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ISSN 1009-1742 (Print)
ISSN 2096-0034 (Online)
CN 11-4421/G3
Formerly Known as Chinese Journal of Engineering Science.
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量子计算研究现状与未来发展
李晓巍, 付祥, 燕飞, 钟有鹏, 陆朝阳, 张君华, 贺煜, 尉石, 鲁大为, 辛涛, 陈济雷, 林本川, 张振生, 刘松, 陈远珍, 俞大鹏
中国工程科学    2022, 24 (4): 133-144.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.016
摘要   PDF (997KB)

量子计算乃至更为广泛的量子信息,是基于量子力学原理发展出来的概念与技术体系,涉及信息的本质及其处理。量子计算利用量子叠加、量子纠缠等资源进行信息编码和处理,已被证明在若干问题上具有相对于经典计算的极大优势,在实用化后将对信息及相关科技产生深远影响。本文概要回顾了量子计算的发展历史,如量子计算思想与概念的形成、重要理论及算法的发展以及应用情况;梳理总结了代表性的量子计算技术路线及其发展态势,如超导量子计算、分布式超导量子计算、光量子计算、囚禁离子量子计算、硅基量子计算及若干其他体系。着眼不同技术路线面临的共性问题,对我国量子计算领域未来发展提出建议:注重战略规划和布局,培养高水平研究团队,加强基础研究、核心技术、关键设备的自主研发。

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Hydrogen Energy Storage in China’s New-Type Power System: Application Value, Challenges, and Prospects
Chuanbo Xu, Jianguo Liu
中国工程科学    2022, 24 (3): 89-99.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.03.010
摘要   PDF (1258KB)

Accelerating the development of the hydrogen energy industry is crucial for realizing the carbon peaking and carbon neutralization goals and for ensuring national energy security. Hydrogen energy storage has the advantages of cross-seasonal, cross-regional, and large-scale storage, as well as quick response capabilities, which is applicable to all links of “source/grid/load” of a new-type power system. This study analyzes the advantages of hydrogen energy storage over other energy storage technologies, expounds on the demands of the new-type power system for hydrogen energy, and constructs an application value system for hydrogen energy storage in the “source/grid/load” of the new-type power system. The results show that hydrogen energy storage can satisfy the requirements of the new-type power system in terms of storage capacity and discharge time; however, gaps remain in investment cost and conversion efficiency. The hydrogen energy system lacks coordination with the power system, and the application of hydrogen energy storage to the new-type power system lacks incentive policies. Moreover, standards systems are insufficient or even absent in renewable energy hydrogen production, electric–hydrogen coupling operation control, and hydrogen fuel cell power generation. Therefore, we suggest that the electric – hydrogen storage mode with high efficiency and low cost should be primarily used at present, and the electric – hydrogen–electric mode should be auxiliary. It is imperative to give full play to the power of hydrogen, electricity, and carbon markets to promote the low-carbon and low-cost development of hydrogen energy storage; actively explore the combination of hydrogen energy transport modes at different distance scales to solve the problem of mismatched distribution of hydrogen energy resources and loads; and accelerate the development of a new standards system for the electric–hydrogen coupling industry.

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高端光学元件超精密加工技术与装备发展研究
蒋庄德, 李常胜, 孙林, 段端志, 康城玮, 陈杉杉, 林启敬, 杨树明
中国工程科学    2023, 25 (1): 131-141.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.07.003
摘要   PDF (739KB)

高端光学元件是决定高端装备性能水平的核心零件,研究高端光学元件超精密加工技术与装备发展,对于实施制造强国战略、满足高端装备产业需求具有积极意义。本文剖析了光学元件超精密加工方法与装备、高性能基础部件、超精密光学加工中的测量方法与装备等的发展情况,凝练了精度与尺寸极端化、形状与性能一体化、加工工艺复合化、加工与检测一体化、装备与工艺智能化等发展趋势。通过广泛的行业调研和研讨,从需求、目标、产品、关键技术、应用示范、支撑保障等方面着手,形成了面向2035年我国高端光学元件超精密制造技术路线图。针对性提出了优化创新体系设置、组织优势资源成立技术联盟,加大资源保障力度、布局基础研究和技术攻关计划,加强人才培育、构建梯队并扩大队伍规模,筑牢产业发展基础、培育龙头企业和专精特新“小巨人”企业等发展建议,以期促进高端光学元件加工产业提升与高质量发展。

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电子雷管起爆技术研究进展与发展建议
冷振东, 范勇, 涂书芳, 周桂松, 郭一鸣
中国工程科学    2023, 25 (1): 142-154.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.07.001
摘要   PDF (2827KB)

电子雷管提高了延期精度以及起爆网路设计的灵活性,可实现“生产-运输-储存-使用”全生命周期安全管控,成为民爆行业重点发展方向。本文从产品结构、应用场景、智能化水平、爆破设计理论、拒爆失效机理等方面着手,梳理了电子雷管起爆技术的发展现状,总结了系列化和标准化、智能化、短延时设计、大规模起爆网路等技术发展趋势;结合工程应用实践,凝练了复杂环境下拒爆现象频发、爆破应用研究脱节、产品类型单一、标准体系不健全等电子雷管起爆技术与应用问题。着眼民爆行业发展需求,提出了电子雷管起爆技术的重点研究方向:电子雷管精确延时控制爆破破岩理论,信息技术与电子雷管起爆技术融合,差异化的电子雷管产品体系,电子雷管标准体系。

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我国锅炉装备绿色低碳发展路径研究
李军, 笪耀东, 刘雪敏, 于吉明, 常勇强, 侯娜娜
中国工程科学    2022, 24 (4): 212-221.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.021
摘要   PDF (2400KB)

锅炉作为高耗能特种设备,在电力、供热、钢铁等行业及日常生活中广泛应用,是保障国民经济发展和人民生活的重要基础设施;锅炉装备能源消耗、大气污染物、碳排放量大,为此,开展锅炉装备绿色低碳转型升级,对实现碳达峰、碳中和目标具有重要的支撑意义。本文从锅炉装备节能降碳的需求出发,对电站锅炉、工业锅炉两类产品分别进行讨论,总结了我国锅炉装备的发展态势,分析了存在的问题。在此基础上,根据电站锅炉和工业锅炉装备自身特点,综合考虑生产、使用、检验检测等环节和燃料供应、使用工况、运行水平等因素,提出了电站锅炉改造升级、工业锅炉低碳转型、锅炉制造绿色发展、锅炉使用管理水平提升等锅炉装备绿色低碳发展路径,并阐述了相应的具体措施。最后,本文从加强科技创新、健全公共服务体系和完善法律法规与标准体系3个方面提出了对策建议,以期为推进锅炉装备制造业转型升级、实现锅炉装备绿色低碳发展提供参考。

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Development Strategy of Hydrogen Energy Industry in China
Wen Ling, Quansheng Li, Kai Zhang
中国工程科学    2022, 24 (3): 80-88.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.03.009
摘要   PDF (601KB)

Hydrogen energy is crucial for building a clean, low-carbon, safe, and efficient modern energy system in China. In this article, we expound on the progress of global hydrogen energy industry and summarize the development status of China’s hydrogen energy industry from the aspects of scale, characteristics, and policies. The demand for and problems of China’s hydrogen energy industry are analyzed. Our research shows that the strategic layout of China’s hydrogen energy industry has been continuously strengthened; the investment in hydrogen energy infrastructure has been gradually increased; and a regional industrial agglomeration effect has initially emerged. However, challenges remain including defective standards systems, severe industrial homogenization, incomplete industrial chain, and limited application scenarios. To promote the high-quality development of China’s hydrogen energy industry, we suggest that China should strengthen the top-level design for hydrogen industry development, establish a technical standards system for hydrogen production, storage, and use, promote the pilot demonstration and popularization of the entire hydrogen energy industry chain, and enhance hydrogen technology innovation to achieve a high level of self-reliance.

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特大城市暴雨灾害断链推演与应对方法研究
靳文波, 杨继星, 刘韶菲, 张云雷, 肖甜甜
中国工程科学    2023, 25 (1): 20-29.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.010
摘要   PDF (1894KB)

近年来我国特大城市暴雨链生灾害频发,严重威胁人民的生命财产安全和社会稳定,采取有效应对措施及时进行断链减灾至关重要。本文深入梳理暴雨链生灾害体系,研究当前内涝灾害趋势推演模型以及各类推演模拟成果在灾害链阻断过程中的重要作用,提出模拟推演与综合响应相结合的断链思路,明确各类应急主体在特大城市巨灾应对过程中的响应策略。同时,提出以“预案”“监测”“推演”“协同”“救援”为基础的特大城市暴雨链生灾害总体应对思路,针对突发灾害场景下的多部门预案协同、多维度信息汇聚、多层级精准预警、多队伍联动调度等关键问题提出了完备综合预案体系、构建监测预警网络、提升模拟推演应用、强化联合响应能力、夯实精准救援能力五方面应对方法。并在政策法规制定、标准编制、智慧化技术应用、智能预警与定向发布技术的推广、“全民应急”新格局的形成方面提出了发展建议。

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集成电路用高纯金属溅射靶材发展研究
何金江, 吕保国, 贾倩, 丁照崇, 刘书芹, 罗俊锋, 王兴权
中国工程科学    2023, 25 (1): 79-87.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.003
摘要   PDF (605KB)

高纯金属溅射靶材是集成电路用关键基础材料,对实现集成电路用靶材的全面自主可控,推动集成电路产业高质量发展具有基础性价值。本文分析了集成电路用高纯金属溅射靶材的应用需求,梳理了相应高纯金属溅射靶材的研制现状,涵盖高纯铝及铝合金、高纯铜及铜合金、高纯钛、高纯钽、高纯钴和镍铂、高纯钨及钨合金等细分类别。在凝练我国高端靶材制备关键技术及工程化方面存在问题的基础上,着眼领域2030年发展目标,提出了集成电路用高纯金属溅射靶材产业的重点发展方向:提升材料制备技术水平,攻克高性能靶材制备关键技术,把握前沿需求开发高端新材料,提升材料分析检测和应用评价能力。研究建议,开展“产学研用”体系建设,解决关键设备国产化问题,加强人才队伍建设力度,掌握自主知识产权体系,拓展国际合作交流,以此提升高纯金属溅射靶材的发展质量和水平。

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复合材料构件设计理论及仿真研究进展
陶然, 贺春旺, 罗俊荣, 毛贻齐, 马连华
中国工程科学    2023, 25 (1): 121-130.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.07.008
摘要   PDF (1353KB)

复合材料构件设计及仿真是复合材料性能与应用研究的重要组成部分,在复合材料产业国际竞争中发挥着关键作用;我国在此领域的系统性研究起步较晚,理论水平滞后、自主标准受制、仿真软件基础薄弱、设计与制造分离等诸多风险共存,相比支撑复合材料构件在重要装备上大规模、高水平应用的长远目标差距明显。本文针对复合材料构件在重要装备应用方面的难题与挑战,剖析了复合材料构件设计理论及仿真的共性需求,梳理了国内外发展现状与主要趋势,提出了我国复合材料构件设计理论及仿真的重点方向:极端和多场环境下复合材料构件的设计理论、复合材料构件动力学分析与设计理论、数据驱动的复合材料构件仿真方法、复合材料构件强度与寿命仿真评价方法。为此建议,开展面向装备工程应用的复合材料构件多场多尺度设计技术、动载荷下的复合材料构件性能设计技术、数据驱动的复合材料构件设计与仿真技术、复合材料构件强度与寿命仿真软件平台等研究,全面提升我国复合材料构件的设计及工程应用水平。

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重大基础设施非核强电磁脉冲威胁与防护策略研究
吴琦, 刘元安, 闻映红, 赵明敏, 王卫民, 张金宝, 苏东林
中国工程科学    2022, 24 (4): 249-258.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.022
摘要   PDF (4077KB)

国家现代化建设和运行高度依赖重大基础设施,相应安全问题成为国家安全的核心要素之一;非核强电磁脉冲源生成技术逐步成熟并朝着普及化、隐蔽化方向发展,已成为重大基础设施的现实威胁类别。重大基础设施的电磁安全保障研究成为我国面临的紧迫性、战略性任务。本文以重大基础设施的非核强电磁脉冲威胁为研究对象,明确了概念内涵并凝练了重大需求,梳理了先发国家在本领域所发布的国家政策、产业标准、基础研究、应急管理等举措;阐述了防护关键技术体系,包括正向设计、等效试验评估、威胁监测与预警等方面。在剖析我国重大基础设施的非核强电磁脉冲防护现状及存在问题的基础上,提出了强化政府领导、组织科研攻关、制定标准规范、激发企业活力、分类分阶段实施防护加固、促进人才培育、加强公众培训等方面的基本策略。相关研究可为我国非核强电磁脉冲防护领域建设与发展、提升国家应对新型安全威胁能力提供基础参考。

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我国老年智慧康养平台建设路径研究
侯汉坡, 位鹤, 王颍超, 于今, 邱贵兴
中国工程科学    2022, 24 (2): 170-178.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.02.023
摘要   PDF (607KB)

我国正处于老年人口数量较多、老龄化速度加快、应对人口老龄化任务繁重的阶段,利用现代化技术建立老年智慧康养平台是解决我国养老问题的有效途径。本文阐述了建设老年智慧康养平台的背景以及相关概念与发展现状,以杭州市西湖区老年智慧康养平台为案例,深入分析了老年智慧康养平台的建设模型与发展面临的问题,进而总结了我国老年智慧康养平台的共性特征。研究提出了我国老年智慧康养平台的建设路径:以科技手段助力实现健康中国为建设目标,以全国康养信息和数据的互联互通为建设基础,构建“社区嵌入型”智慧康养服务综合体来调动服务资源,开展远程健康数据监测和健康管理来强化信息支撑,发挥地域优势并促进本土康养产业升级。为此建议,推动康养产业及科技转化,健全老年人精神需求保障机制,完善老年人能力评估体系,构建智慧康养标准体系,协调城乡智慧康养产业发展。

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城市地下空间恢复韧性发展策略研究
路德春, 廖英泽, 曾娇, 江媛, 王国盛, 秦博宇, 杜修力
中国工程科学    2023, 25 (1): 38-44.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.013
摘要   PDF (515KB)

防灾减灾理念及其运用在城市地下空间发展过程中发挥了一定的安全保障作用,但在自然风险和工程安全风险交织的背景下,无法全面满足城市地下空间未来发展需求;转向以“适灾”为导向的韧性防灾减灾理念,重视城市地下空间的灾后恢复韧性,成为未来发展亟需。本文分析了恢复韧性的内涵和影响因素,从工程、非工程角度阐述了国内外恢复韧性相关研究;重点从结构体系、评价方法、管理机制、空间规划、应急预案等方面,剖析了我国城市地下空间韧性发展现状。研究提出了“三阶段+评价体系”的城市地下空间恢复韧性发展策略,将灾后恢复过程划分为应急救援、恢复重建、规划适应三阶段,分别给出各阶段的恢复目标并为城市地下空间恢复韧性评价体系建设提供依据。研究建议,健全城市地下空间管理规章与应急预案,提高城市地下空间韧性规划水平,推动城市地下空间管理智能化,以促进城市地下空间恢复过程的有序与高效。

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我国先进铜基材料发展战略研究
米绪军, 娄花芬, 解浩峰, 莫永达, 张文婧, 向朝建
中国工程科学    2023, 25 (1): 96-103.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.006
摘要   PDF (646KB)

铜及铜基材料以其优异的力学、功能和工艺综合性能而广泛应用于电力电子、汽车、机械制造以及航空、航天、通信、集成电路等高技术制造领域。我国是世界上最大的铜材生产国和消费国,广阔的应用市场使先进铜基材料拥有良好发展前景。本文在综述铜加工行业宏观环境和发展概况的基础上,分析了我国铜基材料发展取得的成绩和不足,深层次剖析了我国铜加工产业“大而不强”的原因,重点梳理了我国高强导电铜合金材料、高性能电子铜箔、耐蚀铜合金、耐磨铜合金、铜基热管理材料、特殊用途铜材和新能源用铜材的发展现状、存在问题及未来发展趋势。面向重大应用需求布局前沿方向,推动我国先进铜基材料的进一步发展,研究提出了形成有效的“产学研用”互动机制,建立国家铜基材料产业和技术发展协调平台等发展建议。

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Industrial Development of Hydrogen Blending in Natural Gas Pipelines in China
Bing Zhong, Xuexiu Zhang, Bo Zhang, Suping Peng
中国工程科学    2022, 24 (3): 100-107.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.03.011
摘要   PDF (527KB)

The development of hydrogen industry is crucial for realizing the green and low-carbon transformation of terminal energy consumption. The efficiency of hydrogen transportation is key to the development of hydrogen industry. Blending hydrogen in natural gas pipelines can improve the scale and efficiency of hydrogen distribution in a short period of time, and it provides a solution for expanding the scale of hydrogen application. Based on defining the industrial chain of hydrogen blending in natural gas pipelines, the paper discusses the values of developing the blending industry in terms of promoting the hydrogen industry, resolving renewable energy consumption, ensuring energy supply security, realizing the deep carbon reduction of terminal energy consumption, and encouraging energy technology innovation. Moreover, the paper summarizes the international progress and domestic current status of the blending industry. It unravels key issues regarding the hydrogen blending proportion, adaptability of pipes and terminal equipment, and their safety use and technical economy. Furthermore, we propose the following suggestions: (1) strengthening the top-level design, (2) building a standards system for safety supervision as well as technology and operation management of hydrogen blending in natural gas pipelines, (3) actively deploying demonstration projects through multi-participation, and (4) exploring diversified application scenarios and business models, thereby cultivating a sustainable industrial ecosystem to steadily promote the scaled development of the industry.

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航空发动机关键核心技术攻关的组织策略研究
冯南平, 向巧, 沈荣骏, 杨善林, 常文庆, 阮芙蓉
中国工程科学    2022, 24 (4): 222-229.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.019
摘要   PDF (1502KB)

尽快突破航空发动机产业的关键核心技术是保障国家战略安全的迫切需求,创新力量的有效组织成为关键核心技术攻关实践中亟待解决的瓶颈问题。本文梳理了我国航空发动机科研生产体系中的创新主体构成现状,剖析了实施协同创新面临的迫切问题;进一步阐明了航空发动机关键核心技术攻关过程中各主体的角色定位,涵盖政府、军队、中国航发、专业化维修企业、上/下游企业、高校和科研院所等。研究认为,统筹安排并科学布局关键核心技术攻关工作、设计相应制度与机制以引导激励各类主体主动对接国家战略、重视需求侧对技术发展的牵引作用、由领军企业主导构建一批面向用户需求与产品问题的创新联合体、以重大项目为载体构建创新生态系统,由此高效组织各类主体协同攻关航空发动机关键核心技术。

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三峡-葛洲坝梯级枢纽通航二十年创新发展与实践
齐俊麟, 陈冬元, 李然
中国工程科学    2023, 25 (1): 155-166.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.07.006
摘要   PDF (962KB)

面对三峡-葛洲坝梯级枢纽通航设计能力逐渐饱和、过坝货运量快速增长的新形势与新常态,积极利用现代信息技术提升通航能力成为当前三峡高质量通航发展的必然选择。本文旨在阐述三峡-葛洲坝梯级枢纽高质量通航的技术体系构建及其工程应用,按照现状分析、技术体系构建、实施成效、存在瓶颈、后续发展措施的总脉络展开研究。在梳理国内外发展现状的基础上,研判了影响三峡高质量通航的主要因素在于通航装备、交通组织、安全保障、环境整治、绿色养护,构建了三峡-葛洲坝梯级枢纽高质量通航的技术体系。立足三峡-葛洲坝梯级枢纽通航20年发展实践,凝练了智能运营、通航组织、安全保障、航道能力、绿色通航等梯级枢纽通航成果;针对高质量通航发展的主要瓶颈,提出了三峡-葛洲坝梯级枢纽智慧绿色通航的中长期发展建议。三峡-葛洲坝梯级枢纽智能化运行及其效率提升,可为内河大型梯级枢纽通航建设提供技术借鉴与管理启示。

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我国航空铝合金产业发展战略研究
熊柏青, 闫宏伟, 张永安, 李志辉, 李锡武
中国工程科学    2023, 25 (1): 88-95.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.005
摘要   PDF (564KB)

航空铝合金作为航空器机体结构中最重要的结构材料之一,是我国国防科技工业发展、现代化经济体系建设、深入实施制造强国战略的重要物质基础。当前国际上已发展形成高强高韧铝合金、高比强/高比模铝合金、含钪高性能铝合金等三类主要航空铝合金体系,新一代高性能合金研究、高灵活度制备加工以及数据驱动的高效合金设计是主要的发展趋势。当前我国航空铝合金产业与国际发达国家总体“并跑”、部分“跟跑”,特别是在日趋复杂的国际国内宏观形势下,发展机遇与挑战并存,自主创新能力难以支撑航空铝合金材料创新引领、部分品种材料及装备“卡脖子”问题突出、产品国际市场竞争力不足、测试和应用数据积累及过程管控等基础体系能力短板尚存等问题更为突出。需从航空铝合金材料竞争力提升、新材料研发先行、高效上下游合作研发、新材料应用推广、材料指标和应用指标评价体系建立等方面发力,提升我国航空铝合金产业创新发展水平。

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我国轻工产业高质量发展的内涵与实现途径
石碧, 陈克复, 王琪, 陈坚, 曾运航, 王斌, 刘渊, 刘延峰
中国工程科学    2023, 25 (1): 167-177.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.07.007
摘要   PDF (628KB)

轻工产业在我国经济社会发展中起着重要作用,其高质量发展对推动经济社会转型、改善居民生活品质、加快形成国内国际双循环相互促进的新发展格局具有积极意义。本文分析了我国轻工产业的基本发展格局、转型升级过程中存在的主要问题,提炼了绿色制造、高端制造、智能制造、产业集群等轻工产业发展的共性战略方向;围绕造纸行业、皮革行业、塑料加工行业、发酵行业等重点轻工产业类别,分别凝练了高质量发展亟待破解的关键工程科技问题,并对关键装备、关键元器件、关键原材料及助剂、关键菌种、关键过程技术等进行了阐释。研究建议,以创新平台建设促进科技进步,完善相关的产业政策,改善产业发展环境,培养人才队伍,从而推动轻工产业高质量发展、增强轻工产业的优势地位与国际竞争力。

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我国智慧法院体系工程的模式框架和创新实践
许建峰, 孙福辉, 陈奇伟, 王赢飞, 于佳, 刘振宇
中国工程科学    2022, 24 (4): 105-120.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.005
摘要   PDF (14703KB)

智慧法院体系作为大规模复杂信息系统,其开发工作是世界性工程难题;本文旨在从方法论视角出发,阐述中国智慧法院体系工程的理论构建与工程应用。论述了体系工程的概念和关键任务需求,分析了智慧法院体系工程面临的技术难点,提出了针对大规模自治信息系统的“双轨并行、六环联动”渐进式协同体系工程模式框架;基于通用信息模型、信息度量、信息系统动力构型等理论,构建了信息系统体系的关键评判指标;针对体系设计需求,引入基于信息关系的体系设计工具方法,获得了智慧法院体系参考模型,作为智慧法院系统研发与体系集成的顶层参照;相对全面地展示了我国智慧法院体系工程中的自治系统研发、骨干系统研发推广、协同体系集成等实体建设内容。在全国范围推广应用智慧法院信息系统体系,保障了人民法院司法业务模式的升级与重塑;基于关键评判指标开展的持续质效分析及针对性改进,进一步完善了相应的体系能力,为信息时代的司法文明建设提供了关键支撑。

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面向2035年复合材料构件精确制造发展战略研究
单忠德, 宋文哲, 范聪泽, 汪俊
中国工程科学    2023, 25 (1): 113-120.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.07.002
摘要   PDF (826KB)

先进复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性好等优点,广泛应用于航空航天、轨道交通等领域的装备制造,是工业发达国家战略必争资源;保障和提升先进复合材料的供给能力,突破大型复杂复合材料构件的设计成形、加工装配、检测修复等精确制造技术,对支撑制造强国建设具有重要价值。本文总结了国内外复合材料构件精确制造技术的发展现状及趋势,从高精密数控缠绕、复合材料自动铺放、复合材料预制体成形、纤维复合材料增材制造、高性能碳纤维生产等方面梳理了复合材料构件精确制造的关键技术与装备;结合基本态势研判了制约复合材料制造技术水平提升的“卡脖子”环节,提出了我国复合材料构件制造技术与装备的发展思路与分阶段发展目标。研究建议,组织建设国家级创新机构,设立国家重大专项支持,加强学科建设和人才培养,加强国际技术交流与合作,着力推动重大科学创新和关键技术突破,为国家重大工程和装备应用提供高质量科技支撑。

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新时期我国工业软件产业发展路径研究
邵珠峰, 赵云, 王晨, 冯希光, 王建民, 熊虹婷
中国工程科学    2022, 24 (2): 86-95.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.02.010
摘要   PDF (643KB)

工业软件产业是制造业高质量发展的重要支撑,在新时期制造强国战略背景下,工业软件成为优化制造与管理流程、变革生产方式与生产关系、提升全要素生产率、促进先进工业技术转化及溢出的直接动力。我国正在构建自主可控、安全高效的现代产业体系,在挑战原有“技术–生产–市场”分工模式的同时,也为工业软件产业发展创造了重要机遇。本文从当前国际市场格局出发,分类解析了工业软件产品的基本特征与市场份额情况,剖析了我国工业软件产业发展的不足与问题,归纳了工业软件产业的平台化、开源化两大新发展趋势;据此提出补短强基、追赶突破、卓越引领3条发展路径,以期针对性补强产业不足、切实提升产业水平。研究建议,优化组织模式,发挥工业企业的主体带动作用;细化政策对象,分层次推进工业软件关键技术突破;扩大应用市场,促进工业软件产品创新;挖掘人才潜能,多渠道支持工业软件人才培养。

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有色金属工业智能模型库构建方法及应用
阳春华, 刘一顺, 黄科科, 孙备, 李勇刚, 陈晓方, 桂卫华
中国工程科学    2022, 24 (4): 188-201.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.013
摘要   PDF (38242KB)

有色金属工业是我国实体经济的重要基础,在国民经济和国防建设中占有关键地位。工业软件作为有色金属工业高质量发展的核心要素之一,与深入实施国家软件发展战略相关联。本文针对有色金属工业因知识模型缺失而极大限制行业工业软件发展的迫切问题,提出了有色金属工业智能模型库构建方法。从元模型驱动工程出发,定义了有色冶金元模型及其属性特点,提出了基于MODELING架构的元建模方法;设计了基于工业互联网的有色金属智能模型库总体架构、多语言融合的模型集成敏捷开发环境、多场景黑盒复用的元模型封装体系,构建了基于“五层两维”分类标准、领域知识图谱的元模型全生命周期管理平台。立足有色冶金工艺机理、操作经验、智能方法等方面的长期积淀,开发了有色金属工业智能模型库。通过两个有色冶金典型场景的应用案例,展示了有色金属智能模型库在工程应用中对提升智能化水平发挥的良好作用。有色金属工业智能模型库为行业工业软件的发展提供了核心知识支撑,将在提升有色金属工业智能制造水平、加快有色金属强国建设进程方面起到基础支撑作用。

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智慧韧性城市建设框架体系及路径研究
徐雪松, 闫月, 陈晓红, 刘星宝, 粟芸, 唐加乐, 彭建军
中国工程科学    2023, 25 (1): 10-19.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.05.027
摘要   PDF (5750KB)

在极端天气、突发事件频发的背景下,加强韧性城市和智慧城市融合建设,将全面提升城市抵抗力和恢复力,促进城市管理的现代化、数字化、规范化、可持续。智慧韧性城市指融合智慧城市建设中的新一代信息技术、调度系统,据此强化城市应对突发重大事件的全周期韧性能力。本文阐述了智慧韧性城市的内涵与发展价值,分析了开展智慧韧性城市建设面临的挑战;提出了智慧韧性城市建设的框架、生态、路径、评估指标,相对全面地阐明了领域发展要素及模式。研究建议,合理增加公共财政投入、提升基础设施建设水平,建立健全应急法律法规、完善社会治理体系,注重智能信息技术建设、追求科技赋能发展,发挥政府统筹作用、推进多元协作共治,以此驱动智慧韧性城市建设、支撑城市高质量发展。

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“互联网+”现代种业发展战略研究
马晨, 李瑾, 赵春江, 冯献, 范贝贝, 郭美荣, 曹冰雪
中国工程科学    2022, 24 (4): 44-52.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.004
摘要   PDF (952KB)

种业是农业的“芯片”,种业现代化是农业现代化的重要标志,“互联网+”现代种业不仅是现代农业的重要应用场景,也是种业科技创新的集中体现。本文基于对“互联网+”现代种业的概念界定与主要特点的阐述,结合实地考察与专家咨询,具体分析了面向政府部门、科研单位、繁种基地等不同主体的应用场景的特点、支撑技术、典型应用,深度分析了当前我国“互联网+”现代种业在基础设施、数据共享、关键技术、商业化体系等方面的瓶颈与需求,并据此提出了我国“互联网+”现代种业的发展战略、技术路线图和重大示范工程建议,为现代种业发展提供科学参考。研究认为,现阶段迫切需要加快种质资源大数据平台建设工程、“互联网+”现代种业基地新基建示范工程、“互联网+”现代种业数据共享平台建设工程和种业大数据智能服务工程等重大应用示范工程,推动种业智能装备研发制造产业、商业化育种软件产业的发展,全面推进现代种业的智能化发展。

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我国半导体硅片发展现状与展望
张果虎, 肖清华, 马飞
中国工程科学    2023, 25 (1): 68-78.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.002
摘要   PDF (855KB)

硅片是半导体关键的基础材料,我国半导体硅片对外依存度较高,增强硅片的自主保障能力,对提升我国半导体产业整体水平至关重要。本文重点围绕市场主流的8 in、12 in硅片,分析了全球半导体硅片的技术和产业发展现状,研判了全球半导体硅片产业未来的发展趋势,重点分析了我国半导体硅片的发展现状,指出我国半导体硅片在当前市场需求、宏观政策、配套能力、研发投入等利好因素下迎来难得的发展机遇,同时提出我国半导体硅片产业发展面临挑战,在此基础上,从进一步加强顶层设计和宏观规划、强化政策落实和政策持续性、协调支持产业链协同发展、布局研发集成电路先进制程用半导体硅片等方面提出对策建议,以期为推动我国半导体硅片向更高质量发展提供参考。

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Development Strategy for Solid Oxide Fuel Cell Industry in China
Liang Hu, Zhibin Yang, Xingyu Xiong, Ze Lei, Ben Ge, Bo Zhang, Suping Peng
中国工程科学    2022, 24 (3): 118-126.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.03.013
摘要   PDF (822KB)

Solid oxide fuel cell (SOFC) has the advantages of high power generation efficiency, excellent fuel adaptability, high-temperature waste heat recovery and so on. It is the most cutting-edge fuel cell technology and has promising application prospects in fields such as large-scale power generation, distributed power generation, combined heat and power generation, transportation, and energy storage. The SOFC technology uses hydrogen and carbon-based fuels and thus can help promote the supply-side reform of China’s energy sector, promote energy technology revolution, and lay a technological foundation for realizing carbon peak and carbon neutralization. This study analyzed the current status of SOFC industry in China and abroad, and discussed the challenges, development ideas, and key tasks for developing the SOFC industry of China. Specifically, China needs to improve its institutional system and the top-level design for SOFC technology and industry development, strengthen fiscal, taxation, and financial support for the industry, and encourage independent technological innovation. Moreover, it is imperative to improve the standards system to form technical standards with independent intellectual property rights, strengthen personnel training, and deepen international exchanges and cooperation. This study is expected to provide guidance for the large-scale and commercial development of China’s SOFC industry in the future.

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农机装备制造业服务型制造模式研究
罗建强, 张弛
中国工程科学    2023, 25 (1): 178-186.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.016
摘要   PDF (908KB)

农机装备制造业是确保粮食安全、助推农业现代化的重要基础。我国农机装备制造业服务型制造处于萌芽探索阶段,服务化水平落后于国际先进水平,难以满足当前农业生产、未来产业高质量发展的需要。本文基于我国农机装备制造业当前的发展现状,深度分析3家全球知名的农机装备制造企业服务化转型案例及经验,在此基础上归纳提炼了适用于我国国情的农机装备制造业服务型制造的3类模式。研究发现,农机装备制造业服务型制造模式实现具有较强的情境依赖性,服务能力是面向对象与面向组织的集成体,农机装备制造业服务型制造模式具有较强的收敛性。为此建议,加强农机装备制造产业内外合作,整合国际优势资源;培养专业农机服务队伍,塑造错位竞争优势;聚焦我国农事难题,开展技术与服务双创新。

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地下空间支撑下的城市轨道交通和能源系统融合发展研究
秦博宇, 王宏振, 王召健, 熊自明, 赵金龙, 卢浩, 王明洋
中国工程科学    2023, 25 (1): 45-59.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2023.01.014
摘要   PDF (985KB)

城市因人口、经济活动高度集中而产生极大的能源消耗量,也是各类风险高度集聚的重点区域;能源和交通作为城市碳减排的重点领域、城市“生命线”工程的重要组成部分,进行融合发展对于城市绿色低碳、安全韧性建设具有重要价值。本文梳理了城市轨道交通与能源领域的低碳韧性发展现状,涵盖城市轨道交通低碳发展、城市轨道交通与能源系统韧性评估及提升、储能系统安全防控及风险评估三方面;提出了地下空间支撑下的城市轨道交通多能源融合系统构想,阐述了常态时期、极端条件下相应系统的运行模式;从环境、经济、社会角度分析了城市轨道交通多能源融合系统的潜在效益,展望了构想系统的未来研究方向与可能的解决思路。研究建议,完善城市轨道交通多能源融合系统政策机制,推进多部门协同治理;构建城市轨道交通多能源融合系统科技创新体系,助力实现城市轨道交通低碳、安全、高效运行;推动城市电网和轨道交通协同管理体系建设,增强城市“生命线”工程韧性治理能力。

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绿色高能效数据中心散热冷却技术研究现状及发展趋势
陈心拓, 周黎旸, 张程宾, 王树华, 张亮亮, 陈建峰
中国工程科学    2022, 24 (4): 94-104.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.010
摘要   PDF (2380KB)

数据中心是我国的重要基础设施之一,行业规模不断扩大,市场收入逐年增加,用电量与日俱增。我国当前投入运行的数据中心中,散热冷却系统以风冷为主,能量利用率低,节能潜力大,发展新型绿色高能效数据中心散热冷却技术势在必行。散热冷却技术需解决两个问题,一是设备发热量增加,散热冷却系统制冷能力需相应提高来实现产热与移热速率匹配;二是能源利用效率偏低,需发展具有工业应用前景的绿色高能效散热冷却技术。本文简要概述了数据中心散热冷却方式的发展现状,将散热冷却技术分为空调制冷、新风制冷、间接液冷、直接单相液冷、直接两相液冷五类;分析了散热冷却技术的发展趋势,新型绿色高能效数据中心应注重散热冷却系统效率提升、冷热流体通道优化、新型液冷材料应用、热回收系统推广等;根据“双碳”及“新基建”等国家发展战略,从优化顶层设计、突破关键技术、制定科学标准、完善产业布局、注重能源结构等方面为实现数据中心产业平稳有序发展提出了合理化建议。

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量子密码协议研究现状与未来发展
张雪, 高飞, 秦素娟, 张平
中国工程科学    2022, 24 (4): 145-155.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2022.04.015
摘要   PDF (4023KB)

量子计算具有并行计算能力,在解决某些特定问题上展现出超越经典计算的能力;一旦大型量子计算机研制成功,基于计算复杂性假设的经典密码算法和协议,其安全性将受到严重挑战。量子密码是一种新型密码体制,相应安全性基于量子力学原理,因能对抗量子计算的攻击而受到广泛关注。本文聚焦量子密码近40年的发展历程,梳理了量子密钥分配、量子安全直接通信、量子秘密共享、量子身份认证、量子两方安全计算、量子保密查询等量子密码协议的研究进展和发展趋势,凝练发展过程中面临的技术与应用问题。分析表明,当前量子密码协议研究处于“量子密钥分配协议遥遥领先、其他协议有待突破”的不平衡状态,也是“其他协议难以突破”的瓶颈状态。着眼未来应用,针对数字签名、两方安全计算问题的实用化量子协议是亟需解决的核心问题。为此建议,量子密码与后量子密码研究应同步开展,加强“量子科技”“密码学”学科的交叉研究和人才培养,优化对相关基础研究的考核评价机制。

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