从产品生命周期角度，数控机床既是设备又是产品，其可靠性的优劣不仅影响所加工零件质量的好坏，还影响设备供应商的利益与口碑，而有效的维护服务在提高设备可靠性、改善生产效率方面具有非常重要的作用。重用历史维护服务知识是解决新故障问题和改善维护服务的有效手段。以案例推理过程作为知识重用依据，采用两层本体的知识组织方式，建立了设备维护服务领域本体，通过使用基于语义相似度和相关度的适应案例检索，在设定的选择阈值下，选取适应度最高的相似历史案例，并采用基于因果理论和依赖关系的适应算法，得到当前问题的解决方案。以型号为CH7520C的数控加工中心为例，验证了所提方法的有效性。

为提高数控火焰切割机的加工精度,提出一种能够在线修正加工误差的实时补偿方法,以改善工件的加工质量。根据火焰切割工艺特性和变换矩阵方法,建立了数控火焰切割机的加工误差综合预测模型,以实时确定不同切割状态下工件的位置和姿态加工误差。构造了加工误差的动态补偿策略,给出了基于输入运动规划原理的误差补偿系统及偏最小二乘误差补偿算法,指出了实时补偿方法的具现化方式。在自主研发的数控火焰切割机中进行了数值仿真分析以及与示教加工方法的对比试验,结果表明,实时补偿方法对原有加工过程无较大干扰,能够将工件的加工质量提高40%左右,从而验证了该方法对提高数控火焰切割机加工精度的有效性和可实现性。

作为一种新型的大规模个性化制造模式,社群化制造概念仍处于早期发展阶段,且在研究过程中易与众包或外包等概念混淆,包括人人制造、生产外包、虚拟企业等。鉴于此,对社群化制造模式及其相近概念进行比对分析与边界确定。基于画布模型,对相似概念的核心资源、关键业务、重要伙伴、价值主张、客户细分、渠道沟通、客户关系、成本结构与价值来源进行了对比分析;在此基础上,从客户参与度、产品服务化、成员关系、知识结构、产品生命周期和价值工程等多维度进行了辨析,为后续研究提供了理论基础。

针对文化创意设计领域器物知识的关联性较低、知识推理不足和利用效率低等问题,提出一种面向文化创意设计的器物知识集成与管理方法,旨在辅助设计师进行文化创意设计活动。分析了器物知识在文化创意设计中的融合与应用,建立了基于器物知识的文化创意设计过程模型。将器物知识按照文化创意设计的应用需求进行结构化分类整理。通过面向文化创意设计的器物知识的本体建模和本体语义检索研究,完成了面向文化创意设计的器物知识组织与表达。开发了面向文化创意设计的器物知识管理系统,通过应用实例验证了面向文化创意设计的器物知识集成与管理方法的可行性。

为了解决传统模式下航天器手工装配过程中,产品装配信息、产品间装配关系、紧固件等信息获取效率低下的问题,以设计三维模型和模型补充表格为输入,并在对航天器产品进行分类、定义的基础上,通过解析设计三维模型中不同产品的装配关系和属性,以产品类型匹配原则、装配约束原则和几何关系原则为标准自动构建出了面向航天器总体装配的工艺数字样机,从而实现在三维模型中能够自动化展示航天器总体装配信息,最后结合工程实践,验证了所提方法的有效性。

机械加工车间能耗不仅包括机床加工过程中消耗的直接电能,还包括因消耗刀具、切削液等辅助资源产生的间接能耗。柔性作业车间中加工任务的工艺路线和加工资源可选,其调度方案灵活性强,节能潜力大。为此,研究一种综合考虑直接电能和间接能耗的柔性作业车间广义能耗调度优化模型。首先分析柔性作业车间调度直接电能和间接能耗,然后建立以车间广义能耗最低和完工时间最小为优化目标的柔性作业车间调度多目标优化模型,并基于多目标模拟退火算法对模型进行求解。最后通过案例对比分析验证了所提模型的有效性。

为提高管路组件的装配质量和效率并降低对人工经验的依赖,设计并实现了一套面向管路组件装配的自动化可重构柔性工装系统。该工装系统主要由配置系统、控制系统和机械系统3个子系统组成。配置系统实现管路工装系统的快速配置,主要功能包括管路组件信息管理、工装配置参数计算、工装模型自动生成及工装配置信息输出;控制系统设计为一主多从的控制模式,可实现定位器定位以及空间布局和对管接头空间位姿调整的精确控制;机械系统主要由龙门型位移台和多个管接头定位器组成,实现定位器的可控操作以及管路装配。通过3个子系统协同配合实现了管路组件的自动化装配。通过实验和现场应用验证表明,该工装系统能够显著提高管路装配效率,降低管路制造成本,对保证管路最终产品质量具有重要作用。

为实现螺纹车削加工的低噪以及低碳化,利用正交实验和广义回归神经网络建立了螺纹车削过程噪声目标函数和包含耗电碳排放、刀具碳排放、切削液碳排放的碳排放目标函数。考虑加工过程中机床特性和加工质量的实际约束条件,建立以切削速度和进给量为优化变量,碳排放和噪声为优化目标的多目标优化模型。引入权重系数将其转化为单目标优化模型,最后利用自适应小生境遗传算法对优化模型进行优化求解,优化结果表明噪声和碳排放间呈负相关关系,在碳排放中耗电碳排放所占比例最大。

针对零件更改触发的更改传播现象加大了产品设计开发的周期和成本等问题,提出了基于更改预测方法（CPM）的零件多关联更改传播风险预测研究,系统的评估受更改传播影响后各个零件的更改风险值以降低产品开发设计的周期和成本。在梳理零件间复杂关联关系的基础上,融合两个维度关联关系,即纵向基于映射的零件—功能关联关系与横向基于约束的零件—结构关联关系,构建了零件多关联更改传播矩阵;根据上述两个维度的零件多关联更改传播矩阵,提出基于CPM方法的零件多关联更改传播风险预测算法;计算获取了某一零件更改时其余各零件受更改传播影响的风险优先级及零件多关联更改传播风险矩阵。通过实例验证了该风险预测方法的可行性。

为了探索设备退化效应对维护和生产调度耦合关系的影响,对多态单机生产系统调度与预防性维护集成优化进行研究。基于预防性维护费用、工件加工成本以及工件完工回报值,建立了无限阶段平均期望报酬Markov决策模型,并分析和证明了该集成优化模型最优平稳策略的存在性,获得了该模型的最优方程。基于模型最优方程设计了一种无模型强化学习算法用于求解Markov决策模型,可有效解决传统动态规划算法在求解模型时所遭遇的维数灾和模型灾难题。为了评估该无模型强化学习的性能,基于无限阶段平均期望报酬设计了一种启发式求解算法,实验分析结果验证了所引入的无模型强化学习算法的有效性。最后,对该强化学习算法参数进行了敏感性分析,探索各参数对算法性能的影响,为算法设计及其性能提高提供了相应的实验依据。