973项目申请书：数字化制造基础研究

973项目申请书：数字化制造基础研究内容摘要：

程运动的动态精度形成原理 分析大惯量 、大变载机械系统与多元并联大流量液压系统动力传递耦合关系；分析运动副间隙、附加约束、碰撞等对系统瞬态位置的扰动；建立其多体动力学模型、机械－液压动态控制模型；提出多元驱动、大惯量、大行程运动的动态精度形成原理。 （ 3）巨型成形装备制造界面的位置、形态与界面力场模型 研究时变负载条件下成形装备拉、压、弯、扭、剪等多维、多元复杂应力状态与变形在结构中的复合及其对制造界面空间位置的集聚效应和对制造界面外力分布的影响，建立巨型成形装备制造界面的位置、形态与界面力场模型。 （ 4）巨型成形装备高效、高可靠、高精度运行的 数字化实现 研究巨型成形装备非线性力学模型及其在高度异构特性下的数字描述。 建立制造界面位置、形态与力场分布间的映射关系，提出逆问题求解方法，制定运动控制策略，实现巨型成形装备的奇异力学行为数字化预测与高精度运行控制。 经费比例： ％ 承担单位： 中南大学 课题负责人： 黄明辉 教授 学术骨干： 刘少军、李涵雄、王艾伦、蒋炳炎、夏建芳、周 英、刘德福、帅词俊 课题 3：数字制造过程物理行为建模与精度创成原理 研究目标： 揭示数字制造过程中的物理场复合作用机理及其对零件质量与性能的影响规律；建立物理约束、几何约束与 产品性能约束的相容性条件，提出相容性约束条件下加工制造工艺的优化方法，为复杂零件高精度创成提供理论基础及数字化平台。 研究内容： （ 1）加工制造中物理场复合作用机理及其数字仿真 研究切削力、应力 应变及温度场的复合作用机理及其与零件质量之间的映射规律，分析零件表面的三维形貌生成机理，建立零件精度分析和预测模型。 研究物理场的状态可观测性、工艺过程的动态稳定性及可控性条件。 结合复杂零件的铣削加工，对物理场复合作用下的加工过程进行仿真，预测加工过程中零件误差、表面结构缺陷。 （ 2）物理约束、几何约束与零件性能约束 相容性分析 研究混合约束的数字化表达，其中物理约束包括加工装备的动静态特性、切削力与切削速度、刀具刚度特性、材料特性等，几何约束包括运动学约束、夹具的封闭性与可达性等，零件性能约束包括零件的功能、质量、可靠性等。 高精度零件的制造必须满足以上多种不同性质的约束。 根据物理场对零件质量的复合作用机理，建立物理约束、几何约束及零件性能约束的相容性分析模型，提出可制造性定量分析理论。 （ 3）加工制造过程的工艺优化与精度保证 分析相容性约束条件下的新工艺可行性，构造工艺参数的可行空间，提出工艺过程优化模型及其高效求解方 法。 研究有效的测量与误差建模方法，建立零件加工误差与工艺参数之间的反演模型，制定制造误差补偿与控制策略。 （ 4）高精度零件制造的数字化仿真平台 结合典型复杂零件的加工，建立数字化加工过程仿真平台。 该系统集成了加工工艺参数、加工质量数据及实验数据等信息，主要功能包括切削力预测、温度场分析、应力场分析、零件质量预测以及针对不同加工工况的模型校准等。 经费比例： ％ 承担单位： 华中科技大学、上海交通大学 课题负责人： 丁 汉教授、朱向阳教授 学术骨干： 熊蔡华、朱利民、朱文凯、权建洲、盛鑫军、舒正荣 课 题 4：高性能复杂曲面数字化精密加工的新原理和新方法 研究目标： 揭示复杂曲面物理性能生成机理，创立性能驱动的复杂曲面逐点精确去除加工新方法，创立数字化 局部 共轭曲面新原理，突破高物理性能和高几何精度复杂曲面精确创成的关键技术，为我国重大工程中的关键零部件（导弹天线罩、大型运载火箭共底构件、火箭发动机喷管、整体叶轮、高速精密螺旋锥齿轮等）精密加工与装备制造提供理论方法和技术支撑。 研究内容： （ 1）基于零件物理性能与几何特征映射关系的复杂曲面生成方法 分析复杂曲面物理性能与几何特征的映射关系，建立多源约束与曲面参 量的非线性耦合隐式模型；研究加工过程力 /热耦合变形及其对面形生成的影响规律；揭示加工过程中复合材料零件表面的多尺度形貌特征生成机理，建立高性能复杂曲面生成的数学模型。 （ 2）复杂曲面多源离散信息的结构化方法与误差消减 研究多场、多源信息基于复杂曲面零件物理性能和几何量关联约束的采样规则，研究多源多坐标测量中病态区域辩识和剔除的方法；建立海量多源离散信息的快速结构化数学模型，提出测量误差消减方法。 （ 3）面形随机复杂曲面零件的逐点精确可控去除加工新方法 研究面形随机的复杂曲面零件缺陷逐点精确去除控制原理；建立 多源、多坐标测量与加工仿真模型，制定多源约束条件下工具的运动控制策略；结合典型零件加工，构建性能驱动的复杂曲面零件数字化加工应用示范平台，实现高物理性能复杂曲面零件的精确创成。 （ 4）高性能高精度局部共轭曲面生成与制造过程精确控制 研究受控于多尺度几何误差、切削区热 /力约束的局部共轭螺旋锥齿轮啮合曲面机械与传动性能生成规律；研究高性能螺旋锥齿轮曲面多轴数字制造误差抑制方法；研究切削区最优热 /力 /工艺参数匹配理论与方法，建立基于几何与物理量约束的局部共轭曲面数字化啮合新原理和螺旋锥齿轮数控精密切齿新方法。 经费比例 ： ％ 承担单位 ：大连理工大学、中南大学 课题负责人 ： 郭东明教授 、唐进元教授 学术骨干 ：赵福令、严宏志、王晓明、曾韬、王永青、曹利新、孙玉文、杨睿 课题 5：先进成形制造过程的多尺度数字仿真与优化 研究目标 ：针对我国能源、运载、国防及装备制造等支柱产业的新产品开发对新一代精确成形制造方法与技术的需求，选择对零件性能有重要影响的先进成形制造方法（如熔模精密铸造和复杂薄壁铝、镁合金精确铸造成形及先进热压塑性成形），揭示零件成形制造过程物理场作用下材料组织与力学性能演变规律，研究零件成形制造过程多尺 度、多学科数字化建模仿真理论与方法，提出零件成形制造质量、微观组织、性能、使用寿命预测方法，开发数字化零件成形制造模拟仿真和零件性能预测系统，促进我国的成形制造技术进步。 研究内容 ： （ 1）精确铸造成形过程多尺度物理 /数学建模 与仿真 针对能源、航空航天工业的定向凝固熔模精密铸造零件和航天、运载、军工行业的复杂薄壁铝、镁合金精确成形铸件，综合考虑宏观的传输现象和微观的形核与生长动力学， 研究铸造成形过程 中动量、能量、质量传输及微观组织形成的多尺度、多学科的数理 模 型与仿真。 （ 2）精确成形铸件的组织、性能与疲劳寿 命预测 精确成形铸件的力学性能与疲劳寿命直接关系到能源、运载及航空航天用铸件的使用性能与安全性能。 研究精确成形铸造过程中铸件的微观组织形成与演变、微观缺陷产生，及其对 力学性能的 影响规律 ， 建立工艺参数优化及质量评估系统仿真平台，实现 零件 的 组织 、性能与 使用寿命的预测。 （ 3）精密模锻流变成形本构规律及模锻载荷预测建模 研究大型锻件结构特性、成形过程中的变形温度、变形速率、变形程度对变形抗力的影响，揭示金属塑形成形中的非线性本构规律，建立多参数强流变精密模锻成形载荷预测模型，为模锻装备运行提供数字化控制依据。 （ 4）高性能复杂构件塑性成形组织性能预测建模与仿真 高性能锻件必须流线连续、细晶致密、各向同性，大尺度复杂构件模锻过程的重要特点是流变界面形态的不确定性和流变参数的时变性，导致成形过程组织结构与性能的不均匀。 研究流变温度、流变速率、变形程度在复杂成形中的变化规律及其与锻件组织性能的强关联机制，建立锻件组织性能评估模型，并实现其数字化预测。 经费比例 ： ％ 承担单位 ：清华大学、中南大学 课题负责人 ：柳百成院士 学术骨干 ：熊守美、易幼平、许庆彦、李建平、康进武、邓圭玲 课题 6：数字化加工多源多工序质量的综合 评估与优化控制 研究目标 ：以 精密复杂零件多工序数字化加工过程为研究对象，通过研究质量特征的综合分析、度量和评估，提出零件误差、缺陷等在内的质量特征信息的产生、表征、传递、监测与解耦方法，揭示多工序加工工况、服役性能与质量特征间的关联关系，实现多源多工序数字化加工中工序驱动的制造质量控制，为复杂零件的高精度、高可靠数字化加工提供技术保证。 研究内容： （ 1）数字化加工的多源多工序质量信息的定性分析和度量指标 研究多源多工序质量特征信息的生成、表达、传递与聚类的建模理论；研究多源多工序质量特征的检测传感网络的构 形、容错性与可靠性度量指标；研究多源多工序质量信息的跟踪与控制策略，揭示零件误差、缺陷等质量信息的变化规律。 （ 2）加工过程的工况监测、预示及服役性能评价 研究多源多工序复杂工况监测、信号处理的原理与方法；建立工况与零件误差、缺陷等质量特征信息的映射、解耦及预示模型；研究装备群的加工效率、精度和可靠性评估模型；揭示装备群的服役性能退化机理和失效规律。 （ 3）工序驱动的零件加工质量优化控制 建立加工过程中“工件类－工序流－装备群工况”的特征综合模型及质量保证机制；研究批量客户化和小子样生产条件下的工序质量在线 控制与评价方法；研究工序驱动的质量优化控制以及零件综合质量缺陷消减方法。 （ 4）复杂精密零件数字化加工质量的综合评估与控制平台 以复杂精密零件为具体应用对象，建立数字化加工多源多工序质量的综合评估与优化控制的平台，包括质量信息获取、处理与交互的实现技术，以及工况监测、预示与服役性能评价与质量信息跟踪的可视化技术等。 经费比例 ： ％ 承担单位 ：西安交通大学 课题负责人 ：江平宇教授 学术骨干 ：屈梁生、何正嘉、赵 宏、陶涛、张西宁、周光辉、訾艳阳、孙挪刚、蒋克俭、陈雪峰 课题 7：数字制造系统复杂信息处理 及执行过程决策 研究目标： 以多源复杂制造信息融合与关联分析为基础，研究数字制造系统优化配置原理与方法。 建立多工件复杂制造过程的综合效能评价模型与参数优化策略。 实现非常规信息的识别、分析与处理，建立复杂信息环境下的制造执行过程决策机制与优化方法，为实现高效稳定的数字制造提供理论与技术支持。 研究内容： （ 1）数字制造系统的信息关联分析及 优化配置 揭示数字制造系统组元的信息融合和交互作用机理，通过多源制造信息之间的聚合度和耦合度分析建立关联模型。 研究制造需求信息和制造能力信息的匹配关系，揭示系统结构模块对需求变 更的敏感关系，研究制造系统优化配置原理和方法。 （ 2） 多工件复杂制造过程效能评价与参数优化 研究多工件复杂制造条件下设备能力、工艺规程及工件特征等因素的综合作用规律，建立制造过程综合效能评价模型。 揭示参数变化对制造系统的影响模式，建立复杂制造过程中关键参数的优化策略。 （ 3）非常规信息条件下制造执行过程决策 研究非常规（不确定、冗余、病态、残缺、矛盾等）制造信息的识别与分析方法，利用信息增值计算实现决策规则提取。 揭示多元信息对决策过程的影响规律，研究基于软计算。