数字制造与数字装备

随着我国制造业信息化的推广和深入,数字车间、数字企业和数字化服务等数字技术已成为企业技术进步的重要标志,也是提高企业核心竞争力的重要手段。

高端制造装备关键技术的科学问题

分析了高端制造装备的国家重大需求和面临的发展机遇,讨论了现阶段高端数控机床和极大规模集成电路制造装备研发的主要任务,通过分析这两类高端制造装备的研究现状与发展趋势,总结出了高性能运动控制、高速高精度驱动、装备与工艺动态交互作用、精密加工的环境控制四方面的关键科学问题。

海水液压技术在深海装备中的应用

海水液压技术由于其与海洋环境相容、具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理、难燃、系统组成简单、清洁等优点,已在国内外的深海装备中得到了成功应用。介绍海水液压技术的优点及国内外研究简况。分析液压元件与系统采用海水直接作为工作介质所面临的关键技术问题,同时分析深海环境对元件的性能产生影响,包括海深压力和温度对介质特性的影响、海水介质的颗粒污染、海深压力对摩擦副的影响等;从新原理、新材料、新结构、新工艺等方面分析相应的解决措施。介绍几个海水液压技术在深海装备中应用的实例:①潜水器浮力微调采用海水液压浮力调节系统,替代油压和气压浮力调节系统,具有结构简单,性能可靠等优点,是目前大深度潜器普遍采用的形式;②海水液压驱动水下作业机械手,是今后水下作业机械手驱动方式发展的新方向;③海水液压水下作业工具,直接以海水作为工作介质,同油压工具相比,具有系统组成简单、压力损失小、效率高、维护方便等优点。

飞机装配制造执行系统关键技术研究及系统实现

本文对飞机装配过程管控的业务需求进行了深入分析,研究了装配MES的关键技术,研发了飞机装配MES,该系统已在某民机制造企业成功上线应用,并在应用中取得显著效果。

基于钢管旋转的高速漏磁探伤装备及其关键技术

针对钢管生产对高速漏磁探伤设备日益剧增的需求,从钢管漏磁检测原理及方法入手,提出并分析了高速漏磁检测关键技术。基于这些关键技术,开发出国内第一套基于钢管螺旋运动、检测速度达到2.8m/s的高速漏磁检测设备,其检测指标达到API标准的最高探伤要求,具有较好的使用效果。

金属零件增量复合制造技术

增量制造技术变革了传统的机械加工减量成形和锻造等量成形模式,为制造难加工复杂高性能零件提供了新的思路。现有高能三束（激光、电子束、等离子束）金属零件自由增材制造技术存在成形效率不高、成本高、成形精度及性能可靠性不足的瓶颈问题。要克服上述技术瓶颈,既保持增量制造技术优势,又吸收传统技术优点,需要研究探索新的复合制造新技术。

金属零件直接快速制造技术

基于数字化生长成形原理的快速成形技术,变革了传统的体积成形与去除式成形加工方式,为开发复杂形状难成形/难加工新材料和FGM零件的无模近终成形方法提供了新的思路。

再论云制造

在综合已有文献和近期研究实践的基础上,进一步论述了云制造。提出云制造是一种面向服务的、高效低耗和基于知识的网络化、敏捷化制造新模式和技术手段,它丰富和拓展了云计算的资源共享内容和服务模式,促进了制造的敏捷化、服务化、绿色化、智能化;融合云计算、物联网、高性能计算、面向服务、智能科学等新兴技术与信息化制造技术,构成了完整的云制造服务系统及云制造技术体系。通过应用案例讨论了面向集团企业和面向中小企业云制造服务平台的技术和应用模式,并对我国实施云制造的思路和发展提出了建议。

考虑实际工况的湿式离合器动密封装配间隙分析方法

湿式离合器动密封装配间隙是车辆传动系统中的重要装配要求,直接影响车辆运行性能与行驶安全。为保障实际工况下其装配间隙符合设计要求,基于有限元分析方法与雅可比旋量理论,提出考虑实际工况的湿式离合器动密封装配间隙分析方法。针对某湿式离合器动密封装配间隙问题,计算转动状态下的最小装配间隙分布区间,并定量分析各载荷变形对装配间隙的贡献度。结果表明:实际运行状态下最小装配间隙分布区间为[-0.022,0.098]mm,与设计要求[0.025,0.207]mm严重不符;采用装配后再对内孔精加工的工艺对贡献度为74.22%的配流套内孔过盈装配变形进行调控后,最小装配间隙分布区间提升至[0.027,0.139]mm,符合设计要求,车辆运行性能得到有效保障。

应用于交流电机驱动的新型串联绕组拓扑的动态电流控制性能分析

电机绕组的动态电压是影响其电流变化能力的直接因素。为了提升电机的转矩响应速度,从直流电压利用率的角度分析串联绕组拓扑的动态电流控制能力。首先,从拓扑结构出发,相比于三相半桥拓扑,串联绕组拓扑将直流电压利用率提升了73%,这使得其动态电压更加充裕。然后,在不同的转速工况下,分析串联绕组拓扑、三相半桥拓扑以及采用电压修正策略的三相半桥拓扑的动态电流控制性能。最后,经仿真与实验证明,若采用电压修正策略来增大三相半桥拓扑的动态电压裕度,其只在转速接近额定转速时效果才凸显,且提升有限。而采用串联绕组拓扑,其在电压深度饱和下的电流动态响应时间将显著减小。

基于数据云与应用云分离模式的制造资源云定位服务平台

为了实现各参与方的业务功能解耦,给出了一类涉及服务需求方、制造服务提供方、制造应用提供方、服务平台运营方四种角色的云制造服务模式。该模式进一步将制造应用提供方细分为解决方案集成方、应用工具开发方、基础数据提供方等角色实现了数据云与应用云的分离。着重研究了其中的基础数据提供方,探讨了一种基于制造资源定位技术的制造资源基础数据云平台及其组成,讨论了云定位技术在制造环境下的若干应用场景。最后给出了一种基础数据云与应用云分离的云制造服务框架,为构建云制造服务的实际应用模式提供了新的思路。

基于粗糙集理论的质量屋顾客需求分析技术

为解决质量屋的顾客需求信息中所存在的模糊性、不完整、不一致和冗余等问题,提出了基于粗糙集理论的顾客需求分析技术解决方案。该方案以数据仓库和数据挖掘技术为基础,存储、分析并处理已获得的顾客需求初始信息。利用分明矩阵启发式粗糙集约简算法来约简顾客需求信息规则,减少不必要的工程特性改动,降低产品设计与改进的成本和风险。借助J2EE架构与Oracle数据仓库,实现了约简算法,并验证了预期的效果。

TSV三维集成的缺陷检测技术

硅通孔(TSV)三维集成以其集成密度大、互连延时短以及潜在经济效益高等优势迅速成为了研究热点,三维集成的缺陷检测技术对于优化制造工艺、降低生产成本以及提高器件可靠性等方面均具有十分重要的意义。总结了TSV三维集成缺陷检测面临的巨大挑战,详细介绍了四类缺陷检测方法,包括电学检测方法、光学检测方法、声学检测方法以及X射线检测方法,讨论了这些方法应用于三维集成缺陷检测的原理、特性、不足以及需要解决的关键问题。未来三维集成缺陷将愈加复杂,需要不断加强缺陷的生成和演变机理研究,丰富缺陷检测方法,并持续改善各类方法的检测精度、稳定性以及检测效率。

大深度潜水器海水液压浮力调节技术研究进展

海水液压技术由于其与海洋环境相容,具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理、难燃、系统组成简单、清洁等优点,已在国内外的深海装备中得到了成功应用。采用海水液压浮力调节系统替代油压和气压浮力调节系统,具有结构简单、性能可靠等优点,是目前大深度潜水器采用的主要形式。介绍了海水液压浮力调节的国内外简况,分析了深海环境对元件性能产生的影响,包括海深压力和温度对介质特性的影响,海水介质的颗粒污染、海深压力对摩擦副的影响等;从新结构、新材料、新工艺等方面提出了相应的解决措施。最后,重点介绍了我国在海水液压浮力调节技术研究方面的进展。

初始残余应力的检测方法及其在薄壁叶片加工变形分析中的应用研究

薄壁叶片是航空发动机的关键部件,在加工过程中极易发生剧烈的变形。已有的变形研究控制重点关注在减小切削力和加工残余应力(Machining‑induced residual stress,MIRS)这两方面。本文利用材料热处理和锻造过程中产生的初始残余应力(Initial residual stress,IRS)来减轻薄壁零件受切削力与加工残余应力影响所产生的变形。由于初始残余应力测量困难且具有破坏性,本文提出了一种初始残余应力逆辨识方法来测量Ti6Al4V的初始残余应力。与传统的初始残余应力测量方法相比,逆辨识方法更符合应力分布和叶片变形的分布趋势。为了研究和解耦初始残余应力、加工残余应力和切削力之间对加工变形影响的相互作用,针对钛合金直纹叶片为对象进行实验验证,并建立了有限元预测模型。在分析切削力与加工残余应力对变形的影响后,可以得到切削力占变形程度的46.17%,平均值为26.36μm,而加工残余应力占变形程度的53.83%,平均值为30.70μm。耦合初始残余应力后使得整体的变形减小,受加工残余应力影响的最大挠度变形从35.32μm降低到15.50μm,该分析为利用初始残余应力减小薄壁叶片加工变形提供了新的方法。

不确定信息条件下制造/再制造物流网络优化设计

针对制造/再制造集成物流网络中回收产品的数量及质量的不确定性,提出将回收产品按质量等级分为可用于再制造和需要报废处理两类,并将其数量都看成随机参数.以投资成本和运输成本最低为目标函数,建立基于机会约束条件的随机规划模型,以确定物流设施的数量、位置和物流量.提出采用混合智能算法直接求解,避免现有研究中将机会约束规划转化为确定性等价类所带来的问题.通过算例验证了模型及算法的有效性.

基于STM32芯片的U盘/SD卡文件传输技术研究

基于STM32F107VCT6微控制器,在μC/OS-Ⅲ系统下针对U盘与SD卡之间的文件传输进行研究。控制器分别通过SPI串行总线和OTG接口与SD卡和U盘实现数据传输,控制系统通过FATFS文件系统将U盘的文件数据存入控制器的缓存之中,再将数据写入SD卡,实现了U盘与SD卡之间的数据传输。实验表明:该文件传输原理简单、功能稳定,可广泛应用于日常生活和工农业的小型嵌入式设备当中。

基于漏磁的管端自动探伤方法与装备

在分析钢管漏磁检测端部效应及其消除机理的基础上,提出了利用漏磁检测技术对钢管端部进行自动探伤的方法——端部移接法,即采用导磁构件来收集钢管端部泄漏磁场,并对端部磁路加以引导,借用另外的导磁构件与钢管端部对接后形成新的端部,使得原端部变为管体,从而减小钢管端部盲区。设计了磁路引导装置和探头,介绍了基于漏磁的管端自动探伤机的结构组成、原理和管端自动检测流程。该检测方法及装备可以将钢管端部的检测盲区控制在30mm以内。

基于高响应直线电机的非圆曲面加工技术研究

针对非圆车削加工技术的研究,提出一种直线驱动快速刀具进给机构,构建了非圆车削系统。重点研究了非圆截面零件的软靠模生成,并提出一种非类椭圆的建模方法。以中凸变椭圆活塞为例,利用快速刀具进给机构加工出最大椭圆度为6mm的中凸椭圆活塞试件,误差在15μm以内。实验结果表明,该设计方案能顺利完成非圆车削的任务。

机器人测量-操作-加工一体化技术研究及其应用

阐述了机器人加工的发展现状与面临的挑战,回顾了机器人测量操作加工一体化所需要的关键技术。以典型的机器人加工过程为例,分析了机器人测量操作加工一体化过程中误差的来源,建立了加工误差及其传递模型,并分别计算分析了测量误差、坐标变换误差与机器人执行误差对加工精度的影响。将机器人测量加工一体化方案用于飞机机翼和机身装配垫片的磨削加工,由点云数据得到工业机械臂的加工轨迹和工艺参数规划数据,通过在机械臂末端安装顺应打磨头来消除工件法向的位置误差,实现恒力打磨。实验结果表明,该机器人加工方案能够实现飞机装配垫片的变厚度磨削加工。