针对燃料电池汽车研发中的动力系统参数匹配问题,基于整车动力性和经济性同步提升的目标,提出多指标的整车动力系统参数匹配设计方法。为了加快计算经济性指标,针对燃料电池汽车提出了快速动态规划算法,通过缩小搜索域和降低维度,使得计算耗时由传统动态规划算法的393.33 min缩短到12.52 min。以燃料电池汽车的动力性能和经济性能作为设计指标,通过计算初步确定动力系统参数范围,并利用正交试验法进行参数匹配优化设计。试验结果表明,按照所设计的动力系统参数,各项性能指标相比原车均有明显提升。

应用非平衡闭合场磁控溅射技术,在滚动轴承接触表面制备出不同工艺参数的铬掺杂碳涂层,对铬掺杂碳涂层轴承的速度、振动、温升、自润滑及断油等性能进行了测试,对比分析了不同工艺参数铬掺杂碳涂层对轴承性能的影响。研究结果表明,该涂层不适合用于低速运转的轴承,中低速运转的轴承应选择碳含量较大的涂层,中高速运转的轴承应适当增加涂层中铬元素的含量;铬元素含量的适当增加可以提高涂层轴承的温升性能、抗温变性能和自润滑性能;该涂层轴承有良好的断油性能。

在微细电火花分层扫描加工过程中,电极端部及零件轮廓横截面容易出现钝圆现象。对其中存在的放电脉冲在正负两极产生的积分蚀除机理进行了分析,并利用典型的中空工具电极,结合设计的微细电火花单道扫描加工仿真软件,开展了中空电极在旋转和不旋转两种条件下的单道扫描加工仿真分析与实验验证,对工具电极与试件截面轮廓的测量结果表明,微细电火花单道扫描加工中,放电脉冲对两极存在差异化的积分蚀除作用,该差异受工艺参数影响较大。

为准确分析重载搬运机器人结构设计的优劣,基于多体动力学软件ADAMS建立了重载搬运机器人的刚柔耦合多体动力学模型。由此模型对重载搬运机器人进行了重载搬运典型工况下的动力学仿真,分析了不同电动机控制方法的优劣,以及重载搬运机器人在动作过程中的振动偏移情况。根据分析结果对重载搬运机器人结构进行了改进优化,并结合优化后刚柔耦合模型的动力学仿真验证了结构优化的有效性。所应用的建模及分析方法简便可靠,提高了工作效率,具有一定的工程实用价值。

同轴静电雾化切削是一种新型绿色加工技术。在同轴静电雾化试验平台上，以碳纳米管-葵花油纳米流体为外流体，以碳纳米管-水纳米流体为内流体，分别进行了荷电、电润湿测试及铝合金6061铣削试验。试验结果表明：电压增大可改善同轴静电雾化荷电性能与复合液滴电润湿性能，使复合液滴更易进入切削区，从而降低切削力和切削温度；内流体流量增大，荷电性能提高，雾化稳定性降低；外流体流量增大，荷电性能降低，雾化稳定性提高；与外流体流量增大相比，内流体流量增大可更有效地降低切削力和切削温度。

为提高产品的数控加工效率及加工精度,对工业机器人上、下料技术、自动分拣技术及数控机床加工技术组合应用进行研究。针对加工对象,设计了机器人自动上、下料机构及加工成品自动码放系统,分析了FANUC机器人与数控机床的接口应用技术以及FANUC机器人与三菱PLC的CC-LINK总线通信技术。通过设计机器人自动上、下料的运行轨迹及通过iRVision 视觉系统实现加工成品的自动码放,使机器人与数控加工成为一体,实现零件加工过程的自动化和无人化。

为准确诊断轴向柱塞泵故障,避免因负载工况变化导致的虚警误判,提出多特征参量阈值自适应故障诊断方法。研究了该方法特征参量的选取、阈值区间的确定及变载工况下阈值自适应计算,定性地分析了该型柱塞泵的振动特性及故障机理,揭示了柱塞泵主要故障模式下的振动信号特征规律,实验结果表明,阈值自适应故障诊断方法能准确检测变负载工况下的柱塞泵配流盘磨损故障,为开展轴向柱塞泵可靠性评估及故障诊断研究提供了重要的理论依据。

电动机是机械加工中不可或缺的必备工具,电动机在运转中常产生各种故障,为保证电动机运行安全,对电动机运行状态进行在线监测尤为重要。以三相异步电动机为研究对象,采用传感器获取电动机运行中的重要参数(振动、噪声、转速及温度等),由时/频域分析及能量分析等方法提取电动机运行特征量,构成特征向量,采用BP神经网络训练的方法建立状态识别模型,通过BP神经网络模式识别方法,判断电动机运行的状态,在此基础上,利用LabVIEW软件构建可视化监测系统,将电动机运行参数及状态实时显示在可视化界面中,完成在线智能监测。

在对刀具磨损信号的检测过程中,强噪加工环境使得所需特征信号显得非常微弱,给提取微弱特征信号带来了难题,基于此问题提出了利用自适应随机共振算法对立铣刀在磨损过程中产生的磨损信号进行检测,用加速度传感器和力传感器采集振动信号和切削力信号,再将提取的信号进行时频域的特征值提取,以此来分别建立遗传算法和粒子群算法优化的自适应随机共振模型,最后将这两种模型都用在对立铣刀的磨损检测中。实验结果表明,遗传算法和粒子群算法均可检测出立铣刀转动频率和刀齿切入频率,以及这两种频率下所对应的立铣刀磨损信号,为日后立铣刀磨损状态在线监测系统的建立奠定了基础。

单机多工位锻压机的移动工作台位置控制系统是多变量的非线性耦合系统,常规PID控制和模糊PID控制难以完全适应复杂系统变化,满足系统控制要求。为了解决这一问题,在模糊PID控制的基础上加入变论域模块,改变模块中的论域伸缩因子,使模糊控制的论域随系统条件变化而调整,最终整定出满足系统控制要求的PID参数。对移动工作台位置控制环节建立了数学模型,并在Matlab/Simulink中进行了控制系统建模及仿真分析。结果表明:相比常规PID控制和模糊PID控制,使用变论域模糊PID控制的系统具有良好的动静态性能,在响应速度、过渡过程时间及稳态精度等方面具有更好的优越性,适合在复杂的非线性耦合控制系统中使用。

自动引导车(Automated Guided Vehicle,AGV)路径生成是AGV系统实现的关键环节,其主要目的是为AGV行驶提供平滑的路径。借用缓和曲线的概念,利用四次方曲线作为缓和曲线设计行驶路径,论证了对称四次方曲线可以作为缓和曲线,解决了已知路径起终点的平滑路径绘制的问题,并以差速AGV为例,简要分析了其在该曲线上的最大速度和力学性能。该算法有助于提高AGV的柔性,并为AGV的路径生成提供了重要参考。

现代机械设备日趋精密化、智能化,同时工作环境与工况也越来越复杂,一旦零/部件出现故障,不但会对设备本身造成伤害,还有可能造成人员伤亡等事故;因此,及时有效地发现并处理设备故障有着重要的意义。随着人工智能技术的发展,以机器学习为核心的机械故障诊断技术飞速发展。对常用的机器学习理论进行了梳理和总结,主要介绍了基于浅层学习下的人工神经网络、支持向量机及Boosting算法和基于深度学习下的卷积神经网络、自动编码器及深度置信网络这6大类机器学习模型,分析比较了这些模型的优缺点,并总结了各个模型在机械故障诊断领域的应用。最后对机器学习在故障诊断领域未来的发展做出了总结和展望。

EV矿用自卸车电池包支架由于需要搭载大型电池包而对强度有较高要求,但是在对其整体结构及各项性能进行加强的同时又需要限制其质量指标的增加量,因此,对于结构设计而言,需要在严格的质量指标限制下,在达到强度要求的同时,提升其性能。为此,结合有限元分析与随机振动试验原理,提出一种新的试验方法对其强度进行试验验证,基于CAE仿真结果及相关优化方法,可在其质量增加量不超过1%的前提下优化支架结构,从而使电池包支架的结构强度得到有效提升。

为了提高微型电动汽车车架材料的利用率,利用Creo软件建立三维模型,并导入ANSYS Workbench软件对原车架模型进行有限元静态、模态分析,依据分析结果进行结构改进。对改进后的车架进行力学特性验证分析,发现应力偏大。根据车架强度要求,基于DesignXplorer模块建立车架多目标驱动尺寸优化模型,对车架梁布局进行分析,获得较合理的优化方案;最后对优化后的样车进行动力性能试验研究,验证车架的安全稳定性。结果表明:轻量化后的车架质量比原车架减少了74.58 kg,降低了27.74 %;而最大等效应力增大了15.42 MPa,提高了17.44 %,但仍远远低于材料的屈服极限,符合车架强度要求。

针对AGV（Automated Guided Vehicle）行走不平滑的问题,在研究路径对AGV行走性能影响的基础上,建立AGV几何模型,并对其进行运动学分析,结合Bezier曲线的特点和优势,运用改进的粒子群优化（improved Particle Swarm Optimization, improved PSO）算法,规划其最优理想运动路径;将模糊逻辑与PID算法结合,构建改进模糊PID控制算法,并对AGV运动偏差进行校正。利用MATLAB软件绘制其实际运动轨迹,比较角速度、偏角及路径偏差,评估误差与精度。结果表明,所规划的路径可以满足AGV运行轨迹的要求,提出的改进模糊PID控制算法可有效提升AGV偏差校正的能力,并提高响应的速度,降低系统的稳态误差,较好地满足现场工作环境对AGV实时性和稳定性的要求。

为解决基本遗传算法在移动机器人路径规划中存在的路径不够平滑、易陷入局部最优等问题，提出了一种改进遗传算法。首先采用中间值插入法提高种群的初始质量；其次设计了新的适应度函数来平滑路径；然后采用混合选择策略以改善算法早熟的缺陷，同时对交叉算子和变异算子进行了改进以便增加种群的多样性；设计了自适应策略，对交叉和变异概率进行调整，更有效地避免了算法陷入局部最优的情况；最后提出简化算子，对生成路径进行二次优化。仿真结果表明，该算法在性能上更优。

目前FDM 3D打印机存在成型件颜色单一的缺陷,为了解决这一问题,通过对现有挤出系统及传统配色标准的研究,提出了CMYKW的配色方案,并对标准G-Code指令进行研究。开发了控制电路板,通过打印实验,验证了CMYKW的配色方案及控制系统有效性。实现了彩色3D打印,为进一步研究彩色3D打印技术提供了一种解决方案。

齿轮副接触线的性质反映了齿轮传动的啮合性能，为了研究人字齿轮对称度误差对啮合传动的影响，从人字齿轮使用性能角度考虑，提出一种通过测量人字齿轮两侧轮齿中同侧齿面啮合瞬时接触线来评定对称度误差的方法。首先，根据渐开线人字齿轮齿廓的几何特征，并结合斜齿轮接触线的定义，给出人字齿轮接触线和基于接触线的对称度误差的定义。其次，建立人字齿轮接触线的数学模型，模拟构造理论接触线和叠加误差的实际接触线离散数据，利用最小二乘法对模拟数据进行拟合，获得实际接触线。最后，通过计算两侧轮齿中同侧齿面啮合瞬时接触线交点到人字齿轮对称中心平面的距离，得到人字齿轮的齿面接触线对称度误差。算例表明，人字齿轮周向成120°夹角的2个轮齿接触线的对称度误差分别为0.019 007和0.019 772 mm,与通过测量螺旋线获得的对称度误差0.019 089和0.019 816 mm基本一致，该方法为面向使用性能的人字齿轮对称度误差的测量、评定奠定了基础。

针对传统蚁群算法用于移动机器人路径规划时存在初期盲目性搜索、收敛速度慢及转弯次数多等问题,提出了一种改进蚁群算法。该算法将栅格法建立的环境模型划分为3种不同搜索区域,运用数学模型按距离比值方法对初始信息素差异化分配,避免蚂蚁前期盲目性搜索;基于可选孙节点个数的区域安全信息和转角启发信息选择下一子节点,并构造目标性启发函数,有效减少蚂蚁陷入死锁次数,提高路径平滑性和目标导向性。采用"狼群分配策略"更新信息素,加快路径的优化。在动态路径规划中,根据滚动窗口的信息检测与碰撞预测,对不同的碰撞类型实施有效的避障策略。仿真结果表明,改进蚁群算法规划出的路径长度更短、转弯次数更少,能够有效避开静态及动态障碍物,具有较好的全局优化性,验证了改进蚁群算法在静态及动态路径规划下的可行性和优越性。

为充分利用产品三维模型中丰富的特征信息,提高数字化装配效率,针对传统CATIA Automation二次开发方法对模型信息的提取深度、完整度不足等问题,提出一种改进的递归遍历算法,采用面向对象设计思路,开发自动化信息提取软件,基于二叉树前序遍历思想,深度优先,由根到枝,逐层递进,可对多层嵌套的复杂三维模型的装配和约束信息进行完整提取,有效提高三维模型信息利用率,为装配工艺规划奠定知识基础。通过某型号五六轴机械臂手腕的提取实例,验证了该方法的可行性。

基于过渡金属(钼)电极可提高聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond, PCD)的加工效率，气中电火花加工可减少PCD加工石墨化问题的优点，提出了PCD的干式电火花接触式加工方法。在极间开路电压为36 V,钼丝为电极条件下，首先进行了在不同工作介质中加工金刚石平均粒径为5μm的PCD的对比试验，发现干式加工可以稳定持续地对PCD进行电火花加工，基于加工过程放电状态特点对其加工原理进行了分析。其次，进行了接触式和非接触式加工PCD的加工效率试验，得出结论，即外加载荷为20 g条件下的电火花接触式加工的加工效率比最大进给速度为5μm/s的电火花非接触式加工的加工效率要高，同时对加工效率提升的原因进行了分析。接着进行了干式电火花接触式加工效率对比试验，发现在一定条件下随着外加载荷的增加，加工效率降低，并通过放电状态曲线分析了加工效率降低的原因。最后，对PCD工件进行了拉曼光谱分析，进一步分析了加工效率随着砝码质量增加而降低的原因。

焊接机器人的应用有效地提高了劳动生产率,改善了工人劳动强度,而且具有良好的稳定性。然而焊接机器人的适用范围狭窄,经常出现焊偏、咬边和气孔等问题,导致其对焊接精度和控制方法的要求较高,阻碍了焊接机器人的应用和发展。针对环境视觉分析、控制方法、运动学原理、虚拟现实技术和传感器技术等方面对国内外焊接机器人的研究进展进行回顾、综述和分析;按照技术原理对焊接机器人进行归纳分类,从控制方法型、机器视觉型、运动学原理型、人机交互型和其他类型5个方面介绍焊接机器人研究的关键技术和发展趋势;针对当前焊接机器人的研究进展和发展趋势做出总结。未来焊接机器人将朝着多元化、智能化的方向发展,对未来焊接工业的发展将起到重要推动作用。

针对立轴冲击式破碎机工作时转子导料板磨损严重的问题，提出采用工程离散元法建立导料板的磨损模型并结合正交试验、多元回归分析及多目标优化等方法对转子结构参数进行优化。首先，采用工程离散元法对导料板的磨损进行建模和仿真，分析了导料板磨损分布区域和累积接触能量对磨损的影响；其次，采用正交试验和极差分析法，揭示转子结构参数对导料板磨损的影响；再对正交试验数据进行多元回归分析，建立多目标优化的数学模型并进行优化。结果表明，当转子直径D=792 mm、导料板安装角α=35.3°及分料锥倾角β=24.5°时导料板磨损深度较小，且不会降低立轴冲击式破碎机的破碎性能，为改善转子磨损提供了一定的理论基础。

为提升复杂路况下配备磁流变半主动悬架车辆的综合隔振性能，基于开关函数提出一种复合控制策略。首先，对车辆磁流变半主动悬架系统所用磁流变阻尼器进行阻尼特性试验，使用基于Levenberg-Marquardt优化算法的最小二乘法对可调Sigmoid模型进行参数辨识；其次，以磁流变半主动悬架1/4车辆模型为研究对象，设计了一种基于线性矩阵不等式的非确定结构参数的H∞控制策略；然后，基于磁流变半主动悬架1/4车辆参考模型，计算分析了基于径向基函数的滑模控制的磁流变半主动悬架的性能指标；最后，利用开关函数复合以上2种控制方式，研究表明，复合控制策略能够提升车辆的行驶可靠性和操纵稳定性，综合性能指标优化率为5.93%。

针对传统制造工艺所面临的工艺环节之间的相互独立及工艺数据难以重用的问题,提出了基于Teamcenter软件的集成三维工艺设计方法。该工艺设计方法将零件规划技术、虚拟仿真技术及资源管理技术统一集成在Teamcenter平台中,能够使零件在统一化的平台中完成工艺设计,并将相关的工艺数据存储在该平台中,便于数据之间的调用,填补了数控仿真加工之后对数据管理的不足。以轮毂型腔模型为例,通过该工艺设计方法完成了零件的工艺设计和相关数据的管理,并对其实用性和有效性进行了分析。结果表明:该工艺设计方法可以在一个平台下完成零件的工艺设计和数据的统一管理;相比传统工艺设计,该方法打破了各个环节之间的壁垒,简化了工艺设计方法,缩短了制造周期。说明该方法可以作为零件在工艺设计过程中的参考。

针对目前连续碳纤维增强复合材料3D打印机国内外的研究现状,总结关键技术难题与不足,针对连续碳纤维增强复合材料3D打印机设计了一种可拆卸式的碳纤维预浸丝剪丝机构。首先,使用ANSYS有限元软件对碳纤维预浸丝切割动作进行动力学有限元仿真,寻找切割碳纤维预浸丝的合理参数,并进行剪丝试验研究。其次,根据试验结果选取动力机构与刀片,设计连接机构进行剪丝机构的组装。最后,根据实际控制系统,使用STM32系列单片机对剪丝动作进行编程并调试,验证机构的可行性。

数字孪生以数字化的形式在产品的生产制造中实现了全过程的动态仿真,覆盖了产品的全生命周期和全产业链,对推动未来智能制造的发展有着重要的意义。基于数字孪生技术在制造业中的应用,梳理了数字孪生的理念,探讨了数字孪生在制造业中的关键技术。对数字孪生在制造领域中的数据优化、质量分析、寿命预测、流程工业、离散工业和数字工厂几个方面的应用进行了综述,并对数字孪生在制造领域中的发展趋势提出预测及展望,可为推动数字孪生技术在未来制造业中的研究和应用提供一定的参考。

针对现有装配指导介质数据断层和数据源不单一的问题以及新型飞机对装配指导介质正确性和准确性的要求,分析了装配指导介质的作用和构成,提出了数字化装配环境下装配指导模型的概念及其框架模型,基于3DExperience(3DE)平台的功能特点,提出了数字化环境下装配指导模型的总体设计思路,研究了一种基于3DE平台的飞机总装现场装配指导模型的设计流程,并在某型机的装配指导模型设计过程中得以试验应用,取得了较好的应用效果。

旋转刀轴中心控制(Rotational Tool Center Point, RTCP)是现代五轴机床必备的功能之一,在充分了解和分析自用机床结构及RTCP功能要求的基础上,以简单易判的基本RTCP编程为参照,探究了获得五轴联动和定向加工RTCP主体数据的MasterCAM正确后置设置,进行了适应HNC8系统RTCP程序头尾格式输出的后置定制,并通过实际案例应用实施了数控程序输出的仿真测试和实际加工验证,可为不同机床系统实施五轴RTCP程序输出提供参考。

为了对颗粒阻尼双层隔振系统进行全面减振效果评价,提出一种全新的减振效果评价方法。该评价方法将颗粒阻尼双层隔振减振效果指标定义为双层隔振振级落差与颗粒阻尼插入损失之和。通过试验测量颗粒阻尼双层隔振系统在不同振动环境下的下层基座、中层筏架和上层机组加速度信号,利用该评价方法进行试验分析。试验结果表明:颗粒填充率为70 %时减振效果最好,共振频段减振率达到33 %;颗粒阻尼全面提高了双层隔振系统的减振特性。试验结果验证了该评价方法的有效性。