[数据驱动的智能服务]数据驱动的复杂产品智能服务技术与应用

随着传感器、数据采集装置和其他具备感知能力的模块在复杂产品服务运行阶段的应用，复杂产品运维系统的数字化和智能化程度越来越高，具有实时、多源、异构、海量等特性的数据成为提高复杂产品系统可靠和低成本运行的决策依据，数字孪生技术提供了一种有效途径。介绍了数据驱动的复杂产品智能服务研究进展；分析了数据驱动的智能服务基本特征与框架模型；提出了数据驱动的复杂产品智能服务方法，主要包括面向服务的复杂产品建模与仿真方法、数据驱动的服务需求获取与精准分析预测方法、基于数字孪生的设备故障识别与动态性能预测方法、数据驱动的装备视情维修与备件库存联合多目标决策优化方法、基于数字孪生的复杂产品辅助维修技术、多要素协同的复杂装备能效精准分析预测方法、基于数据挖掘的复杂产品运行优化控制方法等；给出了智能服务系统的应用案例。所提出的框架和方法可为现代制造服务的智能化转型升级提供参考。     

针对入侵检测分析的Petri网建模技术研究

为有效降低检测的误警率和重复报警率,在前期研究的基础上,提出针对入侵检测分析的面向对象确定性变迁Petri网模型。将面向对象和Petri网技术有机结合起来,并进行形式化描述,就对象实例化和销毁机制进行了定义并对其确定性变迁进行了规则描述,提出可变信令和不变信令使之更适合描述入侵行为的状态。利用该技术建立扫描攻击、Mitnick攻击等几个简单攻击和复合攻击分析模型;讨论利用XML技术表示面向对象Petri网模型的方法。最后实验结果表明该模型对各种复杂攻击有良好的表示能力,相对于已有研究,更便于使用而实用化。     

Sn改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的微观组织和力学性能

采用自制Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料钎焊TA2钛合金,研究了不同Sn元素含量改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的熔化特性、微观组织及物相、润湿及熔蚀性、接头拉伸强度。研究表明,Sn含量增加,Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料固、液相线温度基本升高,但温度差值基本变窄,可更好地抑制钎焊界面脆性化合物形成。Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料组织由Ti、Zr基体和晶体相构成,Sn倾向与Ti、Zr结合形成Ti₂Sn₃、Ti₆Sn₅、Zr₅Sn₃等低熔点共晶相。Sn≤1.5%时,随Sn含量增加,钎料对TA2钛合金的润湿性逐渐变差;继续增加Sn,钎料润湿性改善,添加5%Sn的钎料对基体润湿最佳。添加5%Sn并降低Cu、Ni总量的改性钎料对TA2钛合金熔蚀减弱。相同钎焊工艺下,添加5%Sn接头的强度和塑性均有提升。钎焊温度升高,Ti-Zr-Cu-Ni钎料产生更多强化物相,致接头强度大幅提升,而Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料产生的含Sn物相强化作用对接头强度提升有限;相...     

基于机器视觉的钛合金焊接过程非平衡凝固组织性能智能控制

信息技术的发展使制造业逐步向“智造”转变。人工智能技术已成为精密铸造、焊接和增材制造等制造工艺由控形走向控性的共性关键技术。在这些工艺中非平衡凝固组织性能调控机理是限制其发展的基础科学问题。基于先进的人工智能技术发展控形控性一体化技术、构建完善的工艺质量体系对推动铸造、焊接、增材制造等制造工艺迈上新的台阶至关重要。与传统的物理冶金和铸造相比,增材制造、焊接、激光熔覆修复、单晶生长等过程的核心理念是“控制微区冶金过程”,即通过控制温度梯度、凝固速率、熔池尺度等关键工艺参量的作用机制,从微观上揭示非平衡条件下固液两相区组织结构和形貌演化规律,特别是合金元素的偏聚行为,界面的传热和传质特性、形核与长大、柱状晶-等轴晶转变、枝晶的竞争生长等。集成计算和实验方法的结合将为智能制造、增材智造和太空智造中先进金属材料的成分-工艺-组织-性能调控提供共性技术和理论支撑。本文以典型的焊接中非平衡凝固组织性能调控为研究方向,对近年来基于视觉传感的焊接调控技术取得的研究成果和进展进行了梳理。归纳了面向复杂工业环境的智能焊接关键技术、先进应用和技术挑战等,展示了基于数字孪生车间的钛合金焊接视觉学习结果。     

熔铸法制备纳米碳增强铝基复合材料研究进展

纳米碳增强体具备优异的力学、热学、电学等性能,是金属基复合材料中理想的增强体之一。将纳米碳增强体与铝基体复合,可以获得具有优异力学性能及导热导电性能良好的复合材料,在新一代飞行器零部件材料展现出巨大潜力。目前急需低成本大规模化制备方法的推广应用,熔铸法是其大规模制备的首选。基于此,本文综述了近年来国内外采用熔铸法制备纳米碳增强铝基复合材料的研究进展,通过纳米碳增强体加入铝熔体方式的不同进行分类,详细介绍了搅拌铸造法、压力铸造法、半固态铸造法、压力浸渗法等纳米碳增强铝基复合材料中主要的铸造方法。分析总结了不同铸造方法的特点及铸件的力学性能,最后指出熔铸法制备纳米碳增强铝基复合材料过程中存在的关键科学问题,并且展望了未来的发展方向。     

聚己二酸丁二醇酯-共对苯二甲酸酯基可降解塑料改性研究进展

随着人们环保意识的提高,可生物降解塑料逐步取代部分不可降解塑料,将成为一个趋势。目前,聚己二酸丁二醇酯-共对苯二甲酸酯（PBAT）,作为最具商业潜力的可生物降解塑料,具有与低密度聚乙烯相当的延展性和柔韧性,被普遍认为是当代绿色材料制造中最有前途和最受欢迎的可持续材料之一。但PBAT在力学性能、热性能、阻隔性能及生产成本等方面存在不足,其应用范围受到限制。本文旨在系统性地简述近年来PBAT基复合材料的制备方法、回顾国内外研究人员在PBAT力学性能和阻隔性能等提升方面所做的工作、并详细介绍和讨论PBAT的降解原理和降解所带来的环境风险。开发低成本综合性能优异,兼顾良好降解性、抑菌性和耐久性能的PBAT基复合材料,应当予以重视和进一步研究。     

基于纳秒脉冲等离子体气动激励的翼型失速涡控制研究

为了揭示纳秒脉冲等离子体气动激励与附面层耦合作用机制,首先开展了NACA0015翼型的大迎角粘性绕流数值模拟,比较了3种典型湍流模型(S-A模型、standard k-w模型和SST k-w模型)对计算结果的影响,分析得到了翼型的近场旋涡分离流动流场结构特性,并对升力特性进行了频谱分析,得到了翼型非定常流动特征频率。进一步开展了基于脉冲等离子体气动激励的翼型大迎角绕流的频率耦合的风洞实验,实验结果表明:当固定激励电压,纳秒脉冲的激励频率大于或等于流场旋涡脱落频率时,控制效果最好,可在来流速度为100 m/s、攻角为22°时,可将翼型的升力系数增大18.1%,阻力系数减小22.5%。研究结论有助于揭示纳秒脉冲等离子体气动激励进行涡控制的作用机理,从而提高纳秒脉冲等离子体气动激励涡控制的能力。     

B550CL高强钢轮辐拉深冲孔变形及损伤

为掌握新型高强钢B550CL用于轮辐拉深冲孔过程的成形规律并对其成形缺陷进行预测,文章基于ABAQUS/EXPLICIT有限元软件平台,考虑Cockcroft-Latham(C-L)韧性断裂准则,建立了高强钢B550CL用于拉深冲孔过程的三维有限元模型,并试制轮辐验证了所建模型的可靠性。基于所建模型,模拟分析了成形后的应力、应变、壁厚和损伤分布规律,发现轮辐圆角区的应力应变较大,而不同路径的应力应变分布情况类似;轮辐直壁圆角区由于成形后减薄严重且损伤值也相对较大,成为轮辐拉深冲孔过程的危险区域。     

考虑多源信息耦合的高速涡轮泵转子动力学公理化设计方法

强耦合轴承、密封、平衡盘等部件的高速涡轮泵转子在设计过程需要处理不同领域的信息,如摩擦学、动力学、流体力学等学科的信息。为实现对这些多源信息的解耦和知识融合,提出基于公理设计的高速涡轮泵设计方法。该方法实现了对高速涡轮泵动力学设计的四层次功能需求域(Functional requirements,FRs)分解及其设计参数域(Design paramenters,DPs)映射,将14个DPs集成在5个物理部件(轴承、端面密封、推力轴承、平衡盘、转子)中,并由此发展了14×14的公理设计矩阵;由此矩阵获得了基于多源信息耦合的涡轮泵转子动力学设计顺序的流程图;对在该设计方法的指导中完成了对某涡轮泵转子的动力学设计,并对设计结果进行了评估。结果显示提出的基于公理设计方法优化了高速涡轮泵动力学设计过程和结果。     

高光谱图像的分布式压缩感知成像与重构

根据高光谱数据的特点,提出了一种基于像元的分布式压缩采样模型来实现高光谱图像的有效压缩采样与重构。搭建了能实现该模型的压缩采样光谱成像系统,并研究了用于该系统成像的重构算法。在图像采集阶段,将高光谱数据分为参考像元和压缩感知像元;地面像元的辐射能通过棱镜进行谱带分离,再利用数字微镜器件实现谱带的线性编码。对压缩感知像元进行低采样率的线性编码,对参考像元进行采样率为1的线性编码。压缩采样数据重构时,不再采用传统方法直接重构高光谱数据,而是利用线性混合模型将重构高光谱数据转换成端元提取和丰度估计,然后根据重构的端元和丰度恢复原数据。对比实验表明,在压缩采样数据为总数据的20%时,重构的平均信噪比提高了10dB。所设计的成像系统应用压缩感知理论减少了采集的数据量,采样方式简单,可应用于星载或机载的高光谱压缩感知成像。