【正文】 課題 7：數(shù)字制造系統(tǒng)復(fù)雜信息處理 及執(zhí)行過程決策 研究目標： 以多源復(fù)雜制造信息融合與關(guān)聯(lián)分析為基礎(chǔ)，研究數(shù)字制造系統(tǒng)優(yōu)化配置原理與方法。 （ 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。 研究內(nèi)容： （ 1）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 研究多源多工序質(zhì)量特征信息的生成、表達、傳遞與聚類的建模理論；研究多源多工序質(zhì)量特征的檢測傳感網(wǎng)絡(luò)的構(gòu) 形、容錯性與可靠性度量指標；研究多源多工序質(zhì)量信息的跟蹤與控制策略，揭示零件誤差、缺陷等質(zhì)量信息的變化規(guī)律。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）精密模鍛流變成形本構(gòu)規(guī)律及模鍛載荷預(yù)測建模 研究大型鍛件結(jié)構(gòu)特性、成形過程中的變形溫度、變形速率、變形程度對變形抗力的影響，揭示金屬塑形成形中的非線性本構(gòu)規(guī)律，建立多參數(shù)強流變精密模鍛成形載荷預(yù)測模型，為模鍛裝備運行提供數(shù)字化控制依據(jù)。 （ 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。 經(jīng)費比例 ： ％ 承擔(dān)單位 ：大連理工大學(xué)、中南大學(xué) 課題負責(zé)人 ： 郭東明教授 、唐進元教授 學(xué)術(shù)骨干 ：趙福令、嚴宏志、王曉明、曾韜、王永青、曹利新、孫玉文、楊睿 課題 5：先進成形制造過程的多尺度數(shù)字仿真與優(yōu)化 研究目標 ：針對我國能源、運載、國防及裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)對新一代精確成形制造方法與技術(shù)的需求，選擇對零件性能有重要影響的先進成形制造方法（如熔模精密鑄造和復(fù)雜薄壁鋁、鎂合金精確鑄造成形及先進熱壓塑性成形），揭示零件成形制造過程物理場作用下材料組織與力學(xué)性能演變規(guī)律，研究零件成形制造過程多尺 度、多學(xué)科數(shù)字化建模仿真理論與方法，提出零件成形制造質(zhì)量、微觀組織、性能、使用壽命預(yù)測方法，開發(fā)數(shù)字化零件成形制造模擬仿真和零件性能預(yù)測系統(tǒng)，促進我國的成形制造技術(shù)進步。 （ 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。 研究內(nèi)容： （ 1）基于零件物理性能與幾何特征映射關(guān)系的復(fù)雜曲面生成方法 分析復(fù)雜曲面物理性能與幾何特征的映射關(guān)系，建立多源約束與曲面參 量的非線性耦合隱式模型；研究加工過程力 /熱耦合變形及其對面形生成的影響規(guī)律；揭示加工過程中復(fù)合材料零件表面的多尺度形貌特征生成機理，建立高性能復(fù)雜曲面生成的數(shù)學(xué)模型。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等。研究有效的測量與誤差建模方法，建立零件加工誤差與工藝參數(shù)之間的反演模型，制定制造誤差補償與控制策略。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。 （ 2）物理約束、幾何約束與零件性能約束 相容性分析 研究混合約束的數(shù)字化表達，其中物理約束包括加工裝備的動靜態(tài)特性、切削力與切削速度、刀具剛度特性、材料特性等，幾何約束包括運動學(xué)約束、夾具的封閉性與可達性等，零件性能約束包括零件的功能、質(zhì)量、可靠性等。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。 經(jīng)費比例： ％ 承擔(dān)單位： 中南大學(xué) 課題負責(zé)人： 黃明輝 教授 學(xué)術(shù)骨干： 劉少軍、李涵雄、王艾倫、蔣炳炎、夏建芳、周 英、劉德福、帥詞俊 課題 3：數(shù)字制造過程物理行為建模與精度創(chuàng)成原理 研究目標： 揭示數(shù)字制造過程中的物理場復(fù)合作用機理及其對零件質(zhì)量與性能的影響規(guī)律；建立物理約束、幾何約束與 產(chǎn)品性能約束的相容性條件，提出相容性約束條件下加工制造工藝的優(yōu)化方法，為復(fù)雜零件高精度創(chuàng)成提供理論基礎(chǔ)及數(shù)字化平臺。 （ 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。 （ 2）大慣量大行程運動的動態(tài)精度形成原理 分析大慣量 、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)系；分析運動副間隙、附加約束、碰撞等對系統(tǒng)瞬態(tài)位置的擾動；建立其多體動力學(xué)模型、機械－液壓動態(tài)控制模型；提出多元驅(qū)動、大慣量、大行程運動的動態(tài)精度形成原理。 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： 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。 （ 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(fù)雜工況的在線辯識；研究基于行為響應(yīng)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。 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。 圖 2 課題設(shè)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(yīng)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(yīng)規(guī)律的智能控制方法，實現(xiàn)加工精度強化。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。針對第一個科學(xué)問題，設(shè)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(fù)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 。 （ 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。在科技部 863計劃和國家自然科學(xué)基金重大、重點和面上項目的資助下，已開展了有關(guān)先進制造技術(shù)的先期研究，為本項目提 供了較好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。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。 （ 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(xué)和技術(shù)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(shè)計制造及基礎(chǔ)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。 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。 a) 基于科學(xué)的制造 ：數(shù)字化制造將依靠經(jīng)驗的制造轉(zhuǎn)變?yōu)榛诳茖W(xué)的制造。 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。 圖 1 項目整體學(xué)術(shù)思路 （ 2）技術(shù)途徑 本研究的技術(shù)路線是：針對國家制造業(yè)的重大需求，從重大基礎(chǔ)裝備（高端數(shù)控機床和巨型模鍛裝備等）和高性能機械構(gòu)件制造的關(guān)鍵技術(shù)中提煉出共性科學(xué)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。 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(xué)術(shù)帶頭人 1