【正文】 ； ? 突破下一代大型運(yùn)載火箭共底構(gòu)件、導(dǎo)彈天線罩等 復(fù)雜曲面高效精密加工的技術(shù)關(guān)鍵 , 使復(fù)雜零件加工精度達(dá)到 1~2微米； ? 構(gòu)建先進(jìn)制造過(guò)程的多尺度多學(xué)科模擬仿真平臺(tái)，多源多工序加工質(zhì)量控制與執(zhí)行過(guò)程決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)零部件的高效制造與性能定量預(yù)測(cè)。 三、研究方案 （ 1）學(xué)術(shù)思路 如圖 1所示，結(jié)合國(guó)家對(duì)制造技術(shù)的重大需求和科技發(fā)展趨勢(shì)，圍繞三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展多學(xué)科交叉基礎(chǔ)研究，在數(shù)字化制造的共性基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，為重大裝備關(guān)鍵零部件數(shù)字化制造提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)平臺(tái)。理論研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 示范相結(jié)合，建立數(shù)字化制造理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)。 （ 3）特色與創(chuàng)新 建立數(shù)字制造的基礎(chǔ)理論體系，使制造從部分定量、部分經(jīng)驗(yàn)、定性化逐步轉(zhuǎn)向全面數(shù)字定量化，實(shí)現(xiàn)基于科學(xué)的制造，并在關(guān)鍵技術(shù)上取得源頭創(chuàng)新成果。本項(xiàng)目將在多學(xué)科綜合與交叉的基礎(chǔ)上，建立數(shù)字化制造的理論基礎(chǔ)，促進(jìn)制造科學(xué)的發(fā)展。 研究方法的創(chuàng)新點(diǎn)： ? 高端 數(shù)控機(jī)床的多軸運(yùn)動(dòng)方程和力熱耦合方程的正向求解及逆問(wèn)題求解，建立高速、高精度多軸運(yùn)動(dòng)控制的新原理和新方法； ? 通過(guò)多體接觸的力 變形耦合建模和大型超靜定結(jié)構(gòu)中的力流傳遞分析，建立制造界面微分變形的力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)反演模型，實(shí)現(xiàn)重載成形裝備的精密運(yùn)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(shí)現(xiàn)測(cè)量、建模、操作、加工的一體化； ? 基于物理性能和幾何量關(guān)聯(lián)約束的復(fù)雜曲面逐點(diǎn)精確去除加工方法； ? 多源多工序工況監(jiān)測(cè)、預(yù)示及性能預(yù) 測(cè)相結(jié)合的質(zhì)量綜合評(píng)估與優(yōu)化控制。 本項(xiàng)目組成員在計(jì)算制造、數(shù)控技術(shù)以及先進(jìn)成形制造的研究過(guò)程中，對(duì)項(xiàng)目部分研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了前期探索，并在數(shù)字制造裝備的控制、制造過(guò)程數(shù)字建模與仿真、復(fù)雜曲面數(shù)字化加工等方面取得了不同程度的進(jìn)展，可望通過(guò)進(jìn)一步研究在這些關(guān)鍵 問(wèn)題上取得理論或方法上的突破。 六個(gè)申請(qǐng)單位在制造領(lǐng)域和相關(guān)學(xué)科都有很強(qiáng)的研究力量和很好的研究基礎(chǔ)，擁有國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，塑性成形模擬及模具國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研究基地，為本項(xiàng)目的順利開(kāi)展提供了支撐。本項(xiàng)目有一支由院士、長(zhǎng)江學(xué)者、國(guó)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(xué)術(shù)梯隊(duì)，為本項(xiàng)目的完成提供了人才保障。 （ 6）課題設(shè)置 圍繞三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，將項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容分為制造裝備、制造過(guò)程、制造系統(tǒng)三類七個(gè)課題，如圖 2所示。針對(duì)第二個(gè)科學(xué)問(wèn)題，設(shè)置三個(gè)課題，分別從加工和成形兩個(gè)方面揭示制造過(guò)程中物理場(chǎng)作用機(jī)理，建立高性能復(fù)雜曲面零件的數(shù)字化精密制造理論以及相應(yīng)的加工新原理和新工藝。 通過(guò)上述七個(gè)課題的研究，在關(guān)鍵技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)，為能源、運(yùn)載、國(guó)防等領(lǐng)域高精度復(fù)雜零部件的數(shù)字化制造提供新原理和新方法。為高性能數(shù)控機(jī)床的自主創(chuàng)新提供理論依據(jù)和技術(shù)手段。 （ 2）數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)性能對(duì)加工質(zhì)量和效率的影響及其敏感性分析 研究數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的提取方法，分析其時(shí)變特性對(duì)加工質(zhì)量和效率的綜課題一 高速數(shù)控機(jī)床動(dòng)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(guò)程物理行為建模與精度創(chuàng)成原理 課題四 高性能復(fù)雜曲面數(shù)字化精密加工的新原理和新方法 課題五 先進(jìn)成形制造過(guò)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(píng)估與優(yōu)化控制 課題七 數(shù)字制造系統(tǒng)復(fù)雜信息處理及執(zhí)行過(guò)程決策 科學(xué)問(wèn)題 動(dòng)態(tài)行為與性能演變規(guī)律 物理場(chǎng)影響機(jī)理 信息作用規(guī)律與決策機(jī)制 數(shù)字化制造理論基礎(chǔ) 數(shù)字化制造新方法與新原理 關(guān)鍵技術(shù) 平臺(tái) 高精度 高效率 多尺度 大載荷 高可靠性 技術(shù)難點(diǎn) 合影響及敏感性，建立數(shù)控機(jī)床加工性 能演變模型，提出數(shù)控機(jī)床加工性能的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法。 （ 4）多軸高性能數(shù)控機(jī)床的示范應(yīng)用 基于數(shù)控機(jī)床的力、熱耦合特性、加工性能演變機(jī)理和智能控制等基礎(chǔ)理論和共性技術(shù)，在大型高性能多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合加工制造裝備上進(jìn)行示范應(yīng)用，包括物理量檢測(cè)、特征提取、狀態(tài) /工況檢測(cè)、性能參數(shù) 辯識(shí)、智能控制、主動(dòng)維護(hù)等功能環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下的加工精度強(qiáng)化。 研究?jī)?nèi)容： （ 1）巨型成形裝備的力流傳遞規(guī)律與偏載奇異效應(yīng) 分析巨型成形裝備中復(fù)雜大型超靜定結(jié)構(gòu)的幾何非線性、接觸非線性、工件大變形等特點(diǎn)，揭示多元驅(qū)動(dòng)、多體并聯(lián)結(jié)構(gòu)中的非線性分載規(guī)律、力流在疊層結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散傳遞規(guī)律；研究偏載產(chǎn)生的機(jī)制，揭示有效載荷與無(wú)效內(nèi)耗（偏載奇異效應(yīng)）的作用規(guī)律；研究復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)力場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)局部應(yīng)力畸變的影響。 （ 3）巨型成形裝備制造界面的位置、形態(tài)與界面力場(chǎng)模型 研究時(shí)變負(fù)載條件下成形裝備拉、壓、彎、扭、剪等多維、多元復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)與變形在結(jié)構(gòu)中的復(fù)合及其對(duì)制造界面空間位置的集聚效應(yīng)和對(duì)制造界面外力分布的影響，建立巨型成形裝備制造界面的位置、形態(tài)與界面力場(chǎng)模型。建立制造界面位置、形態(tài)與力場(chǎng)分布間的映射關(guān)系，提出逆問(wèn)題求解方法，制定運(yùn)動(dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)巨型成形裝備的奇異力學(xué)行為數(shù)字化預(yù)測(cè)與高精度運(yùn)行控制。 研究?jī)?nèi)容： （ 1）加工制造中物理場(chǎng)復(fù)合作用機(jī)理及其數(shù)字仿真 研究切削力、應(yīng)力 應(yīng)變及溫度場(chǎng)的復(fù)合作用機(jī)理及其與零件質(zhì)量之間的映射規(guī)律，分析零件表面的三維形貌生成機(jī)理，建立零件精度分析和預(yù)測(cè)模型。結(jié)合復(fù)雜零件的銑削加工，對(duì)物理場(chǎng)復(fù)合作用下的加工過(guò)程進(jìn)行仿真，預(yù)測(cè)加工過(guò)程中零件誤差、表面結(jié)構(gòu)缺陷。高精度零件的制造必須滿足以上多種不同性質(zhì)的約束。 （ 3）加工制造過(guò)程的工藝優(yōu)化與精度保證 分析相容性約束條件下的新工藝可行性，構(gòu)造工藝參數(shù)的可行空間，提出工藝過(guò)程優(yōu)化模型及其高效求解方 法。 （ 4）高精度零件制造的數(shù)字化仿真平臺(tái) 結(jié)合典型復(fù)雜零件的加工，建立數(shù)字化加工過(guò)程仿真平臺(tái)。 經(jīng)費(fèi)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： 丁 漢教授、朱向陽(yáng)教授 學(xué)術(shù)骨干： 熊蔡華、朱利民、朱文凱、權(quán)建洲、盛鑫軍、舒正榮 課 題 4：高性能復(fù)雜曲面數(shù)字化精密加工的新原理和新方法 研究目標(biāo)： 揭示復(fù)雜曲面物理性能生成機(jī)理，創(chuàng)立性能驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜曲面逐點(diǎn)精確去除加工新方法，創(chuàng)立數(shù)字化 局部 共軛曲面新原理，突破高物理性能和高幾何精度復(fù)雜曲面精確創(chuàng)成的關(guān)鍵技術(shù)，為我國(guó)重大工程中的關(guān)鍵零部件（導(dǎo)彈天線罩、大型運(yùn)載火箭共底構(gòu)件、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、整體葉輪、高速精密螺旋錐齒輪等）精密加工與裝備制造提供理論方法和技術(shù)支撐。 （ 2）復(fù)雜曲面多源離散信息的結(jié)構(gòu)化方法與誤差消減 研究多場(chǎng)、多源信息基于復(fù)雜曲面零件物理性能和幾何量關(guān)聯(lián)約束的采樣規(guī)則，研究多源多坐標(biāo)測(cè)量中病態(tài)區(qū)域辯識(shí)和剔除的方法；建立海量多源離散信息的快速結(jié)構(gòu)化數(shù)學(xué)模型，提出測(cè)量誤差消減方法。 （ 4）高性能高精度局部共軛曲面生成與制造過(guò)程精確控制 研究受控于多尺度幾何誤差、切削區(qū)熱 /力約束的局部共軛螺旋錐齒輪嚙合曲面機(jī)械與傳動(dòng)性能生成規(guī)律；研究高性能螺旋錐齒輪曲面多軸數(shù)字制造誤差抑制方法；研究切削區(qū)最優(yōu)熱 /力 /工藝參數(shù)匹配理論與方法，建立基于幾何與物理量約束的局部共軛曲面數(shù)字化嚙合新原理和螺旋錐齒輪數(shù)控精密切齒新方法。 研究?jī)?nèi)容 ： （ 1）精確鑄造成形過(guò)程多尺度物理 /數(shù)學(xué)建模 與仿真 針對(duì)能源、航空航天工業(yè)的定向凝固熔模精密鑄造零件和航天、運(yùn)載、軍工行業(yè)的復(fù)雜薄壁鋁、鎂合金精確成形鑄件，綜合考慮宏觀的傳輸現(xiàn)象和微觀的形核與生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)， 研究鑄造成形過(guò)程 中動(dòng)量、能量、質(zhì)量傳輸及微觀組織形成的多尺度、多學(xué)科的數(shù)理 模 型與仿真。研究精確成形鑄造過(guò)程中鑄件的微觀組織形成與演變、微觀缺陷產(chǎn)生，及其對(duì) 力學(xué)性能的 影響規(guī)律 ， 建立工藝參數(shù)優(yōu)化及質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn) 零件 的 組織 、性能與 使用壽命的預(yù)測(cè) 。 （ 4）高性能復(fù)雜構(gòu)件塑性成形組織性能預(yù)測(cè)建模與仿真 高性能鍛件必須流線連續(xù)、細(xì)晶致密、各向同性，大尺度復(fù)雜構(gòu)件模鍛過(guò)程的重要特點(diǎn)是流變界面形態(tài)的不確定性和流變參數(shù)的時(shí)變性，導(dǎo)致成形過(guò)程組織結(jié)構(gòu)與性能的不均勻。 經(jīng)費(fèi)比例 ： ％ 承擔(dān)單位 ：清華大學(xué)、中南大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人 ：柳百成院士 學(xué)術(shù)骨干 ：熊守美、易幼平、許慶彥、李建平、康進(jìn)武、鄧圭玲 課題 6：數(shù)字化加工多源多工序質(zhì)量的綜合 評(píng)估與優(yōu)化控制 研究目標(biāo) ：以 精密復(fù)雜零件多工序數(shù)字化加工過(guò)程為研究對(duì)象，通過(guò)研究質(zhì)量特征的綜合分析、度量和評(píng)估，提出零件誤差、缺陷等在內(nèi)的質(zhì)量特征信息的產(chǎn)生、表征、傳遞、監(jiān)測(cè)與解耦方法，揭示多工序加工工況、服役性能與質(zhì)量特征間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)多源多工序數(shù)字化加工中工序驅(qū)動(dòng)的制造質(zhì)量控制，為復(fù)雜零件的高精度、高可靠數(shù)字化加工提供技術(shù)保證。 （ 2）加工過(guò)程的工況監(jiān)測(cè)、預(yù)示及服役性能評(píng)價(jià) 研究多源多工序復(fù)雜工況監(jiān)測(cè)、信號(hào)處理的原理與方法；建立工況與零件誤差、缺陷等質(zhì)量特征信息的映射、解耦及預(yù)示模型；研究裝備群的加工效率、精度和可靠性評(píng)估模型；揭示裝備群的服役性能退化機(jī)理和失效規(guī)律。 （ 4）復(fù)雜精密零件數(shù)字化加工質(zhì)量的綜合評(píng)估與控制平臺(tái) 以復(fù)雜精密零件為具體應(yīng)用對(duì)象，建立數(shù)字化加工多源多工序質(zhì)量的綜合評(píng)估與優(yōu)化控制的平臺(tái)，包括質(zhì)量信息獲取、處理與交互的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，以及工況監(jiān)測(cè)、預(yù)示與服役性能評(píng)價(jià)與質(zhì)量信息跟蹤的可視化技術(shù)等。 建立多工件復(fù)雜制造過(guò)程的綜合效能評(píng)價(jià)模型與參數(shù)優(yōu)化策略 。 研究?jī)?nèi)容： （ 1）數(shù)字制造系統(tǒng)的信息關(guān)聯(lián)分析及 優(yōu)化配置 揭示數(shù)字制造系統(tǒng)組元的信息融合和交互作用機(jī)理，通過(guò)多源制造信息之間的聚合度和耦合度分析建立關(guān)聯(lián)模型。 （ 2） 多工件復(fù)雜制造過(guò)程效能評(píng)價(jià)與參數(shù)優(yōu)化 研究多工件復(fù)雜制造條件下設(shè)備能力、工藝規(guī)程及工件特征等因素的綜合作用規(guī)律，建立制造過(guò)程綜合效能評(píng)價(jià)模型。 （ 3）非常規(guī)信息條件下制造執(zhí)行過(guò)程決策 研究非常規(guī)（不確定、冗余、病態(tài)、殘缺、矛盾等）制造信息的識(shí)別與分析方法，利用信息增值計(jì)算實(shí)現(xiàn)決策規(guī)則提取。綜合應(yīng)用約束消減及不確定推理等方 法實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行過(guò)程決策。結(jié)合具體應(yīng)用對(duì)象，開(kāi)發(fā)支持?jǐn)?shù)字制造系統(tǒng)建模、決策與優(yōu)化的數(shù)字 仿真平臺(tái) ，對(duì)理論成果與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。 (5)全面獲得 巨型 精密模鍛水壓實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中載荷的真實(shí)傳遞規(guī)律； (6)揭示 異常損傷的結(jié)構(gòu)載荷原因與影響制造精度的控制要素； (7)建立具有多維多元靜不定、強(qiáng)應(yīng)力下的非線性 接觸特征的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度分析的多體非線性動(dòng)態(tài)接觸 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) (10)工作空間、形位空間和旋量空間中的混合幾何推理方法； (11)制造過(guò)程的數(shù)字建模及物理場(chǎng)的復(fù)合作