【所屬領(lǐng)域】
智能制造
【成果介紹】
本項(xiàng)目突破了機(jī)理模型與工況數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的航空/航天復(fù)雜薄壁曲面零件全流程加工精度/效率/能耗預(yù)測(cè)技術(shù)，提出了零件全流程加工智能工藝優(yōu)化決策方法，開(kāi)發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能決策和優(yōu)化軟件系統(tǒng)。
1、提出機(jī)理模型和工況數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的航空/航天復(fù)雜薄壁零件全流程加工精度/效率/能耗高效高精預(yù)測(cè)算法，突破全流程加工工藝智能優(yōu)化與決策技術(shù)。
采用概率理論驅(qū)動(dòng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，基于工況數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，歸納演繹得到“力/熱-變形”工藝知識(shí)，提出弱剛性零件加工變形預(yù)測(cè)代理模型。采用貝葉斯推論實(shí)現(xiàn)模型不確定量化與未知權(quán)重參數(shù)校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)小樣本工況數(shù)據(jù)下的高精度快速預(yù)測(cè)。采用狀態(tài)空間理論/半?yún)?shù)理論建立復(fù)雜薄壁零件加工全流程誤差傳遞模型，分析加工全流程精度演變規(guī)律，揭示全流程加工過(guò)程中誤差產(chǎn)生、傳遞與關(guān)聯(lián)機(jī)制。提出基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)/隱馬爾可夫框架的全流程加工工藝智能優(yōu)化與決策算法，實(shí)現(xiàn)航空/航天復(fù)雜薄壁零件加工精度控制。
采用機(jī)理模型與多源工況數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)融合的方法，建立考慮加工過(guò)程中不確定狀態(tài)參數(shù)的能耗/效率仿真模型，提出自主的能效優(yōu)化知識(shí)自動(dòng)化決策算法。考慮能耗數(shù)據(jù)具有時(shí)序性、高維特征，采用動(dòng)態(tài)核聚類和線性最小方差優(yōu)化融合的方法解決多源異構(gòu)能耗數(shù)據(jù)的融合問(wèn)題，并采用DEA-PCA方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線能耗活動(dòng)的監(jiān)測(cè)及瓶頸識(shí)別。考慮加工產(chǎn)線節(jié)能優(yōu)化決策的自主性，采用基于學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)性知識(shí)提取方法和人工領(lǐng)域知識(shí)提取方法提取不同工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、任務(wù)調(diào)度與能耗的關(guān)聯(lián)知識(shí)，采用知識(shí)固化的自動(dòng)推理決策解決操作層工藝參數(shù)與設(shè)備狀態(tài)的優(yōu)化決策，實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)線能耗/效率快速仿真與智能優(yōu)化決策。
2、開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能決策和優(yōu)化軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測(cè)/DFM/CAM/CAPP等工藝設(shè)計(jì)軟件核心算法完全自主可控。
開(kāi)發(fā)了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的智能加工產(chǎn)線能耗監(jiān)測(cè)與優(yōu)化工具軟件，對(duì)標(biāo)西門(mén)子SIMATIC能源管理系統(tǒng)和通用Predix互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了能耗仿真、瓶頸識(shí)別等核心功能的超越。突破了制造能耗、效率和工藝、裝備的關(guān)聯(lián)建模與工藝優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自主的能效優(yōu)化知識(shí)自動(dòng)化決策等軟件核心算法自主可控。在無(wú)錫機(jī)床公司床身生產(chǎn)線進(jìn)行示范應(yīng)用驗(yàn)證，有效挖掘能效瓶頸，解決能源可視化、負(fù)荷曲線分析等問(wèn)題，提升產(chǎn)線能效15%以上，有效提升了智能加工產(chǎn)線的生產(chǎn)能力并降低生產(chǎn)成本。
圖1 智能加工產(chǎn)線產(chǎn)品能耗監(jiān)測(cè)與優(yōu)化管控系統(tǒng)
研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的零件工藝性分析工具軟件KM3DDFM。基于零件MBD設(shè)計(jì)模型的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和注釋信息的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了基于子圖的特征識(shí)別方法，開(kāi)發(fā)了針對(duì)機(jī)械加工的三維設(shè)計(jì)模型工藝性分析工具，不僅解決了當(dāng)前制造企業(yè)設(shè)計(jì)與工藝大量反復(fù)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品研制周期的共性問(wèn)題，而且解決了設(shè)計(jì)-工藝缺乏共同的語(yǔ)言、規(guī)范描述和管理手段，導(dǎo)致溝通成本高、針對(duì)設(shè)計(jì)工藝性規(guī)范很難形成可工程化應(yīng)用的知識(shí)的問(wèn)題。通過(guò)與三維CAD系統(tǒng)無(wú)縫集成，建立智能化、高效化的設(shè)計(jì)工藝性審查能力和滿足企業(yè)需求的審查標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝性的提前感知和預(yù)警，并直觀顯示審查結(jié)果。同時(shí)，KM3DDFM也為企業(yè)工藝性知識(shí)的收集與復(fù)用提供了平臺(tái)。與國(guó)外同類產(chǎn)品對(duì)比，KM3DDFM達(dá)到了同等先進(jìn)水平，擺脫了國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)同類國(guó)外產(chǎn)品的依賴，其核心技術(shù)完全自主可控，為我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的軟件研發(fā)起到了開(kāi)創(chuàng)性的作用，已在國(guó)內(nèi)包括航空、航天、電子等領(lǐng)域在內(nèi)的數(shù)十家企業(yè)得到應(yīng)用。
圖2 零件工藝性分析工具軟件在某重點(diǎn)型號(hào)航天發(fā)動(dòng)機(jī)工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能工藝決策和優(yōu)化軟件KM3DMPS。融合具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)理模型與工況數(shù)據(jù)結(jié)合的復(fù)雜薄壁零件全流程加工誤差高效高精預(yù)測(cè)、MBD模型解析、加工特征識(shí)別、基于本體的特征加工知識(shí)推理與層次化工藝決策、基于幾何和物理雙約束的工藝智能決策等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)了智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能工藝決策和優(yōu)化軟件。解決了現(xiàn)有工藝設(shè)計(jì)軟件只能考慮幾何約束進(jìn)行仿真和工藝設(shè)計(jì)，未結(jié)合實(shí)際工藝工況數(shù)據(jù)，無(wú)法準(zhǔn)確反映實(shí)際加工效果和實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程物理仿真的問(wèn)題。打破了西門(mén)子、PTC、達(dá)索等國(guó)外工藝設(shè)計(jì)軟件商在國(guó)內(nèi)的壟斷，實(shí)現(xiàn)了工藝全流程智能工藝決策和優(yōu)化軟件的自主、安全、可控。
【應(yīng)用案例】
在國(guó)內(nèi)知名企業(yè)中航工業(yè)西飛、中航發(fā)331、航天3院31所、無(wú)錫機(jī)床廠等關(guān)鍵零部件，如大型飛機(jī)壁板結(jié)構(gòu)件、航空/航天發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪/葉盤(pán)/機(jī)匣/進(jìn)氣道、復(fù)雜機(jī)床部件等精密加工中進(jìn)行應(yīng)用，提升零件加工一次合格率15%以上，提升加工效率10%以上，降低產(chǎn)線能耗15%以上，支撐了上述企業(yè)大型運(yùn)輸機(jī)、超高音速預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)、以及新一代中/小型渦軸/渦漿發(fā)動(dòng)機(jī)等國(guó)家重點(diǎn)型號(hào)研發(fā)試制生產(chǎn)。
圖3 智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能工藝決策和優(yōu)化軟件在某重點(diǎn)型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣設(shè)計(jì)中應(yīng)用
【市場(chǎng)前景】
本項(xiàng)目突破了機(jī)理模型與工況數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的航空/航天復(fù)雜薄壁曲面零件全流程加工精度/效率/能耗預(yù)測(cè)技術(shù)，提出了零件全流程加工智能工藝優(yōu)化決策方法，開(kāi)發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能決策和優(yōu)化軟件系統(tǒng)，依托國(guó)家數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新中心展開(kāi)軟件應(yīng)用推廣工作，后續(xù)將相關(guān)成果進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化和公司孵化，預(yù)計(jì)三到五年形成商業(yè)化應(yīng)用，在細(xì)分市場(chǎng)占有一席之地。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
該成果已申請(qǐng)/授權(quán)多項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、作價(jià)入股、技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)服務(wù)、面談等
【專家介紹】
彭芳瑜，博士，教授，華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)，國(guó)家數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新中心常務(wù)副主任，教育部高端數(shù)控裝備集成攻關(guān)大平臺(tái)常務(wù)副主任。主持承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家數(shù)控重大專項(xiàng)、國(guó)家支撐計(jì)劃課題、國(guó)家863 、國(guó)家973 課題等國(guó)家級(jí)重大科研項(xiàng)目20 余項(xiàng)。作為學(xué)院負(fù)責(zé)人與中國(guó)航發(fā)331、621，中國(guó)航天31 所等航空、航天等領(lǐng)域知名企業(yè)成立了智能制造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)、湖北省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2 項(xiàng)。近五年來(lái)，重點(diǎn)針對(duì)航空/航天發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、航軸、大型艦船螺旋槳、航天光學(xué)器件等難加工曲面類零件開(kāi)展五軸數(shù)控加工、機(jī)器人加工、超精密加工等機(jī)理與裝備研究，提出了基于切削機(jī)理（切削力/顫振/變形）模型和制造過(guò)程數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的難加工零件制造工藝優(yōu)化技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了相關(guān)典型零件的高效高品質(zhì)加工，并在中國(guó)航發(fā)331 廠，中國(guó)航天31 所和中船719 所等企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。在IJMTM、ASME 和IEEE 等制造領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊共發(fā)表SCI 論文80 余篇，授權(quán)發(fā)明專利50 余件，申請(qǐng)軟件著作權(quán)20 余項(xiàng)。
【聯(lián)系方式】
成果編號(hào)：CG22023
