摘要:社会的稳定发展离不开制造业的高水平发展，生产是制造业的关键步骤，长期持续稳定的产出依赖于装备系统的稳定运行。系统故障引起的停产势必会造成一定的经济损失。如何尽早地发现装备系统的故障来避免停工停产带来的经济损失，已经成为了当前应用研究中的热点。采用定期人工检查的传统方法不仅提高了生产成本，还使得问题发现较为滞后，达不到实时监控的目的。而且，随着信息技术的高速发展，装备系统的监测也变得更加智能化。利用装备系统的历史数据检测其状态能够更敏捷、更高效地发现装备运行中的“亚健康”问题，能给装备管理者提供有益的决策支持。基于装备剩余使用寿命的数据预测，能够提供高效智能的解决方案，在工业领域有着宽广的应用前景。因此，本文聚焦于装备系统剩余使用寿命预测技术的研究进展，对近年来剩余使用寿命预测的研究进行归纳总结，并讨论各剩余使用寿命预测理论与方法的优缺点。最后，总结并展望装备系统剩余使用寿命预测技术的未来研究方向和发展趋势。

摘要:金属增材制造技术凭借其柔性化定制能力和复杂构件成形优势，有望成为提升航天领域设计与制造能力的一项关键核心技术，但现阶段该方法仍然存在制造过程稳定性不足、制造质量实时检测困难、工艺参数实时调节技术成熟度有待提升等问题。本文从增材过程信息感知、增材工艺优化决策、质量优化控制发展趋势三方面详细阐述了金属增材制造监测技术的研究进展，论证了高性能结构件增材成形过程中工艺变量-过程参量-成形质量调控的发展必要性，并就增材过程监测技术的发展趋势做出了思考与展望。

摘要:扩压器是航空发动机压气机的关键部件，对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题，提出了绝缘套刚性优化方法，在绝缘套自由端处设计了加强筋结构，开展了不同加强筋形状、尺寸下的流固耦合仿真对比研究。当加强筋两端为圆形、宽度b=2 mm、距底端距离h=6 mm时，与未设置加强筋结构相比，最大变形量减少了88.3%。研制了带加强筋的扩压器套料电解加工绝缘套及阴极结构，开展电解加工试验研究，实现了阴极进给速度为1.4 mm/min稳定加工，加工稳定性和效率显著改善，验证了绝缘套刚性优化方法的有效性。

摘要:刀具磨损预测对保证零件加工质量和效率、降低加工成本具有重要作用，尤其是在广泛采用难加工材料的航空航天制造领域。数据与机理融合模型能够结合机理模型和数据驱动模型的优势，是实现刀具磨损预测的有效手段。然而现有的融合方法难以有效平衡数据和机理对模型的权重，导致难以真正实现融合模型的预期效果。本文提出了一种基于元学习（Meta learning，ML）和PINN（Physics-informed neural network）的刀具磨损预测方法，通过磨损机理约束数据驱动模型的解空间，并结合元学习算法优化融合模型的损失函数以合理利用数据和机理提供的信息。实例验证结果表明，本文所提出的方法能有效提高变工况下的刀具磨损预测精度和稳定性。

摘要:碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced plastics， CFRP）因其高强度比以及优秀的耐腐蚀等优异性能在航空航天、汽车等领域得到广泛应用。然而，由于CFRP材料的非均质性和各向异性，其加工过程相较传统均质材料更为复杂，导致刀具磨损严重。针对这一问题，本文选用PCD立铣刀对T800 CFRP多向层合板材料进行低温铣削试验，研究了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度等对PCD刀具后刀面磨损的影响规律。结果表明，随着切削速度和每齿进给量的增大，刀具后刀面磨损带宽VB呈下降趋势，切削介质温度为-50 ℃时能够得到较小的刀具后刀面磨损带宽。此外，通过MATLAB对试验结果进行了非线性拟合，获得了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度与刀具后刀面磨损带宽的映射关系经验模型，为T800 CFRP材料铣削刀具磨损抑制和延长刀具寿命提供了关键支撑数据。

摘要:针对航天器产品恶劣工况对材料及连接方式高抗拉、抗剪强度力学性能的需求，设计试验验证了深低温至高温环境下真空钎焊与火焰钎焊试样拉伸与剪切性能：真空钎焊在-233 ℃条件下抗拉强度可达536 MPa、剪切强度可达260 MPa、-150 ℃时剪切强度300 MPa、常温剪切强度212 MPa，低温下剪切强度值更高且皆优于火焰钎焊对应温度下试样的结果。同时研究了真空钎焊工艺对合金钢40CrNiMoA材料性能的影响，真空钎焊工艺加工过程使材料本身抗拉强度下降约38%，表面硬度值下降约25%。并测量了真空钎焊试样200 ℃高温条件下抗拉强度为804 MPa，剪切强度为239 MPa。通过试验研究了不同焊接工艺对结构焊接后力学性能的影响，该试验结果对后续航天器结构设计工作具有一定的指导作用。

摘要:飞机装配中铆接部位的孔垂直度直接影响铆钉的连接质量和疲劳寿命，进而影响飞机的力学性能。为了保证飞机铆接垂直度要求，必须分析自动钻铆系统法向误差的影响因素。首先，确定了倾角误差、数学模型的线性误差与法向误差的关系。其次，给出了激光位移传感器安装参数的选取规律，并研究了其对位姿标定的影响。最后，实验验证了安装参数优化后的实际效果。研究结果可为法向测量装置的设计与分析提供理论指导，对于提升自动钻铆系统的法向精度，进而保证孔垂直度要求具有重要意义。

摘要:为提升机械臂系统对环境的感知能力，针对机械臂多工位精确对准问题，提出了一种具有远近视距引导的机械臂多工位对准技术。首先构造具有远近视距的两目视觉配置，并与机械臂构成Eye-in-hand视觉反馈系统。然后标定两目视觉的内外参数和手眼关系变换矩阵。通过离线先验局部对准方式，建立各工位的任务表。提出了三阶段对准策略，即多工位作业起始位姿获取、全局相机的初定位和局域相机的精对准，使得机械臂能在多个工位下实现末端工具与目标的精确对准。通过多位置孔轴对准实验验证了本文方法的可行性。单个孔位重复对准标准差角度不超过0.015°，位置不超过0.078 mm，三阶段对准实验结果表明，角度误差小于0.05°，位置误差小于0.17 mm。

摘要:针对飞机蒙皮零件外形准确度要求高、制造尺寸大和外形复杂的特点，以及人工手动扫描测量工作量大、效率低的问题，搭建了基于移动机械臂的柔性测量系统，并提出一种特征自适应的多站位自动化扫描规划方法，以实现飞机大型蒙皮曲面的三维测量数据自动化采集。首先构建了柔性测量系统与待测对象坐标系变换模型，分析扫描规划与执行过程中数据的传递关系，并通过视觉定位实现系统相对位姿估计。然后通过特征敏感的扫描路径点生成、效率优化的扫描站位规划以及扫描轨迹规划，实现了基于扫描效率和扫描完整性约束的特征自适应扫描规划。最后，搭建了一个基于机械臂与移动平台的柔性测量系统，并以4个真实飞机零部件作为测量对象，从扫描效率与扫描完整性方面对所提出的自动化扫描方法与手动扫描方法进行对比，并设计试验进一步验证了系统测量精度，结果验证了所提方法替代手动扫描测量方法的可行性。

摘要:在机翼机身数字化对接装配中，由于制造误差、定位误差等因素，装配件在对接前不可避免地存在一定偏差，对接过程中连接结构可能出现磕碰、磨损和变形等现象。为了避免翼身对接装配中遇到上述情况，本文设计了一种五自由度柔顺对接机构，使部件对接过程中遇到干涉时能够柔性适应，根据目标部件的导向顺利完成装配。在此基础上，本文以叉耳式连接结构为研究对象，通过对翼身柔顺对接过程中连接结构的接触力情况进行分析，建立了翼身柔顺对接过程中叉耳式连接结构的接触力预测模型。

摘要:大飞机蒙皮装夹后呈现较大变形，按照理论程序直接加工将导致零件报废，在机测量获取蒙皮曲面实际形状是零件加工合格的重要保证，而传统的接触式检测方法效率低，影响零件制造周期。本文中提出了一种蒙皮多源集成式在机测量方法（Multi-source integrated on-line measurement，MSIM）。该方法首先通过大型蒙皮在机激光扫描硬件集成，实现大型蒙皮在机快速扫描，然后以高精度的接触式测量数据为基准，建立了多源测量数据间的残差逼近模型，进而通过加权集成生成高精度蒙皮实际型面。实验证明，该方法生成的大型蒙皮实际曲面比相关方法具有明显优势，满足了大飞机蒙皮高精高效在机测量需求。

摘要:提出一种基于深度相机的飞机中央翼油箱高精度三维重建方法。该方法用多视点云实现配准，配准过程包括粗配准和精配准两个阶段。首先在2个点云上建立点对特征（Point pair features，PPFs）作为全局模型描述。然后，对一组粗配准位姿进行投票，得分最高的位姿作为初始位姿。在此初始位姿的基础上，构造颜色和几何的联合目标函数，利用迭代最近点（Iterative closest point，ICP）对点云进行对齐。将上述过程应用于相邻帧点云，并通过图优化重建结果，实现完整的飞机中央翼油箱三维模型重建。与其他方法相比，本文方法实现了高精度的三维重建。此外，当遇到重复的特征和结构时，传统的ICP可能缺乏稳定性，但本文方法仍然适用。

摘要:在传统三自由度平面并联机构的基础上，提出了一种新型可重构三自由度平面并联机构。首先，基于方位特征方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法，设计了一种可重构支链，实现3-转动副移动副转动副（3-revolute-joint，prismatic-joint，revolute-joint，3-RPR）型与3-转动副转动副转动副（3-revolute-joint，revolute-joint，revolute-joint，3-RRR）型平面并联机构之间的切换。然后，以3-RRR构型为例，分析了机构重要的拓扑指标：方位特征、自由度及耦合度，并基于机构的结构特性及几何约束条件，采用封闭矢量法，推导出运动学逆解模型。最后，分别基于支链的几何约束法及逆解模型，分析了机构的位置工作空间，并研究了杆长行程变化对工作空间的影响。本文不仅为机构工作空间的分析提供了一种新的思路，而且为机构的设计提供了一种新的选择。

摘要:多维力传感技术是工业智能化发展重要支撑技术之一。本文研制了一种中等量程的轮辐构型的电阻应变式六维力传感器，其量程为：切向力±300 N、法向力±600 N、力矩±25 N·m。传感器外圈和中心台通过4组特设的应变梁连接。每组应变梁包括一对处于两侧的“L”形梁及一根居中的扁平梁，能够从结构上降低维间耦合。进一步通过贴片及组桥方案设计从理论上消除了各方向间的耦合。静态标定结果表明，该传感器的维间耦合小于1%、测量精度不低于1‰、过载系数超过300%、非线性度低于0.3%。瞬态冲击法动态测试表明，该传感器具有较好的动态性能。本文将该六维力传感器用于机械臂抛光打磨过程的力学测量和反馈控制，取得了优异的效果，证实了传感器的可用性和优越性。该传感器将促进中国六维力测试技术发展、助力现代工业智能化进程。

摘要:数字孪生技术具有虚实融合的特性，智能车间数字孪生可以使生产过程透明化，利用实时数据可以有效指导车间生产。为实现基于数字孪生的生产过程可视化管控，提出了面向生产过程的智能车间数字孪生建模及应用。首先，建立了智能车间数字孪生系统体系架构。然后对系统实现的3项关键技术——基于点云拟合的三维几何模型构建方法、面向数据交互的对象链接与嵌入的过程控制统一架构（Object linking and embedding for process control unified architecture，OPC UA）信息建模方法、以及多源异构数据集成及虚实映射数据快速匹配方法进行了详细阐述；最后，对某发动机制造车间进行了数字孪生的实现，验证了所提方法的正确性和有效性。

摘要:针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统，提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先，在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型，其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次，设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后，为永磁球形电机设计了全阶滑模面，理想滑模运动时反映其全阶动态特性，而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后，通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。

摘要:遥感微纳卫星平台姿态测量数据与成像载荷实际姿态误差较大，因此在获得更高图像质量、高精度定量化应用方面面临巨大挑战。通过光学载荷在轨小孔成像的方式对恒星星点观测，以实现光学载荷自标定；通过星敏感器和光学载荷在轨分别对恒星星点观测，以实现光学载荷和星敏感器互标定，可对星敏感器和光学载荷安装误差进行修正。地面和在轨验证表明，典型遥感卫星自标定误差优于0.2″，光学载荷和星敏感器互标定误差优于2″， 自标定和互标定可有效地提高光学载荷在轨标定精度。

摘要:斜盘式轴向柱塞泵是典型机电液混合的复杂系统，故障隐蔽性强，缺乏基于实际机械结构的多领域仿真建模。本文开展了基于Modelica的斜盘式柱塞泵建模仿真研究。首先研究了实际某型柱塞泵机械结构参数，进行部件划分和组装建模，搭建了以斜盘式柱塞泵为核心的局部液压系统。然后针对柱塞泵常见的泄漏、压损、堵塞和气穴等故障模式，分别基于模型进行故障注入和定量仿真分析。明确了不同故障发生对液压系统造成的影响，充分验证了该模型对于柱塞泵常见故障问题仿真分析的可用性。该模型提高了斜盘式轴向柱塞泵多领域统一建模的精确性，为故障诊断和健康监测提供了参考。

摘要:抽油机示功图直观显示了抽油机工作情况，但实际工况情况呈现典型的长尾分布特性，类别严重不平衡。传统方法无法准确识别小类别工况，也无法获得井下工作状态准确识别。针对这一问题，提出一种基于分布驱动的多类别长尾数据代价敏感主动学习算法（Cost-sensitive active learning algorithm based on distribution -driven multi-class long-tailed data， CALA）。首先，考虑数据分布特性，以最小化代价为优化目标确定数据的最佳聚类簇数；其次，通过加入预分类误差代价来更新之前得到的最佳聚类簇数；然后，构建集成分类模型作为分类器；最后，通过迭代来平衡数据分布。采用某油田真实的示功图数据进行测试，显著性实验分析证明CALA在小类别工况诊断上具有更好的性能。

摘要:由于移动对象自身行为特征和整体规律的不同，使得其产生的轨迹数据具有较大的时空分布不均特点，从而影响轨迹数据索引和查询的效率。针对现有轨迹数据索引方法很少考虑轨迹数据分布不均特性的情况，提出了一种基于历史数据预分区的时空索引方法，其借助轨迹数据时空维度上分布的相似性，首先在空间上根据数据分布情况对Geohash编码进行预分区，进而建立轨迹数据的索引结构和基于HBase的存储模型，并利用该索引结构设计了基于Geohash分区的查询分解算法。基于真实出租车轨迹数据集的实验表明，相较于均匀划分的扩展的HGrid方法与混合编码的ST-hash方法，本文提出的索引结构及其查询方法可以有效提升海量具有不均匀特征轨迹数据的时空查询性能，并且可以在保证查询结果准确性的同时，最大限度地减少子查询的数量。