【正文】 工的技術關鍵 , 使復雜零件加工精度達到 1~2微米； ? 構建先進制造過程的多尺度多學科模擬仿真平臺，多源多工序加工質(zhì)量控制與執(zhí)行過程決策平臺，實現(xiàn)零部件的高效制造與性能定量預測。 本項目研究過程中，擬發(fā)表 SCI 收錄的論文 200 篇以上，其中國際著名刊物論文 100 篇以上，獲得專利 20～ 30項；形成具有重要國際影響的數(shù)字化制造研究隊伍，爭取 1個國家創(chuàng)新團隊；涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀中青年人才，包括站在國際前沿的學術帶頭人 1～ 2人，國家杰出青年基金獲得者 2～ 3人；培養(yǎng)博士生、碩士生 150人。 三、研究方案 （ 1）學術思路 如圖 1所示，結合國家對制造技術的重大需求和科技發(fā)展趨勢，圍繞三個關鍵科學問題開展多學科交叉基礎研究，在數(shù)字化制造的共性基礎理論和關鍵技術上取得突破，為重大裝備關鍵零部件數(shù)字化制造提供理論基礎和技術平臺。 圖 1 項目整體學術思路 （ 2）技術途徑 本研究的技術路線是：針對國家制造業(yè)的重大需求，從重大基礎裝備（高端數(shù)控機床和巨型模鍛裝備等）和高性能機械構件制造的關鍵技術中提煉出共性科學問題，分別從制造裝備、制造過程和制造系統(tǒng)三方面進行研究。理論研究、技術開發(fā)和應用 示范相結合，建立數(shù)字化制造理論基礎和關鍵技術平臺。 在制造裝備研究方面，研究物理場復合作用（包括溫度場、應力場 /應變場、電磁場等）對裝備性能的綜合影響規(guī)律，分析高速加工中的非線性、時變載荷等因素對加工精度和效率的影響；在制造過程研究方面，通過數(shù)字化建模、仿真、優(yōu)化與實驗驗證相結合的途徑，實現(xiàn)制造質(zhì)量的預測和控制；在制造系統(tǒng)研究方面，綜合應用現(xiàn)代信息處理技術研究多源信息的作用規(guī)律，揭示多工序加工工況、裝備群服役性能與工件質(zhì)量特征信息間的關聯(lián)關系， 建立復雜信息環(huán)境下的制造執(zhí)行過程決策理論， 實現(xiàn)高效數(shù)字化制造。 （ 3）特色與創(chuàng)新 建立數(shù)字制造的基礎理論體系，使制造從部分定量、部分經(jīng)驗、定性化逐步轉向全面數(shù)字定量化，實現(xiàn)基于科學的制造，并在關鍵技術上取得源頭創(chuàng)新成果。 a) 基于科學的制造 ：數(shù)字化制造將依靠經(jīng)驗的制造轉變?yōu)榛诳茖W的制造。本項目將在多學科綜合與交叉的基礎上，建立數(shù)字化制造的理論基礎，促進制造科學的發(fā)展。 b) 制造技術的突破 ： (1)提供能源、運載、國防等領域有重大需求的精密、復雜構件的數(shù)字化加工關鍵技術； (2)提供高精密數(shù)控機床和大? 重大關鍵基礎制造裝備 ? 高精度、高可靠控制 ? 大型裝備關鍵零部件精密制造 ? 制造過程的定量分析與預測 制造技術需求 制造科學 物理學 力學 數(shù)學 材料科學 信息科學 計算科學 理論源泉 ? 高性能數(shù)控機床行為響應與精度強化 ? 大慣量大行程高精度運動控制 ? 物理場復合作用與建模 ? 多尺度數(shù)字仿真與優(yōu)化 ? 高性能復雜曲面精密加工 ? 數(shù)字化加工質(zhì)量控制與優(yōu)化 ? 制造信息處理與執(zhí)行過程決策 關鍵科學問題 主要研究內(nèi)容 源頭創(chuàng)新成果 數(shù)字制造裝備的動態(tài)行為與性能演變規(guī)律 制造過程的物理場影響機理及其數(shù)字化描述 數(shù)字制造系統(tǒng)的信息作用規(guī)律與決策機制 高性能數(shù)控機床應用示范 巨型成型裝備數(shù)字化實現(xiàn) 制造過程多尺度、多學科數(shù)字仿真平臺 復雜曲面數(shù)字化精密加工新技術與新工藝 型模鍛裝備的數(shù)字化控制技術； (3)突破 2級精度精密螺旋錐齒輪批量加工中的關鍵技術 ； (4)提高制造系統(tǒng)多源信息處理和多參數(shù)高效控制的能力。 研究方法的創(chuàng)新點： ? 高端 數(shù)控機床的多軸運動方程和力熱耦合方程的正向求解及逆問題求解，建立高速、高精度多軸運動控制的新原理和新方法； ? 通過多體接觸的力 變形耦合建模和大型超靜定結構中的力流傳遞分析，建立制造界面微分變形的力學和運動學反演模型，實現(xiàn)重載成形裝備的精密運行控制； ? 建立形位空間和旋量空間中的分析、推理和綜合理論，實現(xiàn)測量、建模、操作、加工的一體化； ? 基于物理性能和幾何量關聯(lián)約束的復雜曲面逐點精確去除加工方法； ? 多源多工序工況監(jiān)測、預示及性能預 測相結合的質(zhì)量綜合評估與優(yōu)化控制。 （ 4）可行性分析 由于國民經(jīng)濟高速發(fā)展及能源、運載和國防工業(yè)的巨大需求，我國政府高度重視制造業(yè)，“國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃”專題三“制造業(yè)發(fā)展科技問題研究”建議將“數(shù)字化、智能化設計制造及基礎制造裝備”列為重大專項，為本項目的實施提供了十分難得的機遇。 本項目組成員在計算制造、數(shù)控技術以及先進成形制造的研究過程中，對項目部分研究內(nèi)容進行了前期探索，并在數(shù)字制造裝備的控制、制造過程數(shù)字建模與仿真、復雜曲面數(shù)字化加工等方面取得了不同程度的進展，可望通過進一步研究在這些關鍵 問題上取得理論或方法上的突破。前期研究的大型構件模鍛水壓機、華中 I型開放式數(shù)控系統(tǒng)、大型功能曲面特種加工機床等軟硬件系統(tǒng)，為本項目的研究提供了很好的技術平臺。 六個申請單位在制造領域和相關學科都有很強的研究力量和很好的研究基礎，擁有國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術研究中心，塑性成形模擬及模具國家重點實驗室，振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室和機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室等研究基地，為本項目的順利開展提供了支撐。在科技部 863計劃和國家自然科學基金重大、重點和面上項目的資助下，已開展了有關先進制造技術的先期研究，為本項目提 供了較好的理論和技術基礎。本項目有一支由院士、長江學者、國家杰出青年基金獲得者和優(yōu)秀中青年骨干組成的穩(wěn)定的學術梯隊，為本項目的完成提供了人才保障。 （ 5）組織方式 本項目集中了國內(nèi)六所優(yōu)勢研究單位的多個強有力的學術群體，進行了明確的分工，在發(fā)揮各自專長的同時將定期組織學術交流，避免分散、孤立和重復研究；將與國際同行加強交流、保持密切的學術聯(lián)系，保證研究工作的前沿性。 （ 6）課題設置 圍繞三個關鍵科學問題，將項目研究內(nèi)容分為制造裝備、制造過程、制造系統(tǒng)三類七個課題，如圖 2所示。針對第一個科學問題，設置課題一 和課題二，分別以高性能數(shù)控機床和巨型塑性成形裝備兩類典型數(shù)字制造裝備為研究對象，揭示數(shù)字制造裝備在復雜工況下的動態(tài)行為及性能演變規(guī)律， 建立 非線性、時變載荷作用下的 精度創(chuàng)成理論 。針對第二個科學問題，設置三個課題，分別從加工和成形兩個方面揭示制造過程中物理場作用機理，建立高性能復雜曲面零件的數(shù)字化精密制造理論以及相應的加工新原理和新工藝。針對第三個科學問題，設置課題六和課題七，分別從質(zhì)量控制及高效制造兩個方面，研究數(shù)字制造系統(tǒng)信息作用機理，建立 多源多工序制造質(zhì)量綜合評估及優(yōu)化控制 理論，建立復雜信息環(huán)境下執(zhí)行過程 的決策機制。 通過上述七個課題的研究，在關鍵技術方面取得源頭創(chuàng)新成果，形成數(shù)字化制造理論體系，并創(chuàng)建關鍵技術平臺，為能源、運載、國防等領域高精度復雜零部件的數(shù)字化制造提供新原理和新方法。 圖 2 課題設置思路 課題 1：高速數(shù)控機床動態(tài)行為演變及其高精度控制 研究目標： 揭示高性能數(shù)控機床在高速、高加速度情況下的力、熱耦合特性及其行為響應規(guī)律；探索高性能數(shù)控機床非線性時變動態(tài)特性對加工質(zhì)量和效率的影響機理與敏感性，建立加工性能的演變模型 ；提出基于行為響應規(guī)律的智能控制方法，實現(xiàn)加工精度強化。為高性能數(shù)控機床的自主創(chuàng)新提供理論依據(jù)和技術手段。 研究內(nèi)容： （ 1）數(shù)控機床多軸力、熱耦合特性分析及數(shù)字建模 在高速、高加速度情況下，分析多軸運動單元的動力學特性、熱穩(wěn)定性及其非線性耦合效應 (考慮結構、間隙、動 /靜剛度、摩擦特性等因素 )，并建立其數(shù)字模型；研究復雜工況激勵的行為響應規(guī)律。 （ 2）數(shù)控機床動態(tài)性能對加工質(zhì)量和效率的影響及其敏感性分析 研究數(shù)控機床動態(tài)性能參數(shù)的提取方法，分析其時變特性對加工質(zhì)量和效率的綜課題一 高速數(shù)控機床動態(tài)行為演變及其高精度控制 課題二 巨型成形裝備的力流傳遞特征及高精度制造界面形成 課題三 數(shù)字制造過程物理行為建模與精度創(chuàng)成原理 課題四 高性能復雜曲面數(shù)字化精密加工的新原理和新方法 課題五 先進成形制造過程的多尺度數(shù)字仿真與優(yōu)化 課題六 數(shù)字化加工多源多工序質(zhì)量的綜合評估與優(yōu)化控制 課題七 數(shù)字制造系統(tǒng)復雜信息處理及執(zhí)行過程決策 科學問題 動態(tài)行為與性能演變規(guī)律 物理場影響機理 信息作用規(guī)律與決策機制 數(shù)字化制造理論基礎 數(shù)字化制造新方法與新原理 關鍵技術 平臺 高精度 高效率 多尺度 大載荷 高可靠性 技術難點 合影響及敏感性，建立數(shù)控機床加工性 能演變模型，提出數(shù)控機床加工性能的動態(tài)評價方法。 （ 3）數(shù)控機床的智能控制與加工精度強化 研究數(shù)控機床復雜工況的在線辯識；研究基于行為響應規(guī)律和性能演變的智能控制方法；研究數(shù)控機床服役期內(nèi)的可靠性評估方法和主動維護策略；研究高速、高加速度多軸加工的誤差傳遞模型，提出數(shù)控加工精度強化策略和方法。 （ 4）多軸高性能數(shù)控機床的示范應用 基于數(shù)控機床的力、熱耦合特性、加工性能演變機理和智能控制等基礎理論和共性技術，在大型高性能多軸聯(lián)動復合加工制造裝備上進行示范應用，包括物理量檢測、特征提取、狀態(tài) /工況檢測、性能參數(shù) 辯識、智能控制、主動維護等功能環(huán)節(jié)，實現(xiàn)復雜工況下的加工精度強化。 經(jīng)費比例： ％ 承擔單位： 華中科技大學、上海交通大學 課題負責人： 李 斌 教授、孟 光教授 學術骨干： 彭芳瑜、吳波、毛寬民、朱平、胡友民、黃禹、軒建平、趙玫、唐小琦、葉伯生、師漢民、楊叔子、李鴻光 課題 2：巨型成形裝備的力流傳遞特征及高精度制造界面形成 研究目標： 針對巨型成形裝備結構特點和高性能大構件塑性加工的均勻連續(xù)能場要求，揭示復雜超靜定結構中載荷傳遞與變化規(guī)律，分析模鍛裝備運行過程中奇異力學行為，研究復雜構件多維形變在制造 界面的集聚效應，建立大慣量、大變載精確運行的數(shù)字模型，為巨型成形裝備的數(shù)字化高性能可靠運行提供理論與技術支持。 研究內(nèi)容： （ 1）巨型成形裝備的力流傳遞規(guī)律與偏載奇異效應 分析巨型成形裝備中復雜大型超靜定結構的幾何非線性、接觸非線性、工件大變形等特點，揭示多元驅動、多體并聯(lián)結構中的非線性分載規(guī)律、力流在疊層結構中的擴散傳遞規(guī)律；研究偏載產(chǎn)生的機制，揭示有效載荷與無效內(nèi)耗（偏載奇異效應）的作用規(guī)律；研究復雜組合結構的內(nèi)力場產(chǎn)生機理及其對局部應力畸變的影響。 （ 2）大慣量大行