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基于克里金法的工业机器人定位误差预测补偿
*
史艳琼, 戴尔愉, 杨永辉
2025, 533 (2): 44-53. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2025.02.006
摘要
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71
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(4849KB)(
151
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可视化
针对工业机器人绝对定位精度不高的现状,提出一种综合考虑几何误差和非几何误差影响因素的克里金预测定位误差的方法。首先,采用三维动态跟踪测量系统测量工业机器人工作空间中一组点的位置误差,通过位置误差构建实验变异函数;其次,采用粒子群算法结合克里金方法进行实验变异函数的参数寻优,得到最优模型和参数;然后,通过克里金方程结合最优实验变异函数模型求解权重系数和拉格朗日乘数,并利用克里金预测方程对定位误差进行预测;最后实施补偿并进行对比验证。实验结果表明,绝对位置误差平均值由1.048 9 mm减小到0.178 6 mm,精度提高了82.97 %;均方根值由0.393 7 mm减小到0.058 5 mm,精度提高了85.14 %,提高了工业机器人的绝对定位精度。
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基于机器视觉的表面缺陷检测方法研究进展
杨泽青;张明轩;陈英姝;平恩旭;方勇;吕雅丽;高岩
2023, 511 (4): 143-156. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.04.020
摘要
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149
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(13678KB)(
124
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可视化
基于机器视觉的表面缺陷检测以无接触、无损伤、自动化程度高及安全可靠等突出优点被广泛应用于各种工业场景中,尤其随着深度学习技术的快速发展,视觉缺陷检测有助于提高产品及装备的智能化水平。综述分析了表面缺陷检测的常用方法、通用数据集、检测结果评价指标和现阶段面临的关键问题。首先,将缺陷检测方法分为传统基于图像处理的缺陷检测、基于传统机器学习模型的缺陷检测及基于深度学习的缺陷检测,并对各种方法进一步细分归类和对比分析,总结了每种方法的优缺点和适用场景;然后,对目前常用的缺陷检测结果评价方法做出了描述,进一步探讨了表面缺陷检测应用在实际工业产品检测过程中关键问题——小样本问题,重点剖析了小样本问题的解决方法和无监督学习在解决这类问题上的优势;最后,从提高缺陷检测方法的工业适用性角度展望了下一步研究方向。
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面向数字孪生的车间运行三维实时监控系统
陈江;吴海波;张艺潇;李全峰;
2023, 511 (4): 21-32. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.04.003
摘要
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96
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(18072KB)(
105
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可视化
为解决自动化生产车间生产运行过程和生产信息实时可视化程度低、设备数据采集困难等问题,研究了数字孪生技术和OPC UA技术在车间三维实时可视化方面的应用。首先,以搭建数字孪生车间为基础,完成了三维实时监控系统总体框架的设计,并确定了其关键运行流程和技术路线。然后,对实现该系统的4项关键技术,即车间设备孪生体建模及虚拟车间的构建、基于OPC UA技术的车间多源异构数据采集和传输方式、虚实车间同步运行,以及生产加工数据的实时可视化进行了详细阐述。最后,通过设计开发了某印章生产线的三维实时监控系统,以实时数据驱动孪生车间运行的方式,完成了对物理车间生产过程在三维场景中全方位、任意距离的实时监控。并对采集的实时数据进行分析、处理和计算,实现了车间中设备使用率、产品合格率和库存状况等生产信息动态可视化,验证了该监控系统的可行性和有效性。
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基于Lemaitre损伤模型的铝箔剪切过程及断面质量分析
*
夏军勇, 孙博
2024, 522 (3): 89-94. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.03.012
摘要
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64
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(7899KB)(
99
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可视化
铝箔在精密剪切时存在断面翘曲、毛刺及刀具加速磨损等问题无法定性解决。建立Lemaitre剪切损伤模型,精确地分析铝箔剪切的弹塑性变形及断裂的演化过程。通过分析不同剪切间隙对剪切断面质量的影响及刀刃应力状态变化,提出了将剪切断面中剪切带高度及刀刃应力作为铝箔剪切机的优化评价指标。最后通过对仿真数据及试验结果进行分析,得到最佳剪切间隙为30 %
t
,满足剪切质量的同时,某型铝箔剪切机的剪刃寿命提高了15.9 %。
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基于SimAM模块与ResNet34网络的混合缺陷检测模型
朱传军;刘荣光;成佳闻;梁泽启;王林琳
2023, 509 (2): 1-9. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.02.001
摘要
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116
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(11885KB)(
92
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可视化
针对现表面缺陷检测方法准确率低、需要进行复杂的特征设计、特征泛化性不强、参数多和识别速度慢等问题,在残差网络卷积模块之后采用自适应全局平均池化,有效降低了分类器的特征维度,减少了信息冗余。将无参注意力机制模块SimAM与ResNet34网络相结合用于缺陷检测,并对不同组合结构进行研究,提出ResNet34_s_e和ResNet34_m这2种混合网络模型,该2种混合网络模型均不增加原始网络参数量。在东北大学钢铁缺陷标准数据集上进行实验,对数据集使用镜像、翻转等数据增广策略,防止模型过拟合。通过对比发现,ResNet34_s_e混合网络模型能够有效加快训练过程中误差的下降趋势,提升分类准确率。最后在武汉某制造车间采集的冲压件缺陷数据集上验证该混合网络模型的泛化性能。测试集正确率由88.34%提高到了89.19%,有效提升了车间冲压件缺陷检测准确率。
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换热器板片焊接夹紧装置的设计及试验研究
王能,杨立勇,薛德波,杨先海,张启铄,何群
2023, 513 (6): 1-5. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.06.001
摘要
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89
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(9254KB)(
91
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可视化
板式换热器在工业部门中应用广泛。在实际焊接过程中,板片组间焊接部位间隙大导致焊接效率低、生产成本高。针对焊接过程中焊接效率低的问题,设计了一种焊接夹紧装置。分析了全焊接板式换热器焊接夹紧动作,提出了一种三轴联动快速夹紧方法和焊接夹紧装置设计方案。研究了焊接夹紧装置关键夹紧部位的工作流程,利用SolidWorks软件对换热器焊接夹紧装置进行了三维建模仿真模拟,优化了结构,研制了焊接夹紧装置样机,进行了试验。试验结果证明,焊接夹紧装置移动速度快,夹紧效果好,有效提高了焊接效率。
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基于改进TD3的山地无人作业底盘姿态控制方法
*
李希明, 刘业通, 彭世康, 吴湘柠, 李恒强, 蒙艳玫
2025, 536 (5): 1-11. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2025.05.001
摘要
(
128
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(3391KB)(
83
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可视化
针对山地无人作业底盘在复杂道路下姿态不平稳,传统控制方法适应性、鲁棒性差等问题,提出了一种基于牛顿-拉弗森优化(Newton-Raphson-Based Optimizer,NRBO)算法、极致梯度提升树(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法和双延迟深度确定性策略梯度(Twin Delayed Deep Deterministic policy gradient,TD3)算法的底盘姿态控制策略。首先,搭建七自由度主动悬架振动模型环境;然后,训练NRBO-XGBoost的状态预测模型,在TD3算法中加入状态预测模型并在网络中加入注意力机制,增强TD3智能体在复杂环境下的决策能力和适应能力,同时设计奖励函数并训练TD3智能体,实现在复杂道路环境下的底盘姿态控制;最后,基于Matlab 2023a/Simulink软件开展仿真。仿真结果表明,基于改进TD3的底盘姿态控制策略能够有效抑制无人作业底盘在复杂道路下的姿态变化,其俯仰角、侧倾角和垂向位移分别抑制了61.4 %、84.9 %和84.9 %,显著提高了平稳性;相比传统DDPG、PPO和TD3强化学习控制策略,改进TD3算法下的俯仰角分别改善了49.1 %、7.4 %和37.2 %,侧倾角分别改善了83.3 %、36.5 %和34.7 %,垂向位移分别改善了70.7 %、77.5 %和64.0 %,垂向位移加速度分别改善了67.7 %、42.1 %和49.7 %,控制效果更好,具有更好的适应性与鲁棒性。
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增强型混合离散差分进化算法求解阻塞流水车间调度问题
易高明
2023, 511 (4): 1-12. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.04.001
摘要
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110
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(15494KB)(
82
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可视化
针对以最小化制造期为优化目标的阻塞流水车间调度问题,提出一种基于动态自适应的增强型混合离散差分进化算法。增强型混合离散差分进化算法采用基于工件排列的形式进行编码,首次利用带机器权重的PF规则与NEH启发规则联合构造初始种群,PF-NEH联合规则提升了初始解的质量和多样性;在差分进化的变异阶段,采用一种全新的分类变异策略,更有针对性地控制不同适应度个体的变异需求和方向;在交叉阶段,采用基于位置的交叉策略,保证得到一组合法完整的实验调度序列,并利用贪婪选择的方式确定目标个体;在局部搜索阶段,加入禁忌搜索算子,并融入一种新颖的兼顾集中性与多样性的自适应局部搜索机制,以动态平衡算法的全局粗搜索和局部细搜索。此外,为避免算法的早熟及后期易陷入局部最优,增加了多样性保持机制。最后,在典型算例上进行各种性能实验,验证了所提出的增强型混合离散差分进化算法的有效性和优越性。
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风电叶片检测机器人设计与运动仿真研究
李响;刘书海;肖华平;刘浩
2023, 511 (4): 51-58. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.04.006
摘要
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99
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(11694KB)(
80
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可视化
为了降低风电叶片检测维修的成本,综合设计制作了一种可以在叶片表面攀爬检测的六足机器人。根据叶片参数确定了机器人整体尺寸,采用SolidWorks软件建立了机器人整体模型,设计了腿部吸附结构。通过静力分析,建立了机器人吸盘吸附的数学模型,以保障机器人行走的安全稳定性。分析了机器人整体行走步态,设计了攀爬行走迈步过程并设计了其关节控制曲线,通过ADAMS软件仿真模拟了机器人在叶片表面的攀爬行走。最后,设计了机器人整体控制系统,并制作样机进行了机器人攀爬实验。仿真与实验结果表明,所设计的机器人结构可以稳定实现攀爬运动,吸盘吸附系统安全可靠,实验结果与仿真的行走步态一致,验证了以攀爬步态行走的可行性。
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基于数字孪生技术的智能生产线应用探索
金飞翔;王康文;吕刚;胡保华;张春鹏
2023, 509 (2): 18-26. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.02.003
摘要
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100
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(6991KB)(
80
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可视化
随着工业互联网的蓬勃发展,在新型工业信息系统和工业智能技术的推动下,生产线正向着物理空间与信息空间实时交互融合的方向发展,应运而生的数字孪生技术成为近年来的新兴研究热点。针对数字孪生技术的概念研究、工业生产领域中的应用发展、智能生产线应用领域的参考架构与关键技术及其相关研究进展进行了梳理和探讨。归纳和总结了数字孪生技术在智能生产线中的主要应用,阐述了数字孪生技术在智能生产线领域的相关研究和应用进展,并对数字孪生技术在智能生产线应用领域中的未来趋势提出展望和预测,为离散制造企业推进生产线全生命周期管理与数字化转型升级,实现柔性化的智能制造提供一定指导和启示。
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基于干膜掩模的群柱体织构电解加工技术研究
*
徐文杰, 曹自洋, 张西方, 朱译文, 任坤, 赵鑫
2024, 529 (10): 1-8. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.10.001
摘要
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170
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(11389KB)(
78
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可视化
微织构广泛运用于摩擦磨损、热能交换、关键零/部件密封和生物医学等众多领域,柱体织构作为微织构的一种,其在增摩方面起到至关重要的作用。利用电解加工效率高、无残余应力等优势,提出了一种基于干膜掩模电解加工群柱体织构的方法。选用了高黏附性的MS系列干膜制备掩模板,进行流场、电场和稀物质传递的多物理场耦合分析,研究了不同模板厚度对加工区域电解液流速、气泡率以及电导率的影响。分析结果表明,50 μm厚度的模板能够带来工件表面更高的电解液流速,加快产物及气泡的排出,工件表面的电导率更高。通过试验研究了加工电压、加工时间和脉冲占空比对群柱体织构尺寸的影响。试验结果表明,在加工电压为25 V、加工时间为15 s的条件下,可以获得定域性较好的群柱体织构;此外,脉冲电解加工时,在脉冲占空比为20 %、脉冲频率为4 kHz的条件下,不溶性电解产物、气泡及电解液的传质过程得到进一步改善;最后,在加工电压为25 V、加工时间为15 s、脉冲占空比为20 %和脉冲频率为4 kHz的优选加工参数下,在TC4表面加工出直径为320.48 μm、高度为15.06 μm以及侧向腐蚀系数
EF
=1的群柱体织构阵列。
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GCr15表面涂层与织构复合摩擦改性方法研究
陈书童,王文华,丛建臣,袁伟,郭前建,朱帅伦,于洁
2023, 512 (5): 1-5. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.05.001
摘要
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98
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(8555KB)(
76
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可视化
研究了表面涂层-织构复合改性对GCr15材料零件高速运转条件下摩擦磨损性能的影响及其减摩机理。首先在GCr15表面热喷涂厚度约30μm的巴氏合金涂层,然后采用皮秒光纤激光器在涂层表面加工凹坑织构。采用球-盘摩擦磨损试验机对改性表面进行摩擦学测试,球试样和盘试样基体材料同为GCr15。研究发现,复合改性处理后GCr15盘试样表面微织构的毛刺硬度有所降低,与未经过复合改性处理的试件相比,复合改性表面的平均摩擦系数与体积磨损率明显降低,磨损检测结果显示复合改性表面试样产生的磨粒明显减少,磨损区域边界的塑性流动与磨粒磨损情况得到显著改善。GCr15材料表面经过复合改性处理后,织构加工质量和颗粒捕捉能力有了明显提高,从而使复合改性表面的摩擦学性能得到增强。
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基于刚度阻尼特征的神经网络自适应阻抗控制
*
党选举, 黄伟健
2024, 531 (12): 1-8. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.12.001
摘要
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206
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(7251KB)(
73
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可视化
针对打磨机器人阻抗控制的力跟踪性能受环境刚度未知和环境位置变化影响的问题,提出了一种基于刚度阻尼特征的神经网络自适应阻抗控制方法。由于环境参数未知导致参考轨迹不易确定,构造了一个自适应PI控制律,进行参考轨迹补偿,减小力跟踪的稳态误差;为了提高力跟踪控制的动态性能,根据力误差对刚度系数及阻尼系数的统一调节规律——刚度阻尼特征,并结合力误差具有时变、非线性的特点,设计了一个描述力误差与刚度阻尼特征关系的激活函数,构建自适应阻抗参数神经网络模型,其输出为刚度系数和阻尼系数,通过基于参考轨迹补偿与自适应阻抗参数神经网络模型融合的阻抗控制,保证力跟踪控制的柔顺性。仿真结果表明,相比于传统阻抗控制和参考轨迹PI补偿的阻抗控制,所提出的自适应阻抗控制方法具有更好的力跟踪效果。
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中文标题基于逼近理想解和模糊综合评价的机械产品元动作健康状态评估
*
蔡易峰, 冉琰
2024, 524 (5): 1-9. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.05.001
摘要
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140
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(7467KB)(
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可视化
健康状态评估是机械产品高质量发展不可或缺的一环。从运动层面出发,以机械产品中的元动作单元为研究对象,提出一种基于逼近理想解和模糊综合评价的健康状态评估方法。首先,采用M-FMMECA方法,确定元动作单元的关键性能退化指标,给出元动作单元健康指数这一量化指标;接着,将逼近理想解法运用到元动作健康状态评估中,建立元动作单元健康状态量化模型;然后,在完成健康状态分级后,采用模糊综合评价法确定元动作单元健康状态隶属度函数,完成健康状态评估;最后,以某可靠性试验台锥齿轮转动元动作单元为例,进行健康状态评估方法的实例分析。研究表明,将逼近理想解与模糊综合评价结合,可以定量且更加全面地评估元动作单元健康状态。
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数字孪生在制造业中的应用研究综述
徐朋月;刘攀;郑肖飞
2023, 509 (2): 128-136. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.02.018
摘要
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88
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(11739KB)(
66
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可视化
数字孪生(digital twin)作为一种全新的信息物理系统(Cyber-Physical System, CPS)技术,一直备受各行各业关注。近年来,随着物联网、新型传感器和5G等新技术在传统制造业中的应用,数字孪生驱动的智能制造模式的落地应用进程也不断加快。首先回顾了数字孪生的产生背景和概念演化。在此基础上,总结了数字孪生在制造业多个领域中的应用现状。最后阐述了其在制造业的应用趋势。
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一种改进蚁群算法的移动机器人路径规划研究
何心;李志恒;李冰;惠翔禹;顾同成;徐武彬
2023, 509 (2): 36-43. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.02.005
摘要
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98
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(11764KB)(
66
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可视化
针对蚁群算法在大型、复杂环境下全局搜索效率差且收敛速度慢的问题,提出一种改进的蚁群路径规划算法。该算法通过引入目标方向函数作为启发因子,构建距离与目标方向的融合启发函数,以提高算法的收敛速度;采用一种基于有效拐点的路径优化策略,以减少规划路径的转弯次数;在输出路径的基础上采用三次B样条曲线进行路径平滑处理,以提高路径平滑性。通过梯度实验和2种不同规模对比实验表明,该算法与传统蚁群算法相比,2种规模下转弯次数分别减少41.67%和70.18%,最短路径迭代次数分别减少72.73%和63.24%,验证了该算法的优越性与可行性。
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宽温域油附三态水雾车削镍基高温合金钢已加工表面质量的研究
唐林虎,马富荣,胡彦军,张季惠,孙永吉,李宝栋
2023, 508 (1): 1-9. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.01.001
摘要
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98
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(16535KB)(
66
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可视化
在宽温域(-30~150℃)油附三态水雾(高温(150℃)油附水雾、常温(20℃)油附水雾和低温(-30℃)油附水雾)介质环境下,通过使用聚晶立方氮化硼(PCBN)、涂层硬质合金(PVD TiAlN)以及氮化硅基陶瓷(Si3N4)刀具对固溶时效处理后的镍基高温合金钢GH4169((50±1)HRC)进行车削试验,揭示了高温(150℃)油附水雾、常温(20℃)油附水雾和低温(-30℃)油附水雾的润滑方式,以及切削速度、切削深度和进给量对已加工表面质量的影响规律及其机理。研究结果表明,在22、69、111、176、251 m/min切削速度下,相对于其他2种冷却润滑条件,高温油附水雾冷却润滑条件下使用PCBN和氮化硅基陶瓷刀具车削时均可获得较低的表面粗糙度值;与PCBN和氮化硅基陶瓷刀具相比,涂层硬质合金刀具能获得更低的表面粗糙度值和良好的已加工表面微观形貌。
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基于混合现实的数字孪生车间调度智能管理系统设计与实现
吴小超, 王维佳, 李家喜, 王宁, 万年彬
2024, 525 (6): 36-48. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.06.006
摘要
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59
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(7442KB)(
64
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车间调度管理作为生产中的关键环节,其智能化水平对于数字化车间的建设起着重要作用。在现有车间调度管理中,信息发布媒介主要为公共空间中的二维实体看板,限制了车间的智能化发展。为满足车间调度管理需求,引入混合现实(Mixed Reality,MR)技术与数字孪生技术,提出MR数字孪生车间调度智能管理系统六维模型。在此基础上,建立了基于MR的数字孪生车间调度智能管理系统框架;研究面向MR的数字孪生车间调度信息的可视化技术,构建车间调度过程中的全要素信息模型,为车间调度可视化管理提供统一的数据基础,实现车间信息的直观表达;探究面向MR的数字孪生车间的多模态交互式信息获取技术,提出MR应用中多模态交互式的信息智能获取策略,以实现信息的高效获取;最后,通过人机交互试验,以生产调度的3种典型场景为例验证所提系统的性能,结果证明,所提系统可以显著提升车间调度效率,提高用户体验。
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考虑黏接工艺对云纹干涉钻孔法标定系数基本机理的影响
*
张克明, 曹宇, 席尚宾, 郑佩, 张振亚, 黄甲, 刘文城, 姚骏
2024, 526 (7): 1-8. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.07.001
摘要
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(3421KB)(
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云纹干涉法与钻孔法相结合的增量钻孔技术被公认为是一种测量内部残余应力的有效方法。该技术中使用的黏接剂在试验过程中起着将应变从结构表面传递到光栅层的关键作用。然而,在求解标定系数时,往往没有考虑黏接剂的影响。基于有限元软件,从黏接剂的材料性质、粘接层的形状和尺寸、粘接层的厚度、钻孔的增量和应变测量方法5个方面考察了黏接剂对标定系数的影响。通过比较有无黏接剂时的标定系数误差,说明了黏接剂的影响。结果表明,忽略黏接剂的影响会显著影响标定系数的精度,将黏接剂从有限元模型中剔除会导致低估标定系数,标定系数的误差超过2.5 %,并且与钻孔增量和测量方法有很大关系。此外,黏接剂对薄壁构件的影响比对较厚的试件更显著。
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船用柴油机机体孔系平行度在机检测方法
周宏根,董宝江,田崇顺,李国超,史肖娜,富艳玲,罗明镇,孙丽
2023, 519 (12): 1-5. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.12.001
摘要
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(12994KB)(
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船用柴油机机体孔系平行度的高精度在机检测是制约其制造过程智能化水平的瓶颈技术之一。为此,基于多传感器技术,提出一种空间孔系平行度在机检测方法。在传感器不放入孔内的情况下,仅将测头伸入孔内进行测量,由多个位移传感器的测量值,根据对应传感器所处的位置,计算获得孔系平行度大小。结果表明,该检测方法可有效对空间孔系平行度进行检测,为孔系零件高效在机检测提供了理论基础。
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基于车载角速度传感器的汽车横摆角速度失稳控制
*
刘欢, 刘玄, 李鹏, 范晨晖
2025, 533 (2): 54-60. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2025.02.007
摘要
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61
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(2866KB)(
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为保证汽车平稳运行,提出了基于车载角速度传感器的汽车横摆角速度失稳控制方法。首先,利用车载角速度传感器获取汽车的横摆角速度数据,并由此建立观测信号描述与解析方程;然后,在横摆动力学理论下,设定汽车横摆角速度失稳判断指标,对比汽车横摆角速度的实际值与理想值,通过模糊规则将汽车横摆角速度的实际值与理想值的差值转化为模糊变量,并利用模糊集合对判断指标进行融合;最后,根据融合结果确定汽车横摆角速度的控制力矩,实现汽车横摆角速度失稳控制。结果表明:以蛇形工况为测试案例,使用所研究方法控制后的汽车横摆角速度小于15 rad/s,未超出极限数值,可以保证汽车车轮在同一标准下变化,有效控制横摆角速度的稳定,保证汽车平稳运行。
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基于改进IGA的多品种变批量智能车间调度
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刘晋飞, 刘乙涵, 陈明, 黄华
2025, 535 (4): 1-10. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2025.04.001
摘要
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针对多品种、变批量的高复杂度智能制造场景,频繁更换刀具、夹具及工装等情况造成的实际生产调度和理论生产调度脱节的问题,定义了两个参量,即机器准备时间(Machine Preparation Duration,MPD)和机器加工系数(Machine Processing Coefficient,MPC),以最小化最大完工时间、机器总时间负荷和机器总准备时间为目标函数,建立了引入MPC参数的多品种、变批量智能车间调度数学模型;设计了融合非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)和免疫遗传算法(Immune Genetic Algorithm,IGA)的非支配免疫遗传算法(Non-dominated Sorting Immune Genetic Algorithm-Ⅱ,NSIGA-Ⅱ)来求解此类问题。该算法采用多种方式进行初始化,提出了一种综合考虑非支配排序和目标函数值大小的得分策略来筛选优秀个体,同时为了提高种群的多样性,引入种群分层和自适应交叉突变的策略。最后,通过多组对比实验验证了该算法的有效性以及在探索最优解时具有稳定性好、解质量高等优点。
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深度强化学习求解动态柔性作业车间调度问题
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杨丹, 舒先涛, 余震, 鲁光涛, 纪松霖, 王家兵
2025, 533 (2): 10-16. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2025.02.002
摘要
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随着智慧车间等智能制造技术的不断发展,人工智能算法在解决车间调度问题上的研究备受关注,其中车间运行过程中的动态事件是影响调度效果的一个重要扰动因素,为此提出一种采用深度强化学习方法来解决含有工件随机抵达的动态柔性作业车间调度问题。首先以最小化总延迟为目标建立动态柔性作业车间的数学模型,然后提取8个车间状态特征,建立6个复合型调度规则,采用ε-greedy动作选择策略并对奖励函数进行设计,最后利用先进的D3QN算法进行求解并在不同规模车间算例上进行了有效性验证。结果表明,提出的D3QN算法能非常有效地解决含有工件随机抵达的动态柔性作业车间调度问题,在所有车间算例中的求优胜率为58.3 %,相较于传统的DQN和DDQN算法车间延迟分别降低了11.0 %和15.4 %,进一步提升车间的生产制造效率。
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考虑技能学习差异的多工人协作柔性车间调度
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李钊, 温承钦, 黄维忠, 朱海强, 覃丽燕, 周绍鹏, 郑玲
2024, 529 (10): 9-15. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.10.002
摘要
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可视化
在考虑工人技能学习差异的基础上,为解决多工人协作柔性车间调度问题,提出了基于稀疏邻域带精英策略的快速非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的调度方法。对考虑技能学习差异的多工人协作柔性车间调度问题进行了描述,以车间工人学习能力为背景改进了DeJong学习模型,并建立了多工人协作柔性车间调度的多目标优化模型。在NSGA-Ⅱ基础上,引入了邻域稀疏度的选择方法,有效保留了信息丰富和多样化的染色体,并将稀疏邻域NSGA-Ⅱ应用于柔性车间调度问题求解。经实验验证,稀疏邻域NSGA-Ⅱ所得Pareto解集质量高于标准NSGA-Ⅱ和自适应多目标进化算法(Multiobjective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition,MOEA/D),最短调度方案的完工时间为127.1 min,该方案满足逻辑和时间等约束。实验结果验证了稀疏邻域NSGA-Ⅱ在柔性车间调度中的优越性。
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基于全因子数值模拟的侧进风式滤筒除尘器流场优化研究
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蒋文政, 潘继生, 蔡沛云, 李怀俊
2024, 528 (9): 1-11. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2024.09.001
摘要
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工业除尘器作为工业安全生产、绿色制造的重要装置,如何提高其除尘效率和降低耗能是未来产品的发展方向。针对除尘器滤筒仓核心部分,选取滤筒安装位置
A
、底部漏斗结构
B
和扰流板长度
C
三因素二水平进行全因子流场仿真优化实验,以过滤总流量与流量综合不均系数作为评价指标,对实验数据进行极差分析获得最优组合。仿真结果表明,改进机型相较原型机,过滤总流量提升了4.21 %,流量综合不均系数降低了75.75 %,并解决了位于进气口处的滤筒易受气流冲蚀作用与滤筒仓内存在二次扬尘的问题。根据仿真结果试制了改进机型,改进机型的实际过滤总流量测试与仿真计算得到的过滤总流量误差为0.54 %,数值仿真优化方法能有效指导滤筒除尘器优化设计,有利于延长滤筒的使用寿命和提高产品品质。
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基于田口法的TC4钛合金电化学车削试验研究
陈科嘉;阿达依•谢尔亚孜旦
2023, 514 (7): 1-8. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.07.001
摘要
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通过对电化学车削加工(Electrochemical Turning, ECT)原理及其相关的工艺参数的研究,分析了快速转动的工件对保持工作间隙流场稳定的影响因素。并基于可实现无级调速的高速电机搭建试验平台,用单一因素试验分析了电化学车削TC4钛合金的各工艺参数对工件的材料去除率和表面粗糙度的影响。选取L16(44)正交表进行正交试验,基于田口方法进行分析,研究了电解液浓度、加工电压、工具直径和工件转速对工件材料去除率和表面粗糙度Ra的影响规律。经主效应分析,各加工参数对材料去除率影响因素大小依次为加工电压>工具直径>电解液浓度>工件转速。以材料去除率最大为目标的最佳工艺参数组合为加工电压20 V,电解液浓度250 g/L,工具直径2.0 mm,工件转速800 r/min。各加工参数对表面粗糙度影响因素大小依次为电解液浓度>工件转速>工具直径>加工电压。以表面粗糙度最小为目标的最佳工艺参数组合为加工电压15 V,电解液浓度200 g/L,工具直径1.0 mm,工件转速800 r/min。以材料去除率尽可能大...
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柔性作业车间调度多策略果蝇优化算法研究
吴迎晨,肖彪,赵正彩,彭仕鑫,苏宏华,朱夏林
2023, 512 (5): 22-30. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.05.004
摘要
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针对柔性作业车间调度问题,提出了融合多种策略的果蝇优化算法,以最小化最大完工时间为目标,生成合适的调度方案。在该算法中,采用反向学习策略进行种群初始化,改善初始解的质量。其次引入变邻域搜索算法作为果蝇的嗅觉搜索策略,提升局部搜索能力,在此基础上,提出能够增加种群多样性的位置重构策略,根据嗅觉搜索后种群的平均适应度值将果蝇动态地划分为先进子种群和普通子种群,普通子种群以先进子种群为目标进行位置重构,先进子种群相互为目标进行位置重构,避免搜索陷入局部最优。最后,设计正交实验探究变邻域搜索参数对算法性能的影响,并确定相关参数合适值,通过计算多个标准测试集基准算例,得到每个测试集的最优解及平均解,并与现有算法的计算结果进行对比,验证了改进策略的有效性及所提算法的优越性。
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基于GA-SVR混合方法的非标设备设计时间预测
施云祺;王子阳;杨宏兵
2023, 510 (3): 1-7. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.03.001
摘要
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非标自动化设备项目初期的设计环节在整个项目管理过程中占据重要地位,对其设计时间的精准预测是有效实施项目调度的基础。基于非标设备设计和制造特点,选择客户协同程度、造型难度、设计相似程度、订单规模和团队参与程度5个因素,探究其对设计时间的影响。考虑非标产品样本数量较少的特点,提出一种遗传算法与向量机回归(GA-SVR)混合方法,即在向量机回归模型(SVR)预测方法的基础上,结合十倍交叉验证与遗传算法对预测模型进行参数寻优。最后,选择高斯过程回归(GPR)方法进行对比,从预测精度和稳定性两个方面验证了GA-SVR混合方法的有效性。
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基于改进蚁群算法的机器人路径规划研究
邵琪,时维国
2023, 513 (6): 46-51. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.06.008
摘要
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针对传统蚁群算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优以及规划路径存在冗余拐点等一系列问题,提出了一种改进的蚁群算法,用于移动机器人在栅格环境中的路径规划。首先,采用初始信息素角度导向分布策略,增强起点到终点线路上的初始信息素浓度,降低算法初期搜索路径的盲目性;其次,为进一步提高机器人移动的安全性,在状态转移概率的基础上引入一种含导向作用的安全因子,避免算法搜索产生曲折路径;最后,提出信息素增量自适应t分布变异策略,以增加种群的多样性,避免算法后期陷入局部最优。同时建立了信息素更新规则和路径评价机制,用来引导蚂蚁以最佳综合指标靠近最佳路径。栅格环境仿真表明,在不同环境下改进的蚁群算法能使机器人获得全局最佳路径,并且具有较高的路径规划实时性和稳定性。
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装备制造企业数字化转型应用支撑平台框架研究
耿建光,桑国彪,任江涛,李大林
2023, 508 (1): 27-34. doi:
10.16731/j.cnki.1671-3133.2023.01.004
摘要
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随着企业信息化的深入应用,基于数字与模型驱动技术构建数字化、一体化的企业运作模式成为企业数字化转型的方向。结合装备制造企业数字化转型需求,分析了企业数字化转型的基本机理,给出了基于产品、过程、企业和产业链的模型化能力体系,以及基于业务连续性、数据连续性和技术连续性构成的数字连续性能力体系。设计了企业数字化转型应用支撑平台框架,并结合装备制造企业的产品研制要求,提出了支持数字产品管理、跨专业及跨单位业务协同等功能的产品数字化解决方案,最后分析了典型的产品数字化研制模式和特点。可对装备制造企业的数字化转型推进和实施提供一定的参考和借鉴。
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