973项目申请成功标书-数字化制造基础研究
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973计划项目申请书973计划项目申请书范文项目所面向的我国经济、社会、国家安全和科学技术自身发展的重大需求,项目研究的科学意义,对解决国家重大需求问题的预期贡献等。
一、国内外研究现状和发展趋势国际最新研究进展和发展趋势,国内研究现状和水平,在相关研究领域取得突破的机遇等。
二、拟解决的关键科学问题和主要研究内容详细阐述围绕国家重大需求所要解决的关键科学问题的内涵。
主要研究内容要围绕关键科学问题,系统、有机地形成一个整体来详细阐述,重点要突出,避免分散或拼盘现象。
三、总体目标、五年预期目标总体目标和五年预期目标应从对解决国家重大需求的预期贡献,在理论、方法、技术等方面预期取得的进展、突破及其科学价值,优秀人才培养等方面分别论述。
五年预期目标要求有较为具体的量化考核指标。
四、总体研究方案结合主要研究内容阐述学术思路、技术途径、与国内外同类研究相比的创新点与特色、取得重大突破的可行性分析等。
五、课题设置围绕项目预期目标明确研究重点。
项目只设置课题,课题下不设置子课题。
课题数一般不超过8个;每个课题的`承担单位不超过2个。
说明课题设置的思路、各课题间的有机联系以及与项目预期目标的关系;详细、具体叙述各课题的名称、主要研究内容和目标、承担单位、课题负责人及主要学术骨干和经费比例等。
六、科学数据汇交计划对项目实施过程中产生的原始性观测数据、实验数据、考察数据、统计数据等科学数据,提出汇交计划。
若没有,则填写“无”。
七、现有工作基础和条件1)主要承担单位已具备的相关研究工作基础,包括在“九五”、“十五”期间承担与申请项目相关的国家科技计划(如攻关计划、863计划、攀登计划和国家自然科学基金重大、重点项目)中获得经费情况,取得的工作进展及在国内、国际上的水平,及与有关科技计划在研项目的关联和衔接等。
2)项目实施所具备的工作条件,包括实验平台和大型仪器设备等,重大科学工程和国家重点实验室等重要研究基地在项目中所起的作用等。
973申请书973申请书模板一、申请程序1、申请单位注册申请者的依托单位和协作单位在“申报系统”中进行注册,注册成功后,依托单位对课题申请者授予申报用户权限。
2、撰写申请书申请者在确定本人符合863计划课题和项目的申请资格后,选择合适的技术领域、专题、项目和研究方向,确定申请的研究课题名称,在申报系统中进行申请书的撰写。
3、依托单位审核申请书申请书撰写完毕,依托单位对申请书的真实性等进行审核,并在受理期限内通过网络提交国家科技计划项目申报中心。
二、申请者的资格1、申请者构成(1) 自然人或法人:自然人或法人可以申请863计划课题或项目,其中自然人只能申请专题课题,法人可以申请专题课题、项目课题或重点项目。
(2) 申请者主体:申请者的主体由申请负责人和依托单位(或项目牵头申请单位)构成。
自然人必须有依托单位,法人是当然的课题依托单位(或项目牵头申请单位),且指定一名自然人担任申请负责人。
每个项目(课题)申请只能有1个申请负责人和1个依托单位(或项目牵头申请单位)。
(3) 申请负责人:申请负责人首先是组织项目(课题)申请和正式提出项目(课题)申请的负责人,同时在该项目(课题)批准后的实施过程中,是该项目(课题)的实际负责人,保证有足够的时间和精力从事申请项目(课题)的研究。
国家科技计划过去以支持项目为主,“十一五”期间逐步转向对项目、人才、基地进行统筹安排,实现以技术突破的单一目标向提高科技持续创新能力的综合目标转变。
2、申请负责人的基本条件(1) 中国大陆公民,具有中华人民共和国国籍,年龄在55岁(含)以下,具有高级职称或已获得博士学位,每年(含跨年度连续)离职或出国的时间不超过6个月。
(2) 港澳台或海外华人,在满足中国大陆公民具备的条件情况下,只要有正式的合作协议或受聘于课题依托单位,合作期或聘任期覆盖课题的执行期,且每年在课题依托单位工作时间不少于6个月,即可向863计划提出项目(课题)申请,并由课题依托单位出具相关证明材料。
项目名称:光学自由曲面制造的基础研究首席科学家:房丰洲天津大学起止年限:2011.1至2015.8依托部门:教育部天津市科委二、预期目标(1)总体目标针对国家发展的重大需求对光学自由曲面制造技术的要求,深入研究并解决光学自由曲面制造中的重大关键基础科学问题,揭示自由曲面成型过程中纳观尺度材料迁移新理论,掌握和研究光学自由曲面高效、纳米级精度加工工艺技术及装备的共性基础问题,发展具有自主知识产权、具有国际先进水平的高精度、可控面形的光学自由曲面加工技术,培育我国光学自由曲面加工领域在国际上具有重要影响的学术带头人和创新团队,推动我国制造技术基础理论研究,确立在光学自由曲面制造领域国际竞争中的优势地位,增强光学自由曲面核心关键器件自主创新能力,并将光学自由曲面制造理论向更多领域纵深发展,推动我国科技进步。
(2)五年预期目标在理论研究方面:解决光学自由曲面制造中的关键科学问题,为实现高精度、高效率和高可靠性的光学自由曲面制造技术与装备提供理论基础,跻身于国际制造科学研究领域的前沿。
•揭示光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性的映射规律、时变工况激励下控制系统与机械结构耦合动态特征对加工精度的扰动规律,建立几何/物理/材料关联约束条件下光学自由曲面的空间机构构型创新设计与优化理论;•揭示光学自由曲面非均匀变流向纳观材料迁移规律,建立曲面成形过程中跨尺度材料特性演变、表层及近表层材料结构变化等基础理论;•揭示光学自由曲面物理再构过程中加工工具在力、热和化学等多场耦合环境下与加工材料之间相互作用和微观力学行为,建立加工工具的失效形式及其加工性能的演变理论;•揭示多物理场辅助下纳米切削行为、离子注入表面改性后的硬脆材料切削规律,建立工具磨损抑制及材料学分析测试理论。
在技术应用方面:通过本项目研究,在若干关键技术上取得源头创新成果,提升我国光学自由曲面制造装备及关键应用零部件的制造水平。
•设计光学自由曲面离轴三反望远光学系统,并完成系统中自由曲面器件的制造和装配,系统视场角达到50 º-60 º以上,成像质量接近衍射极限,同时解决子午与弧矢面间放大倍率的不一致问题;•实现光学晶体复眼结构器件(材料为ZnS/ZnSe)的设计及加工,具体技术指标为:单元尺寸≤10mm,单元数量>40个,整体尺寸<150mm,面形精度PV<10um,表面粗糙度Ra<8nm;实现下一代IC装备SMO光源系统中核心光学自由曲面非球面微透镜阵列(材料为光学玻璃/塑料)的设计及加工,具体技术指标为:透镜口径<150mm,单元尺寸≤1mm,单元数量>50个,面形精度PV<8um,表面粗糙度Ra<10nm;•突破纳米级刃口微刀具创成技术难题,实现纳观材料迁移机理验证,完成圆弧、直线、锯齿、尖角等典型刃口半径在30nm以下微刀具;•突破加工工具磨损抑制技术难点,为光学自由曲面加工提供先进工具和加工液,建立多物理场辅助切削在线实验装臵和材料学分析测试平台;•突破原位测量系统设计和装配技术难题,建立激光干涉接触式探针测量和多功能集成柔性光学式原位测量系统,量程为150mm,测量分辨率达20nm,测量精度0.3um,实现光学自由曲面的测量、分析和质量控制;•构建光学自由曲面建模与光学特性评价平台、加工质量综合评估与控制平台,建立光学自由曲面形成过程的智能仿真与表面质量数字化评价体系,实现零部件的高效制造与性能定量预测。
项目名称:面向应用过程的膜材料设计与制备基础研究首席科学家:徐南平南京工业大学起止年限:2009.1至2013.8依托部门:江苏省科技厅一、研究内容1、拟解决的关键科学问题及其内涵拟解决的关键科学问题:膜的功能与膜及膜材料微结构的关系;膜及膜材料的微结构形成机理与控制方法;应用过程中的膜及膜材料微结构的演变规律。
关键科学问题的内涵:1)膜的功能与膜及膜材料微结构的关系膜的分离功能与膜材料微结构关系的基础是膜的传递机理与传质结构模型。
在上期973项目中,针对陶瓷膜分离过程中膜渗透通量不稳定的共性难题,提出面向应用过程的陶瓷膜材料设计的构思,通过化学工程学科的传质理论与材料学科的交叉融合,构建了与陶瓷膜结构相关的传质结构模型,为面向应用过程的陶瓷膜材料设计奠定了基础。
本项目将在此基础上进一步拓展膜的功能与膜及膜材料微结构关系的科学内涵,将研究对象从多孔陶瓷膜(微滤/超滤)拓展至反渗透/纳滤膜、渗透汽化膜、气体分离膜、特种分离膜,特别关注微孔道、水通道、离子通道以及无机膜材料的传递理论研究。
对高分子膜材料而言,膜材料的微观结构(分子链的化学结构、基团分布)、介观聚集(分子链间距、自由体积)和宏观形貌以及它们的动态形成过程与膜综合性能的关系是要解决的关键科学问题,也是膜材料的精确设计与化学合成的理论基础;对微孔膜而言,如何通过材料设计、制备方法改进而提高其性能也是需要研究的科学问题,特别是要建立极端环境(高温、高压、强腐蚀)下高强度膜材料的设计方法;对智能膜而言,膜材料的化学结构与微观物理结构与其刺激响应性功能之间的内在关系,是智能膜设计与制备的关键。
2)膜及膜材料微结构形成机理与控制方法核心内容是建立膜及膜材料微结构与制备过程的关系,实现膜及膜材料的制备从以经验为主向定量控制的转变。
在上期973项目中,采用化学工程的过滤理论,对多孔陶瓷膜成膜过程中的毛细吸浆机理与薄膜形成机理进行了系统研究,构建了膜厚度与膜制备过程中控制参数的模型,实现了陶瓷膜制备过程中膜厚度精确控制的目标,解决了陶瓷膜大规模工业化生产中缺陷控制的难题,陶瓷膜的成品率从38%上升到90%以上,质量达到国际先进技术水平。
973项目“数学机械化方法及其在数字化设计制造中的应用”召开“项目中期总
结与学术交流会”
973项目“数学机械化方法及其在数字化设计制造中的应用”中期总结与学术交流会于8月13-14日在中科院数学与系统科学研究院召开。
科技部基础司李非、科技部基础研究管理中心王公仆出席了会议。
项目中期评审专家组由项目专家组成员、项目领域专家咨询组责任专家、项目外同行专家和项目依托部门管理专家组成。
科技部李非博士介绍了973项目相关情况、中期评估的意义以及应该注意的问题,希望本项目能够满足三个“更加”:更加聚焦国家重大需求,更加强化科学目标导向,更加注重优秀团队建设。
项目依托单位代表,中科院基础局王永祥处长希望本项目在完成项目任务的同时,把科学上的突破转化为技术上优势。
首席科学家介绍了项目整体情况,项目四个课题组分别作了汇报。
从发表的论文、论著、获奖、申请专利、培养研究生情况、学术交流、以及课题的预期目标等方面详细汇报了各自的工作进展。
项目中期评估专家组对项目的总体执行情况进行了认真评估,认为本项目过去两年在数学机械化理论与算法、基于混合计算的误差可控算法、基于数学机械化方法的复杂加工曲面设计制造与基于数学机械化方法的高档数控系统方面取得了重要进展,圆满完成了任务书规定的任务,发展势头非常好,为项目今后三年的发展打下了坚实的基础。
评审会前,项目还召开了学术交流会,项目承担人总结了项目启动近两年以来的进展。
专业资料项目名称:新结构高性能多孔催化材料的基础研究首席科学家:谢在库中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院起止年限:2009.1至2013.8依托部门:中国科学院中国石油化工集团公司一、研究内容本项目以替代资源节能环保的大宗化学品生产催化新技术为目标反应,包括烯烃歧化反应和多产丙烯的甲醇转化反应等增产烯烃催化反应;重芳烃转化反应和甲苯甲醇烷基化等增产芳烃催化反应;绿色烯烃催化氧化技术;手性化合物不对称催化合成等,开展新结构高性能多孔催化材料创制研究,加强多孔催化材料反应动力学及扩散规律的理论研究,解决多孔催化材料合成的形貌及孔道控制、反应动力学和扩散行为的控制、催化功能化及活性位控制、催化材料合成及催化过程的原位表征方法的关键科学问题。
主要研究内容包括以下几个方面: 催化材料的结构与催化反应动力学和扩散行为的关联规律利用动态吸附及反应表征技术,通过对不同催化反应过程中吸附扩散动力学和催化反应机理研究的结合,建立本征反应动力学模型,澄清在催化反应过程中,扩散、吸附、活化转化等步骤中影响反应速度及反应选择性的关键步骤。
采用多孔材料微结构表征技术,对催化材料的结构,包括形貌和化学结构,进行原子、分子和纳米层次上的研究,对活性中心的微环境和结构进行多方位的表征。
通过对增产烯烃、芳烃及其衍生物相关的指标性催化反应和本征催化动力学、扩散动力学的研究,揭示催化材料的孔道形态、立体形貌以及活性中心结构分布与催化活性、选择性之间的关联性,为催化材料孔道结构、晶体结构形貌以及活性位结构分布的设计提供依据。
以IGA、磁天平、129Xe NMR等表征多孔材料的吸附、扩散技术,研究多孔材料晶体形貌和孔道形态与反应扩散行为的关联,针对增产烯烃和芳烃等目标催化反应,对扩散与催化反应动力学的数学关联进行归纳和提炼,对多孔催化材料的孔道形态及形貌进行微观尺度的设计。
●多孔催化材料合成中多级孔道的构建和材料形貌的控制重芳烃转化增产芳烃催化反应中,具有多级孔道结构的催化材料显示出良好的应用前景。
973项目申报书——2024CB939900-能领域纳米材料机敏特性的关键科学问题研究项目申报书一、项目背景与意义纳米材料因其独特的物理、化学及机械性能,在能源、环境、电子、生物医药等领域具有广泛的应用前景。
然而,纳米材料的机敏特性,如其高比表面积、粒子尺寸和形貌的影响,使其在应用过程中面临的科学问题日益复杂。
本项目旨在解决能领域纳米材料机敏特性的关键科学问题,通过研究纳米材料的制备、表征、性能调控等方面,推动纳米材料在能源、环境和生物医药等领域的应用。
二、项目目标1.研究纳米材料的制备方法,包括化学合成、物理法合成、生物法合成等,以获得具有特定尺寸、形貌和结构的纳米材料。
2.探索纳米材料的机敏特性与其结构、形貌之间的关系,揭示纳米材料的微观机理。
3.研究纳米材料的表面性质和界面效应在机敏特性中的作用机制,理解纳米材料在不同环境下的变化规律。
4.开发纳米材料的功能化应用技术,实现纳米材料在能源、环境和生物医药等领域的应用。
三、项目内容与研究方案1.纳米材料的制备方法研究(1)化学合成法:通过溶胶-凝胶法、溶液法等方法制备纳米颗粒、纳米棒、纳米管等纳米材料。
(2)物理法合成:通过气相沉积、溅射等方法制备纳米薄膜、纳米线等纳米材料。
(3)生物法合成:利用生物体或生物群体作为模板制备特定结构的纳米材料。
2.纳米材料的结构与性能关系研究3.纳米材料的表面性质与界面效应研究运用表面科学和界面化学的原理和方法研究纳米材料在不同环境下的表面性质和界面效应,深入理解表面与界面对纳米材料性能的影响机制。
4.纳米材料的应用研究基于以上研究成果,开发纳米材料的功能化应用技术。
探索纳米材料在能源、环境和生物医药领域的应用潜力,包括但不限于新型催化剂、高效能源材料、环境污染治理材料、生物传感器等。
四、项目预期成果1.纳米材料的制备方法和调控原理,为不同尺寸、形貌和结构纳米材料的制备提供指导。
2.纳米材料的性能与结构之间的关系及其机敏特性的理论模型。
国家工程技术中心立项申请书尊敬的领导:我们工程科技公司专业致力于开发和制造高端机器人和智能装备。
为了进一步提升公司技术创新能力,我们向贵委申请国家工程技术中心立项。
一、立项的必要性公司一直致力于创新研发,已成功推出多款高质量的机器人和智能装备。
但是,由于新技术、新材料的不断涌现,市场对产品的需求和技术水平的要求不断提高,公司需要能够快速适应市场需求和技术变革。
这就需要有一个不断升级自身的技术创新体系,同时也需要与其他行业领域的技术企业交流、互动、合作,以期达到更高的技术水平和企业竞争力。
二、申请立项的主要内容1、中心的建设目标和发展方向:中心的建设目标是成为行业内领先的技术创新中心,并以机器人和智能装备为重点,研发大型重载机器人、高精智能机器人、智能制造装备和自动化生产线等高端智能化产品。
中心主要关注以下几个方向的发展:(1)基础研究:在机器人智能化和核心部件的研发方面,进行基础研究,并与高等院校共同开展研究项目。
(2)应用研究:开发适合中国市场的机器人和智能装备,提高市场竞争力。
(3)技术转移:与其他行业领域技术企业合作,实现技术转移和技术创造。
2、中心的主要职能和模式:中心的主要职能是研发中心、创新平台和技术服务平台。
中心采用研究生院技术培训和专家指导相结合的模式,通过培养年轻的专业技术人才、引进国内外专家,提升技术人员的掌握不同领域的技术知识和创新能力。
3、中心的研发条件和实验设备:本中心秉承“协同创新,循序渐近”的理念,建立了科研实验室,配备了国内最先进的机器人研发设备和检测设备。
实验设备包括:工控机器人、移动机器人、感知机器人、协同机器人、机器人仿真系统、智能控制、嵌入式系统、人工智能等10多个大型实验室。
三、期望给予支持我们希望贵部门对中心的建设和发展给予支持,包括政策优惠、经费支持和专家指导等。
希望政府加大对技术创新的支持力度,给予我们更多的政策和经济支持。
感谢贵部门对我们技术创新的支持和关注,我们将一如既往地努力工作,争取早日建立国家工程技术中心,为提高我国装备制造业的技术水平、打造具有国际竞争力的高端智能装备做出贡献。
项目名称:超大规模集成电路制造装备基础问题研究首席科学家:雒建斌清华大学起止年限:2009.1至2013.8依托部门:教育部一、研究内容本项目以32nm及其以下线宽的IC制造装备所面临的纳米精度图形转移、超低应力平坦化、高密度封装、高速高精运动和超精密测量等关键共性技术为突破口,围绕下列三个重要科学问题展开研究:科学问题一、纳米精度制造中的界面与尺度效应及精确控制随IC制造未来向32nm及其以下线宽的推进,由尺寸效应而引起的铜导线的电阻率以指数关系上升。
因此,互连结构的电阻和电容所引起的信号延迟效应越来越严重。
超低k介电质材料的引入成为必然趋势。
由于其与Cu力学性能的巨大差异,导致在图形转移、平坦化等工艺中界面问题成为关键瓶颈之一。
在平坦化方面,如何在微区粗糙度、中等区域波纹度和大尺寸晶圆的全局平整度的三个跨尺度(纳米-微米-毫米)域中实现高精度控制、如何避免互连线损伤和界面剥离、如何在降低平坦化压力的情况下实现高效、大面积、均匀的材料去除等问题成为急需克服的屏障。
同时,在作为图形高保真转移的关键方法之一,即纳米压印光刻方面,随线宽的缩小,界面的物理化学性能对阻蚀胶流变将产生很强的约束作用,其流变特性将显示出明显的尺度效应。
为实现图形的高保真转移,界面的分子作用机制、纳米间隙流变规律、静电场诱导的分子自组装过程的界面行为等是急需研究的问题。
针对这些难点,设臵两方面研究内容:1)超低压力下异质表面纳米精度平坦化新原理与实现针对32nm及以下线宽、晶圆直径300-450mm、Cu互连与超低k介质材料的超大规模集成电路制造,需要探索超低下压力化学机械平坦化(CMP)新原理、异质材料表面CMP过程中材料的原子尺度去除规律,揭示表面间的摩擦化学和机械的耦合作用对原子尺度材料去除的影响,探明原子逸出数目与分布规律、多场耦合下界面分子刷趋向与刚度控制机制、超低应力平坦化过程实现异质材料均匀、快速去除机制和纳米二相流的流动规律等问题。
项目名称:数字化制造基础研究首席科学家:丁汉华中科技大学起止年限:2005-12-1依托部门:教育部湖北省科技厅一、研究内容数字化制造已成为推动21世纪制造业向前发展的主流,其重要特征表现在:制造装备的自律性和自适应性;制造过程的可预测性和可控性;制造系统的可维护性和制造信息的可重用性。
结合国家制造业的重大需求和数字化制造的发展趋势,本项目以制造装备高精度数字化控制及大惯量大行程高精度同步控制、制造过程的物理场多尺度数字仿真、复杂曲面数字化精密加工、多源多工序制造质量控制、制造执行过程决策与优化等数字化制造关键共性技术为突破口,本项目围绕下列三个重要科学问题展开研究:科学问题之一:数字制造装备的动态行为与性能演变规律在能源、运载、国防等领域,需要制造大型、薄壁、复杂、难加工材料的精密零件,对制造装备的精度、效率、可靠性等性能指标提出了更高的要求。
如加工直径8米、重达100吨舰船用螺旋桨的大型车铣复合加工机床,结构非常复杂(要求七轴五联动),行程范围高达10米,加工精度高。
又如我国目前用于航空、航天、国防等行业锻造大型构件的3万吨模锻水压机,其活动横梁自重2100吨,行程1830毫米,要求全行程位移误差小于0.13毫米。
在高速、高加速度、大载荷、大位移等非常规工况下,摩擦、振动、冲击、变形、结构间隙等非线性因素将直接影响装备的动力学行为,使装备的性能发生变化,对现有的控制理论和方法提出了极大的挑战。
分别以高性能数控机床和巨型精密模锻水压机两类典型数字制造装备为对象,研究数字制造装备在复杂工况和运行状态下的动态行为和性能演变规律,为设计新型数字装备和数控系统提供理论依据和技术基础,主要研究内容包括:1) 高速数控机床动态行为演变及其高精度控制随着高性能数控机床精度、效率越来越高,高速、高加速度和变加速度成为数控机床动态行为的主要表现形式,机床的力学特性(如结构、间隙、动静刚度、摩擦特性、振动、噪声、非线性时变载荷等)、热学特性(如热变形、热稳定性等)、以及力、热耦合特性对机床的加工质量和效率产生显著影响。
为自主开发高速、高精、高效的新一代数控机床,研究数控机床的力、热耦合特性及其对机床动态行为和加工性能的影响机理和演变规律,实现高速、高加速度和变加速度加工条件下的智能控制和加工精度强化。
主要研究内容包括:•数控机床多轴力、热耦合特性分析及数字建模;•数控机床动态性能对加工质量和效率的影响及其敏感性分析;•数控机床的智能控制与加工精度强化;•多轴高性能数控机床的示范应用。
2) 巨型成形装备的力流传递特征及高精度制造界面形成在巨大载荷作用下,巨型成形装备复杂结构的接触非线性、超静定、连接与运动副间隙等因素产生载荷奇异传递和巨大的附加内力,直接影响大型构件制造精度。
大惯量大行程快速运动可能引起超调振荡,在巨大流量的液压机械系统中产生冲击,降低运动的动态精度。
上述两种现象均会导致装备工作能力的下降。
为了提高装备实际工作能力,实现高精度巨型塑性成形的制造。
需要开展如下研究:•巨型成形装备的力流传递规律与偏载奇异效应;•大惯量大行程运动的动态精度形成原理;•巨型成形装备制造界面的位置、形态与界面力场模型;•巨型成形装备高效、高可靠、高精度运行的数字化实现。
科学问题之二:制造过程的物理场影响机理及其数字化描述在制造过程中,伴随着零件材料组织的演变和形状的生成,力、热、流体等物理场的作用成为影响零件制造精度、效率和性能的主要因素。
对制造过程进行多学科、多尺度模拟与仿真,揭示制造过程的本质属性,实现制造过程优化控制,是确保零件高效、高精、高质创成的关键。
制造过程中的物理场作用具有非线性耦合、多尺度效应、强时空变化等特点,其作用机理十分复杂。
需要研究的核心科学问题是制造过程的物理场作用机理及其数字化描述、零件性能的定量预测。
本项目研究加工制造过程和成形制造过程中的物理场复合作用机理以及复杂曲面精密加工的新原理和新工艺。
主要研究内容包括:1) 数字制造过程物理行为建模与精度创成原理在零件的制造过程中,由切削力、刀具与工件之间的摩擦诱导的发热、变形等物理现象成为高精度创成中必须考虑的关键因素。
揭示制造过程中物理场的复合作用,预测其行为的时空效应,并通过对工艺参数的优化,把对物理场作用的定性认识转化为对其行为的定量控制,实现复杂零件高精度加工制造。
主要研究内容包括:•加工制造中物理场复合作用机理及其数字仿真;•物理约束、几何约束与零件性能约束相容性分析;•加工制造过程的工艺优化与精度保证;•高精度零件制造的数字化仿真平台。
2) 高性能复杂曲面数字化精密加工的新原理和新方法我国能源、运载、国防等领域重大工程急需的某些关键零部件,其制造不仅要保证几何精度,更要满足特定的物理性能。
例如主动导引防空导弹天线罩,必须通过逐点去除加工才能确保任意点的电厚度要求,这就对现有的加工方法提出了新的挑战。
为实现复杂曲面的高效精密加工,获得高物理性能和高几何精度复杂曲面零件,需要研究复杂曲面多源约束与曲面参量的非线性耦合模型和加工过程物理场复合作用机理,创建性能驱动的复杂曲面生成新原理。
主要研究内容有:•基于零件物理性能与几何特征映射关系的复杂曲面生成方法;•复杂曲面多源离散信息的结构化方法与误差消减;•面形随机复杂曲面零件的逐点精确可控去除加工新方法;•高性能高精度局部共轭曲面生成与制造过程精确控制。
3) 先进成形制造过程的多尺度数字仿真与优化建模与仿真是数字化成形制造的核心技术。
成形制造过程的数字模拟技术正在向多学科、多尺度、多物理场方向发展,已成为当今国际公认的制造及材料科学的重要前沿领域。
能源、运载、国防及装备制造业的一些关键零部件需要采用先进的成形制造工艺,其成形质量与使用性能取决于制造过程的温度场、流场、应力应变场和微观组织场的共同作用。
针对典型的先进成形制造方法,研究零件成形制造过程中多尺度多学科的数字化建模仿真理论与方法,揭示物理场耦合作用下材料的组织演变规律及其与性能的关系,提出零件成形制造质量、组织、性能和使用寿命的预测方法。
主要研究内容如下:•精确铸造成形过程多尺度物理/数学建模与仿真;•精确成形铸件的组织、性能与疲劳寿命预测;•精密模锻流变成形本构规律及模锻载荷预测建模;•高性能复杂构件塑性成形组织性能预测建模与仿真。
科学问题之三:数字制造系统的信息作用规律与决策机制制造系统集中汇聚了制造装备、零件、制造工艺以及执行过程等多方面的信息.提高制造系统的信息获取、处理与融合能力,尤其是通过复杂制造信息的融合及不确定信息处理提高制造信息可用性,已成为在系统的层次上确保高效、高可靠、高精度产品制造的关键。
研究加工质量与过程信息的获取、表达、传递、融合、演化和利用,揭示制造信息的基本性质(如定量、度量、价值、分类和评价等)和作用规律,建立制造系统复杂信息尤其是非常规信息的处理与利用机制,对于实现产品加工质量主动预测、制造误差在线补偿和制造过程优化决策均有重要意义。
主要研究内容包括:1) 数字化加工多源多工序质量的综合评估与优化控制多源多工序质量的综合评估是实现工序驱动的质量控制的前提,也是提高精密复杂零件加工合格率,获得高精度、高可靠性零件制造的一个重要途径。
提取多源多工序质量的特征信息,建立工件类、工序流、装备群工况等数字化制造质量特征的全息分析与计算模型,揭示工序质量信息的产生、表达、传递与聚类规律,提供加工过程的质量缺陷预示与消减的共性技术与方法,是确保与工序密切相关的制造装备群在“精确质量控制”模式下运行的关键。
主要研究内容包括:•数字化加工的多源多工序质量信息的定性分析和度量指标;•加工过程的工况监测、预示及服役性能评价;•工序驱动的零件加工质量优化控制;•复杂精密零件数字化加工质量的综合评估与控制平台。
2) 数字制造系统的复杂信息处理及执行过程决策实现高效稳定制造必须在系统分析的基础上对制造执行过程进行正确决策。
随着制造装备与工艺过程的数字化,综合利用制造信息进行系统分析与决策成为可能。
其难点在于制造系统中多源信息的交互关系复杂,处于动态演变之中,并受大量非常规信息的影响。
因此,在多源制造信息融合的基础上,综合应用信息关联分析和非常规信息处理等手段,通过优化配置实现数字制造系统的可适应性,通过效能评价与参数优化保障系统的稳定运行,通过对制造执行过程进行正确决策提高系统的运行效率。
主要研究内容包括:•数字制造系统的信息关联分析及优化配置;•多工件复杂制造过程效能评价与参数优化;•非常规信息条件下制造执行过程决策;高效制造执行技术及数字仿真平台。
二、预期目标总体目标:本项目瞄准先进制造技术高精度、高效率、高可靠性的发展趋势,针对能源、运载、国防等领域的复杂装备及其关键零部件制造面临的难题,揭示制造装备、制造过程和制造系统中物理现象的动态规律及作用机理;突破数字装备的精密运行控制、制造过程的物理场复合仿真、制造质量综合评估与制造执行过程决策等一批关键技术;创立复杂零件精密制造的若干新原理与新工艺;建立数字化制造的基础理论, 实现基于科学的制造。
通过本项目研究,提升我国高端数字装备及其关键零件的独立制造能力,提供国家急需的大型复杂零部件制造的核心技术,并培养一批从事数字化制造科学研究的青年学术带头人和研究骨干。
五年预期目标:在理论研究方面:解决高性能制造装备和大型复杂零件精密制造中的关键科学问题,为实现高精度、高效率和高可靠的数字化制造提供理论基础,跻身于国际制造科学研究领域的前沿。
•揭示高性能数字制造装备的动态特性、性能演化和行为响应规律,建立分布式、非线性、时变载荷作用下的精度创成理论;•揭示物理场复合作用下零件材料组织与力学性能演变规律,提出零件制造过程多尺度、多学科数字化建模仿真理论与方法,实现工艺参数的优化和对零件制造质量、微观组织、性能、使用寿命的定量预测;•揭示数字制造系统的信息关联关系与演化规律,实现多源多工序加工质量综合评估及复杂信息环境下的制造执行过程决策,建立制造系统的高可靠性高效运行机制。
在技术应用方面:通过本项目研究,在若干关键技术上取得源头创新成果,提升我国数字制造装备及关键零部件的制造水平。
• 突破高性能数控系统自主创新开发的技术难点,建立七轴五联动高性能数控机床的应用验证平台,使直径8米大型舰船用螺旋桨的加工达到特高精度S 级;•突破巨型模锻装备的高精度同步控制技术,使同步动态精度达到0.5‰; • 突破下一代大型运载火箭共底构件、导弹天线罩等复杂曲面高效精密加工的技术关键, 使复杂零件加工精度达到1~2微米;• 构建先进制造过程的多尺度多学科模拟仿真平台,多源多工序加工质量控制与执行过程决策平台,实现零部件的高效制造与性能定量预测。
本项目研究过程中,拟发表SCI 收录的论文200篇以上,其中国际著名刊物论文100篇以上,获得专利20~30项;形成具有重要国际影响的数字化制造研究队伍,争取1个国家创新团队;涌现出一批优秀中青年人才,包括站在国际前沿的学术带头人1~2人,国家杰出青年基金获得者2~3人;培养博士生、硕士生150人。