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研究方向

研究方向

实验室根据智能制造发展的前沿方向,围绕国家战略目标和国民经济建设的重大关键技术需求,在智能制造技术方面形成如下三个主要研究方向。这些研究方向既突出了汕头大学智能制造技术在智能制造研究领域的特色,也符合智能制造技术核心内涵以及国家与地方行业需求。主要研究方向与重点研究内容包括:

一、智能构件增材制造技术及其应用

学术带头人及骨干:王泉教授,曾涛教授,李平教授,王奉涛教授,王双喜教授,杨楠教授,牛小东教授,陈银冬教授、邹安民教授

智能构件的形状、性能和功能能够在外界特定环境的刺激下随时间或空间发生预定的可控变化,其结构往往具有复杂化、精细化、轻量化等特点。智能构件的前瞻性价值高,前景涉及领域广,但目前缺乏智能构件结构设计的基础理论和有效成形方法、缺少满足应用需求的材料体系、亟待建立科学体系框架,传统制造工艺很难甚至无法成形由多材料构成的结构复杂、精细智能构件。增材制造技术是由新材料技术、制造技术、信息技术等多学科交叉融合发展的先进制造技术,能够实现任意复杂结构的成形,特别适用于结构复杂的智能构件的成形。智能构件的增材制造技术赋予传统增材制造构件以“智能”特性,给传统的3D印工艺增加了时间和空间的维度。主要研究内容如下:

智能构件设计与增材制造

n 基于折纸结构的模块化和逆向设计与制造

用逆向设计方法和数学优化方法研究Origami模块互换性问题,即在Origami变形过程中,不同模块能多大程度地相互替换,并保证几何相容性;针对蜂窝状机械超材料结构,利用优化方法研究如何设计特定模块单元,在力学上将结构缺陷“隐身”。

n 复合材料点阵结构拓扑优化与制造

在实函数理论基础上,研究不同类型多孔结构的杂交设计方法,包括多子结构如何光滑过渡,在统一框架下设计杂交结构和功能梯度结构,并研究其增材制造方案。


n 非匀质多孔结构设计与制造

基于实函数理论,研究随机结构、层级结构的构建方法,并且灵活改变不同结构交界区域的体积分数,以调整整体结构的机械性能,并用有限元仿真和实验方法验证机械性能调整的有效性。

智能构件增材制造过程智能监控

n 增材制造形性测量与缺陷预测

采用能质传递理论、热流耦合与分子动力学数值模拟及深度学习相结合的方法,研究熔池动态特征演化行为与制件缺陷形成过程的映射机制,为实现制件缺陷的工艺及路径后续补偿提供理论依据。

n 增材制造成形缺陷主动控制

利用红外测温、高速摄像机、激光测距等传感器实现熔池形貌、熔池和层面温度等过程参数的实时检测,采用智能控制算法进行工艺及路径的后续补偿,从而实现缺陷的预防和消除。

n 数字孪生与深度学习融合驱动的故障早期预警

搭建基于多源异构信息融合的装备信号感知系统,构建增材制造装备数字孪生体,建立基于深度学习的装备故障早期预警模型,实现实时监测数据驱动下的增材制造装备的故障早期预警。

智能构件工程应用

n 海洋能量收集装置

根据Airy线性波浪理论、弹性梁板模型和拉格朗日-欧拉方程等理论,建立新型能量采集结构数学模型,分析海洋深度、浪高等因素和不同结构参数对能量俘获装置功率产生的影响规律,完成海洋能量收集装置的设计和样品测试

n 结构健康监测结构修复

基于希尔伯特黄与小波变换,提出了空间小波变换结构健康检测理论,通过理论与实验阐述了其用于损伤探测和定位的灵敏性、精确性和实用性。结合机械振动、智能材料耦合方程和反馈控制理论,开发了损伤结构的主动修复方法。研发了多种智能材料主动修复受损工程结构的新方法,通过消减裂纹或分层尖端的应力集中,提高结构稳定性。

n 高超声速飞行器热防护装备

建立非均匀热载荷作用下的一体化热防护结构的传热分析模型,研究细观结构尺寸、温度、材料发射率等因素对一体化热防护结构温度场的影响规律,揭示一体化热防护结构的传热机理,优化结构几何参数。采用SLS增材制造技术和有机前驱体浸渍裂解技术(PIP)相结合的工艺,制备了高精度、高致密化C/SiC陶瓷基点阵夹芯一体化热防护构件。

二、光智能器件制造

学术带头人及骨干: 杨玮枫教授,宋晓红教授,姜大志教授,方强教授,李鹏程教授,姚丽双副教授,谢向生副教授,刘超平副教授

高性能(如超高分辨率,高灵敏探测、高清显示、超高光电转化效率、柔性等)及微纳化是未来光学器件的发展趋势。与传统制造不同的是,新一代高性能与微纳器件制造要求从原理、新材料、以及新的加工方法等方面有根本的突破。光智能器件制造是指把一系列智能化技术(包括人工智能、实时监测、反馈、工艺参数自调整与优化以及利用超强超快脉冲激光等先进加工手段)引入到新型光学材料与微纳光学器件的开发,从而大力提升新型光学器件的性能指标。主要研究内容包括:

智能显示与微纳光学

n 人工智能与微纳光学

研究机器学习算法与优化,结合机器学习算法研究新型光场调控方法;基于智能算法开展光学工程技术在医学眼底OCT图像中的应用研究,开展基于脑机制的类脑认知计算理论研究。

n 光场调控与成像光学

开展新型光场的构建、传播、测量与相干控制探讨研究,提出具有原创性的学术思想,为其在物理、信息处理与通讯、光电子材料、化学与生命等研究及应用中提供物理基础。研究克服散射环境影响的成像恢复,基于散射介质后散斑的轴向相关性,研究了基于记忆效应的滤波器优化设计。开展光场矢量调控及共焦显微成像研究,产生极小的聚焦焦场并用该焦场实现了超分辨共聚焦显微镜的研制。

n 液晶先进显示与智能制造应用

研究液晶调制响应理论设计与智能加工性能作用规律;开展面向个性化定制的光写入模板设计;研究液晶智能调控系统的高能耐受工艺。

智能传感

n 聚合物光纤光栅器件制作与传感研究

n 锥形微纳光纤激光器传感研究

n 倾斜光纤光栅技术结合大数据与机器学习用于疾病诊断

n 特种光纤马赫-曾德干涉高灵敏度传感器

功能薄膜与光电子器件智能制造

n 透明导电氧化物薄膜的研究与应用

n 柔性透明电子高阻隔薄膜的研究与应用

三、 创新设计理论及其应用

学术带头人及骨干:教授,沈水龙教授,陈严教授,赵永杰教授,张健教授,包能胜教授,李东升教授,周腾博士

智能装备具有感知、分析、推理、决策和控制功能,它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。设计是智能装备全生命周期的灵魂,创新设计理论与方法是智能装备的关键技术之一。针对机器人、大型风力机、全断面硬岩掘进装备、轻工自动产线成套装备等复杂智能装备,开展创新设计理论与方法的深入研究主要研究内容包括:

个性化设计理论与技术及其应用

n 销售大数据驱动的市场需求挖掘及模块化设计决策

基于销售大数据以及人工智能技术,分析挖掘市场需求特征研究市场需求分析与预测技术,及此基础上的模块化设计决策方法,支撑个性化智能装备的准确市场需求。

n 机械产品可适应设计数学建模、评价以及方案优化

研究不确定条件下的机械系统个性化优化设计,有效提升产品性能等级及其稳定性,满足市场对高品质机械产品的需求。

n 面向个性化需求的开放式机械接口设计方法

研究机械产品或制造系统可适应架构设计方法与技术,尤其是研究开放式接口设计技术,支撑智能机械系统的开放式技术集成与创新。

智能设计理论与算法及其机器人系统应用

n 复杂系统多视角建模与优化设计方法

构建综合键合图模型、几何建模与方程式机理模型的复杂系统多视角模块库,研究具有不可微分、不连续特性,连续变量与离散变量混合约束同时具有非线性融合特征的多目标进化算法,并应用到机器人系统的优化设计中。

n 创新设计知识自动提取与智能演进算法

采用基因编程和机器学习的方法,挖掘创新计设过程中产生的数据,找出设计变量、目标和约束之间的隐含关系,自动获取创新设计知识,建立复杂系统多视角模型,进一步提高约束多目标进化算法的性能,从而系统化地持续提升机器人系统的性能。

n 机器视觉系统神经网络模块库构建与架构优化

构建机器视觉神经网络的基本模块库,研究基于多场景(多任务)的基因编程(Multi-tasking Genetic Programming)方法,优化复杂应用场景下的机器视觉神经网络拓扑结构和参数。

全寿命周期设计理论与技术及其复杂环境下机械设备的应用

n 面向能源最大输出的全寿命周期绿色设计

构建复杂沿海陆地风电场、内陆陆地风电场、东南沿海风场等实际场景三维风速模型,评估全寿命周期能源分布,优化设计先进风力机翼型族,优化发电机组位置,开发全系统载荷分析及优化设计软件。

n 面向最长寿命的全系统结构优化设计

研究东南沿海风场台风特性,建立基于动态气动力学的风力机失速模型,建立超长柔性叶片的非线性气动弹性数学模型,计算与分析风电机组叶片气动设计及整机动力学。

n 复杂与恶劣运行工况下的智能运维

研究海上风电机组状态监测和故障诊断技术,开发大型海上风电机组叶片测试技术,开展沿海气候条件下中小型风力机检测与认证技术研究,大型隧道盾构掘进机的智能操控与地质状态的智能感知、预警以及地层自动化加固设备与技术的研究。





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