为解决某船用柴油机制造企业在工艺设计过程中重复劳动多、工艺复用困难等问题,采用特征分组技术来实现典型零件工艺路线变型设计创建新工艺的方式,用于快速获得船用柴油机中典型件的结构化工艺路线。该方式包括创建结构化的工艺路线模板、制造特征划分、制造信息转递、制造特征/工序挂接、特征信息比对、结构化工艺变型等几步。最后,以某船用柴油机典型件中的连杆为对象,设计了一个工艺设计集成系统,并验证了其有效性。该系统能够有效提高工艺知识的复用率和工艺设计的规范性,易于被工艺设计人员接受。

针对船用柴油机关键件加工过程中出现的质量不均衡、预测性不足等问题,提出了数字孪生驱动的船用柴油机关键件加工质量管控方法。通过构建柴油机关键件质量管控数字孪生模型,使物理生产单元、虚拟生产单元及生产管理系统协同工作,实现柴油机加工过程中质量数据采集、分析和反馈一体化,并指导车间操作人员进行加工生产。采用基于BP-RBF神经网络算法预测刀具的完整使用寿命,并结合遗传算法(GA)和刀具磨损模型对刀具加工参数进行在线优化,实现刀具及刀具参数的调度指导与调整。最终基于管控平台进行加工刀具寿命预测与优化功能模块开发,并通过系统功能仿真,验证了该方法的有效性,为船用柴油机关键件加工质量管控提供了一种的新的途径。

针对目前企业中存在的人工打磨大型船用螺旋桨叶面效率低、质量不均匀以及工人劳动强度大等问题,提出了一种用于加工大型船用螺旋桨叶面的2P3R型5自由度工业机器人,建立了其完整模型。将末端执行器考虑在内,采用改进D-H法建立了机器人正运动学数学模型并求得其正运动学方程。基于蒙特卡罗法,在Matlab环境下,利用机器人工具箱对机器人工作空间进行求解,描绘出该机器人末端刀具可达工作空间点云图。通过曲面拟合与空间包容对比,结果表明,所设计的2P3R型5自由度工业机器人能够实现对直径4~10 m的大型船用螺旋桨单个桨叶上表面的全部覆盖,为后续对大型螺旋桨加工机器人的运动控制与路径规划等研究奠定了基础。

为解决数字化车间配送过程不透明、监控手段单一、实时性差、智能化管控难等问题,在分析复杂产品装配车间物流监控需求的基础上,提出一种数字孪生驱动的车间物流配送实时监控方法。构建数字孪生体系框架和运行模式,并对支持该系统实现的车间虚拟建模技术、车间物流实时状态信息处理等关键技术进行了研究。设计并开发了服务系统,实验验证结果表明:采用该监控系统显著提高了车间物流的透明度、实时性、交互性,所提方法可行。

针对CAPP系统的复用性、扩展性、柔性、网络化及协同化等问题，提出了应用平台／插件体系结构，开发了基于Web的CAPP系统。重点研究了平台／插件体系结构的CAPP系统的基本原理、总体结构、插件库模型、插件粒度划分流程和最终参考框架、平台与插件间的交互控制流程。详细分析了基于Web的CAPP系统的产品结构树、所见即所得的工艺设计、工艺设计规划、制造工艺资源管理等平台主要功能及其实现方法，并通过实例验证了系统的可行性。

为缩短制麦设备的设计周期,提高设计工作的效率,完善制麦企业对制麦产品数据的管理流程,根据制麦设备的结构特点,开发了基于Solidworks制麦设备数字化设计平台.重点着眼于基于Solidworks数字化设计平台的总体结构、制麦设备参数化设计技术、Solidworks二次开发技术、数据管理技术、Solidworks Simulation有限元分析技术等关键技术的研究.详细分析了设备设计、有限元分析优化、自动工程图绘制等平台主要功能及实现方法,并通过工程实例验证了数字化系统的可行性与实用性.

根据船用柴油机关键件的几何形状与数控工艺特点,给出关键件加工特征的详细定义。从制造语义、制造资源、几何信息等方面对特征进行描述,构建柴油机关键件加工特征信息模型,并给出特征的相似度计算方法。最后,以关键件某加工特征为对象,结合所给出的关键件加工特征定义对几种定义方法的特征匹配结果进行分析。分析结果表明,使用所述的面向数控工艺复用的特征定义方法,能够实现加工特征的高效精准匹配,进而对已有数控工艺成果进行复用,提高NC程序的编制质量与效率。

针对传统机械设计以应力强度为基础，其结果往往不是最优解的问题，采用应力试验法及有限元分析法获得了车架的危险部位，即车架横梁之间的腹板孔口倒角处存在明显应力集中。因此取车架腹板开孔孔长、宽及倒圆半径为设计变量，对车架结构进行了优化设计。采用回归的正交设计理论，结合ANSYS液压平板车车架的参数化有限元模型，得出了车架腹板最大应力的响应面函数。运用MATLAB优化工具箱得到可靠度指标，最终实现了以可靠度为目标的车架结构优化，优化结果使得结构在安全可靠的前提下更轻。