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基于微服务的制造执行系统架构研究

现代制造工程 2024年第1期 45-50页

作者：史慧杰王立平王冬电子科技大学机械与电气工程学院成都611731 清华大学机械工程系北京100084

智能制造要求具备工业化的软件基础,工业软件的深入应用是加速制造业数字化转型的关键,制造执行系统(MES)在车间生产中发挥着越来越重要的作用。在未来发展中,智能制造对MES提出了模块化、组件化及平台化的需求。基于微服务的思想,首先... 详细信息

智能制造要求具备工业化的软件基础,工业软件的深入应用是加速制造业数字化转型的关键,制造执行系统(MES)在车间生产中发挥着越来越重要的作用。在未来发展中,智能制造对MES提出了模块化、组件化及平台化的需求。基于微服务的思想,首先对MES的业务功能进行微服务的划分,设计基于微服务架构的制造执行系统框架;然后提出注册中心与微服务库的绑定机制,该机制可有效应对企业业务流程的多变与动态变更;在此基础上,进一步研究如何从微服务库中选出MES所需的最优微服务与业务流程微服务,对之后基于微服务的MES开发起到参考作用。

关键词：智能制造微服务制造执行系统

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3D打印连续纤维增强树脂T型梁的弯曲性能

材料导报 2024年第7期38卷 242-248页

作者：吴思远单忠德陈恳刘丰刘晓军严春晖中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室北京100048 清华大学机械工程系北京100084 南京航空航天大学机电学院南京210016

1中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京1000482清华大学机械工程系,北京1000843南京航空航天大学机电学院,南京210016实现基梁于结熔构融的沉轻积量技化、术功的能连化续设纤计维和增制强造树。脂本3... 详细信息

1中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京1000482清华大学机械工程系,北京1000843南京航空航天大学机电学院,南京210016实现基梁于结熔构融的沉轻积量技化、术功的能连化续设纤计维和增制强造树。脂本3D工作打对印筋工高艺0为m梁m结与构5的m制m造的提T供型了梁一打种印新件的在途不径,同该打工印艺参具数有下快的速弯近曲净性成能型进、行可测设计试性实强验,等研优究势了,能打够印基于熔融沉积技术的连续纤维增强树脂3D打印工艺为梁结构的制造提供了一种新的途径,该工艺具有快速近净成型、可设计性强等优势,能够实现梁结构的轻量化、功能化设计和制造。本工作对筋高0 mm与5 mm的T型梁打印件在不同打印参数下的弯曲性能进行测试实验,研究了打印厚度分别为0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm时与打印丝束间距分别为0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm时T型梁对应的弯曲强度与模量。由于3D打印连续纤维增强树脂材料存在着复杂的破坏模式,本研究运用声发射技术对T型梁的弯曲破坏过程进行测试分析,采用主成分分析法与K-means++聚类算法对采集的过程信号进行损伤分类。结果表明,当打印层厚为0.7~0.9 mm时,随着打印层厚的增加,T型梁的弯曲强度与模量均降低。当打印丝束间距为0.6~0.8 mm时,随着打印丝束间距的增加,T型梁的弯曲强度与模量降低。在T型梁从弯曲载荷加载初始到破坏失效阶段,对应特征信号可以聚类为五类,分别对应五种破坏模式,即基体开裂、层间剥离、纤维与基体脱粘、纤维开裂及纤维断裂,分类结果能够很好地解释弯曲破坏过程。

关键词： 3D打印 T型梁弯曲性能声发射主成分分析 K-means++

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液浮粉末床激光增材制造过程温度研究

电加工与模具 2024年第4期 55-60页

作者：孙一卓张磊林峰梁啸宇清华大学机械工程系生物制造中心生物制造与快速成形技术北京市重点实验室清洁高效透平动力装备全国重点实验室先进成形制造教育部重点实验室北京100084

在激光粉末床增材制造技术中,由于激光的高功率密度和粉末床的低导热性,生产的成形件内存在由快速交变的温度梯度导致的残余应力。使用液浮技术,即用熔融的金属锡代替下层粉末,可实现降低成形件应力和细化晶粒的效果。在考虑温度相关物... 详细信息

在激光粉末床增材制造技术中,由于激光的高功率密度和粉末床的低导热性,生产的成形件内存在由快速交变的温度梯度导致的残余应力。使用液浮技术,即用熔融的金属锡代替下层粉末,可实现降低成形件应力和细化晶粒的效果。在考虑温度相关物性参数,对熔池进行简化的条件下,对有液浮情况建立瞬态介观模型,与粉末床情况下进行对比。结果表明:液浮情况下降低温度梯度,可使冷却速度加快约10%。在液浮成形件组织中发现平均尺寸5μm的晶粒,明显小于传统LPBF技术获得组织,验证了冷却速度计算结果。

关键词：液浮粉末床温度梯度冷却速度数值模拟

合成生物学表型测试生物反应器及其装备化研究进展

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合成生物学 2024年第1期5卷 16-37页

作者：郭肖杰剪兴金王立言张翀邢新会清华大学化学工程系生物化工研究所北京100084 工业生物催化教育部重点实验室北京100084 清华大学无锡应用技术研究院生物育种中心无锡214000 清华大学合成与系统生物学中心北京100084 清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程研究院深圳518055

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,... 详细信息

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,以提供大量数据用于后续的学习和迭代升级。测试阶段的通量主要依赖于细胞自身或其培养测试所使用的生物反应器及其装备,是整个DBTL流程的限速步骤。本文系统综述了合成生物学表型测试所开发的面向不同通量的生物反应器及装备,从单细胞检测和筛选及不同尺度生物反应器包括皮纳升级生物反应器、微升级生物反应器、毫升级生物反应器和升级生物反应器等,系统地介绍了各自的特点和应用场景。同时,指出了现有生物反应器及其装备的应用潜力、面临的挑战与发展趋势,为合成生物学表型测试技术研究提供重要参考。

关键词：合成生物学高通量筛选液滴微流控生物反应器微孔板微型管式生物反应器

3D肿瘤球对肿瘤浸润淋巴细胞的体外激活扩增及抗肿瘤的作用

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生物工程学报 2024年第5期40卷 1523-1535页

作者：许鑫鑫张艳梅王子萱张青李杨戴建莉高云鹤熊卓陈凛解放军医学院北京100853 中国人民解放军总医院第一医学中心普通外科医学部北京100853 清华大学机械工程系生物制造中心北京100084 北京市科学技术研究院新材料与先进制造研究所北京100089

肿瘤浸润淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocytes,TILs)介导的过继性免疫治疗已在多种实体瘤中取得良好疗效。然而,传统TILs体外扩增方法效率低,难以达到治疗级别的细胞数量和高肿瘤杀伤活性要求。为了研究3D肿瘤模型对TILs体外激活... 详细信息

肿瘤浸润淋巴细胞(tumor-infiltrating lymphocytes,TILs)介导的过继性免疫治疗已在多种实体瘤中取得良好疗效。然而,传统TILs体外扩增方法效率低,难以达到治疗级别的细胞数量和高肿瘤杀伤活性要求。为了研究3D肿瘤模型对TILs体外激活扩增及肿瘤杀伤活性的影响,为TILs体外扩增提供新策略,本研究从肺癌患者手术样本中获取TILs和原代肿瘤细胞,对比观察2D及3D培养条件下肺癌细胞系NCI-H1975及原代肺癌细胞对TILs激活扩增及抗肿瘤作用的影响;向3D培养原代肿瘤~+TILs中添加程序性死亡受体1(programmed cell death protein 1,PD-1)抗体,验证PD-1抗体对该体系中TILs浸润杀伤肿瘤细胞的影响。结果表明,相比于2D培养,3D培养的H1975肺癌细胞系可使TILs在一定时间内显著扩增,并提升TILs中CD3~+/CD8~+细胞的比例(61.6%);3D培养的原代肿瘤球也可刺激增加CD3~+/CD8~+TILs细胞的比例(45.5%,54.4%),诱导肿瘤上皮细胞的凋亡,使其存活率降至16.7%;进一步研究表明,PD-1抗体的引入促进3D原代肿瘤球共培养介导的TILs的增殖、提高CD3~+/CD8~+细胞的比例(50.9%,57.0%),并显著提高其抗肿瘤效力(肿瘤上皮细胞整体存活率降至9.36%)。综上所述,3D肿瘤球显著增强TILs细胞的体外激活增殖及抗肿瘤能力,且PD-1抗体进一步促进3D肿瘤球介导的TILs细胞增殖及其杀伤肿瘤的效力。

关键词： 3D培养肿瘤模型肿瘤浸润淋巴细胞 T细胞体外扩增程序性死亡受体1

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基于极端微生物的生物制造

合成生物学 2024年

作者：邵明威孙思勉杨时茂陈国强清华大学化工系教育部工业生物催化重点实验室清华大学生命科学学院清华大学合成与系统生物学中心

以微生物或酶为基础的生物制造，正以其绿色、环保、可持续等优势逐渐替代以化石燃料为原料的传统化工生产模式。然而，传统工业生物技术在易染菌、设备复杂、难以连续发酵等劣势。相较而言，“下一代工业生物技术（NGIB）”利用以嗜盐... 详细信息

以微生物或酶为基础的生物制造，正以其绿色、环保、可持续等优势逐渐替代以化石燃料为原料的传统化工生产模式。然而，传统工业生物技术在易染菌、设备复杂、难以连续发酵等劣势。相较而言，“下一代工业生物技术（NGIB）”利用以嗜盐菌、嗜热菌和嗜酸碱菌等极端微生物作为底盘细胞，使用廉价底物生产多种高附加值产品，具有开放、无需灭菌、连续发酵等优点。本文介绍了嗜盐菌、嗜热菌和嗜酸碱菌极端微生物的定义以及在高盐、高温极度酸碱等极端环境下快速生长的特性。随后总结了目前极端微生物的基因工程手段例如启动子工程、以CRISPR为代表的基因编辑技术、命运共同体策略、稳定质粒载体等，代谢工程手段例如增加碳源前体、敲除旁路代谢、减少副产物、提高转运等，以及极端微生物生产的多种产品例如PHA、蛋白质、氨基酸及小分子衍生物等。同时概况了目前在极端微生物底盘细胞改造过程中仍存在的问题，如缺乏多种优秀的质粒载体、质粒转化效率低、缺乏高效基因编辑技术以及其他非嗜盐菌生长发酵周期较长等，并提出了相应的解决策略。最后展望了如何充分利用不同类型极端微生物的特性生产优势产品，推动下一代工业生物技术的发展与完善，实现绿色、环保、可持续的生物制造。

关键词：极端微生物嗜盐菌下一代工业生物技术生物制造 PHB 基因工程代谢工程合成生物学无灭菌发酵非粮生物原料

嗜盐菌合成生物学为基础的新型生物制造:生物制造2.0

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科学通报 2024年

作者：李韶威何宏韬吴琼陈国强清华大学生命科学学院清华大学-北京大学生命科学联合中心清华大学合成与系统生物学中心清华大学化工系教育部工业生物催化重点实验室

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传... 详细信息

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传统生物制造的瓶颈,嗜盐菌等极端微生物近10年快速发展成为底盘细胞,成为开放无灭菌以及可以连续发酵的“下一代工业生物技术”(next generation industrial biotechnology, NGIB).嗜盐微生物是在高渗透压环境中具备正常生长能力的极端微生物,近年来,嗜盐菌的分子生物学工具种类不断增加,使得其改造和工程化发展迅速,已经完成了多种聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates, PHA)和小分子化合物的生物合成,包括形态学工程改造带来的下游产物回收的便利.基于嗜盐菌底盘细胞的“下一代工业生物技术”具有基因可编辑性、节能节水、无需灭菌、可连续发酵、设备和操作简单以及一个底盘,多种产物等优点,合成生物学武装的嗜盐菌打开了新型生物制造的一扇新窗口,必将引起生物制造的一场新的变革,我们将其命名为“生物制造2.0”.

关键词：嗜盐菌下一代工业生物技术合成生物学聚羟基脂肪酸酯聚羟基丁酸酯生物制造2.0

基于特征自适应融合和集成学习的高性能铣削刀具状态监测

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机械工程学报 2024年第1期60卷 149-158页

作者：王润琼宋清华彭业振刘战强山东大学机械工程学院济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061 山东大学国家机械工程实验教学示范中心济南250061

通过人工智能、工业大数据实时感知切削加工中的刀具状态是实现面向性能的制造的重要技术途径,也是高性能制造的关键内涵。然而,在目前的切削刀具状态监测算法中,特征提取过程多依赖于人工经验,这无疑限制了刀具状态监测技术的在高性能... 详细信息

通过人工智能、工业大数据实时感知切削加工中的刀具状态是实现面向性能的制造的重要技术途径,也是高性能制造的关键内涵。然而,在目前的切削刀具状态监测算法中,特征提取过程多依赖于人工经验,这无疑限制了刀具状态监测技术的在高性能制造中的推广应用。因此,针对高性能加工监测中的自主性和准确性要求,基于特征自适应融合和集成学习技术,提了出一种面向高性能铣削的刀具磨损监测方法。所提出的监测方法能够根据特征的表现自动为其赋予不同的权重从而实现特征的自适应融合,同时利用AdaBoost集成学习算法,在自动融合特征的同时保证了状态监测精度。薄壁件铣削实验表明,监测结果与真实磨损间的RMSE和MAE值最大为10.44,最小可达5.16。所提出的方法能够自主、准确地监测航空类薄壁件铣削加工中的刀具磨损状态,解决了高性能铣削加工刀具磨损监测中的人工经验依赖问题。

关键词：高性能制造刀具磨损监测特征融合薄壁件铣削

3D打印生物墨水在组织修复与再生医学中的应用

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中国组织工程研究 2024年第3期28卷 445-451页

作者：杨杰胡浩磊李硕岳玮徐弢李谊新乡医学院河南省新乡市453003 中国人民解放军联勤保障部队第988医院耳鼻咽喉头颈外科河南省郑州市450042 清华大学机械工程系生物制造中心北京市100084

背景:通过选用合适的生物墨水,3D打印技术可用以制造人体组织和器官的代替物,并在人体内发挥作用。近些年来3D打印技术发展迅速,在再生医学中有着巨大的应用潜力。目的:介绍3D打印用生物墨水的类型,并综述生物墨水的分类、应用、优缺点... 详细信息

背景:通过选用合适的生物墨水,3D打印技术可用以制造人体组织和器官的代替物,并在人体内发挥作用。近些年来3D打印技术发展迅速,在再生医学中有着巨大的应用潜力。目的:介绍3D打印用生物墨水的类型,并综述生物墨水的分类、应用、优缺点及未来愿景。方法:以“3D printing,Biological ink,Tissue engineering,hydrogel,Synthetic material,Cytoactive factor,3D打印、生物墨水、组织工程”为检索词,运用计算机检索2000-2022年以来发表在PubMed、CNKI数据库中的相关文献,最终纳入83篇进行综述。结果与结论:在过去的几十年里,生物3D打印技术发展迅速,在组织工程和生物医学等各个领域都受到了极大的关注。相对于传统生物支架制造方法在功能性及结构方面受到的限制,3D打印可以更好地模拟生物组织复杂的结构,并且具有合适的力学、流变学和生物学特性。生物墨水是3D打印中必不可少的一部分,通过生物材料制备的生物墨水,经打印后产生的生物支架在组织修复和再生医学等方面有着巨大的科研潜力及临床意义,其材料的研究本身也越来越受到专家们的重视。3D打印生物墨水的材料各种各样,有天然材料也有合成材料,还有一些不需要任何额外生物材料的细胞聚集体,并且各种材料在实际运用中的功效各不相同。未来会有越来越多的生物墨水被研制用于组织工程,需要通过充足的实验模拟及设备测试来对生物墨水的可打印性进行分析,从而满足实际的医用需求。

关键词：生物墨水 3D打印生物材料组织工程复合材料综述