为了企业能够有效、准确地利用专家知识和数据,减少工艺人员的重复性劳动,开发了基于知识图谱的工艺自动推理(决策)系统。该系统利用知识图谱技术构建了三层次工艺信息模型,将工艺知识与设备资源组织在一起,实现了零件/特征级别的工艺自动决策。该系统采用B/S设计架构,能与Web环境中的其他数据主体无缝集成。通过某航空发动机锥齿轮轴在原型系统中的工艺决策,验证了系统的实用性。

为实现双电机四轮驱动电动汽车的驱动防滑转,采用基于径向基函数单神经元PID自适应控制算法的转矩分配策略,分析了双电机四轮驱动电动汽车系统结构与驱动防滑转控制的工作原理,根据车辆行驶过程中实时滑移率与当前路面的最优滑移率,通过控制系统来控制前、后电机转矩分配,在不同路面上进行了仿真分析。结果表明,采用该控制策略,能实现各种工况下的驱动防滑转控制,并能够判断车速,根据当前车辆所需性能实现不同车速的驱动防滑转控制。

为了提高重型半挂汽车列车的高速操纵稳定性,基于模糊控制和PID理论,提出了一种牵引车加挂车主动转向控制策略。首先,在MATLAB/Simulink软件中建立三轴重型半挂汽车列车的三自由度线性模型,并对模型有效性进行验证;其次,以三自由度线性模型与TruckSim非线性模型的牵引车横摆角速度偏差及偏差变化率为输入,设计了牵引车后轮主动转向模糊控制器,同时,以挂车横摆角速度偏差设计了挂车车轮主动转向PID控制器;最后,利用MATLAB/Simulink与TruckSim进行联合仿真,分别对牵引车加挂车主动转向控制、牵引车主动转向控制和传统无控制车辆进行双移线工况及重型铰接式车辆后部放大(Rearward Amplification, RWA)性能测试。结果表明,所设计的牵引车加挂车主动转向控制策略相比传统无控制车辆优势明显,有效减小了车辆横摆角速度、质心侧偏角和铰接角等值,牵引车与挂车最大横向位移偏差分别降低了13.75%和29.17%,且RWA比率降低了13.32%,显著提高了重型半挂汽车列车的高速路径跟踪性能及操纵稳定性能。

针对进给轴热误差建模中忽略电控数据和时间序列影响的问题,提出一种考虑温度变化与电控数据的长短期记忆(Long-Short Term Memory, LSTM)神经网络热误差预测模型。以三轴立式加工中心为试验对象,首先对进给轴进行热变形分析,再以温度变化、电控数据为输入样本,建立了LSTM神经网络热误差预测模型,随后通过与仅考虑温度变化的LSTM神经网络,以及同时考虑温度变化与电控数据的BP神经网络进行对比分析,试验论证表明,对数控机床进给轴进行热误差建模时,在考虑温度变化的基础上,进一步考虑电控数据可以提高模型的预测精度和鲁棒性,且在同样输入条件下,LSTM神经网络热误差预测模型相较于BP神经网络有更好的预测精度和鲁棒性。

利用试验和仿真方法对摩擦离合器在输入波动转速条件下的工作状态进行研究。具体研究了输入波动转速条件下的摩擦离合器各摩擦片的Mises接触应力、输出转速和扭矩的变化规律。结果表明:摩擦离合器输入转速发生8%的随机波动时导致摩擦片接触应力的波动比输入转速发生5%和10%随机波动时的波动更大。当摩擦离合器输入转速发生10%的随机波动时,摩擦离合器输出转速的波动率为17.49%;当摩擦离合器输入转速发生8%、10%的随机波动时,输出扭矩的波动率为400%左右,输出扭矩的稳定性对输入转速的波动较为敏感。应防止摩擦离合器的输入转速发生较大波动,使其波动率小于5%。

燃气轮机研制是一个复杂的系统工程,需要众多不同类型、不同性质和不同研制合作方式的供应商共同完成,对研制项目管理而言,如何对异质供应商绩效进行评价是一个亟待解决的问题。针对此问题,首先将供应商按照特性分为技术供应商和物料供应商,然后构建了包括质量、成本、交付、技术和合作服务在内的指标体系,并提出了基于网络分析法(Analytic Network Process, ANP)和逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution, TOPSIS)的异质供应商绩效评价方法,通过ANP确定各级指标权重,借助TOPSIS消除指标量纲差异,最后应用示例分析,验证了该方法对复杂装备研制中异质供应商绩效评价的可行性和有效性。

在智能制造发展趋势下,对现有人工生产线进行改造时,考虑设备间物料转运的自动化程度,使用AGV小车代替人工进行转运工作;针对使用自动转运AGV小车的离散物料智能生产线进行二次设计,充分考虑设备布局、生产工艺流程、AGV小车行进路线和环境限制条件等因素,并基于系统布局规划(Systematic Layout Planning, SLP)法分析生产线存在的问题,对现有生产线设备及工作区布局进行优化;基于Plant Simulation仿真软件,建立现有生产线及优化后生产线模型,根据仿真结果分析评价最佳设计方案的合理性;最后通过层次分析(Analytic Hierarchy Process, AHP)法建立生产线布局评价指标,比较并选择优化后的最佳方案。

针对传统A*算法在AGV路径规划中存在遍历节点数和转弯次数较多问题,提出一种基于启发函数改进A*算法。该算法采用加权曼哈顿距离作为启发函数,使得距离估计成本更接近最短距离,以减少算法遍历节点数;另外,在算法启发函数中引入转弯修正代价参数,从而减少路径转弯次数。MATLAB软件仿真实验结果表明,较传统A*算法,基于启发函数改进A*算法在AGV路径规划中能有效减少遍历节点数和路径转弯次数,提高AGV路径规划中路径搜索效率和路径平滑性。

为实现板式换热器在氦气检漏工序的自动上料,设计了基于RealSense 3D相机的视觉引导系统。采用深度信息与连通域分析结合的方法找出板式换热器的最小外接矩形,并根据深度信息微调最小外接矩形的4个顶点,使其在同一深度距离平面上,减小了误差;将最小外接矩形的中心坐标作为工件坐标发送给可编程逻辑控制器(PLC)进行坐标转换,PLC将实际偏移值发送给机器人完成抓取。经实验验证,抓取4种不同型号、分布于4个工位且摆放层为1～4层的板式换热器的平均抓取成功率为98.3%;在机械手速度设定为AUTO模式下最高速的50%时,每抓取一个工件耗时59.29 s,能够满足氦气检漏工序上料的节拍需求。

为实现下肢外骨骼无滞后跟随人体运动,提高穿戴者运动灵活度、舒适度,提出了一种基于多传感器并具有预测功能的人体运动识别方法。搭建了基于姿态角度传感器、足底压力传感器和编码器的运动感知系统,并提出了运动识别方案。为解决物理式传感器普遍存在的延迟问题,引入时间序列预测算法来减小甚至消除延迟。最后,通过穿戴下肢外骨骼样机进行平地行走试验,验证了该运动识别方法在感知人体与下肢外骨骼运动信息方面的有效性,该方法能够有效提高下肢外骨骼的人机运动协调性。

为了实现多关节移动机械臂系统在机械摩擦和模型误差等干扰下的精确控制,提出了快速终端滑模控制方法。首先建立了移动机械臂系统动力学和运动学模型,然后设计了运动环控制律,并将移动机械臂系统的运动指令转换为动力指令,最后针对动力环设计了快速终端滑模控制律,并通过自适应神经网络进行干扰估计,实现了对多关节移动机械臂系统的精确控制。仿真实验结果表明,提出的方法具有更好的快速性和准确性,移动平台的最大跟踪误差仅为0.8 cm,关节末端的最大跟踪误差仅为0.3 cm,干扰估计的最大误差为0.2 N?m,控制效果和精度均得到了明显的提升。

针对依靠单一传感器定位存在定位不精确,甚至定位失败的问题,设计了一种基于扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter, EKF)与动态加权融合法相结合的定位算法。首先,在自适应蒙特卡罗定位(Adaptive Monte Carlo Localization, AMCL)算法的框架下,通过建立机器人运动模型与传感器观测模型,利用EKF将惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)和编码器的数据进行融合。然后,设计了一种动态加权融合方法,依据方差大小动态分配各融合量的权重,将EKF的融合结果与特征匹配计算得到的视觉里程计信息进行加权融合,从而得到更精确的融合里程计信息。最后,将该融合后的里程计信息作为自适应蒙特卡罗定位的运动控制信息,进行粒子状态更新,从而实现全局定位。试验结果表明,该方法能够有效提高自动导引车(Automatic Guided Vehicle, AGV)的定位性能,动态定位精度能够稳定在较高精度范围。

在满足车辆行驶安全的前提下,实现结构的轻量化设计是必不可少的。以某城市混合动力电动客车车架结构为研究对象,对其进行多载荷工况下有限元分析,并考虑正面碰撞载荷工况条件。建立车架的多目标拓扑优化数学模型,采用权重比法确定各子目标函数的权重,最后按照各工况的最佳权重比对车架进行拓扑优化设计,并对新车架结构进行有限元校核。结果表明:优化后的车架减重5.02%,满足轻量化要求,同时新结构达到碰撞安全标准,所提设计方法有效。

针对液压机械无级变速器(HMCVT)在受到阶跃负载时输出转速波动量大、调整时间长的问题,提出了基于双模糊PID算法的液压机械无级变速器恒转速输出控制方法。该控制方法根据转速偏差值的大小选择不同的模糊控制器,当转速偏差值较大时,系统采用粗调控制器,快速消除转速波动;当转速偏差值较小时,系统采用精调控制器,实现HMCVT转速控制系统的稳、准调节。双模糊控制器对PID参数进行整定,用整定后的PID参数来调整变量泵斜盘倾角,最终实现转速恒定输出。仿真与试验结果表明:与传统PID和模糊PID相比,双模糊PID控制方法能够更好地解决HMCVT在遇到阶跃负载时输出转速波动量大、调整时间长的问题。

代号为SD-L的大长径比铝合金零件采用冷挤压成形工艺,其挤压载荷直接与挤压参数相关。采用DEFRORM-3D软件对该零件冷挤压成形过程进行仿真模拟,在不同挤压速度v、摩擦系数f以及凹模拐角处圆角半径R下对该零件冷挤压成形过程进行了数值模拟研究,获得了成形载荷随挤压参数及模具结构参数变化的规律。结果表明:成形载荷峰值随着挤压速度和凹模拐角处圆角半径的增加而减小,摩擦系数的增加则会导致成形载荷峰值增大。

微细金属丝拉拔时的张力控制和拉拔后得到的微细金属丝的质量密切相关。对非滑动微细金属丝拉丝机进行恒张力控制系统设计,分析微细金属丝拉拔时张力产生的原因,确定电机速度、张力摆杆角度和拉拔张力之间的关系。利用闭环模糊PID控制原理设计拉拔丝控制系统,并在MATLAB-Simulink环境下进行仿真。仿真结果表明,该系统响应速度快,超调量小,抗干扰能力好;通过试验验证了该系统能够实时控制拉拔张力大小,满足微细金属丝恒张力拉拔加工的控制要求。

针对钻削过程中轴向力突变和波动造成钻削刀具磨损过快的问题,首先以Cortex-A9微处理器和嵌入式LINUX系统为核心,建立了基于高速钢麻花钻的钻削控制系统;然后利用自主设计的钻削测力仪监测钻削力工况信号,并通过信号放大滤波和离散量化等方法,获取实时的钻削轴向力数据;最后利用专家PID控制算法实现钻削过程的自适应控制,通过对钻削进给电机速度的实时控制,减小钻削过程中的轴向力波动。对比实验的结果表明,专家PID控制算法可以显著提高轴向力稳定性,并有效地保护钻削刀具。

为了解决金相试件手工研磨效率不高、机器研磨辅助环节多的问题,设计出一种无需镶嵌的多功能自动金相研磨机。针对常用金相试件尺寸规格及待研磨表面特征,确定了研磨技术要求,详细设计了运动方案及预紧调节部件、夹持头等关键零/部件;然后基于Adams软件构建出运动学仿真模型,分析了3种不同驱动电机转速下研磨机夹持头行程、速度以及加速度的变化规律,并进行了运动参数优化;最后对研磨效果进行了应用验证。结果表明,随着研磨机驱动电机转速增加,试样研磨效率随之提高,但过高的转速会产生系统冲击振荡;对研磨机驱动电机运动参数优化后,研磨机夹持头峰值加速度降低到1.1 m/s2,系统运行平稳性较好;验证试件研磨端面的表面粗糙度Ra最大约为0.44μm,仅为MPD-1A型商用研磨机的59.4%,经腐蚀后试样金相组织特征清晰可见,观测效果优良。

根据核岛内环吊拱架安装车臂架的结构组成和液压传动原理,采用功率键合图法建立系统的键合图模型,据此推导臂架伸缩动力学模型,基于Matlab软件仿真分析臂架伸缩油缸的运动规律、三通溢流阀和压力补偿阀的控制特性以及系统流量变化规律,结果表明:定量泵和三通溢流阀组成的负载敏感系统可自动适应伸缩臂运动的压力、流量需求,系统速度稳定;通过控制球阀的启闭时序,可以实现臂架的顺序伸缩,保证臂架工作安全性;在伸缩油缸处于行程极限位置时,系统负载敏感功能失效,处于高压溢流状态;泵出口压力的试验曲线和仿真曲线一致性较好,表明所建模型可准确反映臂架伸缩的工作特性。

通过对普通机用虎钳的结构进行详细的技术分析,找出导致装夹工件效率低的主要原因,并设计了一种以异形轴和螺纹套为核心部件的快速夹紧虎钳,把机用虎钳的工作过程分解成快速推进和夹紧两个过程,大大提高了装夹工件的效率和工作的可靠性。实践运用显示:异形轴式快速夹紧虎钳装夹工件的效率相较于普通机用虎钳提高了10～15倍,工作中的可靠性也大大提高,在同类产品中的优势明显。该虎钳对快速夹紧夹具的优化设计具有一定的参考价值。

某闭式变速箱研发测试过程中,变挡直齿轮副产生表面接触疲劳剥落现象。分析实际工况,通过解析解方法和有限元模拟方法理论计算轮齿齿面接触应力;在金相显微镜下观看主轴失效齿轮表面浅层疲劳剥落特征,用洛氏硬度计测量主副轴齿轮硬度。结果表明:理论设计强度满足正常载荷工作性能要求;根据齿轮表面疲劳失效原因提出改善措施,重制后的齿轮在台架上重复上一次工况试验,未见任何疲劳失效现象,验证机理分析结果及改进措施合理,相关分析方法可为其他齿轮失效现象机理分析及措施改进提供参考。

将制孔末端执行器压脚作为研究对象,对其结构进行设计建模;从导轨间隙引起的刚性变形与自身弹性变形两方面入手,分析其机械误差产生的原因;提出了一种减小机械误差的方法,并利用ANSYS软件对其弹性变形进行有限元分析,绘出应力云图和变形位移云图,对云图进行分析,确定优化部位,以使垂直于主轴进给方向的变形量能得到有效缩减;对优化后的结构进行了轻量化设计,使结构重量减轻。

针对在役再制造中机车构架火焰矫正过程完全依赖人工经验,矫正的精度和效率难以保证的问题,以DF8B型机车拉杆座为研究对象,利用Ansys Workbench软件建立了拉杆座火焰矫正过程的热-结构耦合模型,求解出拉杆座的温度场和变形场;研究了拉杆座的矫正量随火焰加热温度T、加热区域宽度d和侧深h这3个火焰矫正工艺参数的变化规律,给出了火焰矫正工艺参数优选的方法,并经实例验证。结果表明:拉杆座矫正的最佳火焰加热温度在750℃左右;矫正量随加热区域宽度增大而增大,随侧深增大而先快速增大后再减小,其峰值位于侧深为整个侧面宽度的2/3处;这为拉杆座火焰矫正工艺参数确定提供了理论依据。

3D打印技术因其具有可以成型复杂几何模型、加工过程操作简单的特点,因此在加工制造业、工业设计及医疗行业等生产领域均有着广泛应用。对3D打印控制系统主要部分的研究现状进行介绍,包括运动轨迹的规划及运动控制策略的优化、温度控制策略方案的优劣等控制部分;综述了现有的控制系统架构及控制方法,对比总结了各自的特点;最后,梳理总结了控制系统存在的一些共性问题,并对未来发展进行了展望,包括优化控制方案、提升过程控制技术、增强系统功能多样性及智能化程度。