采用磁控溅射技术在304不锈钢和硬质合金刀片上交替沉积TaN、TiSiN层,制备不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、原子力显微镜和摩擦磨损试验机等仪器的测试结果来表征其微观结构、硬度、表面粗糙度及摩擦学等性能。不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜均在（200）晶面呈现择优取向,并且衍射峰随着Si含量的增加向右偏移,当Si含量为10%时,衍射峰的偏移量最大。随着Si含量的增加,TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度先升高后降低,当Si含量为10%时,硬度最大,达到25.8 GPa。表面粗糙度值随着Si含量的增加先减小后增大,随后又减小,当Si含量为15%时,TaN/TiSiN纳米多层膜的表面最光滑,表面粗糙度值最小,为Ra 2.34 nm。摩擦系数和主切削力均随着Si含量的增加先减小后增大,当Si含量为15%时,摩擦系数最小,耐磨性能最好,主切削力最小;研究结果表明,掺入适量的Si元素可以有效地提高TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度、耐磨性能和切削性能。

价值流图是一种实施精益生产的工具,但是因价值流图不能详细描述生产系统的动态行为,导致其在精益生产应用方面存在局限性,通过结合仿真技术能够克服价值流图的静态局限性。针对D公司车载面板车间,首先运用价值流图识别车间存在的问题,并制定改善设计方案;接着,建立改善后的车间仿真模型,并以基本存储定量在制品控制策略（Base Stock CONWIP control strategy,BS-CONWIP）为生产控制策略,应用遗传算法对缓存区容量进行优化;最后,依据仿真运行数据与改善设计方案绘制出了未来状态价值流图,对比现在和未来状态价值流图,发现改善方案在简化车间生产流程的同时,生产周期、在制品库存等绩效指标也得以显著改善。研究表明,价值流图与仿真技术的结合对改善车载面板车间具有指导价值和参考意义。

熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling,FDM）碳纤维增强ABS丝材相对于ABS丝材,具有强度高、质量轻等优点,其成型质量取决于FDM成型机参数的选择。从成型机参数中选取热床温度、喷头温度、扫描速度以及层高作为研究因素,并对这4个因素进行单因素研究,得出各因素影响制件成型质量的合理范围。以上述4个因素为研究因素,以制件质量作为反应指标,利用响应曲面法进行交互试验设计,根据试验设计方案进行成型试验;用三坐标测量仪测量试验结果,并利用Design-Expert软件分析,从试验结果中选出最优组合;试验结果对于FDM碳纤维增强ABS成型时成型机参数的选择提供了依据。

为了提高六自由度工业机器人绝对定位精度,对工业机器人进行了运动学建模,并建立了基于MD-H参数误差的机器人末端定位误差辨识模型,应用激光跟踪仪测量系统采集样本点数据,应用基于奇异值分解的最小二乘法求解辨识模型,以获得几何参数误差,并根据辨识出的误差对机器人末端定位精度进行补偿,实验结果表明,经过辨识和补偿后,工业机器人绝对定位精度得到明显提高,可为后续复杂作业的离线编程与作业规划打下基础。

针对一些传统下肢外骨骼机器人步态优化算法中的寻优精度低和收敛速度慢等问题,提出一种下肢外骨骼机器人步态优化算法,该算法采用粒子洗牌策略和复合形信息互通技术,保留了粒子群优化（Particle Swarm Optimization,PSO）算法与复合形交叉进化（Shuffled Complex Evolution,SCE）算法的优点,通过建立以机器人步态零力矩点（Zero Moment Point,ZMP）稳定裕度和每步驱动能耗为参数的多目标优化函数进行寻优,并在SolidWorks、ADAMS和MATLAB软件中进行联合对比测试,仿真表明:与PSO算法和SCE算法相比,采用PSO-SCE算法得到的机器人步态ZMP稳定裕度增大,驱动能耗平均值分别减小了18.4%和13.5%,机器人能够以较小的能量消耗实现稳定平滑行走。

针对巡检机器人运行中对线路障碍物的自主定位与识别,分析了巡检机器人自主运行中对障碍物信息感知的精度和实时性要求,提出了一种用于线路障碍物定位与识别的多传感器集成结构,并介绍了各个阶段的障碍物定位与识别算法。实验表明该方法可以实现机器人稳定自主行驶、可靠定位与识别障碍物,满足各阶段机器人对障碍物信息感知的精度和实时性要求,从而为机器人制定自主越障策略提供信息。

4个车轮同时缺气时,传统滚动半径法很难监测出轮胎压力值,导致误报率较高。为解决该问题,提出了一种基于BP神经网络的间接式四轮胎压缺气监测方法,通过采集轮速脉冲数对BP神经网络进行训练,实现对4个车轮同时缺气时的胎压识别。实验结果表明:训练后的BP神经网络可以有效识别4个车轮同时缺气时的压力值,误报基本消除,该方法为4个车轮同时缺气时的胎压监测研究提供了新的方向。

为进一步提高车辆行驶过程中的平顺性,提出了一种半主动空气悬架模糊滑模控制策略。对空气悬架系统所用的磁流变阻尼器（Magnetorheological Damper,MRD）进行力学性能试验,利用遗传算法对磁流变阻尼器的改进双曲正切模型进行参数辨识。对空气弹簧建立刚度模型,基于改进双曲正切模型,建立1/4车辆磁流变半主动空气悬架系统模型。针对空气悬架系统的不确定性,建立基于模糊控制的滑模变结构控制策略;通过调整滑模控制的边界层,有效地抑制抖振对控制精度的影响,从而确保了系统的稳定性。以随机路面激励作为输入,分别对被动空气悬架、基于模糊PID控制和基于模糊滑模控制的半主动空气悬架进行仿真分析,结果表明基于模糊滑模控制的半主动空气悬架具有更好的减振性能和乘坐舒适性。

为解决车载平台调平控制系统响应速度慢、自适应能力差的问题,对一款液压马达带动滚珠丝杠的调平支腿,建立其数学模型,提出了基于粒子群优化（Particle Swarm Optimization,PSO）的模糊比例积分微分（Proportional Integral Derivative,PID）控制方案。通过结合PSO算法的迭代寻优能力,智能整定传统模糊PID控制器中的量化因子及比例因子,再经过模糊控制在线调整PID参数。采用Simulink组件建立调平支腿基于PSO的模糊PID控制系统模型,仿真结果表明:相比于传统模糊PID控制与传统PID控制,基于PSO的模糊PID控制具有更优的控制精度和稳定性,能较好地提高系统的性能指标,满足快速高效调平的作业要求,为车载平台的调平控制提供了一定的参考。

为了保证保险杠横梁优良的碰撞性能,并使其质量更小和结构简单,研究了一种钢铝双帽型保险杠横梁。使用LS-DYNA软件对保险杠横梁进行摆锤正面冲击数值模拟,经对比发现,钢铝双材横梁相比相同结构单一材料的横梁在正面碰撞中显示出良好的平衡性和碰撞性能;使用控制变量法研究发现,横梁前后帽的厚度和法兰的位置对其碰撞性能有显著影响;以最优拉丁超立方算法建立38组设计点,基于Kriging算法构建近似模型,并使用NSGA-II算法,以碰撞性能最优、质量最小为目标对横梁进行多目标优化。优化后钢铝双帽型保险杠横梁碰撞性能更优、质量更小,其总吸能为838.28 J,载荷峰值为18.31 kN,质量为2.08 kg,侵入量为24.78 mm,碰撞时间为0.10 s。

为了在满足逼近误差要求的同时最大程度减少冗余刀轨,对自由曲面提出了一种五轴变步长数控加工刀轨生成方法。首先对刀触点轨迹基于线性误差计算出初始刀触点点集,再以局部干涉调整前倾角的方式计算出无干涉刀位点和刀轴矢量;以最大非线性误差刀位处到刀触点轨迹的最小值作为相邻刀位点之间的逼近误差,并基于数据点自适应离散法计算逼近误差;在满足逼近误差要求的前提下,通过刀触点参数迭代增减步长的方式计算出最大步长;最后对曲面生成刀轨,验证了算法的可行性和有效性。

以某重型汽车轴承座模具的凹模加工为例,分析了该模具的加工工艺,叙述了该模具的结构特点,在UG软件中剖析了通过提取型面方法得到模具的过程,总结了将数字模型在不同软件中进行转换的技巧,详细介绍了该模具在MasterCAM软件中的自动编程与仿真加工过程。实际加工证明,该模具的数控加工工艺合理,基于MasterCAM软件进行加工编程的方法可行,该方法缩短了模具制造周期,确保了模具加工质量,对同类模具的数控加工具有实用参考价值。

针对软件中模拟零件空间运动与模型特征变化的问题,提出了基于SolidWorks环境的零件运动与变化控制方法,该方法用三类参数方程组表示不同运动,并将各方程组离散化,用程序循环实现指定运动;而零件动态变化则可循环更改特征参数,并通过交替切换并列窗口实现。所提方法同时适用于点动与连续运动,并可引申用于多零件的联动、协作运动和变化与运动同时进行等复杂情况。依据所提方法设计折弯机器人离线示教系统,验证了该方法的有效性与实用性。

传统电机轴承润滑脂含量判定方法通过停转进行润滑脂含量测量,这种方法使用起来极其不便利,而且很多轴承的润滑脂都是密封的。针对其停转、拆封的不便,提出了一种基于BP神经网络的电机轴承润滑脂含量判定方法。利用采集到的电机轴承的振动数据,对其进行统计特征提取,通过BP神经网络来构建润滑脂含量与统计特征之间的函数关系。经试验验证,该方法可以有效地检测出电机轴承润滑脂含量,对电机轴承的维修保护有着重要意义。

为了研究车削参数对难加工材料（300M钢、A100钢及TC18钛合金）表面粗糙度的影响规律以及优化车削参数,首先采用硬质合金刀具对难加工材料进行正交车削试验,依据试验结果分析车削参数对表面粗糙度的影响规律及显著性;然后构建表面粗糙度的多元线性回归模型;最后以材料最大去除率和最小表面粗糙度为评价指标,对车削参数进行多目标函数优化分析。结果表明:难加工材料的表面粗糙度随切削速度的增加而减小,随进给量的增加而增加,随背吃刀量的增加而增加,且A100钢的表面粗糙度远大于300M钢的表面粗糙度,TC18钛合金的表面粗糙度与300M钢的表面粗糙度相差较小;进给量对难加工材料表面粗糙度的影响程度最大,背吃刀量次之,切削速度对其影响程度最小。获得了难加工材料在满足不同工艺要求下的最优车削参数组合。

喷丸强化处理工艺可以显著提高金属材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能,这与喷丸后在金属表面层形成的残余应力场紧密相关,因此对喷丸残余应力的大小及分布进行预测具有重要意义。对近年国内外喷丸残余应力场的有限元模拟进行评述,总结出6种典型的残余应力分析模型,分别是二维轴对称模型、四对称面模型、三对称面模型、双对称面模型、单对称面模型和无对称边界条件的有限元模型,比较了不同模型的特点及应用现状。介绍了当前几种新的残余应力分析有限元模型:随机三维模型和周期性边界条件模型,根据其原理和特点认为其本质是无对称边界条件模型和对称边界条件有限元模型的延伸。针对空化水喷丸、激光喷丸和超声波喷丸等新工艺,新喷丸过程的数值模拟一般是以机械喷丸工艺的数值模拟方法为基础进行改进,主要采用弹丸撞击法和等效载荷法。对未来喷丸残余应力数值模拟研究进行了展望,认为从组织强化角度深入研究喷丸强化机理、建立更符合实际喷丸工艺的有限元模型、开发新算法以及将有限元法和离散元法进行结合是值得关注的研究方向。

为满足直线轴承特征检测的多样化、智能化需求,设计了面向直线轴承零件族的视觉检测工艺行为柔性规划分析系统。通过对直线轴承零件族特征属性与视觉检测工艺行为进行分解,建立"特征-工艺行为"柔性规划分析机制,并设计关联响应误差补偿知识表达模型及多元行为规划分析路线。以圆法兰直线轴承为研究对象,进行多方案检测工艺行为规划分析实验。结果表明,通过行为规划分析与评估,获取行为特征与工艺行为关联影响规律,可指导检测行为优选、测量偏移补偿和行为波动补偿决策,有利于提高视觉检测的智能化水平。

国家电网（State Grid）的快速发展扩大了智能电表的生产规模,电表铭牌作为其中关键部分,在生产中的印刷缺陷检测问题应运而生。利用机器视觉,设计了一种基于生成基准图像的电表铭牌视觉检测方法。联合Halcon软件与C#语言编写缺陷检测系统验证检测方法的有效性,结果表明:检测方法对电表铭牌印刷缺陷检测有较好的鲁棒性,能准确检测出电表铭牌的多种印刷缺陷。电表铭牌缺陷检测系统可用于实际生产中对电表铭牌的缺陷检测。

新能源汽车的电驱动总装呈现典型的离散型生产特征,现各大主机厂通过MES实现生产数据的信息化,存在数据利用不足的问题。基于K-means聚类算法实现产线在线或离线监测,对MES采集到的生产数据进行分析,根据数据分析的结果建立电驱产线监测模型;现场试运行效果表明该产线监测模型对生产过程的管控和优化效果良好。

手工装配流水线上的工件摆放位置随机,且光照复杂多变,现有的视觉检测方法易受影响。针对此工况下的插座螺钉装配检测需求,设计了一套复杂光照环境下手工装配件视觉检测方法。首先在HSV颜色空间利用颜色进行图像分割,找到工件外轮廓,通过几何位置换算找到螺钉孔所在的大致区域;然后在此区域中对自适应阈值二值化图像进行霍夫变换圆检测,得到螺钉孔精确位置;最后基于全图平均灰度值设置阈值,对螺钉孔位置的灰度特征进行判断,得出检测结果。经实验验证,该方法有很强的鲁棒性、适应性,具有良好的工程参考价值。

为了解决电子元件蜂鸣器出厂时人工质检效率低、容易伤害分拣人员听觉等问题,设计了基于机器视觉的电子元件在线质检分类系统。该系统主要由自动上料、视觉检测、声音检测、电极控制和下料控制这5个部分组成,由PLC主控制器、OpenMV视觉检测模块、声音识别模块以及步进电机等配合完成蜂鸣器的自动上料、检测和等级分类功能。经过现场调试及应用表明,该控制系统提高了蜂鸣器的质检分类效率,其效率是人工质检的1.9倍,准确率提高了9.4%,每台设备至少替代3名工人,节约了企业的成本。

多工位转盘式芯片装管设备是芯片后道工序生产过程的重要设备,具有实现芯片的检测、分选及装入料管的功能。基于多工位转盘式芯片装管设备的控制流程,通过控制系统分层的软件架构,设计了以安川计算机板型控制器MP3100为硬件核心,采用上位机应用程序结合安川运动控制应用程序接口（Application Programming Interface,API）的软运动控制方式,通过MECHATROLINK总线通信驱动多个安川电机及I/O口的控制系统,实现了对芯片装管设备高速、高精度的运动控制。最后,以上下轴控制程序为例,说明了安川运动控制API的实现过程。设备实际运行结果证明了该控制系统的可行性、有效性和可靠性,满足了集成电路生产中快速装管的高精度、高速运动的生产要求。

高压消防水泵动态密封泄漏问题一直困扰着制造商和用户。针对高压消防水泵密封泄漏问题,决定采用磁流体与机械动静态复合密封技术来解决。通过对磁流体密封原理的研究,构建了磁流体密封动力学模型,并对密封压力、磁场以及磁流体齿形密封结构等关键技术参数进行了较为深入的探讨。研究设计了磁流体与机械动静态复合密封结构,并通过实验验证了该技术的先进性、可行性和实用性,为该技术的实际应用奠定了理论和实验基础。

为满足光学部件在有限空间内结构紧凑、光束传输间距小和光栅洁净度高等特殊使用要求,设计了一种紧凑型大口径反射镜调整架结构。调整架采用扁平化设计,其整体长度小于反射镜长度,宽度仅为反射镜厚度的2～3倍;该调整架采用圆弧导轨滑动和水平轴转动2种方式调节,在伺服电机驱动下可实现光学元件在俯仰和水平2个方向的精密调节;为了便于控制洁净度,避免电机发热带来的热变形,调整架均设置在反射镜下方。分析表明,该调整架的角度调节精度能够达到亚角秒级（0.1″）,同时具有良好的稳定性,工程应用价值较高。