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机械工程——校级重点学科(一级学科)
2012-10-18 20:21  

研究方向之一:超精密加工理论与技术

针对微电子、光电子器件对晶体基片表面质量及特性要求,本研究方向深入研究了形成超光滑表面的理论与技术,得出了切实可用的超光滑表面加工工艺参数,在加工轨迹规划等方面形成了自己的研究特色:

(1)提出了超精密加工过程中工件表面上磨粒运动轨迹分布密度的像素统计原理分析方法,建立了工件表面内材料去除非均匀性预测模型;揭示了工件表面质点运动轨迹分布非均匀性是造成工件表面材料去除非均匀性的主要原因,实现了大尺寸薄片类零件超精密加工表面材料去除非均匀性可靠预测与检测。

(2)提出了工件加工区域的接触形式判别方法;建立了工件表面上的摩擦力及其分布的理论计算模型以及工件表面材料去除量分析模型,发现超精密化学机械抛光时加工区域工件表面的润滑状态是化学边界润滑。

(3)提出了质点(磨粒)运动轨迹分布的材料去除机理研究方法;建立了基于质点运动轨迹长度的工件表面材料去除率模型,实现了大尺寸薄片类零件超精密加工表面材料去除率的可靠预测与终点检测。

本学科方向的优势与与地位主要表现在以下几个方面:

(1) 研究方向明确稳定,研究能力强,是河南省高校唯一从事硬脆材料研磨与抛光方面研究的高校,现正在进行SiC单晶片超精密加工理论与技术方面的研究工作。目前,共发表学术论文60余篇,SCI、EI、ISTP收录40余篇,获得授权专利5项,申报发明专利1项,完成国家自然科学基金及省科技攻关项目5项,正在承担国家自然科学基金项目等科研项目7项,该方向已培养研究生3名,在读研究生3人。

(2)具有一支学历、职称和年龄结构搭配合理的教师队伍。该方向共有教授2人,副教授和高级实验师3人,讲师及以下人员5人,其中博士2人,硕士5人。

(3)具备良好的硬件条件,仪器设备齐全。具有78m2(1000级)恒温超净实验室,建有18.24MΩ超纯去离子水制备系统,精密研磨抛光机3台,超声清洗机一台,正置显微镜一台(放大倍数1000倍)、粗糙度仪一台、精密电子天平1台(0.1/0.01mg),精密测厚仪一台(0.01μm),白光干涉轮廓仪一台(0.1nm)。

研究方向之二:先进切削理论与技术

本学科方向立足于河南省(尤其是豫北地区)机械制造行业发展的现实需求,依托于机械制造及其自动化校级重点学科,以数控技术实验室、机械制造技术实验室、校工程训练中心为学科发展平台,主要围绕金属及合金的先进切削理论与技术开展研究,是河南省开设有此研究领域的三个高校学科点之一。

特色与作用:

(1) 难加工材料振动切削技术研究 针对不锈钢、钛合金等难加工材料硬度大、强度高、切削力大、刀具磨损严重等不足,通过在工件或者或者刀具上叠加可控的振动来改变刀具对工件的切削机理,从而提高工件加工质量和刀具耐用度。

(2) 磁化切削技术研究 通过对工件、刀具或者两者同时进行不同强度和频率的磁化处理,改变刀具(或工件)的组织结构和表面物理力学性能,最终达到提高工件切削性能和延长刀具使用寿命的目的。

(3) 微细钻/铣削技术研究 针对当前微小型系统中大量微小型金属结构件的加工需求和存在的问题,开展微细钻/铣削的表面质量控制、切削振动抑制、刀具失效监控等相关研究。

优势与学术地位:

(1)已经形成一支结构合理、富有创新能力的学术队伍,其中教授1名,副教授5名,讲师3名,博士2名,硕士5名。

(2)具有良好的硬件条件和科研设施,拥有高速数控加工中心、精密切削力与切削振动测试系统、扫描电镜、白光干涉仪等先进的加工与测试设备。

(3)近五年来,课题组先后承担各级各类项目20余项,其中,国家重大科技专项子课题各1项、国家自然科学基金子课题1项,省部级科研项目2项,地厅级项目2项。在国内外学术期刊和国际会议上发表科研论文55篇,其中SCI、EI、ISTP收录15篇;通过科研鉴定3项,获省、部级科研奖励2项。

研究方向之三:机械制造过程智能技术

针对机械制造过程中存在的智能技术问题,运用多学科的最新研究成果,在机械产品的现代化制造和生产过程自动化、智能化制造与控制等方面开展科学研究工作,经过多年的努力,形成了自己独特的研究特色。

(1)提出了带遗忘因子的多输入多输出-OLSSVR(MIMO-OLSSVR)算法,并在生产过程软测量建模中进行应用。采用免疫遗传算法(IGA)使MIMO-OLSSVR的参数在建模过程中能够自动选择;提出带遗忘因子样本增删策略,使模型能够在线滚动学习,并且具有记忆功能。利用该模型实现了对多参数变量的在线同时预测,并提高了预测精度。

(2)首次将混杂系统理论应用于生产过程中,并建立了相应的混杂动力系统模型。在分段连续空间上,从理论角度证明了系统解的存在性、唯一性及解对初值和参数的连续依赖性。然后以产量最高为优化目标,利用混沌和单纯形法搜索合适的操作变量。通过实验室的多次实验,该方法达到了提高产量的目的,为进一步研究生化过程控制提供一种新的理论思路。

(3)针对实际生产过程一般的数学模型或软测量模型常常随着时间的推移会发生模型失效问题,提出了多模型融合建模方法,实现了制造过程的动态建模。通过研究标准粒子群算法、量子粒子群算法,针对项目要求的多目标优化问题,提出改进的多目标量子粒子群优化(MQDPSO)策略,结合多模型融合建模技术,对生产过程实施动态优化,通过实际应用验证了该方法的可行性。

优势与学术地位:

(1)已经形成一支结构合理、富有创新能力的学术队伍,其中教授2名,副教授4名,讲师5名,博士2名,硕士7名。

(2)以智能制造技术实验室、智能控制技术实验室、工程控制系统研发中心为学科发展平台,主要开展机械制造过程智能理论与技术开展研究。

(3)近五年来,课题组先后承担各级各类项目10余项,在国内外学术期刊和国际会议上发表科研论文40余篇,其中SCI、EI、ISTP收录25篇;通过科研鉴定2项,获省、部级科研奖励1项,在研项目5项。

研究方向之四:机械零件表面摩擦磨损理论与技术

机械零件再制造技术与工程方向主要针对因摩擦磨损等原因造成的零件尺寸变化而失效的机械零件的尺寸及表面性能恢复进行的研究,是机械制造学科与材料加工工程学科相互交叉渗透后形成的一个新兴研究方向。

该方向主要研究机械零件表面状态的形成、组织特征与力学性能的关系,零件材料的摩擦磨损性能及测试方法,表面粗糙度对零件使用性能的影响,通过表面处理(合金化与合金镀层,复合化,表面粗糙度控制)提高零件表面的接触疲劳强度和耐磨耐蚀性能。现阶段,本学科方向主要在刀具表面化学镀层处理提高刀具寿命,挤压模工作带化学镀层处理提高模具使用寿命等方面开展一些研究工作,并形成了以下特色:

1. 成功研究出了在铝型材挤压模上化学镀镍-磷工艺技术,并于2009年通过河南省科技厅组织的成果鉴定,在省内数家铝型材厂家投入应用。

2.基于化学镀技术,研究了报废零件修复理论与技术,取得了明显效果。

3.成功开拓了化学镀镍-磷合金在煤浆泵叶轮及摩擦盘上的应用,经济效益显著。

本学科方向的优势与学术地位主要表现在以下几个方面:

(1)学术队伍。有一支学历、职称和年龄结构搭配合理的教师队伍。其中,有教授3人,副教授4人,其中博士2人、硕士3人。

(2)近几年来,本学科方向共撰写论文50余篇,其中被SCI、EI、ISTP三大检索系统收录30余篇,完成省级成果鉴定3项。

(3)近几年来,先后设计了十余种机械产品,其中有秸杆粉碎机、管道机器人、家庭厨房多功能豆腐机、节约型油漆喷枪和圆锥零件锥度测量卡尺等6种产品通过了河南省科技厅组织的成果鉴定,获得专利3项。

研究方向之五:智能控制理论与技术

本学科方向依托机械电子行业,在“工业过程优化建模与控制”、“先进控制理论及其应用”、“微机电系统集成及其应用”、“智能算法及其在工业生产调度”等方向开展研究,形成了明显的学科特色。

(1)针对目前多处理机任务调度方面存在的问题,提出了基于差分进化算法的多处理机(MSP)任务调度系统,该项研究不仅可应用于实际工程生产中去,在理论上还建立了基于优先级描述的和基于任务排列描述的MSP任务调度系统模型,并采用并行算法,在MPICH支撑平台上,实现调度的并行计算,为实际工程应用提供了控制方法与模型。

(2)提出了提取多处理机任务调度问题本身的信息作为人工蚁群的启发信息算法,包括动态信息和静态信息,解决了在人工蚁群系统中,各路径上的初始信息量设置可能对蚁群造成的误导,使蚁群算法在构造解的每一步时,其路径上的信息素和启发信息是正确的。该算法,提高了计算效率,缩短了控制计算时间,节省了系统资源。

(3)采用实数编码,以矢量表示解个体,把矢量描述转换为满足对应拓扑关系的调度列表,提出了随即拓扑排序求解初始值的方法,提高了系统内全局搜索能力,有效地解决了原有遗传调度算法的早熟现象,该程序可直接用于实际生产中进行多目标生产实时并行调度。

本学科方向的优势主要表现在以下几个方面:

(1)学术队伍。有一支学历、职称和年龄结构搭配合理的教师队伍。其中,有教授3人,副教授3人,其中博士2人、硕士3人,河南省青年骨干教师1人,河南省学术带头人1人

(2)近几年来,本学科方向共撰写论文40余篇,其中被SCI、EI、ISTP三大检索系统收录20余篇,完成省级成果鉴定3项、河南省中小企业项目5项、河南省自然科学基金4项。

(3)与新飞集团公司、TCL集团公司、科隆公司等企业建立了长期密切的合作关系,承担的企业委托科研项目经费年平均近20万元。依托项目取得的成果获得省部级科技进步二等奖2项;申报实用新型专利3项。

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