当前，新一轮科技革命和产业变革正在兴起，互联网、大数据、云计算、人工智能等为代表的新一代信息技术正在加速与工业技术相融合，机械装备制造正面临设计制造全过程正向化、结构材料与功能一体化、服役环境与工况极端化、市场响应快速敏捷化、装备质量精度高品质化、运行决策与控制自主化、装备制造与服役绿色化等新的挑战和科学难题，这给设计理论与方法如何支撑复杂装备自主设计与制造提出了更高的要求，也正深刻影响着设计模式、技术和工具环境的变革。对机械产品在创意、设计、加工、装配、测试、服役、维护和回收等全寿命周期内的多源异构信息和知识进行深度融合，发展复杂装备智能设计方法，是未来装备创新设计的重要方向。《机械工程学报》编辑部特邀河北工业大学韩旭教授和浙江大学谭建荣院士担任客座主编，湖南大学姜潮教授、华中科技大学高亮教授、西北工业大学朱继宏教授和北京理工大学白影春副教授担任客座编辑，共同策划出版“复杂装备智能设计理论与方法”专栏，广邀本领域专家学者结合自身科研实践，介绍最新研究进展、总结学科发展脉络及面临的挑战，在广泛开展学术交流，促进科研成果传播的同时，吸引更多的青年科学工作者参与、创新“中国设计”，不断推动装备设计领域发展。专辑共收录论文17篇，本期推送后9篇。专栏已于《机械工程学报》2024年11期正式出版。
客座专家团队
韩旭，河北工业大学教授、博士生导师、国家级人才，现任河北工业大学党委书记、省部共建电工装备可靠性与智能化重点实验室主任。长期从事复杂装备先进设计领域的理论创新、技术突破与工程应用研究，系统地开展了“装备高性能设计与精细模拟”研究。主持包括国家自然科学基金创新群体项目、科技创新2030—重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等多项国家级课题。出版中英文专著4部，发表SCI论文200余篇，他引10000余次，授权国家发明专利80余项。兼任国际计算力学学会总理事会理事、中国机械工程学会常务理事、中国力学学会常务理事和河北省机械工程学会理事长等。任《ASME-Journal of Mechanical Design》《Inverse Problems in Science & Engineering》《International Journal of Computational Methods》期刊副主编。获国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖、国际计算力学华人联合会计算力学奖、中国机械工业科学技术一等奖以及河北省科技突出贡献奖等多项国家级和省部级奖励。
谭建荣，中国工程院院士，浙江大学求是特聘教授、博士生导师。现任浙江大学设计工程及自动化系主任、浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室学术委员会副主任、浙江大学CAD&CG国家重点实验室学术委员会委员，兼任中国图学学会名誉理事长、教育部工程图学教学指导委员会主任。先后获首届“国家杰出青年科学基金”、“中青年图形科技跨世纪人才”、国务院政府特殊津贴、“浙江省重点学科带头人”、“浙江省‘151’人才工程第一层次”、“浙江省新世纪重点培养人才”、国家863计划自动化领域CIMS主题设计自动化专题专家、国家“百千万人才第一二层次”、“科技部十五863先进个人”、“科技部十一五国家科技计划执行突出贡献奖”等荣誉和称号。提出了多品种大批量定制设计技术、多性能数字化样机设计技术和多参数分析与匹配设计技术，研究成果获国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖5项，省部级科技进步一等奖7项，教学成果获国家级优秀教学成果奖3项，其中一等奖1项，二等奖2项。
姜潮，湖南大学教授、博士生导师，现为湖南大学副校长、国防科工局“国防科技创新团队”带头人，入选国家级高层次人才、国防科技重大专项和国家重点研发计划项目首席科学家等。以第一作者出版专著3部，发表SCI论文100余篇，SCI他引7000余次。申请/授权国家发明专利70余项，国防发明专利20余项，登记软件著作权10余项。作为第一完成人获国家级教学成果二等奖1项、湖南省高等教育教学成果二等奖1项，作为主要完成人获湖南省高等教育教学成果特等奖1项；作为第一完成人获湖南省技术发明一等奖1项、机械工业科学技术奖一等奖1项，作为主要完成人获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖3项；获第十五届中国青年科技奖、全国百篇优秀博士论文、第三届“腾讯科学探索奖”等。主持20余项国家级和省部级科研项目，相关成果成功应用于航空航天、核工业、汽车、国防装备等领域。
高亮，华中科技大学教授、博士生导师，现任华中科技大学副校长、国家智能设计与数控技术创新中心主任。获国家杰出青年基金资助，首届“科学探索奖”，IET Fellow。兼任国务院学位委员会智能科学与技术学科评议组成员、中国机械工程学会工业大数据与智能系统分会主任委员。长期致力于智能优化与机器学习方法在设计制造中的应用等研究，尤其是智能设计与智能调度的研究。出版专著15部，在Nature Communications等期刊上共发表SCI论文700余篇，被引2.3万次。授权发明专利50项，登记软件著作权28项。获国家科技进步二等奖1项、国家级教学成果二等奖1项、教育部自然科学一等奖2项、湖北省自然科学一等奖1项。担任IET Collaborative Intelligent Manufacturing和Light: Advanced Manufacturing共同主编、Chinese Journal of Mechanical Engineering副主编等。
朱继宏，西北工业大学教授、博导、比利时列日大学航空航天工程科学博士、英国伦敦玛丽女王大学客座教授、国家科技创新领军人才。航空学报、电子机械工程、航空制造技术等期刊编委、火星探测项目天问一号技术审查专家、空天某重大专项专家组成员、某重大装置副总师。主要从事飞行器新概念整体结构技术、空天飞行器防热-承载一体化、智能结构与机器人技术研究。获国家自然科学二等奖、第十六届中国青年科技奖、中国青年“五四”奖章团队、三项陕西省科学技术一等奖，以及航空学会青年科技奖、邓稼先青年科技奖、钱令希计算力学青年学者奖等。
白影春，北京理工大学长聘副教授、博士生导师。长期从事新能源汽车与高端装备先进设计理论与应用研究，主要研究方向包括：面向制造的车辆超大型薄壁结构优化方法；车规级器件多物理仿真与集成优化方法；人工智能驱动创成式设计方法等。主持国家自然科学基金、装备预先研究计划、重点实验室开放基金等多项研究课题，参与2项国家重点研发项目。在国内外学术期刊发表论文40余篇，授权/申报发明专利及软件著作权10余件。任《Chinese Journal of Mechanical Engineering》《Green Energy and Intelligent Transportation》 青年编委、中国汽车工程学会越野车分会委员、新能源汽车轻量化技术安徽省重点实验室学术委员会委员等。
01
基于J-C模型修正的7150-T6航空铝合金薄壁开孔圆管结构优化
引用格式:陈睿, 程诗敏, 温仕成, 赵子衡, 彭锐涛, 胡聪芳, 肖湘武. 基于J-C模型修正的7150-T6航空铝合金薄壁开孔圆管结构优化[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 95-104.
论文亮点：
改进的Johnson-Cook材料模型：文章提出了一种改进的Johnson-Cook本构模型，通过静动态压缩试验验证其对7150-T6航空铝合金在不同应变速率下的动态力学行为描述更为准确，特别适用于应变速率敏感材料；
薄壁结构耐撞性分析与优化：结合该模型与分离式霍普金森压杆试验，建立了薄壁圆管在轴向冲击下的有限元模型，并研究了等距离开孔设计对薄壁圆管构件耐撞性能和最大峰值载荷的影响；
多目标优化设计与验证：利用遗传算法对薄壁开孔圆管进行多目标优化设计，实验结果显示优化后的结构具有更优异的耐撞性能和稳定的变形模式，为薄壁结构设计和性能提升提供了可靠的参考。
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02
液力变矩器导轮叶片出口角对性能的影响分析
引用格式:柴博森, 丛皓, 杨昊旻, 潘军, 朱国仁. 液力变矩器导轮叶片出口角对性能的影响分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 105-114.
论文亮点：
导轮叶片出口角对性能的影响：通过计算流体动力学模拟研究，发现减小导轮叶片出口角对液力变矩器性能有显著影响，尤其在低速比工况下，泵轮转矩系数随角度减小显著下降，尤其在28°至22°区间内的变化最为敏感；
流场涡系结构变化：随着叶片出口角的减小，导轮叶片头部形成的圆柱绕流连贯性增强，涡系的结构逐渐变化，涡量增大。出口角为20°时，叶片吸力面的长条涡向流道中部偏移，附着涡和射流涡汇集，导致多尺度涡的撕裂和脱落现象加剧；
泵轮转矩系数降低机理：减小叶片出口角使泵轮进口流速增大，导致泵轮转矩降低，进一步引起泵轮转矩系数下降。这些研究结果为液力变矩器叶片设计和性能优化提供了重要的技术指导。
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03
上肢康复机器人研究综述
引用格式:姚玉峰, 裴硕, 郭军龙, 王佳佳. 上肢康复机器人研究综述[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 115-134.
论文亮点：
上肢康复机器人分类与结构特点：根据交互方式与驱动形式，上肢康复机器人可分为不同类别，并分析其结构特点与应用场景。这些机器人能够辅助脑卒中患者完成康复训练，帮助恢复运动能力，同时降低康复医师的工作强度，已经在临床治疗中得到应用；
脑卒中康复需求与评定标准：通过分析脑卒中患者的康复需求，归纳了上肢康复机器人的典型控制策略，并总结了脑卒中量级与患者运动能力的评定标准，为康复机器人在实际应用中的效果评估提供了依据；
技术挑战与发展趋势：尽管上肢康复机器人在临床中有所应用，但仍面临技术上的挑战，如设备的灵活性、控制精度以及个性化定制需求等。未来的发展趋势将侧重于提高康复机器人的智能化、便捷性和适应性，为更广泛的临床应用提供支持。
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04
基于分层贝叶斯推理的RV减速器动力学模型修正及动态响应预测方法
引用格式:张德权, 李星奥, 贾新宇, 叶楠, 韩旭. 基于分层贝叶斯推理的RV减速器动力学模型修正及动态响应预测方法[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 135-144.
论文亮点：
RV减速器动力学模型的修正与预测：基于分层贝叶斯推理，研究了RV减速器动力学模型中的不确定性因素，并通过动态响应预测修正模型。通过引入多源不确定性，构建RV减速器的分层贝叶斯概率模型，采用马尔可夫链蒙特卡罗法获取后验分布信息，从而准确修正其动力学模型，确保长期稳定服役能力；
动态响应分析方法：针对RV减速器整机及其核心零部件（如曲柄轴和摆线轮），建立了动力学理论模型，并采用Newmark法求解其动态响应，包括位移、速度和加速度。通过对薄弱环节的分析，预测其刚度参数的后验分布信息以及动态位移响应，提升减速器的性能预测精度；
不确定性度量与传递：研究了待修正参数的多层超参数概率分布，结合先验信息和后验信息，通过参数不确定性传递的方法，实现了RV减速器的动态响应预测，为该类高端装备的动力学分析与性能提升提供了新的技术手段。
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05
轮式多机协同搬运机器人轨迹跟踪控制器设计
引用格式:何华, 刘全, 申屠舒展, 宫昭. 轮式多机协同搬运机器人轨迹跟踪控制器设计[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 145-155.
论文亮点：
渐进稳定轨迹跟踪控制器设计：基于李雅普诺夫第二方法，为轮式移动机器人设计了渐进稳定轨迹跟踪控制器，能够在地面非完整约束和负载刚性约束条件下实现高效控制。该控制器通过沿广义速度空间边界滑动，确保控制信号在不超出广义速度空间的前提下，提高了响应速度，提升了机器人在多机协同搬运中的控制性能；
状态机优化与误差控制：通过分析轨迹跟踪控制器在不同目标轨迹下的跟踪误差规律，提出了以门限角度为分界的状态机控制方法。该方法优化了机器人对目标参数的响应顺序，减少了跟踪过程中的误差，提升了多机协同搬运过程中对目标轨迹的跟踪精度;
动态增益调节与模糊控制：引入模糊控制器，实现了轨迹跟踪控制器增益系数的动态调节，从而有效降低了对不同目标速度的稳态跟踪误差。通过多机协同搬运负载实验，验证了该控制器的正确性和有效性，表明其能够在实际应用中提高负载搬运的精度与效率。
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06
基于磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法
引用格式:徐晨期, 祝长生. 基于磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 156-168.
论文亮点：
分区运动学拓扑构型设计：提出了一种基于SBM模型的机构分区运动学拓扑构型设计方法，利用刚性块的运动和弹簧刚度的二值化判定，实现复杂路径规划中的机构设计。该方法通过划分刚性块组和分区，解决了传统拓扑优化中的构型不清晰和路径精度低的问题；
邻接矩阵与图论方法：该方法引入邻接矩阵图论进行刚性块组的划分和机构分区，从而优化了大梯度变化的复杂路径规划过程，提升了设计结果的清晰度和路径精度；
提升计算效率与路径适应性：通过实际算例验证，证明了该方法在复杂路径规划中的有效性，显著提高了计算效率，解决了传统SBM模型迭代收敛速度低和复杂路径合成能力不足的问题。
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07
高端装备创新方法知识系统构建与优选推送
引用格式:刘江南, 黄琬清, 杜文轩, 刘小冬, 沈龙江, 朱颖谋. 高端装备创新方法知识系统构建与优选推送[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 169-180.
论文亮点：
创新方法知识集成与规范化描述：针对高端装备创新设计中对多种创新方法的需求，提出将创新方法知识进行规范化描述和单元化数据建模。通过构建装备领域的创新方法应用情境空间，借助结构化本体语言实现创新方法知识的获取、存储、处理和调用，为高效实现创新设计提供支持；
多维度集成知识系统与优选决策模型：设计并开发了创新方法多维度集成的知识系统，系统化管理离散的创新方法知识，并引入适用度评价指标和权重，建立优选决策模型。该系统能够通过程序化自动推送多方法序列，突破传统的个人经验法，为创新设计提供多样化的支持方案；
创新方法知识优选与推送流程验证：以先进轨道交通装备为例，分析其创新特征和关键因素，提炼出高频普适的创新方法。通过构建创新方法知识优选与推送的实施流程，并在研发设计的应用示例中进行验证，证明了该流程和知识系统在创新设计中的可操作性和有效性。
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08
基于Bayesian-LSTM神经网络的热轧轧辊剩余寿命预测及不确定性评估
引用格式:朱挺, 陈兆祥, 周笛, 陈震, 胡兵, 潘尔顺. 基于Bayesian-LSTM神经网络的热轧轧辊剩余寿命预测及不确定性评估[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 181-190.
论文亮点：
轧辊健康状态评估与寿命预测：结合轧辊的复杂运行环境和波动工况，提出了基于贝叶斯长短期记忆网络（Bayesian-LSTM）的方法，通过提取健康指标评估轧辊健康状态，并智能预测轧辊的剩余寿命，精确量化其寿命分布特征的不确定性，为生产流程的精细化和智能化提供支持；
动态不确定性与贝叶斯-LSTM网络结构优化：考虑轧辊服役过程中的动态不确定性，研究了Bayesian-LSTM网络结构参数对寿命区间的动态影响。该方法能够在寿命预测过程中动态调整网络结构，增强模型对轧辊复杂工作环境的适应能力，实现了更加准确的剩余寿命预测和不确定性评估；
实际应用验证与精度提升：通过某热轧厂的实际运行数据验证了所提出方法的有效性，结果显示与传统数据驱动方法相比，预测精度提升至96.90%。该方法不仅提高了轧辊寿命预测的准确性，还为生产流程的优化与维护决策提供了智能化依据。
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09
基于多域故障传播的中央空调系统可维修性设计评价
引用格式:朱挺, 陈兆祥, 周笛, 陈震, 胡兵, 潘尔顺. 基于Bayesian-LSTM神经网络的热轧轧辊剩余寿命预测及不确定性评估[J]. 机械工程学报, 2024, 60(11): 181-190.
论文亮点：
故障传播的风险评估模型：通过构建“功能-原理-结构”（FPS）多域矩阵，将功能设计、结构设计及其原理联系起来，明确各个部分的相互影响关系；
模糊综合评价方法：使用模糊综合评价方法量化多域矩阵中的影响关系，为故障传播提供定量分析基础；
变更传播管理（CPM）算法：采用CPM算法评估故障传播的综合风险，通过比较不同设计方案下的故障传播风险，帮助设计师选择更具可维修性的设计方案。
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责任编辑：杜蔚杰
责任校对：张 强
审 核：张 强
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