《基于工艺大模型的公差尺寸链优化换热器虚拟选配系统》——中国核动力研究设计院组装焊接岗科研员谢雨珊

2025年11月14日，中国核动力研究设计院组装焊接岗科研员谢雨珊在深圳核博会“AI+核能创新应用场景路演”上发表《基于工艺大模型的公差尺寸链优化换热器虚拟选配系统》主旨报告。

汇报介绍了一套基于工艺大模型与公差尺寸链优化的换热器虚拟选配系统，用于解决超薄板装配中的公差积累、间隙不均和换热效率下降等问题。系统结合MBD图纸解析、尺寸链分析、自动测量、智能决策算法和虚拟装配仿真，实现选配方案生成、校核与迭代优化，并声称可显著提升良品率和生产效率。

关键点
1. 项目主题与汇报对象（00:15）
汇报人来自中国核动力研究设计院，介绍的案例是基于工艺大模型和公差尺寸链优化的换热器虚拟选配系统。

2. 人工装配带来的质量痛点（00:32）
核用换能器通常由几十片超薄板平行组装，每片厚度存在微米级波动，对外形尺寸、内部流道尺寸和精度协同控制要求较高。现有人工装配容易产生公差积累，引发板间间隙不均、流程恶化和传热受影响，最终降低换热效率与寿命；当选配板子达到上万量级时，这些问题会显著影响生产质量并提高成本。

3. 选配问题的优化目标（01:32）
散热片选配本质上是从几千个散热片中选出适合换热器的最优组合。该组合需要满足总和约束和相邻约束，并在外部尺寸、内部流道均匀性、换热性能与可靠性之间进行综合优化。

4. 换热器组件选配的数字化流程（02:02）
系统流程包括由MBD图纸自动生成尺寸链、公差分析与优化，再由大模型生成加工工艺和流程；随后构建检测系统，进行测量、操作规范设计、原始数据存储，以及产品质量问题分析评定。整个流程还可实时更新产品容差设计和相关工艺。

5. 基于MBD图纸的尺寸链分析（02:41）
该步骤依据MBD图纸进行尺寸链设计和公差分配，在分析时自动判断组成环的增减性并计算传递函数，最后通过蒙特卡洛计算分析给定尺寸和公差在实际生产阶段的合格率。

6. 二维图纸解析与自动化测量（03:40）
视频展示了基于大模型的二维图纸解析技术，可输入图片和DWG文件，解析零件关键参数并输出对应工艺文件。工艺文件可输入基于机器视觉和激光位移传感器的自动化测量平台，对换热器板件和零部件进行自动测量，并通过数据管理平台完成检测数据上传、存储、分析和质量反馈。

7. 工艺大模型的作用（04:31）
项目使用的工艺大模型通过多模态特征提取和工艺参数数值化嵌入编码，实现工业数据多模态对齐，并对工艺参数进行推理。系统还结合自研10B基础大模型、强化学习技术和工艺数据，对零部件图纸进行解析并输出工艺参数。

8. 智能选配方案生成与算法校核（05:04）
系统以历史数据和约束作为输入，驱动装配工艺智能体生成候选装配方案，并以最大组数和最小偏差为优化目标。生成方案再通过CP-SAT和MIP算法校核，并结合动态规划、候选生成和虚拟选配等工具链验证，实现装配方法的精确生成和迭代优化。

9. 虚拟装配仿真验证与问题溯源（05:51）
虚拟选配验证基于VSA仿真流程，以CAD、DDT公差、装配顺序偏差源和测量计划为输入，建立虚拟装配模型并进行仿真分析。输出结果用于装配可行性验证、可视化和蒙特卡洛偏差预测，并通过敏感度、贡献度和均值偏移等指标进行问题溯源。

10. 竞争优势与经济效益（06:29）
汇报称，通过相关算法和程序，换能器产品良品率可接近百分百，生产效率可在现有基础上提升数十倍，并具备混合智能决策技术领先、经济优势明显以及核心算法和模型自主可控等优势。相关程序和工艺已应用于国家重大工程项目，预计产值可达到21亿元，并可迁移到新能源汽车、航空航天等需要精密选配的场景。

11. 申报单位与核心团队（07:13）
项目由中国核动力研究设计院牵头，西北工业大学和安西亚太科技有限公司配合，相关单位具备研究基础和工作条件。核心团队成员在核领域精密组装、焊接、数字化与智能制造等方面具有背景知识和研究基础。

时间线
00:12 - 汇报开场，介绍汇报人、所属单位以及换热器虚拟选配系统的案例主题。
00:32 - 说明核用换能器超薄板装配的背景、人工装配痛点以及采用数字化选配的必要性。
02:02 - 介绍从MBD图纸、尺寸链公差分析、大模型工艺生成，到检测、数据管理和质量反馈的整体选配流程。
03:06 - 通过视频和后续说明展示二维图纸解析、工艺文件生成、自动化测量平台和数据管理流程。
04:31 - 转入工艺大模型和智能决策系统，说明多模态解析、工艺参数推理、候选装配方案生成及算法融合。
05:51 - 介绍虚拟选配仿真验证流程，以及利用蒙特卡洛分析和指标溯源验证装配可行性。
06:29 - 总结系统的竞争优势、经济效益和跨场景迁移能力。
07:13 - 介绍项目申报单位、合作单位和核心团队，并结束汇报。

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基于工艺大模型的核用换热器虚拟选配优化系统

2025年11月14日，中国核动力研究设计院组装焊接岗科研员谢雨珊在深圳核博会“AI+核能创新应用场景路演”上，围绕《基于工艺大模型的公差尺寸链优化换热器虚拟选配系统》作主旨报告，介绍了人工智能、工艺大模型、虚拟装配仿真和公差尺寸链优化在核用换热器精密制造中的融合应用。该系统面向核用换热器散热片数量多、尺寸精度要求高、装配过程复杂等典型难题，通过数字化建模、自动化测量、智能决策和仿真验证，提升换热器选配与装配质量。

核用换热器通常由几十片乃至更多超薄板平行组装而成，单片板材厚度存在微米级波动，对外形尺寸、内部流道尺寸和整体装配精度要求极高。在传统人工装配模式下，板片厚度误差和定位误差容易在装配过程中逐步累积，造成板间间隙不均、流道尺寸偏离、传热性能下降等问题，进而影响换热效率、运行可靠性和使用寿命。尤其当散热片数量达到上万量级时，上下定位不准、散热片弯曲、厚度不均等问题会被进一步放大，不仅增加质量控制难度，也显著提高生产成本和返工风险。

针对上述问题，项目提出以虚拟装配和智能选配为核心的数字化解决方案。系统从数千个散热片中筛选最优组合，使其同时满足总尺寸约束、相邻板片约束以及特定薄板相邻原则，并综合考虑外部尺寸控制、内部流道均匀性、换热性能、可靠性和既有加工制造经验。通过把工程经验转化为可计算、可优化的规则和模型，系统能够在实物装配前完成大量组合方案的预判和筛选，从源头减少人工试错。

在总体流程上，该系统首先基于MBD图纸自动生成尺寸链，开展公差分析与优化，再由工艺大模型生成加工工艺和流程文件。测量得到的原始数据会被统一存储，并持续用于产品质量分析、质量评定和工艺反馈，形成覆盖设计、加工、检测和装配的闭环管理机制。随着检测数据不断回流，系统可以实时更新容差设计和相关工艺方案，使选配策略不再依赖一次性设定，而是能够随生产数据积累持续优化。

尺寸链分析与公差优化是系统的重要基础。系统能够根据MBD图纸构建尺寸链并进行公差分配，自动判断各组成环对封闭环的增减性，进而自动计算尺寸链传递函数，为后续公差分析和优化提供数学依据。同时，系统引入蒙特卡洛仿真方法，在现有尺寸与公差条件下模拟实际生产状态，评估产品合格率及误差分布情况，帮助工程人员提前识别可能影响装配质量的关键尺寸和关键公差。

在图纸解析与测量环节，系统利用大模型对二维图纸进行智能解析。输入图片和DWG文件后，模型能够识别零件关键参数，并输出相应工艺文件。随后，这些工艺文件被输入基于机器视觉和激光位移传感器的自动化测量平台，用于完成换热器板片及相关零部件的自动检测。检测平台不仅能够采集和上传测量数据，还支持数据存储、统计分析、质量问题反馈和质量管理过程监控，从而将图纸、工艺、测量和质量评价贯通起来。

工艺大模型在该系统中承担着工艺知识理解、参数推理和智能决策支撑的作用。模型通过多模态特征提取和工艺参数数值化嵌入编码，实现工业图纸、尺寸参数、检测数据和加工知识之间的多模态对齐，并对工艺参数进行精准推理。结合自研基础大模型、强化学习技术以及已有工艺数据，系统能够解析零部件图纸，生成加工工艺参数，为自动化制造和智能选配提供前置输入。

在装配决策方面，系统构建了面向换热器选配的装配工艺智能体。该智能体以历史测量数据、设计约束和装配规则为输入，通过动态规划、回溯搜索和学习算法生成候选装配方案。系统以最大组数和最小偏差为优化目标，结合CP-SAT、MIP算法、动态规划、候选生成和虚拟选配工具链，对候选方案进行验证、筛选和迭代优化。由此形成的智能决策系统覆盖多约束组合排序、问题定义、约束建模、总体方案设计和算法融合优化，能够处理传统人工方式难以高效完成的大规模复杂组合问题。

虚拟装配仿真进一步增强了方案验证能力。系统基于VSA仿真流程，以CAD数据、公差、装配顺序、偏差源和测量计划为输入，建立虚拟装配模型并进行装配偏差分析。仿真结果可以输出装配可行性验证、可视化结果和蒙特卡洛偏差预测，帮助工程人员在实际装配前判断方案风险。系统还能够通过敏感度、贡献度和均值偏移等指标进行问题溯源，识别关键误差来源，为公差调整、工艺改进和装配策略优化提供依据。项目已开发形成虚拟装配公差尺寸链分析程序，可有效开展蒙特卡洛计算并辅助选配决策。

从应用价值看，该系统通过算法和程序优化，可使换热器产品良品率接近百分百，并使生产效率在现有基础上提升数十倍，大幅降低人工选配、反复试装和质量返修成本。其技术优势主要体现在混合智能决策能力、核心算法自主可控、工艺大模型与工程场景深度结合等方面。相关程序和工艺已应用于国家重大工程项目，预计可形成约二十一个亿产值。同时，这套方法并不局限于核用换热器制造，也具备向新能源汽车、航空航天等需要高精度选配和复杂装配控制领域迁移的潜力。

该项目由中国核动力研究设计院牵头，西北工业大学和安世亚太科技有限公司等单位协同参与。各参与单位具备较扎实的研究基础、工程条件和应用转化能力。项目负责人魏连峰为中国核动力研究设计院研究员和主任，长期从事核领域精密组装、焊接、研发技术和能力体系建设工作；主要参与人向俊峰为西北工业大学副教授和省级科技专家，在核动力、数字化制造和智能制造等方向具备研究积累。项目团队通过产学研协同，将核工业精密制造需求与人工智能、虚拟仿真和智能优化技术结合，为核能装备制造质量提升提供了新的工程化路径。