针对当前高端机械系统和装备结构复杂、工况极端、成本高、测试数据缺乏、可靠性要求高等特点，研究和开发面向复杂结构和装备的不确定性分析与可靠性设计理论、方法、测试技术及软件平台，有效解决传统可靠性技术在处理复杂系统时遭遇的样本不足、不确定性度量困难、可靠性分析精度与设计效率低等技术瓶颈，工程化地实现产品在服役周期内的保质设计。研究和开发面向复杂结构和装备的可靠性测试技术，例如：焊接结构疲劳失效试验与仿真、全场应变测量与分析、全场温度测量与分析等技术。实验室建设有湖南省省内先进的疲劳试验测试平台，拥有各类先进疲劳试验仪器，如SEM原位疲劳试验机、拉扭组合疲劳试验机及超高周疲劳试验机等，可满足各类疲劳测试及研究的需求。并建有非接触实验测量技术平台，拥有三维全场应变测量系统、红外热像仪、扫描电镜、金相显微镜等先进仪器。

虚拟设计与仿真、信息技术与机械工程的结合，是 21 世纪工程领域的重要发展方向 与战略制高点。机械工业发展水平的最重要标志是机型的自主开发、设计与制造能力。 实际工程应用对仿真环境提出的挑战，虚拟设计和仿真对计算机性能的要求十分苛刻。 一个典型的机械产品的装配有成千上万个零件装配，一个机械性能的仿真更需要进行几 十个工况每次若干小时的大量计算和接近实时的渲染。通过产品结构动态特性等全方位 的分析仿真，可实现面向实际产品原理、结构和性能的设计、分析、模拟和评测。运用 新技术，配合国家重大工程建设，完成了重大机械设备和施工装备的开发。如节段施工 架桥机；900t 运梁车、提梁机机电液一体化整机开发；大型开闭式屋顶建筑机械及控制 成套技术等。 技术指标 帮助提高创新产品研发的研发能力。提供大型机电液一体化机械装备全套技 术或开发 

新一代航空航天器的跨代高性能要求使得其尺寸越来越大、材料体系越来越多、结构越来越复杂。传统制造周期长、质量不稳定，无法满足型号质量和精度要求，亟需变革制造模式。工业机器人智能制造技术与装备是解决该难题的最佳新途径。但机器人精度低、刚性弱、加工稳定性差等难题制约了其应用于航空航天大型复杂构件的高效高精制造，且核心装备被国外发达国家垄断，迫切需要突破基于移动机器人的制造核心技术与装备，形成基于移动机器人的大型复杂构件原位加工与装配融合的制造能力，打破国外垄断，实现自主可控。 技术特征 围绕航空航天大型复杂构件的高效、高精、高质量制造急需，突破了基于误差相似度的机器人精度补偿、机器人变刚度建模与加工颤振抑制、融合多源信息的在线感知与自适应工艺、多功能末端执行器研制等一系列关键技术，构建了移动机器人智能制造技术体系，自主研发了多台套多功能末端执行器和高精度大负载工业机器人智能钻/铆/铣制造装备。

新一代航空航天器的跨代高性能要求使得其尺寸越来越大、材料体系越来越多、结构越来越复杂。传统制造周期长、质量不稳定，无法满足型号质量和精度要求，亟需变革制造模式。工业机器人智能制造技术与装备是解决该难题的最佳新途径。但机器人精度低、刚性弱、加工稳定性差等难题制约了其应用于航空航天大型复杂构件的高效高精制造，且核心装备被国外发达国家垄断，迫切需要突破基于移动机器人的制造核心技术与装备，形成基于移动机器人的大型复杂构件原位加工与装配融合的制造能力，打破国外垄断，实现自主可控。技术特征围绕航空航天大型复杂构件的高效、高精、高质量制造急需，突破了基于误差相似度的机器人精度补偿、机器人变刚度建模与加工颤振抑制、融合多源信息的在线感知与自适应工艺、多功能末端执行器研制等一系列关键技术，构建了移动机器人智能制造技术体系，自主研发了多台套多功能末端执行器和高精度大负载工业机器人智能钻/铆/铣制造装备。效益分析:项目的成功研制拓宽了工业机器人应用领域，已在歼20、歼10、L15高教机、大飞机、××导弹、天宫2号空间站等国家重点型号研制和批产中应用，实现了歼20翼面、歼10机翼部件、高教机翼面、天宫二号空间站舱体等航空航天产品核心复杂大部件的生产，为我国航空航天大型复杂构件制造提供了技术与装备支撑。此外，成果还在国产机器人、精密零件制造等龙头企业实现应用推广，核心专利转化1999.2万元，近三年新增直接经济效益达11.2409亿元。

研究阀体零件多向挤压成形工艺过程中材料流动特征，指出加载路径对材料流动的影响规律，优化加载路径，有效避免成形缺陷；已成功研发了铝合金、铜合金以及黑色金属的半固态成形工艺，成形零件强度、硬度显著提高，形成了复杂阀体半固态挤压铸造、半固态多向锻造工艺体系；研制了实现 6 个加载方向数控成形液压机，利用机架及特制液压缸有效减少了液压系统安装空间。

采用局部加载增量成形大型复杂构件可有效减少成形载荷、提高材料成形极限、拓展构件成形尺寸范围、提高设备成形能力，是采用难变形材料的大型复杂构件近净省力成形的有效途径。揭示了大型复杂构件局部加载成形过程的加载状态并建立了下材料流动解析模型；发展了适用于大型复杂构件三维坯料设计的解 析-数值混合方法；构件了能快速稳定实现局部加载的液压机的液压系统，获得相同装机功率下远大于整体加载成形的成形能力。工艺理论已形成系统，且技术成熟度高，撰写综述论文发表于国际 SCI 期刊，已在实现局部的液压系统方面申请发明专利多项。

（一）项目背景 人工智能技术快速发展，“无人车”“无人船”“无人机”等大量无人装备应运而生并运用于实战。无人装备具有“空间多维、全天候、非对称、非接触、非线性”等作战运用特点，改变了战争构成要素、作战观念、组织形态和保障模式，颠覆了行业模式，重新定义了人们的生活方式。无人装备对未来社会影响和改变必将是整体性和革命性的，存在着无限的发展和应用空间。 智慧化，是无人装备发展的必然趋势。实时感知、动态组网、自主控制、智能决策、自我学习等是未来智慧无人装备必须具备的能力，而这一切能力的赋予，离不开支持智能应用的高级综合电子及基础软件的支持。无人装备中计算系统的性能、可靠性、智能化、交互性等能力的高低是决定或制约无人装备智慧化水平的重要因素，因此，必须围绕未来无人装备的发展趋势与需求，研究满足要求的国产智能计算系统，为无人装备提供智能算力支撑。 （二）项目简介 针对未来无人装备对高性能、高可靠、智能计算能力的需要。研究了基于国产处理器、加速器和基础软件的智能计算系统，重点突破了国产器件系统安全认证、高性能、高可靠综合电子架构、异构资源统一开发环境、异构资源自适应管理、系统多级容错重构、面向领域的轻量化网络模型设计、智能应用容器化开发部署等关键技术。研制了出满足无人装备智能应用的高可靠、高性能、高可用、高安全、标准接口的国产计算系统原理样机，并通过航天领域场景验证测试。 （三）关键技术 如下图所示，围绕无人装备智能应用，需要分别从高性能、高可靠硬件构成、高效平台管理、高可用应用接入和高效算法设计开发等方面分别展开研究。平台硬件层主要包括系统硬件身份认证技术、异构硬件资源统一组件服务技术，解决系统级硬件身份认证和异构资源统一表征和管理问题，为高安全、高性能异构计算奠定技术基础；平台管理层主要包括可重构计算架构、任务资源自组织协同与动态自演化策略、面向节点协同的动态集群构建、系统多级容错模型、多目标多约束下的任务资源最优匹配算法，为无人装备智能应用提供高性能、高可靠的计算平台；高可用应用接入主要包括异构资源统一开发环境构建、系统感知的智能编译优化以及自动代码生成等内容，支撑系统综合调试，满足系统高可用要求；高效算法设计主要包括面向领域的智能应用开发流程设计、基于硬件感知的神经网络自动设计及联合压缩等技术。

成果简介： 南京工业大学具有A1、A2、A3及SAD级特种设备（压力容器）设计资质，机械与动力工程学院化工设备设计研究所是设计证的主体部门。本项目采用弹性分析设计及基于弹塑性理论的非弹性分析设计方法为企业开展石油化工、煤化工等重要装置设备结构的优化设计及安全评定。以“极端工况”、“大型化”为特色，注重压力容器的创新设计。以国家自然科学基金“基于塑性失效的

本项目重点解决复杂高层结构大震分析、失效评价、失效调控、抗震设计理论等关键科学问题，开展大震弹塑性分析技术、失效评价方法、失效调控、抗震设计理论等关键理论研究和技术攻关，提出系统的复杂高层结构抗震设计理论并实现工程应用。本项目研究成果已发表学术论文109篇，其中SCI/EI 收录96篇；编写专著1部；申请或授权专利9项、软

复杂修形齿轮是克服高速重载工况下力热耦合形变影响的高端齿轮，直接决定装备传动 系统的振动、噪声、寿命等服役性能及其核心竞争力，广泛应用于航母、潜艇、汽车等。针 对复杂修形齿面精密制造面临全齿面修形加工存在原理误差、传统试错修调法提升加工精度 困难、齿面淬硬层均匀性及级理难以调控等问题，在国家科技重大专项、863计划等支持下， 开展复杂修形齿轮精密数控加工关键技术与装备研究，成果获2018年国家科技进步二等奖。  主要取得突破和创新如下： (1)  提出复杂修形齿轮加工的点矢量族包络计算新理论，不用建立和求解啮合方程， 以数字法替代解析法，突破啮合原理解析法无法求解奇异点、计算复杂的瓶颈；发明齿面扭 曲消减方法，解决刀具廓形精确设计及原理误差消减难题，齿面扭曲减少70%以上，达国 际领先。 (2)  发明复杂修形齿轮加工工艺系统误差调控技术，开辟齿轮修形精度提升新途径。 提出制齿机床热态精度提升技术，发明热致误差补偿方法，保证机床精度稳定；提出基于等 效虚拟轴的齿面误差补偿方法，解决修形精度提升难题，提高传动精度1-2级。获中国专利 优秀奖。 (3)  研制大规格精密数控滚齿机、精密多功能数控磨齿机、高速干切滚齿机等具有齿 面扭曲消减及加工误差补偿的高端制齿机床，填补国内空白；开发集齿轮修形设计、工艺规 划于一体的制齿软件，打破了国外高端机床垄断。滚齿精度达5-6级，磨齿达3级，干切滚 齿提高效率2-3倍，与同类国际先进水平相当，打破高端制齿机床垄断，迫使国外同类机床 降价30%以上，并出口英、法、日等。 (4)  发明复杂修形齿轮滚磨一体化工艺技术，确保修形精度及表面一致性。研制复杂 修形齿轮刀具，实现齿轮刀具的数字化设计制造；研发滚磨余量协同分配、齿面柔性修形、 磨削级理优化等工艺，实现磨后齿面淬硬层均勾分布、齿面纹理可控、修形工艺快速固化， 提高齿面疲劳寿命。满足了军方供货要求，支撑我国主要舰艇齿轮加工；为汽车变速箱的批 量国产化提供了保障。