具身智能驱动的智能制造应用发展研究

摘要:本文旨在探讨具身智能技术在智能制造领域的应用与发展,为具身智能在智能制造领域的落地应用提供理论支持与实践指导,促进制造业高质量发展与转型升级。按照基于规则的自动化制造、数据驱动的数字化智能制造、具身智能赋能的智能制造的三阶段划分,系统回顾了智能制造的技术演进过程;从交互模型、技术要素、技术框架3个层面出发,构建了具身智能驱动的智能制造技术体系,重点阐述了多模态制造业数据融合感知、基于大模型的具身智能制造、力控制、机器人运动规划等技术要素。具身智能对智能制造在生产制造、仓储物流、检测维护、人机协作等方面具有直接的赋能作用,但也面临多模态数据缺乏制约实际应用成效发挥、复杂制造环境增大感知理解难度、人工智能幻觉导致应用安全风险、软硬件结合问题影响智能能力提升、伦理法律缺失带来标准合规挑战等应用难点。研究建议,加强技术攻关、突破关键瓶颈,完善产业生态、推动应用落地,制定标准规范、保障生产安全,拓展应用场景、开辟市场空间,推动具身智能驱动的智能制造应用发展。

智能表面工程

摘要:表面工程自其诞生以来,经历了从传统表面工程向复合表面工程、纳米表面工程及表面工程自动化的发展,正在信息技术、生物技术、纳米科技等前沿领域中萌生。随着智能时代的来临,智能表面工程应运而生。智能表面工程是对摩擦表面赋予智能调控性能,使之具有自感知、自适应、自愈合能力,从而实现摩擦学行为的智能控制。介绍皮肤自感知、关节自感知、消化道自适应和表皮自愈合等人体表面智能性,触屏自感知表面、损伤自感知表面、摩擦自感知表面和触压自感知表面等自感知表面创新,自适应表面变色、自适应调光涂层、自适应疏水涂层、自清洁除尘表面、自适应隐身表面、自硬化耐磨表面和自减摩超滑表面等自适应表面创新,植物自愈合、自愈合聚合物膜、自愈合导电皮肤、自愈合离子皮肤、自修复防腐涂层、自愈合蛋白质体、自愈合关节软骨和自愈合磨损划痕等自愈合表面创新。以往的表面工程是对材料表面强化以提高其物理、化学、力学性能的技术和方法,而智能表面工程则是赋予材料表面自润滑、自抗磨、自耐蚀、自修复等功能的智能表面技术和方法。未来的智能装备离不开摩擦智能,摩擦智能必须有智能表面。智能表面制造须要深入研究仿生科学与表面工程技术交叉融合,因此在摩擦学、仿生学、低碳学等领域尚有许多需要探索的关键理论和技术问题,一旦取得突破,将促进智能表面工程领域的显著进步。可以预见,摩擦智能表面工程将支撑智能装备制造技术的发展,创造出更快、更强、更稳的机械系统;仿生智能表面工程将使机器人更智能地实现对自身运动的感觉、对空间的感知和对外部刺激的反应;低碳智能表面工程将降低摩擦系统能耗、减少建筑领域碳排放,从而使摩擦学及表面工程研究与人类命运共同体紧密结合在一起。

中国塑性成形技术和装备30年的重大突破与进展

摘要: 1994以来的30年, 在国家重大需求的强劲牵引下, 我国塑性成形技术与装备取得举世瞩目的巨大成就, 研制出一大批世界第一的成形装备, 实现了三大技术跨越, 形成了规模最大的研究队伍, 我国塑性成形技术总体水平进入世界先进国家行列, 多个单项技术和装备达到国际领先水平。选择了其中8项最具代表性成果, 并介绍其在塑性工程理论和技术上取得的重大突破以及对国家重大装备研制的突出贡献, 分析了我国塑性成形技术与国际领先水平的差距。最后对我国塑性成形技术发展将呈现出的“三超两高” 五大发展趋势进行了展望。

论我国重大技术装备轴承的自主安全可控

摘要:重大技术装备轴承的自主安全可控是国家重视,社会关注的“国之大者”,是我国轴承行业的第一要务,我国轴承行业也为此付出了艰辛的努力。“十三五”完成了一批重大技术装备轴承的开发,“十四五”期间,重大技术装备轴承的研发→工程化→产业化任重而道远。阐述了重大技术装备轴承7 种标志性产品的关键技术,市场需求,开发的重点、难点,以期推动这些高端轴承的开发,从而加快实现我国重大技术装备轴承自主安全可控的进程。

增材制造原位表征:同步辐射超快X射线成像与衍射技术应用

摘要:同步辐射技术作为揭示增材制造过程中多尺度物理冶金行为的“超级显微镜”,为破解增材制造“黑箱”过程提供了革命性的研究手段。本文系统综述了同步辐射在增材制造原位表征领域的应用进展:在成像方面,高时空分辨超快X 射线成像技术实现了增材制造熔池、缺陷及凝固过程动态演化行为的原位观测,揭示了匙孔波动诱导气孔、马兰戈尼(Marangoni)力驱动缺陷消除等关键机理;在衍射方面,超快X 射线衍射技术定量解析了增材制造快速凝固过程中的相变动力学与残余应力演变规律。进一步,本文探讨了同步辐射原位表征技术与人工智能、多物理场模拟联用的未来发展方向,并展望了其在增材制造工艺优化、缺陷智能检测及新材料开发中的应用潜力,指出该技术为推动增材制造从经验试错向机理驱动转型提供了理论基础与技术途径。

陶瓷增材制造技术在催化剂载体领域的研究进展

摘要:陶瓷增材制造技术通过高精度结构设计与多材料一体化成型,为催化领域提供了从载体定制到活性位点精准调控的新方法。基于陶瓷增材制造技术制备的催化剂载体具有更高的传质效率、自由成型的几何形态、优异的热稳定性,在降低成本的同时,推动了绿色能源发展。本文综述了应用于陶瓷催化剂载体的四种主要增材制造技术,包括墨水书写成型技术、立体光固化成型技术、数字光投影技术和熔融沉积技术,概述了四种常见的催化剂载体陶瓷体系,总结了陶瓷增材制造技术制备不同类型陶瓷催化剂载体的研究现状,着重讨论了在汽车尾气处理、脱硝处理、化学合成、固体氧化物燃料电池、太阳能热化学循环反应等不同应用场景下催化剂载体的研究进展,最后,对陶瓷增材制造催化剂载体所面临的关键挑战与未来发展方向进行了展望。未来研究应重点围绕新型多功能陶瓷材料体系开发、高精度与多尺度结构协同设计、活性位点与传质行为的耦合调控以及绿色低能耗成型与后处理工艺展开,以推动陶瓷增材制造催化剂载体在能源转化与环境催化等领域的规模化应用。

面向智能响应的多功能机械超材料设计与应用

摘要:机械超材料通过结构单元拓扑设计、多材料配合与尺度协同设计,使材料在宏观层面获得超越天然材料的力学性能调控能力,为突破自然材料约束提供了新思路,在航空航天、深海探测和智能装备等领域具有广阔的应用前景。近年来,随着物理原理创新、设计方法优化和制造方法升级,机械超材料正由单一性能设计,向多功能集成、可编程响应与外场调控方向演进。多功能机械超材料不局限于实现低频减振、负泊松比、各向异性等单一性能,还能通过结构重构实现力-位移曲线、泊松比和波传播行为的动态调节,打破了机械超材料设计后性能固定的局限性。本文系统回顾了面向智能响应的多功能机械超材料的研究进展与发展趋势,重点聚焦准零刚度、负泊松比、带隙调控等功能的机械超材料实现可编程设计与外场驱动多模态的研究现状,并对该项技术的未来发展趋势提出了设想,包括研究应聚焦于高效集成的单胞设计、多物理场耦合下的原位调节模拟与精确设计,基于新型物理机制、智能材料与先进制造技术推动机械超材料从被动设计走向主动智能,实现其在复杂工况下的广泛应用。

电弧增材制造技术研究进展

摘要:电弧增材制造具有成形效率高、环境适应性强、加工成本低、装备操作简单等优势,已成为大型金属结构件成形的先进技术,对推动新材料的高质量发展具有重要作用。但由于电弧增材过程涉及电弧传质传热行为、熔覆金属的动力学行为、合金化控制等复杂物理化学过程,结构件的成形和性能的控制较为困难。本文从技术分类、硬件系统、软件系统、成形控制和性能优化等方面总结了国内外电弧增材的相关研究进展,系统梳理了电弧增材型件的控形控性策略,并对该技术的未来发展趋势进行展望,旨在为该领域的后续研究与工程应用提供有益参考。

超高速激光熔覆研究现状与进展

摘要:超高速激光熔覆作为一项新兴技术,具有高效率、无污染、低孔隙率、小热影响区、低稀释率等优异特点,显著提高了普通激光熔覆技术所制备涂层的性能,并拓宽了其应用领域。鉴于超高速激光熔覆的优势,本文首先介绍了超高速激光熔覆不同于普通激光熔覆的技术特点和基本原理,围绕其主要工艺参数对涂层形貌、微观组织和性能的影响进行了总结,之后从粉末运动和熔覆过程两方面介绍了超高速激光熔覆数值模拟,介绍了超高速激光熔覆涂层质量监控与控制现状,并对超高速激光熔覆制备的涂层材料体系进行了重点论述。大量研究表明超高速激光熔覆制备的涂层性能在极低的稀释率和晶粒细化的共同作用下优于普通激光熔覆。随后对超高速激光熔覆制备涂层的常见缺陷进行了概括,最后对超高速激光熔覆已有的应用和未来可能的发展方向进行了展望。

多功能超滑涂层的研究进展

摘要: 在漫长的进化历程中,自然界的生物演变出诸多独特结构,为科技发展提供了源源不断的灵感。其中,荷叶表面呈现的疏水特性极大地激发了研究人员对表面湿润性领域的深入探究。为进一步解决超疏水涂层在极端条件下(如机械磨损、化学腐蚀和温度变化)可能失效的固有缺陷,润滑油被引入其表面,从而制备出高性能的超滑涂层。结合国内外相关研究,综述超滑表面在防腐蚀、除冰霜及耐磨损3个功能方向的研究进展。最后,针对超滑涂层面临的磨损与老化问题,以及如何提高其耐久性与使用寿命等当前挑战,进行了总结与展望。