基于公理设计的人机协作数字孪生建模技术

人本智造是未来智能制造发展的重要方向，安全可信的人机协作是实现人本智造的基础。数字孪生所强调的以虚映实和以虚控实的思想与以人为核心的人机协作需求相匹配，为面向人本智造的人机协作新范式转变提供了新思路。目前欠缺关于人机协作数字孪生模型建模方法的研究，以满足数字孪生技术在人机协作领域中的应用需求。提出面向人机协作智造的数字孪生建模技术，从机器人模型和协作人员模型两方面展开人机协作模型建模机理分析。首先分析了机器人模型和协作人员模型具备的特征，在此基础上提出机器人模型和协作人员模型的基本组成结构，为人机协作数字孪生模型构建提供理论支持；建立了基于公理化设计理论的人机协作模型构建框架，提出了人机协作数字孪生模型的建模步骤；最后，以人机协作抓取数字孪生模型的构建过程为例，详细介绍了模型的构建过程，验证了所提方法的可行性。     

面向增材制造产品的全生命周期绿色设计平台研究

围绕增材制造产品全生命周期,以其绿色设计为主线,开展面向增材制造产品的绿色设计相关技术研究,构建绿色设计信息数据库、设计框架以及设计资源共建共享平台.形成增材制造产品绿色设计与制造一体化工艺技术创新,推进高性能、轻量化复合绿色材料的应用.通过制定增材制造绿色设计标准,对增材制造产品生命周期优化设计作出评估分析,打造更具数字化绿色设计平台.     

智能时代的人机共融体：技术驱动、以人为本——《The Humachine：Humankind，Machines，and the Future of Enterprise》导读

在人工智能飞速发展的今天,如何帮助工厂和企业应用人工智能提升竞争力,以及如何控制在应用人工智能时所带来的风险,成为人类必须面对且亟需解决的问题。《The Humachine：Humankind,Machines,and the Future of Enterprise》一书探讨了人工智能的局限性以及人工智能所带来的机会,研究人类和机器可以互相补充配合的领域,提出了一个面向企业层面的“1+1>2”的智能体：人机共融体（Humachine）。人机共融体基于云计算、大数据等技术,通过实施组织管理框架来创建,该框架通过应用卡斯帕罗夫定律,以满足博斯特罗姆集体超智能的条件来解决莫拉韦克悖论。人机共融体为构建具有可持续竞争优势、有效益、有道德的企业提供了方法和建议,同时也为学者们研究人-信息-物理系统（HCPS）、协作机器人、智能制造、智慧医疗、智能社会等提供了参考。     

编者寄语

<正>当前,智能工厂的发展方向是将物联网、云计算等新兴信息技术和虚拟制造、增材制造、机器人等新兴技术相结合,形成工厂赛博物理系统,优化生产过程和要素配置,实现产品优质、高效、柔性、绿色的生产制造。智能工厂作为智能制造重要的实践领域,已经引起各国的高度重视,例如,德国"工业4.0"战略、欧盟委员会"单一数字市场"战略、法国"新工业法国Ⅱ"战略、韩国"制造业创新战略3.0"等均将智能工厂建设作为重要战略目标。     

国外典型军工企业智能工厂建设案例

<正>德国"工业4.0"战略、欧盟委员会"单一数字市场"战略、法国"新工业法国Ⅱ"战略、韩国"制造业创新战略3.0"等均将智能工厂建设作为重要战略目标。从世界范围内看,智能工厂还属于发展中的概念,其发展方向是将物联网、云计算等新兴信息技术和虚拟制造、增材制造、机器人等新兴技术相结合,形成工厂赛博物理系统,优化生产过程和要素配置,实现产品优质、高效、柔性、绿色的生产制造。近两年,美国     

“工业4.0”制造模式下面向云服务的信息物理系统参考架构研究

为了满足"工业4.0"制造模式下全过程、客户化、个性化及端对端集成的制造业服务新需求,结合离散制造过程管控特点和云服务优势,提出具有快速重构、计量收费等系列特性的面向云服务的信息物理系统(Cloud Service Oriented Cyber Physical System,CSOCPS)参考架构。在该参考架构中,阐述了CSOCPS抽象模型的运行机理,并与传统信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)抽象模型在环境感知层、服务链断裂点等方面进行了对比分析。在此基础上,以3种典型云服务模式为基础,详细介绍了基于功能服务的CSOCPS体系参考架构,并根据云服务部署方式的特点选取公私兼备的混合云服务作为最优部署策略。另外,提出了与功能体系参考架构相对应的物理配置参考架构,详细阐述了实施细节和安全策略,提高实施过程中的兼容性和可操作性。最后,通过一个实践范例验证了参考架构的合理性和可用性。     

面向增材制造的镂空点阵结构设计模块分析

通过增材制造技术加工的镂空点阵结构具有优异的力学性能,成为理想的零件结构形式。传统的基于边界表达法的CAD建模方法在设计点阵结构时建模效率低下,开发高效的点阵结构设计模块是增材制造深化应用的关键之一。在分析镂空点阵结构生成方式的基础上,对PTC CREO、Siemens NX、Autodesk Netfabb、Materialise Magics四个国外知名软件的镂空结构设计模块进行了对比分析,对开发自主的面向增材制造设计的工业软件具有借鉴意义。     

云制造环境下活动驱动的工业设计电子服务系统

为适应面向服务的网络化云制造模式,提升中小企业工业设计水平,提出云制造环境下的工业设计电子服务系统架构。基于活动理论对工业设计电子服务进行建模,提取活动主体、客体、工具等要素,建立电子服务系统的活动结构和层次分析框架。分析云制造环境对工业设计电子服务的作用机制,建立服务生产、协作、分配和消费子系统,并阐述了基于网络的设计服务资源集成和增强用户体验的人机交互等关键实现技术。给出一个面向灯具产品的工业设计电子服务应用系统实例,通过在相关企业运行,表明其能有效提高产品设计质量和设计工作效率。     

匠心智造共赢未来

近期,工业和信息化部等八部门联合《"十四五"智能制造发展规划》(以下简称:《规划》).该《规划》中明确将增材制造列入关键核心技术,并提出中国将突破设计仿真、混合建模等基础技术,开发应用增材制造和超精密加工等先进工艺.这一政策信号的释放,进一步加速了增材制造领域的市场竞争.天津镭明激光科技有限公司(以下简称:镭明激光)秉...     

金属增材制造工艺与展望

针对基于逐层堆积的材料叠加增材制造技术在国防、汽车工业、航空航天、医疗、商业机器和工业等领域的应用,文中介绍了激光和电子束作为高能束流的金属增材制造技术、金属增材制造粉末材料的制备技术、金属增材制造质量工艺控制,对金属增材制造技术进行了展望。     

增材制造设计(DfAM)设计自由度和研究现状分析

增材制造的发展进入稳定成长期,面向增材制造的设计方法亟待研究和向终端用户普及,以改善产业链下游的应用领域局限且市场份额不高的局面.文章首先归纳了面向增材制造的设计自由度和设计约束,接着对当今增材制造的设计仿真软件和国内外标准进行了总结,最后综述了关于增材制造设计方法的国内外研究现状,并作出了分析和展望.     

简述增材制造技术在雷达装备研制中的应用

雷达多功能集成化、系统两极化发展趋势对装备研制能力提出了更高要求,亟需借助增材制造技术提升雷达装备创新研制能力。本文系统论述增材制造技术在雷达装备全生命周期的应用需求,介绍了三类典型增材制造工艺及在雷达装备研制中的工程适用性。     

共形电子的增材制造技术

共形电子部件不但具备电磁信号收发、承载防护、选择性透波等功能,而且能够与载体平台共形,保持其空气动力学和电磁隐身性能,不但是下一代武器平台的重要标志,更是其制信息权的重要体现。此外,共形电子在健康监测、5G/6G通信、智能交通等领域也有广阔的应用前景。然而,传统的制造方法不但难以成形多层自由曲面电路,更难以实现共形电子制造过程中形状和性能的优化调控,无法满足高密度、高性能的结构功能一体化共形电子的制造需求。增材制造不但可将多层曲面电路、支撑防护结构同步成形,而且便于在成形过程中调控工艺参数、优化成形件形状和性能,是一种极具潜力的制造方式。文中综述了共形电子增材制造的研究现状,分析了典型工艺的特点和面临的技术挑战,指出控形控性的一体化喷射成形是共形电子增材制造的重要发展方向,并在此基础上论述了一体化喷射成形制造的关键科学问题、技术挑战和最新进展。     

面向增材制造的拓扑优化设计模块分析

拓扑优化是设计高性能、轻量化创新性结构的重要方法,增材制造技术采用逐层累加方式制备零件,使复杂拓扑结构的制造成为可能,二者结合具有天然的优势。为进一步深化拓扑优化在工程领域的应用,开发面向增材制造的拓扑优化设计模块势在必行。对Autodesk Netfabb、Altair Inspire、Siemens NX和PTC Creo四款主流软件的拓扑优化功能进行了对比分析,在此基础上提出了面向增材制造的拓扑优化设计的发展方向,以期为开发国产化工业软件提供参考。     

面向增材制造的快速建模若干关键技术的探讨

鉴于增材制造的应用条件不断成熟的机遇,本文对产品快速建模技术展开研究,缩短产品的开发周期,面向增材制造的建模技术包括层次建模、标准化建模和参数化建模等技术,为产品发的快速建模打下基础。本文采用对比试验的方法进行验证,结果证明采用上述方法可以有效提高建模效率。     

面向ETO的零件库设计技术及应用

为了快速设计和制造出满足客户个性化需求的产品,提出面向订单设计的零件库必须包含实物零件和零件族,以及对产品全生命周期提供支持的信息,包括几何、工艺、生产、成本、交货期等。提出了一个面向ETO的零件库系统框架,该框架由实物零件库及其管理与检索工具、零件族库及其建模与变型设计工具等构成,并给出统一的零件信息模型。最后介绍了面向ETO零件库系统的应用实例。     

像加工塑料一样加工金属

日前，Directed公司的5台塑料增材制造机99％的BCfM都投入到了批量部件的制造当中。这些部件包括了无人式飞机的燃油箱、外壳、翼梢小翅和其他部件。这些产品当中还包括了各种专业化的外科手术器械和对准导向件。这些选择性激光烧结产品均属于复杂、高价值和小批量的产品，极为适于采用增材制造方式。而过去，增材制造工艺总是与原型制造联系在一起。如今，除了这些设备剩余的1％时间以外，Directed公司的客户已经不会再这样看待增材制造能力了。     

激光金属增材制造实现“多线并行”

正南京航空航天大学材料科学与技术学院、江苏省高性能金属构件激光增材制造工程实验室教授顾冬冬团队,提出材料-结构-性能一体化激光金属增材制造的整体性概念。高性能金属构件是航空、航天、交通、能源等现代工业的基石,且高端装备的服役性能很大程度上取决于构件的高性能。激光增材制造(3D打印)技术可满足现代工业对难加工金属构件短周期、高精度、高性能制造的重大需求。     

TC4钛合金锻造/SLM增材组合制造结合区组织调控与力学行为研究

采用在锻造TC4钛合金上激光选区熔化增材制造TC4钛合金的组合制造工艺方法,制备了锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金组织,在退火热处理状态下研究了锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区的组织特征和力学行为。结果表明:经过780℃×2h的退火热处理后,锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区可观察到一条清晰连续的界线,界线两侧显微组织分别呈典型锻造TC4钛合金、激光选区熔化增材制造TC4钛合金组织特征,无逐渐变化的特征。界面区域组织致密,与锻造或激光选区熔化增材制造TC4钛合金相比,未表现出更多微观缺陷。在拉伸位移方向平行于界面方向的条件下,锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区的屈服强度、抗拉强度低于激光选区熔化增材制造区域,高于锻造区域。在一定程度上展现了TC4钛合金锻造/激光选区熔化增材组合制造工艺方法的应用潜力。     

基于Workbench的316L不锈钢增材制造温度场数值模拟研究

利用Workbench有限元分析软件，采用生死单元与移动热源结合的方法对电弧增材过程温度场进行研究，实现了不同工艺参数下增材制造过程温度场数值模型的建立与求解。结果表明：固定输入条件下成形件多层累积增材过程中热量积累效应逐层增强；相同热输入下，增材第1层至第10层，增材过程中焊道中点温度由2 354.9℃升高到2 879.7℃；控制层间冷却时间、改变逐层热输入均可减少热量的累积，通过控制层间冷却时间使得层间温度低于600℃，同时改变逐层热输入参数使增材过程最高温度降低了约10%。