摘要：高性能制造,是由以几何精度为主的制造上升到以产品性能的精准保证为目标的制造,其作为推动我国装备制造业升级的引擎,以及引领传统制造理念提升的旗帜,对国家装备产业的发展具有十分重要的意义。高性能制造理论指出,传统的装备制造流程形成了设计、制造、服役等严格的上下游关系,一定程度上了推动了多任务协作能力,提高了装备制造的效率。然而,不容忽视的事实是,这种设计、制造的单向串行模式人为割裂了设计环节与制造环节的耦合作用,在提高制造效率的同时,亦不可避免地制约了高端装备性能的进一步提升。作为高性能制造理论的重要组成部分,针对上述设计、制造之间的耦合作用,展开了进一步的讨论。首次采用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件,从数学角度定量定式的揭示了传统设计制造“不协同”的根源所在,并针对这些不足,给出串行、并行和循环模式的高性能制造解决方案和求解方法。为打破我国高端装备/零部件的高性能制造瓶颈,进一步推动我国高端装备高性能制造的发展提供了理论与技术参考。

摘要：随着应用空间的不断拓展和服役性能的不断提升,航空航天、能源动力、信息电子等领域对高端装备的需求迫切。这些高端装备以承载、传导、换能、隐身等性能的精准保证为主要制造目标,不仅性能要求高,且往往结构复杂、材料难加工、表面完整性或精度要求极高,制造难度极大。高性能制造是应对上述挑战,突破高端装备制造瓶颈的必然选择。从高端装备及其零件/部件/构件/器件(简称零件)的特点、制造要求和制造技术的现状出发,阐明了高性能制造的内涵、所需要探究的基础问题以及设计与制造环节的定量关联关系,建立了高性能制造的总体框架和模型表达形式,分析了高性能制造应注意的要素和应遵循的规律,给出了高性能制造的实现途径、关键技术和两个应用实例,并指出高性能制造是以性能为第一目标,设计、制造、使役等多参量关联关系建模为核心的科学、精准和最适宜的制造,也是数字化和可计算的制造,亦是以性能的精准保证为目标的性能与几何结构一体化制造。

摘要：智能化重大装备(以下简称“智重装备”)的设计与优化是装备全生命周期中的重要环节,对于装备质量与系统性能提升具有重要意义。由于智重装备物理结构与控制系统间复杂的耦合关系,传统先结构设计再控制设计的串行顺序优化设计方法难以获得全局最优值。为此,本文提出一种结构与控制并行的多学科一体化优化设计方法来获取最优匹配的结构与控制参数。对智重装备的结构与控制一体化优化现状做出归纳总结。分别利用KKT条件与极小值原理证明了传统串行优化的不足以及多学科并行一体化设计方法的最优性,并给出常用的模型求解方法。以无人矿用挖掘机与无人堆取料机为对象,给出了结构与控制一体化优化方法在智重装备设计中具体应用方式。计算结果表明,提出的一体化优化方法比传统串行优化方法具有明显的优势,能够进一步提升智重装备的关键性能。

摘要：为了解决非均质材料零件设计中几何特征和材料特征的耦合问题,提出了一种基于可行方向法和遗传算法的几何和材料的并行设计方法。通过设定关键点来表示不断变化的零件几何特征,引入虚拟节点以描述其材料特征,构建非均质材料零件几何和材料并行设计的优化模型。在优化设计过程中,关键点的坐标增量采用可行方向法求解,虚拟节点的材料体积分数增量通过遗传算法获得,两种优化算法交替迭代,便得到了零件几何形状和材料分布的组合最优解。采用该方法设计了一个非均质材料的等温器具,通过有限元技术对其温度场和应力场进行模拟和分析,并利用ANSYS软件对设计结果进行验证,从而说明了该方法的有效性和实用性。

摘要：重大装备形态和性能的精准预测与分析是实现其智能化和自主创新的关键技术之一。数字孪生作为连接物理世界和数字世界的纽带,可用于在数字世界中建立物理实体材料选择、结构设计、加工制造和运维管理的全生命周期真实镜像。面向重大装备几何形态和结构力学性能,通过分析当前建立数字孪生的需求与难点,提出机理模型与实测数据联合驱动的“算测融合”解决方案;综合考虑孪生模型的时效性与准确性要求,构建重大装备“形性一体化”的数字孪生框架。详细论述当前构建重大装备数字孪生所面临的“算不了”、“算不准”、“算不快”、“测不了”、“测不全”和“测不准”六个具体问题,并给出相关解决方案和关键技术。通过典型案例验证了所提框架与关键技术的可行性与有效性,为数字孪生在重大装备中的落地应用提供了理论和技术参考。最后,探讨了重大装备数字孪生的未来发展趋势和所面临的进一步挑战。

摘要：阵列复材管具有优异的性能,可应用于微波反射器夹层。阵列复材管端面磨削过程中易出现规律毛刺且形成过程不明确。研究以阵列复材管的复合材料管胞元为对象,考虑其宏观结构特征和端面磨削特点定义切出角度和砂轮轴线偏移角,并系统研究在砂轮倒角参数和工艺参数综合影响下,切削截面内砂轮与纤维相互作用关系,揭示毛刺的形成过程并建立毛刺长度预测模型。结果表明:砂轮轴线偏移角、砂轮倒角共同影响切削截面内的砂轮倒角,而切削截面内砂轮倒角与纤维方向角的大小关系、轴向磨削深度共同影响纤维率先发生断裂的位置,该位置与纤维方向角共同影响毛刺的长度。为获得更好的加工质量应优先选用较大倒角的砂轮、较小的砂轮轴线偏移角或使切出角度接近90°,当毛刺不可避免时,优先选用较小的轴向磨削深度。研究成果可为复合材料管端面磨削过程中刀具轨迹规划、刀具设计和工艺参数选择提供指导。

摘要：将有限元方法和结构拓扑优化方法应用于三维微动平台设计。以平台中心位置的输出位移为优化目标,以应力准则为约束条件,建立了三维微动平台的拓扑优化数学模型。该优化问题采用敏度分析方法和准则法求解,并采用过滤技术解决优化过程中出现的棋盘格式和网络依赖性问题。通过设计一个三维微动平台以及ANSYS的模拟演示,证明柔性结构拓扑优化方法适用于三维微动平台的设计。

摘要：由于特征线宽的进一步细微化,超大规模集成电路的进一步发展受到平坦化技术发展水平的制约。抛光液流动性能是影响平坦化加工性能和效率的重要因素之一,为增强抛光液的流动性,在抛光垫表面增加沟槽是有效的技术手段。以带沟槽抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动为研究对象,采用多级粗糙表面计算机模拟生成技术和计算流体动力学新方法格子Boltzmann方法,对抛光液在多级粗糙间隙内的流动过程进行分析。初步研究抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动特性,并且分析抛光垫表面形貌特征对抛光液流动的影响。结果表明,所提出的抛光液微流动研究方法可以用来分析抛光垫几何参数对抛光液输送过程的影响,并且具有很好的统计特性,这为抛光垫的修整和新一代抛光垫的设计制造提供了一种理论研究方法。

摘要：CAD/CAPP/CAM并行是协同产品开发的关键技术之一,其在很大程度上依赖于设计成熟度的预先确定.论文在明确设计成熟度概念的基础上,分析了集成产品开发团队、硬件设施和时间等影响产品设计成熟度的因素,并通过建立递阶模糊质量屋的方法,提取构成成熟度因素集的产品特征,应用德尔菲法或AHP法配置成熟度因素集.在此基础上基于模糊设计理论,提出了多层次模糊计算模型作为成熟度的预测方法.通过应用该模糊预测方法计算某型号飞机机翼的设计成熟度,验证了方法的合理性和可用性.

摘要：以带沟槽抛光垫多级粗糙间隙内的固液两相微流动为研究对象,基于计算机模拟生成多级粗糙表面,利用格子Boltzmman方法(Lattice Boltzmann method,LBM)计算微观流场,对抛光液在多级粗糙间隙内的流动过程以及固体颗粒的运动轨迹进行分析。探讨将这种新的抛光液两相微流动分析方法用于平坦化机理研究的可行性,并初步研究固体颗粒在多级粗糙间隙内的运动和碰撞过程,分析固体颗粒的运动特性。研究表明,多级粗糙表面的计算机模拟生成技术结合稀疏两相流模拟可以用来分析多级粗糙间隙内抛光液流动和固体颗粒运动轨迹。通过对抛光垫多级粗糙间隙内两相微流动的研究,有助于揭示晶片表面缺陷产生的机制,并提出减少缺陷的抛光垫微结构设计及修整方案。