三维复杂曲面钣金激光切割智能制造关键技术研究.doc

三维复杂曲面钣金激光切割智能制造关键技术研究项目总结报告1、 项目概况二、项目实施情况三、项目技术情况四、合同任务指标完成情况五、项目绩效分析六、存在问题、有关建议及下一步研究设想一、项目概况（包括项目名称、立项时间、项目编号、项目负责人、合作企业、经费情况、主要研究内容等）项目名称：三维复杂曲面钣金激光切割智能制造关键技术研究立项时间：2015年07月01日项目编号：BY2015070-06项目负责人：幸研合作企业：江苏亚威机床股份有限公司经费使用情况：经费投入经费支出来源投入数科目支出数其中：省拨款支出数投入合计20支出合计18.98115714.0811571、省拨款15（一）直接费用16.73115711.8311572、部门、地方配套1、设备费1.550.853、承担单位自筹5（1）设备购置费1.550.854、其他来源（2）设备试制费00（3）设备改造与租赁费002、材料费3.2291451.6291453、测试化验加工费1.310.514、燃料动力费005、差旅费4.655254.155256、会议费0.080.087、国际合作与交流费1.0054291.0054298、出版/文献/信息传播/知识产权事务费1.907851.007859、劳务费1.281.2810、专家咨询费0011、其他支出1.7134831.313483（二）间接费用2.252.25其中：绩效支出0.450.45经费结余1.018843，省拨经费结余0.918843主要研究内容：项目研究开发了激光加工质量预测系统、三维激光加工轨迹智能规划系统、激光加工虚拟制造及监控系统，建立了三维激光切割虚拟动态配置系统，系统总体结构如图 1。图 1 系统总体结构（1） 基于三维连续元胞自动机方法的激光切割机理及界面演化研究为准确模拟激光切割的切缝轮廓，提出了基于三维连续元胞自动机的激光切割固/液/气三相三维数值模型，模型系统如图2（a）。该模型综合考虑了切割过程中激光焦点位置、激光束发散、辅助气体压力、氧气与材料反应自燃和熔融液体的流动吹除等复杂影响因素。模型对切缝模拟图如图2。在不同工艺参数条件(激光功率和切割速度)下进行低碳钢板激光切割实验，切缝平均宽度相对误差不超过6.4%，激光功率对切缝宽度影响正相关，如图2（b），切割速度则为负相关。而对于不同厚度钢板进行激光切割模拟，切缝轮廓呈不同锥度，实验结果与模拟误差不超过8%。根据理论模型，搭建激光切割质量预测系统，实现参数输入与轮廓几何尺寸数据输出。结合激光切割智能轨迹优化系统和激光切割虚拟制造仿真系统，实现不同参数和尺寸条件下，可靠的激光切割虚拟制造仿真。 图 2 切缝模拟图 （2） 基于钣金件全三维信息相关的激光切割路径轨迹智能规划研究三维激光切割是目前激光切割的研究热点和前沿，多采用多轴联动的运动方式，即采用五轴联动激光加工机或激光加工机器人通过调整激光束姿态切割空间曲面或曲线，完成二维切割所无法完成加工的工作，因此，有必要对激光束运动姿态的变化对于激光切割质量的影响进行研究；由于三维激光切割的路径选择和切割过程中存在的干涉情况，会直接影响切割后工件的质量和生产效率，合理的切割路径规划、解决干涉和碰撞问题、引线设置和切割路径的顺序对于提高三维激光切割的尺寸精度，减少工件废料等具有重要作用；同时，由于存在激光光斑半径，使得图形尺寸与工艺标准尺寸间多一个光斑半径误差，需要对此进行误差补偿，提高三维激光切割工件的精度。（3） 多平台激光切割虚拟制造及监控系统的研究三维复杂曲面钣金件的激光切割过程是极其快速和复杂的，不仅要考虑加工路径的优化，还要考虑加工过程中的各种工艺问题（过烧、挂渣、碰撞等）。本系统研究了基于多平台（龙门式五轴机床平台，立式六轴机器人平台，倒置式六轴机器人龙门平台）激光切割虚拟制造系统开发，主要是将三维曲面激光切割智能优化系统中得到的刀位点数据进行仿真验证。对不同切割平台进行运动学正逆解后，在检验刀位点数据可靠性的同时结合激光加工质量预测系统提供的对应工艺参数下的切割截面参数模拟仿真出激光切割的过程。根据仿真过程中出现的问题可以作出相应的修改以提高激光切割质量及工作效率，最终根据加工平台输出对应的可靠实用的加工代码。三维激光切割过程是一个非常复杂的动态作用过程，涉及到多种综合影响因素，由于在切割过程中存在一定的不稳定性，需要及时动态调整相关参数，以避免切割质量的缺陷，为了获得更好的切割工件质量，既要确保切割参数的稳定性，又要对激光切割状态进行实时监控和查看。因此，在三维激光切割过程中，通过传感器、摄像机等对激光切割的工艺参数和过程信号进行感知，再通过网络层进行数据和图像采集和传递，进而通过应用层的多平台激光切割虚拟制造系统进行监控和查看。（4）实验验证实验条件：实验所采用的加工设备包括以下几个部分：JSDU光纤激光器、龙门悬挂史陶比尔六轴机器人、激光水冷机、辅助气体、计算机控制系统等。如图3（a）所示。 图 3 激光切割系统与夹具实验中采用的各个加工设备，具体参数如下： 系统型号：CYFP-1000-2010，整机功率：8kw，工作电压：380V，辅助气体：0-0.8Mpa，机器人：史陶比尔RX160L（倒装方案），工装：网格型夹具，如图3（b），工件：汽车B柱覆盖件，激光器：JSDU光纤激光器，激光冷水机：DIC050ADH-LC2。实验方案及步骤：在三维钣金件的激光切割中，如何提高加工质量是实际应用和课题研究的关键。对一些特殊的结构采取一些工艺方法对切割质量的提高具有很大的作用。实验目的在于验证系统的可行性，同时验证系统中采取的工艺处理方法能否提高切割质量。试验对象选用的三维钣金件为汽车B柱，毛坯件如图4（a）所示。钣金件材料为热成型DP600高强度钢。工件厚度为2mm。加工参数：激光功率1500W，辅助氮气1.5Mpa，切割速度1.5m/min。该钣金件的切割轨迹包括了不同形状的内轮廓环和外轮廓环的切割，可以体现打孔点及引线设置，尖角处理、爬坡转角干涉预处理等工艺信息。图 4 汽车B柱毛坯与三维模型实验采用本文所述的复杂三维钣金件激光切割路径智能规划及工艺系统进行前期的刀路生成，然后结合史陶比尔机器人的后处理进行试件的切割。实验包括了打孔点位置设置，不同类型引线设置、尖角过渡和直接切割、爬坡转角处干涉预处理和直接切割等几种工艺特征的切割加工。图 5 模型处理过程首先将需要切割的三维钣金件汽车B柱的三维模型，如图4（b）导入复杂三维钣金件激光切割路径智能规划及工艺系统。再选取需要加工的三维曲面上任意一点，对三维曲面模型进行曲面合并，实现对拼接面的拼合，如图5（a）。接着对曲面合并获得的整面进行轮廓提取，如图5（b）。然后对提取获得的加工轮廓进行轮廓离散化处理，轮廓离散结果如图5（c）。最后选择需要进行切割的轮廓环上一点作为编程原点。然后选择待轮廓环所在的曲面。操作完成后系统会对轮廓离散结果进行处理，完成离散点的去重补缺，并将其分开成各个轮廓环，然后将所有需要加工的内轮廓环和外轮廓环都选中，并进行路径规划、工艺配置，最后生成最终的刀路图和刀位点，如图5（d）。通过虚拟制造系统模拟仿真，检验激光切割过程可靠性的同时，提高系统输出的加工代码的可靠性。图 6 虚拟制造系统模拟仿真图 6（a）是倒置式机器人虚拟制造仿真的整体效果图，虚拟制造环境中包含了显示加工环境中的必要元素：倒置式机器人，龙门架，网格夹具，B柱钣金件及其它辅助部件模型。图 6（b）是B柱钣金件线框模型及加工轨迹显示。可以看出虚拟制造系统保留了激光切割过程轨迹，即激光头的运动轨迹，与实际的激光切割过程吻合。图 6（c）是虚拟制造系统输出的加工代码文件，从该加工代码文件中可以看出由六组数据（x,y,z,rx,ry,rz）确定机器人运动轨迹，此外，还有一些辅助性的控制激光器及辅助气体开关及调整相应参数的语句。将该文件导入到现实加工平台控制系统中，可以很好地驱动机器人进行高效可靠的切割工作。图 7（a）是B柱钣金件切割完成后的结果，与之对应的虚拟切割结果（图 7（b）较好地映射了现实切割成果，通过虚拟制造系统很好地反应了真实切割结果。图 7 汽车B柱实物与虚拟模型该系统可以满足龙门式五轴机床，立式六轴机器人激光切割平台以及倒置式六轴机器人激光切割平台的仿真需求。不仅能根据刀位点文件实时仿真机床各部件的运动，同时能按照激光头的运动轨迹在切割钣金件上实时生成加工痕迹，此外，在激光切割仿真过程中能实现碰撞检测功能，从而大大提高了输出的加工代码的可靠性。在输出加工代码时，可以根据不同的激光切割加工平台输出对应的适用的加工代码。二、项目实施情况（即完成项目过程中所做的主要工作，包括校企联合研发团队的组织、实施计划的制定与落实、企业研发人员的培养培训、项目完成情况评价及预算执行情况等）1、校企联合研发团队的组织本项目依托东南大学和江苏亚威机床股份有限公司，组件了一支研发团队。项目团队 12 人，包括高校教师、研究生和企业科研技术人员，从事相关领域研究多年，拥有丰富的钣金加工设备结构设计、钣金工艺设计、智能制造系统开发经验，队伍结构合理、技术能力强、实施经验丰富。课题组先后承担过多项总装预研项目、多项国家863 和国家自然科学基金项目，获得了国家科技进步二等奖、美国制造工程协会颁发的“工业领先奖”和江苏省科技进步一等奖、二等奖等荣誉。2、 实施计划的制定与落实第一阶段（2015年06月-2015年12月）（1）复杂曲面的三维激光切割调研与交流；（2）总结调研结果、确定总体实施方案和技术路线；（3）研究和分析在一定工作条件下工件切割表面质量的影响因素（诸如激光参数、工艺参数、材料参数等），探究各参数变量对切割表面质量的影响规律；（4）以表面粗糙度、切缝宽度、切割波纹和挂渣量等为评价指标寻求激光切割综合影响因素的最优工艺参数组合；（5）参加相关领域学术会议1-2 次。第二阶段（2016年01月-2016年06月）（1）搭建试验平台，建立三维激光切割表面质量基础实验模型与装置，对主要的影响因素及工艺参数对表面质量的影响规律进行基础实验与验证；（2）研究在三维激光切割时，针对通过三维数模生成的切割路径轨迹和最短路径，采用顶点偏置法对激光切割进行光斑半径补偿，验证工件切割质量；（3）发表论文1-2 篇，申请专利1-2 项。第三阶段（2016年07月-2016年12月）（1）建立三维激光切割工艺数据库系统，包含不同材料的切割工艺参数（激光功率、切割速度、辅助气体压力、喷嘴直径与高度）和切割质量评价参数（表面粗糙度、切缝宽度、切割面波纹、挂渣量），实现在同一路径轨迹时设置不同的工艺参数进行激光加工，针对不同厚度的激光切割工件在数据库中进行查询、选择、删除、保存等功能；（2）建立三维激光切割智能优化系统，包括激光切割路径轨迹生成模块、多种智能算法（诸如蚁群算法、遗传算法等）优化路径轨迹模块、干涉碰撞分析模块、半径补偿算法模块等优化模块；（3）申请专利和软件著作权1-2 项。第四阶段（2017年01月-2017年06月）（1）建立多平台激光切割虚拟制造与监控系统，包含通过传感器监测过程信号的感知层、负责数据传递和处理的网络层、与用户进行交互的应用层；（2）集成激光加工质量预测系统、三维激光加工轨迹智能规划系统、激光加工虚拟制造及监控系统，建立三维激光切割虚拟动态配置系统；（3）发表论文1-2 篇，申请专利和软件著作权1-2 项；（4）项目总结、鉴定和验收。3、企业研发人员的培养培训项目为企业培养了5名技术骨干。项目研发人员共有 12 人，包括东南大学的教授、副教授、博士生和硕士生7名和江苏亚威机床股份有限公司技术工程师5名。在项目实施过程中，企业研发人员不仅负责项目所赋予的相关技术业务，而且积极参与其他相关技术的实施，通过不断的学习，这5名技术人员已能够独立进行相关研发工作。4、项目完成情况评价项目经过近两年的研究与实践，完成了合同约定的各项任务指标，建立了激光加工质量预测系统、三维激光加工轨迹智能规划系统、激光加工虚拟制造及监控系统。项目申请发明专利4项，其中授权2项；申请软件著作权3项；发表期刊论文13篇,其中SCI检索4篇，EI检索3篇。5、预算执行情况项目预投入经费20万元，其中省拨经费15万元，自筹5万元。经费基本执行完毕，分别用于设备费、材料费、测试化验加工费、会议费、专利申请维护费、论文版面费、差旅费以及劳务费等。三、项目技术情况（即项目的研究方法及技术路线，项目解决的关键技术、取得的突破性进展及创新点等）1、研究方法及技术路线第一步，研究影响三维激光切割表面质量的机理、激光切割工艺参数对表面质量的影响规律，探究各因素间协调作用及耦合机理；第二步，建立三维激光切割表面质量基础实验模型与装置，对主要的影响因素及工艺参数对表面质量的影响规律进行基础实验与验证；第三步，以第一、二步获取的各影响因素对激光切割工件表面质量的影响规律为基础，分析激光切割工件的路径选择和轨迹生成，提出采用蚁群算法优化切割路径和切割顺序，对切割过程进行规避干涉进行分析，解决激光切割过程中的干涉问题。同时，采用齐次坐标变换法，建立三维激光切割多轴联动坐标与工件运动坐标的变换关系，把工件的运动坐标分解为联动轴上的坐标进行计算，为三维激光切割的稳定性提供方法与理论支持；第四步，在三维激光切割过程中，通过传感器、摄像机等对激光切割的工艺参数和过程信号（激光切割时的光、热、声等辐射信号）进行感知，再通过网络层进行数据和图像采集、传递和处理，进而通过应用层进行监控和查看和管理，提出建立三维激光加工虚拟制造及监控系统；基于德国“工业4.0”的动态配置方式，针对不同的厚度、不同材料、不同形状等工件，集成激光加工质量预测系统、三维激光加工轨迹智能规划系统、激光加工虚拟制造及监控系统，建立三维激光切割虚拟动态配置系统，提高三维激光切割的质量和切割效率，获得高精度高稳定性的三维激光切割工件。（1）激光加工质量预测系统建立激光切割三维元胞自动机数学物理模型。模拟计算激光切割板材切缝轮廓。基于激光加工数学物理模型，制定算法流程，编写计算机程序，进行激光切割板材的切缝轮廓数值计算模拟，并进行图形化结果输出。优化激光加工过程激光功率、切割速度等工艺参数。通过对图形化激光切割数值模拟结果的观测，可以预测不同工艺参数下激光加工质量。以此根据实际工艺需求，进行激光切割过程激光功率和切割速度等工艺参数的优化。（2）三维激光加工轨迹智能规划系统对激光束运动姿态的变化对于激光切割质量的影响进行研究；由于三维激光切割的路径选择和切割过程中存在的干涉情况，会直接影响切割后工件的质量，合理的切割路径规划、解决干涉和碰撞问题、引线设置和切割路径的顺序对于提高三维激光切割的尺寸精度，减少工件废料等具有重要作用；同时，由于存在激光光斑半径，使得图形尺寸与工艺标准尺寸间多一个光斑半径误差，需要对此进行误差补偿，提高三维激光切割工件的精度。（3）多平台激光切割虚拟制造及监控系统三维复杂曲面钣金件的激光切割过程是极其快速和复杂的，不仅要考虑加工路径的优化，还要考虑加工过程中的各种工艺问题（过烧、挂渣、碰撞等）。多平台激光切割虚拟制造系统的开发，对不同切割平台进行运动学正逆解后，在检验刀位点数据可靠性的同时结合激光加工质量预测系统提供的对应工艺参数下的切割截面参数模拟仿真出激光切割的过程。根据仿真过程中出现的问题可以作出相应的修改以提高激光切割质量及工作效率，最终根据加工平台输出对应的可靠实用的加工代码。同时，在激光切割虚拟制造及监控系统方面，制造过程和信息技术深度融合，实现了数据的获取、过程状态的精确跟踪，并在合理决策下实现生产过程的管理和实时监控。2、 项目的关键技术（1）基于钣金件三维数模的智能化激光切割三维路径优化方法以及多轴联动激光切割与工作台运动快速分解方法。基于激光切割工件的成形工艺和特点，探讨激光切割参数对切口大小的影响，提出一种基于三维数字模型的激光切割轨迹自动生成方法；在此基础上，基于智能算法路径优化，对切割过程出现的干涉问题，对激光切割过程中的干涉问题进行规避和分析。提出三维连续元胞自动机方法的激光切割机理及界面演化方法，探索三维激光切割表面质量的内在机理。（2）三维激光切割虚拟制造及监控技术。三维激光切割过程是一个非常复杂的动态作用过程，涉及到多种综合影响因素，由于在切割过程中存在一定的不稳定性，需要及时动态调整相关参数，避免切割质量的缺陷，在三维激光切割过程中，通过传感器、工业摄像机等对激光切割的工艺参数和过程信号进行感知和监测，再通过网络层进行数据和图像采集和传递，进而通过多平台激光切割虚拟制造系统应用层进行监控和查看，建立包含感知层、网络层和应用层的物联网体系架构，研究和开发三维激光切割虚拟制造及监控系统。（3）三维激光切割虚拟动态配置系统设计技术。基于“工业4.0”动态配置的方式，实现不同的厚度、不同材料、不同形状等工件灵活的动态配置建立基于这些物理属性参数的数据库，解决激光加工质量预测系统、三维激光加工轨迹智能规划系统、激光加工虚拟制造及监控系统的集成，实现三维激光切割虚拟动态配置系统的设计。3、 项目取得的进展（1）激光加工质量预测系统基于激光切割工艺原理与实际过程，建立通用CA数学物理模型针对激光切割过程中光束发散、熔融液体流动，辅助气体与材料氧化反应等实际情况，建立相应数学函数，并应用于CA模型中的温度与材料相变更新，参与模拟过程。对不同激光功率和速度进行实验，切缝平均宽度相对误差小于6.4%，且变化规律一致。对不同厚度低碳钢板进行实验，均很好地再现实验形貌，相对误差小于8%。重现了热传导、熔融液体流动、材料氧化和激光束发散等效应，验证了模型在不同条件下的通用性。（2）三维激光加工轨迹智能规划系统提取曲面轮廓并离散后，按切连续提取曲面，将多个单面合成一个整面。可以有效的去除交线的干扰。工艺配置包括激光头姿态、安全位置、尖角处理、打孔点位置设置、切割点引入路径和干涉预处理。将轮廓各点的位置和仰俯角输出到文本文件中。由此，可根据机床形式，计算得到加工代码。（3）激光加工虚拟制造及监控系统对龙门式五轴激光切割机床以及六自由度机械手各部件建模并进行运动学正逆解，根据刀位点及其对应的切割宽度和切割深度参数值进行切割扫掠体的模拟。在模拟过程中实时地反应激光切割的工艺问题（过烧、挂渣等）；同时对激光头与夹具和毛坯之间进行碰撞检测，用户可根据检测结果修改刀位点。最后根据实际的加工平台输出相应的加工代码。4、 创新点（1）建立激光切割三维元胞自动机数学物理模型。用三维连续元胞自动机处理边界能量的输入，综合考虑切割过程熔融液体流动吹除、熔化潜热、汽化潜热、对流换热和热辐射等热损失因素，追踪气液界面演化，建立激光切割固/液/汽三维三相数值模型。（2）模拟计算激光切割板材切缝轮廓。基于激光加工数学物理模型，制定算法流程，编写计算机程序，进行激光切割板材的切缝轮廓数值计算模拟，并进行图形化结果输出。（3）优化激光加工过程激光功率、切割速度等工艺参数。通过对图形化激光切割数值模拟结果的观测，可以预测不同工艺参数下激光加工质量(轮廓、尺寸)。以此根据实际工艺需求，进行激光切割过程激光功率和切割速度等工艺参数的优化。（4）对复杂曲面轮廓一键提取与离散。提取曲面轮廓并离散后，将数据点存在链表中。得到的数据点是和提取特征有关的。对模型进行边轮廓提取得到的是模型的所有边，包括了面与面的交线。按切连续提取曲面，将多个单面合成一个整面。可以有效的去除交线的干扰。（5）对曲面上多个环切割进行优化排序。切割时一般遵循先切孔后切边、先小孔后大孔、先内后外的原则。（6）对各种复杂结构进行加工工艺分析与处理，实现加工工艺的智能配置。工艺配置包括激光头姿态、安全位置、尖角处理、打孔点位置设置、切割点引入路径和干涉预处理。激光头姿态，激光切割过程中，大部分情况是激光头和工件表面垂直；安全位置，保证激光头在整个加工过程中不与工件发生碰撞，在环间过渡时，激光头需要一定的安全高度；尖角处理，在外轮廓尖角处应该设置辅助切割路径或者采用降低激光功率减小切割速度的方法；打孔点设置在环的起点和中间点的连线上；采用直线引入避免切割时打孔点质量较差的情况；干涉预处理，连续一段相邻摆角相差都较大，且这段摆角中最大差值大于75度。对这段摆角进行处理，最小摆角加15度，最大摆角减15度，中间摆角等差过渡。（7）生成加工路径、刀路图和刀位点数据。将轮廓各点的位置和仰俯角，按顺序输出到文本文件中，即刀位点数据。（8）机床运动的仿真实现。对龙门式五轴激光切割机床，立式六轴机器人切割平台以及倒置式六轴机器人切割平台进行运动学正逆解，即不仅能通过给定的机床各部件的运动角度确定末端执行件（激光头）的位姿，而且能通过刀位点数据反算得出机床各部件对应的运动角度。根据刀位点数据实现机床运动的仿真。（9）激光切割扫掠体的生成。首先基于切缝宽度和切缝深度进行激光切割扫掠体截面形状模拟，再将相邻两组刀位点对应截面连接成扫掠体。同时可反应出工艺问题，如在激光切割过程中发生过烧，则增加切口深度及切口宽度，并改变扫掠体颜色；如果发生欠切，则减小切口深度及切口宽度，并改变扫掠体颜色。（10）加工代码的输出。根据具体机床的形式，计算输出相对应的加工代码类型，支持龙门式五轴机床，立式六轴机器人以及倒置式六轴机器人加工代码的输出。四、合同任务指标完成情况（实际完成合同约定的研究内容、技术指标、效益指标、工作指标等情况）基于三维连续元胞自动机方法研究激光切割机理及界面演化方法，对激光加工过程轮廓演化过程建模。 基于全三维信息相关的激光切割路径轨迹规划智能算法，构建激光切割三维复杂曲面钣金路径优化及工艺设计。 研发三维激光切割虚拟动态配置方法，建立虚拟动态配置系统、实现智能优化选择系统以及远程状态监控。 研究多轴联动激光切割与工作台运动快速分解方法，获得切割过程多轴运动坐标与工件坐标的变换。合同目标1、开发完成三维复杂曲面的激光切割智能工艺系统、激光切割系统虚拟动态配置及监控工具。2、形成三维复杂曲面的激光切割智能制造工艺及相关系统1套。完成情况完成了三维复杂曲面的激光加工质量预测系统、激光切割智能工艺系统、激光切割系统虚拟动态配置及监控系统的开发，形成了三维复杂曲面的激光切割智能制造工艺及相关系统。（1）激光加工质量预测系统。用三维连续元胞自动机处理边界能量的输入，综合考虑多种热损失因素，追踪气液界面演化，建立激光切割固/液/汽三维三相数值模型。基于激光加工数学物理模型，进行激光切割板材的切缝轮廓数值计算模拟，并进行图形化结果输出。通过对图形化激光切割数值模拟结果的观测，可以预测不同工艺参数下激光加工质量。（2）三维激光加工轨迹智能规划系统。提取曲面轮廓并离散后，按切连续提取曲面，将多个单面合成一个整面。可以有效的去除交线的干扰。工艺配置包括激光头姿态、安全位置、尖角处理、打孔点位置设置、切割点引入路径和干涉预处理。将轮廓各点的位置和仰俯角输出到文本文件中。由此，可根据机床形式，计算得到加工代码。（3）激光加工虚拟制造及监控系统。对龙门式五轴激光切割机床以及六自由度机械手各部件建模并进行运动学正逆解，根据刀位点及其对应的切割宽度和切割深度参数值进行切割扫掠体的模拟。在模拟过程中实时地反应激光切割的工艺问题（过烧、挂渣等）；同时对激光头与夹具和毛坯之间进行碰撞检测，用户可根据检测结果修改刀位点。最后根据实际的加工平台输出相应的加工代码。合同目标3、申请专利2 项，发明专利1 项，发表学术论文6 篇，软件著作权3 项。完成情况论文：（1）Ni J, Tang W C, Pan M, et al. Assembly sequence optimization for minimizing the riveting path and overall dimensional errorJ. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2017: 0954405417699012.（2）Zhang H, Xing Y, Li Y, et al. Kinetic Monte Carlo method for the simulation of anisotropic wet etching of quartzJ. Sensors and Actuators A: Physical, 2017, 256: 24-34.（3）Li Y, Goslvez M A, Pal P, et al. Particle swarm optimization-based continuous cellular automaton for the simulation of deep reactive ion etchingJ. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2015, 25(5): 055023.（4）Zhang H, Xing Y, Goslvez M A, et al. Removal probability function for Kinetic Monte Carlo simulations of anisotropic etching of silicon in alkaline etchants containing additivesJ. Sensors and Actuators A: Physical, 2015, 233: 451-459.（5）张国军, 幸研. 一种基于端点非插值性的NURBS曲面重构方法J. 东南大学学报(自然科学版), 2016, 46(6):1161-1164.（6）李源, 幸研, 仇晓黎. 聚焦离子束微纳加工的溅射刻蚀工艺模型研究J. 机械工程学报, 2016, 52(5):101-106.（7）Xing Y, Zhang H, Cai P P, et al. The study of self-limited state profile and level set simulation of anisotropic wet etching on quartzC/Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2017 IEEE 30th International Conference on. IEEE, 2017: 683-686.（8）蔡鹏鹏, 仇晓黎, 幸研. Level Set 方法在 Z 切石英各向异牲湿法刻蚀模拟中的应用J. 传感器世界, 2016 (4): 7-11.（9）鲍先同, 幸研. 电子束光刻三维微结构的模拟仿真J. 传感器世界, 2016 (3): 7-10.（10）巴耀铖, 幸研. 货架模块化尺寸设计J. 现代制造技术与装备, 2016 (3): 1-2.（11）王俊生, 幸研. 基于网格划分的曲面延伸方法及延伸曲面的精度控制J. 现代制造技术与装备, 2016 (2016 年 04): 69-71.（12）乔家鹏, 幸研, 倪俊. 天线铆接装配工艺优化系统研究与开发J. 现代制造技术与装备, 2016 (2016 年 06): 93-94, 96.（13）梅仁友, 仇晓黎. 云计算在社区医疗服务中的应用J. 信息技术与信息化, 2016 (2016 年 01): 39-41.专利：授权 发明专利2项：用于半球试件湿法刻蚀各向异性速率测试的可调整式夹具一种用于天线筋板装配的柔性工装装置申请 软件著作权3项：激光加工质量预测系统软件三维激光加工轨迹智能规划系统软件激光加工虚拟制造系统