在磁力研磨加工ZrO2材料过程中,分析了单颗磁性磨料在加工区域内的受力情况,并对研磨压力的形成进行探讨,利用公式推导计算研磨压力,通过研磨压力的大小分析了磁力光整加工中材料的去除机理,包括脆性断裂去除、塑性变形去除和粉末化去除。通过白光干涉仪、扫描电子显微镜等分析检测仪器对磁力研磨加工后的工件表面进行检测,可知在其他条件相同时,磁力研磨加工后的工件材料精度高于传统的草轮抛光精度,可达到0.59μm。

我国油田风资源丰富,合理地利用风资源可实现油田节能。在分析了油田风能利用现状后,找出了目前采用风力发电供能模式存在的一些问题,并针对这些问题,提出了全新的风能利用方法:通过风机液压传动技术与机械-液压混合动力技术的有机结合,可以实现高效利用风能和节约电能。依据系统结构建立了数学模型,并通过Matlab/Simulink仿真软件与Amesim仿真软件建立了系统的整体仿真模型;提出了该系统的参数设计方法;通过联合仿真研究,对比不同参数组合下的系统效率和节能特性,提出系统在压力区间10～15 MPa内工作时,风机-泵系统与机械-液压混合动力系统可同时达到最佳效率,节电率最大达到62%。

为减小变截面涡旋盘涡旋齿的变形,提高加工精度,需确定合理的铣削参数。开展了变截面涡旋盘高速铣削仿真与实验研究以确定铣削参数的合理取值范围;选用HT250变截面涡旋盘为研究对象,研究了更接近实际的材料本构模型、刀-屑摩擦模型和热传导控制方程等关键技术;建立了变截面涡旋盘几何模型和简化后的二维铣削模型,利用ABAQUS软件仿真切屑成形过程及不同的铣削参数对铣削力、铣削热影响的变化曲线;通过多因素正交实验加工变截面涡旋盘。结果表明:当主轴转速为3 500 r/min、每齿进给量为0.1 mm以及切削深度为2.5 mm时进行铣削更加合理。铣削变截面涡旋盘的研究为加工参数的选择提供了依据和参考;依据实验后所得的铣削参数进行铣削可减小铣削力、铣削温度及齿变形,提高了变截面涡旋盘的加工效率和质量。

为提升某汽车的行驶平顺性及其适应路面时变的能力,提出一种座椅主动悬架和底盘主动悬架的改进模糊PID集成控制策略。相比于一般模糊PID控制方法,该控制策略能够根据轮胎所受路面激励和驾驶员座椅垂向速度的实时变化,在线调整控制器的量化因子、比例因子及PID参数值,以实现对控制力更精确的实时调控。建立八自由度整车平顺性模型,在MATLAB/Simulink软件中模拟汽车在A级、B级、C级和D级路面行驶的状况,结果表明:整车主动悬架改进模糊PID集成控制能够大幅提升汽车行驶平顺性和操纵稳定性,且效果明显优于模糊PID控制。

对座椅悬架用单出杆式磁流变阻尼器进行阻尼特性试验,并借助MATLAB多项式拟合工具箱对改进多项式模型中未知参数进行辨识。分析人体振动特性,建立五自由度人体座椅悬架模型。综合模糊控制器与自适应模糊神经推理系统（Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System,ANFIS）整定PID控制器的优点,提出一种模糊ANFIS-PID复合控制策略。采用正弦信号作为外界激励,分别对被动悬架、传统模糊控制、ANFIS-PID控制及模糊ANFIS-PID复合控制人体座椅悬架系统进行仿真分析。结果表明,辨识得出的参数和建立的改进多项式模型均可满足后续仿真要求;采用模糊ANFIS-PID复合控制策略的隔振效果明显优于传统模糊控制及ANFIS-PID控制,能有效改善人体座椅悬架系统的行驶平顺性及驾乘人员乘坐舒适性。

为解决多品种、小批量航天产品机加工的工时计算和生产进度预测问题,给出了基于数据挖掘预测方法的逻辑流程和体系架构,开展了数据需求及处理,数据分析及预测的相关研究,并提出了生产进度预测方法,可实现基于车间制造资源数据、历史数据和当前数据的工时计算和生产进度预测,为进一步明确生产节点、制定生产计划和优化生产过程,奠定了基础、提供了参考。

为解决车间排产实时性不高的问题,构建了基于感知信息的动态排产业务模型、数据模型和计算模型,提出了基于感知信息的车间动态排产方法,开发了动态排产方法的验证系统,以复合材料生产车间为背景进行验证,结果表明:该方法能够实现基于车间生产情况的制造资源与工序的智能匹配、工时自动计算和排产方案的计算生成,为后续车间动态排产系统的研究及实际应用提供了参考。

动态事件在车间调度过程中不可避免,严重影响加工过程,并导致订单交货延期、生产效率不高等现象发生。而目前针对动态事件的研究多针对单一事件,对多种动态事件的研究更偏向于算法研究。由此,通过研究完全重调度策略,结合粒子群（Particle Swarm Optimization,PSO）算法,对新加类、机器占用类、交换类以及延迟类这4类动态事件进行处理。通过多规模的测试,以及对动态事件发生在不同时间段的模拟仿真,以重调度结果相对于原始调度结果的扰动影响率为指标,验证重调度策略的实用性与鲁棒性。

在工程实践中,为了解决存在的技术问题,需要对现有产品进行创新设计,针对产品创新设计中普遍存在的专利规避需求,结合TRIZ建立了专利规避设计流程,包括规避问题的提出、规避对象的确定和规避设计;以FDM技术为例,对造成FDM技术成型精度低和打印速度慢的问题进行分析,并结合问题原因,专利检索到了在保证打印精度的前提下提高打印速度的技术方案,通过技术迁移,建立了迁移后的初始模型,并利用TRIZ中的功能裁剪进行了专利规避设计和侵权判定,可为企业及研究机构利用专利信息实施专利规避设计提供参考。

交互式遗传算法（Interactive Genetic Algorilhm,IGA）作为一种人机协同进化优化算法,能有效解决难以数量化、结构化的隐性目标决策问题,但由于隐性目标具有较强的模糊性,易导致用户产生认知模糊。首先,将交互式进化设计中用户认知模糊解构为决策初始认知模糊与决策过程认知模糊;其次,构建"文本-情景-符号"空间映射策略缓解决策初始认知模糊,构建方案聚类策略缓解决策过程认知模糊;然后,以花瓶轮廓为例,结合所提设计策略和交互式遗传算法,采用MATLAB软件开发了面向隐性目标的产品造型交互式进化设计系统;最后,验证了所提设计策略在解决交互式进化设计过程中用户认知模糊的有效性。

针对目前国内智慧药房自动化设备发展中在上药速率和上药可靠性方面存在的问题,设计一种新的基于PLC的上药机械手系统。在分析了目前国内智慧药房自动化设备运行中存在的上药机械手对不同尺寸药盒适应范围小和对高就诊率的药盒补充需求不足等问题后,设计了一种带有限位机构的送药装置,并采用双送药装置的自动化上药机械手系统。根据上药机械手系统及其送药装置的动作过程和工作流程,设计了上药机械手系统的硬件控制系统组成和软件控制系统结构。结果表明:带有限位机构的送药装置能够保证不同尺寸大小的药盒在其内整齐叠放,且上药过程中不会出现药盒倾倒现象,具有较高的可靠性。采用双送药装置的自动化上药机械手系统相比于传统的单送药装置上药机械手系统,上药速度提高了近一倍。

智能假肢膝关节是一种代偿下肢缺失功能的机械电子装置,可以采用双摇杆机构实现对假肢膝关节运动特性的模拟。针对假肢膝关节行走过程中能量消耗过大、稳定性较差的问题,以假肢膝关节机构峰值驱动力矩最小为优化目标,建立了优化模型;在满足性能与结构的约束条件下,运用复合形法对该模型进行优化求解,得到了假肢膝关节机构的最佳结构参数;在此基础上,利用ADAMS软件进行了虚拟运动仿真。结果表明:优化后的智能假肢膝关节具有优良的仿生性能,其峰值驱动力矩相比优化前降低了40%,驱动力矩变化范围缩小36%,大大地提升了智能假肢膝关节的稳定性与续航能力。

在车辆开发过程中,车身结构强度是评价车辆安全性的重要指标之一。采用有限元分析法来对汽车白车身结构强度进行分析,可以有效缩短汽车白车身研发过程,并优化车身制造成本。以某轿车白车身为研究对象,以车身结构强度及不同工况下乘坐安全性为导向,对轿车白车身结构进行分析,并提出优化方案。首先,采用Hypermesh软件建立了轿车白车身模型;接着,结合轿车实际工程,在制动工况下对车身结构强度进行分析;最后,对安全带固定点以及驾乘座椅连接位置进行应力及变形分析,并对当前白车身提出有效优化方案。结果表明,通过有限元分析,可在保证车身结构强度的基础上实现轻量化,并降低企业生产成本。

以某全地域机动车驾驶室为研究对象,建立驾驶室的有限元模型,验证了有限元模型的有效性。以此有限元模型为基础构建驾驶室谐响应模型,进行谐响应分析,发现驾驶室后壁板的振动是引起驾驶室内部噪声的主要原因。研究驾驶室内部噪声特性,分别进行了声学空腔模态分析和声固耦合模态分析,发现声固耦合系统声压分布比较均匀,大部分呈现局部模态,主要原因可能是驾驶室后壁板的振动。通过驾驶员耳旁声压分析发现增加驾驶室后壁板的厚度,可以在一定程度内降低驾驶室内部噪声对驾驶员的影响,为同类驾驶室通过依靠结构改进来改善声场环境提供了案例依据。

研究了由高铁底架结构与城铁底架结构混合而成的轨道车辆车体底架的制造新工艺,该工艺方法有别于以往车辆在底架组成之前将牵引梁与枕梁进行预先合成的组焊方法,而是采用将枕梁单件、牵引梁单件和边梁拼焊成一个底架框架的方法进行组焊。经试验确定,当工艺流程为分别预先组焊地板单件、牵引梁单件和枕梁单件,然后将边梁、牵引梁单件和枕梁单件拼焊成底架框架,最后将预先组焊的地板单件落入底架框架内,最终完成焊接时,得到的焊后变形量最小。变形趋势为宽度方向上两边梁向反面弯曲,长度方向上两端部向正面弯曲。通过设计专用的工装夹具,可使焊后变形量减小;通过焊前预制反变形,可使焊后变形量进一步减小。当焊前预制反变形量达到10 mm时,最大焊后变形量为3 mm。

车削加工主要针对回转表面,对方体或整球零件进行车削加工是一种挑战。"方套方套球"零件首先是2个镶嵌的方套方,内方体可在外方体内自由旋转,其次在内方体中有一个可自由旋转的圆球,3个个体互不脱出,设计独特,造型美观。对"方套方套球"零件的设计过程及加工工艺进行详细分析和论证,解决了内部整球和内方体的加工难点。另外,"方套方套球"的结构能否用于液压阀中,还有待进一步研究。

为获得轻质高强度铝合金,通过真空液相吸铸工艺将304不锈钢/TiNi纤维分别嵌入到ZL105A铝合金内部,制备出高性能的纤维增强ZL105A铝基复合材料。通过试验,观察纤维表面镀铜状态对接合界面的影响,探究不同纤维种类、直径对ZL105A铝基复合材料的微观组织、力学性能及电学性能的影响规律。结果表明:纤维表面镀铜可改善纤维与基体的润湿性,提高了复合材料的综合性能;TiNi纤维增强复合材料的力学性能高于304不锈钢纤维增强复合材料;但就复合材料的电阻率来看,304不锈钢纤维增强复合材料的增强效果要高于TiNi纤维增强复合材料;在一定范围内,随金属纤维直径的增加,纤维增强ZL105A铝基复合材料的增强效果不断加强。

为了降低工人疲劳累积所带来的各种风险,合理地确定疲劳恢复时间是主要途径之一。通过人因工程软件Jack的仿真分析工具"工作时间"和"疲劳恢复分析",运算出工人在从事搬运作业中的行走时间和疲劳恢复时间,并通过非线性拟合建立函数模型。最后,将时间和物流成本作为车间布局的优化目标,对某减速器箱体加工车间布局进行优化设计。结果表明,综合考虑2种因素的设备布局不仅能有效地降低整体成本,而且能够充分满足工人搬运工作后的休息需求,从而降低人体肌肉骨骼累积损伤风险,有利于实现安全生产。

螺旋流恒压泵动态机械密封寿命低的问题一直困扰着制造企业和用户。针对螺旋流恒压泵密封系统寿命低的问题,通过对螺旋流恒压泵内部流场原理和机械密封结构的分析研究,首先构建了恒压泵内部流场数学模型,其次通过对内部流场压力、扬程和效率等关键技术参数以及机械密封结构的研究,设计了一种斜孔压差导流冷却循环结构。通过实验,对斜孔压差导流冷却循环螺旋流恒压泵的关键技术参数进行了优化,同时也证明了该技术的先进性、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。

为了使折臂式随车起重机转台在最大应力不超过材料许用应力的前提下实现轻量化设计的目的,通过ADAMS软件仿真确定其极限工况,对转台进行静力学分析及拓扑优化。通过拓扑优化得到了理想的材料分布。基于优化结果调整转台结构,并对改进后的转台进行静力学分析。结果表明,优化后的转台能够满足实际的使用需求。同时,转台质量降低了12%,证明了优化设计的有效性和可行性,并为折臂式随车起重机的相关设计提供了一定的借鉴。

四通换向阀是数字液压缸重要的组成元件,其阀口形式和尺寸与数字液压缸动态响应特性息息相关。讨论了长方形、U形和三角形3种不同形式的阀口结构,建立其阀口等效通流面积数学模型,得到其流量特性曲线。使用AMESim软件完成了数字液压缸模型的搭建并定义阀口形式和结构参数,研究了不同形式阀口对数字液压缸动态特性的影响。研究结果表明:长方形阀口流量增益最大,因此在液压缸运动所需流量相同的情况下,长方形阀口阀芯位移最小,U形和三角形阀口阀芯位移是长方形阀口阀芯位移的1.59和2.38倍;液压缸稳定运行阶段,长方形阀口形式下的活塞位移误差为1.41 mm,比其他两种形式阀口小73%和110.6%,而长方形阀口时活塞最终位移误差为0.51 mm,比其他两种形式阀口小7.8%和15.7%。最后通过数字液压缸性能测试试验进行验证。

叉车货叉作为物流设备的重要组成部件,受载情况复杂多变,易产生高应力区域,甚至导致疲劳破坏。货叉的传统设计方法是通过经验法或实验法来确定货叉关键尺寸参数,该方法可靠性低,设计周期长。采用响应面分析法（Response Surface Methodology,RSM）对货叉关键尺寸参数进行优化。首先将货叉结构中各个加强筋的主要尺寸离散为7个关键尺寸参数,采用有限元灵敏度分析法得到了各个参数对货叉力学性能的响应关系;然后以货叉小变形、低应力和轻量化作为优化目标,采用响应面分析法中的中心组合设计（Central Composite Design,CCD）对80组样本进行了优化,在不增加货叉质量的情况下,最大应力减小了8.8%。基于响应面分析法的货叉关键尺寸参数优化设计方法已应用于诺力某型号叉车,取得了良好的优化效果,为类似的结构设计提供了一种有效可行的设计方法。

基于库伦摩擦定律,设计并建立了双盘叶片轮水泥抹光装置的三维模型,通过有限元软件Workbench对其进行静力学分析和模态分析,获得双盘叶片轮水泥抹光装置的整体应力云图、整体应变云图及前六阶固有频率和相应振型。结果显示:应力主要集中在与叶片轮相连接的主轴处、主轴和摆动装置连接的轴承箱处以及支撑轴处,最大应力集中在靠近伺服电机侧的配电箱中心处,最大值为59.534 MPa,远小于材料屈服强度235 MPa;水泥抹光装置工作频率在31.510、62.957和140.870 Hz时振幅最大。在此基础上,完成样机制作并进行了测试,样机实现了边行走边抹光功能,为后续结构优化提供了理论依据。

以CPC30型内燃平衡重式叉车工作装置作为轻量化设计的载体,在Creo软件精确建模的基础上,对该叉车工作装置实体模型在不同工作位置进行基于ANSYS软件的有限元结构静力分析,以此作为工作装置轻量化设计的依据,接着对该工作装置结构进行合理、有效的设计改进和校核分析,以达到减轻该型叉车工作装置整体质量的目的。经过分析优化,轻量化后的工作装置结构在满足强度要求的前提下,整体质量减轻了约4.70%。

方矩管生产最后环节需要将成品按规格数量集中,并通过打包带包装成捆。原打包带接头采用人工焊接,焊接完成后将成捆产品通过吊装入库,因此打包带的焊接质量和效率直接影响产品转运的安全性和生产节拍。为提高方矩管打包过程的自动化程度,设计了应用于方矩管打包带接头的电阻点焊自动控制系统。系统硬件主要采用PLC、伺服控制器和电阻焊机,软件采用工控软件实现。通过理论计算和调试得到满足打包带接头焊接需求的最佳焊接参数和运行参数,经过对焊接质量的可靠性测试分析,焊接打包带能够满足成捆产品转运负荷要求。该系统在原有半自动打包机的基础上实现了方矩管的全自动打包,组态软件运行状态良好,节省了人力成本,提高了方矩管打包的效率,焊接质量稳定,焊接方式更加环保。