针对高可用度要求的生产系统(即可修复系统,以下简称系统),提出一种以单位时间成本为约束,可用度最大化为目标的预防维修和均值控制图联合优化模型。首先,考虑到系统运行存在受控、失控两种状态以及均值控制图两类错误(漏报警和误报警)发生的概率,在完美维修假设前提下,构建了4种系统运行(更新)情景(S1～S4)。然后,建立了每种更新情景的可用度和经济模型,并在此基础上建立了系统的可用度目标函数和经济约束函数,以实现单位时间成本约束条件下预防维修和均值控制图联合优化的系统可用度最大化目标。针对所建立的联合优化模型,通过实例对比验证了模型的有效性,并利用遗传算法对决策变量进行优化,实例优化结果表明,该模型能够有效提高系统可用度,并能降低系统成本。最后,通过正交试验、回归分析等方法对模型进行了参数的灵敏度分析。

为了探究盲孔镶嵌自锁螺母锁紧力矩的影响规律,确定工件材质和收口量,通过有限元仿真分析,研究不同收口量下盲孔镶嵌自锁螺母的锁紧力矩。根据中国航空工业第六○二所企业标准Q/16S 510—2015,确定理论最佳收口量,得到收口量对锁紧力矩的影响曲线,并进行分组试验,对比了材料分别为30CrMnSiA和GH2132时,尺寸规格分别为M4、M5和M6盲孔镶嵌自锁螺母的锁紧性能。试验结果表明,随着收口量的增大,锁紧力矩呈上升趋势,并且相同尺寸规格的盲孔镶嵌自锁螺母,材料为30CrMnSiA时的锁紧力矩大于材料为GH2132时的锁紧力矩,其锁紧性能更加优异。当收口量为0.22 mm时,材料为30CrMnSiA的M4、M5和M6盲孔镶嵌自锁螺母的最大锁紧力矩均满足相关标准要求。

针对因车间布局不合理导致的设备之间物流混乱、效率低下等问题,通过优化数学模型及采用基于多目标的改进候鸟算法可有效地解决此问题。在经典候鸟算法的基础上,优化了编码解码过程,引入修复优化算子处理不可行解,同时改进了种群更新方式,增强了算法全局搜索以及局部搜索的能力,并将所有非支配解进行排序,以得到最优方案。试验结果表明,基于多目标的改进候鸟算法明显优于线性多目标候鸟算法以及粒子群算法,最终布局方案最小成本函数分别优化了38.79%、37.63%,综合相关度函数分别优化了3.22%、3.45%,改进效果显著。

大规模个性化定制的互联工厂是以用户互联为核心,整合用户个性化需求,并深度参与企业全流程、零距离互联生态资源,快速、低成本且高效地提供智能产品、服务和增值体验的智能制造模式。基于对大规模个性化定制的互联工厂的数字化技术应用研究,提出互联工厂的数字化技术总体实施架构,同时结合互联工厂中的实际业务需求场景,介绍数字化技术在大规模个性化定制的互联工厂中的应用实践和关键作用。通过互联工厂的数字化体系建设,实现互联工厂全流程业务智能管控、智慧运营和智能决策,最终实现降本提效,更好地服务企业管理,提升企业核心竞争力。

数字线索和数字孪生是推动型号产品研制模式转型的变革性技术,如何建立适应数字线索应用的信息化系统成为企业关注的重要问题。在型号研制现状与需求的基础上,提出了由实体、模型、学科、过程和应用组成的产品数字空间管理框架,分析了管理框架下的深度模型集成、产品数据融合贯通和以流程为中心的业务协同三层次数字线索应用,最后,结合航天军工企业的应用实际,提供了基于平台的产品数字空间的软件实现和样例,可为智能制造平台建设和解决方案选型,为支撑研制模式创新提供一定的借鉴和参考。

设计实现了一种适用于西门子S7系列可编程逻辑控制器(Programmable Logilc Controller, PLC)的远程管控系统,该系统主要由数据采集网关和生产管控平台构成。数据采集网关以树莓派为硬件核心,以Python作为开发语言,通过TCP/IP协议从PLC读取数据,然后通过MQTT协议向云服务器(Elastic Compute Service, ECS)发送数据。生产管控平台基于SpringCloud微服务框架搭建,其中包括了用户管理、系统管理及数据展示等基础功能,同时针对性地开发了设备保养和设备报警。最后利用Vue.js框架和ECharts可视化库搭建了Web前端,用户可通过Web界面迅速准确地了解到设备当前运行状态。该远程管控系统不仅可以协助相关人员对设备的生产作业情况有进一步的了解,也可以通过对数据的监测与分析及预测来提高生产效率,助力工业数字化转型。

核退役机器人工作过程中,传统快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree, RRT)路径规划算法缺乏导向性,路径规划效率低,避障能力弱;为此,提出改进RRT路径规划算法,以提高作业效率和准确率。首先,引入目标偏置函数,并提出自适应步长,使RRT路径规划具有导向性,避免陷入局部最优;其次,采用启发式搜索思想,保留优于其父节点的随机搜索点为新节点;最后,修剪路径中的冗余节点,并采用贝塞尔曲线对路径进行平滑处理。在MATLAB平台上进行仿真,结果表明,改进RRT路径规划算法较传统RRT路径规划算法、RRT-connect路径规划算法效率更高,收敛性更强,可以很好地提高核退役机器人的避障能力。

为了克服间隙特性和未知扰动对双机械臂系统抓取物体性能的影响,设计了模糊自适应鲁棒控制律。首先建立了双机械臂系统数学模型和间隙特性模型,然后引入自适应律来估计未知扰动,利用模糊系统来估计系统模型参数,同时设计了自适应间隙逆模型来补偿间隙特性,并对系统进行了稳定性分析,最后实现了考虑间隙特性的双机械臂系统精确控制。仿真结果表明,设计的控制方法具有更好的快速性和准确性,能够确保物体在0.5 s内稳定跟踪轨迹指令,最大跟踪误差仅为0.5 cm;设计的自适应律能够快速准确估计未知扰动,最大估计误差仅为0.3 N?m,估计精度较高。

为了避免弯管作业对于模具的依赖,设计了一种不需要模具的三维弯管机器人,其主体包括机械机构和控制系统。弯管机构设计简单、结构紧凑,可对管件连续加工,完成三维无模弯管加工。从结构设计、工作原理方面进行了分析,并对关键机构进行了设计和运动学分析。根据三维无模弯管的控制要求,对机器人控制系统的硬件、软件进行了设计,利用触摸屏、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)对机器人弯管机构进行了试验,试验结果符合设计需求。

商用车车架是整车各总成以及零/部件的承载基体,而车架纵梁又是车架最主要的承重部件,为使商用车轻量化,从而满足市场对汽车低能耗、高效率的需求,以某电动商用车车架为研究对象,建立了车架有限元模型,采用结构设计的方法,对车架纵梁结构进行了重新设计。并对改进车架进行了尺寸优化设计,以车架纵梁和横梁的厚度为设计变量,以1阶模态频率、弯曲工况下加载点的最大位移和扭转工况下加载点的最大位移为约束条件,以车架质量最小为目标函数,对车架进行了尺寸优化。对传统车架和改进车架进行对比分析,分析结果表明,改进车架质量减少了174.40 kg(27.60%),在保证车架安全性能的同时实现了轻量化。

为提高智能车辆在高速工况下进行转向换道避撞时的行驶稳定性,设计了一种基于ANFIS及MPC的车辆转向换道控制系统。车辆转向换道控制系统是以模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)算法为基础,结合五阶多项式换道路径和最小车距安全模型搭建的;以理想横摆角速度与实际横摆角速度的偏差及其变化率为双输入,利用自适应神经模糊系统(Adaptive Network-based Fuzzy Inference System, ANFIS)规则输出所需的附加横摆力矩,对车轮进行差动制动,以修正车身姿态,实现行车稳定。仿真结果对比表明,此车辆转向换道控制系统可显著提高车辆在高速工况下进行转向换道避撞时的行驶稳定性。

针对某精密行星齿轮减速器的振动噪声问题,通过Romax Designer软件建立刚柔耦合动力学模型;并对减速器箱体进行模态分析,提取箱体的前六阶约束模态振型和固有频率,确定产生噪声的共振频率点;同时分析了齿轮传动误差、齿轮时变啮合刚度等激励的特性。提出通过齿轮修形降低减速器内部动态激励进而减小振动和噪声的方法,并使用LMS Virtual.lab软件对减速器进行声学响应求解。仿真结果表明,优化后减速器的振动和噪声明显降低;最后搭建了行星齿轮减速器试验台,实测噪声与仿真结果基本吻合,验证了该方法的合理性。

飞机机轮螺栓力矩是影响飞机起降的关键因素。研究设计了一种机轮螺栓力矩加载机构,并基于机构的理论危险工况,对其框架组件进行静力学分析。采用拓扑优化的方法对主要框架结构进行优化,并对优化后的框架组件进行静力学分析和两种工况下的瞬态动力学分析。计算结果显示,优化后的框架组件强度、刚度均满足要求,质量减少32.8%,为民航特种设备设计及应用提供了重要参考。

针对捣固车捣固作业过程中阀控节流系统在频繁周期动作时产生大量能量损失的问题,提出了一种节能液压系统方案。对捣固车捣固装置升降油缸高频往复运动工况进行分析,研究了其能量回收潜力;运用AMEsim软件建立原系统和节能液压系统仿真模型;比较了两种方案下的油缸位移和流量。研究结果表明:在此节能液压系统中,蓄能器的容积对系统节能效果有较为明显的影响;当蓄能器预充气压力为3 MPa、容积为3.5 L时,系统有最佳的节能效果,此时节能液压系统的耗能量相对于原方案降低了约46%。通过对捣固装置节能液压系统的仿真研究,验证了该方案的可行性,为设计捣固装置液压系统提供了理论支持。

为探究磨料对氮化硅陶瓷球精研加工的影响,从而提高氮化硅陶瓷球的表面质量和材料去除率,以基液种类、磨料种类和研磨盘转速为主要影响因素设计正交试验,并分析各因素对表面粗糙度Ra的影响程度。以表面粗糙度Ra和材料去除率为评价指标,通过单因素试验优化研磨参数。根据正交试验结果,得到精研加工过程中各影响因素对于表面粗糙度Ra的影响程度,从大到小排列依次为:磨料种类>基液种类>研磨盘转速。综合考虑陶瓷球精研加工的要求,确定最佳的研磨参数组合为:煤油基液、碳化硅磨料以及150 r/min的研磨盘转速。在金刚石、碳化硅、氮化硼、氧化铬和氧化铁这5种磨料中,氧化铁磨料修复粗研过后的氮化硅陶瓷球表面缺陷的效果最好。

针对汽车发动机装配过程中缸体泄漏问题,结合Back Propagation(BP)神经网络及粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法,提出了一种发动机装配工艺参数优化方法。首先,使用BP神经网络建立了生产工艺参数与质量指标之间的非线性映射关系,并以此作为泄漏率预测模型。其次,根据实际生产需求,应用皮尔逊相关性分析法求解得到相关性最强的部分工位工艺参数,并以其作为后续优化对象。最后,以BP神经网络预测模型作为适应度函数,使用粒子群优化算法求解得到工艺参数的最优值。使用400台发动机的实际生产数据进行试验。试验结果显示,BP神经网络具有较准确的预测效果,结合粒子群优化算法得到了优化后的工艺参数值,显著降低了发动机的泄漏率,具有一定的指导意义。

火炮自动机中的关键零件一般具有型腔复杂,精度、硬度(洛氏硬度45HRC～50HRC)要求高的特点,属于高精度、高硬度难加工零件,特别是零件上的空间曲面槽更是机械加工的难题。以某火炮自动机中的关键件——滑板为典型实例,探索外形不规则、具有复杂型腔零件的高精度空间椭圆曲面槽加工工艺,从工艺流程、工艺装置和刀具设计以及具体操作方法几方面综合考虑,提出解决方案;该方案在三轴加工中心上利用辅助轴并配合工艺装置实现了零件高精度空间椭圆曲面槽的加工。该方案的实际应用效果良好,已在多个项目研制中得到推广应用。

基于智能监控理念,采用红外温度传感器和数据接收终端等设备搭建了海上平台电气设备红外温度监控系统,采用C#语言对应开发了该监控系统软件,实现了电气设备关键监控点温度的在线监控、数据分析、预/报警和数据管理等功能。实际应用表明,海上平台电气设备红外温度监控系统运行稳定、可靠,降低了管理人员的工作强度,提高了海上平台用电设备的安全性。

介绍了PCB基板玻璃表面缺陷检测设备PLC控制系统的硬件结构、软件设计和通信。该系统以三菱FX3U系列PLC为下位机,通过串口实现与工控机的通信,通信协议为用户自定义协议。根据PCB基板玻璃表面缺陷检测设备的工作原理及工作流程,进行了控制系统硬件设计和端口分配、软件编程、通信协议编写及通信连接,实现了设备的各项控制功能,具有高效可靠、自动化作业和对人力要求低等特点。该系统已在所设计的PCB基板玻璃表面缺陷检测设备现场测试中取得检测效率为70秒/片的良好效果。

针对目前挂轨巡检机器人升降机构的特点和不足,从运动稳定性和展开性能出发,设计了一种绳索式剪叉升降机构。对比分析了剪叉升降机构不同驱动方式的优、缺点,给出了剪叉升降机构具体的结构设计方案,对所设计的剪叉升降机构进行了运动学仿真分析,验证了方案的可行性。试制样机试验结果证明所设计的剪叉升降机构运动平稳,展开性能优异,能够满足巡检机器人的工作需求。

针对落地铣镗床主轴箱平衡补偿系统故障诊断问题,首先通过主轴箱受力分析,获得滑枕伸出前、后钢丝绳受力变化规律,结合平衡补偿系统液压原理,分析得出钢丝绳前吊点液压平衡缸动作逻辑,为PLC程序逻辑修改提供依据;然后开展滑枕伸出直线度检测试验,得到不同伸出量对应的液压平衡缸电液比例阀控制电压,从而确定PLC程序非线性控制电压;最后结合平衡补偿机构液压原理和补偿逻辑,修复平衡补偿系统。通过滑枕水平移动直线度精度检测试验,验证所提主轴箱平衡补偿系统故障诊断与维修方法的有效性。试验结果表明,维修后滑枕水平移动直线度精度满足标准要求,平衡补偿系统功能恢复正常,前、后吊点钢丝绳张紧力变化平稳。

为了改善磁流变制动器的制动性能,提出一种并联液流通道结构的磁流变制动器。通过合理利用材料的导磁特性,使磁流变制动器内部的3层轴向阻尼间隙均被利用,有效提升了制动性能。建立了并联液流通道结构的磁流变制动器的力学模型,并对磁流变制动器进行了电磁场仿真分析;由仿真分析可知,磁流变制动器在转速为400 r/min时,最大制动转矩达到76.11 N?m。建立了磁流变制动器的温度场数学模型,对磁流变制动器的热源及生热率进行了理论分析;瞬态温度场仿真结果表明,在制动周期内磁流变制动器最高温度保持在磁流变液的工作范围内;因此并联液流通道结构的磁流变制动器能够正常工作。

环模在颗粒饲料加工机械中是一个容易阻塞的核心部件,为了解决现有人力在清堵环模时存在的修复效率低、修复效果差等问题,设计了一种数控环模阻塞修复系统。该系统以ATmega128L为核心,搭建了小型μC/OS-II操作系统;系统采用电机细分驱动配合霍尔传感器完成模孔的精确识别和定位;通过接近开关完成模孔的换行,采用加减速运动控制步进电机带动钻头完成清堵。经过现场调试及应用表明,数控环模阻塞修复系统模孔的定位误差在0.427 mm以内,且平均每小时修复模孔1 086个,模孔疏通成功率为99.8%,刮伤模孔概率为0.11%。

管道泄漏常常造成环境污染、财产损失和人员伤亡,由于其发生的隐蔽性,对管道泄漏的及时识别与准确定位具有重要的现实意义。按照结构损伤识别方法的分类标准,将管道泄漏检测方法分为基于模型的方法、基于信号处理的方法和基于人工智能的方法。围绕这3类方法,分别重点介绍了管道泄漏固体模型、流体模型、泄漏信号识别和定位处理方法、人工神经网络,以及支持向量机辨识管道泄漏方法的国内外研究现状,梳理了众多文献间的区别和联系。最后分析了各检测方法存在的不足,对未来管道泄漏检测研究方向进行了展望。