智能制造技术团队

团队简介：

湖北工业大学智能制造团队重点针对智能制造、制造业信息化、工业工程、金属材料精密制造领域的理论和实际问题，开展数字孪生、工业互联网、车间调度、系统仿真、PDM/ERP/MES、金属材料加工与处理研究，在智能制造方向形成了离散制造生产线的工艺设计、仿真、调度优化，及金属材料残余应力处理等方面的优势与特色。

团队固定人员共有18人，其中教授4人，包括“南湖学者”获得者宋庭新、“全国钢铁行业最美青工”获得者薛欢、“楚天学子”获得者李西兴，另有副教授、讲师、博士后研究员等科研人员组成。现有在读研究生48名。先后获得了国家“863”计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、国防科研项目、全国钢标准化技术委员会国家标准项目、湖北省科技厅、湖北省交通运输厅、湖北省科技支撑计划等的资助项目30余项，具有从事智能制造、工业工程、金属材料等领域理论及应用研究的优异研究条件。

近五年研究团队已发表论文200余篇，包括《IEEE Trans. UFFC》、《Smart Mater. Struct》、《Materials Science and Engineering: A》、《Journal of Manufacturing Systems》、《Computers & Industrial Engineering》、《中国机械工程》、《计算机集成制造系统》等。研究成果获得湖北省科技进步奖（第1单位）、湖北省科学技术发明奖（第1单位）、湖北省社会科学优秀成果奖（第1单位）等。

成员介绍

负责人：

盛步云，教授、博士生导师，“十三五”国家重点研发计划项目首席专家，教育部智能制造重点实验室（华中科技大学）访问学者，加拿大多伦多大学高级访问学者，湖北省跨世纪青年学术骨干，湖北省和武汉市标准化专家委员会成员和标准化协会会员，中国机械工程学会高级会员，中国机械工程学会设计分会理事，国家科技部、教育部、工信部、湖北省等多省市智能制造领域科技项目评审专家。2016年作为项目负责人主持了科技部“十三五”计划首批国家重点研发计划项目“基于3D打印的智慧云服务平台关键技术研究与应用示范”，2019年获批工信部2019年工业互联网创新发展工程--基于工业互联网平台的生产线数字孪生系统。先后承担或参加了国家自然基金、国家“863”计划、湖北省重大科技攻关等几十项项目的研究，获科技奖励3项，拥有发明专利2项，软件著作权登记30余项。在《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》、《计算机集成制造系统》等国内外重要刊物发表学术论文150余篇，其中SCI/EI检索30余篇，出版《数字化协同与网络交互设计》、《大数据时代的产品智能配置理论与方法》等学术著作。

院团队负责人：

成员：

主要科研成果及项目

团队照片展示

科研成果

1.基于Web的三维轻量化建模技术及软件

针对Web环境下对三维模型数据轻量化，以及多感知人机自然交互三维建模的需求，采用角度法与弦高法相结合的点云实时去噪算法、多视角点云在线快速配准算法等方法，对三角网格模型进行重构，实现了对三维模型数据的轻量化处理。在此基础上，利用数位板等硬件设施，实现了Web环境下三维模型的多感知快速交互式建模。通过构建包含向量的参数方程，实现了三维轻量化模型的装配特征参数化表达，空间位姿感知与装配约束施加，实现了基于Web的三维轻量化模型智能装配。最后，完成了对多感知人机交互设备接入云服务器方法的分析与研究，建立了多感知人及自然交互建模原型系统，并开发了基于Web的三维轻量化建模软件。成果成功应用于湖北嘉一三维高科公司的DD打印网，实现了文创产品3D打印过程中大众参与的协同创意设计。

多视角三维点云数据在线快速配准及轻量化处理效果

基于Web的协同手绘交互式建模效果

基于Web的三维轻量化建模软件界面以及建模效果

2.面向数字孪生的汽车生产线数字化工艺设计和仿真技术

针对当前汽车生产线工艺设计和仿真过程大多基于设计人员经验和能力，缺乏系统性的理论与方法指导，难以适应生产线设计向智能化发展的问题，通过对生产线构建4D-MBD模型，收集并存储全生命周期中的各类数据，并在此基础上，结合基于BOM的工艺设计任务的工作分解结构，实现对设计任务的智能分配。在3D设计过程中，通过在设备4D-MBD模型中预定义的装配特征及装配特征组，结合构建的装配规则和知识模型，实现基于空间位姿感知的智能装配。在仿真过程中，通过构建“3D模型+逻辑+数据”的仿真模型，实现了总装线工艺仿真过程的参数化运行。成果成功应用于东风设计研究院有限公司，极大提高了汽车生产线工艺设计和仿真过程的效率和质量。

设计任务分配功能

生产线设备模型快速布局功能

生产线运动仿真功能

3.压电无线供能系统的能量传递规律及控制方法

针对智慧制造对能量的无线无源传感方式的迫切基础需求及传感器无线供能的问题，通过跨越结构与电路之间的非线性间歇性连接界面，建立了压电俘能/储能系统的耦合动力学模型，提出结构与电路交互作用的时域多尺度算法，阐明了主动界面对极化电荷的调控机理及其对俘获能量的传递规律，解决了振动结构与电路时间尺度耦合及能量传递问题。通过设计俘能结构的轴力调频构型，建立了主/偏场耦合的压电结构动力学方程，揭示了偏场诱导和预应力引起的系统频率漂移机理，解决了频率失配、定频输出、主/被动调频的问题。基于自主提出的具有宽频特征的压电阵列构型设计了宽频压电俘能器，克服了窄频带问题，提高了俘能器的稳定性和自适应性。发表“Broadband piezoelectric energy harvesting devices using multiple bimorphs with different operating frequencies”高被引论文，引用230余次。

智慧制造无线供能策略

基于主/偏场耦合的偏场调频机理

具有宽频特征的压电阵列构型

4.金属材料残余应力精确测试及调控技术

针对大型金属材料残余应力导致的板型缺陷、扭曲变形、焊接翘曲、延迟开裂等问题，通过自主研发专用、高效的应变片及残余应力测试试验装备，采用对材料进行表面处理、应变片粘接、焊接等方法，从单向、双向和三向对残余应力进行全释放，实现了高低速钻兼顾的高精度残余应力测试。通过自主开发的专用炸药及爆炸工艺，利用可控爆炸消除大型结构残余应力，实现了残余应力的调控，并基于深度神经网络开发了金属残余应力调控数据系统。相关成果获授权专利22项，系列中英文应力测试国家标准4项，并成功应用于铁道、炼钢、水电、石油、制铝等行业，创造经济效益3295万余元。

高精度残余应力测试方法

图2 新疆托海水电站钢岔管应力调控    图3 高速百米重轨应力调控

图4抚顺石油二厂吸收塔              图5 武钢二热轧超高强钢制造

行业应用

5.航空装备舰面保障设备预防性维修分析与仿真系统

本成果针对航空保障装备维护维修与健康管理问题，运用离散系统仿真模型计算航空保障装备使用强度，评价实战化要求下舰面保障设备故障风险，针对设备开展故障模式及影响分析；采用威布尔分布和大数据分析方法，确定预防性维修时间、维修范围和维修等级；开发航空装备舰面保障设备预防性维修分析与仿真系统，应用多智能体建模仿真方法，对航空保障装备维修保障体系进行仿真验证和评估，在国防领域得到推广和应用。

航空装备舰面保障设备风险评估仿真

航空装备舰面保障设备维修管理与仿真系统

6.面向多数据源的数据能力平台

不同信息系统数据来源不同，而将多数据源的数据进行集成、分析、处理是企业信息化中重要的课题。本成果针对上述问题提供了多源数据的接入、分析、预测、数据服务等工具集，从实时数据的接入、分发到离线数据的存储、分析都有相应的组件。平台的核心组件包括：数据集成工具、数据流配置工具、调度器、数据仓库建模工具、低代码的AI工具等。本成果可适用于企业信息系统集成、制造企业物联网数据处理等领域。

多源数据处理

多源数据资产集中管控

低代码的AI算法工具