航空製造工藝數字化國防重點學科實驗室

航空製造工藝數字化基礎技術

1．產品數字化設計技術

研究產品的數字化定義與建模方法，包括需求、性能、結構、製造、裝配、維護、操作和使用等產品管理與特徵屬性；面向過程的設計技術，包括產品開發流程、技術與管理體系的適用方法、並行技術規範；數字化產品開發工具CAD/CAM/PDM/PLM的二次開發技術。

2．仿真技術

研究面向對象的綜合物理仿真技術，如數控機牀、加工典型件、刀具為一體的加工過程仿真技術，車間、工件、工裝一體化的裝配自動化仿真技術，產品設計數學模型的驗證仿真技術、物理模型的試驗仿真技術。

3．集成技術

（1）航空工藝知識工程管理

整理歸納現有的航空製造工藝知識，構建具有數據挖掘、經驗積累、審批存儲、智能應用和共享交換等功能的航空工藝知識工程管理（KEM）平台框架。

（2）標準數據庫信息處理技術

基於我國國防工業正在建立的工藝數據庫、材料數據庫、標準件數據庫等七大數據庫，提出工藝的知識化加工、存儲和應用的具體方案。包括工藝知識庫總體結構、工藝知識存儲規範、工藝知識交換規範和工藝知識應用模式等，構建面向國防軍工產品的工藝知識模塊。

（3）航空工藝智能化知識工程技術

研究包括航空工藝廣義共享（無條件共享），狹義共享（有條件共享）機制，顯性知識與隱性知識的共享問題等。

開發統一規範的應用接口和具有自適應能力的移動代理（Mobile Agent）型服務模塊，包括應用多通道人機交互技術建立基於自然語言理解的知識問答接口、系統級數據受限訪問接口和單點登錄控制接口等。為不同對象提供嵌入式、個性化、即插即用的軟硬件集成產品的應用模式（如現有研究成果知識Robot）。

高效加工、成形與製造技術

1.輕合金高速切削參數研究

根據鋁合金、鈦合金等航空關鍵部件加工質量的需要，進行數控銑削加工過程物理仿真，構建虛擬數控銑削加工仿真系統平台，以組件形式建立各開發模塊的接口，並對刀具磨損、刀具材料性能與幾何角度、加工系統的變形、切削用量、加工精度、表面粗糙度等參數進行深入的研究，建立關鍵算法，利用多線程技術實現各個模塊同時運行及數據交換，開發具有自主知識產權的商品化數控銑削物理仿真軟件，預測產品的加工質量，為數控加工工藝方案的優化提供平台，建立與機牀、刀具相對應的鋁合金、鈦合金數控高速切削參數數據庫。

2.高速切削理論與試驗

高速切削作為一種新興的加工工藝，其發展歷史還十分短暫，涉及該工藝的許多基礎問題還沒有得到充分的研究。通常情況下，高速切削時主軸轉速要比普通切削時高5～10倍。假如把切削力維持普通切削時的水平，則提高主軸轉速就能提高材料的切除率進而達到減少切削時間的目的。

高速切削的另一個內涵還在於較高的進給速度。如果進給速度維持在普通切削的水平，則提高主軸轉速就可降低切削力，從而可以加工在普通切削時無法加工的薄壁複雜工件。高速切削最終能達到表面粗糙度的極限值目前雖尚無定論，但試驗結果已經表明，在某些應用場合，高速銑削的表面質量可與磨削媲美。

假如在生產中實現用高速切削替代部分磨削，其經濟效益十分可觀，而且通過簡化工藝流程，可以提高銑牀的使用率。

3．激光輔助成形技術

從熱學和熱力學的觀點出發，用大變形彈塑性有限元法對激光彎曲成形進行動態數值模擬，研究薄板厚度與温度梯度、彎曲角度的影響關係，提出可行的激光輔助彎曲工藝。研究彎曲成形數值模擬方法，驗證激光成形的四種主要變形機理：温度梯度機理、彈性膨脹機理、塑性皺曲機理和增厚機理。

建立薄板激光輔助成形過程三維瞬態温度場、應變場的有限元方法，模擬強瞬態非線性特徵的薄板激光成形過程；研究常温條件下鈦合金板的激光彎曲成形理論、工藝參數，探索利用激光作為熱源使金屬板料發生熱塑性變形的柔性成形加工方法。

4．鈦合金激光快速原形技術

根據材料冶金原理、金相組織與性能、材料物性與微觀力學理論的研究進展，分析材料梯度性能、組織與成分設計之間的關係，利用宏觀、細觀、微觀熱應力分析方法，研究功能梯度材料系統設計理論。

完善控制軟件設計、閉環控制系統、分層切片、材料信息的表徵、三維執行機構、粉末遞送系統、保護氣體系統、冷卻系統等金屬零件激光直接製造系統，根據FGMs性能變化規律、零件結構尺寸與形狀精度優化快速製造工藝參數，形成完整的鈦合金功能梯度材料製造工藝。

研究鈦合金FGMs的材料特性評價標準化實驗方法。包括熱應力、殘餘應力評價，採用激光、超聲波的局部熱應力評價方法，功能梯度材料的加工熱應力、殘餘應力建模分析方法。建立鈦合金功能材料測試標準數據庫（包括材料力學性能、靜力學性能、疲勞性能）。

5．激光再製造數字化技術

飛機、發動機損傷的修復是對損傷件的再製造過程，激光再製造數字化技術研究主要包括二個方面，（1）修復過程的數字化表徵，材料表徵技術研究，研究不同材料結構損傷激光熔覆、激光焊接所需要的填充、接補、強化材料建模技術與方法；修復設備研究，研究激光在線修復系統、執行機構等自動化裝備；

修復技術研究，針對不同材料與結構、不同的損傷模式研究相應的激光修復工藝技術；（2）建立典型修復部件的修復工藝參數實時更新數據庫。

6．安全設計技術

研究大型複雜系統的安全評價方法、安全符號、維修保障信息數據庫、產品安全設計技術，對製造產品實行全生命週期管理，在設計、製造過程中加入安全符號，並以製造安全符號為基礎，建立裝備產品使用、維護的基礎數據庫，保障產品設計、製造、使用與維護的安全性與可靠性。 ^[1] 

實驗室主任：王維教授

實驗室學術委員會主任：李明院士 ^[1]