世界经济竞争格局正在发生深刻变化，主要发达国家都提出“再工业化”战略，并推出依靠科技创新重振制造业的重大举措，新一轮工业革命正在深化。制造业数字化智能化是新的工业革命的核心技术：一方面，它是实现机械产品创新的共性使能技术，使机械产品向“数控一代”和“智能一代”发展，从根本上提高产品功能、性能和市场竞争力;另一方面，它也是制造技术创新的共性使能技术，使制造业向数字化智能化集成制造发展，全面提升产品设计、制造和管理水平，延伸发展制造服务业，深刻地改革制造业的生产模式和产业形态。今后20年是我国由“制造大国”到“制造强国”转变的战略机遇期;中国制造业的跨越式发展已经具备良好的条件，在“制造业数字化智能化”方面应该而且可能实现战略性的重点突破、重点跨越，为中国的现代化建设作出历史性的贡献。
以坐标测量机端面距离测量为例,全面分析测量全过程中影响测量结果不确定度的主要因素,建立坐标测量机测量端面距离的不确定度数学模型;利用蒙特卡罗数值模拟方法进行仿真,得到被测参数的测量不确定度,给出了完整的测量结果,提升了坐标测量机的应用价值。将蒙特卡罗模拟方法评定结果与测量不确定度表示指南给出方法评定的结果进行比较,可以看出应用蒙特卡罗模拟方法对于评定复杂模型测量不确定度更方便、高效。
为了分析非圆齿轮行星轮系引纬机构的运动学特性并获得一组较优的参数，建立了该机构的运动学分析模型，基于Visual Basic 6.0平台编写了该机构的辅助分析与运动仿真软件，分析了几个重要参数对机构中非圆齿轮节曲线的影响，得到了一组较优的机构参数。对该组参数下的引纬机构进行运动仿真分析，在相同筘幅和织机主轴转速条件下，对非圆齿轮行星轮系引纬机构和TT96剑杆织机引纬机构的运动学特性进行了比较，结果表明非圆齿轮行星轮系引纬机构具有较小的最大速度值和最大加速度值，能够满足引纬要求。
提出了盾构机关键零部件的一种快速设计方法。首先创建一个互动的设计环境，结合盾构设计和施工的经验，以及相关的实验数据，快速建立两种及以上刀盘及驱动装置虚拟样机模型。然后对不同结构的零部件及整机进行仿真分析并比较,从而得到合理的结构。最后通过虚拟操控，检查各运动部件的干涉情况并进行改进。快速设计的使用降低了技术人员经验造成的影响，提高了刀盘及其驱动的设计效率和设计质量,产品开发周期缩短了30%以上。
经典的三次设计方法基于产品的简单质量结构假设对零部件进行单个独立设计,对零件间的层次与交叉关系进行了不恰当忽略。针对三次设计的这一缺陷，提出了一种新的基于质量结构框架的自上而下的产品稳健设计模型。从顾客对产品的质量需求出发，依据产品的功能结构关系建立产品质量结构框架（图）;把产品质量结构框架（图）作为设计路线，自上而下进行产品的质量目标分解，将产品总体质量目标分解到各组成零件;分别依据产品各零件的质量指标进行参数和容差设计，且注重解决质量因素间的层次性与交叉性的影响问题。应用案例验证了这一新的设计方法、模型与算法的可行性和有效性。
在涂布机工作中，逗号刮刀的挠度调节对产品的质量有重要影响，但现有人工调节技术存在精度差和效率低等不足。基于挠度调节理论和非线性控制方法的耦合，提出一种基于平衡位置的线性调节方法，并推导出挠度调节公式。以某型号刮刀为实验对象，给出刃口在受到不同大小载荷和不同位置载荷时的变形图，进行原理性实验研究。结果表明，运用调节公式可以大幅提高刮刀刃口挠曲度调节精度。
建立了一种以磁性液体为感应元件的水平传感器的数学模型，利用数值模拟的方法对传感器的输出特性进行研究，并通过实验对数值模拟结果进行验证。结果表明：数值模拟与实验结果基本一致。当结构参数确定之后，该种传感器的输出电压信号及灵敏度正比于磁性液体的磁化系数、激励信号的输入电压有效值、激励信号的输入频率;输出电压信号与被测倾角呈线性关系,而灵敏度则与被测倾角大小无关;输入频率信号的适合取值范围为500～2000Hz。
以某型三元流闭式整体叶轮叶间流道的数控电火花加工为例，分析其复杂闭式流道的可加工性，继而进行工具电极及其加工运动轨迹设计，并探讨了减小因摇动补偿造成加工误差的方法。以UG二次开发的CAD/CAM模块为设计工具，提出一种新的工具电极设计方法，并在四轴联动数控电火花加工机床上完成了具有闭式复杂流道零件的加工试制，验证了设计方法的可行性。
建立了中间具有弹性板的矩形腔体内的声场模型，并在矩形腔体内的弹性板四周施加假想的弹簧系统以模拟弹性板不同的边界支承条件。该模型充分考虑了弹性板与两个腔体内声场之间的耦合以及弹性板的边界条件对腔体内声场的影响。通过算例分析表明，低频段时，由腔体1的内声场引起的弹性板的振动速度受线弹簧刚度的影响要大于旋转弹簧刚度的影响，支承弹性板的线弹簧刚度对腔体内声场与弹性板之间振动耦合的影响大于旋转弹簧刚度的影响;由弹性板振动而引起的腔体2内的平均声压随线弹簧刚度的增大而增加。
微细电火花线切割表面微观三维形貌与传统切削加工表面完全不同，属于各向同性表面,在对其进行三维粗糙度评定时，测量方向对混合参数的影响很大,测量方向选择不当，混合参数的计算精度很低，甚至出现计算结果与被测表面实际观测结果相反的情况。根据微细电火花线切割加工表面凸峰的特点，采用高斯曲率表征其表面凸峰的凹凸性，消除了测量方向对计算结果的影响。经试验验证，高斯曲率对微细电火花线切割加工表面凸峰的表征结果准确，计算精度高。
关节叠片联轴器可简化为一种空间RSSR机构。利用矩阵变换法得出RSSR机构连杆两端的坐标，并根据连杆杆长的不变性导出输入、输出方程;再根据方向余弦矩阵得出连杆相对输出轴的三个相对转角，进而对封闭向量在坐标轴上投影，得出相应的位置方程;对三个转角求一阶导数、二阶导数，求出相对角速度、相对角加速度,在此基础上得到输出轴的绝对角速度与绝对角加速度。
为建立龈缘轮廓统计模型,提出了一种利用三角网格牙颌模型进行龈缘形态建模的方法。首先对牙颌模型进行离散曲率分析、最短路径搜索来探测龈缘特征线;根据特征线的微分特性进行单颗牙龈缘划分;然后通过B样条曲线拟合构建出每颗牙齿封闭光滑的龈缘轮廓线，并利用曲线的控制顶点作为龈缘训练形状向量;最后通过对形状训练集进行主成分分析来建立统计形状模型。实验结果表明该方法不仅能够自动而快速地提取出单颗牙齿龈缘轮廓，而且建立的统计模型能够正确而有效地捕获牙弓以及龈缘形态的重要变化特征。
针对含有多种材料，且材料相呈非均质分布或异常分布的异质材料零件，提出一种基于空间点云数据集的异质材料零件动态建模方法。该方法采用了细化STL模型和空间微四面体重构的几何建模方法;通过引入描述各材料物理特征的材料分布特征值、各材料的体分量和材料分布向量，对材料切片内的特征节点进行材料赋值，并对节点间的材料进行插值运算，层层遍历赋值，从而实现了对异质材料零件中任意点结构与材料信息的表述。在开发的异质材料零件成形系统上，通过实例测试了该建模方法的有效性和实用性。
结合实例推理的设计原理，在绞缆机设计中对特征参数和参数之间的关联度进行分析，从而建立绞缆机的设计实例库。设计了合理的相似度算法对设计过程的各个特征参数及其关联度进行检索。通过对检索得到的实例进行适当的修改解决目前的新设计任务，加速整个设计过程。在绞缆机是否符合相关性能的分析中，应用动力学分析软件检索得到绞缆机三维实体模型，并对模型中各个部件添加约束，建立相应模型的虚拟样机，进行不同缆绳速度对轴载荷影响的计算。结合模拟张力数据，对恒张力控制过程进行仿真计算，得出相应所需变频器的控制精度。对卷筒进行了有限元分析，在额定载荷下计算出最大应力以校核强度。
针对搅拌磨机应用广泛但对其内部介质运动信息了解甚少的现状，以某公司立式搅拌磨机为研究对象，运用三维离散元方法跟踪磨机内的介质颗粒，考虑其重力、摩擦力和碰撞力的综合作用，建立了搅拌磨机系统的数学模型，对磨机内介质颗粒的复杂运动全过程进行了数值模拟。研究结果表明，在螺旋搅拌器附近的介质球速度值较大，粉磨效率较高，搅拌磨机系统在运行中达到近似平衡状态，系统摩擦功随时间线性增加，但总动能在固定值上下波动。
大型钢桥主要由板材和折弯板组成,其主体结构中有上万个高强度螺栓和零件,人工估算或根据孔轴对齐装配特征数目来确定螺栓数目及规格会造成统计的不准确,并且无法自动生成零件BOM。针对此问题，在三维CAD平台上，根据装配模型中组件之间的关系统计出零件的结构关系，并从零件的实体特征中得到零件的几何信息，通过坐标投影计算出各个零件的最小外包尺寸;同时，从三维模型的装配特征中过滤出螺栓连接的零件集合,并从装配体和零件的实体特征中获取螺栓孔的数量、直径和坐标信息，然后将螺栓孔的坐标或配合点的坐标投影到配合面的最小包容区域中，以确定螺栓孔所贯穿的零件;最后结合螺栓孔的几何信息和零件的几何信息计算出螺栓的数量、规格，并据此自动生成零件和螺栓BOM表。该方法已经被某桥梁设计研究所应用到桥梁设计中。
针对传统预紧组合结构机架预紧力计算模型的不足,以承载下立柱上端内侧角点处的压应力等于零为临界开缝判据,在给定预紧力下,建立综合考虑弯曲和拉压变形的液压机上限载荷的计算模型,结合平衡和变形协调条件,推导出了典型预紧组合结构液压机承受中心载荷时上限载荷的计算公式,并以某厂的120MN大型自由锻造液压机本体为原型,设计并制备了1∶15的金属模型压机,利用该模型压机对所提出的计算模型进行了实验验证。实验结果表明,该计算模型是准确可靠的，较传统理论的计算精度有大幅提高。
坡道是崎岖月面环境的典型路况，在分析月球车轮地相互作用模型并对其进行修正的基础上,建立月球车坡道行驶地面力学模型。同时考虑前面车轮对月壤扰动变形的影响，提出了月球车行驶过程中前后车轮沉陷量的计算方法。最后通过分析月球车坡路行驶运动过程，得出如下结论：当坡度角大于21.8°时,应进行避障，而当月球车具有足够的车轮牵引力时，应控制车轮转速，使月球车在最佳滑转率下行驶。在月球车三维可视化仿真平台中进行了仿真验证和试验验证。
采用Q195钢板和5A05-O铝板对自冲铆接、无铆钉铆接和电阻点焊3种连接工艺进行了试验，对各种连接接头进行了拉伸测试，并且分析其失效形式。试验结果表明:对于钢板与钢板的连接, 电阻点焊接头静强度大于自冲铆接和无铆钉铆接接头静强度;对于铝板与铝板的连接, 自冲铆接接头静强度大于电阻点焊和无铆钉铆接接头静强度。对于不同连接工艺，钢板与钢板之间的连接强度约是铝板与铝板之间的连接强度的2到4倍。
提出一种计算电主轴用可倾瓦滑动轴承稳态平衡位置的新搜索方法,解决了油膜力非线性导致的平衡位置难以搜索的问题。在计算过程中,发现瓦背支点位置的微小变化会在很大程度上影响可倾瓦轴承的8个动力系数。用该搜索方法,采用运动极坐标系同时对多个方向进行搜索，计算出稳态平衡位置。计算结果表明,适当增大瓦背与轴承座的半径差会提高可倾瓦轴承的稳定性;新搜索方法可以有效避免搜索中的死循环,且可用于其他形式的滑动轴承。
针对飞机飞行数据可视化需求，提出了基于飞行实测数据建立飞行可视化系统的方法。采用数据预处理相应技术建立通用数据优化层。基于OpenGL技术对飞行器进行建模和控制，完成飞机飞行姿态可视化模块。通过KML与Bursa-Wolf方法设计实现飞机飞行航迹可视化模块。各模块具有通用性和延展性，分别完成多个型号的飞行器飞行可视化功能,且最终成功应用于飞行实测数据管理平台中。
双极板是微型燃料电池关键部件之一，微尺度下的高精度极板流道给其成形带来了难度,针对双极板这一特点提出了累积成形方法。在介绍微累积成形工作原理的基础上搭建了相应的实验装置，分别选取0.165mm和0.27mm板厚的成形区域9mm×9mm铝合金板作为双极板毛坯，进行了累积成形实验，分析双极板成形规律，研究了不同下压量对成形力的影响，并且比较了不同下压量时的最大成形力。结果显示，不同厚度的板料随着下压量的增加，成形力在累积成形起始点达到最大,然后成形力先减小后增大，在终点处接近最大成形力;最大成形力随着下压量、板料厚度的增加而增加,0.27mm板料下压0.5倍板厚时的最大成形力大于0.165mm板料下压2倍板厚时的最大成形力。
为解决C型折弯机加载过程中因结构变形导致的折弯件全长方向角度不一致的问题,应用Timoshenko梁理论建立了折弯加载解析模型,考虑形状、尺寸以及惯量等因素对折弯精度的影响，推导了折弯机滑块和工作台的变形机理,获得了变形一般规律:滑块和工作台的叠加变形曲线可用一元四次方程表述;固定点处的挠度与载荷成正比。在分析常用的挠度补偿方法的基础上，提出了楔块式挠度补偿方法。针对某款折弯机，结合理论计算结果和楔块补偿法设计了一种挠度补偿装置。试验对比发现采用此装置后的折弯件角度偏差控制在±25′范围内,小于未采取补偿的±1°,高出国标规定的Ⅰ级精度。该设计方法可用于不同型号的C型折弯机。
由于车辆各个车轮都受路面的激励，故车辆簧上质量的振动耦合了各个车轮引起的振动。为使车辆有效减振，建立了1/2汽车非线性模型。考虑到磁流变阻尼器控制的可实现性，磁流变阻尼器采用了一种磁滞多项式模型。利用微分几何的方法对该非线性模型进行解耦，经过解耦的非线性系统成为独立的互不干扰的线性子系统，且悬架簧上质量的振动不受路面激励的影响。设计了减振控制律，并根据控制律计算出磁流变阻尼器的控制电流，从而对解耦的线性系统进行减振。仿真结果表明，簧上质量振动的加速度大幅衰减,这说明该控制方法是有效的，且阻尼器采用磁滞多项式模型是可行的。
为了实现变速器箱体轻量化,对通过模态试验验证的某轻型货车变速器箱体模型进行了有限元分析,包括静力学和动力学结构强度分析。基于分析结果对箱体进行了拓扑优化设计。优化结果表明，在保证箱体刚度不变、强度变化小于5%、振动性能基本一致（第一阶自由模态减小了2.8%）的前提下，对变速器箱体的厚度、加强筋及局部进行优化，改进后箱体质量由30kg减为27.6kg,减轻了8%,达到轻量化目标。
