亚新体育官网亚新体育官网进入21世纪，智能制造作为新一代信息技术与先进制造技术深度融合的新型生产方式，已然成为新一轮工业革命的核心驱动力。从自动化生产线到智能机器人，从大数据分析到物联网技术，从机器学习到人工智能的运用，智能制造正在不断推进传统制造业进入一个更加智能、高效、可持续的制造新时代。

　　2017-2024年，中国科协智能制造学会联合体（IMAC）连续开展“中国智能制造科技进展案例研究”，共遴选出80项“中国智能制造科技进展”案例。成果领域涵盖高档数控机床与基础制造装备、工业机器人、汽车、航空航天、新一代信息技术、纺织、轨道交通、船舶及海工装备、能源装备、工程机械、农业机械、纺织、建筑焊接等制造业重点领域；技术领域涉及工业物联网平台、大数据管理系统、人工智能技术在工厂应用、智能制造设备、柔性智能制造产线、云制造系统、智能工厂、大规模定制平台等。

　　我们将展示智能制造的科技成果和创新应用，感受智能制造带给制造业的变革与创新。

　　大型航天装备是国家安全保障的“杀手锏”，提升其规模化生产能力是国家重大需求。为保证高速、高温、高压极端条件下的服役性能，对装配后形位精度、密封质量等装配精度指标提出极其苛刻要求，如十米级产品同轴度达到亚毫米级，精度尺寸比达万分之一亚新体育官网，以保证高速飞控精度；密封件压缩量偏差控制精度要求在3%以内，否则可能导致穿火、爆炸事故。

　　然而为减重增程，大型航天装备多由弱刚性薄壁构件构成，极易发生形变，使得精密装配面临一系列工程难题，导致装配效率极低，生产能力与国家需求存在巨大差距：一是“零件变形难装配”，弱刚性薄壁构件装配接口发生不规则变形，装配过程内部状态不可见，极易发生干涉卡死；二是“几何精度难保证”，即使在接口变形状态下完成装配，在构件初始变形、装配受力变形等多源误差耦合影响下，几何精度易超差；三是“二次变形难控制”，在装配成功且精度达标的状态下，由于构件变形及装配偏差导致的接触不均匀，使得数十个螺栓连接过程中应力控制难度增大，应力不均易产生二次变形。上述装配难题已经超越现有装配工艺技术能力极限，目前需依赖高技能工人“测量、计算、试装、调整”，经过“两试一装”共三次装配才能完成，效率极低。

　　弱刚性大型航天构件数字孪生精密装配技术创新性提出数字孪生工艺闭环，通过孪生建模实现不可测变量的虚拟感知与预测，支持对物理装配过程的在线优化。在国家重点研发计划等项目的支持下，突破大型构件高精度装配干涉检测、几何误差与装配力耦合作用下装配精度预测、螺栓组残余预紧力预测等关键技术；形成米级工件、十微米级精度、百毫秒级实时性的数字孪生装配技术体系，支撑装配工艺在线优化调控；申请发明专利、登记软件著作权十余项；研发行业首套机器人化数字孪生装配系统，并在航天装备龙头企业批量生产中实现应用。具体表现在：

　　弱刚性大型航天构件装配过程中，米级尺度构件装配接口发生不规则形变，在十微米级装配精度要求下，装配过程极易发生干涉。可通过三维扫描获取构件装配接口变形后真实几何形貌，并进行虚拟装配仿真以进行干涉检测。然而米级尺度构件装配接口扫描后点云中三维点个数达到亿级，若对两构件点云进行遍历计算，计算效率极低；而传统通用干涉检测方法包围盒法干涉精度差，难以满足微米级干涉检测的要求。本项目提出一种基于动态多级包围树的高精度在线干涉检测方法，根据构件实测的三维点云数据实现装配干涉的高效检测，米级构件检测精度达到微米级。

　　装配精度由零件自身几何误差与装配定位误差共同决定。装配力作用下配合面会发生形变，配合面几何形貌也会影响受力状态，在配合面几何形貌与装配力的耦合作用下，零件装配定位会产生误差，进而影响装配精度。目前这种考虑非理想几何形貌与装配力的仿真计算大多采用有限元方法，然而有限元建模过程涉及节点位置偏置、非线性接触、模型穿透等设置，均需根据实际形貌进行调整，建模过程复杂；同时存在计算效率低的问题。本项目提出一种融合几何形貌误差与接触特性的配合面等效简化建模方法，实现零件装配定位与装配精度的高效求解，预测精度达到0.03mm，计算效率相比于传统有限元提升90%以上。

　　弱刚性航天构件对接装配后，往往采用法兰盘螺栓组的方式进行连接，其残余预紧力的均匀性是避免二次变形的关键。螺栓组拧紧过程中，残余预紧力受到螺栓间弹性相互作用影响，使得残余预紧力与施加的预紧力间存在偏差，这种弹性相互作用可以采用弹性互作用系数矩阵表示，其与拧紧次序有关。可通过优化拧紧次序降低弹性相互作用的影响，保证预紧力均匀性。然而拧紧次序组合空间巨大，且单次预紧力计算依赖有限元计算效率低，导致工艺优化时间成本极高。本项目提出一种螺栓组弹性互作用系数矩阵快速求解方法，根据螺栓组弹性互作用机制，实现螺栓组残余预紧力高效预测，预测精度达到90%以上，实时性达到百毫秒级。

　　项目变革航天装备“两试一装”工艺，通过装配过程孪生建模与工艺优化，取消两次试装环节，替代高技能工人实现机器人无试装一次成功，关键工艺环节效率提升5倍以上；破解行业困境，通过自动化智能化总装生产线替代高技能工人，破解危险品行业安全减人与效率提升的矛盾，替代“新建厂房、增加人员”的传统产能提升模式，减人60%情况下效率提升4倍；大幅节省投资，在车间作业9人限制下，生产效率提升使得原8条生产线条生产线实现，节省新建生产设施投资数千万元；满足国家需求，本项目技术支撑企业建设4条装配生产线，满足国家对重点装备在极限状态下的产能需求。

　　原标题：《弱刚性大型航天构件数字孪生精密装配技术——“中国智能制造科技进展”案例展示》

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