[00358868]制造过程智能状态监控理论与技术

该项目属于机械工程领域。机械工程最重要的应用之一是制造，而研发高可靠性、低成本的智能状态监控系统一直是先进制造中的重要研究难题。CIRP(国际生产工程科学院)于1993年专门成立专家组调查该问题，英国皇家工程院院士G Byrne(CIRP前主席)和美国加州大学伯克利分校的D.A.Dornfeld教授等为代表的专家组在1995年CIRP年会主题报告中指出：“将来发展状态监控系统的目标主要包括实时性、可靠性、与制造系统广泛集成的能力、高鲁棒性、低成本、少维护”。时至今天，这样的监控系统仍然是一个未能完全解决的难题。课题组在教育部、国家自然科学基金、香港研究基金会及香港创新技术局等的资助下，系统地研究了制造系统的智能状态监控。首先，项目从动态信号分析入手创建了切削中声发射/电机电流信号和冲压张力信号特征提取算法，建立了信号与状态之间的复杂映射关系模型，解决了传统监控系统设计中的可靠性、成本、安装、集成等一系列的技术难题；并以此为基础设计了金属切削过程的刀具智能状态监控系统和冲压工件质量在线实时监控系统，推动了先进制造技术的智能化研究。取得的主要成果为：1.提出了多尺度分析切削过程中声发射和电机电流信号的研究思路，建立了声发射和电机电流信号特征提取算法，进而提出了基于计算智能的电机电流信号和声发射信号融合技术，建立了刀具状态的智能识别算法；基于上述技术设计了金属切削过程的刀具智能状态监控系统，这一系统的可靠性较其他同类系统有显著提高，刀具破损和急剧磨损检出率达95％以上。2.针对状态监控系统价格昂贵的问题，提出了融合切削力模型和机器学习的估计切削力方法，精度达90％以上；并基于该设计了基于电机电流信号的刀具破损状态监控系统，系统的成本低并且具有集成度高和易安装优点。3.针对冲压过程瞬态、非线性的特点，提出了采用自适应模型分解冲压张力瞬态信号方法，提取冲压张力信号特征，设计了智能冲压工件质量在线实时监控系统。上述成果发表后。美国、加拿大等38个国家和地区的180多个研究机构引用项目成果开展跟踪和拓展研究。如加拿大皇家学院院士C.W.de.Slilva采用了课题组提出与切削力相关的刀具磨损模型开展新的研究；美国波士顿大学Castanon教授采用课题组提出的预测量化的磨损程度的观点，设计新的刀具磨损监控系统；新加坡A.Y.C.Nee教授(CIRP Fellow)肯定课题组开发的一种使用电流传感器来测量切削力的新方法；Dornfeld教授等在2010年CIRP年会上发表综述报告，大篇幅地介绍了课题组相关成果。国内也已开展相关拓展性研究。项目介绍的20篇核心论文主要发表在IEEET(4篇)，IJMTM(5篇)，ASME(3篇)，MSSP(3篇)，Wear(2篇)等机械工程核心杂志上，SCI他引次数409，他引总次数984，单篇最高他引次数165，其中8篇代表性论文他引498次。