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作者

郭東明 院士

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機(jī) 構(gòu)

大連理工大學(xué)

3

Citation

Guo D M. High-performance manufacturing. Int. J. Extrem. Manuf.2024.6 060201.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad7426

撰稿 | 文章作者

01 文章導(dǎo)讀

面向高端裝備制造的挑戰(zhàn)，近期大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院郭東明院士在《International Journal of Extreme Manufacturing》期刊上發(fā)表了題為《High-performance manufacturing》的文章，討論了制造技術(shù)中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，探討了高性能制造的本質(zhì)，概述了設(shè)計(jì)與制造之間的定量關(guān)系，提出了廣義的高性能制造框架，對(duì)高性能制造領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

圖1高性能制造理論和技術(shù)的總體框架

02 圖文解析

隨著應(yīng)用空間的不斷拓展和服役性能的不斷提升，航空航天、能源動(dòng)力、信息電子等領(lǐng)域?qū)Ω叨搜b備的需求迫切。這些高端裝備以承載、傳導(dǎo)、換能、隱身等性能的精準(zhǔn)保證為主要制造目標(biāo)，不僅性能要求高，且往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料難加工、表面完整性或精度要求極高，制造難度極大。高性能制造是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，突破高端裝備制造瓶頸的必然選擇。

高性能制造是基于科學(xué)建模、優(yōu)化計(jì)算與設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)控制制造過(guò)程的科學(xué)設(shè)計(jì)與制造，注重創(chuàng)新提出制造新原理、新工藝，注重制造在全流程或關(guān)鍵環(huán)節(jié)上性能建模的系統(tǒng)性、完備性和精確性，強(qiáng)化以正確、堅(jiān)實(shí)的科學(xué)原理為指導(dǎo)和跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的系統(tǒng)建模仿真與集成創(chuàng)新，以促進(jìn)制造技術(shù)的全新突破。圖2展示了高性能制造需要重點(diǎn)探究的基礎(chǔ)問(wèn)題。

圖2高性能制造的基礎(chǔ)問(wèn)題

高性能制造中一些對(duì)制造敏感的關(guān)鍵性因素，需要在設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)中給予一體化的協(xié)同考慮。如圖3所示，高性能制造中的設(shè)計(jì)制造應(yīng)是面向性能的設(shè)計(jì)、面向制造的設(shè)計(jì)與面向性能的制造的協(xié)同統(tǒng)一，是以性能建模為核心，設(shè)計(jì)與制造深度融合、與新理論新方法緊密結(jié)合的協(xié)同制造。以裝備或零件的綜合性能指標(biāo)為系統(tǒng)級(jí)目標(biāo)，以材料、結(jié)構(gòu)、幾何、工藝等參量的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系和一體化多學(xué)科、多領(lǐng)域聯(lián)合仿真為手段，通過(guò)對(duì)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)制造數(shù)據(jù)流的處理與利用，實(shí)現(xiàn)制造信息向設(shè)計(jì)信息的反饋，繼而實(shí)現(xiàn)以減少性能偏差為目標(biāo)的參量定制、調(diào)整或再設(shè)計(jì)，從而滿足高性能制造要求。

圖3面向性能的設(shè)計(jì)制造范式

如圖4所示，高性能制造中的面向性能的制造是一種基于性能建模下的閉環(huán)制造模式，是在設(shè)計(jì)制造一體化的基礎(chǔ)上充分認(rèn)識(shí)到一些導(dǎo)致性能不易精確達(dá)成的關(guān)鍵性因素，通過(guò)由性能建模約束下制定工藝規(guī)程和求解工藝參量的反求制造，包括由性能偏差測(cè)試和工藝參量反求的定量定域定式的修正加工方法，實(shí)現(xiàn)零件性能的精確達(dá)成。

圖4面向性能的制造工藝流程

03 總結(jié)與展望

高端裝備需求的不斷增加使高性能制造在工業(yè)和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮了變革性的作用，標(biāo)志著未來(lái)的發(fā)展方向。盡管在特定高性能組件的制造工藝和裝備上取得了顯著突破，但對(duì)高性能制造的基礎(chǔ)研究仍然不足。目前，高性能制造的綜合理論和技術(shù)體系仍處于起步階段，在許多單一研究點(diǎn)和技術(shù)上缺乏重要突破。這種缺乏在創(chuàng)新制造概念和加工方法的發(fā)展中表現(xiàn)得尤為明顯。傳統(tǒng)制造與高端裝備及其關(guān)鍵組件的制造之間存在深刻區(qū)別，這些區(qū)別體現(xiàn)在材料、結(jié)構(gòu)、形狀、表面完整性、精度和性能等方面。因此，探索適合高性能制造的方法對(duì)提高高端裝備的制造能力和標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

未來(lái)，高性能領(lǐng)域的研發(fā)應(yīng)緊密結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，尋求獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，努力建立創(chuàng)新的多功能性能理論、設(shè)計(jì)方法論和技術(shù)。重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)與制造之間的協(xié)同作用，以及針對(duì)系統(tǒng)解決方案的工藝和裝備的研發(fā)。總之，實(shí)現(xiàn)高性能制造需要長(zhǎng)期、系統(tǒng)和深入的研究，以建立一個(gè)扎實(shí)、可行和系統(tǒng)化的高性能制造理論與技術(shù)體系。

作者簡(jiǎn)介

郭東明

大連理工大學(xué)

郭東明，中國(guó)工程院院士，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授。高性能制造理念的倡導(dǎo)者，長(zhǎng)期從事高性能制造理論、方法、技術(shù)、工藝與裝備方面研究，形成了工藝?yán)碚摶A(chǔ)研究與工藝裝備研發(fā)應(yīng)用密切結(jié)合的研究特色，在高性能零件精密制造、難加工材料零件精密超精密加工等方面取得突出成就，主持研究出系列化制造技術(shù)及裝備，為解決國(guó)家重大工程中的關(guān)鍵制造工藝技術(shù)難題做出重要貢獻(xiàn)。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，“十一五”國(guó)家科技計(jì)劃執(zhí)行突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，擔(dān)任《International Journal of Extreme Manufacturing 》和《Frontiers of Mechanical Engineering》雜志主編。

2024

關(guān)于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing(《極端制造》），簡(jiǎn)稱IJEM，致力于發(fā)表極端制造領(lǐng)域相關(guān)的高質(zhì)量最新研究成果。自2019年創(chuàng)刊至今，期刊陸續(xù)被SCIE、EI、Scopus等20余個(gè)國(guó)際數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。JCR最新影響因子16.1，位列工程/制造學(xué)科領(lǐng)域第一。中科院分區(qū)工程技術(shù)1區(qū)。

期刊網(wǎng)址：

https://iopscience.iop.org/journal/2631-7990

http://ijemnet.com/

期刊投稿：

https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep

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撰稿:作者 編輯：梁煜 審核：范珂艷 關(guān)利超

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