实现由制造大国向制造强国的转变，已经成为新时期我国经济发展面临的重大课题。在详细分析我国制造业现状的基础上，阐述了“中国制造2025”的指导思想、战略部署、基本方针和战略举措，认为“互联网+先进制造业+现代服务业”将成为中国经济发展的新引擎。指出“制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术，应该作为中国制造2025的制高点、突破口和主攻方向”，重点围绕“智能制造是新一轮工业革命的核心技术”和“智能制造是中国制造2025的主攻方向”两个论断展开了全面深入的剖析解读。
以体积和疲劳寿命为轻量化设计目标，采用计算机辅助集成技术对盘式制动器的钳体进行轻量化设计。利用有限元分析方法计算制动盘制动力矩并将其与实验测得的制动力矩进行比较，验证了有限元分析的步骤与方法正确可行;结合有限元分析得到的钳体的最大主应力，根据名义应力法和Smith方法计算钳体疲劳寿命;通过ISIGHT集成CATIA、ABAQUS和MATLAB对钳体进行轻量化设计。
针对局部特征尺度分解（LCD）方法在目标信号所含频率分量较接近时分解能力降低，易出现模态混淆现象，从而导致内禀尺度分量失去原有物理意义的问题，提出了基于微分算子的局部特征尺度分解（DOLCD）。DOLCD在对目标信号进行分解前，先将目标信号进行一阶微分，则在频率比一定的情况下，可提升分解能力及抑制模态混淆能力。研究了DOLCD方法的原理，通过仿真信号模型将DOLCD与LCD的分解能力进行对比分析，结果表明，DOLCD方法在提高分解能力，抑制模态混淆等方面具有一定的优越性，并将DOLCD方法应用于转子不对中故障的诊断，结果表明该方法有效。
为了提高通过切削实验获取材料本构方程参数的精度，提出了将基于移动热源理论的温度分布模型沿剪切面积分计算剪切区平均温度的方法，结合不等距剪切区模型求得等效应变和应变率，建立了材料Johnson-Cook(J-C)本构方程参数的求解模型。根据切削实验获取的切削力和切屑厚度数据并采用遗传算法求得了300M钢J-C本构方程参数。与AdvantEdge FEM软件自带的300M钢本构模型相比，用所求模型参数仿真得到的主切削力、进给力和切屑厚度的精度有显著提高，验证了所建本构方程参数求解模型的有效性。
针对离合器控制系统中存在的非线性、外部干扰和参数不确定问题,提出了基于微分几何的离合器接合过程速度跟踪滑模控制方法。考虑系统参数的不确定性和外界干扰等不确定因素，建立了单个离合器起步动力学模型;基于微分几何的反馈线性化方法,得出系统的控制律;采用基于趋近律的滑模控制方法,设计了存在不确定干扰的离合器控制系统滑模控制器。利用Lyapunov理论对系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明该控制器使离合器接合过程的速度跟踪精度高，且鲁棒性好。
针对沿海多风地区高耸塔器可能因长期风致振动导致的疲劳问题，以随机风致应力响应的时程模拟、风速风向联合分布模型、雨流法以及Miner疲劳累积损伤理论为基础，提出了基于时域法的高耸塔器风致疲劳寿命数值计算方法，并针对某一典型高耸塔器进行了相关分析。结果表明：长时间的空塔工况可能导致该塔器严重的疲劳损伤甚至失效，而操作工况下的风致疲劳寿命一般可以满足设计年限要求;横风向共振是引起该塔器空塔工况风致疲劳的决定性因素，而强风造成的顺风向振动是导致其操作工况下疲劳损伤的主要原因;该塔器空塔和操作工况下的疲劳分布曲线分别呈多峰型和单峰型，可见顺风向的疲劳损伤比横风向更为集中。
超导铌腔是高能加速器的重要组成部分，采用高真空电子束焊接工艺对超导铌腔进行加工制造时，铌板焊接试验可以为超导铌腔的制造提供可行的焊接参数。据此，主要研究了薄铌板的焊接试验流程。在不同焊缝质量要求下，通过改变聚焦电流和焊接电流大小的方式，快速找到符合要求的参数值，然后对这些参数进行试验，观察其焊缝是否可行。结果表明，试验方法切实可行，效率高，焊缝质量可以达到预期目标。
在理想折叠单元（super-folding element，SFE）的基础上建立了焊接单元，分析了帽形梁在压溃变形中出现焊点撕裂、焊边内陷等失效现象的原因。提出了针对性的改善方法，并通过试验验证了各参数变化对纵梁吸能特性的影响。结果表明：通过增加截面SFE数目、增加焊接边长度、改变焊接边相邻两边的角度等措施能有效改善帽形梁的失效现象，提高薄壁梁的吸能水平。
针对液压式板坯结晶器驱动系统投资高昂、控制复杂、双缸同步性差等问题，提出了由空间非圆齿轮组成的两点连接、同步输出的板坯结晶器非正弦驱动系统。以新型空间非圆齿轮副为变速比传动机构，与偏心轴连杆一起合成结晶器的非正弦振动速度;建立了给定传动比下，波状面齿轮副的节曲线封闭条件和数学模型，并以此为基础，构建出振动波形具有匀速段特征的空间非圆齿轮节曲线;最后通过仿真计算，说明了根据给定非正弦波形设计非正弦驱动系统的流程。与其他形式的非正弦驱动系统相比，该系统不需伺服控制，且同步性能好，成本低，具有推广价值。
将单腿跳跃机器人简化成一个三杆模型，研究机器人跳跃过程中各个关节的运动轨迹问题，并在总结跳跃过程现有轨迹规划方法的基础上，运用参数化优化方法实现关节空间的轨迹规划，优化目标为机器人关节的控制势最小。将跳跃过程分解成开始段、腾空段、站立段和结束段，并对各段的关节轨迹分别优化，最后得到从静止状态开始起跳到着地后恢复至静止状态的整个跳跃过程的关节轨迹。
为了减少各产品在制造过程中的碳足迹，并为未来产品碳标签核算提供较为准确的计算方法，提出了一种基于制造过程碳排放与被加工产品之间对应关系的产品制造过程碳足迹计算方法;针对柔性作业车间，为减少产品制造过程碳足迹，并保证完工时间以及车间设备利用率，提出了一种以所有产品制造过程碳足迹总和最短、最长完工时间最短、车间设备利用率最大的多目标优化调度模型;设计了第二代非支配解遗传算法进行求解，与传统调度模型的对比说明，所提出的优化调度模型在完工时间损失不大并保证车间设备利用率有改善时，可以使所有产品制造过程碳足迹有较大的改善，从而验证了研究的有效性。
针对工艺规划与调度集成问题在多目标优化方面的不足，考虑将多目标优化集成到工艺规划与调度集成问题中。以最长完工时间、加工成本及设备最大负载为优化目标，对该多目标工艺规划与调度集成问题进行建模，并提出了一种非支配排序遗传算法，鉴于加工信息的多样性，使用多层结构表示可行解，对该算法的选择及遗传操作等步骤进行了设计。最后，以实例验证了上述模型的正确性及算法的有效性。
针对传统的时域、频域特征不能明显地表征滚动轴承的早期退化特征的问题，提出了一种小波包能量谱结合主成分分析构建综合评估函数的滚动轴承早期性能退化评估方法。该方法以采集到的轴承正常工作时的振动信号作为训练样本，对样本进行小波包能量谱计算，得到高维特征向量;再利用主成分分析方法降维并建立综合评估函数对早期性能退化区的数据进行判断。运用实测的滚动轴承全寿命实验数据进行检验，结果表明该方法能实现对滚动轴承早期性能退化的评估。
提出了基于多分类支持向量机(MSVM)的多品种、小批量动态过程在线质量智能诊断方法。离线训练时，提取异常模式仿真数据的小波重构特征，对 MSVM识别和估计模型进行训练和测试，同时建立异常因素诊断库;在线诊断时，对“监控窗口”数据特征的过程模式及参数进行识别与估计，而后利用异常因素诊断库实现对多品种、小批量动态过程实时在线智能诊断。某精密轴加工过程实例验证了该智能诊断方法的有效性。
为了精确建立多股圆弧弯曲钢丝绳空间实体模型，对双螺旋钢丝绳各钢丝空间几何位置关系进行了分析，运用空间坐标变换理论建立了圆弧弯曲钢丝绳数学模型，推导出圆弧弯曲钢丝绳各钢丝中心线的参数方程，结合Pro/E的参数化建模和曲面造型功能，完成了6×7IWS圆弧弯曲钢丝绳几何模型的建立。所获结论为弯曲状态螺旋钢丝绳数学模型的建立奠定了理论基础，为圆弧弯曲状态下钢丝绳的弹性特性理论分析提供了可能。
废气再循环(EGR)冷却器的工作条件恶劣，经常由于热负荷过高而出现结构开裂问题，严重影响实际使用性能。针对某型EGR冷却器，采用流固耦合热分析方法，用计算流体力学和有限元软件计算分析了EGR冷却器的流场、温度场和热应力分布，其数值模拟结果与测试结果吻合;验证了EGR冷却器的开裂现象系工作时所受热应力过高导致。据此，通过在外表面增加扰流槽对EGR冷却器结构进行了一定的改进，试验结果表明，改进后的EGR冷却器不再出现开裂现象，研究结果表明流固耦合分析是解决EGR冷却器开裂问题的有效方法。
研究了基于量子点的荧光特性实时监测金属裂纹扩展的方法。标准金属试样上涂覆了添加量子点的环氧树脂膜，在试样加载拉伸过程中，出现金属裂纹的区域伴随明显亮线，光谱测试发现其荧光强度明显高于非裂纹区域。借助共聚焦显微镜可观测到裂纹宽度最小达7μm，比已知的其他无损检测方法的探测极限有了显著提高。
将虚拟仿真方法、Bekker模型、Newmark-β法相结合，分析了打顶部锚杆孔时掘锚联合机的非线性振动特性。采用DYNA虚拟仿真获得锚杆钻头的阻力载荷，利用采样定理对载荷进行离散化处理，作为钻头的随机工作载荷;采用Bekker模型描述了掘进机履带与巷道底板间的非线性行为，再根据牛顿运动学定律建立了掘锚联合机多自由度非线性振动方程，利用Newmark-β法对方程进行了求解，分析了整机的振动特性，结果表明：受履带与底板间非线性接触力的影响，整机振动处于混沌态;锚杆钻机工作时，整机虽然存在着俯仰和横滚振动，但振动量很小，整机的竖直振动占主导地位。对掘锚联合机的振动特性进行了现场实验，测量打10组锚杆孔时掘进机本体的振动量，测量结果中有6组的振动量均方根值接近仿真值（1.5mm），实验结果表明掘锚联合机的非线性模型在一定程度上可以视为是准确的。
由于应力作用、撞击以及周期载荷等因素的影响，金属结构中不可避免地产生疲劳裂纹损伤。若结构存在边界非线性，传统的非线性调制方法将无法有效识别疲劳裂纹损伤。针对该问题，提出一种能够避免边界非线性干扰的非线性超声调制方法。该方法采用正弦脉冲信号和持续正弦信号作为激励，通过识别信号之间的非线性调制现象来进行损伤检测。分别以铝制裂纹梁和完整梁为实验对象，粘贴两个压电片作为作动器和传感器，利用短时傅里叶变换对响应信号进行时频分析，提取非线性调制信号成分，对疲劳裂纹损伤进行有效的识别。
作为离心泵的一种演变泵型，燃油汽心泵在航空发动机中应用前景良好，叶轮区形成的汽心对泵的工作状态和性能影响较大。基于RNG κ-ε湍流模型对汽心泵内流场进行了非定常汽液两相数值模拟，研究了进口节流活门开度与出口负载对汽心区域的影响规律。为验证数值模拟结果的精度，利用汽心泵样机开展了基本特性试验。结果表明，汽心泵内燃油汽化发生于叶轮进口端;汽心区域随出口负载减小逐渐扩张。扩张至叶片区后，燃油全部从叶片压力面一侧流道进入蜗室;其他工况不变时汽心区随节流活门开度减小而迅速扩张，2mm开度时泵的效率最低可降至20%以下。数值模拟与样机试验误差基本在10%以内。
考虑纵向载荷转移、非线性轮胎模型等因素，建立七自由度半挂汽车列车数学模型，并在MATLAB/Simulink软件中建立仿真模型分析缓速器对半挂汽车列车制动稳定性的影响。仿真结果表明：在高附着系数路面上，缓速器处于前3挡时，半挂汽车列车制动稳定性良好;而当缓速器处于4挡时，由于缓速器制动力矩过大，整车制动协调性变差，列车有一定发生失稳的趋势，但未完全失控;在低附着系数路面上，缓速器处于1挡时，牵引车后轴已提前趋于抱死，使得牵引车发生严重侧滑，从而导致列车折叠，完全失控。
对比分析25%小偏置正面碰撞车体结构变形与正面全宽和40%偏置碰撞车体结构变形异同点。针对小偏置碰撞车体结构变形特点提出车体前端结构优化措施，优化措施包括结构改进与材料加强两个方面。对优化后的整车模型进行25%小偏置碰撞虚拟实验,结果表明车体结构优化效果显著，乘员舱侵入量明显减小。进行了正面全宽和40%偏置碰撞工况下的减速度波形验证,证明改进整车模型刚度配置合理，不会影响乘员约束系统的匹配。
选择汽车正面碰撞耐撞性为优化目标，结合最优拉丁超立方样本点设计、RBF模型以及NSGA-Ⅱ多目标优化对设计变量进行优化。为了加快目标值收敛速度并寻求可能存在的初始设计域之外的最优解，引入空间收缩回归法在迭代过程中对设计域进行动态更新。优化迭代过程最终收敛到一组最优解，使得在未增加车身总质量的条件下提升了车身正面碰撞耐撞性。通过与有限元模型计算结果进行对比分析，验证了该方法具有收敛速度快和寻优精度高的特点。
