意向书。
图 6 双百证书
（3）“绿色+智能”制造高端装备研发特色及成效突出。近三年来，本研究领域已联合4家省内大型企业申请获批4项国家发改委和工信部的绿色制造集成项目以及生态文明专项课题，包括：2017年厦门冠捷显示科技液晶电视绿色制造关键工艺开发与系统集成项目、2017年厦门华联电子家电智能控制器绿色制造及综合集成项目、2018年泉州通达电器智能手机精密结构件绿色制造关键工艺系统集成项目、2020年厦门嘉戎环保先进膜装备技术产业园专项，共获批经费5053万，其中本团队经费1263.25万元。
5.平台对外服务与合作领域
1）智能制造技术与高端装备
•工业机器人及自动化控制系统
•无人化生产线改造
2）绿色低碳综合利用开发
•固态二氧化碳清洗及耗材智能制造
•超临界二氧化碳精密清洗及刀具冷却技术
•激光绿色除锈除漆技术
3）航空航天机电一体化装备开发
•面向空天应用的机电一体化技术
•极端恶劣环境下的机构创新设计
•小型重油活塞发动机关键部件开发
6.平台联系人
陈水宣，15260206016
