现代制造工程

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基于Plant Simulation的汽车内饰线运行参数优化方法研究

肖海宁，秦德金，武星，翟晶晶

现代制造工程. 2020, (8): 1-6. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.001

摘要 ( 36 )

PDF (9224KB) ( 30 )

针对汽车内饰线易因开动率预估不准确导致实际产能与规划产能相差较大的难题,将二分法迭代优化与仿真分析相结合,提出了一种基于Plant Simulation的汽车内饰线运行参数优化方法。首先,根据汽车内饰线的工作原理及运行流程,利用Plant Simulation软件建立其仿真模型;其次,以预估开动率作为目标优化参数,通过二分法逐步产生新的预估开动率,根据规划产能更新生产节拍、工艺段速度和最佳滑板数等运行参数,利用仿真模型统计新参数作用下实际开动率和实际产能等指标,通过迭代逐步提升预估开动率与实际开动率的一致性,实现对汽车内饰线运行参数的优化;最后,以国内某新能源汽车内饰线的规划设计为例,证明了所提出优化方法的有效性。该研究可为汽车内饰线的产能分析及优化提供指导,具有较好的工程应用价值。

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基于在线监测的曲轴主动再制造时机识别

宋守许，汪志全，蔚辰

现代制造工程. 2020, (8): 7-12. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.002

摘要 ( 58 )

PDF (10388KB) ( 12 )

针对机电产品主动再制造时机难以确定的问题,基于主动再制造时域分析理论,以发动机关键零件曲轴为研究对象,提出了一种基于在线监测的曲轴主动再制造时机识别方法。以磨损量为曲轴间接性能评价指标,结合发动机加速磨损试验,监测不同曲轴磨损量下的发动机振动信号,并运用希尔伯特-黄变换提取振动信号特征,构建特征与磨损量之间的映射关系,从而实现在役曲轴的主动再制造时机识别。应用结果表明,该方法能够以较高精度监测曲轴磨损量,识别在役曲轴主动再制造时机,有效解决了服役期间由于外部不确定因素而造成的曲轴再制造毛坯质量不确定性问题。

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超声振动辅助电解加工成形规律研究及试验

李晶，陈湾湾，朱永伟

现代制造工程. 2020, (8): 13-19. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.003

摘要 ( 63 )

PDF (10286KB) ( 20 )

超声振动辅助电解加工可以有效提高加工效率、改善加工精度。对超声振动辅助电解加工成形过程进行了分析,研究其加工成形机理,并根据加工成形质量对加工参数进行优选。设计了3种不同截面形状的柱状阴极工具进行超声振动辅助电解加工微孔的试验研究,分析了极间脉冲电压、占空比和振动加工方式等参数条件对加工效率、表面质量及微结构入口尺寸的影响规律。试验结果表明,超声振动改善了电解加工时的微孔边界成形作用环境,在加工阵列微孔时具有显著优势。当超声振动同步辅助电解加工的高频脉冲电压为4 V、占空比为40%时,加工深度、关键尺寸和表面粗糙度值达到了综合最优值。此外,加工工具的截面形状对工件的成形和表面质量也有一定的影响。

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罐车动力学建模与刚-液耦合特性研究

黄中烈，吴文军，周凤霞，高超南，李超

现代制造工程. 2020, (8): 20-26. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.004

摘要 ( 45 )

PDF (8873KB) ( 20 )

针对罐内液体晃动与罐车之间耦合效应极易影响车辆行驶稳定性的问题,基于参数化的等效单摆模型建立带贮罐类重型车辆的侧倾动力学模型,研究不同侧向加速度与悬架系统对侧倾稳定性的影响。结果表明:罐车的运动状态与液体晃动的耦合效应,加长了贮罐内液体晃动的振荡周期,且随着侧向加速度的增大,液罐车的载荷转移率幅值随之增大,从而降低车辆的稳定性。此外,车辆左、右轮阻尼与弹簧的刚度差对侧倾稳定性的影响较大,当左、右轮各自的阻尼和刚度相差过大时,罐车的侧倾稳定性急剧降低,因此定期检查悬架系统的性能对保证车辆行驶稳定性十分重要。

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基于离散事件仿真的FMS生产策略优化

付建林，姜良奎，林蓝，张恒志

现代制造工程. 2020, (8): 27-31. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.005

摘要 ( 73 )

PDF (7344KB) ( 21 )

柔性制造系统（Flexible Manufacturing System,FMS）生产过程较为复杂,具有随机性和动态性,难以通过数学解析方法获得优化的生产策略方案。采用离散事件系统仿真的方法寻求FMS的优化生产策略,基于PlantSimulation软件建立FMS的生产仿真模型,以生产周期和设备利用率为评价指标,通过对投产方式、AGV数量、AGV速度及缓冲容量等参数进行不同组合仿真试验,最终获得了最佳的生产策略方案。证明了采用离散事件仿真可以有效地优化FMS的生产策略,提升FMS的生产性能。

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面向成本的机械加工线资源配置仿真优化

李冉，付建林，宋小欣，徐责，郭美玲

现代制造工程. 2020, (8): 32-28. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.006

摘要 ( 37 )

PDF (10959KB) ( 14 )

提出了面向成本的机械加工生产线资源配置仿真优化方法。首先,建立机械加工生产线制造成本分析模型和仿真模型,通过正交试验设计方法对资源因素进行灵敏度和交互作用分析;然后,通过遗传算法求解资源配置优化方案;最后,以转向架构架机械加工生产线为例验证了该方法的可行性,该方法能够降低转向架构架制造成本,提高企业效益。

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基于思维流程的创新设计方案评价方法研究

杨伯军，高雨，温迎强，赵凡，种庆洋

现代制造工程. 2020, (8): 39-46. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.007

摘要 ( 54 )

PDF (14319KB) ( 12 )

为提高发明问题解决理论所产生的创新设计方案的评价效率,运用思维流程中的未来现实树进行预测评价定性分析,利用目标树确定评价指标因素,并用离差最大化方法进行效益量化,结合成本核算并通过四象限评价法得出成本低、效益好的最佳方案,综合上述分析,通过3次评价与选择,构造出创新设计方案综合评价模型。对解决动车组前端模块组装效率低的创新设计方案进行评价,验证了该方法的可行性和有效性,为创新设计方案的选择提供了一种通用可行的评价方法。

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某乘用车前部悬架控制臂轻量化设计

王品健，谢晖，王杭燕

现代制造工程. 2020, (8): 47-52. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.008

摘要 ( 68 )

PDF (10575KB) ( 16 )

针对乘用车的前部悬架控制臂质量过重问题,对某款车型的前部悬架控制臂,提出了两种轻量化设计方案。参照目前汽车使用较为广泛的铝合金与高强度钢两种轻量化材料,在初始设计方案基础上,分别对前部悬架控制臂进行了结构设计,并通过CAE仿真分析对给定工况下的前部悬架控制臂的静态性能以及疲劳寿命进行研究;同时,综合成本、轻量化程度和成型性能等多项因素,对比选出最优方案。经筛选,采用热成型高强度钢制得的前部悬架控制臂最佳,其成本可控制在较低范围,并且在满足强度与刚度的前提下实现了质量减小34%,其疲劳寿命也得到了显著提高。

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纯电动轿车传动系统参数匹配及传动比优化

聂晓威，刘义伦，刘祚时

现代制造工程. 2020, (8): 53-59. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.009

摘要 ( 57 )

PDF (10438KB) ( 15 )

以某纯电动轿车为研究对象,根据车辆参数和性能指标匹配动力传动系统参数。通过在Cruise软件中建立整车仿真模型,对选用固定单挡、两挡电控机械式自动变速器两种不同变速器的纯电动轿车进行整车动力性与经济性仿真对比分析。仿真结果表明,选用两挡电控机械式自动变速器的纯电动轿车比选用固定单挡变速器的纯电动轿车具有更好的动力性和经济性。采用区间优化法,以提高续驶里程和加速性能为主要目标,引入权重系数对两挡电控机械式自动变速器的总传动比进行优化,得到了最优总传动比iT1=9.4,iT2=5.86。最后,通过实车实验验证了优化仿真结果。

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八叉树细化功能梯度材料零件体素模型的描述与分析方法

王典，程西云，蔡国栋

现代制造工程. 2020, (8): 60-66. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.010

摘要 ( 53 )

PDF (10159KB) ( 11 )

采用体素模型可以解决传统建模难以满足几何信息和材料信息融合的问题,体素单元尺寸的大小直接影响模型精度和模型数据量,当使用大尺寸体素单元体素化功能梯度材料零件时,描述该模型需体素单元数量较少,但模型精度较低,模型曲面和材料梯度过渡区阶梯效应比较明显,梯度过渡区材料组分变化不够平滑。为此,提出了一种利用八叉树细化体素模型局部体素单元的方法,解决了体素单元尺寸和体素模型数据量之间的矛盾;在此基础上,使用APDL将局部细化后的体素模型转换为ANSYS有限元模型进行相关性能分析。试验结果表明:细分算法保证体素模型在使用较少数据的同时拥有较高精度;体素模型转换为ANSYS有限元模型后可以直接进行网格划分、加载等操作。

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基于Python语言的发动机螺栓连接滑移分析和设计改进

刘宏杰，曾超，隋鹏超，刘伦伦，程市

现代制造工程. 2020, (8): 67-71. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.011

摘要 ( 44 )

PDF (9071KB) ( 9 )

针对发动机中普遍存在的螺栓连接滑移现象,采用Abaqus软件对安装座和平台的螺栓连接模型进行螺栓接触分析,通过Python语言对Abaqus软件的后处理进行二次开发,得到了螺栓实际滑移量计算的方法和自动后处理脚本程序;通过已有数据验证了仿真方法的准确性;分析了某空调压缩机安装支架的螺栓连接滑移情况,预测了发生最大滑移的螺栓孔位置;通过改进设计,降低了螺栓滑移量,提高了螺栓连接的可靠性。

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风洞模型电动推杆Y机构运动同步控制系统建模与仿真性能分析

陈天毅，倪喜卓，杜立强，曾励，罗强，陈旦

现代制造工程. 2020, (8): 72-81. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.012

摘要 ( 35 )

PDF (16114KB) ( 9 )

某高超声速风洞模型中,需要对电动推杆Y机构的运动进行同步控制,同步运动控制精度或控制性能直接影响风洞的运行品质。基于输出位移的偏差耦合机理,设计了风洞模型电动推杆Y机构运动同步控制系统,分别建立了风洞模型电动推杆Y机构运动同步控制系统的机械系统、电流控制环、速度控制环以及位置控制环等动力学模型;对同步控制系统电流环PI调节器、速度环PI调节器以及位置环PID调节器进行了参数仿真整定,设计了同步闭环三环控制系统,并对系统进行了三环仿真性能分析,其结果表明:系统同步响应速度快,同步位移和同步速度控制精度均达到了系统提出的设计性能指标要求,且系统具有较强的鲁棒性。

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嵌入式旋合结构涡轮封严盘装配工艺研究

张津铭，赵洪丰

现代制造工程. 2020, (8): 82-86. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.013

摘要 ( 65 )

PDF (7924KB) ( 16 )

嵌入式旋合结构涡轮封严盘有利于减轻涡轮转子质量,提高涡轮盘强度及涡轮转子的可靠性,但其装配工艺较为复杂。通过对嵌入式旋合结构涡轮封严盘的结构特点及连接过程进行分析,基于装配需求将其安装过程划分为嵌入旋合及轴向压紧2个阶段,按阶段确立了控制要点及工艺参数,设计了装配方案。经有限元法计算验证,该装配方案的仿真结果满足装配需求,可指导类似结构封严盘装配工艺设计。

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基于熵权TOPSIS法的机械加工绿色工艺方案决策

韩自强，单武斌，何腾飞

现代制造工程. 2020, (8): 87-91. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.014

摘要 ( 44 )

PDF (5513KB) ( 18 )

绿色制造中的工艺方案选择是一个复杂的多目标决策问题。为了能够选择最优的绿色工艺方案,提高企业效益,提出了基于熵权TOPSIS法的机械加工绿色工艺方案决策方法。首先,结合决策指标体系建立的原则和绿色制造决策框架模型,建立了绿色工艺方案决策指标体系;然后,采用熵权法确定指标的权重,并将熵权法与TOPSIS法相结合,建立了基于熵权TOPSIS法的机械加工绿色工艺方案决策模型;最后,以自卸车举升梁的3种机械加工工艺方案为例,验证了该模型的可行性和实用性。

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基于长短时记忆网络的深孔镗削刀具状态监测

厉大维，沈明瑞，张贺清，王书利，陈锋，刘阔，王永青

现代制造工程. 2020, (8): 92-96. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.015

摘要 ( 56 )

PDF (6616KB) ( 37 )

镗削加工是机械加工领域中非常重要的一种加工手段,被广泛应用于大型零件的深孔加工过程中。但由于镗削加工的切削区域位于深孔内部,所以机床操作者难以对刀具状态做出准确的判别。针对这一问题,提出了基于深度长短时记忆（Long Short-Term Memory,LSTM）网络的镗削刀具状态监测方法。通过对镗削过程的振动和声音信号采集,利用振动和声音信号的频域数据训练深度长短时记忆网络,建立了振动和声音信号与镗削刀具状态的映射模型。在深孔镗床上进行了模型测试试验。试验表明:深度长短时记忆网络模型对刀具状态有着较好的预测准确度。

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异构数据融合的CNC刀具磨损状态在线识别方法

冯凯，刘丽冰，王旭琳，张艳蕊，杨泽青

现代制造工程. 2020, (8): 97-104. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.016

摘要 ( 55 )

PDF (8414KB) ( 27 )

针对CNC在线视觉识别刀具磨损状态信息源单一、易受干扰导致识别准确率低、可靠性差的问题,提出一种基于异构数据融合的识别方法。采用自主研发的在线视觉检测装置和TCP/IP通信技术,获取工件切痕图像和机床内置传感器数据;基于与磨损相关的异构数据特征信息,利用支持向量机构建初步识别模型;使用邓熵与加权证据理论融合初步识别结果,得到刀具磨损状态最终识别结果。研究结果表明,该识别方法对测试集的识别结果准确率达到100%,且识别结果的均方误差最小,有较强的抗干扰能力。

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基于电子凸轮的桁架双机械手控制系统设计

安小宇，洪洋，杨光露，孔汉

现代制造工程. 2020, (8): 105-113. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.017

摘要 ( 57 )

PDF (13271KB) ( 19 )

针对传统凸轮机构易磨损、灵活性差和运动轨迹单一等问题,设计了一种以电子凸轮作为动力输出的桁架双机械手控制系统。首先,利用SoMachine控制平台,将LMC078运动控制器、LXM32S交流伺服驱动器和BMH系列伺服电机通过SERCOS环型总线相连,搭建了电子凸轮控制系统软/硬件平台。其次,采用五次多项式算法规划桁架双机械手轨迹,利用五次多项式算法对桁架双机械手各关节的速度和加速度进行插补。最后,推导出伺服系统输出脉冲数与机械手运动之间的关系,通过SoMachine软件跟踪变量输出对应的电子凸轮曲线。由仿真和实际试验可知,五次多项式插补的关节位移和速度曲线更加柔滑,在一个运动周期22 s内,机械手最大运行速度达到1 000 mm/s,为电子凸轮的智能化控制提供了一种可行的控制方案。

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基于正逆向混合建模的残缺涡轮修复方法的探究

马世博，梁帅，张双杰，闫华军

现代制造工程. 2020, (8): 114-119. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.018

摘要 ( 39 )

PDF (10821KB) ( 11 )

工程中零件残缺部位数据的重构是修复工作的关键,因残缺3D形貌高度的不可控性与不稳定性,难以通过常规测量手段获取,为解决残缺部位数据获取的难题,提出了一种基于正逆向混合建模软件Geomajic Spark的正逆向混合建模重构残缺部位数模的方法。以残缺涡轮为例,利用扫描仪获取点云数据,通过逆向点云处理软件Geomajic Studio进行点云处理、在Geomajic Spark软件中拟合特征、绘制轮廓,导入逆向校核软件Geomajic Qualify中进行误差分析比对和布尔运算操作,获得残缺部位数据;通过增材制造路径轨迹模拟及残缺部位打印成型的方式,对残缺模型与待修复零件进行贴合,验证了逆向工程辅助下的正逆向混合设计在获取零件残缺部位数模及增材制造技术的可行性与准确性。

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混凝土泵车砼活塞剩余寿命预测方法研究

刘杨成

现代制造工程. 2020, (8): 120-125. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.019

摘要 ( 39 )

PDF (11525KB) ( 14 )

为解决混凝土泵车砼活塞因无法实现预防性更换而经常导致非计划停机的问题,提出一套基于状态监测数据的砼活塞剩余寿命预测方法。由于状态监测数据是多变量、非线性的多源异构数据,且数据量较小,不能主观确定一种合适的预测算法,因此选用lightgbm、SVR和BP神经网络3种非线性回归算法分别建立了剩余寿命预测模型,对比了各模型预测误差,并使用了模型融合的方法,实现了较高的预测精度。最后对剩余寿命区间进行了预测误差分析,分析结果能够为砼活塞的预防性更换计划提供决策支持。

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一种组件快速试漏及清洗干燥系统的研制

陈小军，晏腾飞

现代制造工程. 2020, (8): 126-129. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.020

摘要 ( 40 )

PDF (5713KB) ( 58 )

组件是雷达的核心部件之一,随着系统集成度越来越高,通过液冷介质进行组件的散热得到普遍应用,组件在加工制造过程中会对流道进行试漏、清洗和干燥等工艺过程,针对不同结构尺寸的水冷组件提出一种通用组件试漏工装测试平台,可以同时进行多个组件的自动化试漏检测、清洗和吹干等操作,提高工作效率,降低人工成本。

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液压顶紧器碟簧组设计与分析

林国庆，时黛

现代制造工程. 2020, (8): 130-136. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.021

摘要 ( 45 )

PDF (6687KB) ( 17 )

为了使液压顶紧器能够在高温、高压下提供足够的密封力,对液压顶紧器中A系列、B系列和C系列碟簧进行设计与分析研究。研究表明:在特定工况下,A系列碟簧使用性能优于B系列、C系列碟簧;摩擦力对碟簧的承载能力和变形有较大影响,考虑摩擦力和忽略摩擦力时其载荷-变形曲线有较大差异;无论是单片碟簧还是碟簧组,其应力和应变分布规律基本相同,最大应力均位于碟簧或碟簧组的最上端;碟簧组的应力和应变均随着碟簧数量的增加而增大,但碟簧数量不宜过多,当并联碟簧片数n=7时,其应力已超过材料的许用应力,而n=6时虽产生了很大的应力,但应力强度评定结果满足标准要求。综合考虑应力、位移、自由高度、变形量和使用空间等因素,最终确定A系列下并联碟簧片数n=6、串联碟簧组数i=5时复合组合碟簧综合性能最佳,该组合可以为液压顶紧器提供足够的密封力。

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基于MCU的以太网型PLC设计与实现

庞博

现代制造工程. 2020, (8): 137-140. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.022

摘要 ( 44 )

PDF (7304KB) ( 12 )

针对目前对于可编程控制器网络通信的大量需求,提出了一种基于MCU的以太网型PLC设计方案。在MCU中集成基于IEC61131-3标准的嵌入式CLR运行时系统,并设计和开发了适用于PLC应用的功能块,支持通过以太网与其他PLC和工控设备通信,以及通过以太网在线编程。实践证明,基于MCU的以太网型PLC方案合理可靠,性能良好,性价比高。

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含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学特性分析

曾旭焱

现代制造工程. 2020, (8): 141-146. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.023

摘要 ( 54 )

PDF (8177KB) ( 10 )

考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙以及由支撑刚度变化而产生的VC（Varying Compliance,VC）振动,建立了含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学模型。运用四阶变步长的龙格-库塔-基尔法获得系统的非线性响应;利用分岔图、最大碰摩力曲线、频谱图以及Poincaré截面图分析系统随转子转速的变化规律;应用简单胞映射方法研究分岔图在发生跳变时系统的吸引子共存问题。分析结果表明:随着转子转速的增加,系统将出现周期运动、拟周期运动和混沌运动;分岔图在发生跳变时,系统存在周期一和周期三吸引子共存现象;该分析结果对系统在不良参数区域时,通过合理控制系统的初值条件而获得理想的系统响应具有重要意义。

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大型龙门式包装机双轴同步控制技术研究及应用

宋科，曹建福，谭亚丽

现代制造工程. 2020, (8): 147-153. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.024

摘要 ( 54 )

PDF (12392KB) ( 11 )

针对一种大型龙门式全自动机柜包装机,研究了双轴同步驱动控制原理及实现方法。结合包装机的结构特点,推导与分析了包装机滚筒式升降平台双轴位置同步控制的动力学模型及同步性能。基于西门子Simotion D425运动控制系统,设计开发了包装机运动控制系统及失步急停保护措施,并对提出的双轴同步控制方法进行了验证。现场运行数据表明:同步控制精度及速度满足设计要求,设备运行稳定,安全机制有效、可靠。

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金相试件自动磨抛机结构设计及分析

林冉，舒林森

现代制造工程. 2020, (8): 154-158. DOI: 10.16731/j.cnki.1671-3133.2020.08.025

摘要 ( 53 )

PDF (8802KB) ( 12 )

为了解决薄板类金相试件手工磨抛控制难、效率低且易产生弧形端面的问题,设计一种无需镶嵌的新型自动磨抛机。首先通过对薄板类金相试件手工磨抛过程分析,确定了试件磨抛的工作原理和技术要求,制定了自动磨抛机的结构和运动方案,详细设计了夹持装置A和夹持装置B的结构;然后建立基于有向装配原理的整机装配连接关系模型,并利用UG软件实现了磨抛机的有向装配;最后对所设计磨抛机的性能进行试验验证。结果表明:经所设计的自动磨抛机磨抛后的试件相比手工磨抛,平面度误差减少了62.5%（端面弧高H2约为15μm）,垂直度误差减少了50%（垂直度误差仅0.04μm）,表面粗糙度Ra降低了20%（表面粗糙度Ra仅为0.08μm）。该磨抛机整体性能优于技术要求和手工磨抛水平,而且磨抛效率高,劳动强度低。