专刊编辑序

随着科学技术的飞速发展和工业领域的深刻变革,在数字化设计与制造领域,数字孪生、系统工程等概念和技术日益成为推动航空航天、轨道交通、智能制造等领域创新发展的重要驱动力。本期“数字化设计与制造”专刊,围绕这些前沿技术与应用。

面向多元评价的工科大学生素质能力培养研究与实践

新工科建设与《工程教育认证标准》的实施是近年来高等工程教育领域的重大政策,综合素质评价改革的推行也为大学生的综合能力列出新的标准。通过厘清多元评价体系下的培养要求,总结十项工科大学生应具备的素质能力,并基于山东大学机械工程学院工作实践探索,形成“3+2+5”工科大学生素质能力拓展培养的新模式。通过问卷调查、数据分析等方式持续追踪这一模式对大学生不同素质能力提升的影响,并利用区分能力板块条件下的培养模式量化效用分析,结合专业培养目标,持续优化这一拓展培养模式的项目体系,促进学生全面发展。

“翻转课堂+小组合作”教学模式在计算思维课堂中的应用

随着时代发展、科技进步,各大高校不断寻求教育的进步,从事高等教育的教师也在不断调整教学内容和更新教学方法,计算思维课程教师也是如此。翻转课堂无疑是一项创新教学方式。课堂中要想发挥每个学生的主体地位,小组合作学习是较好的选择。小组合作学习被应用到翻转课堂中,可以发挥群体的积极功能,提高个体的学习动力和能力,并帮助学生更好地理解计算思维知识,提高学习效率。

离心雾化喷头结构优化及雾滴沉积特性

针对目前植保无人机的施药设备与作业参数不匹配导致的药液雾化不彻底、沉积不均匀等问题,优化了转盘式离心雾化喷头的雾滴沉积特性.搭建变量喷雾平台,研究喷雾流量和雾化盘转速对离心雾化液滴粒径、均匀度和覆盖率的影响,并利用3D打印技术制作不同结构的离心雾化盘,采用正交试验方法分析雾化盘直径、齿数和锥角对雾滴沉积特性的影响权重.研究结果表明:在相同流量下,雾化盘转速与雾滴体积中径和雾滴谱相对跨度成负相关,增大转速可扩大有效喷雾面积;喷头流量与雾滴覆盖率和雾滴体积中径成正相关,但流量过大将导致雾滴沉积不均匀;雾化盘直径对雾滴粒径的影响具有统计学意义,随着雾化盘直径增大,雾滴体积中径逐渐减小;通过估算边界平均值得出优化后的雾化盘直径为65 cm,齿数为180,锥角为30°.基于喷头结构和工作参数的优化结果,进行植保无人机茶园喷洒试验,验证了改进后喷头的可靠性.

基于CSCW的复杂产品协同工艺设计

专家系统在CAPP中的应用,使工艺设计系统变得日趋复杂。通过分析工艺设计过程中存在的问题,提出了一种基于CSCW的协同艺设计与管理模式,使工艺设计由串行转为并行,有效提高了设计效率和系统柔性。

基于MAS的企业动态联盟CSCPP

对企业动态合作进行了研究,依据动态企业联盟组织模式,设计了基于多代理技术的分布式协同工艺设计与管理系统方案(CSCPP),建立了相应模型,分析了CSCPP中的冲突内容,以工艺资源为例分析了多代理工作原理与冲突解决方案。

基于BOM的PDM与CAPP系统集成研究

在分析PDM技术现状的基础上建立基于BOM的PDM/CAPP集成模型 ,设计基于iMAN的PDM /CAPP系统整体方案 ,利用Java技术开发了集成化的Wit CAPP系统 。

基于设计规范的产品三维建模方法研究

提出了基于设计规范的产品三维建模方法,建立了规范化设计模型,为产品模型的方便重用与有效维护奠定了基础。并在此基础上利用VB语言通过SolideEdge二次开发,实现了基于设计规范的产品三维建模辅助系统,最后在打印机制造企业进行了应用验证。

基于Web的分布式工作流管理系统

产品设计过程中重要的是平衡信息流 ,而不是平衡能力 ,一点的设计信息阻塞造成的效率降低会波及整个设计过程。本文针对设计过程中影响信息流通的主要因素 ,建立了基于Web的分布式工作流管理系统模型 ,并开发了相应的应用系统。

大规模定制下的汽车销售订单生命周期管理

在分析大规模定制生产特点的基础上,结合产品设计制造过程,提出了销售订单生命周期管理的概念,描述了销售订单的信息模型,划分了订单生命周期的4个阶段与8个状态,建立了销售订单同产品生命周期的五域映射模型,规划了基于订单的产品全息模型。将该系统在典型企业进行了应用验证,结果表明订单的生命周期管理为大规模定制生产模式提供了更为准确的产品制造信息,并为产品服役结束后的回收再利用提供了信息支持。

PDM在汽车模具行业的应用

在分析汽车模具设计现状的基础上 ,建立了产品数据管理信息组织模型 ,设计了汽车模具行业IMAN客户化定制的主要内容并进行了应用验证。

基于Web的分布式协同设计平台的开发

产品设计过程中重要的是平衡信息流,而不是平衡能力,一点的设计信息阻塞造成的效率降低会波及整个设计过程。本文针对设计过程中影响信息流通的主要因素,建立了基于工作流的协同设计平台模型;以协同平台为基础,实现了设计活动中的信息集成与过程集成,并开发了相应的应用程序。

客户化CAPP系统的研制与开发

根据我国企业的生产现状 ,讨论了CAPP存在的问题 ,提出了“以产品数据为基础 ,以交互式设计为手段 ,以工艺知识库为核心 ,以实现企业需求为己任 ,以尽善尽美为目标 ,以集成化、智能化、工具化、模块化、网络化和实用化为指导思想”的CAPP系统开发模式 ,改变了过去盲目追求高度自动化的系统开发理念 。

基于协同设计的虚拟项目管理系统

分析了虚拟项目管理在计算机产品协同设计系统中的特殊应用问题,提出了虚拟项目管理的总体框架,在此基础上构建基于网络B/S结构的协同设计平台,实现了整个系统的信息共享和分布式应用,并在模具设计方面进行了应用验证。

闭式液压系统油温分析及补油量确定

为研究闭式液压系统内主要工作参数对液压油温度的影响,确定系统在不同工作条件下所需的最佳补油量,根据系统内部主要元件的产热和散热关系,建立系统热平衡数学模型,并构建系统数值模拟模型;通过对比热平衡数学模型计算结果与数值模拟结果,验证数学模型的有效性,分析环境因素和工作参数对系统内稳态油温的影响,在此基础上确定针对特定系统的补油量的计算公式和闭式系统内部油温的预测方法。研究结果表明:所建立的系统热平衡模型是有效的,所推导的补油量计算公式可精确计算出闭式液压系统所需的补油流量,避免采用传统经验法估算不准引起的能量损失或散热不足现象。

多温区冷藏车回风导轨对厢内温度场的影响分析

通过冷藏车多温区影响因素分析,建立多温区冷藏车的传热模型,利用计算流体力学方法研究回风导轨对车厢内温度场分布均匀性的影响规律。依靠Fluent软件,采用标准K-ε模型,开展空仓和载货两种状态下的数值模拟试验。结果表明:回风导轨的变化能够改变车厢内温度场分布;其对冷藏区温度场分布影响较大,对常温区温度分布影响较小。空仓状态下,导轨高度与温度不均匀系数近似呈"凸型曲线"分布;载货状态下,导轨高度与温度不均匀系数近似呈正比例线性分布。相比于X方向导轨,冷藏车采用Y方向导轨可以有效提高车厢温度分布均匀性。

基于性能满意度的产品配置与变型设计范围界定算法

提出了产品配置与变型设计分界点的概念,将产品性能与客户满意度相结合构建优化目标函数,并设计了由性能评价指数判断分界点和由性能相似度判断需变型零部件的判别方法。然后以产品性能最优为目标,设计了基于遗传算法的多目标优化求解算法,并给出了分界点判断的具体流程。最后进行了实例验证,结果表明所提出的方法能够有效解决分界点的判断问题。

基于双层配置体系的产品配置算法研究

在大规模定制生产模式下,产品配置遇到了复杂模糊配置数据的处理问题,为此,提出了基于实例重用的产品配置模糊求解技术,设计了基于多目标遗传算法的产品配置优化算法。将产品配置过程划分为部件配置与零件配置两部分,利用典型条件概率解决产品配置领域的部件模糊配置问题,设计了基于非支配排序遗传算法-Ⅱ,求解以成本、时间和库存为优化目标的零件配置,并结合两者建立完整的产品配置求解算法体系。该算法有效地解决了复杂产品配置中模糊数据处理及配置组合爆炸的问题。

2219铝合金动态力学性能及其本构关系

针对2219铝合金在高温、高应变率加工条件下的变形特征以及流动应力变化规律,利用分离式Hopkinson压杆设备对该合金进行了室温以及高温动态压缩力学性能研究,并利用电子万能试验机对其进行准静态压缩力学性能测试,得到了2219铝合金在不同应变率和温度下的真实应力-应变曲线。结果表明:2219铝合金对温度有较高的敏感性,其流动应力随着温度的升高而降低;当应变率在1000~3000s-1范围内时,材料的流动应力变化并不明显;基于Johnson-Cook模型拟合出的模型参数,能较好地预测实验中材料的流动应力。

基于NSPSO算法的混合装配线平衡问题多目标优化

不同品种作业元素的作业时间差异经常引起混合品种装配线的工作站瞬时负荷瓶颈问题,依据给定的排产顺序,兼顾装配线平均负荷和瞬时负荷,考虑不同品种作业元素的作业时间差异对装配线平衡的影响,建立了以最小化工作站内装配时间波动、工作站负荷平滑指数及装配线超载时间为目标的混合品种装配线平衡模型,并设计了基于非支配排序的粒子群优化算法(NSPSO)。实例验证表明,基于非支配排序的粒子群算法在求解大规模混合品种平衡问题方面比遗传算法具有更高的求解质量和求解效率。