- 063 -

设计说明

金 奖

近年来，随着国家军民整合的大力推进，国内商业发射市场蓬

勃发展，先后涌现了以北京蓝箭、北京星际荣耀、北京宇航推进、大

连神州五行等为代表的大量民营航天企业，这些企业为了适应未来民

用卫星发射市场，重点发展液氧甲烷火箭发动机。为提高火箭发动机

整体效率，大幅度提高液氧甲烷火箭发动机可靠性和稳定性，对火箭

发动机的动力效率、制备成本、质量可靠性提出了苛刻的要求，其中，

发动机涡轮泵系统大量采用微复杂腔道钛合金整体铸件产品，铸件尺

寸达到 500mm 以上，腔道最薄壁厚仅 2.5mm。为提高其结构的可

靠性和稳定性，要求铸件一体化成形，不允许采用分体铸造后焊接组

合，钛合金铸件质量关键部位均需达到 GJB2896A-2007 规定的 Ι 类

B 级要求，其它部位达到 Ι 类 C 级要求，尺寸精度要求达到 CT6 级以上，

制程难度极大。此类铸件由于其型腔极其复杂，具有窄腔道、多层叶

片、多盲区等特征，常规钛合金成形技术已无法实现其精密制造。采

用熔模铸造工艺，无法实现复杂窄型腔的型壳涂挂，且复杂腔道内型

壳、型芯极难清理。采用传统石墨铸型工艺、无法实现复杂窄型腔的

石墨型芯清理，并县城在石墨型加工精整和尺寸测量方面存在诸多困

难。采用传统锻造和机械加工组合方法，受限于零件流道复杂结构，

无法实现机械加工，且加工周期长、成本高、效率低。

基本于上述问题，本项目突破传统的单质铸型定式思维，以结

合石墨型和金属型两者优点为目标，成功开发出外型为石墨、型芯为

低碳钢的高适应性复合铸造技术，实现了复杂腔道铸件的完整成形；

开发了复杂流道高尺寸精度装配工装及工艺方法，实现了分布式流道

型芯的高尺寸精度装配；开发了圆弧刨刀修型工具，实现了突破传统

刨刀直线行驶轨迹，用于石墨材料内外圆修整；通过上述技术创新开

发，最终实现了泵壳体钛合金铸件的高质量、高精度成形，满足了民

用液氧甲烷发动机的配套急需，有力支持了我国航天技术的发展。

设计：沈阳铸造研究所有限公司

高尺寸精度刨刀工具设计

- 064 -

设计说明

银 奖

在吊具的检查和维护中，无法精准找到故

障点，需要很长时间进行整体检查，使员工的

维修工作量较大，建设一个机械自动检测站，

对吊具实现，自动机械位置检查，全自动参数

监控，自动将故障吊具送进维修站点并提示指

定的故障点进行维护，降低人员的工作负荷和

降低吊具的故障率。

设计：华晨宝马汽车有限公司

车身吊具自动检测站

- 065 -

设计说明

银 奖

本项目属于术士基础施工技术领域，具体为一种长螺旋压

灌桩后插钢筋笼后注浆结构。

长螺旋钻孔灌注桩系用长螺旋钻机钻孔，至设计深度后压

灌混凝土成桩。其特点是成孔不用泥浆或套管护壁，施工无噪

声、无振动，对环境无泥浆污染；机具设备简单，装卸移动快

速，施工准备工作少，工效高，降低施工成本等；对大陆承载

力扰动小。但长螺旋灌注桩的水平刚度、抗拔承载力及基础承

载力不能满足设计要求。为此提出一种长螺旋压灌桩后插钢筋

笼后注浆结构。

本项目创新目的在于提供一种螺旋压灌桩后插钢筋笼后

注浆结构，解决现有长螺旋桩的水平刚度、拉拨承载力及基础

承载力不足的问题。

具体为：使用长螺旋钻机成孔，成孔后自空心钻杆向孔内

泵压桩料，边压入桩料边边提钻直至成桩；将后注浆管、单向

注浆阀与钢筋笼加劲箍焊接成整体，高效震动器、钢筋笼震动

杆顶紧钢筋笼下部加强环，随钢筋笼一同插入桩身混凝土中；

长螺旋压灌桩施工完毕后采用高压注浆设备，通过预先在桩体

内预埋的注浆管路向桩底注入一定量的水泥浆液，通过浆液的

压力劈裂管路的包裹层，水泥浆液对桩底松软部分有填充、压

密、固结等作用，能大大提高桩基承载力。

通过本创新成果的实例，顺利完成了项目桩基础的施工，

施工过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，无生产安

全事故，未产生废水、废气、废物等污染物；此工法具有施工

速度快，桩基质量得以保证，同时有效节省施工成本，得到设

计、监理和业主的认可和好评。

设计：中建一局集团（辽宁）建设有限公司

一种长螺旋压灌桩后插钢筋后注浆结构

- 066 -

设计说明

铜 奖

双轴划片机在硅片切割、晶圆切割以及特殊切割等加工过程中，

主要以伺服电机驱动滚珠丝杠的方式带动 Y 轴（包括第一 Y 轴和第

二 Y 轴）进行运动，由于伺服电机传动、滚珠丝杠和设备加工件本

身均存在一定的误差，因此需要使用光栅尺位移传感咕咕对双轴划

片机的 Y 轴进行误差补偿，从而实现精度校准。目前，现有双轴划

片机订采用两个第一 Y 轴和第二 Y 轴各自精度校准的方式，即先将

标定尺放置在工作台上，线纹尺固定后，分别用第一 Y 轴和第二 Y

轴上显微镜查看标定尺的刻度线，将线纹尺刻度与显微镜基准线对

准后，Y 轴伺服电机进行分度步进运动，每次步进运动中如存在误差，

通过显微镜成像效果对误差进行补偿与调整，从而实现 Y 轴精度对

准。但是，现有双轴划片机采用第一 Y 轴和第二 Y 轴各自精度对准

的方式，对准后第一 Y 轴和第二 Y 轴的偏差较大，从而影响设备切

割精度；同时由于采用双轴各自对准的方式，在 Y 轴精度调整试前

需准备两组显微镜，调试成本较高，而且安装两组显微镜耗时较长，

因此设计了一种双轴划片机的 Y 轴精度对准组件及对准方法，以解

决现有双轴划片机的两个 Y 轴对准精度存在偏差县城对准成本高的

问题。

本方法包括；补光栅工装、图像采集单元和控制单元；在第一

Y 轴与固定在工作台上的标定尺对准后，在第二 Y 轴上安装双轴联

动补光栅工装，通过第一 Y 轴上的图像采集单元寻找安装在第二 Y

轴上的双轴联动补光栅工装上的高精密玻璃尺为基准点，以双轴联

动步进运动方式，采用高精密玻璃尺为基准点，通过控制单元对第

一第二 Y 轴存在的差值进行补偿，将 Y 轴精度进行对准，对准精度

可达 ±1μm，减小了现有技术中双轴各自补偿方式产生的误差，有

效的提升了双轴划片机的切割精度。通过实验验证，补光栅工装可

调节机构，更便于调试着对 Y2 轴进行精度对准，与 Y2 轴安装显微

镜方式对比，更加节省时间，节约调试成本。

设计：沈阳和研科技有限公司

双轴划片机的Y轴精度对准组件及对准方法

- 067 -

设计说明

铜 奖

结合沈阳市东陵路高架桥支座更换实际

情况，设计创新发明出一套针对大型连续梁

更换支座的施工方法和梁体同步顶升设备。

成功解决了国内大型连续桥梁顶升五厘

米挑战，为后续国内外桥梁顶升支座更换提

供第一手宝贵资料。

东陵路高架桥维修工程，单联长度为

一百零五米，宽度为二十四米，相当于六个

标准篮球场大小，梁体结构 重量约达 6 千吨，

查阅国内外资料，对如此超大梁体进行支座

更换无相关任何参考文献和工程应用。通过

创新发明一套新的施工方法得以解决。

通过顶升后维修更换各类型支座，使桥

体的使用寿命大大延长，从而降低各类型桥

体的位移风险，能够更好的保证通行要求。

设计：沈阳市政集团有限公司

大型连续梁顶升更换支座施工工艺

- 068 -

设计说明

铜 奖

公司致力于打造卓越竞争力示范中心，

各装配车间精益单元建设活动意义重大，

39 厂应以 787 工区为单元构建精益单元，

应用各类管理工具努力打造一条优质、高

效、低成本运营的精益单元。787 工区目前

负责装配的产品主要包括 B777-300 翼尖、

B777-9 翼尖、B787 翼尖项目。

提升产品质量，降低各项目内检 PI 数、

客户反馈、内部审计、外部审计、质量报废、

拒收数等；目标参数在承接公司下达的指

标后应相应再降低 10%，提高产品交付质

量。

提高劳动生产率，通过物料配送、工

具配送等方式保证员工能够在 2M 的半径内

进行操作；开展高效的人员培训和标准作

业生产，通过技术创新，应用高效的装配

技术提高劳动生产率，最终目标实现人均

工时率提升 6% 以上。

通过改进创新，主要包括精益改进、

布局优化、物料定额优化、TPM 活动以及

AIW 活动等实现降本增效，各类改进创新

累计节约成本应在 6 万元以上；

班组建设管理，通过建设人员技能矩

阵、三级例会制度应用、可视化改进、绩

效管理以及文化建设，提高员工凝聚力，

实现员工满意度和职称晋升合格率均在

90% 以上。

设计：中航沈飞民用飞机有限责任公司

B787工区精益化装配单元建设

职工发明设计赛

创新工作室组

沈阳工业设计大赛

2022

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设计说明

金 奖

华晨宝马的模具自动化比较高，模具运行上使用了大量的传感器，气缸等，控制

模具的运行逻辑，减小模具的磨损，提高模具的寿命和稳定性，但是在生产过程中容

易产生一些电气路问题，极大的影响生产效率。

为了提高生产效率，尽少占用生产时间，郭迎亮创新工作室研制出新型能够模拟

仿真压机连线检查模具电气及气缸的逻辑控制，它所华晨宝马 3 条生产线上的所有模

具参数导入在内，根据模具号很方便把该模具所有参数调出来，不用看图纸，模具气

缸按预置数据连续进行逻辑动作，如果有问题会报警提示，并有报警和运行记录（供

日后查档用）。多方面的在线下模拟生产线的实际情况，使模具的运动逻辑电气的检

查必须在生产线上可以放到生产线下，降低了生产线高度的使用频率，节约了生产线

的产能，从而节约电能减少了碳排放，同时还节省了人员工时，最大的优势是使生产

线上的问题解决放到了生产线下，释放了生产的产能，而且降低了对检查人员的技能

的要求，检查问题时不看图纸，直接使用此检测箱检测，所有的运行逻辑在检测箱中，

降低了生产成本，提高了问题解决效率。

此次创新项目主要成果是针对于模具检测箱智能型优化，能够在线下实现只有在

生产中模具进行逻辑控制方式，这种控制方式是全球首创，已经申请国家专利，它不

仅能够模拟压机连线控制，还具移动方便，内部有充电电池，模具智能检测箱具有以

下功能：

模具手动检测（保持原有功能）

模具逻辑检测（模拟压机连线生产气动连续动作）

模具识别（对模具识别码检测，对新模具具有指导接线功能）

24 芯电缆检测（三种智能检测，能快速检测出哪根出现问题）

18 芯电缆检测（三种智能检测，能快速检测出哪根出现问题）

控制界面和压机上界面相似，操作简单

和压机相同的单次和连续生产模式

报警也和压机相同

快速调取模具参数（三种调取方式即：ID，识别码和模具号）

报警和运行记录（供日后查档用）

如果和编程器相联能记录每个传感器、继电器和电磁阀曲线

对于新项目模具，只需要再现有检测箱中导入新模具的数据参数，就可以实现新

模具的功能检验。

设计：华晨宝马汽车有限公司

模具电气动态检测箱

- 071 -

设计说明

银 奖

设计：中铁九局集团有限公司

2019 年以来，国内高速铁路先张法轨道板生

产流水线模式基本已固定，上线工序数量及布置

模式也都大致相同，轨道板脱模后的翻板、封锚、

成品检测工序均未实现流水线上作业。线下工位

一般根据生产车间空间大小，分散布置，作业大

多通过人工配合机械完成，自动化、智能化程度

相对较低。

为实现先张轨道板全部十四个生产工序的线

上自动化作业，形成轨道板全工序智能制造技术

的科研目标，中铁九局集团有限公司贾有权工作

室在企业 2018 年科研成果 -CRTS Ⅲ型先张法预应

力轨道板智能化生产线关键技术的基础上，对既

有流水线成果实施进一步优化设计。在轨道板生

产主环线的脱模工位设置支线端口，应用智能化

和自动化技术，设计翻板、封锚智能化工位，集

成原有的检测工位设计，形成轨道板封检自动化

作业流水线，最终实现轨道板翻板 - 顶正 - 封锚 -

成品检测工序的线上自动化传输与智能化作业。

项目设计研究期间，共申请专利 9 项，授权

专利 5 项（其中发明专利 3 项，含国际发明专利 1

项），并被列为中铁九局 2021 年科研成果 -CRTS

Ⅲ型板式无砟轨道板智能建造技术及成套装备深

化研究的重要创新点之一。该成果经中国中铁股

份有限公司专家组鉴定，技术水平国际领先，被

评为 2021 年中国铁路工程集团有限公司科学技术

特等奖、中国中铁首届实用技术创新大赛特等奖。

轨道板封检自动化作业流水线集成设计

- 072 -

设计说明

银 奖

我国首套用于铁路敞车检修，侧板截换

作业等离子自动切割设备，在中车沈阳公司

完成各项试验，使用该设备作业的车辆顺利

通过生产验收。在我国铁路敞车检修，钢结

构最复杂的侧板截换部位，使用等离子自动

切割工艺获得重大突破，标志着铁路敞车检

修向着自动化、精细化方向发展成为可能。

此款等离子自动切割设备的成功应用，

将有效提高铁路敞车的检修质量。将自动化、

精细化的生产方式融入到生产任务最繁重的

敞车钢结构检修生产中。有效提高关联岗位

的生产效率，降低能源消耗和工时浪费，使

生产方式更加精益。该生产方式将产生相关

联动，拉动所有相关工艺和质量提升。行业

推广后将产生国贸大厦的经济和社会效益。

设计：中车沈阳机车车辆有限公司

铁路敞车侧板截换等离子自动切割项目

- 073 -

设计说明

铜 奖

提出了飞机数字化在线装调检测技术研究

的总体思路与方案，提出了采用成像的方式对

飞机各项操纵机构进行数字化测量，摒弃原有

人工角度尺度数的方式，提高了测量效率与精

度。同时，针对各数据进行分析，找出问题多

发点，可以反馈上一工序进行前期控制，提高

产品质量。

国内首次实现了飞机拦阻系统装置对合姿

态调整技术和飞机拦阻系统装置收上余量检测

调试技术，实现了高精度、高效率的飞机数字

化装调检测。

通过飞机数字化在线装调检测技术研究

与 应 用， 以 多 种 型 号 飞 机 为 对 象 开 展 应 用，

能够满足飞机装调检测的需求，实现相对原

装调检测效率提高 85%~90%，减少操作人员

65%~70%，创造显著经济效益，打破了飞机数

字化装调检测技术限制封锁与设备垄断，为实

现新一代军机的多品种、高质量、低成本快速

研制提供技术和装备保障。

设计：沈阳飞机工业（集团）有限公司

飞机数字化在线装调检测技术研究与应用

- 074 -

设计说明

铜 奖

加工车间主轴箱类及滑枕类零件精加工主要

设备使用年限已达 29 年，虽经多次维修，但精度

始终不能恢复，赞扬刨台系列产品主轴箱及龙门系

列滑枕类零件主轴孔同轴度超差、端面与主轴孔垂

直度超差，主轴孔同轴度成为了加工瓶颈问题，严

重影响了整机质量。通过本项目的实施，可整体提

升车间加工效率 50% 左右，加工零件精度 的提升

可直接提升整机装配精度及稳定性，进而降低零件

反修率，提升产品主要技术参数，增强市场竞争力。

项目以提升零件加工品质为目的，以现有产品为基

础，开发专机机床产品，确定产品升级目标和参数，

研发全新整机产品，经过测试和优化，最终达到目

标。

通过本项目的实施，将有效促进国产数控卧式

铣镗床的改进升级。实现产品的加工精度和加工效

率等用户关心的核心问题将被有效改善，为用户更

急了的接受和使用国产数控机床增强信心。有利于

扭转进口数控系统在重大领域中的垄断地位，提高

国产机床的市场占有率，为掌握相关核心关键技术，

摆脱进口依赖，服务国家战略，解决卡脖子问题具

有积极的促进作用。该项目生产后可解决军工、电

力、工程机械、船舶等重点行业和部门对此类机床

的迫切需求，为国家重点建设项目和国防工业提供

强有力的技术支持。在促进装备制造业发展，替代

数控装备进口方面可做出较大的贡献。

设计：沈阳机床（集团）有限责任公司中捷友谊厂

数控卧式铣镗床换代研发

- 075 -

设计说明

铜 奖

目前颗粒物是我国北方最重要的一种空

气污染因子，提高颗粒物的监测预警能力是

十四五规划中的重点内容之一，是碳达峰、碳

中和实现的关键环节之一。这种固体颗粒物构

成的大气气溶胶，不仅集中在近地面，同时也

存在于高空气流中，传统的近地面观测和遥感

影像分析均不能监测不同高度气溶胶的分布和

传播状况，本项目设计了一种基于激光雷达技

术的智能走航观测系统，包括激光雷达本体，

激光雷达本体上设有工作结构，工作结构上设

有防护结构。安装于激光雷达本体上工作结构

使激光雷达的高度可以调节，扩大了激光雷达

的使用范围。整个装置可自由移动，既适用于

固定站点气溶胶垂直方向的监测，又适用于野

外临时站点及污染区域走航监刹。防护结构可

根据雷达的使用状况而打开或关闭，避免激光

雷达通常直接裸露在外，避免灰尘大量堆积在

激光雷达上，并且减小了激光雷达受外力冲击

的概率，提高了观测设备的安全系数，延长了

气溶胶观测设备的使用寿命。

设计：辽宁省沈阳生态环境监测中心

智能气溶胶走航观测系统

职工发明设计赛

科技型企业组

沈阳工业设计大赛

2022

- 077 -

设计说明

金 奖

喷水罩作为砂轮划片机最重要的部件之一，其

性能直接影响产品的切割品质，限制划片机的应用

领域。本款新型喷水罩通过各种切割测试和数十家

客户生产验证，以其刀片保持锐度高寿命长、刀片

冷却效果好、产品崩边小拉伸变形小等特点成功大

量应用于板材类产品加工，不断推动多领域划片机

国产化。

本款新型气缸喷水罩通过各种切割测试和数十

家客户生产验证，以其刀片悦度高寿命长、刀片冷

却效果好、产品崩边小拉伸变形小等特点成功大量

应用于 QFN、DFN、BGA 等封装板材类产品加工，

不断推动多领域划片机国产化。

换刀／剥高时气缸自动弹出，避免刮跨损坏刀

片，不需要人工拆卸喷水结构的操作；

经过镶嵌稳流结构处理的侧喷高效清洁刀刃，

使刀片始终保持锋利，延长刀片寿命，减少产品 崩

边尺寸．大幅提升产品切割品质：

小角度前后喷在刀片两侧喷淋，更集口高效冷

却刀片；

喷水罩增加辅助侧喷结构，水流由 10 个小孔

高速喷出，冲击工件后沿出水方向形成均匀的长方

形水面，能够保持切割位置附近工件表面湿润，而

且可以及时冲刷砂轮刀片切割工件产生的碎屑，防

止碎屑沉积附着到工件表面形成后期无法清洁的脏

污污染。

在微调结构上增加了更加人性化设计：前后喷

上下调节和侧喷前后调节均增加了蝶杆结构，调 节

精准且避免了由于螺钉松动导致的变形和结构脱落

风险。

设计：沈阳和研科技有限公司

一种大幅提升划片机切割品质的气缸喷水罩

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设计说明

银 奖

刀柄柔性自动化生产线，涵盖了析架机器

人、FMS 柔性制造管理系统、智能数控机床、

四轴联动夹具、储料库，浮动抓手等高端设备

或机构。

生产线整体设计从刀柄的工艺入手，分析

工件的加工工艺、节拍、工件外观特征等，设

计一种中载型双竖轴单悬臂析架自动线与一种

轻载型单竖轴单悬臂析架自动线完成工件的流

转、设计双通道重力式上料仓／积放式中转料

仓／长距离定节距料仓完成工件的存储、设计

专用夹具完成工件的自动夹持、升级智能机床

自动化配置与监测手段、集成 FMS 柔性制造管

理系统实现信息化及智能化， 完成“刀柄“工

件的全自动化加工。

综合技术指标达到了国际同类产品先进水

平，企业生产设备、工艺装备及检测手段齐全，

质量保障体系完善。

设计：沈阳机床（集团）有限责任公司

国产刀柄首条柔性自动化生产线

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设计说明

铜 奖

叠层材料所具有的优良性能使其在航空制造领域获得

了良好的应用，目前在国产 ARJ21 飞机、C919 飞机等有大

量应用，但由于各层异性，怎么保证每层的孔径和质量都满

足要求是装配领域的一项重要课题，通常现场使用是国外采

购的进口刃具，制孔流程长、成本高、消耗大、难以刃磨，

且受制于国外采购情况。本项目通过分析现有制孔工艺流

程和刃具，对比国内外相关刃具在叠层材料中制孔的优缺

点，分析出影响制孔质量的关键因素，运用重构思路设计新

刃具，并依据新刃具制定新制孔流程，做到了国产化刃具解

决航空部件高精度叠层材料制孔问题，并做到了流程的标准

化利于推广，目前已经实现了复合材料叠层的应用，在国产

ARJ21、C919 等航空部件生产中得到大量应用，节省了国外

采购成本，取得了较高的经济效益，并逐步扩大应用至难加

工的钢钛金属叠层材料制孔中，实现研究及推广目的。

设计：中航沈飞民用飞机有限责任公司

航空叠层材料精密制孔研究及其推广