虛擬制造技術福建省高校重點實驗室開放課題申報指南（2019年度）本次開放課題，支持虛擬制造技術下述研究方向和內容的選題，申請者可選下述一個內容或符合三個方向的自擬內容，包括由三個方向研究內容下拓展的智能控制、智能制造、機器學習、人工智能和機器視覺等。虛擬產品設計研究方向主要研究（1）護理機器人的數字化設計，通過對臥床者護理過程，特別是需要的翻身過程細致的剖析和描述，將臥床者抽象為具有一定強度和剛度的幾何生物體，通過定位、固定、翻身、恢復等關鍵邏輯動作的抽象和分解，構建翻身過程的邏輯動作圖，數字化設計出護理機器人床。（2）抓取機器人用柔性手掌設計，運用仿生原理和現代控制理論構建邏輯動作和幾何模型；通過矢量、矩陣方法構建抓取力的數學模型；模擬人手指掌的動作過程和邏輯順序，數字化設計柔性手掌，實現對不同物體的可靠抓取，進一步擴大機器人的應用領域和范圍。（3）新型復雜螺旋曲面副設計。長期以來螺紋機構主要集中開發應用的圓柱面上的螺旋曲面副，其幾何學、運動學和動力學特性基本固化，其連接與固定功能、運動與傳動功能和動力傳輸功能亦為確定性的和少于變化的。為實現系統新動作、新功能，設計和研發球面和橢球面螺旋曲面副，定義和描述球面和橢球面螺旋曲面的特征參數，系統研究螺旋面副的幾何特性、運動特性和力學特性，在此基礎上設計出具有豐富工作特性的新型球面和橢球面螺旋曲面副機構。二、虛擬產品制造研究方向主要研究螺旋曲面特征參數的虛擬檢測和產品虛擬裝配。（1）虛擬檢測方法與技術研究螺旋曲面特征參數研究為著對不同的螺旋曲面進行準確定義和描述，有必要對已有螺旋曲面參數和尚需補充的螺旋曲面參數進行系統分析與研究，從而實現以最少相對獨立個數參數完整刻劃螺旋曲面特征。一個具體的思路和方法是從螺旋曲面的成形原理出發，將螺旋曲面的測量轉化為對螺旋曲面上端截面外輪廓線、齒廓線及螺旋線參數等在內的螺旋曲面特征參數的測量。螺旋曲面虛擬檢測平臺構建研究研究螺旋曲面虛擬檢測平臺的總體結構設計，提出相對簡單而實用的虛擬檢測方法,運用模塊化的設計思想將檢測平臺各部分功能進行科學劃分，分別界定和明確各子模塊的具體功能。研究機械加工誤差源，建立工藝系統誤差和加工工藝過程誤差與工件加工精度之間的數學關系模型，并運用隨機加權法建立螺旋曲面被測質量特征與誤差源間的數學關系模型。螺旋曲面虛擬檢測特征參數算法與實現技術研究研究螺旋曲面產品的形狀特征，提出并推導基于端面截形的螺旋曲面造型的數學模型及適合于回轉體類模型造型的“旋轉疊加法”，并運用該方法實現圓柱螺旋曲面和圓錐螺旋曲面三維模型的參數化建模。在虛擬檢測過程中，根據被測質量特征與誤差源間的數學關系模型，向被測量中添加離散的誤差數據，根據誤差評定方法，對包含誤差的數據點信息進行數據處理，得到被測質量特征的誤差值，實現螺旋曲面的虛擬檢測。球面和橢球面螺旋曲面特征參數檢測研究球面和橢球面螺旋曲面新穎而復雜，球面和橢球面螺旋曲面副機構功能性能豐富多樣，應用前景極其廣闊，定義和對球面和橢球面螺旋曲面特征參數如螺旋角、曲率、撓率、壓力角等進行虛擬檢測，提出直接和間接的檢測方法與技術從而判定設計和加工、工藝參數的合理性，同時，通過制件工況下的功能性能仿真，預測加工缺陷、裝配干涉等問題，從而優化設計和工藝過程。（2）產品虛擬裝配理論與技術研究面向生產應用的虛擬裝配理論研究裝配作為生產制造的最后階段和關鍵環節，其工藝的好壞對產品的裝配精度、效率和成本具有直接的影響。隨著并行工程和面向裝配設計的發展，如何快速有效的獲取裝配序列和路徑已成為提高自動化裝配程度的關鍵問題。因此，展開以混合裝配模型構建為基礎的裝配序列和路徑規劃，為產品實際裝配提供理論指導。裝配模型構建研究裝配建模作為裝配規劃的基礎，直接影響裝配規劃。在分析現有裝配建模存在問題的基礎上，提出并構建基于拓撲關系多色集合理論的混合裝配模型，以實現產品的零部件信息、層次結構和裝配約束信息的有效集成和矩陣表達，為后續的裝配規劃提供所需的裝配信息。裝配序列規劃方法研究裝配序列對產品裝配的可行性、有效性、裝配質量和精度具有直接的影響。在構建的混合裝配模型基礎上提出一種混合粒子群和免疫遺傳的并行裝配序列規劃方法。分析零部件間裝配約束關系，構建裝配序列規劃的評價指標，基于裝配序列評價指標以降低裝配成本和節約裝配時間為目的構造適應度函數；針對PSO和GA算法存在的局限性，提出一種混合PSO-IGA算法；以減速器的輸出軸組件為例，驗證該裝配序列規劃算法的有效性。裝配路徑規劃方法研究針對裝配路徑規劃中環境建模和路徑搜索算法存在的局限性，提出基于三維Maklink圖論和改進蟻群的裝配路徑規劃方法。將傳統Maklink圖推廣到三維規劃環境，構建三維裝配環境模型，并基于dijkstra算法求解初始裝配路徑；以提高蟻群算法的全局搜索能力和避免陷入局部最優為目的對其啟發函數和信息素更新方式進行改進；最后通過與傳統建模和搜索算法對比，以驗證該路徑規劃方法在裝配中的有效性。三、虛擬生產過程研究方向主要研究適于全生命周期的功能可擴展的產品虛擬生產過程管理平臺構建產品和生產過程的合理制定，人力資源、制造資源、物料庫存、生產調度、生產系統的規劃設計等，均可通過計算機仿真進行優化；同時還可對生產系統進行可靠性分析。對生產過程的資金和產品市場進行分析預測。從而對人力資源、制造資源進行合理配置，對縮短產品生產周期、降低成本意義重大。產品的全員質量管理體系研究與構建以全面質量管理理念為指導，運用系統工程原理，系統分析產品生產過程的質量影響因素和瓶頸。構建材料、工件、產品質量監控體系；構建生產過程關鍵環節檢驗體系；構建加工與裝配質量保證的操作規范體系。產品資源管理體系研究與構建對產品的用戶資源、原材料與供應資源、生產制造資源、檢驗與質量控制資源等進行系統化研究與整合，形成產品管理的資源庫。四、開放課題資助范圍開放課題資助額一般在2～3萬元，主要資助虛擬制造技術相關領域的研究課題。五、開放課題申報對象及程序開放課題由全國各高校、科研院所和企事業單位申報，申報人如實填寫“虛擬制造技術福建省高校重點實驗室2019年開放課題申請書”后，經重點實驗室初審后提交學術委員會評審。評審通過后，由承擔單位和重點實驗室簽訂開放課題合同書，承擔單位可在重點實驗室開展研究工作，重點實驗室負責開放課題的日常管理工作。六、開放課題成果形式本實驗室資助的研究課題，研究成果為本實驗室和課題負責人所在單位共享。發表論文、申請專利、申報各類成果和獎勵，成果申報和論文發表時的單位署名必須為本實驗室中/英文全稱，第一作者的單位署名應采用雙署名（即本實驗室列入署名）。中文：虛擬制造技術福建省高校重點實驗室英文：FujianUniversityKeyLaboratoryofVirtualM