工业4.0以及智能制造是工业发展的必然趋势，但它们的发展必然是要建立在单元化装备尤其是机器人和高端制造装备的高品质基础之上的。近两年，机器人高调卷土重来，市场前景巨大；高端制造装备尤其是高档数控机床在我国需求依旧迫切。但不管机器人还是高档数控机床在我国的发展仍然不容乐观，它们仍然低迷的共同特征是所必需的基础元器件和数控系统依赖舶来品，受制于人，关键功能部件例如摆角头、高性能减速器(例如RV减速器)等制造技术缺失，导轨、丝杠等部件可靠性和性能保持性不足。尤其是，由于结构原理以及实现技术的原因，摆角头和高性能减速器均是串联式高端机床和机器人的核心功能部件，极大地决定了机床和机器人的功能和性能，也是机床和机器人行业能否达到和赶超世界先进水平的重要屏障。机构学是装备结构设计的基础学科，机构创新是装备创新的根本，在我国机床与机器人需要跨越式发展的当前，机构学领域担负着重要的创新责任。结合机床与机器人的结构、功能和应用特点，分析和探讨我国机构学在现阶段面临的机遇，为我国机构学者的研究与工业界对高端装备的需求实现有效结合提供参考。

动力电池热失控是电池故障和失效的终极形式，也是制约新能源汽车大规模推广和应用的主要行业痛点。对动力电池机械滥用失效形式及其引发的热失控特性、机理与防控技术进行全面综述，并指出当前研究中存在的局限性。通过总结归纳典型车辆事故案例和机械滥用热失控防控措施，提出结合实车运行数据复现历史运行工况的研究思路，并提出“故障-冒烟-漏气-起火-爆炸”的动力电池热失控五级演化风险评估模型，通过热失控特征参数指标临界阈值的判定和识别进行机械滥用热失控的预测预警，并根据事故特征采取相应措施抑制热失控的触发和扩散。研究内容和结果对新能源汽车动力电池系统及整车安全性设计具有重要指导意义与推广应用价值。

机器人多指灵巧手是一种高度灵活、复杂的末端执行器，因其能够模仿人手的各种灵巧抓持和复杂操作能力，半个多世纪以来得到持续的研发投入和广泛关注，备受社会各界期待。综述分析了仿人型机器人多指灵巧手的演化过程、研究与开发现状。从仿生结构、驱动、传动、感知、复合/智能材料、建模与控制等方面分析了机器人多指灵巧手的本体复杂性，在部分功能复现、灵巧操作功能复现和人手功能的增强三个层次上分析了机器人多指灵巧手的应用复杂性，进而论述了基于多指灵巧手的复杂应用简化实现模式，阐明了机器人多指灵巧手的复杂性与易用性的辩证关系。最后从深度仿生、柔性感知技术、操作过程规划与控制策略、成本控制四个方面分析了多指灵巧手本体研究的趋势与挑战。

电子封装是芯片成为器件的重要步骤，涉及的材料种类繁多，大量材料呈现显著的温度相关、率相关的非线性力学行为。相关工艺过程中外界载荷与器件的相互作用呈现典型的多尺度、多物理场特点，对电子封装的建模仿真方法也提出了相应的要求。在可靠性验证方面，封装的失效主要包括热-力致耦合失效、电-热-力致耦合失效等。随着新型封装材料、技术的涌现，电子封装可靠性的试验方法、基于建模仿真的协同设计方法均亟待新的突破与发展。

锂离子动力电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，被认为是最具前景的一类动力电池。随着整体能量密度的不断提高和制造成本的降低，以热失控为特征的锂离子动力电池安全事故频发，严重威胁着乘客的人身和财产安全。因此，以防止锂离子电池热失控为核心的研究成为近几年电动车辆研究领域的热点，同时，相关领域的发展也需要这样的综述类文章来的引领。从动力电池安全角度出发，对目前锂离子动力电池热失控研究现状进行综述，总结了最新研究成果。较为具体地阐明了热失控触发条件和发生机理，比较全面地总结了提高锂离子动力电池系统安全性的方法，以期促进先进锂离子动力电池系统安全管理方法与策略的开发，进而提高动力电池系统的安全性。填补了该领域缺少中文综述的空白。

蠕变断裂是高温部件最主要的失效模式之一，其特点在于失效前难见征兆，往往造成灾难性后果。澄清材料蠕变失效的微观物理机制，建立恰当的蠕变寿命预测模型是解决高温结构完整性评定、蠕变全寿命设计与运行维护的关键问题。从蠕变失效的微观物理机制出发，以蠕变寿命预测方法为落脚点，详细阐述蠕变孔洞形核长大机理，对描述蠕变损伤行为的力学模型进行归纳整理，总结对高温结构及其焊接接头进行蠕变寿命预测所需的基础理论与关键技术，对基于数字孪生技术的寿命预测方法进行展望。

第四次工业革命利用信息化技术促进产业变革，将带我们进入智能化时代。由于液压系统作为核心动力和控制部分，广泛应用于先进制造、航空航天、海洋等重大装备，工业装备的智能化必然会要求液压元件及系统实现智能化。所以，近年来智能液压一直是液压领域的研究热点，推动液压领域进入智能时代，也给液压系统的研究带来新的活力，但也遇到了新的挑战，包括对智能液压系统的理解不一致，缺乏系统综合的研究，成碎片化的点突破等。分析智能液压系统的内涵与演进历程，阐述智能液压系统的架构体系，总结出智能液压系统具有的智能感知、智能调控、智能运维三大特征，并从这三个方面综述国内外的研究进展，揭示智能液压存在的问题和挑战；最后讨论应对挑战的研究路径和发展趋势。

钢轨在服役过程中长期承受列车轮对的压力和冲击载荷，会使其表面及浅层区域产生滚动接触疲劳裂纹。该种裂纹具有典型的三维空间特征，常规无损检测方法难以对裂纹的三维特征进行量化评估。以不同承载的钢轨试件中含有的滚动接触疲劳裂纹为研究对象，采用基于多物理场耦合的电涡流脉冲热成像检测技术，分析钢轨车轮踏面加热及冷却阶段的热图像序列偏度分布，表征裂纹三维特征，并与工业计算机层析成像扫描得到的裂纹形貌进行校验。试验结果表明，热图像序列的偏度特征能有效表征钢轨滚动接触疲劳裂纹的位置、走向、长度以及深度信息，偏度表征的裂纹沿钢轨表面走向角度与工业计算机层析成像扫描所得的结果线性相关，相关系数约0.97；偏度表征裂纹沿钢轨内部纵向扩展的空间角度与工业计算机层析成像扫描空间角度相关系数约0.89；偏度表征的钢轨内部闭合裂纹长度值与工业计算机层析成像扫描结果相关系数约0.94；偏度值与对应裂纹深度呈近似线性关系，相关系数约0.98。因此，基于电涡流脉冲热成像技术的偏度特征提取可用于钢轨滚动接触疲劳裂纹的量化评估，并得到工业层析成像结果校验。电涡流热成像及偏度量化评估方法对在役钢轨滚动接触疲劳裂纹的早期诊断、量化评估、三维可视化以及运营维护具有广阔的应用前景。

4D打印技术自2013年提出以来就引起了学术和工业界的广泛关注，它属于智能构件的增材制造技术，是在材料、机械、力学、信息等学科高度交叉融合基础上产生的颠覆性制造技术。讨论了4D打印的概念与内涵；介绍了4D打印在航空航天、汽车、生物医疗和软体机器人等领域的应用前景；阐述了4D打印在智能构件设计、模拟仿真、数据处理与工艺规划、材料、成形工艺与装备和智能构件的功能评测等方面的发展现状以及目前存在的一些问题；提出了关于4D打印的研究思考，最后指出了4D打印的未来发展方向和研究重点。

为了实现浅水域探测型无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle, UUV)探测设备水下长时间工作，提出波浪能发电系统，可以将近水面的波浪能收集转化为电能。详细叙述永磁发电机的原理结构及设计参数;根据Lagrange方程建立系统的数学模型;采用Runge-Kutta方法求解简化的运动方程，研究不同海况条件下对发电性能的影响。研究结果表明提出的波浪能发电系统是合理可行的，在一般海况下，能够满足探测设备的能源需求。同时表明频率与幅度以及耦合横摇对发电性能影响比较大，而耦合垂荡对其影响基本可以忽略。研究结果将为后期波浪能发电系统的工程试验提供一定的理论依据。

电池安全问题严重影响了电动汽车的普及与推广，近年来电动汽车电池起火事件频发，引起了极高的社会关注度。本文对近五年的主要电动汽车安全事故进行统计分析，归纳电动汽车起火事件的历年起因分布及规律，对几种主要的事故起因背后的电池故障特性及其对热失控触发机理进行了描述，进而综述了国内外主要团队在电池过充电、外部短路、内部短路、过放电以及挤压碰撞等电池安全问题的研究现状，讨论现有主要研究成果及不足之处，最后对电池安全及热失控的诊断、预警的研究趋势及思路进行几点探讨。

重大装备形态和性能的精准预测与分析是实现其智能化和自主创新的关键技术之一。数字孪生作为连接物理世界和数字世界的纽带,可用于在数字世界中建立物理实体材料选择、结构设计、加工制造和运维管理的全生命周期真实镜像。面向重大装备几何形态和结构力学性能,通过分析当前建立数字孪生的需求与难点,提出机理模型与实测数据联合驱动的"算测融合"解决方案;综合考虑孪生模型的时效性与准确性要求,构建重大装备"形性一体化"的数字孪生框架。详细论述当前构建重大装备数字孪生所面临的"算不了"、"算不准"、"算不快"、"测不了"、"测不全"和"测不准"六个具体问题,并给出相关解决方案和关键技术。通过典型案例验证了所提框架与关键技术的可行性与有效性,为数字孪生在重大装备中的落地应用提供了理论和技术参考。最后,探讨了重大装备数字孪生的未来发展趋势和所面临的进一步挑战。

动力电池健康状态估计是电池管理系统关键算法之一，对提高动力电池能量利用效率、降低电池热失控风险，以及动力电池的维保和残值评估具有重要意义。对比分析试验法、模型法、数据驱动法的优势和不足，并以数据驱动方法为核心，分别从动力电池健康状态数据集构建、健康状态特征参数提取、健康状态估计模型三个方面对现阶段健康状态估计方法的理论基础和技术方案进行综述。总结常用的大数据采集方法以及数据预处理方法，明确大数据在健康状态评估中的意义。比较现有健康状态特征提取方法，对其优劣以及适用场景做了分析。阐述不同健康状态估计模型的基本原理，提出模型融合是未来技术发展方向。最后，面向未来大数据实车应用场景，对动力电池健康状态估计方面存在的问题和发展前景进行了总结和展望。

设计与创新是当前时代的主题。创新不等同于技术发明，而是通过设计将技术传递给用户的过程中创造价值，实现这种创新过程的思维方式就是设计思维。设计思维是一种有影响力、高效、可广泛采用的创新方式。设计思维可以广泛地扩展和整合到社会各领域、各层次，任何人或团体都可以利用设计思维高效地创造出新想法、实现这些想法，并使之发挥作用。目前，国内外学者对于设计思维及其相关方面已展开较为广泛的研究工作。从设计思维的内涵、设计思维的实施过程、设计思维方法和工具、以及设计思维的研究方法等方面系统地评述国内外学者对设计思维的研究现状，并给出目前研究存在的问题以及进一步研究的一些建议。

三维CAD软件是整个工业软件体系的核心与基础，但目前中国高端三维CAD软件市场被国外工业巨头所垄断，国产三维CAD软件在中端市场的占有率也很低，严重威胁我国工业系统的安全。为探明三维CAD发展方向，给出国产三维CAD软件高质量发展的可行路径，系统梳理了三维几何建模引擎、几何约束求解、CAD数据交换、CAD接口与二次开发、产品信息集成、设计知识处理、大规模装配、基于模型的定义等三维CAD关键技术的研究进展，探讨了其技术难点及发展方向；在深入调研国内外三维CAD软件发展现状的基础上，分析了国产三维CAD软件存在的差距及其根源；阐述了三维CAD软件集成化、智能化、云端化、专业化、一体化等发展趋势，并给出了国产三维CAD软件实现高质量发展的若干建议。

螺纹松动失效将导致螺纹连接失去原有的功能、降低机械产品性能,甚至在某些情况下诱发紧固件疲劳断裂,进而引发严重的安全事故。国内外学者针对螺纹连接的松动机理和防松方法展开大量的研究,为充分了解松动机理和防松方法的研究进展,推动相关问题的深入研究,在阐述螺纹连接松动内涵的基础上,提出将螺纹连接松动分为非旋转松动和旋转松动两个类型,并从非旋转松动和旋转松动两个方面对螺纹连接松动的相关研究进展进行综述;同时从传统防松结构和新型防松结构两个方面,对螺纹连接防松方法的相关研究进展进行综述。最后,对论文进行总结,并展望了螺纹连接松动机理和防松方法的未来研究方向。

随着服务机器人的快速发展，其在医疗康复、教育娱乐、家政服务、抢险救灾、公众服务、商业应用、国防等涉及经济和社会发展的各个领域取得快速的发展，并得到了越来越多的应用，世界各国高度重视服务机器人的发展，将其作为战略性新兴产业给予重点支持，具有极其重要的战略意义。介绍服务机器人的产业链及相关国际组织，阐述以美国、欧盟和日韩等发达国家为代表世界各国提出的服务机器人发展战略和规划，分析服务机器人快速发展的驱动力及特点，介绍了国内外领先的服务机器人研究机构和相关公司，并深入分析国外和国内服务机器人产业发展规模情况。在分析国内外服务机器人发展现状的基础上，重点阐述医疗健康机器人、家庭服务机器人、公众服务机器人、高端仿生机器人、自动化仓储物流机器人和特种机器人的现状与进展情况；分析服务机器人的环境感知和运动控制、核心零部件、人机交互、操作系统等核心技术，介绍了服务机器人与AI、大数据、云计算等前沿技术的交叉融合发展；提出我国服务机器人产业发展的若干思考和建议。希望能够在把握国内外服务机器人技术研究进展和前沿动态的同时，为发展我国服务机器人技术与产业发展提供相关参考与建议。

超材料自21世纪初诞生以来，历经近20年的发展已逐渐发展成为新材料技术的一个重要学科。近年来，功能迥异的超材料在各个领域层出不穷，综述了声、光、热、力、电磁学超材料的发展历史概况。针对机械超材料中的负泊松比超材料，从负泊松比结构的变形机理角度，着重详述了内凹多边形结构、旋转刚体结构、手性结构等物理模型。对基于负泊松比胞元结构的热学和声学超材料，从功能原理到基本特性进行了系统性的调研，综述分析了其研究现状，并对负泊松比超材料未来面临的挑战与发展趋势进行了展望。

随着发动机性能要求的不断提升,燃油控制系统服役的工况变得越来越恶劣、边界条件越来越复杂。燃油泵固有压力脉动与管路、活门的流固耦合振动,密封圈腐蚀或老化导致的泄漏,油液污染或润滑油失效而产生的磨损加剧等均会造成燃油控制系统的致命故障。同时,燃油控制系统具有少测点、变工况、强干扰及强非线性等特点,导致该领域对故障诊断技术存在迫切需求,同时也面临巨大挑战。为推动故障诊断技术在燃油控制系统领域的发展,总结燃油控制系统的特点与常见故障,并在此基础上介绍故障诊断技术的主要方法与分类。进一步从液压元件互换性角度,概述基于物理模型、信号处理和人工智能诊断方法在燃油控制系统关键部件中的研究现状。最后指出燃油控制系统故障诊断技术存在的挑战与机遇。

无人帆船是一种以海洋环境能源为驱动，可以胜任远海作业、具有实时数据传输功能和实时定位功能、低运营成本的多用途新型海气界面移动观测平台。其以风力作为航行驱动力，以太阳能电池板等获取电能供给控制系统和传感器使用。与传统的海洋移动观测平台相比，可以实现低成本的长航时、大范围、高时空分辨率海洋观测，尤其是海气界面的海表气象数据和次表层海洋数据等海洋环境要素的精细观测。可以为全球气候变化、海洋酸化、海洋碳循环、极地气-海-冰相互作用等前沿热点问题的研究提供数据。对国际上具有代表性的无人帆船进行介绍分析，对无人帆船的帆船结构、运动机理与航行控制等技术的研究现状进行综述，并对无人帆船的发展趋势和关键技术进行讨论。

承压设备包括锅炉、压力容器和压力管道，其运行安全对保障国家经济运行和人民日常生活至关重要。在承压设备建造阶段，无损检测与评价技术被应用于原材料生产和焊接质量的检测与控制。在使用阶段，无损检测与评价技术被用于及时发现承压设备在运行过程中出现的各种材料劣化和损伤等缺陷，并可根据检测结果对承压设备的安全状况进行评价，并对承压设备的剩余寿命进行评估。首先，论述对承压设备进行无损检测与评价的重要性，给出目前已成熟和正在发展的无损检测与评价技术;然后，重点对辐射、声学、电磁以及其他领域的各个新的检测技术进行介绍，简述这些技术的原理、特点、适用范围，并指出其存在的不足和发展趋势;最后，对未来承压设备对无损检测与评价技术的需求进行总结，指出将来需进一步开展的主要研究领域和重点任务，以便更好地保障承压设备的运行安全。

喷涂作为现代产品制造工艺中的一个重要环节，不仅起到美观、防护以及其他特殊作用，也日益成为产品价值的重要组成部分，在家具、航空航天、军工等领域中占据着重要地位。智能喷涂机器人是由计算机、传感、视觉、智能控制等多学科技术交叉综合而构成的复杂机电系统。智能喷涂机器人作为智能喷涂技术的核心，其发展与新材料、新设计和新方法的应用密不可分。针对智能喷涂机器人关键技术研究的共性问题，从喷涂机器人机构设计、喷涂系统动态性能监控、喷涂轨迹自动规划、喷涂质量检测方面综述了当前取得的研究成果；而后针对喷涂系统智能化进程中在机器人机构设计和柔性喷涂系统集成研究面临的挑战进行了分析和讨论；最后，对智能喷涂机器人关键技术研究方面未来的发展方向进行了展望和总结，为喷涂机器人发展方向与关键技术性能提升提供参考，推动喷涂技术全面进入智能化。