一、机械电子工程学科发展概况

　　北方工业大学机械电子工程硕士点以机械工程的CAD/CAE/CAM技术为方向，以机电一体化技术的应用为特色，冷弯成型（Roll Forming）技术的研发和应用在国内外居于领先地位。

　　本硕士点是我校较早建立的硕士点之一，从1998年开始招生，已毕业硕士研究生30余人，在校研究生84人。是北京市重点学科。机械电子工程学科隶属于机电学院机械系，北方工业大学机电工程研究所挂靠在本学科，近年来获得北京市高校创新平台建设以及北方工业大学重点学科建设经费的大力支持，具有优良的科研条件和先进的研发设备。

　　二、机械电子工程学科研究方向

　　机械电子工程学科目前主要从事“机械工程CAD/CAM/CAE”、“变截面冷弯成型技术”、“机械系统故障诊断技术”几个方向的研究。特别在冷弯成型（Roll Forming）的CAD/CAE/CAM一体化技术方面有较强的研究力量和一定的研究特色。

　　关于柔性冷弯成型的研究工作包括四个方面：

　　1.单轴可控的变截面成型机

　　该成型机是在普通辊式成形机的基础上，在轴向加装伺服控制系统，使得一侧的辊片可以按照计算机控制指令实现轴向移动，从而可以生产单侧变宽度的加工成型。可以生产汽车中柱（A、B柱）类型的产品。

　　2.双轴联动的柔性冷弯变截面成型机

　　双轴变截面冷弯成型机的特点：

　　（1）能够实现成型后的型材沿其纵向变截面，因此，能更好的满足实际生产的要求，其冷弯成型技术运用的领域更加广泛，可用于汽车、建筑等领域的零件与构件的制作。

　　（2）是一种双轴变截面冷弯成型技术，通过在成型过程中机座的移动与转动，可实现对板材纵向变截面的成型要求，因此，采用这种技术制作的构件其变化的截面形状有着更合理的力学性能。

　　（3）由计算机控制轧辊的轨迹，变截面的参数可由程序设定；多机架成型机的联动可根据成型材料的特性和工艺确定，实现连续成型，提高了产品质量扩大了产品的加工范围，操作方便，安全可靠。

　　3.变宽度剪切机

　　为适应柔性冷弯成形变宽度剪切的要求，北方工业大学设计出一种通过两自由度机构的运动实现变截面剪切的剪切机——变宽度剪切机。

　　4.变宽度截面辊式弯曲成型的有限元仿真

　　汽车A.B柱类型的产品是小斜度变宽的产品。为探讨在小斜角下能否用轴向变形替代斜边的法向变形，以及可能产生的误差，采用MSC.MARC作了有限元的仿真。以U型截面为例，成形角分别为30°、60° 90°。轧辊模型按照设定的角度与成型速度按照一定的函数关系实现轴向位移。

　　北方工业大学的上述研究工作已经获得4项国家发明专利。

　　三、机械电子工程学科的特色及学术地位

　　在冷弯成型技术研究方面，作为中国钢协冷弯型钢协会的高校副理事长单位，北方工业大学机电工程研究所是该协会的CAD/CAE/CAM技术中心的依托单位、也是该协会北京技术服务中心的负责单位。完成的国家自然科学基金项目“共轭曲面斜轧辊型理论及制造方法的研究”和其他主要项目如：“轧辊辊型CNC技术”，“高精度复杂型面轧辊的CAD/CAM技术”、“冷弯成型CAD/CAM一体化技术”等获得部级科技进步奖。先后为北汽福田公司、中建国际北京柏利公司、武汉钢铁公司、攀枝花钢铁公司、济南铸造锻压机械研究所等在内的近百家企业解决了冷弯成型模具设计和制造中的技术难题，与许多企业建立了长期的合作关系。

　　冷弯成型科研团队负责和领导了许多工程项目，其中包括：Buick轿车防撞杠国产化冷弯生产线工艺设计及模具制造；十多条农用车及货车车厢板冷弯生产线工艺设计及模具制造；轿车B11门窗的生产线项目；铁道车辆侧梁的模具设计及制造等。与宝钢、武钢、一汽、北汽福田、凌云集团、济南铸造锻压机械研究所等国内大中型企业在Rollforming方面都有着成功的合作经历。

　　与中国冷弯型钢协会、建筑金属结构协会等多次合作，举办专题研讨班和培训班。为国内培养了大批的冷弯成型CAD设计人员。

　　在十多年的教学活动中，累计培养近百名本科生和研究生，从事冷弯成型方面的工作，为行业培养了急需的专业人才。国内本行业企业每年都希望能为他们输送专业人才。

　　四、学科的主要任务及发展目标

　　本学位点的科研目标是：在已取得相关成果的基础上（CAD/CAM一体化技术、高精度旋转模具数控加工与检测、高精度冷弯成型机组、柔性冷弯成型机组、柔性纵剪机组，冷弯成型参数检测、运动控制等），面向冷弯成型行业经济与技术发展的需要与国际冷弯成型技术发展趋势，研究突破解决冷弯成型领域技术更新与创新所需的共性技术与核心技术，进行工程化技术开发和成果转化，形成产业化的成果；在此基础上开展中试生产，生产适合国内外市场需求的系列化、多品种规格的冷弯成型产品，开发高性能冷弯成型机组，重点开发高精度冷弯成型机组、柔性冷弯成型机组、冷弯成型参数检测、冷弯成型产品标准化、冷弯成型数字仿真等；形成既有研究开发优势、又能中试生产和实行技术开放服务的我国冷弯成型工程技术中心；为制造行业提供具有竞争力的冷弯成型产品和成熟的冷弯成型技术成果，并向国内重点冷弯成型企业辐射，带动冷弯成型行业的科技进步和新产品开发，提高我国冷弯成型装备的技术水平和产品的创新水平。

　　冷弯成型工程技术开发的主要任务近期包括：

　　围绕我国冷弯成型工程中的重大工程技术问题，在引进技术和自主研究的基础上，进行工程化的研究开发，向全行业转移、推广；为企业引进、吸收国外先进技术和装备，提高产品质量水平与提供技术支撑，并不断推出新产品，开展多种形式的国际合作与交流，提升我国冷弯成型技术领域的自主创新能力。具体包括：

　　1.根据行业发展和市场需要，研究开发本行业发展中的核心和共性技术问题，并将科研成果进行工程化的研究开发，为企业提供成熟、适用与配套的工艺、技术、装备，并不断推出新产品；

　　2.接受国家和地方有关部门、企业委托的工程技术研究、试验项目和科技服务项目，并为其成果推广提供技术咨询服务；

　　3.积极开展国外引进技术的消化、吸收与创新，为企业吸收国外先进技术和装备，提高产品质量水平提供技术支撑；

　　4.通过技术（专利）入股或转让等方式与国内外企业开展冷弯成型科技成果的转化和产业化；

　　5.培养高层次、高质量的工程技术人才和管理人才，为企业和行业提供工程技术培训；

　　6.开展并参与行业技术发展规划的制定，提供本行业年度技术发展报告；

　　7.开展多种形式的国际合作与交流。

　　五、学术带头人及导师队伍介绍

　　刘继英，博士，教授，担任中国冷弯型钢协会副理事长，中国冷弯型钢协会CAD/CAM技术中心负责人，是国际管材协会亚太理事会的领导成员（International Tube Association Asia Pacific Management Board）；跨世纪学术和技术带头人，北京市青年学科带头人，北京市先进工作者，并享受政府特殊津贴。

　　景作军，1982年毕业于原北京钢铁学院机械系，1987年获原北京钢铁学院冶金机械专业硕士学位，现为北方工业大学副教授，学术研究方向：弹塑性力学与有限元。负责变截面成型的研究与设备研发。

　　张若青， 1992年毕业于哈尔滨工业大学自动控制系，2002年获北京航空航天大学工学博士学位，现为北方工业大学副教授。学术研究方向：控制理论与检测技术。承担变截面成型的检测与控制。

　　王侃， 1986年毕业于东北大学机械系，1990年获东北大学机械学硕士学位，现为北方工业大学副教授。在职攻读博士学位。学术研究方向：机械设计理论与方法。承担变截面间的设计与试验。

　　吴伯农，1983年毕业于北方工业大学，现为副教授。毕业后一直从事科研工作，获部级科技进步奖多项。从事冷弯成型装置的力学性能检测动。

　　田建君，副教授。在研科研项目：小型高精度冷弯型材自动切断装置研究 （北京市教委项目）

　　韩飞，博士，毕业于华中科技大学。曾完成国家自然科学基金项目“金属板材数控单点渐进成形关键技术的研究”，科技部科技型中小企业创新基金项目“金属板材数控无模快速成形技术及装备”，与三一起重机械有限公司合作的“高强度钢板U型细长臂成形技术研究”项目。研究方向：冷弯成型（冷弯成型）的CAD/CAE/CAM技术，材料成形过程数值模拟与工艺优化，板材数字化制造。

　　北方工业大学机电工程研究所科研团队已经获得的冷弯成型方面的经费资助：

　　

1、实验室简介
    本实验室是北方工业大学冷弯成型科研团队的实验室和实习培训基地。实验室的特色来源于科研团队十多年的科研积累。目前本实验室有如下国内几个第一：
    自行研制的高精度20架次的冷弯成型机是目前我国高校中唯一的实验机组。

图1 北方工业大学自行研制的高精度20机架冷弯成型实验机组

    首组单轴柔性辊成型试验机组是目前我国首条试验轧机，单轴柔性辊成型试验机也是目前国际上行业内属于领先水平的机组。

图2 北方工大自行研制的单轴柔性冷弯成型机

 

　　计算机控制的多轴联动的冷弯成型机（北京高校科技创新平台项目支持经费100万元）正在调试中。国内唯一的德国 data M公司的Rollforming 有限元仿真软件 COPRA FEA （价值5万欧元）。本实验室为本科生、研究生提供冷弯成型新技术新工艺的实验条件，为国内冷弯行业提供技术培训，承担国际合作研发项目。

　　2、学术交流

　　该研究方向所获得的科研成果获得了国际同行的认可，与世界著名冷弯成型CAD/CAM技术公司——德国data M公司建立了长期的合作关系，共同开发该领域的前沿技术。在从事的研究工作领域广泛参与国际合作交流。曾邀请德国data M公司总裁，现任国际管件协会（International Tube Association）主席 Albert Sedlmaier8次到访讲学。并与Albert Sedlmaier合作发表论文5篇。日本著名冷弯成形专家小奈弘教授等的技术交流已有十多年连续的合作关系。与小奈弘教授所在的拓殖大学建立了每年的互访与交流。目前已成功举办了9届工程技术交流会，编辑了9集交流论文集。承担、完成了来源于韩国工业技术研究院（Korea Institute of Industrial Technology ）的国际合作研究项目Development for forming roll in cold roll forming process for the partition part。曾经承担了为韩国公司、台湾公司的冷弯成型的技术培训工作。在国际上参与行业的重要技术会议和活动，例如组织国内企业参加杜塞尔多夫ITA会议，专业展览，日本名古屋技术会议，德国汉诺威EuroBlech展览及活动等。与International Tube Association的领导层建立了良好的互信合作关系。被连续选为ITA亚太理事会理事，参与ITA的决策活动。

　　3、学术成果

　　冷弯成型科研团队一直从事冷弯成形的工程应用及技术开发方面的工作，为国内外企业成功地开发了近200项新产品。曾获得部级科技进步2等奖2次，3等奖一次，国家发明专利4项。

　　与国内众多企业的合作中，北方工业大学机电工程研究所一般只承担关键的核心技术工艺设计、成型设计、方案参数设计、以及CAD技术培训技术咨询等企业无法承担或转移技术风险的项目。10多年来累计获得横向科研经费超过800万元。社会经济效益达数亿元。

　　北方工业大学机电工程研究所获得的与冷弯成型技术方面的成果及专利有：

　　1.高精度复杂型面轧辊的CAD/CAM技术中国有色金属总公司科技进步二等奖1995年7月

　　2.冷弯成型CAD/CAM一体化技术中国有色金属总公司科技进步二等奖 1998年7月

　　3.王 侃 景作军 张若青 刘继英 杨秀梅 变宽度剪切机 国家发明专利 200610081424.0

　　4.王 侃 景作军 张若青 刘继英 杨秀梅 调整圆盘剪切机剪刀间隙的装置及方法国家发明专利 200610081425.5

　　5.景作军 王侃 张若青 刘继英 艾正青 用于变截面冷弯成型机的调整装置及其调整方法国家发明专利 200610080886.0

　　6.景作军 王侃 张若青 刘继英 艾正青 双轴变截面冷弯成型机 国家发明专利 200610080887.5