【正文】 能控制和加工精度強化。上述兩種現(xiàn)象均會導(dǎo)致裝備工作能力的下降。對制造過程進(jìn)行多學(xué)科、多尺度模擬與仿真，揭示制造過程的本質(zhì)屬性，實現(xiàn)制造過程優(yōu)化控制，是確保零件高效、高精、高質(zhì)創(chuàng)成的關(guān)鍵。主要研究內(nèi)容包括： 1) 數(shù)字制造過程物理行為建模與精度創(chuàng)成原理 在零件的制造過程中，由切削力、刀具與工件之間的摩擦誘導(dǎo)的發(fā)熱、變形等物理現(xiàn)象成為高精度創(chuàng)成中必須考慮的關(guān)鍵因素。例如主動導(dǎo)引防空導(dǎo)彈天線罩，必須通過逐點去除加工才能確保任意點的電厚度要求，這就對現(xiàn)有的加工方法提出了新的挑戰(zhàn) 。成形制造過程的數(shù)字 模擬技術(shù)正在向多學(xué)科、多尺度、多物理場方向發(fā)展，已成為當(dāng)今國際公認(rèn)的制造及材料科學(xué)的重要前沿領(lǐng)域。 科學(xué)問題之三：數(shù)字制造系統(tǒng)的信息作用規(guī)律與決策機制 制造系統(tǒng)集中匯聚了制造裝備、零件、制造工藝以及執(zhí)行過程等多方面的信息 .提高制造系統(tǒng)的信息獲取、處理與融合能力，尤其是通過復(fù)雜制造信息的融合及不確定信息處理提高制造信息可用性，已成為在系統(tǒng)的層次上確保高效、高可靠、高精度產(chǎn)品制造的關(guān)鍵。主要研究內(nèi)容包括： ? 數(shù)字化加工的多源多工序質(zhì)量信息的定性分析和度量指標(biāo)； ? 加工過程的工況監(jiān)測、預(yù)示及服役性能評價； ? 工序驅(qū)動的零件加工質(zhì)量優(yōu)化控制； ? 復(fù)雜精密零件數(shù)字化加工質(zhì)量的綜合評估與控制平臺。因此，在多源制造信息融合的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用信息關(guān)聯(lián)分析和非常規(guī)信息處理等手段，通過優(yōu)化配置實現(xiàn)數(shù)字制造系統(tǒng)的可適應(yīng)性，通過效能評價與參數(shù)優(yōu)化保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，通過對制造執(zhí)行過程進(jìn)行正確決策提高系統(tǒng)的運行效率。 五年預(yù)期目標(biāo)： 在理論研究方面： 解決高性能制造裝備和大型復(fù)雜零件精密制造中的關(guān)鍵科學(xué)問題，為實現(xiàn)高精度、高效率和高可靠的數(shù)字化制造提供理論基礎(chǔ)，躋身于國際制造科學(xué)研究領(lǐng)域的前沿。 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(tuán)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(xué)術(shù)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。 在制造裝備研究方面，研究物理場復(fù)合作用（包括溫度場、應(yīng)力場 /應(yīng)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(jié)合的途徑，實現(xiàn)制造質(zhì)量的預(yù)測和控制；在制造系統(tǒng)研究方面，綜合應(yīng)用現(xiàn)代信息處理技術(shù)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(guān)聯(lián)關(guān)系， 建立復(fù)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。 b) 制造技術(shù)的突破 ： (1)提供能源、運載、國防等領(lǐng)域有重大需求的精密、復(fù)雜構(gòu)件的數(shù)字化加工關(guān)鍵技術(shù)； (2)提供高精密數(shù)控機床和大? 重大關(guān)鍵基礎(chǔ)制造裝備 ? 高精度、高可靠控制 ? 大型裝備關(guān)鍵零部件精密制造 ? 制造過程的定量分析與預(yù)測 制造技術(shù)需求 制造科學(xué) 物理學(xué) 力學(xué) 數(shù)學(xué) 材料科學(xué) 信息科學(xué) 計算科學(xué) 理論源泉 ? 高性能數(shù)控機床行為響應(yīng)與精度強化 ? 大慣量大行程高精度運動控制 ? 物理場復(fù)合作用與建模 ? 多尺度數(shù)字仿真與優(yōu)化 ? 高性能復(fù)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(guān)鍵科學(xué)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(yīng)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(xué)科數(shù)字仿真平臺 復(fù)雜曲面數(shù)字化精密加工新技術(shù)與新工藝 型模鍛裝備的數(shù)字化控制技術(shù)； (3)突破 2級精度精密螺旋錐齒輪批量加工中的關(guān)鍵技術(shù) ； (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。前期研究的大型構(gòu)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(shù)平臺。 （ 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(xué)術(shù)群體，進(jìn)行了明確的分工，在發(fā)揮各自專長的同時將定期組織學(xué)術(shù)交流，避免分散、孤立和重復(fù)研究；將與國際同行加強交流、保持密切的學(xué)術(shù)聯(lián)系，保證研究工作的前沿性。針對第三個科學(xué)問題，設(shè)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(fù)雜信息環(huán)境下執(zhí)行過程 的決策機制。 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(xué)特性、熱穩(wěn)定性及其非線性耦合效應(yīng) (考慮結(jié)構(gòu)、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(fù)雜工況激勵的行為響應(yīng)規(guī)律。 經(jīng)費比例： ％ 承擔(dān)單位： 華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人： 李 斌 教授、孟 光教授 學(xué)術(shù)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(biāo)： 針對巨型成形裝備結(jié)構(gòu)特點和高性能大構(gòu)件塑性加工的均勻連續(xù)能場要求，揭示復(fù)雜超靜定結(jié)構(gòu)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(xué)行為，研究復(fù)雜構(gòu)件多維形變在制造 界面的集聚效應(yīng)，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(shù)支持。 （ 4）巨型成形裝備高效、高可靠、高精度運行的 數(shù)字化實現(xiàn) 研究巨型成形裝備非線性力學(xué)模型及其在高度異構(gòu)特性下的數(shù)字描述。研究物理場的狀態(tài)可觀測性、工藝過程的動態(tài)穩(wěn)定性及可控性條件。根據(jù)物理場對零件質(zhì)量的復(fù)合作用機理，建立物理約束、幾何約束及零件性能約束的相容性分析模型，提出可制造性定量分析理論。該系統(tǒng)集成了加工工藝參數(shù)、加工質(zhì)量數(shù)據(jù)及實驗數(shù)據(jù)等信息，主要功能包括切削力預(yù)測、溫度場分析、應(yīng)力場分析、零件質(zhì)量預(yù)測以及針對不同加工工況的模型校準(zhǔn)等。 （ 3）面形隨機復(fù)雜曲面零件的逐點精確可控去除加工新方法 研究面形隨機的復(fù)雜曲面零件缺陷逐點精確去除控制原理；建立 多源、多坐標(biāo)測量與加工仿真模型，制定多源約束條件下工具的運動控制策略；結(jié)合典型零件加工，構(gòu)建性能驅(qū)動的復(fù)雜曲面零件數(shù)字化加工應(yīng)用示范平臺，實現(xiàn)高物理性能復(fù)雜曲面零件的精確創(chuàng)成。 （ 2）精確成形鑄件的組織、性能與疲勞壽 命預(yù)測 精確成形鑄件的力學(xué)性能與疲勞壽命直接關(guān)系到能源、運載及航空航天用鑄件的使用性能與安全性能。研究流變溫度、流變速率、變形程度在復(fù)雜成形中的變化規(guī)律及其與鍛件組織性能的強關(guān)聯(lián)機制，建立鍛件組織性能評估模型，并實現(xiàn)其數(shù)字化預(yù)測。 （ 3）工序驅(qū)動的零件加工質(zhì)量優(yōu)化控制 建立加工過程中“工件類－工序流－裝備群工況”的特征綜合模型及質(zhì)量保證機制；研究批量客戶化和小子樣生產(chǎn)條件下的工序質(zhì)量在線 控制與評價方法；研究工序驅(qū)動的質(zhì)量優(yōu)化控制以及零件綜合質(zhì)量缺陷消減方法。實現(xiàn)非常規(guī)信息的識別、分析與處理，建立復(fù)雜信息環(huán)境下的制造執(zhí)行過程決策機制與優(yōu)化方法，為實現(xiàn)高效穩(wěn)定的數(shù)字制造提供理論與技術(shù)支持。揭示參數(shù)變化對制造系統(tǒng)的影響模式，建立復(fù)雜制造過程中關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化策略。 （ 4） 高效制造執(zhí)行技術(shù)及數(shù)字仿真平臺 研究高效制造執(zhí)行的關(guān)鍵技術(shù)，包括制造資源封裝技術(shù)、信息處理的多智能體技術(shù)及最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)等。具體目標(biāo)為：制定出詳細(xì)實施方案；提出理論研究方法；建立質(zhì)量特征信息理論模型；初步建立裝備群的加工效率、精度和可靠性評估模型以及批量客戶化和小子樣生產(chǎn)條件下的工序質(zhì)量在線控制與評價方法；初步建立多源多工序質(zhì)量特征的檢測傳感網(wǎng)絡(luò)雛形； (17)建立數(shù)字制造系統(tǒng)信息關(guān)聯(lián) 關(guān)系模型； (18)揭示制造系統(tǒng)組元與系統(tǒng)功能的映射關(guān)系； (19)建立數(shù)字制造系統(tǒng)可適應(yīng)配置方法。 第 二 年 (1)數(shù)控機床動力學(xué)特性的數(shù)字仿真； (2)復(fù)雜工況激勵下數(shù)控機床的行為響應(yīng)特性； (3)數(shù)控機床動態(tài)性能參數(shù)提取、演變規(guī)律和建模方法； (4)數(shù)控機床動態(tài)性能評價； (5)數(shù)控機床的狀態(tài)監(jiān)測和多源復(fù)雜信號的特征提??； (6)巨型精密模鍛水壓機運動和載荷的協(xié)同控制規(guī)律； (7)典型復(fù)合結(jié)構(gòu)中的載荷傳遞與變異規(guī)律； (8)大慣量大變載機械系統(tǒng)與多元并聯(lián)大流量液壓系統(tǒng)動力傳遞耦合關(guān)連規(guī)律； (9)運動副間隙、附加約束、碰撞等對巨型系統(tǒng)瞬態(tài)位置的擾動規(guī)律及其調(diào)控機制； (10)復(fù)雜零件制造過程中物理約束、幾何約束及零件性能約束的數(shù)字化表達(dá)及其相容性分析； (11)多物理場復(fù)合作用下的產(chǎn)品可靠性分析； (12)復(fù)雜工況條件下零件制造精度和表面質(zhì)量的形成機理及其預(yù)測方法； (13)確立基于采樣時基、數(shù)據(jù)編碼和樣本精度優(yōu)化的曲面多源異構(gòu)信息檢測方法及信息融合多端口技術(shù)； (14)多源、多坐標(biāo)測量中病態(tài)區(qū)域辯識和剔除的方 法； (15)基于物理性能驅(qū)動的復(fù)雜型面優(yōu)化設(shè)計與先進(jìn)計算方法； (16)局部共軛曲面機械性能生成規(guī)律和弧齒錐齒輪加工過程多場耦合模型； (17)強幾何約束難加工材料、低剛度(1)建立數(shù)控機床動力學(xué)特性數(shù)字仿真平臺； (2)建立基于狀態(tài)、工況和性能的動力學(xué)行為模型； (3)建立數(shù)控機床動態(tài)性能參數(shù)的實時檢測、特征提取和 數(shù)字 化 表示 方法，揭示數(shù)控機床性能演化規(guī)律； (4)建立高速加工時數(shù)控機床的整體動態(tài)性能評價方法； (5)確定數(shù)控機床的狀 態(tài)監(jiān)測方法，提出基于現(xiàn)代信號處理的多源復(fù)雜信號的特征提取方法； (6)建立巨型精密模鍛制造精度的形成與設(shè)備承載狀態(tài)及操作運行控制的關(guān)聯(lián)模型； (7)建立 結(jié)構(gòu)負(fù)載非線性增值模型，提出附加載荷抑制與消減方法； (8)建立巨型精密模鍛高效、高可靠、高精度運行實驗研究平臺； (9)提出巨型成形裝備結(jié)構(gòu)負(fù)載非線性增值的抑制技術(shù)； (10)建立混合約束條件下復(fù)雜零件的可制造性分析、制造精度預(yù)測以及制造工藝參數(shù)優(yōu)化理論； (11)構(gòu)建加工過程中物理場復(fù)合作用的數(shù)字模擬與仿真平臺； (12)建立面形隨機零件的逐點可控數(shù)字化 去除理論； (13)完成高精度逐點可控去除的工具運動軌跡規(guī)劃； (14)完成天線罩應(yīng)用示范平臺建設(shè)； 大型共底構(gòu)件數(shù)字化制造