数智化正向设计方法及其在制造装备与过程中的应用

针对制造装备与过程在精度和能效等方面的共性设计难题，提出具有泛化能力的数智化正向设计方法，从设计需求出发，根据制造装备的多模态信息对能耗、材料消耗和制造可靠性进行计算，以增强自感应、自适应、自学习和自决策能力，满足正向设计需求。将制造装备分解为控制系统、传动系统和辅助系统，并建立相应的能耗数学模型。以增材制造装备协同优化为例，从热力学能量转化角度，阐释增材制造装备的能耗组成，引入以热对流和热辐射为边界的非线性瞬态温度场模拟方法，基于模拟方法对增材制造过程所消耗的能量和材料进行精准推算。建立制造装备可靠性模型，对制造过程中的失效事件进行概率统计分析。采用平均无故障间隔时间对可靠性进行描述，建立综合工况下平均无故障间隔时间的基本概率函数。以汽车燃油颈管为例，使用高算力平台，基于非均匀有理B样条曲线的几何建模内核，对三维非网格的概念设计原型进行精准表达，实现数字孪生驱动的虚拟制造与打印。使用激光增材制造装备进行物理实验，对制造过程中消耗的能量和材料进行测量，能量消耗预测的平均绝对误差为11 822.62 J，平均绝对百分比误差为0.083 4，均方根误差为16 845.69 J。材料消耗预测...