探索技术之美,赋能国之重器——访谈中国电子科技集团公司第十四研究所工业设计中心主任胡长明首席专家

从十三五规划开始,我国开始论证实施制造业创新中心建设工程,建设一批国家级工业设计中心。工业设计作为产品设计的重要环节,它的理念是如何演进的?如何将先进工业设计理念融入产品设计?带着这些问题,我们对中国电子科技集团公司第十四研究所工业设计中心(以下简称为十四所工业设计中心)主任胡长明首席专家进行了访谈。

读“掌上”的“千秋史”--雷池月与胡长明关于《毛泽东评点历代王朝》的对谈

雷池月：最近看了你送的《毛泽东评点历代王朝》，引起了我的一些联想。记得1964年，山东大学的一位教授向毛泽东献诗，调寄《水调歌头》，开头两句是：“掌上千秋史，胸中百万兵”——气势很大，流传在外，一度风传是毛泽东的新作，以至毛泽东后来亲自说明真相，并称赞此诗写得很好，

AHP-改进物元法在整体钢平台顶升模架体系安全风险评估中的应用

针对整体钢平台顶升模架体系施工安全性的灰色特征,经实地调研及专家评审,建立了整体钢平台顶升模架体系的安全风险评估模型。首先,考虑人员、设备、环境、管理及技术5个方面,选取19个指标构建安全风险评估指标体系;其次,采用层次分析法计算各指标权重,基于改进物元法确定各指标的风险等级,然后将两者向量相乘,以最大隶属度原则确定整体钢平台顶升模架体系的安全风险等级;最后,将所建立的基于层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)-改进物元法的安全风险评估模型应用到某超高层工程实例中,并将评估结果与实际施工情况对比分析。研究表明,该评估模型的计算结果合理且准确可靠,可为超高层整体钢平台顶升模架体系的安全管理提供参考。

考虑参数随机性的压实黄土蠕变变形不确定性分析

现有蠕变模型的计算值为确定值,未能考虑岩土材料和参数评估过程中的随机性。为反映岩土材料的变形随机特性,基于多次重复的一维固结蠕变试验,本文研究了分级和分别加载条件下压实黄土的蠕变特性,建立了考虑参数随机性的改进Merchant模型,提出了一种蠕变变形的不确定性预测方法,并通过延安高填方工程进行了验证。结果表明,压实黄土具有明显的衰减蠕变特性,引入非线性元件的Merchant模型能更好描述土体的应变时间关系,考虑参数随机性的模型计算值近似服从正态分布;通过不确定性预测方法可以获得蠕变变形值的概率云图,且工程实测蠕变变形值落在预测范围的95%的置信区间内,说明了考虑参数随机性的蠕变变形不确定性预测方法的有效性。

基于模糊贝叶斯网络的钢管桩围堰安全评价研究

为探明施工过程中影响钢管桩围堰事故发生率的主要因素,降低桥梁基础工程的事故发生率,建立FBN与MIDAS模型,对围堰工程进行事前安全风险研究。首先参照条例规范与4M1E原则将主要因素统筹为人、机、料、法、环五大方面,构建起具有普适性的的风险评估指标体系,其中含有5个一级指标和18个二级指标。其次根据因素间的逻辑关系构建贝叶斯网络模型,基于模糊数理论确定根节点的先验概率,后利用Leaky Noisy-OR Gate模型计算出非根节点的条件概率,通过NETICA软件得到因素耦合效应以及主要影响因素,最后依据实际案例建立MIDAS有限元模型进行定量化分析。结果表明,主要影响因素有水流压力、土体稳定性、支护体系稳定性、焊接质量以及安全防护设备配备程度。

明挖隧道衬砌结构拆模时间研究及可靠度分析

为保证明挖隧道工程的施工进度和工程质量,避免衬砌结构拆模后产生温度裂缝,通过对咸阳机场预留高铁工程最大尺寸断面隧道衬砌进行有限元模拟和现场试验,综合考虑施工环境和衬砌混凝土的时变性,研究明挖隧道衬砌结构温度裂缝和最大主应力的位置及变化规律。通过将模拟结果与各龄期混凝土强度进行对比,确定了最大尺寸断面隧道衬砌结构在混凝土浇筑48 h后拆模可以避免温度裂缝的产生,拟合了不同尺寸断面隧道衬砌结构的拆模时间计算公式。最后,引入时变可靠度理论验证了最大尺寸断面隧道衬砌结构拆模时间的合理性,将均匀设计法与响应面法相结合确定了衬砌结构最不利截面的荷载效应和统计特征,并将其代入极限状态方程,运用一次二阶矩法编制MATLAB计算程序,计算出衬砌结构在混凝土浇筑后48 h拆模最不利截面的可靠度为6.61,高于规范规定的标准值,从而证明了混凝土浇筑后48 h拆模是可行的。

基于机器学习的盾构掘进地表沉降控制及参数优化研究

针对盾构施工过程中引发的地表沉降问题,通过优化掘进参数实现对地表沉降的控制,保障施工顺利进行。基于长短期记忆神经网络(LSTM)与粒子群算法(PSO)等方法,提出改进LSTM-PSO掘进参数优化模型。首先,构建长短期记忆神经网络模型预测地表沉降,并与随机森林(RF)和BP神经网络的预测结果进行对比,证明LSTM模型的优越性;然后,采用组合权重改进LSTM模型,对比改进前后的地表沉降预测效果;最后,基于改进LSTM地表沉降预测模型,结合粒子群算法,构建改进LSTM-PSO掘进参数优化模型,将其应用于青岛某地铁盾构工程中并验证其可靠性。研究结果表明:1)LSTM模型在拟合精度和泛化能力方面均比RF模型和BP模型表现出更加优越的性能;采用组合权重改进LSTM模型,改进后的模型对地表沉降的预测性能得到了进一步提升。2)采用改进LSTM-PSO模型对掘进参数进行优化后,实际施工中地表沉降监测值均在合理范围内,说明所构建的改进LSTM-PSO掘进参数优化模型具有良好的可靠性和工程实用性。

风险因素耦合作用下的整体钢平台施工预警方法研究

为解决整体钢平台在施工过程中的风险预警难题,提出风险因素耦合作用下的整体钢平台施工预警方法。从人员、设备、环境、管理、技术5个方面分析可能导致施工事故的风险因素,结合项目确定设备、人员和环境为影响较大的3种因素指标,并从整体钢平台的一般状态和极限状态出发分析其失效模式,建立以设备结构为核心预警指标的施工风险预警指标体系;制定各预警指标的分级准则,通过有限元分析将人员、环境对设备结构的干扰归一为折减系数,对整体钢平台的设备指标进行折减,并结合现场结构监测进行验证。研究结果表明:预警结果符合工程实际,计算得到的指标折减系数可作为发布预警信息的依据,给出的整体钢平台设备指标的4级预警值具有可行性。

MBSE在智能探测系统设计中的应用

智能探测系统是一个机、电、液、磁高度耦合的复杂系统,其研制过程是一项系统工程,采用基于模型的系统工程研制方法能够减少新建或改型时的相关风险,降低研制成本。本文介绍了智能探测系统基于模型的研制过程,从智能探测系统的需求开始自顶向下,进行体系论证、方案设计、详细设计、生产制造到运行保障。整个研制过程基于模型传递,通过模型驱动的设计过程,为系统行为模式、研制体制和管理模式等的创新提供源源不断的动力。

复杂电子装备整机总装智能生产线研究与应用

为满足复杂电子装备高产能、高质量的生产需求,促进整机总装生产线智能化转型升级,给出了整机总装智能生产线的总体建设思路,从工艺布局优化、工艺装备智能化和信息管理系统智能化3个方面展开论述,并将其成功应用于某型复杂电子装备的整机总装智能生产线的建设,极大提升了生产线的数字化、集成化和智能化水平。

雷达工业设计研究与探索

随着雷达装备技术水平的不断提升,雷达设计逐渐从功能至上开始向围绕性能要求、用户体验等多方面综合性能的考量转变,在以技术创新为主导的装备研制过程中,以工业设计为依托的设计创新正逐渐展示出不可替代的作用。文中简要总结了国内外雷达工业设计的发展现状,分析了雷达工业设计技术主导性、系统复杂性、稳定延续性、人机协同性和环境多样性的技术特点,并从产品形象、人机工程、颜色材料及工艺(CMF)三个方面对雷达工业设计方法进行论述,为雷达工业设计研究提供一定的参考。

水平定向钻扩孔施工地表变形计算分析

部分城市地下工程的管道埋深较浅(属半无限空间土体),上覆土压力较小,使用水平定向钻进行扩孔施工时常处于过压状态,易导致地表隆起变形,地面冒浆等情况发生。基于圆孔扩张理论和镜像法,推导出半无限空间土体下采用水平定向钻扩孔施工时地表位移的解析解,并以西安地铁十号线某穿越工程为例进行验证计算。结果表明:实测值与理论值变化趋势相一致,且平均误差仅为7%;增大扩孔级数、黏聚力和内摩擦角可以减小地表变形;强度理论效应对地表变形计算的影响不容忽视,计算时应根据土质选取合适的强度准则,避免使用D-P1和D-P3准则。分析结果可为水平定向钻技术的工程应用提供一定的理论技术参考。

考虑渗流影响的水平定向钻泥浆压力控制研究

为研究在水平定向钻施工中如何合理控制泥浆压力以维持孔周土体的稳定、避免孔壁失稳,基于柱孔扩张理论,同时考虑浆液渗流和强度准则的影响,推导了孔壁周围土体的应力场、位移场和泥浆压力极限值的理论解答,并将理论值与实测值进行了对比分析.通过算例,对极限泥浆压力的控制以及渗流、强度准则等因素的影响进行了研究.结果表明:渗流对泥浆压力控制影响显著,随着渗透压力增大,泥浆压力极限值减小,孔壁处应力减小、位移增大;不同准则下的泥浆压力极限值差异较大,应根据工程实际情况选择合适的强度准则,避免高估或低估极限泥浆压力;可通过增加膨润土含量和地面注浆等措施来控制泥浆压力的影响.

土压平衡盾构施工穿越砂层渣土改良试验研究

针对地铁隧道采用土压平衡盾构施工穿越砂层时表现出的非适应性开展了渣土改良及现场试验研究,通过对比渣土经不同配比膨润土泥浆改良前后的抗剪强度、渗透性及塌落度,得到了合理的膨润土浓度及泥浆掺入比.研究表明:当砂层采用浓度为1∶10膨润土泥浆改良后,渣土的塑性及流动性得到有效提高,抗剪强度及渗透性大幅降低;控制泥浆体积掺入比为1∶5进行掘进施工时,盾构机刀盘内外温度及磨损程度明显降低、排土顺畅且推进速度提高.研究成果对于解决土压平衡盾构穿越砂层时土压难以平衡、排土不正常、刀盘扭矩过大及磨损过快等问题具有参考价值.

软土地层地铁盾构施工风险可拓评估方法研究

为了综合评价软土地层地铁盾构施工风险,结合软土地层土质特点,选取地质复杂情况、地下水状况、最小覆土厚度、最小曲率半径、掘进长度、与临近周边环境距离和施工管理水平7个风险影响因素作为评价指标,采用简单关联函数法计算得到各评价指标的权重,避免了主观因素的干扰,运用可拓学理论建立了风险可拓评估模型,并将该模型应用于宁波轨道交通工程2号线栎社机场站-栎社新村站盾构区间的风险评估,得到该区间盾构施工风险等级为中度风险,评估结果较好地反映了工程的实际情况。

湿陷性黄土高贴坡变形模式和稳定性分析

采用原状黄土与重塑黄土联合制作模型,针对湿陷性黄土高贴坡在天然含水量及饱和状态时的稳定性和变形模式开展离心试验研究。结果表明:湿陷性黄土高贴坡在天然含水量状态下稳定性较好,贴坡体固结变形是高贴坡变形的主导因素,高贴坡工后变形量及变形速率前期较大,后期较小,且贴坡体厚度越大,工后沉降也越大,变形稳定所需的时间也越长,贴坡体厚度与工后沉降量呈现线性关系;当土体饱和时,贴坡体固结及黄土湿陷共同导致高贴坡沉降变形,若沉降变形过大,坡体可能沿水分浸入时形成的软弱带开裂破坏;湿陷性黄土层的强度决定湿陷性黄土高贴坡的稳定性,坡体破坏时滑裂面将通过湿陷性土层,其位置取决于湿陷性黄土层与其相邻土层的强度差异。当强度差异较大以致湿陷性黄土层与相邻土层的接触面形成软弱夹层时,则接触面必为滑裂面的一部分,且强度相对较小的接触面首先破坏,滑裂面上部土层表现出比较典型的平移滑动模式;反之,滑裂面近似圆弧,且与接触面之间存在一定厚度的过渡层。

有源相控阵天线服役性能调控技术进展与挑战

有源相控阵天线广泛应用于地面防空、机载火控、弹载制导、空间通信、电子侦察、气象导航等领域,是未来雷达技术发展的主流。天线在服役过程中不可避免地会受到复杂环境载荷作用,使阵面产生难以预知的结构变形与馈电误差,导致阵元位置偏移、指向偏转、阵元间互耦改变等,最终严重恶化天线的电性能。为此,文中归纳了陆、海、空、天不同服役场景下的环境载荷因素,厘清了稳态载荷、瞬态载荷对天线性能的影响机理,总结了天线阵面形变与馈电系统误差监测方法,进一步从结构补偿、电子补偿两方面给出了天线性能调控关键技术,并探讨了有源相控阵天线服役性能调控未来的研究方向与挑战。

扣件式钢管高大模板支架整体稳定试验研究

通过扣件式钢管高大模板支架试验结果和有限元计算对比,表明用取值在一定范围的广义假想水平力来模拟支架的广义初始缺陷是合理的。而且,在计算广义初始缺陷对架体稳定承载力影响时,可采取在各横杆和立杆的连接点处施加广义假想水平力来模拟广义初始缺陷。综合试验结果和有限元计算对比分析,可得出:随着初始缺陷的增加,支模架的稳定承载力不断降低,且下降趋势较明显,因此要严格按相关规范进行施工,控制好支架的初始缺陷,是保证支架稳定的关键。

沉井施工在实际工程中的应用与问题分析

结合某金属板带厂熔铸车间3个外形尺寸相同的沉井施工实例,从沉井制作、下沉、封底3个方面研究了沉井施工过程中的控制措施。同时,对沉井下沉系数进行计算,分析了沉井对周围土的扰动原因。针对沉井施工中常见的突沉现象,下沉纠偏问题提出了相应的解决方法,使工程顺利完成。

离石地区湿陷性黄土地基强夯参数的试验研究

针对离石地区超高填方下深厚湿陷性黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出2 000、3 000、6 000 kN.m能级条件下强夯加固的夯点中心距、最佳击数、停夯标准及有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,离石地区深厚湿陷性黄土地基强夯处理后加固效果显著,有效加固深度范围内黄土湿陷性基本消除;离石或类似地区湿陷性黄土地基采用2 000 kN.m及其以上能级进行强夯处理后,地基承载力特征值均可达到300 kPa以上,土体变形模量大于25 MPa,强夯有效加固深度可采用修正Menard公式进行估算,修正系数可取0.35～0.37;2 000、3 000、6 000 kN.m能级强夯最佳击数分别为11、10、10击,有效加固深度分别为5、6、9 m,夯点中心距分别为4、4、5 m,且分别可将点夯最后两击的平均夯沉量不大于5、5、10 cm作为停夯标准。试验研究成果可为同类工程的设计与施工提供参考。