高水平研究型大学工科课程思政探索——基于华中科技大学机械科学与工程学院的案例研究

为服务国家战略与产业转型升级,实现中国创造入心入行的人才培养目标,华中科技大学机械科学与工程学院构建专业教育和思政教育有机融合的课程思政创新体系,通过制定“制造强国传承创新,课程思政立德树人”的机械工程学科课程思政品牌,注重科技报国使命、科学创新精神和工程职业道德三位一体,通过“一主两翼三极”举措,深入开展机械工程学科全员、全程、全方位课程思政教育。通过案例分析,为新工科背景下高水平研究型大学工科课程思政提供有益借鉴。

研究型毕业设计及其选题特点与案例解析——以华中科技大学风景园林专业硕士毕业设计为例

结合华中科技大学风景园林专业硕士教育实践,提出研究型毕业设计作为该种学位毕业考核方式的重要性及其意义,并对研究型毕业设计之概念内涵进行了阐述。其后针对研究型毕业设计选题之关联创新、选题尺度之小中见大等2大特点结合选题案例进行了解析。

原子层制造的研究现状与科学挑战

原子层制造是指加工精度达到原子层量级的可控制造技术,包括原子层去除、添加、迁移等。针对信息、能源、航空航天等领域核心零部件超高性能构建的发展需求,通过原子层可控去除制造全频段原子级精度无损表面,并结合原子层增材制造原子级新结构,有望实现特殊功能的有效创成,保证超高性能的安全可靠。另外,后摩尔时代先进芯片的制造工艺将迈入亚纳米物理极限,原子层制造需求贯穿芯片制造工艺的全流程。本文阐述了原子层制造技术的发展需求与研究进展,围绕原子层抛光、原子层沉积/刻蚀、原子层损伤控制、原子层工艺与装备等领域,梳理了原子层制造的发展方向及研究目标,凝练了原子层制造领域未来的关键科学问题及面临的挑战,探讨了前沿研究方向和发展战略。

基于CFD的机械随动调节高度控制阀数值仿真

机械随动调节高度控制阀是列车悬挂控制装置的核心部件,其性能的好坏直接影响系统能否稳定工作。在设计过程中,采用CFD对其进行仿真计算,通过对其流场特性的分析,可以验证其流量特性是否满足系统需求。针对机械随动调节高度控制阀内部气体流动特性,建立了机械随动调节高度控制阀流场仿真模型,利用Fluent分析了机械随动调节高度控制阀阀口在不同开度下的流场特性,研究结果为机械随动调节高度控制阀流量性能指标试验提供理论支撑。

运动学误差模型变体下的机械臂标定精度研究

为进一步提高机械臂运动学标定精度,研究不同D-H建模方式下运动学误差辨识精度的差异,为运动学误差准确建模提供理论依据。围绕SD-H和MD-H运动学误差模型的各种变体形式,量化对比各模型变体的性态水平和线性化误差,并分析二者对运动学标定精度的综合影响。研究结果表明:x-z-y欧拉变换会破坏MD-H运动学误差模型最小性,不适用于运动学标定;其余满秩MD-H模型性态水平优于SD-H模型两个数量级;MD-H建模时引入的线性化误差与SD-H数量级等同;在模型性态水平和线性化误差综合作用下,较强测量噪声环境中的SD-H模型运动学标定精度(0.1%~39.3%)优于MD-H模型(0.1%~71.2%);角度类与位置类的运动学参数误差的辨识精度差异显著。研究成果为机械臂标定的精确建模以及误差类型与辨识方法的合理匹配提供了理论依据。

松连接运输模型下的双移动机械臂协同规划研究

针对松连接运输模型下的双移动机械臂协同运输问题,提出了一种基于事件的运动规划方法。首先,针对物体协同运输场景,对任务中系统的运输模型进行了讨论;然后,在基于事件的框架下,设计了一种基于事件的规划方法;最后,针对提出的2种运输模型,在基于事件的规划下得到了相应的运动控制率。实验结果表明:运输过程中机械臂末端之间几乎没有相对运动,并且2个方向的位置跟踪误差以及姿态误差分别控制在0.03 m,0.15 m和0.02 rad以内,因此基于事件的方法能较好地保证多机系统在运输过程中的协同性能。

基于脊线自修正的蛇形机械臂逆运动学求解

绳索驱动的蛇形机械臂具有超冗余的运动特性,提高了自身的灵活性及避障能力。但由于机械臂存在大量的自由度,这使得其逆运动学求解变得非常复杂,导致难以实现实时运动规划。因此,文中提出了一种新型的蛇形机械臂逆运动学求解方法,通过优化脊线及关节角度求解,实现了机械臂高效和实时的运动规划。首先,搭建了蛇形机械臂运动学模型,建立了蛇形机械臂关节空间与工作空间的映射关系;之后,提出了基于多种群蚁群优化的参考脊线求解策略,并设计了移位修正法确定多任务点脊线的空间构型,减少了脊线复杂求解的计算。此外,通过考虑拟合信息和关节约束,设计了一种结合并行趋近式规则的关节优化调整方法,推导出了蛇形机械臂的关节角度,实现了关节的连续性变化。结果表明:所提出的逆运动学求解方法可以有效降低计算复杂度,保证关节角度的有效性和连续性,以及末端位姿信息的精确性。

BIM技术与实景还原技术在冶金改造工程中的融合应用研究

在冶金改造工程的实施过程中,存在原始设计资料不完整、技术改造信息不准确、可利用场地空间有限等问题。实景还原技术可以反映改造现场的真实情况,将实景模型与BIM模型融合,利用融合模型进行改造方案的规划、设计和施工,有助于提升改造的精确性,降低投资成本。本文以高炉改造项目为例,介绍了融合实景还原技术的BIM应用方法与内容,研究了实景还原技术在冶金改造项目中的关键技术要点,包括室内激光点云扫描和室外倾斜摄影技术。本文探索了实景还原模型与BIM模型融合的技术路线和应用方法,创新开发了基于点云数据的三维设计工具,可直接利用点云数据提取设计参数,实现三维构件拟合。

机械制造装备技术课程智能化元素多元融入的思考

智能制造是高端装备创新发展的重要赋能途径。机械制造装备技术是机械工程学科专业综合能力培养的重要课程之一。针对现有课程内容普遍存在智能化元素不足、与行业现状和发展趋势存在显著落差的问题,针对课程涉及基础部件、加工机床、工艺装备、物流系统、生产线等众多内容,提出“局部—全部”的智能化元素多元融入的思路,旨在培养学生逐渐习得多学科交叉的综合创新能力和体系化集成应用意识,保持专业授课与行业发展同频共振。

面向软体机械臂抓取的单目深度估计方法

软体机械臂在非结构化环境中执行物体抓取任务时,具有柔顺性和安全性的优势。但由于传统的立体视觉系统难以安装在软体机械臂上,软体机械臂获取目标物体的三维位置仍存在挑战。首先,建立了描述软体机械臂运动状态和目标物体位置的协作坐标系模型。随后,提出了一种改进运动恢复结构的单目深度估计方法:①针对深度估计的实时性要求,提出采用主成分分析-尺度不变特征变换(principal component analysis-scale invariant feature transform,PCA-SIFT)方法对特征描述符降维;②将机械臂末端的移动距离作为约束恢复深度估计的真实尺度。最后,通过实验验证了所提出的协作坐标系和深度估计方法的有效性。实验结果表明,所提深度估计方法在多种光照和遮挡环境中,特征匹配时间缩短了16.02%,平均误差控制在5 mm以内。

华中数控董事长陈吉红荣获“2023年中国产学研合作突出贡献奖”

华中数控陈吉红董事长对本刊读者并不陌生,2020年本刊“抗击疫情特刊”曾刊登了原机械工业部副部长沈烈初撰写的《奋战抗疫一线尽显责任担当--致敬华中数控陈吉红董事长》一文,介绍了面对突发的疫情,他带领团队齐心协力,不辞辛劳,以高度的政治责任感和使命感,以对党和人民群众高度负责的精神,坚持奋战在抗击疫情的一线,日夜工作,赶制一批又一批的红外测温仪,分发给所需单位,作为疫情的第一道防线。在2022年第5期本刊特稿《凝心聚智铸共识勠力同心谋发展——“武汉市再制造产业的现状调查与政策研究”线上访谈实录》中,陈吉红董事长谈到了机床再制造的现状、武汉机床再制造企业为中国的机械加工制造所做出的重要贡献,以及所存在的问题和制约因素等,他还提出了“由政府搭桥,精选有行业影响力的机械加工制造企业,建立武汉市再制造机床应用示范基地”等合理化建议。本刊在此祝贺陈吉红董事长荣获“2023年中国产学研合作突出贡献奖”!

机械工程中的多体系统动力学问题

介绍多体系统动力学在先进制造技术中的重要地位和作用。建议抓住机遇 ,迎接挑战 ,采取有力措施 ,推动我国多体系统动力学的应用与发展 ,使之有效地支撑我国的先进制造技术 。

主动实践,培养大学生科技创新能力

华中科技大学联创团队是通过主动实践获得成功的典范,近年来其在学生科技大赛上屡获佳绩,甚至获得2007年微软"创新杯"IT挑战项目全球第一名,其创新能力引起各界关注。本文详细分析联创团队取得的成绩、成长历程、团队文化以及远景,并由其成功经验得出有益的启示。

重点理工大学工程人才的素质

本文以重点理工大学为研究对象 ,从我国高等工程教育面临的挑战出发 ,通过分析社会对工程人才素质的要求以及当前工程人才素质的现状 ,认为更新教育观念 ,深化教育改革 ,构建人才素质的基本框架则是提高工程人才素质要求的重要因素 ,并提出了构建重点理工大学工程人才素质要求的基本框架。

基于虚拟仪器的“机械工程控制基础”实验设计

详细介绍了基于虚拟仪器的“机械工程控制基础”实验教学的教学体系,在实验内容设计上借鉴了国外的思路,在表现手法上则采用虚拟仪器技术来取代MatLab,将典型工程被控对象虚拟化,开发了球杆控制系统等仿真模型,在虚拟仪器的基础上设计了典型环节的阶跃响应、球杆系统PID控制等实验。

基于价值工程的机械产品创新设计对象的确定

创新是企业制胜的法宝,是社会进步的源泉。创新设计对象的准确分析与确定,是机械产品创新设计中的关键问题之一。本文针对创新设计时对象难以确定的难题,将价值工程原理引入机械创新设计,提出了以功能评价系数、成本系数的确定为基础,以价值为评定尺度的产品创新设计对象的评估与确定方法。最后介绍了该方法的具体应用。

20Cr2Ni4齿轮钢激光喷丸和机械喷丸残余应力场有限元模拟

使用有限元软件建立了20Cr2Ni4齿轮钢喷丸强化的三维数值分析模型,探究了激光喷丸(LSP)与机械喷丸(SP)在不同工艺参数下的残余应力场,分析了网格尺寸对模拟结果的影响,建立了复合喷丸的有限元网格模型,研究了不同复合方式的喷丸对残余应力场的影响。结果表明,激光喷丸有限元分析中,网格尺寸一般控制在0.1 mm以下,相较于激光喷丸,机械喷丸对网格密度的要求比较高。当弹丸直径为Φ0.5 mm,且冲击区域最小单元网格尺寸为0.03 mm以下时,模拟结果有效。相较于激光喷丸,LSP-SP复合喷丸在表面产生的残余压应力略有提升,应力在靶材表面没有被严重的削弱。复合喷丸的残余压应力层深可以达到机械喷丸的2~3倍;在深度方向的最大残余压应力可以达到材料屈服强度的1.5倍。