随着生成式人工智能的快速发展，机械设计领域迎来新的变革。设计理念正逐渐由传统的“计算机辅助+人工经验”发展为具备高级智能化的“历史设计数据与知识+生成式模型”，具体设计行为由“人工建模”发展为“生成式建模”，机械产品设计驱动由人工经验发展为数据知识。针对这一种发展趋势，提出了新的机械设计理念：智能生成式设计，阐述了智能生成式设计的内容组成、核心运行机制、设计特点、关键技术等。在此基础上，探讨了智能生成式设计在机械产品设计上的应用价值，为机械产品的设计指明新趋势和发展方向。

作为运载火箭多功能化体系的核心执行单元之一，分离与推冲机构的动作可靠性与分离精度直接影响航天发射任务的成败。随着各国航天任务复杂度与火箭运载能力的提升，分离与推冲机构在承载能力、响应速度及环境适应性等方面面临更为严苛的技术要求，系统梳理了国内外运载火箭分离与推冲机构的应用与发展现状，详细介绍了多类作动形式下各分离与推冲机构工作原理与特点，回顾了运载火箭分离与推冲机构的动态特性、冲击响应以及可靠性领域的发展，并介绍了部分典型机构的仿真分析技术，最后展望了运载火箭分离与推冲机构产品的发展趋势，旨在为新一代运载火箭分离推冲系统的创新设计与产品系统性发展提供参考。

航发整体叶盘、离心式叶轮和封闭式叶轮等整体构件的气流道扭曲狭窄、刀具可达性差，极其容易发生各种类型的加工干涉，是典型的难加工零件。为提高整体构件的加工表面质量，以其最后一道精加工工序—机器人砂带磨抛工艺为研究对象，提出面向整体构件狭窄流道的机器人无干涉磨抛姿态多目标自主规划方法。首先，提出机器人无干涉构型空间(Interference-free robot configuration space, IFRC-Space)的定义及表示方法，开展机器人磨抛整体构件狭窄流道时IFRC-Space沿刀轨的演变规律探究实验，揭示IFRC-Space沿刀轨连续变化的规律，据此提出基于图像边缘检测算子的IFRC-Space快速计算模型，开发基于IFRC-Space的机器人无干涉磨抛姿态多目标优化算法，该算法可综合考虑无干涉、无奇异、磨抛姿态光顺与机器人运动学性能等指标，实现整体构件无干涉磨抛姿态的自主生成和多目标优化。最后以整体叶盘和封闭式叶轮的机器人砂带磨抛为例，开展轨迹规划实验，验证了所提方法的有效性及实用性。

叶片振动与叶尖间隙是反映航空发动机运行状态的关键参数，蕴含着丰富的故障与健康信息。通过实时监测与深度分析，可实现发动机的故障诊断与早期预警。综述叶片振动接触式测量方法以及叶尖定时和叶尖间隙等非接触式测量方法，介绍近年来国内外相关技术研究的重要成果，主要阐述叶片振动类型及典型故障、监测及辨识方法、故障诊断及预警方法共三个方面。其中，重点探讨这些技术在颤振、喘振和碰摩等典型故障中的应用。最后，从高精度高速采集、机理及演化路径、多源融合测试、故障数据库优化以及机器学习智能诊断五个方面，对基于叶尖监测的航空发动机故障诊断与预警技术的未来发展趋势进行了展望。

以电动汽车为代表的新能源汽车迎来了前所未有的发展机遇。锂离子电池凭借高比能、低自放电率及长寿命等优点，成为电动汽车动力系统的主流选择。然而，低温下锂离子电池性能显著下降，直接导致电动汽车续航里程缩短，充电时间延长，还可能引发安全隐患，是电动汽车推广的一个核心难题。低温加热作为克服电池低温性能瓶颈的关键方法之一，是当前业界攻关的重点。对锂离子电池低温加热技术最新进展及实车应用现状进行了全面的总结和讨论，涵盖外部加热、内部加热和复合加热三类。全面阐述每种技术的原理、最新进展、优势劣势及潜在的优化空间。此外，对每种技术进行定性比较，并分析当前加热技术在实车上的应用现状。最后，探讨低温加热技术的未来发展前景，聚焦于关键技术突破与机遇，为低温加热技术的下一步研究和实车应用提供全面的视角。

针对航空智能制造中数据-知识协同效率低、装配偏差溯源困难、工艺参数优化滞后及虚实交互验证不足等关键问题，本研究提出一种以工业大模型为认知引擎的AI孪生控制方法体系，构建覆盖“感知-诊断-决策-验证”的数字孪生闭环控制框架。通过知识图谱网络化关联建模，实现多源异构数据的语义融合与动态推理，打造航空制造工业大模型语料库，形成具备自主演化能力的专业知识底座；开发面向多场景智能决策闭环的工业大模型算法库，利用贝叶斯因果推断解析装配偏差的多层级耦合诱因，结合增量集成学习实现多源耦合偏差的动态演化预测，基于迁移强化学习突破跨场景参数优化瓶颈；最终通过数字孪生技术构建虚实双向驱动的验证闭环。以某型号民用客机机身壁板装配为验证对象的结果表明，所提方法能够显著提升长桁自动装配精度，长桁一次装调成功率较传统方法提升24%；实现钻铆质量实时检测，连续钻铆缺陷识别准确率达98%。该研究通过构建与演化领域知识底座，深度驱动了从偏差因果溯源到孪生验证的全流程闭环，实现了制造决策从经验驱动到模型认知驱动的范式跃迁。

多稳态特性是一种特殊的非线性力学现象。当一个系统具有多稳态特性，则意味着它存在多个稳定平衡态(能量取得局部极小值的状态)，在这些状态下，即使受到外界小的扰动系统也能够在无能量输入条件下实现状态自保持。多稳态可表现出丰富多样的力学特性/行为，如负刚度、自平衡、抗扰动等，在航空航天、智能机器人、生物医学等领域逐渐展现出巨大的应用价值，近年来吸引了大量的研究人员。回顾了这些年多稳态机构与结构的典型研究成果：首先从柔顺机构、折纸结构、剪纸结构、软材料以及张拉整体结构等五个方面总结了不同多稳态设计的机构/结构原理、构型特征和设计方法；然后，对多稳态机构/结构在多种应用场景下的典型应用进行归纳介绍；最后对未来多稳态机构/结构的发展趋势进行了展望，旨在为多稳态机构/结构的设计提升与应用拓宽提供新的思路。

空间增材制造(In-space additive manufacturing,ISAM)是实现深空探索、太空资源高效利用以及地外行星长期居住的关键技术。与常规的地面增材制造相比，高真空、强辐射、微低重力、极端温度变化等复杂太空环境给ISAM的发展与应用带来了诸多困难，亟须在设备兼容性、工艺控制以及原材料选用等方面取得创新与突破。目前，ISAM研究主要集中在两个前沿领域：在轨制造与地外行星表面建造；在研技术涵盖材料挤出、直接能量沉积、粉末床熔融、立体光刻、计算轴向光刻等多种成型工艺。综述了国内外ISAM技术的研究进展与发展趋势，对比了与空间环境相关的增材制造技术原理及工艺特点，总结了典型微低重力验证平台及试验方法，梳理了面向真实空间环境的增材制造研究案例，分析了ISAM技术发展所面临的重大挑战及潜在机遇，展望了ISAM技术未来的重要研究方向。

动力吸振作为解决结构振动问题的有效手段之一，其性能瓶颈的突破对航空航天、国防军工等国之重器领域的高端装备可靠性跃升具有重要战略意义。以构型创新为主线，系统梳理了单自由度、组合式单自由度、多自由度、可调谐及非线性五大类型动力吸振器的研究进展。单自由度吸振器结构简单、稳定可靠、便于实现，是当下实际工程中应用最为广泛的结构形式，但其窄频特性短板催生了组合式与多自由度设计；组合式吸振器通过并联/串联拓扑拓展频带，实现了频带拓展与工程实现难度的平衡；多自由度吸振器通过对质量单元多个空间自由度的充分利用，实现了多维或多模态振动的高效抑制；可调谐吸振器结合调谐机构与半主动控制，解决了主振结构动态特性变化工况下的最优适配难题；非线性吸振器则利用靶能量传递机制，在宽频抑振中展现出独特优势。对比分析表明，构型创新通过自由度扩展、参数自适应调整及刚度非线性化，显著提升了吸振器的抑振性能与环境适应性，设计方法也经历了从传统参数优化向构型创新驱动的范式转变。同时，基于柔性元件的刚度单元重构，为构型驱动的性能跃升提供了理论基石。未来，动力吸振器的抑振性能将向更高层次突破：更高幅值抑制率、更优动态适应性、更大抑振带宽以及更多抑振自由度。此外，研究有望推动振动控制技术向“抑振－储能－感知”一体化方向演进，为航空航天、高端制造装备等尖端领域振动抑制提供理论支撑与技术范式。

为应对混合动力电动汽车(Hybrid electric vehicle，HEV)能量管理在实时性和适应性之间难以协调的挑战，提出一种结合深度强化学习(Deep reinforcement learning, DRL)和模型预测控制(Model predictive control, MPC)的实时分层能量管理策略(Energy management strategy, EMS)。在上层，利用深度Q网络(Deep Q-network, DQN)构建一种能量管理策略控制器，以便在汽车出发前快速规划电池荷电状态(State of charge, SOC)参考轨迹。在下层，首先利用长短期记忆网络(Long short-term memory, LSTM)构建一种速度预测器，进行未来一定时域范围内的速度序列预测，接着设计一个MPC控制器通过跟踪SOC参考轨迹完成最优功率流分配；然后将所提策略与动态规划(Dynamic programming，DP)、基于规则的策略在不同测试工况下进行综合性能比较，仿真结果表明，所提策略的燃料经济性达到了DP策略的90%以上，同时展现出了良好的实时应用潜力，最后通过硬件在环(Hardware-in-the-Loop，HIL)试验验证了所提策略在实际应用中的潜力。

叶片故障是燃气轮机最为严重的故障之一，对叶片进行实时监测和故障预警是提高燃气轮机运行可靠性的有效方法。本研究以机匣振动信号为基础，探讨了叶片状态对燃气轮机机匣压力与振动的影响，以解决叶片故障预警的难题。首先，基于傅里叶级数叠加的方法模拟了旋转动叶片在正常和故障条件下引起的尾流动态压力，分析了动态压力在机匣内的传递特性。其次，提出并建立了基于平面梁单元的机匣-静叶片简化有限元模型，求解了机匣的固有频率以及模态振型，同时分析了在正常和故障动态尾流压力下的机匣振动特性和响应规律。基于上述理论指导，提出了适用于燃气轮机叶片故障的预警指标以及诊断流程。最后，通过两个燃气轮机的实际工业叶片故障案例进行了验证。结果表明，旋转动叶片产生的尾流压力主要由多阶次高频叶片通过频率分量以及转频分量组成，各阶次的振幅随阶数增加而减小；叶片故障会引起机匣振动信号中叶片通过频率幅值的变化，更显著的是其频率两侧出现以转频为间隔的边带，这些特征对于叶片早期故障识别至关重要，是建立叶片故障预警指标的基础。该成果为提高燃气轮机运行的可靠性提供了理论指导。

在运载火箭执行任务过程中，分离机构作为关键部件，承担着有效分离火箭各级结构的任务，其可靠性直接关系到整个火箭任务的成败。近年来，随着一次性运载火箭朝向可重复使用的发展趋势，非火工分离机构因具有高可靠性和安全性等特点正得到逐步推广与应用，亟需开展复用可靠性分析以期发挥其复用性优势。详细介绍了分离机构的定义、种类与工作原理，系统性地回顾了现有机构与结构可靠性研究的方法与意义，深入探讨了现有的失效模式辨识方法与可靠性分析方法在复用型非火工分离机构上应用的不足，并展望了非火工分离机构复用可靠性研究的未来发展趋势，旨在为复用型非火工分离机构系统可靠性分析理论研究与技术创新提供参考。

随着新能源发电规模的持续扩大，储能需求显著增长。以锂离子电池为代表的电化学储能技术，凭借其高能量密度和长循环寿命等优势，已成为电化学储能领域的主导技术。然而，近年来大规模锂离子电池储能电站的安全问题日益突出，热失控及火灾事故频发。锂离子电池内部温度是反映其工作状态的关键指标，可为早期热失控提供精准预警。目前，电池管理系统(Battery management system,BMS)主要通过布置在电池表面的温度传感器进行温度监测，但该方法存在测量误差和响应滞后等问题。首先对锂离子电池内部温度升高时的微观结构变化和热失控机制进行了介绍，然后从嵌入温度传感器内部测温、基于电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)内部温度估计以及基于机器学习算法的内部温度预测三个方面展开分析与综述，通过比较三种方法的优缺点，系统梳理了其研究进展，并展望了未来发展方向。研究结果为BMS实现锂离子电池温度精准预测提供了理论参考，同时也为锂离子电池热失控预警研究提供了新的思路和基础。

智能加工作为制造业向高精度与自主化转型的核心方向，其发展高度依赖数据使能技术对多源异构数据的深度解析与智能决策支撑。系统梳理数据使能技术在智能加工领域的研究进展，提出涵盖“在机测量-信号预处理-特征提取-特征融合-数据治理”的全流程使能框架，并重点分析多源传感信息融合、云-雾-边协同计算和工艺知识动态迁移三大关键技术。研究表明，数据使能技术有效增强了加工过程的实时响应与鲁棒性，显著强化了对加工过程可控与质量一致的保障，并在多工业场景中推动了智能化水平的跃升。然而，复杂工艺场景下多物理场耦合建模困难、虚实映射保真度不足、小样本知识迁移效率低等瓶颈仍制约技术应用。针对上述挑战，所提出融合动态联邦学习与因果推理的未来技术路径，为制造业向认知化高阶阶段演进提供系统性研究视角。

提出了一种面向机械设备运维的人工智能架构——思维链范式文本基多模态智能体。首先，针对实际工程应用场景中，难以直接构建“监测数据-故障模式”高质量大规模数据集的问题，建立了“监测信号-数学特征-文本描述-故障模式”思维链式数据集构建思想，进而提出了信号-文本数据生成器驱动的信号转文本(Sig2Txt)模型。其次，制作了机械设备运维领域的高质量专业化文本数据集，并基于指令微调技术和通用大语言模型建立了智能运维专业文本大模型。最后，基于大模型智能体技术有机融合上述模型，以人类专家开展设备运维的思维模式为指引，创建了思维链范式智能运维文本基多模态智能体。测试结果表明，该智能体可实现多模态输入数据-运维决策的全流程思维链式解析和映射，在ISO三级振动分析师测试题上的准确率超过70%，达到人类专家级水平。在工程案例和公开数据组成的多模态数据集“热启动”评测中，相比于现有主流大模型，该模型展现出了更优异的性能。更重要的是，得益于所提出的低成本、高质量多模态思维链式大规模数据集的构建体系，以及“文本基”对于知识的包罗万象、高度凝练和易于解释的天然独特优势，该模型具备可观的拓展性和发展潜力。

基于数据驱动的智能故障诊断方法是现代机械系统的研究热点。然而，由于实际限制，无法获得所有工作条件或故障类型的样本，这使得数据驱动的模型缺乏特定的训练数据，导致方法性能不令人满意。针对上述挑战，提出了一种基于对比嵌入特征生成的滚动轴承故障诊断模型，通过学习样本充足的故障，挖掘已有故障与缺失故障的共性特征，实现对特定类型的缺失故障生成与诊断。首先，将原始振动信号通过时频域特征分析得到对应故障特征的时频图；其次，采用已经预训练并精调的特征提取网络对时频图中的故障特征进行提取；随后，将提取的特征输入基于对比嵌入特征生成与带有梯度惩罚的Wasserstein生成对抗网络中，通过跨阶段的对比嵌入方法，并依据预先定义的细粒度故障描述，完成对缺失故障的特征生成，并将实际与生成的故障特征映射到嵌入空间中；最后，在嵌入空间中完成针对包括已知与缺失的全部故障类型的分类。将所提方法用于三种零样本故障诊断典型场景，实验结果表明，与其他方法相比，本文提出的方法能够实现对已知与缺失的故障类型进行诊断，并且在准确度上具有优势。

先进材料是指具有优异性能的新型材料，其特征包括高强度、耐极端温度、高生物相容性等，或者具备自修复、形状记忆和环境响应等特殊功能，已经成为支撑先进制造领域发展的关键基础。但由于先进材料存在高硬度、高熔点、高脆性等特性，采用传统加工方法成形的弊端逐渐显露。基于材料逐层累积成形的增材制造技术尤其适用于先进材料成形复杂三维结构，在产品研发和行业应用方面均取得了显著的进展。因此，综述了先进材料增材制造研究与发展。首先，阐述了先进材料与增材制造的相关概念，分析二者协同的发展前景；其次，基于不同的成形原理，重点介绍了各类先进材料增材制造的发展现状与技术优势；然后系统地梳理了先进材料体系，总结其在增材制造领域的应用现状；随后展示了该技术在工程领域的应用现状；最后探讨了该技术现存问题，并对未来发展方向进行展望。

圆光栅角编码器的综合精度直接关系到高端装备与精密检测性能。针对基于自准直仪和多面棱体的离散标定测点稀疏、难以表征全圆误差分布的问题，提出一套无需外部基准的自校准体系：构建基于傅里叶时移特征的测角误差检测模型，推导多传感器测角数据和误差谱的解析传递关系，并设计最小方差、平均和传递函数模值三类权重的数据融合策略，实现全圆连续误差提取与补偿。围绕传感器布局、融合权重、传感器一致性与采样密度开展仿真(含安装相位与噪声的蒙特卡洛)与试验验证。基于雷尼绍REXM20USA255码盘及配套的T2001-30A读数头和Ti2000A12E细分盒搭建角度计量平台，并与光电自准直仪与多面棱体检测结果进行比对，试验结果表明：在最小方差权重下检测效果最佳，单传感器经自校准后的全圆绝对误差约±0.8″；提升采样密度可显著降低谐波误差残余(PV值由0.29″降至0.10″)；综合可观测性与抗噪声能力，推荐三读数头布局。该方法验证了自校准理论的有效性，为无法配置外部高精度仪器的场景提供可部署方案。

构建了真实机构运动分析与综合的理论基础架构，定义了真实机构及其真实构件、真实运动副，研究真实机构运动分析与综合方法。首先，基于真实回转副/移动副的实测运动数据，分析了其约束几何要素的离散运动轨迹性质，获得五个全局运动不变量参数——最小准线点的平动位移区域和最小球面像方向的角位移区域，揭示了真实运动副不存在理想轴线，而是由真实运动整体性质确定近似动/定准轴线，由此确定真实构件的尺度。其次，将真实运动副约束两真实构件间的运动分解为随动准轴线的牵连运动和相对动准轴线的运动，而牵连运动参数恰为动准轴线的五个运动不变量参数，提出了真实运动副不变量运动精度。再次，由真实构件连接真实运动副动-定准轴线形成真实机构，建立了真实机构运动学基本方程，揭示了真实机构结构、尺度与真实运动的内在联系。同时，构建了真实机构运动分析与综合初步架构——由真实机构求解实际输出运动、由实际测试数据辨识真实机构。最后，将机床运动精度测量与分析转化为真实机构运动分析与综合问题，为机床运动精度分析设计和误差辨识提供理论基础。据此，将机构运动分析与综合理论由刚体机构发展到真实机构，拓展了机构学应用领域，为丰富和发展机构学理论提供了新路径。

模块化机器人的设计与应用是应对未来空间多任务的重要手段之一，而基础模块单元的形态又直接影响着模块化机器人任务适应性。面向从空间多任务需求到模块单元形态间的非线性映射难题，提出一种面向空间多任务的自重构模块化机器人形态设计与性态分析方法。首先，通过图论逆向映射并制定映射规则，构建了两类基础模块单元基础形态，引入体自由度以增强接口间姿态调节能力，并表征了形态参量。其次采用改进的自适应差分进化算法，以外形和体自由度夹角为优化变量，构建包含应力分布均匀性、运动灵活性及工作空间等性能的评价指标，优化评估并获得最优形态参数，即外观为球形、体自由度夹角为45°。然后分析两类模块单元的工作空间、运动灵活性及各向同性、外壳应力应变等性态在不同运动传递链路中的表达效应，证明了形态设计结果的优越性。最后，以桁架装配任务为例开展仿真分析，结果表明由模块单元组成的模块化机器人可自主重构为单臂到多分支等构型，可连续完成桁架抓取、搬运与装配等任务。该理论成果可为模块化机器人设计提供方案借鉴。

转向架是高铁的重要动力传输单元，转向架轴承作为转向架中的承力元件，长期承受交变载荷，是极易发生故障的部位。现有用于滚动轴承故障诊断的频域分析方法对适用条件有严格的要求，如快速谱峭度方法在分析具有较大干扰信息或是背景噪声的信号时，极易导致方法的失效，大大限制了相关方法在实际工程中的广泛应用。针对上述问题，提出多频谱融合评价的故障诊断与决策方法。构建一种频域分析方法的加权评价准则，从诊断效果、稳定性以及计算时间等三个方面进行构建，实现算法工程适配性的量化。提出一种频谱评价准则，实现对频域分析方法诊断效果的评价。针对高铁运营中的数据积累与完备的两个阶段，分别通过频谱特征降维融合以及最优化Fisher判别比进行频谱评价赋权，以获得具有最好诊断效果的融合频谱。通过数据采集试验对方法进行了有效性验证，表明该方法具有较好的工程适用性及鲁棒性。

大型点阵结构因其具备高孔隙率的结构特性以及抗冲击/减震降噪等功能特性，在现代国防，海洋，建筑等重点工业领域具有广阔的应用前景。目前，制造技术的局限是制约大型点阵结构应用的重要瓶颈。增材制造突破传统制造技术的限制，基于逐层堆积的成形原理，使得三维大型点阵结构一体化成形成为可能。聚焦大型点阵结构增材制造技术与方法，从制造工艺，制造装备以及应用前景三个方面对当前研究现状与特点进行阐述和总结。在制造工艺方面，对比目前国内外相关研究团队开发的大型多材料金属点阵结构制造工艺与先进成果，以桁架类点阵和标准几何类点阵为代表，对比当前制造技术特点。在制造装备方面，从装备结构和装备控制系统两个维度进行归纳总结，汇总目前大型点阵结构制造装备结构形式，同时明晰控制系统的异同。最后对大型点阵结构在增材制造领域未来应用进行展望。旨在系统性阐述大型点阵结构在增材制造领域的进展与未来发展，促进增材制造技术在轻量化结构高效高质量制造方面的工业化应用。

宽幅热轧带钢作为现代制造业的关键原材料，其高效集约生产与质量精益管控是支撑产业升级的关键。然而，热连轧生产过程影响因素多变量、强耦合，同时存在物料信息感知缺失、数据孤岛壁垒及关键环节自动化薄弱等难题，严重制约了质量控制、轧制稳定性、制造成本的协同优化。系统梳理了近些年技术突破，聚焦以下核心领域的研究进展：热连轧物料多维信息感知领域，基于机器学习与深度学习算法构建的鲁棒性感知系统，有效攻克高温强干扰环境下特征提取的技术瓶颈，显著提升复杂工况下的信息获取能力；多区作业信息互联和端边协同领域，通过多源异构数据融合与动态资源调配机制，打通库区-轧线-磨辊间的业务断点，实现跨区域作业协同优化；热连轧多区域集约化生产领域，依托智能检测与高精度混合建模方法，开发以少人化控制为目标的智能轧制技术，强化生产流程的紧凑性与响应速度；热连轧多业务协同领域，基于信息物理系统深度融合框架，建立在线预判、实时监控与异常诊断的精益化管控平台，推动多业务下生产管控方式变革。最后对宽幅热轧带钢高效集约生产与质量精益管控技术发展进行了总结和展望。

为了克服单一无损检测方法的局限性，提出一种漏磁检测和电磁超声检测方法融合的传感结构，用于实现钢试样中表面及内部缺陷的同步检测。所提出的复合传感结构充分利用漏磁检测和电磁超声换能器的磁路特性。通过轭铁与永磁体的相互配合，在被测试样内部形成水平磁化场，用于检测试样表面和近表面的缺陷；其次，漏磁检测的磁化结构提供的局部垂直磁场与EMAT激励线圈相互作用，在试样中激励出超声波，用于检测试样中的内部缺陷。漏磁检测的激励源是准静态，超声波信号是2 MHz的脉冲激励源，二者之间的巨大频率差异，使得两种信号之间没有显著的干扰。仿真与试验均表明，所提出的传感结构能克服电磁超声中的近声场检测盲区和漏磁检测中的深度限制，可同时实现大厚度铁磁性试样中表面缺陷和内部盲孔缺陷的有效检出与分类。

由于实际加工的零件表面不可避免地与设计的理想表面存在差异，因此如何快速准确地建立能够描述这种差异的几何误差模型，一直是公差分析的难题。当前几何误差模型通常将几何误差简化为理想表面的刚性平移和旋转，忽略了表面形貌对零件之间相对位置关系的影响，进而制约了公差分析结果的精确性。非理想表面模型(Skin model shapes, SMS)作为一种基于离散数学的几何误差模型，能够在公差分析中更加真实地反映零件表面包括表面形貌等在内的几何误差，因此SMS一出现就得到了学者们的广泛关注。但是，当前SMS的研究还缺乏系统性，其重要性也未达成共识。系统性回顾了SMS的起源，在此基础上进一步明确了SMS的特征和内涵，并提出了非理想表面模型技术的技术体系，提炼出SMS的非理想表面定义、几何误差分布规律与多物理场作用机理等三个技术问题，以及特征表面操作方法、几何误差生成方法与多物理场表征方法等三项关键技术，然后重点分析了非理想表面模型技术现有几何误差生成方法及其典型应用；并指出了当前非理想表面模型技术在理论层面、技术层面和应用层面面临的三大核心挑战，最后给出了非理想表面模型技术未来发展的三个方向。

随着航天技术的快速发展，运载火箭多功能化已成为未来航天运输系统的重要发展方向。研究聚焦于赋能运载火箭多功能化发展的机构技术，系统阐述了其内涵、关键技术及面临的挑战。首先，分析了运载火箭多功能化的需求背景及发展趋势，提出了机构技术是实现多功能化的核心支撑。其次，梳理了相关机构技术伴随我国运载火箭发展的历程以及不同阶段机构专业发展特点，提出了运载火箭机构进入系统集成化发展新阶段。然后，为探究机构技术未来发展，想定了两级重复使用运载火箭登月任务场景，剖析了全任务剖面中着陆机构、气动机构、伺服机构、变形机构、分离机构以及新型机构的发展新需求。最后，探讨了机构技术在方案创新设计、性能系统验证、服役可靠性评估以及智能化发展等方面面临的新机遇与新挑战。研究表明，机构技术的突破将有力提升运载火箭的任务适应性和经济性，推动航天运输系统向更高效、更可靠、更经济的方向发展。

4D打印的形状记忆聚合物功能构件在外界特定激励下，形状、性能和功能能够随时间或空间发生预定的可控变化，由简单结构转换为具有复杂几何形状的立体结构，实现特定功能和性能表征。4D打印形状记忆聚合物功能构件的设计是影响功能实现和性能表征的关键因素之一，从4D打印形状记忆聚合物功能构件的设计原理、设计方法、工艺参数等方面总结了国内外研究进展，重点分析探讨了4D打印形状记忆聚合物的材料组分设计、可编程结构设计、制备参数设计的突出成果与创新技术，介绍了4D打印形状记忆聚合物功能构件在电子器件、医疗设备和软体机器人等领域的工程应用。最后，对4D打印形状记忆聚合物功能构件面临的挑战进行了总结并展望了未来4D打印设计的发展趋势。

高速列车在运营服役过程中会出现不同程度的蛇行运动现象，大幅度的蛇行运动会显著恶化轮轨接触关系，威胁行车安全。基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了考虑轮轨非赫兹接触行为的高速车辆-轨道空间耦合动力学模型。利用所构建的数值模型，系统地对比分析不同轮轨磨耗和匹配状态下高速列车蛇行运动行为对轮轨系统动态相互作用的影响。研究结果表明：蛇行运动条件下高速列车轮轨界面应力动态响应出现周期性波动，同时轮轨应力幅值显著高于稳态运行状态下的轮轨应力幅值；轮轨黏着性能随着轮对蛇行横移量变化速率的增加而下降；蛇行运动状态下车轮踏面磨耗总量显著高于稳态运行条件下车轮踏面磨耗总量。

生产调度一直是制造领域的研究热点，是生产线高效运行的节拍器。当前，随着智能制造的深入发展，生产调度智能化逐渐成为领域前沿。智能生产线动态生产过程中面临着生产任务变更、制造资源耦合等多源不确定扰动，如何兼顾生产调度效率和准确性是核心挑战。因此，提出了基于数字孪生和强化学习的智能生产线实时调度仿真优化方法。利用数字孪生技术构建生产要素的几何-功能-状态高保真模型，组装形成层次化、高保真虚拟生产仿真环境；设计改进Q-Learning算法建立生产调度优化智能体，通过三元组状态空间重构、多维度奖励函数及双重探索策略，突破传统算法维数灾难与鲁棒性不足难题；建立分层式执行控制架构实现数字孪生和智能体的深度融合，保障生产仿真过程感知-决策-执行闭环协同。某航天产品总装生产线验证结果表明，其他五种经典调度规则执行距离较本文方法增加6.38%到16.50%，显著提升制造资源协同效率。

服役钢丝绳断丝呈现空间复杂螺旋分布及空间断丝位置相邻很近等特征，钢丝绳断丝检测难度大和准确性低。因此，开展基于聚磁技术和三维漏磁检测的钢丝绳断丝无损检测研究，对提高钢丝绳断丝检测准确性和保障钢丝绳承载安全性具有重要意义。基于Maxwell有限元软件和试验平台开展了钢丝绳不同断丝模式下(断口长度、断丝数量、断丝位置)漏磁场有限元分析和断丝检测试验，揭示了聚磁装置对钢丝绳断丝漏磁场变化规律以及钢丝绳不同断丝模式下漏磁信号特征演化规律。结果表明：聚磁装置对钢丝绳断丝漏磁检测具有增益效果，且磁导凸台中心处漏磁信号变化最为显著；钢丝绳断丝三维漏磁检测信号与钢丝绳断丝特征(断口长度、断丝数量)呈正相关，钢丝绳断丝特征变化越大，漏磁信号变化越显著；不同方向漏磁分量对钢丝绳断丝特征敏感程度大小关系如下：轴向分量>径向分量>周向分量；钢丝绳内部与外部存在相同断丝数时，外部断丝时信号变化更显著；钢丝绳出现轴向邻近断丝时，邻近断丝时漏磁场发生叠加，其三轴漏磁分量均有显著增加(较于单根断丝)；钢丝绳出现周向多处断丝时，断丝距磁导凸台越近，断丝信号变化越显著。

曲面共形电路凭借其可直接贴合目标曲面基底，实现电子器件空间排列的多功能化与高集成化的独特优势，在可穿戴电子、生物医疗、航空航天等多个领域展现出重要的潜在价值。为系统解决复杂曲面共形电路制造中存在的灵活性差、打印精度低以及后处理限制等问题，提出了一种基于六轴机械臂的曲面共形微米电路多自由度气溶胶喷射打印与原位激光烧结一体化制造方法。六轴机械臂集成了气溶胶喷射打印与红外激光烧结模块，通过构建多线程控制架构实现了灵活的路径规划与打印物理量同步控制。为实现对气溶胶喷射打印曲面共形微米电路的功能化，提出了一种多自由度的曲面共形原位激光烧结方法，得到了优化的激光烧结工艺参数，实现了25～100 m^-1 大曲率变化以及400 mm×190 mm大幅面范围曲面共形电路的高精度打印和高导电性烧结，电路最小线宽优于50 μm，电阻率低至6.53×10^-8 Ω·m。进一步的，验证了该组合工艺流程适用于热变形温度在60～360 ℃的不同聚合物曲面基底，成功实现了空间双螺旋模型表面-20°至+30°大倾角范围共形传导电路以及曲面叶片模型表面8通道共形温度传感电路的直接制造。本研究突破了复杂曲面共形微米电路在制造灵活性与功能化方面的关键技术瓶颈，为曲面共形电子系统的快速制造提供了一种高效、可靠的解决方案。

针对难加工材料钛合金切削加工过程中容易产生切削热聚集、刀具磨损等问题，影响加工表面质量和效率，提出采用物理气相沉积(PVD)涂层硬质合金刀具的超声辅助铣削工艺对钛合金进行高效高质量加工。首先，分析了超声辅助铣削刀-工界面的振动分离机理；然后，研究了转速、超声振幅等超声辅助铣削工艺参数对钛合金TA15加工表面质量的影响并对工艺参数进行了优化；最后，对比传统铣削与超声辅助铣削，研究Zr系和Ti系PVD涂层刀具在钛合金铣削过程中的磨损机理及超声辅助铣削工艺参数对钛合金加工表面质量的作用机制。实验结果表明：基于PVD涂层硬质合金刀具的超声辅助铣削工艺能实现钛合金的高效高质量加工，优化后的超声辅助铣削工艺参数为转速10 000 r/min和超声振幅3.30 μm。涂层刀具的磨损形式主要为涂层剥落、前刀面的月牙洼磨损以及后刀面的粘结、扩散和氧化磨损；此外，超声振动可减少刀具的扩散、氧化、磨粒磨损以及切削刃的微崩刃现象。与传统铣削相比，采用超声辅助铣削可降低钛合金加工表面粗糙度约15%；同时与Ti系涂层刀具相比，Zr系涂层刀具后刀面平均磨损量降低18.34%，钛合金铣削表面粗糙度0.082 m，且表面几乎无钛屑粘附。

车轮失圆问题在地铁列车上广泛存在，会引发轮轨间冲击载荷，进而加剧车辆振动与噪声、诱发车辆/轨道部件疲劳断裂，对乘坐舒适性、运行安全性以及车轮的维护均具有重要影响。统计分析了我国21条地铁线路共计9 000余个车轮的非圆化磨耗测试数据，涵盖时速80、90、100和120 km四种运营速度的地铁列车，掌握了车轮非圆化磨耗的径跳、阶次和波长等特征。利用Welch法对所有实测的车轮不圆顺进行谱估计，再利用两段幂函数拟合获得了地铁车轮粗糙度谱，并与高铁车轮粗糙度谱进行对比。结果表明：地铁车轮存在不同程度的失圆问题，其中约有10%的车轮径跳值在0.5 mm以上。车轮多边形磨耗的阶次主要为1阶(偏心)、5～9阶和12～16阶，高阶(大于10阶)多边形磨耗1/3倍频程中心波长在160～200 mm范围内。与高铁车轮粗糙度谱相比，地铁车轮粗糙度谱的谱值较高。结果可指导地铁车轮不圆顺状态的评估和养护维修，为轮轨动力学和轮轨噪声仿真分析提供重要输入。

数字化在航天型号产品研制中得到了广泛应用，推动了航天系统工程方法的不断发展。为了进一步明晰数字时代航天系统工程的发展方向，本文对数字化技术驱动的航天系统工程发展与应用展开综述，以期推动数字航天发展。首先，从基于模型的系统工程发展、数智技术赋能和商业航天需求推动三方面分析了数字时代航天系统工程发展呈现的新特征。然后，分析了数字时代典型的全生命周期系统工程理论模型，并从规划论证、研发设计、生产制造、试验测试、服务保障、科研生产管理等研制全过程分析了数字融合技术发展，阐明了通过MBSE、数字孪生、数字主线、人工智能等技术融合应用，建立全周期研制和管理数字化生态的特征。在此基础上，结合航天型号产品研制和管理核心场景变革目标，展望提出数字时代航天系统工程未来技术发展态势，从而推动数字时代航天系统工程理论方法体系完善，为构建航天型号数字化研制和管理模式提供支撑。

协同牵引铰接式重载车辆作为面向大件运输的新型重载装备，由前、后牵引单元通过铰接装置连接货物构成，相对传统重载车辆，其建模与稳定性分析难度大。面向协同牵引铰接式重载车辆系统水平面动力学响应，提出一种协同牵引铰接式重载车辆系统动力学建模方法及稳定性分析方案。在系统建模方面，基于运动学与动力学分析，对各铰接点处动力学耦合关系进行分析，建立4自由度协同牵引铰接式车辆单轨模型。在稳定性分析方面，首先，通过对牵引单元1和牵引单元2不足转向梯度独立定义的方法对协同牵引铰接式重载车辆系统的操稳性进行了分析，研究车辆参数对CTA-HDV系统不足转向梯度的影响。结果表明，牵引单元1质心相对位置及牵引单元1与中间刚体铰接点的相对位置对系统的不足转向梯度影响最大，当k₁从0.3调整至0.6时，系统不足转向梯度降低约79%。当k₁从0.6调整至1.2时，系统不足转向梯度提高了约86%；其次，结合铰接式车辆动态稳定性分析方法，对CTA-HDV系统动态临界车速进行研究，得到CTA-HDV系统动态临界车速在100 km/h左右，并分析结构参数对系统动态稳定性的影响。本研究为CTA-HDV系统安全性设计提供了理论依据。

软体机械手凭借其柔顺性、自适应性和安全性等固有特性，在机器人抓取与操作领域展现出传统刚性机构无法比拟的优势。提出一种新型多功能气动三指软体机械手，可实现易损物体的自适应安全抓取和灵巧操作。该机械手采用双自由度气动协同驱动设计，各手指由弯曲驱动器和侧摆驱动器构成：前者创新性地采用倾斜气动网络结构，相较于传统垂直网络结构，其弯曲角度和接触力得到较大提升(19.5%和20.1%)；后者通过仿生设计实现类人手指的±16.5°侧向摆动。基于超弹性材料的Mooney-Rivlin本构模型，建立了包含运动学与准静力学的耦合数学模型，精确预测软体手指在加压空气下的弯曲角度和接触力(理论与仿真结果误差分别小于2%和9.2%)。通过有限元仿真研究了软体手指的机械性能，揭示腔室倾斜角对弯曲角度和接触力的影响规律。最后，通过3D打印和成型技术制造软体机械手样机，实验表明该机械手能够抓取不同尺寸、形状、材质和重量的物体，并能执行诸如旋转开启瓶盖等灵巧的操作任务，验证了结构设计与控制策略的有效性。

智能汽车信息物理系统(Intelligent vehicle cyber-physical system, IVCPS)包含大量并行交互任务场景，是具有显著的可演进性与涌现性特征的典型复杂信息物理体系，其实现依赖可靠的架构设计。为建立可实施可验证易拓展的IVCPS体系架构，提出分场景基于模型与仿真的体系工程建模方法。首先，构建分析了IVCPS的结构特点及演进特性，及其架构建模方法需具备的特征。其次，选择统一架构框架建模语言，构建了以场景任务体系为基础、分布式搭建总体系并共同维护同一模型的流程。体系层从7视角搭建场景任务体系架构并进行仿真验证；同时维护IVCPS总体架构，并形成标准模型库以快速复用于新场景，通过多场景集成仿真确保整体良性涌现；系统层过渡到基于模型的系统工程。最后，以车云协同危化品运输作为主要场景搭建了智能网联车辆低渗透率下的第一阶段IVCPS架构示例，并对其逻辑与参数通过多种方式仿真验证。仿真证明，本方法可捕捉体系发展需求、实现设计指标从IVCPS到场景任务体系再到具体系统的过渡、发现以单场景难以捕捉的协同需求，且可快速构建新场景架构。

液压成形装备广泛应用于大吨位、大尺寸的冲压、锻造等成形过程，需要高性能的调平系统保证装备的成形精度，但传统的对角力偶调平系统及其等同控制策略不能准确地消除倾斜力矩，影响工件的成形质量。针对上述问题，设计一种基于负载口独立的高速液压机四角调平电液系统，并提出一种基于泵-阀联合的对角交叉-均值耦合同步控制策略。在出口位移控制设计上，以各调平缸的跟踪误差为负反馈输入、误差均值及对角差值作为补偿输入至滑模控制器中，从而实现各缸的精准跟踪及同步控制；在入口压力控制设计上，根据工况调整压力伺服阀置于左、右最大开口处，使得流入调平缸的流量最大、压力最低；在泵出口流量控制设计上，根据调平缸所处工况确定电机转速。搭建液压机四角调平试验平台，结果表明所提出调平控制策略相较传统等同控制策略在同步精度上提升了9.26%；同时由于负载口独立的节能特性，在控制策略的作用下，系统功耗降低了54%。研究对高速液压成形装备的调平系统研发具有工程价值。

针对激光粉末床熔融(LPBF)传统合金三周期极小曲面(TPMS)点阵结构强塑性难以协同的难题，系统研究了AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金LPBF工艺及其TPMS点阵结构的力学性能。最优参数组合时AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金弹性模量达255 GPa，压缩屈服应力达1 348 MPa，抗压强度达2 520 MPa，压缩应变超25%。微观组织表征结果表明，其具有FCC(130～250 nm)/BCC(20～30 nm)双相纳米片层结构，元素偏聚形成异质界面协同强化。通过制造Diamond、Gyroid、Primitive三种TPMS结构及BCC桁架结构，揭示了点阵构型、相对密度和单胞尺寸结构参数对准静态压缩性能的影响规律。弹性模量、屈服应力及吸能均与相对密度正相关，Diamond、Gyroid和Primitive结构最大吸能分别达2 369 J、2 062 J和1 096 J。弹性模量与屈服应力随单胞尺寸增大呈线性增长，平台应力和吸能同步提升。Gyroid、Primitive结构在40%相对密度时比弹性模量的峰值分别达到47.8 GPa/kg、46.9 GPa/kg。相对Gyroid、Primitive、BCC构型，Diamond结构综合性能最优，比弹性模量达到72.6 GPa/kg，比吸能达38.7 J/g。与316L不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金同类TPMS点阵综合对比，可知AlCoCrFeNi_2.1点阵结构具有更为优异的强度-塑性匹配性能，在极端载荷条件下的高承载与吸能方面具有良好的应用前景。

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic，CFRP)拥有比刚度和强度高、热稳定性和耐腐蚀性好等优异特性，在航空航天、医疗和国防等领域应用广泛。然而，CFRP中纤维和树脂基体的材料特性差异导致传统方法难以加工高深径比CFRP微孔。为此，设计搭建变入射角(Angles of incidence，AOI)超快激光加工系统，研究该系统加工高深径比CFRP微孔的能力，系统分析激光脉冲能量、扫描速度和AOI对直径200 μm、深径比10:1的CFRP微孔加工质量的影响。结果表明，激光脉冲能量和扫描速度显著影响微孔入口和出口热影响区(Heat-affected zone，HAZ)大小，AOI则显著影响微孔锥度；变AOI的螺旋扫描加工策略可有效解决固定AOI在聚焦深度变化时的能量分布不均问题，极大减小微孔锥度，甚至可实现负锥微孔加工；合理的修边和清扫策略可以有效减小侧壁粗糙度，最小Ra<0.8 μm。最后，通过加工2×3的微孔阵列，验证工艺参数优化的有效性，表明变入射角激光在高深径比CFRP微孔加工方面的巨大潜力。