工控摘要：本文主要介紹了北京地鐵14號(hào)線BAS系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)層次、功能實(shí)現(xiàn)，結(jié)合控制要求，分析了和利時(shí)LK系列PLC在地鐵BAS系統(tǒng)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
　　
　　關(guān)鍵詞地鐵；BAS；LKPLC；冗余；模式
　　
　　1、引言
　　
　　北京地鐵14號(hào)線全長(zhǎng)47.7公里，起于豐臺(tái)區(qū)永定河以西的張郭莊站，向東經(jīng)過(guò)豐臺(tái)北路、南二環(huán)和南三環(huán)之間，至西大望路一線向北，迄于朝陽(yáng)區(qū)來(lái)廣營(yíng)以北的善各莊站，呈L狀。全線經(jīng)過(guò)豐臺(tái)、東城、朝陽(yáng)3區(qū)，共設(shè)車站37座，除張郭莊站及園博園站是高架站外，其余均為地下車站。
　　
　　為了配合第九屆中國(guó)（北京）園林博覽會(huì)的舉辦，項(xiàng)目于2013年05月05日開通張郭莊站至西局站段（全長(zhǎng)12.4千米，共有7座車站），有利地保障了園博會(huì)在北京的順利舉辦。
　　
　　2、項(xiàng)目概況
　　
　　北京地鐵十四號(hào)線的環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱BAS系統(tǒng)）對(duì)全線所有地下車站、高架車站、車輛段、區(qū)間隧道內(nèi)設(shè)置的各種正常運(yùn)營(yíng)保障設(shè)施（包括通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、動(dòng)力照明設(shè)備、自動(dòng)電/扶梯、電保溫設(shè)備、EPS等）和事故緊急防救災(zāi)設(shè)施（防排煙系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)等）進(jìn)行全面、有效地自動(dòng)化監(jiān)控及管理，確保設(shè)備處于安全、可靠、、節(jié)能的*運(yùn)行狀態(tài)，從而提供一個(gè)舒適的乘車環(huán)境，特別是在地下車站發(fā)生火災(zāi)事故的情況下，使有關(guān)救災(zāi)設(shè)施按照設(shè)計(jì)工況及時(shí)有效地運(yùn)行，充分發(fā)揮各種設(shè)備應(yīng)有的作用，保證乘客的安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。
　　
　　37座車站的BAS均采用的是和利時(shí)LK系列的大型PLC產(chǎn)品。通過(guò)冗余以太網(wǎng)通信接口與綜合監(jiān)控系統(tǒng)連接，將信息集中上傳至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)BAS在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的深度集成。
　　
　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　BAS系統(tǒng)是基于分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
　　
　　*級(jí)：BAS的*級(jí)主要是OCC的調(diào)度工作站，由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn);
　　
　　車站級(jí)：包括車站級(jí)綜合監(jiān)控功能和車站BAS監(jiān)控功能，正常情況下，車站級(jí)監(jiān)控功能由綜合監(jiān)控
　　
　　系統(tǒng)完成。車站BAS監(jiān)控功能以車站BAS應(yīng)急操作終端、BAS維護(hù)工作站、32位LKPLC
　　
　　控制器為平臺(tái)實(shí)現(xiàn);
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)級(jí)：通過(guò)LK系列遠(yuǎn)程I/O模塊實(shí)現(xiàn)車站各就地信號(hào)的采集與控制，具體包括各類傳感器、執(zhí)行
　　
　　器、或裝置等。
　　
　　3.1*級(jí)系統(tǒng)
　　
　　綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件由和利時(shí)開發(fā)，通過(guò)冗余光纖環(huán)網(wǎng)與各個(gè)車站BAS系統(tǒng)通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制，整個(gè)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)大約在150000點(diǎn)左右。
　　
　　3.2車站級(jí)BAS系統(tǒng)
　　
　　車站級(jí)包括地下車站和高架站兩類，每個(gè)車站監(jiān)控點(diǎn)數(shù)大約在4000點(diǎn)左右，由PLC控制器、現(xiàn)場(chǎng)傳感器、維護(hù)終端等組成。
　　
　　3.2.1地下車站BAS系統(tǒng)
　　
　　由車站維護(hù)工作站、應(yīng)急操作終端、PLC、RI/O、現(xiàn)場(chǎng)總線、IBP（綜合后備盤）PLC等組成。
　　
　　車站控制室設(shè)IBP，IBP處設(shè)置PLC和應(yīng)急操作終端，IBP盤處PLC選用和利時(shí)的LK210冗余CPU，應(yīng)急操作終端選用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品觸摸屏式一體化工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)IBP盤面監(jiān)視和控制。
　　
　　車站兩端各設(shè)置一套冗余控制器PLC_A和PLC_B，選用和利時(shí)LK210CPU，LK210CPU數(shù)字量可擴(kuò)展57344點(diǎn),模擬量3584點(diǎn)，集成了4路冗余以太網(wǎng)接口，支持CPU之間數(shù)據(jù)共享，通過(guò)冗余光纖環(huán)網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)信息上傳和PLC_A與PLC_B之間關(guān)鍵數(shù)據(jù)交互，對(duì)本車站所轄區(qū)間隧道及車站的通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)、小系統(tǒng)及其水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、自動(dòng)扶梯、電梯、給排水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及管理，同時(shí)對(duì)相關(guān)設(shè)備用房和公共區(qū)的環(huán)境溫濕度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
　　
　　FAS接口通信是自定義的特殊協(xié)議，采用LK239串口通訊模塊接收FAS主機(jī)傳送的火災(zāi)報(bào)警模式號(hào)，實(shí)現(xiàn)車站BAS在火災(zāi)工況下對(duì)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制。
　　
　　區(qū)間設(shè)備房設(shè)備距離控制室非常遠(yuǎn)，通過(guò)LK233光纖通信模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展，zui遠(yuǎn)可以擴(kuò)展20KM。
　　
　　4、網(wǎng)絡(luò)層次
　　
　　BAS系統(tǒng)在車站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)可分為三級(jí)，分別為：車站級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)（即BAS級(jí)）、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。
　　
　　車站級(jí)：車站A、B端的冗余LKPLC集成冗余以太網(wǎng)接口接入車站級(jí)環(huán)網(wǎng)，無(wú)須額外配以太網(wǎng)通信模塊。為保證系統(tǒng)安全，不同專業(yè)數(shù)據(jù)有效傳輸，PLC網(wǎng)絡(luò)均分配特定的IP段，在進(jìn)入綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)需要做地址映射，LKPLC自身集成的以太網(wǎng)接口支持跨VLAN功能，可靈活應(yīng)用于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)配置中，通過(guò)三層交換機(jī)與綜合監(jiān)控通信;
　　
　　子系統(tǒng)：A端與B端通過(guò)冗余光纖環(huán)網(wǎng)通信，同時(shí)LKPLC支持多機(jī)互聯(lián)，方便實(shí)現(xiàn)A、B端數(shù)據(jù)共享，進(jìn)行有效的聯(lián)鎖控制;
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)級(jí)：由BAS系統(tǒng)負(fù)責(zé)配置。距離小于1000m采用LK232PRIFIBUS-DP總線擴(kuò)展模塊擴(kuò)展遠(yuǎn)程I/O;距離超過(guò)1km，使用LK233光纖通信模塊，zui遠(yuǎn)可以擴(kuò)展4級(jí)，每級(jí)5km，總計(jì)20km。
　　
　　5、BAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
　　
　　1.工藝參數(shù)及畫面顯示
　　
　　BAS系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類傳感器數(shù)據(jù)以及機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理，以便及時(shí)準(zhǔn)確的處理各類突發(fā)事故，信息采集量單個(gè)車站可達(dá)數(shù)千點(diǎn)。
　　
　　2.冗余功能
　　
　　LK冗余系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)CPU冗余、以太網(wǎng)冗余、總線冗余、電源冗余。每個(gè)CPU帶有冗余以太網(wǎng)口，冗余PLC控制器通過(guò)以太網(wǎng)與車站綜合監(jiān)控進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)車站機(jī)電設(shè)備的監(jiān)視與控制。
　　
　　3.模式控制
　　
　　即設(shè)備組控制，是根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求而形成，其觸發(fā)有人工觸發(fā)（HMI，IBP）和自動(dòng)觸發(fā)（FAS系統(tǒng)、時(shí)間表）兩種。BAS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本站所有模式及相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控與操作功能。正常模式的狀態(tài)分為：未啟動(dòng)、執(zhí)行中、執(zhí)行成功和執(zhí)行失敗。模式執(zhí)行時(shí)間結(jié)束后，根據(jù)該模式中設(shè)備狀態(tài)是否符合模式要求，判斷模式的執(zhí)行結(jié)果為成功或失敗。所監(jiān)視的模式分為早晚?yè)Q氣模式控制、異常模式控制、火災(zāi)模式控制、阻塞模式控制等。
　　
　　4.調(diào)節(jié)功能
　　
　　車站LKPLC能夠根據(jù)所檢測(cè)的車站環(huán)境參數(shù)自動(dòng)判斷車站所處空調(diào)季工況，根據(jù)檢測(cè)參數(shù)采用科學(xué)的算法和實(shí)用的控制策略，對(duì)空調(diào)冷水系統(tǒng)的二通調(diào)節(jié)閥、公共區(qū)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)時(shí)間的信息進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)車站大系統(tǒng)空調(diào)設(shè)備根據(jù)熱焓計(jì)算，進(jìn)行運(yùn)行模式的*化控制，從而達(dá)到節(jié)能目的。
　　
　　5.參數(shù)存儲(chǔ)
　　
　　所有系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)、所有模式控制、預(yù)制時(shí)間表控制等相關(guān)參數(shù)由操作站進(jìn)行設(shè)置，經(jīng)確認(rèn)后下載到LKPLC中，因此車站PLC能夠脫離綜合監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。
　　
　　6.與FAS的聯(lián)動(dòng)控制
　　
　　BAS系統(tǒng)與FAS系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)在所有的控制權(quán)限里優(yōu)先級(jí)別是zui高的。BAS系統(tǒng)同F(xiàn)AS系統(tǒng)的通信是通過(guò)LK239串口通信模塊進(jìn)行的，當(dāng)收到FAS報(bào)警數(shù)據(jù)后，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)（二者事先定義對(duì)應(yīng)的模式），BAS系統(tǒng)開始執(zhí)行相應(yīng)的火災(zāi)模式。此后，BAS系統(tǒng)不再接收任何操作指令，直到FAS報(bào)警信號(hào)復(fù)位。
　　
　　7.多控制點(diǎn)功能
　　
　　BAS系統(tǒng)控制權(quán)分為五級(jí)控制，就地控制箱、IBP、ISCS、BAS維護(hù)工作站、現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏。每個(gè)控制點(diǎn)的控制級(jí)別由高到低排列，每個(gè)可控制設(shè)備都有這五個(gè)控制級(jí)。
　　
　　6、系統(tǒng)特點(diǎn)
　　
　　基于LK系列PLC應(yīng)用于BAS系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：
　　
　　1.高性能
　　
　　LKCPU配置工業(yè)級(jí)（533MHz）處理器，擁有納秒級(jí)（13ns）的處理速度;
　　
　　數(shù)字量I/O可達(dá)57344點(diǎn)，模擬量I/O可達(dá)3584點(diǎn);
　　
　　遠(yuǎn)程I/Ozui遠(yuǎn)可擴(kuò)展20KM;
　　
　　程序容量可達(dá)16MB，數(shù)據(jù)容量可達(dá)64MB，掉電保持區(qū)可達(dá)1MB。
　　
　　2.高可靠性
　　
　　LKPLC是經(jīng)濟(jì)型單機(jī)架硬件冗余設(shè)計(jì)，支持電源冗余、CPU冗余、以太網(wǎng)冗余、PROFIBUS-DP總線冗余。兩個(gè)CPU之間通過(guò)高速背板總線進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，無(wú)需專門的同步模塊。每個(gè)運(yùn)算周期，主機(jī)檢測(cè)自己發(fā)生變化都要向從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，保障主從數(shù)據(jù)一致。冗余切換過(guò)程是無(wú)擾切換，切換時(shí)間<50ms，切換過(guò)程無(wú)報(bào)警或中斷的丟失;
　　
　　LKPLC具有通信故障時(shí)輸出預(yù)置功能，當(dāng)輸出模塊與CPU通信出故障時(shí)，輸出模塊會(huì)按上一個(gè)預(yù)算周期的有效值或者預(yù)先設(shè)置的安全值輸出，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行;
　　
　　提供三防（防潮、防鹽霧、防霉）模塊，適用于地鐵惡劣的環(huán)境。
　　
　　3.強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力
　　
　　LKPLC本體集成冗余以太網(wǎng)接口，具有可配置不同IP段地址、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼、靜態(tài)路由功能;
　　
　　支持跨VLAN功能，LKPLC同網(wǎng)段支持IP地址數(shù)量為89個(gè)，如果PLC使用數(shù)量超過(guò)這個(gè)數(shù)量時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)劃分不同VLAN，把不同IP地址映射到同一IP段，有效解決IP節(jié)點(diǎn)的限制，系統(tǒng)容量無(wú)限擴(kuò)展。
　　
　　4.多機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享
　　
　　通過(guò)自身集成的以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)zui多32個(gè)站數(shù)據(jù)共享;
　　
　　可配置共享數(shù)據(jù)大小，每次zui多可共享700個(gè)字;
　　
　　適合分布式控制系統(tǒng)間聯(lián)鎖控制。
　　
　　5.易用、易維護(hù)性
　　
　　模塊小型化、智能化設(shè)計(jì)，具有超限報(bào)警、超量程報(bào)警、斷線檢測(cè)、掉電檢測(cè)等自診斷功能;
　　
　　支持帶電插拔，可在不停機(jī)的狀態(tài)下更換故障模塊;
　　
　　背板上設(shè)計(jì)有防混銷，避免插錯(cuò)模塊。
　　
　　7、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　目前北京地鐵14號(hào)線西局至園博園站已順利開通，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效地保障了北京園博會(huì)的交通。
　　
　　增材制造/激光立體成形技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
　　
　　近年來(lái)，激光立體成形技術(shù)得到發(fā)達(dá)國(guó)家政府、大企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的高度重視。作為美國(guó)制造業(yè)振興計(jì)劃“WeCan，tWait”項(xiàng)目的一部分,美國(guó)政府于2013年8月高調(diào)宣布成立國(guó)家增材制造創(chuàng)新研究所，其*階段的政府和民間投資為7000萬(wàn)美元。奧巴馬總統(tǒng)強(qiáng)調(diào)這個(gè)研究所的成立是強(qiáng)化美國(guó)制造業(yè)的步驟。在空客于2006年啟動(dòng)的集成機(jī)翼計(jì)劃（IntegratedWingATVP，*階段總經(jīng)費(fèi)3400萬(wàn)英鎊）中，英國(guó)焊接研究所（TWI）承擔(dān)起落架激光成形研發(fā)工作，經(jīng)費(fèi)400萬(wàn)英鎊，TWI為此建立了兩套激光成形裝備。南非科技與工業(yè)研究院（CSIR）下屬的國(guó)家激光中心與南非航空制造公司Aerosud將合作開展Aeroswift項(xiàng)目研究。Aeroswift的目標(biāo)是，自主開發(fā)高速度、大體積的高性能金屬零件激光添加材料制造（LAM）系統(tǒng)，為航空工業(yè)制造鈦金屬材料配件，并力爭(zhēng)在未來(lái)三年內(nèi)，使Aerosud成為航空結(jié)構(gòu)材料制造領(lǐng)域的者。Aeroswift的目標(biāo)是直接加工2m×0.5m×0.5m的零件。為此，南非*已經(jīng)投入了2800萬(wàn)蘭特（約合1712萬(wàn)元人民幣），并且預(yù)計(jì)他們的LAM制造體系將在2012年底至2013年初完成組建和試驗(yàn)工作，然后開始優(yōu)化和工藝鑒定，希望從2015年開始全面生產(chǎn)。
　　
　　美國(guó)波音公司、洛克希德·馬丁公司、通用電氣航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司、Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和LosAlomos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、歐洲EADS公司、英國(guó)羅羅公司、法國(guó)SAFRAN公司、意大利AVIO公司、加拿大*、澳大利亞國(guó)家科學(xué)研究中心等大型公司和國(guó)家研究機(jī)構(gòu)都對(duì)激光立體成形技術(shù)及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用開展了大量研究工作。參與這項(xiàng)研究的世界大學(xué)更是數(shù)不勝數(shù)。
　　
　　值得注意的是，美國(guó)軍方對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展給予了相當(dāng)大的關(guān)注，在其直接支持下，美國(guó)于2000年將這一*技術(shù)實(shí)用化。應(yīng)用目標(biāo)包括*飛機(jī)承力結(jié)構(gòu)件如鈦合金支架、吊耳、框、梁等，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件如鎳基高溫合金單晶葉片，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、超音速飛行器的薄壁結(jié)構(gòu)件如導(dǎo)彈制導(dǎo)部外殼座、導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)的錸燃燒室等。2002年10月該公司獲得美國(guó)*后勤局（U.S.DefenseLogisticsAgency）出資1940萬(wàn)美元，資助AeroMet公司由單純的技術(shù)研究開發(fā)到成為軍用及民用飛機(jī)的通過(guò)認(rèn)證的、性能可靠的鈦合金結(jié)構(gòu)件激光立體成形制造供應(yīng)商的轉(zhuǎn)變。
　　
　　我國(guó)在激光立體成形技術(shù)領(lǐng)域處于*水平。西北工業(yè)大學(xué)于1995年開始在國(guó)內(nèi)提出以獲得*（相當(dāng)于鍛件）性能構(gòu)件為目標(biāo)的激光立體成形的技術(shù)構(gòu)思，并在迄今17年的時(shí)間里持續(xù)進(jìn)行了激光立體成形技術(shù)的系統(tǒng)化研究工作，形成了包括材料、工藝、裝備和應(yīng)用技術(shù)在內(nèi)的完整的技術(shù)體系。針對(duì)航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)件高性能、輕量化、整體化、精密成形技術(shù)的迫切需求，開展了鈦合金、高溫合金、超高強(qiáng)度鋼和梯度材料激光立體成形工藝研究，突破結(jié)構(gòu)件的輕質(zhì)、高剛度、高強(qiáng)度、整體化成形，應(yīng)力變形與冶金質(zhì)量控制，成形件組織性能優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。激光成形和修復(fù)了大量飛機(jī)中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，解決了飛機(jī)任務(wù)研制過(guò)程中迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題，為飛機(jī)研制與生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)保障。針對(duì)大型鈦合金構(gòu)件的激光立體成形，解決了大型構(gòu)件變形控制、幾何尺寸控制、冶金質(zhì)量控制、系統(tǒng)裝備等方面的一系列難題，并試制成功C919大飛機(jī)翼肋TC4上、下緣條構(gòu)件，該類零件尺寸達(dá)450mm×350mm×3000mm，成形后長(zhǎng)時(shí)間放置后的zui大變形量小于1mm，靜載力學(xué)性能的穩(wěn)定性優(yōu)于1%，疲勞性能也優(yōu)于同類鍛件的性能。而于*飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的激光成形修復(fù)裝備可以修復(fù)尺寸達(dá)5000mm×600mm×3000mm的零件。激光組合制造和成形修復(fù)在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)的研究和應(yīng)用還包括大型機(jī)械裝備關(guān)鍵零件的高性能快速修復(fù)和口腔金屬植入體的成形和醫(yī)學(xué)臨床研究。在激光立體成形工藝裝備建設(shè)方面取得重大突破，實(shí)現(xiàn)我國(guó)商用激光立體成形工藝裝備制造的零突破。截至2012年，西工大向航空航天領(lǐng)域內(nèi)國(guó)家大型企業(yè)和研究院所，以及GE中國(guó)研究中心提供了5臺(tái)激光立體成形與修復(fù)裝備，在領(lǐng)域內(nèi)形成較大影響力。在激光立體成形裝備方面，國(guó)內(nèi)除西工大外，目前沒(méi)有其他單位提供過(guò)商用化激光立體成形裝備。目前，西北工業(yè)大學(xué)已經(jīng)開發(fā)出了系列固定式和移動(dòng)式激光立體成形工藝裝備。針對(duì)不同應(yīng)用特點(diǎn)，分別采用CO2氣體激光器，YAG固體激光器，光纖激光器和半導(dǎo)體激光器，成形氣氛中氧含量可控制在10ppm以內(nèi)，具有熔池溫度、尺寸和沉積層高度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋控制系統(tǒng)，配備自主開發(fā)的材料送進(jìn)裝置、成形CAPP/CAM及集成控制軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)各種金屬材料，包括高活性的鈦合金、鋁合金和鋯合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的無(wú)模具、快速、近凈成形以及修復(fù)再制造。表1比較了目前上技術(shù)成熟度比較高的商業(yè)化激光立體成形裝備的主要特性?？梢钥吹?，西北工業(yè)大學(xué)所研制的LSF系列激光立體成形裝備多項(xiàng)指標(biāo)處于水平。
　　
　　成形修復(fù)是激光立體成形技術(shù)受到高度重視的發(fā)展方向。有一個(gè)十分值得關(guān)注的趨勢(shì)是成形修復(fù)技術(shù)。雖然激光立體成形技術(shù)zui初主要是作為一種致密金屬零件的高性能快速制造技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，但工業(yè)界卻越來(lái)越關(guān)注它作為一種高性能成形修復(fù)技術(shù)的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)。除了航空航天領(lǐng)域外，機(jī)械、能源、船舶等領(lǐng)域的大型裝備的高性能快速修復(fù)都對(duì)激光立體成形技術(shù)提出了迫切的需求。據(jù)報(bào)道，美國(guó)采用激光立體成形技術(shù)維護(hù)的軍事裝備資產(chǎn)達(dá)40億美元/年，其包括飛機(jī)、陸基和海基系統(tǒng)都配備了激光立體成形系統(tǒng)。以制造成本高昂的整體葉盤為例，近幾年來(lái)包括美國(guó)GE公司、美國(guó)H&RTechnology公司、Optomec公司以及德國(guó)Fraunhofer激光技術(shù)研究所在內(nèi)的多個(gè)研究機(jī)構(gòu)開展了整體葉盤的激光成形修復(fù)技術(shù)研究。2009年3月，作為美國(guó)激光修復(fù)技術(shù)商用化推進(jìn)*的Optomec公司宣稱其采用激光成形修復(fù)技術(shù)修復(fù)的T700整體葉盤通過(guò)了軍方的振動(dòng)疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)。美軍已經(jīng)在其“野戰(zhàn)零件醫(yī)院”中列裝了激光立體成形裝備，用于在靠近現(xiàn)場(chǎng)需要位置快速制造戰(zhàn)損裝備所需金屬零件。這些激光立體成形裝備已分別布置在科威特、伊拉克和阿富汗的軍事基地。
　　
　　基于激光立體成形的激光組合制造技術(shù)是重要的技術(shù)發(fā)展方向。同鍛造、鑄造和機(jī)械加工等傳統(tǒng)制造技術(shù)結(jié)合，形成激光組合制造技術(shù)，是激光立體成形技術(shù)一個(gè)十分重要的技術(shù)發(fā)展方向。沒(méi)有任何一項(xiàng)技術(shù)是十全十美，足以覆蓋任何工藝需求的，而相互結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短則是zui適當(dāng)?shù)倪x擇。激光立體成形技術(shù)的工藝靈活性和柔性化的特點(diǎn)，使得以其為基礎(chǔ)發(fā)展激光組合制造技術(shù)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。zui為重要的是，激光立體成形技術(shù)可以把異質(zhì)材料結(jié)合成一個(gè)高性能的整體構(gòu)件，這是激光組合制造的技術(shù)思路具有實(shí)用性的必要基礎(chǔ)。美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室采用激光立體成形技術(shù)開展了“FeatureAddition”（可理解為“特征結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)制造”）研究，在機(jī)械加工的盤上激光直接沉積薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電子裝置支架的激光復(fù)合制造。對(duì)于此類結(jié)構(gòu)復(fù)雜構(gòu)件，傳統(tǒng)的鑄造成形工藝存在的以下幾個(gè)主要問(wèn)題：由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造本身工藝?yán)щy；制造周期長(zhǎng)，如電子裝置支架的鑄造周期長(zhǎng)達(dá)52周；制造成本高。采用激光組合制造后該結(jié)構(gòu)件的制造周期縮短為3周，成本降低65%，同時(shí)結(jié)構(gòu)件的重量得以減輕。
　　
　　進(jìn)一步深化激光立體成形技術(shù)在材料、工藝和裝備等方面的基礎(chǔ)性研究，對(duì)于支撐激光立體成形技術(shù)的進(jìn)一步快速發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用具有重要作用。這一特點(diǎn)同激光立體成形是一個(gè)涉及到激光、機(jī)械、數(shù)控、材料的多學(xué)科交叉的新技術(shù)有關(guān)。通過(guò)整合形成一支具備上述多學(xué)科能力的高水平研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)影響激光立體成形進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題開展深入系統(tǒng)的研究，這對(duì)于激光立體成形技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
　　
　　優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域或重點(diǎn)研究方向建議
　　
　　激光立體成形的材料、工藝的基礎(chǔ)研究和工程化研究。激光立體成形是一個(gè)涉及激光、機(jī)械、數(shù)控、材料等的多學(xué)科交叉新技術(shù)，并且發(fā)展時(shí)間很短，相對(duì)于鑄、鍛、焊、粉末冶金、機(jī)械加工等傳統(tǒng)的制造技術(shù)而言，其技術(shù)成熟度還有顯著差距，需要開展系統(tǒng)深入的基礎(chǔ)研究和工程化研究工作，這是使激光立體成形技術(shù)得以在工業(yè)與科技實(shí)踐中廣泛應(yīng)用的必要基礎(chǔ)，也是使我國(guó)在這項(xiàng)占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)的新技術(shù)方面與西方發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展中保持同步以至于爭(zhēng)取所必須堅(jiān)持的。
　　
　　*裝備技術(shù)。任何*的工業(yè)技術(shù)必然以*的裝備技術(shù)作為其集中體現(xiàn)。激光立體成形裝備涉及到激光、機(jī)械、數(shù)控、工藝軟件設(shè)計(jì)、溫度與化學(xué)環(huán)境檢測(cè)與控制、成形材料特性等許多方面因素的交互作用與技術(shù)集成，需要高度專業(yè)化的團(tuán)隊(duì)與技術(shù)條件的密切協(xié)同，才能設(shè)計(jì)制造出高水平的裝備。具備高水平激光立體成形裝備設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，也是我國(guó)必須在增材制造技術(shù)領(lǐng)域必須發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
　　
　　高性能激光成形修復(fù)再制造技術(shù)。高性能激光成形修復(fù)再制造的市場(chǎng)需求可能比直接成形的市場(chǎng)需求要廣闊得多，未來(lái)的社會(huì)發(fā)展必然越來(lái)越強(qiáng)調(diào)材料、資源的高度節(jié)約與循環(huán)利用，這方面的發(fā)展需要及早規(guī)劃安排。
　　
　　激光組合制造技術(shù)。激光組合制造能夠更充分發(fā)揮增材制造技術(shù)作為信息化時(shí)代的代表性技術(shù)的特征。如果我們以激光立體成形技術(shù)為核心，結(jié)合各種傳統(tǒng)制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，回避各種技術(shù)的短處，必將迎來(lái)信息化時(shí)代制造技術(shù)的跨越式發(fā)展。