1、课题来源与背景： 本课题来源于广东省科学技术厅实施的“高新区及孵化育成体系建设领域”计划类别。佛山南海高新区作为广东省重要的传统制造业基地，建材机械、塑料机械、包装机械等机械装备制造业已经形成了以专业镇产业集群形式的优势传统制造业。但是部分生产设备还相当落后，迫切需要通过高新技术来改造提升这些产业。数字化建模与模拟仿真分析能力不仅是企业进行创新设计的重要工具，而且也已成为与理论研究和物理实验同等重要的研究手段。建设高端专业装备数字化建模与仿真公共服务平台，通过平台建设带动高端专业装备产业的技术转型升级，提升企业的自主创新能力和国际竞争力。

    2、技术原理及性能指标：（1）建立优化与分析过程中一致的分析解算模型：基于水平集技术的结构拓扑优化设计方法解决基于密度法建立的优化求解不能与设计集合模型完美统一问题。基于当前的研究及市场反馈，发展基于一套网格的求解和几何演化网格，使得求解效率更高，网格和几何无缝统一，真正实现在自由边界状态下的求解、拓扑演化的一体化设计。 （2）建立面向复杂几何零件的优化设计的设计方法及设计平台：商业软件的优化求解平台的模型是基于分析模型（FEA）而不是基于集合模型，这使得在复杂的几何体作为设计域的情况下，边界的分析精度有很大误差。而类似于机械零部件中的倒角等位置很容易产生结构分析中的应力集中，使得整个优化过程不准确。本平台在基于扩展有限元技术（XFEM）的新型优化技术，让优化迭代的源动力由传统的有限元分析变成扩展有限元，解决复杂模型边界的优化设计精度，提高优化设计效率。 （3）与商业化 CAD 系统的无缝集成的优化设计方法：CAD 设计采用参数化和基于边界表达的方法，CAE 的模型表达则给予离散的网格。两种表达在优化过程中的裂痕则更为明显，集合参数的优化往往使得下一步迭代时的网格冲划分变得不可完成。本平台在商业几何库 ACIS 的基础上，优化驱动设计的直接建模优化设计方法，简化 CAD 设计流程，让普通的机械设计工程师可以完成零部件的优化设计。 （4）建立面向单体应用的优化设计方法：本平台有专用和定制仿真软件领域进行研究突破，结合工程标准/规范/规程在短期内可适应系列专用平台，实现动态集成，也可实现组件化的灵活装配，构建面向多学科与企业创新的综合仿真平台。平台优化设计方法可以适应二维及三维的柔顺机构设计，其核心技术已经完成实验验证。

    3、技术的创造性与先进性：本课题的相关技术是在团队原有工作基础上进行进一步的开发研究。主要创新点如下： （1）发展基于一套网格的求解和几何演化网格，使得求解效率更高，网格和几何无缝统一，真正实现在自由边界状态下的求解、拓扑演化的一体化设计。 （2）基于扩展有限元技术（XFEM）的新型优化技术，让优化迭代的源动力由传统的有限元分析变成扩展有限元，可以解决复杂模型边界的优化设计精度，提高优化设计效率。 （3）结合工程标准/规范/规程在短期内可适应系列专用平台，实现动态集成，也可实现组件化的灵活装配，构建面向多学科与企业创新的综合仿真平台。 （4）针对佛山南海的建材行业或包装行业的生产线特点，建立一个通用化的生产线布局仿真、体验与预测平台。

     4、技术的成熟程度，适用范围和安全性：本课题已完成技术研究，达到产业化应用程度，安全性高，适用性强。针对曳引式电梯、车站关键设备、特种设备、地铁转辙机等设备产业集群，进行了数字化建模及仿真研究，形成了高效实用、实用性强的仿真模拟系统。开展专业化的定制建模与分析工具，依据装备自身特点，建立专业模型知识库，降低专用装备数字化建模的难度和复杂度，实现专用装备的高效快速数字化建模与仿真，推动数字化工具在装备企业的普及应用。

     5、应用情况及存在的问题： 课题研究成果在沃顿装备、固高自动化、晶伦自动化、富士电梯等企业进行应用，目前应用效果较好，企业比较满意，并希望能继续开展技术合作。针对研究成果应用可能存在的问题，我们提前做好预演及应对措施，做好预案策略。