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本成果提出了基于零件批量加工數(shù)據(jù)分析的加工工藝與流程優(yōu)化，主要包括零件加工過程的工藝數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)算法、基于數(shù)據(jù)和機(jī)理模型相結(jié)合的零件加工精度預(yù)測、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的零件加工工藝優(yōu)化與決策、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的零件批量加工工藝優(yōu)化方法驗(yàn)證這四方面。以下是各方面具體對應(yīng)內(nèi)容： 1）零件加工過程的工藝數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)算法：在數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)算法方面，搭建了軸類零件全流程加工工況數(shù)據(jù)實(shí)時采集硬件平臺，實(shí)現(xiàn)對加工力、加工振動、主軸電流等工況數(shù)據(jù)的實(shí)時在線獲取。 2）基于數(shù)據(jù)和機(jī)理模型相結(jié)合的零件加工精度預(yù)測：在航空薄壁件加工精度預(yù)測方面，對復(fù)雜曲面加工過程混合建模與全流程加工精度預(yù)測等理論開展了深入研究工作；建立了零件單工序/多工序加工精度預(yù)測混合驅(qū)動模型，實(shí)現(xiàn)了加工精度的高效高精預(yù)測。 3）基于機(jī)器學(xué)習(xí)的零件加工工藝優(yōu)化與決策：在軸類零件全流程加工工藝優(yōu)化與決策方面，圍繞隱馬爾可夫決策過程、遺傳算法等理論開展了理論研究工作，結(jié)合軸類零件加工過程開展了優(yōu)化工作；提出了加工參數(shù)自適應(yīng)調(diào)控聯(lián)合決策方法。 4）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的零件批量加工工藝優(yōu)化方法驗(yàn)證：構(gòu)建加工數(shù)據(jù)庫1套，包含機(jī)床設(shè)備、加工刀具、加工參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)等四種類型數(shù)據(jù)。開發(fā)全流程加工智能推理軟件1套（部署于中航發(fā)南方公司柔軸車間），實(shí)現(xiàn)航軸全流程質(zhì)量數(shù)據(jù)感知與工藝優(yōu)化，其中全流程誤差建模與分析模塊實(shí)現(xiàn)了端到端的零件加工質(zhì)量智能推理，可以用于工藝設(shè)計(jì)與現(xiàn)場預(yù)先感知，加工過程工藝數(shù)據(jù)挖掘模塊實(shí)現(xiàn)基于批量數(shù)據(jù)的多工序誤差流分析，實(shí)現(xiàn)后續(xù)工序加工誤差推理，加工過程工藝優(yōu)化與智能決策模塊實(shí)現(xiàn)了零件多工序加工質(zhì)量數(shù)據(jù)推理與給定期望指標(biāo)下的加工參數(shù)優(yōu)化。 圖1 本成果對應(yīng)功能結(jié)構(gòu)示意圖 【技術(shù)優(yōu)勢】 圍繞航空領(lǐng)域制造的加工質(zhì)量問題，開展基于制造過程數(shù)據(jù)的工藝全流程智能決策技術(shù)與系統(tǒng)的研發(fā)，初步實(shí)現(xiàn)工藝與制造過程的智能控制。在數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)算法、航空薄壁件加工精度預(yù)測、軸類零件全流程加工工藝優(yōu)化與決策、零件全流程加工質(zhì)量智能推理與優(yōu)化、智能加工產(chǎn)線智能決策技術(shù)應(yīng)用與推廣等多個方面實(shí)現(xiàn)了突破，具有顯著的理論價值與應(yīng)用價值。 規(guī)范制定方面，研究了薄壁件加工誤差產(chǎn)生的深層機(jī)理，構(gòu)建了批量零件加工過程中誤差傳遞的理論模型，探究了機(jī)床、夾具、刀具、加工參數(shù)全方位、多層次的因素對于零件加工誤差產(chǎn)生的影響規(guī)律，提出了零件加工工藝與流程優(yōu)化策略，形成制定面向航空發(fā)動機(jī)大長徑比軸類零件的決策規(guī)范，規(guī)定軸類零件全流程加工過程中機(jī)床、刀具、裝夾、加工參數(shù)四個方面的具體要求。通過中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系管理系統(tǒng)制定、修改、審批，形成《航空發(fā)動機(jī)軸類零件加工工藝優(yōu)化與決策技術(shù)規(guī)范Q/2B 1586—2022》。 軟件開發(fā)方面，將上述理論成果進(jìn)行高度集成，開發(fā)了零件全流程加工智能推理優(yōu)化軟件（MIO軟件）。軟件集成了四大功能模塊，包括加工工藝數(shù)據(jù)庫、全流程誤差建模與分析、加工過程工藝數(shù)據(jù)挖掘、加工工藝優(yōu)化與智能決策。相關(guān)知識與優(yōu)化規(guī)則形成權(quán)。全流程加工智能推理優(yōu)化軟件以及知識庫軟件通過第三方測評，測評機(jī)構(gòu)具備MA與CNAS認(rèn)證資質(zhì)，最終形成《零件全流程加工智能推理優(yōu)化軟件第三方測試報告》、《智能加工產(chǎn)線工藝全流程智能決策工藝知識庫軟件第三方測試報告》。 應(yīng)用驗(yàn)證方面，結(jié)合航空發(fā)動機(jī)制造具體需求，將相關(guān)成果應(yīng)用到某型號航空發(fā)動機(jī)軸類零件（動力渦輪傳動軸）加工生產(chǎn)中。將零件全流程加工智能推理優(yōu)化軟件部署在航軸加工車間，在驗(yàn)證產(chǎn)品的加工設(shè)備上部署了數(shù)據(jù)采集裝置，實(shí)時采集加工過程數(shù)據(jù)，集成企業(yè)工藝資源數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品數(shù)字化檢測系統(tǒng)，獲取機(jī)床、夾具、刀具、產(chǎn)品質(zhì)量等信息，構(gòu)建了加工工藝數(shù)據(jù)庫，開展了航軸加工工藝分析、現(xiàn)場加工質(zhì)量預(yù)先感知、加工工藝與流程優(yōu)化、現(xiàn)場實(shí)際加工驗(yàn)證等工作。通過南方公司現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證，零件次品率平均降低54.53%。（2019年至2020年優(yōu)化前，次品率為8.38%；2021年6月至2022年5月優(yōu)化后，次品率為3.81%）。相關(guān)應(yīng)用驗(yàn)證通過了中國航發(fā)南方公司的效果認(rèn)定，并形成用戶報告。 【技術(shù)指標(biāo)】 1）采用機(jī)理模型/有限元仿真技術(shù)獲取切削力/熱/柔度/加工誤差數(shù)據(jù)集，構(gòu)建代理模型實(shí)現(xiàn)了切削過程的毫秒級預(yù)測，切削過程關(guān)鍵物理量的預(yù)測時間優(yōu)于10毫秒。 2）建立了機(jī)理模型與小樣本工況數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的預(yù)測模型不確定分析與量化模型，提出了貝葉斯框架下的不確定校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)了加工誤差快速（毫秒級）精準(zhǔn)（偏差小于5微米）預(yù)測。 3）提出了航軸加工質(zhì)量狀態(tài)估計(jì)方法，建立了現(xiàn)場多源數(shù)據(jù)信息串聯(lián)模型，基于隱馬爾科夫的決策模型，實(shí)現(xiàn)工序間感知平均誤差控制在9.21%內(nèi)。 4）建立了加工次品率與加工參數(shù)約束集間雙向映射互通模型，首次提出了基于隱馬爾科夫模型與遺傳算法的聯(lián)合決策方法框架，聯(lián)合決策優(yōu)化框架保證次品率降低優(yōu)于50%。

激光在芯片上光互連上的應(yīng)用就直接要求激光器的特征尺度接近電子器件，并且其功耗要小于成熟的電互聯(lián)，應(yīng)約在10飛焦每比特量級。激光器的功耗與其尺度呈正相關(guān)的關(guān)系，10飛焦每比特量級的功耗直接要求激光器的模式體積要小于約0.02個波長立方。

人樣安全激光測距技術(shù)主要應(yīng)用于大氣層內(nèi)的長距離高精度激光測距，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括火控系統(tǒng)，激光雷達(dá)，目標(biāo)跟蹤，測高儀。

海岸灘涂及淺海地區(qū)海陸地形測量是海洋測繪的難點(diǎn)區(qū)域，小型化機(jī)載測深激光雷達(dá)作為該領(lǐng)域的高端裝備，一直被美國、加拿大等國家壟斷，進(jìn)口價格昂貴，且長期對中國禁運(yùn)。無人機(jī)載激光雷達(dá)可提高水域、海陸交界和陸地地表的聯(lián)合探測能力，可同時實(shí)現(xiàn)高效、高精度測量水下及陸表目標(biāo)區(qū)域三維地形。

激光增材制造(Laser Additive Manufacturing，LAM)技術(shù)是近20年來信息技術(shù)、新材料技術(shù)與制造技術(shù)多學(xué)科融合發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)。增材制造依據(jù)CAD數(shù)據(jù)逐層累加材料的方法制造實(shí)體零件，其制造原理是材料逐點(diǎn)累積形成面，逐面累積成為體。這一成形原理給制造技術(shù)從傳統(tǒng)的宏觀外形制造向宏微結(jié)構(gòu)一體化制造發(fā)展提供了新契機(jī)。激光增材制造（LAM）系統(tǒng)由五個子系統(tǒng)組成：（1）激光加熱系統(tǒng)；（2）工作臺及數(shù)控系統(tǒng)；（3）同軸供粉系統(tǒng)；（4）惰性氣體保護(hù)箱（手套箱）；（5）循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。 激光增材制造的產(chǎn)品和零件可以不受形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及尺寸大小的限制。擺脫了傳統(tǒng)“去除”加工法的局限性，可以生產(chǎn)傳統(tǒng)方法難以加工或不能加工的形狀復(fù)雜的零件。可成形材料有碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、銅合金、復(fù)合陶瓷等。可廣泛應(yīng)用于航空航天、人工假體、國防工業(yè)和機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品的制造。

自激光問世以來，各種激光器在軍用武器與裝備、民用等領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，激光致盲武器、防空激光武器、大型激光攻擊武器、激光制導(dǎo)、激光測距儀、激光目標(biāo)指示器、激光瞄準(zhǔn)儀、激光雷達(dá)等各種激光武器和激光軍用設(shè)備在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭中，發(fā)揮著重要的作用。其中激光致盲武器是目前各種軍事裝備（如飛機(jī)、坦克、艦艇）和步兵已普遍實(shí)用的一類攻擊型武器，由于激光的能量

激光金屬直接制造( LMDM)技術(shù)是快速成形技術(shù)與激光熔覆技術(shù)結(jié)合集成的先進(jìn)制造技術(shù)之一。一個三維零件圖，通過激光熔化同軸送粉噴嘴輸送的金屬粉末，在基材上逐層累加直接形成具有優(yōu)良機(jī)械性能的金屬零件。激光金屬直接制造(LMDM)系統(tǒng)由五個子系統(tǒng)組成：(1)激光加熱系統(tǒng)；(2)工作臺及數(shù)控系統(tǒng)；(3)同軸供粉系統(tǒng)；(4)惰性氣體保護(hù)箱（手套箱）；(5)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。I000WNd:YAG激光器，既可連續(xù)輸出又可脈沖輸出激光，輸出功率：1000W；波長：1064nm；峰值功率：2000W；頻率100～1000Hz（連續(xù)、正弦、方波）；光斑直徑：0.50～1.00mm。

已有樣品/n激光柱面干涉儀主要用于柱面光學(xué)零件面形誤差的檢測和柱面半徑的精確測定， 它采用立式檢測結(jié)構(gòu)， 調(diào)試操作方便， 并裝有干涉條紋顯示系統(tǒng)， 是今后光學(xué)柱面鏡加工與檢測的必備測試儀器。

  距離的高精度實(shí)時測量在現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣,工件的表面輪廓目標(biāo)物體的相對位置、形狀描述等都離不開距離的高精度測量,非接觸、小型化、數(shù)字化、智能化成為距離測量系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。隨著數(shù)字信號處理器(DSP)功能越來越強(qiáng),光電耦合器CCD的日益普及,使符合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)要求的非接觸高精度在線距離測量系統(tǒng)的研制成為可能。    技術(shù)原理與工藝流程:    光學(xué)三角法檢測技術(shù)。光學(xué)三角法的測量原理就是使發(fā)光元件所發(fā)出的光束照射在被測物體表面上并被反射,部分反射光成像在位置敏感元件表面上(如CCD,PSD等),通過檢測光斑在敏感表面上的位置,由幾何關(guān)系即可計(jì)算出被測物體的距離。這類位移測量儀的基本組成是激光器、物鏡、光電接收器、信號處理及測量顯示系統(tǒng)。    圖像中心位置的識別算法。這是非接觸測量技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù),當(dāng)激光照射在被測物體表面散射,經(jīng)透鏡會聚在cCD表面成像,所成像的模擬信號經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(AD)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號處理器可以處理的數(shù)字信號后,要經(jīng)過圖像中心位置識別算法的處理確定所成像的中心點(diǎn)位置,根據(jù)激光三角法原理,由所成像的中心點(diǎn)位置就可以求出相應(yīng)的被測量物體的距離信息。    為了保證系統(tǒng)可靠性和提高測量精度,用查表與細(xì)分相結(jié)合的方法根據(jù)線性CCD上像點(diǎn)的位置確定目標(biāo)物體的距離。    主要技術(shù)性能指標(biāo)：    測量范圍:50mm；    測量儀與被測物體距離:80mm；    測量精度:在全部測量范圍內(nèi),不小于01mm；    分辨率:25微米；    測量頻率:1KH    技術(shù)水平及用途：    在工業(yè)生產(chǎn)中有很多生產(chǎn)指標(biāo)和工藝參數(shù)要實(shí)現(xiàn)測量和控制,非接觸距離測量可以為生產(chǎn)的調(diào)度指揮和工藝參數(shù)的監(jiān)測提供準(zhǔn)確、可靠、快捷的信息,是一種應(yīng)用范圍很廣和非常有潛力的測量技術(shù)。    應(yīng)用行業(yè):1.教育2制造業(yè)