高端新材料智能制造与应用

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第1章 高端新材料制造概述 001 1.1 材料制造技术的分类 002 1.2 高端新材料制造的特征 002 1.2.1 材料的高性能制造 003 1.2.2 复杂构件的整体化、大型化与轻量化制造 004 1.2.3 材料、结构与工艺的一体化制造 006 1.2.4 高端构件的低成本绿色制造 006 1.3 传统研发模式遇到的问题与挑战 007 1.4 制造业数字化与人工智能技术的发展现状 009 1.5 数据驱动的材料智能制造研发模式的变革与机遇 010 1.6 本书的主要内容 012 参考文献 013 第2章 高端新材料智能制造共性关键技术 015 2.1 概述 016 2.2 面向工程应用的基础数据库与数据库技术 017 2.2.1 技术内涵 017 2.2.2 国内外发展现状 019 2.2.3 问题与挑战 026 2.2.4 发展思路与方向 028 2.3 高端新材料成形智能设计技术 029 2.3.1 实验数据驱动的材料成形智能设计 029 2.3.2 集成计算驱动成形智能设计 034 2.3.3 工业大数据驱动成形智能设计 040 2.4 高端新材料成形过程在线检测与智能感知技术 045 2.4.1 传感器与在线检测技术 045 2.4.2 高端新材料智能感知技术 057 2.4.3 发展思路与方向 065 2.5 高端新材料智能成形过程预测与控制技术 067 2.5.1 工业信息物理系统 067 2.5.2 数字孪生系统 072 2.5.3 工业大数据与人工智能 076 2.5.4 典型应用案例 080 2.5.5 发展思路与方向 086 2.6 高端新材料智能成形系统 087 2.6.1 技术内涵 087 2.6.2 国内外发展现状 090 2.6.3 典型应用案例 094 2.6.4 发展思路与方向 101 2.7 高端新材料智能成形技术存在的问题与发展趋势 102 参考文献 104 第3章 高端新材料智能铸造成形与应用 109 3.1 智能铸造技术体系 110 3.2 铸造工艺智能设计技术 111 3.2.1 浇冒口系统自动设计与优化技术 111 3.2.2 数据驱动铸造工艺设计与优化技术 115 3.2.3 铸造热物性参数数据库构建及参数反求技术 118 3.3 铸造成形过程控制技术 120 3.3.1 多源异构数据变频柔性采集技术 120 3.3.2 复杂工序下多源异构数据在线智能感知技术 122 3.3.3 铸件内部缺陷/力学性能/组织成分在线预测与控制技术 125 3.3.4 异步工序质量在线协同调控技术 127 3.3.5 智能铸造数字孪生系统 128 3.4 智能化铸件质量控制技术 131 3.4.1 X射线内部缺陷智能检测技术 131 3.4.2 可见光表面缺陷智能检测技术 136 3.4.3 蓝光外观尺寸变形智能检测技术 137 3.4.4 铸造质量大数据分析系统 140 3.4.5 铸造决策分析与支持系统 142 3.5 智能铸造产线、智能工厂与数字化管理系统 145 3.5.1 高端新材料智能铸造成形装备 145 3.5.2 高柔性高集成的铸造EMPS智能系统 148 3.5.3 铸造车间智能排产调度系统—APS系统 150 3.6 典型应用 153 3.6.1 航空领域：钛合金熔模精密铸造应用案例 153 3.6.2 航天领域：高温合金铝合金熔模精密铸造应用案例 155 3.6.3 轨道交通领域：特种铸铁铸钢熔模精密铸造应用案例 157 3.6.4 兵器领域：铝合金精密铸造应用案例 161 3.7 政策与措施建议 162 参考文献 163 第4章 高端新材料智能锻造成形与应用 169 4.1 智能锻造技术体系 170 4.2 智能锻造关键技术 171 4.2.1 锻造过程宏微多场智能在线监测技术 171 4.2.2 基于数据与机理的锻造工艺规划与决策技术 174 4.2.3 锻造成形-组织-性能智能模拟计算方法 175 4.2.4 智能锻造协同控制技术 175 4.2.5 存在问题与挑战 177 4.2.6 发展思路与重点方向 178 4.3 锻造大数据与软件技术 179 4.3.1 概念与内涵 179 4.3.2 国内外发展现状与趋势 181 4.3.3 存在问题与挑战 184 4.3.4 发展思路与重点方向 184 4.4 智能锻造系统 185 4.4.1 概念与内涵 185 4.4.2 国内外发展现状与趋势 186 4.4.3 存在问题与挑战 191 4.4.4 发展思路与重点方向 191 4.5 典型应用 192 4.6 政策与措施建议 193 参考文献 193 第5章 高端新材料智能增材制造与应用 197 5.1 智能增材制造技术体系 198 5.1.1 智能增材制造的必要性 198 5.1.2 智能增材制造概要与技术体系 201 5.2 智能增材制造共性关键技术 204 5.2.1 面向增材制造的结构设计技术 204 5.2.2 高精度多尺度仿真模拟技术 208 5.2.3 在线监测与智能反馈技术 214 5.2.4 机器学习与大数据技术 221 5.2.5 高通量/多材料增材制造技术 231 5.2.6 智能工厂技术 236 5.3 智能增材制造核心软件与成套装备 239 5.3.1 核心工业基础软件 239 5.3.2 成套装备 249 5.4 增材制造专用高端新材料研发 258 5.4.1 增材制造专用高端新材料研发概述 258 5.4.2 增材制造专用高性能金属结构材料研发现状 260 5.5 智能增材制造工程应用案例 271 5.5.1 我国北航大型钛合金整体叶盘智能增材制造技术 271 5.5.2 美国Relativity Space公司智能3D打印装备技术 272 5.5.3 美国Optomec公司叶片自动修复制造技术 273 5.5.4 德国Fraunhofer智能增材制造虚拟实验室 275 5.6 政策建议 276 参考文献 277