复杂装备多域互用的性能强化设计理论、方法及其应用研究

On the basis of National Science Foundation for Young Scholars of China (No. 51005204) “cross-scale redesign technology for complex equipment based on multi-domain mutual-use”, an extensive research is proposed “Theory, method and application researches on performance enhancement design of complex equipment using multi-domain mutual-use”. On the basis of preliminary research of structure domain, module domain and process domain, design domains are developed: component domain; genealogy domain, frock domain and hybrid domain. The complex equipment design is extended from redesign to performance enhancement design which includes association performance, matching performance, disturbance-tolerant performance and fusion performance. The focused research contents include: scheme and structure association performance enhancement design using component domain mutual-use; multi-machine regulation and matching performance enhancement design using genealogy domain mutual-use; process parameters disturbance-tolerant performance enhancement design using frock domain mutual-use; multi-criteria cross-scale fusion performance enhancement design using hybrid domain mutual-use; platform development and application verification of multi-domain mutual-use performance enhancement design. The research has three innovations: level feedback multi-machine matching performance enhancement design; multi-factor disturbance-tolerant performance enhancement design; association-convergent performance enhancement design via multi-domain mutual-use. The design of high precision numerical control machine tools will be researched to verify the proposed theory and method.

在青年基金“基于多域互用的复杂装备跨尺度再设计技术”(资助号：51005204)的基础上，拟开展“复杂装备多域互用的性能强化设计理论、方法及其应用研究”。在结构域、模块域和过程域的前期研究基础上，对设计域进行再拓展：构件域、族系域、工装域和混合域。从复杂装备再设计延伸到性能强化设计：关联性能、适配性能、容扰性能和融合性能。聚焦五项研究内容：构件域互用的方案与结构关联性能强化设计；族系域互用的多部机调节与适配性能强化设计；工装域互用的工艺参数波动容扰性能强化设计；混合域互用的多指标跨尺度融合性能强化设计；多域互用的性能强化设计平台开发与应用验证。拟取得三项创新：复杂装备层次反馈的多部机适配性能强化设计；适应多因素变动的容扰性能强化设计；多域互用的性能联动趋同强化设计。以高精密数控机床设计为例，验证所提出的理论与方法。

本科研项目“复杂装备多域互用的性能强化设计理论、方法及其应用研究”(资助号：51375012，负责人：徐敬华)是在已有研究基础上开展的（青年基金“基于多域互用的复杂装备跨尺度再设计技术”，资助号：51005204），根据复杂装备结构复杂、零部件参数多、模块关联耦合的显著特点，针对复杂装备定制需求多元化、升级换代精细化、设计变更频繁化难题，从复杂装备再设计延伸到性能强化设计：关联性能、适配性能、容扰性能和融合性能，聚焦在构件域、族系域、工装域和混合域实现多域互用的性能强化设计。本项目取得三项标志性创新成果：①提出了基于多相动态平衡的大型板翅换热器热设计方法，通过大型空分板翅换热器性能强化的逐流段设计，实现了混叠通道排列，基于动态像素粒度的板翅式换热器芯体结构优化，实现了翅片参数增效设计；②提出了考虑结构柔性的多激励机构关联性能强化设计方法，通过自适应步长的顺序耦合方法，实现机械机构的瞬态性能设计，通过高分辨率热红外成像，实现了系列化低压断路器多工位操动机构疲劳实验；③提出了基于邻接拓扑的流形网格模型层切多连通域构建方法，根据网格半边信息编码实现相交网格面片集的邻接拓扑关联，遍历求出所有网格面片集的公共邻接边，连接有向交点建立层切面轮廓环进而构建层切面的连通域。以超大型低温空气分类成套装备、大型板翅换热器、数控机床装备、数控锻压装备、低压断路器、3D打印装备等为研究载体，验证了提出的理论与方法。项目负责人2015年到美国国家标准及技术研究院（NIST）、美国OSU(Ohio State University)、美国UM(University of Michigan)、美国FORD汽车底特律总部进行学术交流。项目负责人获得省部级科技进步一等奖3项。在Applied Thermal Engineering, IMechE Part C等TOP期刊发表论文20篇，其中SCI论文6篇。申请国家发明专利20项（已授权2项）。公开出版著作4部（含参著）。本项目完成了各项指标。