为了定性与定量描述产品在产品生命周期管理(PLM)设计阶段各环节信息状态,提出通过信息熵分析设计阶段各环节信息状态的不确定性,通过信息距离分析各环节取得某个状态所遇障碍的大小,然后采用顶层基本骨架(TBS)方法建立产品的三维模型并对其信息状态进行分析,结果表明,客户对产品的需求增加后,产品在设计及转移状态上需要的信息相应增加,通过信息状态的分析为产品在PLM设计阶段的开发过程提供信息学方面的依据。

双面研磨作为蓝宝石衬底加工中的一道重要工序,主要目的是去除晶片表面的线切痕,使晶片表面粗糙度均匀,同时提高晶片的面形精度,使其满足一定要求。通过开展双面研磨实验,研究蓝宝石晶片的面形精度(翘曲度Warp、弯曲度Bow及总厚度偏差TTV)和表面粗糙度Ra随材料去除厚度的变化规律。在双面研磨初始阶段,翘曲度迅速减小,弯曲度减小趋势较缓,总厚度偏差和表面粗糙度值则迅速增大;随着研磨的进行,翘曲度、总厚度偏差和表面粗糙度随材料去除厚度的增大变化不大,而弯曲度Bow则随材料去除厚度的增大而逐渐减小,达到一定程度后则趋于稳定。研究结果对优化蓝宝石晶片双面研磨加工工艺、提高蓝宝石晶片双面研磨加工精度和加工效率具有重要意义。

研究了在1 750℃下真空热压烧结而成的WC/TiC层状陶瓷刀具材料在干摩擦条件下与316L奥氏体不锈钢之间的摩擦磨损性能,并对磨损面进行了分析。结果表明:载荷和滑动速度对摩擦因数和磨损量的影响较大,随着载荷的不断增大,WC/TiC层状陶瓷刀具材料的摩擦因数和磨损量呈增大趋势;而随着滑动速度的增大,WC/TiC层状陶瓷刀具材料的摩擦因数先降后增,磨损量先增后降;在WC/TiC层状陶瓷刀具材料与316L奥氏体不锈钢的对磨过程中,材料的表面发生了犁削、颗粒及片层剥落现象,在磨损表面留有犁沟、凹坑、微裂纹和片层结构,其磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。

以某载货车辆的车架为研究对象,基于三维数值模型和Hyperwork平台建立该车架系统的有限元模型,对车架进行静力分析,得到其刚度与强度且满足设计要求,进而分析其自由模态和包含悬架的车体系统的约束模态,获得更贴近车架实际运行中的振动属性。为进一步研究车架系统的动态稳定性,对车架进行谐响应分析以及瞬态动力学分析,获得车架不同部位的受力状态。综合分析结果表明,车架的静、动态特性符合设计期望,为车架性能校核和结构改进提供参考。

为了提高复合式贴片机的工作效率,研究了复合式贴片机的贴装过程优化问题,提出一种元胞蝙蝠算法。算法中提出一种分段的整数编码方法,并将元胞自动机理论融入蝙蝠算法中,以研究蝙蝠种群的交流结构和信息传递机制。采用多交叉算子自适应交叉的策略来提高算法的鲁棒性,设置精英文档来提高算法的收敛速度和维持种群的多样性,引入迭代互换操作来执行局部搜索以提高算法的收敛精度。通过对不同规模的实例进行计算,得到的结果表明,该算法能更快、更精确地收敛于全局最优值,能有效地实现复合式贴片机贴装过程优化,从而提高贴装效率。

成功研制了国内首台可重构的输电线路带电检修机器人“Dream-Ⅰ”,具有在导线上自主行走及准确定位功能。首先描述了机器人的作业任务及对象,然后设计了机器人通用平台、绝缘子更换末端及引流板螺栓紧固末端,给出了机器人的控制系统,并对机器人的作业规划进行了仿真分析,最后完成了在高压大厅的电场耐压试验和实际线路上的上线试验及试用。实验结果表明,机器人通过更换机械手末端,能带电完成悬式绝缘子更换及引流板螺栓紧固两大作业任务。

基于MDH(Modified Denavit-Hartenberg)模型,建立自主研发的服务机器人单个关节误差模型,用空间两点间的距离误差衡量机器人的绝对定位精度,并结合建立的单关节误差模型,推导了基于距离误差的运动学标定模型。运用该标定模型不仅可以简化测量过程,还可以避免测量系统与机器人系统之间的坐标转换,从而提高测量精度。最后,结合服务机器人部分解耦的结构特征来制定实验测量点的选取方案,并使用三坐标测量机测量其末端位置。实验结果表明,机器人的绝对定位精度得到明显提高。

利用COMET L3D对钣金件进行了点云数据的获取,将钣金件实物模型的立体信息转换成了计算机能直接处理的高精度三维数字模型,随后利用点云数据对钣金件进行了逆向重构,并对逆向重构过程中曲面的重构以及精度控制进行了详细分析。最后得到了精度较高的钣金件重构模型。逆向工程在钣金件设计过程中的应用弥补了传统正向设计的局限和不足,在保证精度的前提下实现模型的快速重建,从而缩短了钣金件的设计研发周期,降低了设计成本。

针对云制造中生产设备资源的服务化封装难题,在对比现有制造资源封装技术研究的基础上,给出了制造资源分类,分析了生产设备资源的特点以及服务化技术,提出了云制造中生产设备资源服务化封装框架,建立了生产设备资源的形式化描述模型,对资源的服务化封装过程进行了系统研究。最后,通过一个实例验证了在云制造中生产设备资源服务化封装方法的可行性和科学性。

为研究自动化控制系统各个环节的设计方法与相互通信方式,设计了一个汽车轮毂全自动搬运系统,采用西门子S7-200 SMART进行系统逻辑控制,完成对视觉系统、ABB工业机器人机械手控制系统、汽车轮毂、光电传感器、上/下料输送线、操作按钮、人机界面、指示灯和安全门开关等各种外设的通信控制工作。经过现场调试,该汽车轮毂全自动搬运系统能对机器人夹具进行快速定位,将来料线上的轮毂较准确地搬运到下料线。同时,人机界面具有实时监视和报警功能,功能齐全,操作简单。实践证明,该系统设计能够满足设计需求,提高生产的稳定性和可靠性。

悬架系统是整车安全行驶的重要结构件。以某重型运载车辆单纵臂悬架为研究对象,使用应力波传播理论,在ABAQUS软件中搭建悬架系统模型,对悬架在3种典型工况下的显式动力学性能进行分析。分析结果表明:3种不同工况下的应力值都较大;动载荷是对悬架结构造成破坏的最重要因素;悬架中的焊缝连接处及尖角处具有明显的应力集中和塑性变形;悬架结构中相对薄弱的区域主要是集中在转向节和转向纵臂的铰接连接处。根据强度和刚度分析结果对悬架结构进行改进和优化,并采用试车方法进行验证。试验结果表明,显式动力学弹塑性能分析方法对计算动载荷工况下悬架应力应变状况实用有效。

轧机上的十字万向接轴具有承载能力大、传动效率高、传递力矩大和传动平稳等特点,主要失效形式为十字万向接轴的断裂、轴颈表面出现塑性压痕或点蚀剥落等。根据实际需要,对接轴、十字轴和叉头的强度等参数进行了计算和校核,对其关节进行应力和接触压力的有限元分析,得出符合要求的参数。采用合理的机械加工工艺,制造出满足条件的十字万向接轴,并应用于生产实际。

电主轴轴承-转子系统在工作过程中受到多种振动激励的干扰,严重影响被加工零件的加工精度及可靠性。采用压电叠堆对电主轴轴承-转子系统的动态振动特性进行干预,建立了包含压电叠堆的电主轴轴承-转子物理模型,并运用有限元法建立了电主轴轴承-转子-压电叠堆机电耦合动力学模型。根据线性二次型最优控制(Linear Quadratic Regulator,LQR)理论设计了针对系统的输出反馈控制律,最终建立了高速电主轴轴承-转子系统振动主动控制模型,并运用Matlab软件进行了控制仿真,仿真结果表明:该控制方法在集成了压电叠堆的电主轴振动控制中取得了明显的控制效果。

采用动力学实验对数控转塔冲床横梁系统进行动力学分析研究,并根据实验结果分析横梁位移特性和加速度特性,为改善横梁动力学性能提供依据。

半开式叶轮属于复杂曲面零件,在离心泵中被广泛应用。对某一半开式叶轮进行了结构参数计算和叶轮绘型,然后采用UG软件对其进行了三维精确建模,并分析了该叶轮的数控加工工艺,进而在UG软件里对该叶轮进行了数控加工刀具路径的编制和切削仿真,最后将生成的数控程序传入加工中心进行了实际加工。该方法加工出的半开式叶轮尺寸精确、表面质量好。

目前,传统专家系统工艺推理时存在零件信息提取不完整、知识获取困难和推理能力弱的问题,采用基于神经网络和规则的混合推理机制替代传统专家系统可以解决有效上述问题。首先,运用特征技术提取零件信息,将零件信息转换为特征矩阵,作为神经网络专家系统的输入;然后,根据特征矩阵搜索推理策略,基于轴类零件特征将神经网络分为精度、形状和热处理三类子网络,采用动量-自适应学习率BP算法训练网络;最后设计与实现了混合系统工艺推理过程。

船体曲面分段的生产调度问题流程复杂且具有时空耦合特性,其排产计划和调度方案的制定过程缺乏规范的流程及高效的方法,是船体建造过程中的瓶颈。对此提出了基于时空约束的曲面分段车间调度方法,该方法首先建立包含时空约束的调度问题数学模型;其次综合运用规则及分解策略,设计合理、简便的启发式算法;最后以船体部分曲面分段建造过程为例进行了实例验证。结果表明,所提出的基于时空约束的曲面分段车间调度方法使分段生产效率和车间场地利用率均有明显的提高。

分析了磨削工艺参数对加工精度和生产效率的影响,针对磨削工艺参数选择问题,建立了以磨削加工表面粗糙度、工件刚度、磨床功率、磨床参数和加工余量等作为约束条件,以磨削余量、纵向进给量和背吃刀量等磨削参数为优化变量,以多道磨削工序成本组成的工艺成本最低为目标的磨削参数优化模型。以某型号电动机轴为实例,运用MATLAB软件对电动机轴磨削参数进行优化求解;将所得结果与根据磨削手册和经验选择的磨削参数进行比较表明,采用优化后的磨削参数计算得到的磨削工艺成本可降低近19%,从而验证了优化模型的有效性。

针对造船过程中分段调度效率低下,场地空间紧张的问题,基于实地调研,以减少分段移动过程中为清空路径所产生的衍生指令为目标,提出了关于目标三级场地选取和出入堆场路径优化方法的一系列执行规则。为实现对分段的剩余加工周期天数和所占三级场地的阻力系数的整合,将衍生指令与堆场整体动态调整相结合,在使堆场连续作业的过程中搬运次数最小化的同时实现了堆场整体空间堆放的动态优化。设计了相应的计算方法和流程,经过多次验证,得出在场地堆放率平均达到85.9%的情况下,衍生指令平均比例降低到36.93%,证明该规则的有效性。

为了克服传统关联规则在解决钢铁工业泛在信息多样性、模糊性和层次性方面的不足,在传统的层次型关联规则挖掘算法基础上,建立层次间的模糊隶属度关系,并引入加权扩展,设计了一种加权模糊层次关联规则算法,并将该算法应用于冷轧带钢生产过程缺陷与缺陷形成原因的关联关系挖掘中。试验表明,该算法不但可以挖掘出缺陷之间的关联关系,同时还能挖掘出不同缺陷与其对应的不同缺陷形成原因之间的关联关系,弥补了传统挖掘算法只能挖掘同种类别数据之间关系的不足。

针对目前基于模型定义(Model-Based Definition,MBD)环境下三维机加工艺设计过程中出现的信息不一致问题,在MBD加工元的概念基础上,提出基于MBD加工元的三维机加工艺设计方法和设计过程。研究基于MBD加工元的生成方法,并在此基础上研究基于MBD加工元的工艺方法决策。基于工序模型的关联复制技术和布尔运算,建立基于MBD加工元的工艺模型。开发基于MBD加工元的机加工艺设计系统,并以飞机盒类零件为例验证所提方法的有效性。

针对复杂气动程序气控系统干扰信号消除困难,提出了干扰信号处理方案。通过全功能图判断干扰信号的类型,利用单向滚轮杠杆阀将复现长信号变为短信号,然后再将不同步序线上的复现信号与各步序线上处于发信状态的其他控制信号相“与”,组合出不同的新信号来消除复现信号干扰;采用双压阀相“与”消除覆盖信号干扰。通过实验验证,提出的干扰信号消除方法确实可行。

针对SOP封装贴片元件的成像特点,为了限制目标区域的数量,减少计算元件角度的运算量,首先采用基于最小外接矩形算法快速获取目标区域的中心坐标、近似面积及近似周长,以矩形面积和周长为限制条件搜索出目标矩形并计算出元件实际中心;然后结合基于邻接矩阵的搜索算法搜索出单排目标矩形的中心;最后通过最小二乘法拟合直线计算出元件的角度。该方法简单高效,有效地减少了元件识别过程中的运算量。实验结果表明,该算法在保证对SOP元件高精度定位的同时,可实现高效率的贴装。

开发了基于Android的铝板带冷轧远程监测系统。整体采用C/S架构模式,用LabVIEW 软件开发了服务器端程序,并通过用于过程控制的对象连接与嵌入(Object Linking and Embedding for Process Control,OPC)技术从工业现场获取数据。客户端采用模块化及面向对象的思想在Basic4Android+Java JDK+Android SDK开发环境中开发,具备用户认证、网络通信和随时随地数据实时获取并人性化显示的功能,测试运行稳定,实现了对铝板带冷轧生产的远程移动监控,达到了设计要求。

针对传统方法在解决机械优化问题时的不足,提出了一种偏利共生型的多种群细菌觅食算法。利用可行种群和不可行种群两个种群来模拟协同演化,以用于机械设计优化问题的多约束处理。除多种群协同进化外,该算法还采用了自适应的趋化步长,以及均衡的繁殖消亡策略。为验证所提出算法的优化设计能力,在压力容器和焊接悬臂梁优化设计两个实例上进行了测试,并与其他几个算法进行了比较。测试结果表明所提出的多种群细菌觅食算法在最优值以及稳定性上相比于同类算法具有明显优势,能够很好地用于机械设计优化工作。

针对输出质量特性服从正态分布的随机偏移单部件可修系统,研究了可变样本容量和控制线(Variable Sampling Size and Control Limits,VSSCL)均值控制图和预防维修策略联合经济设计问题。首先,构建了VSSCL均值控制图和预防维修策略联合经济设计的集成框架,揭示控制图和预防维修策略运行的耦合机制;然后,基于VSSCL均值控制图和系统状态特征参数,针对给出的集成框架确定了可能形成系统更新的四个维修事件的发生概率,并进一步利用更新过程理论和全概率公式,建立了VSSCL均值控制图和预防维修策略联合经济设计的平均单位时间成本最小决策模型;同时,针对具体实例,将构建的联合设计决策模型和独立设计决策模型进行比较分析,结果表明联合设计决策模型具有明显的经济优势;最后,利用回归正交试验设计方法对模型参数的灵敏度进行了分析。

微创外科手术(Minimally Invasive Surgery,MIS)机器人技术作为新兴的研究领域,具有创口小、减轻患者疼痛和术后恢复快等诸多优点,使其在外科手术中得以应用并迅速发展。详细分析和介绍了国内外近年来的主要研究成果,并对微创外科手术机器人的关键技术进行分析。