针对单目标柔性作业车间调度问题(Flexible Job shop Scheduling Problem, FJSP),以优化最大完工时间为目标，提出一种自适应灰狼优化(Adaptive Grey Wolf Optimization, AGWO)算法求解该问题。首先，采用离散整数编码方式以及混合初始化规则生成高质量种群；其次，根据灰狼优化(Grey Wolf Optimization, GWO)算法的社会等级制度，提出一种基于种群规模的自适应社会等级制度分布策略，以提高算法求解速度和稳定性；然后，设计一种新的狼群捕猎和猎物搜索机制，保证种群多样性的同时提高算法的全局探索能力；此外，提出融合基于关键路径和均衡机器负载2种邻域结构的变邻域搜索策略，提高算法的局部搜索能力；最后，通过标准算例验证算法的有效性和可行性。

针对选区激光烧结的局部加热和冷却过程，试件平面尺度变化对温度场、应力和变形都有着直接影响。通过建立烧结过程的瞬时温度场和应力应变模型，结合不同面能量密度，对试件平面尺度与应力和变形的关系进行分析。结果表明，对于正方形试件，不同面能量密度下，当平面尺度由5 mm×5 mm增至30 mm×30 mm时，试件端部表面应力增幅为20.5%～36.2%,且变形量也从0.11 mm增大到2.95 mm;而试件中部的应力变化量较小。不同平面尺度的烧结实验结果显示，当烧结试件平面尺度由5 mm×5 mm增大到30 mm×30 mm时，其变形量由0.14 mm增至1.74 mm;平面尺度较小(5 mm×5 mm、10 mm×10 mm)时，烧结试件为四边翘曲变形，较大平面尺度下多呈现为中凸变形形态。

具有复杂镂空/凸起等高曲率轮廓的大尺寸碳纤维增强复合材料零件的自动化加工较为困难，为此提出了一种横向铺带的3D打印工艺。该工艺采用约40 mm长的短切碳纤维带横向拼接形成碳纤维横带。由于横带的长度方向缺乏纤维增强，因此在其两端进行不同程度的拉伸时，碳纤维横带可变形成弧形，从而打印成曲线路径，适应高度复杂零件的轮廓。碳纤维横带的宽度可通过改变短切碳纤维带的长度进行调节，其厚度可通过改变短切碳纤维带的搭接比例或改变横带拉伸变形比例进行调节，从而进一步提高打印灵活性。通过强度测试，采用该打印工艺制成的材料沿碳纤维增强方向的拉伸强度可达到220 MPa(碳纤维体积分数为25%)。最后，通过打印圆环零件验证了该工艺打印高曲率零件的有效性。

以实施精益智造模式为路径，以提升制造型企业价值创造能力为导向，将智能制造技术精准应用于制造型企业的各个核心价值创造环节，充分发挥智能制造技术对制造型企业价值创造能力提升的使能作用，促进制造型企业生产效率水平提升、经营效益水平提升、产品质量水平提升和绿色制造水平提升，为制造型企业高质量发展提供新的方法支持。

针对国产CAP1400系列核电站控制棒驱动机构密集阵列排布特点，创新设计并研发了一种具有刚性体、柔性体和软体一体化运动特征的新型控制棒驱动机构检查机器人。该机器人具有由液压剪叉升降机构、麦克纳姆轮底盘和直线模组组成的刚性推进模块、柔索驱动的连续体主机械臂模块以及气驱动的软体伸缩模块。对柔索驱动的单级关节段连续体柔性臂进行运动学分析并探究多电机协调控制策略，并对气驱动的软体伸缩模块进行了分析与测试；最后，在模拟环境中对该机器人进行功能测试，测试结果表明该机器人的各项功能均达到预期效果。该研究为核环境受限空间中规则密集排布管线检查提供了一种新的解决方案和新型机器人。

针对工业机器人在生产现场调试时间较长且风险较高的问题，以机器人打磨叶片为例，设计了一种基于NX软件机电一体化概念设计(Mechatronics Concept Designer, MCD)解决方案与全集成自动化入口(Totally Integrated Automation Portal, TIA Portal)的机器人打磨联合虚拟调试系统。首先基于NX MCD设计并建立机器人打磨虚拟调试平台；其次采用等残留高度法规划叶片打磨轨迹，并约束打磨时机器人末端位姿；然后采用TIA Portal软件进行PLC程序设计和HMI组态，并下载到硬件设备；最后通过OPC UA通信协议实现机器人打磨叶片系统软/硬件联合虚拟调试。仿真结果表明，该系统有效验证和优化了机器人打磨轨迹，同时可以缩短生产现场调试周期，降低了设计阶段电气硬件的调试风险和成本投入。

视觉机器人能够准确识别路径是其循迹导航的关键。针对全局动态阈值、双峰动态阈值路径识别算法无法应对阳光干扰的问题，提出了一种抗阳光干扰的路径识别算法。该算法基于图像的照射-反射模型，首先通过局部伽马矫正改善图像光照质量，再将其转换到对数域中获取图像梯度信息，以进一步削弱低频入射光量，达到抗阳光干扰的目的。然后合成4个检测方向的改进Sobel算子，并取无穷范数为最终梯度，以提高路径识别的准确性。最后通过局部动态窗口阈值法来匹配最佳阈值，以进一步提高抗阳光干扰能力。通过求取路径三角形的有向面积，以有向面积的正负、大小来判断路径走向与弯曲程度，并以此作为视觉机器人行进转向的控制依据。搭建机器人操作系统(Robot Operating System, ROS)平台进行实验，实验结果表明该算法能够有效改善视觉机器人的抗阳光干扰能力，提高循迹的可靠性与鲁棒性。

数字孪生作为“工业4.0”、智能制造以及工业互联网等先进理念的关键使能技术，具有实时同步、高保真度及双向映射等特性，是实现产品物理模型与信息模型交互融合的重要技术手段，现已成为学术界和工业界的研究热点。当前，针对数字孪生的研究主要集中在车间运行方面，然而基于数字孪生的产品制造过程质量管理研究相对较少。为此，提出了一种基于数字孪生的产品制造过程质量管控模型，阐述了产品制造过程质量管理的流程。借助“虚实结合、以虚控实”的手段，系统地分析产品制造过程质量数据的实时采集、质量监测、动态分析、质量预测及智能控制，以提升产品制造质量，并为产品制造过程质量管理提供参考和依据。

利用参数化建模软件SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身的参数化模型，为白车身轻量化优化提供形状、厚度设计变量。对参数化白车身模型的静态弯曲、扭转刚度和低阶模态性能进行仿真分析并与试验对比，验证了所建参数化白车身模型的有效性。通过编辑脚本实现白车身模态振型与阶次的自动识别功能，避免了白车身优化过程中的人工介入。将脚本文件嵌入到Isight优化软件中，实现了参数化白车身轻量化全自动优化，从而减少了工作量并提高了白车身优化效率。轻量化优化过程中约束白车身静态弯曲刚度和一阶弯曲、扭转模态频率，寻求白车身质量最低、扭转刚度最大的方案。采用近似模型的方法对白车身进行优化，从而进一步提高白车身轻量化的优化效率。优化后白车身质量降低了33.97 kg,减重率达9.33%,白车身的弯扭刚度和一阶弯曲、扭转模态频率与初始模型基本一致，取得了显著的轻量化优化效果。

针对汽车结构轻量化优化时间长、变量筛选客观性差的问题，以某商用车驾驶室为研究对象，提出一种基于灰色关联分析法的驾驶室结构轻量化优化方法。首先，在隐式参数化建模软件SFE-Concept中建立商用车驾驶室隐式参数化模型，利用OptiStruct求解器对驾驶室模型进行基础性能分析；其次，结合有限元前处理软件HyperMesh重新划分驾驶室结构，以弹性模量为设计变量进行驾驶室结构灵敏度分析；再次，采用灰色关联分析法在试验设计之前筛选出33个零件厚度、截面变量；最后，构建径向基-响应面混合近似模型，利用序列二次规划算法进行驾驶室结构轻量化优化。优化结果表明：在弯扭刚度、一阶扭转模态频率基本不变的条件下，驾驶室质量降低24.5 kg,减轻了8.0%,一阶弯曲模态频率提升了13.9%,驾驶室结构轻量化优化效果较佳。

分析了应用G71指令、G73指令和宏程序指令编程进行凹域轴类零件加工存在的非切削空行程路径问题，阐述了应用MasterCAM软件解决该类问题的具体步骤，编制了操作流程，生成了最优加工路径。应用UG软件再次对此类零件的最优加工路径进行了验证，并通过斯沃数控仿真软件模拟了MasterCAM软件和UG软件自动化编程生成的NC程序，结果表明，应用MasterCAM软件或UG软件可以减少数控车削非切削空行程路径，提升加工效率，适用于类似零件的批量加工。

侧铣头是数控铣床或者加工中心的一种附件，其刀具旋转中心线可以和主轴旋转中心线成一定角度，不需要加装第四轴就可以加工垂直刀具无法接触到的加工面，从而达到无需改变机床结构就可以增大其加工范围和适应性的效果，并能减少工件重复装夹，提高加工精度和效率。该方法大大节约了加工成本和加工时间，对利用三轴机床加工四轴零件具有非常重要的应用价值；但是在编程中由于侧铣头的刀具旋转中心线和机床主轴旋转中心线具有一定角度，其编程方式和后处理设计较普通铣床或加工中心有很大的区别，特别是在加工侧面孔或者凹面特征时，如果后处理设计不当，在判断进刀、退刀时一旦选择平面(G17/G18/G19)出错，会导致圆弧插补的方向出错以及进退刀的优先方向出错，造成撞坏工件或者损坏机床的后果。通过TCL语言对该后处理进行定制，达到自动判断实际加工时需要的(G17/G18)平面，并且进行稳定的圆弧插补、直线插补、进刀和退刀，保证加工的安全性和准确性；除此以外还加入了人性化的刀具列表和参数错误报警，为操作技师提供了很好的辅助参考；最后通过仿真实验证明该后处理定制可以很好地在侧铣头加工中稳定、高效的使用，并获得较好的加工效果。

针对相似程度高及可系列化的产品结构，提出以多模型切换设计和功能可扩展为要求的功能一体化多模型集成参数化设计方法。将二次开发技术与企业产品设计相结合，研究了模型信息集成检入切换、参数驱动和元件指定操作的二次开发技术，解决了Creo软件在产品设计过程中部分功能步骤繁琐、效率不高的问题，并研究了一种参数检索的方法，以实现系统的参数自动更新。以某公司压路机十字轴焊接件设计为例，结合MFC可视化技术搭建人机交互界面，基于C语言对Creo软件进行了多模型集成参数化设计系统开发，验证了此设计方法的高效性和实用性。

轻量化与高刚度一直是结构设计的研究热点，对钢材与碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)三明治机械结构进行研究，通过对同体积三明治复合结构板(45-CFRP-45)及金属板(45钢)进行有限元分析及弯曲试验，结果表明三明治复合结构的刚度高于传统金属结构的刚度。基于三明治复合结构的刚度好、质量轻的特点，以小型复合加工机床横梁为原模型，建立CFRP三明治复合材料结构横梁。根据原横梁的分析结果，利用有限元软件中多目标遗传算法(MOGA)对CFRP三明治复合材料结构横梁进行优化。最后对优化后的CFRP三明治复合材料结构横梁进行验证。研究结果表明CFRP三明治复合材料结构在保证轻量化的前提下，能够提高机械结构的静态与动态性能。

针对大直径凸弧金刚石砂轮硬度高、表面形貌复杂、修整难度大以及修整弧形精度低的问题，提出了一种应用于大直径凸弧金刚石砂轮立式精密挤压修磨的砂轮修整方法，设计研发了大直径超硬凸弧砂轮立式在线精密修整装置。其基本原理是高强度金刚石凸弧修整轮自转并进行立式圆弧摆动形成约束圆弧面，通过金刚石凸弧修整轮与金刚石砂轮磨粒之间产生的挤压微磨削作用对金刚石砂轮进行精密修磨成型。对基本修整工艺规律进行了研究分析与初步试验探索。通过金刚石砂轮修整前后磨削全陶瓷球轴承内圈的沟道精度对比分析表明，该砂轮修整理论、修整装置与修整工艺能够实现大直径凸弧微粒度金刚石砂轮精密修整，并达到所需修整的精度要求。

针对基于FLUENT软件计算滑动轴承存在需要调整偏位角而多次划分网格，导致计算效率低的问题，提出了一种改进算法，通过采用C++和动网格技术并编写UDF程序，实现了轴承静平衡位置偏位角的自动迭代。采用提出的计算方法对轴承油膜压力分布及静特性参数求解，并与理论数值计算结果进行对比，验证了计算模型的正确性，提高了计算效率。

为加强对漆包线-铜箔微点焊过程的监测，便于管控实际焊接生产质量，构建了微点焊过程监控平台。基于过程电信息数据，采用最小二乘法对微点焊电极全生命周期动态电阻变化规律进行建模，确定电极烧损状态变化临界点，实现电极烧损状态监测；利用统计过程控制技术，通过生产过程电信号均值-标准差图，实现微点焊过程异常信息监测与质量管控。

为了对火车轮对轴端标记进行识别录入，基于机器视觉技术提出了一种针对轮对轴端的熔炼号、钢种号、单位号、顺序号、年月、轴型标记及方位标记等7种类型标记的整体自动识别算法。在对获取的轴端图像进行灰度处理、图像增强及滤波处理等操作的基础上，采用圆检测和双线性插值相结合的方法，解决了轴端标记各角度的倾斜校正问题。通过阈值分割和形态学处理提取目标区域，并采用投影法对目标进行行分割，最后采用模板匹配法对目标字符进行识别。通过构建识别系统实验表明，该算法能有效针对轴端标记进行识别分类，准确率为97%,识别速度为每幅5 s。

针对空调压缩机法兰盘尺寸人工测量方式存在效率低、精度难以保证等问题，提出一种基于机器视觉的法兰盘尺寸亚像素级别测量方法，并构建视觉测量系统。对法兰盘图像，先使用转灰度、中值滤波和二值化分割进行预处理，抑制图像噪声，同时提取目标法兰盘区域；再使用Canny算子获取法兰盘边缘像素坐标；然后根据Zernike算法对旋转、尺度等不敏感的特点，使用改进的Zernike矩亚像素边缘检测算法重新定位法兰盘边缘，获取法兰盘边缘的亚像素级别坐标；最后使用最小二乘拟合算法得到法兰盘外圆直径与内孔直径尺寸。实验证明，该检测方法与人工测量方式相比效率高、精度高，能够满足对法兰盘关键尺寸的在线测量需求。

针对长期处于循环载荷作用下的液压升降机剪叉机构存在结构开裂的问题，分别对其进行了动态强度与疲劳强度研究，提出了基于有限元+多体刚柔耦合动力学+疲劳分析的联合分析法，对剪叉机构动态强度与疲劳强度进行研究。以某型自行走剪叉式液压升降机为例，利用SolidWorks辅助RecurDyn软件，建立整机多刚体动力学模型，再以HyperMesh/OptiStruct软件对其剪叉机构进行柔性化处理，建立多体刚柔耦合动力学模型，模拟极端工况下作业平台的升降运动行为过程，并提取到剪叉机构关键叉臂的动态应力时间历程；在此基础上，结合名义应力法，利用FEMFAT软件预测得到剪叉机构的疲劳强度。研究结果表明：当前剪叉机构能满足结构强度设计要求；剪叉机构中疲劳强度最薄弱区域位于第3组内叉臂的钣金与矩形管连接处，最小疲劳寿命为6.602×103次循环，有必要进一步优化结构。研究方法可为类似高空作业平台的动态强度与疲劳强度研究提供有价值的参考。

混凝土泵车工作时臂架末端振动较大，严重影响操作稳定性和安全性，因此针对混凝土泵车臂架结构的优化设计研究很有必要。以某型号混凝土泵车为研究对象，联合MATLAB软件和HyperWorks软件进行整车输送管激励载荷求解和施加，通过瞬态动响应仿真分析得到臂架末端振动。在原始模型上对臂架板厚和刚度进行修改，最终确定减振效果最明显的优化方案。通过实车打水试验对优化后的臂架减振效果进行检验，验证了该技术手段的可靠性，为混凝土泵车进一步减振研究和稳定性分析提供了方法。

以新能源汽车减振器弹簧座为研究对象，对复杂的钣金冲压件进行轻量化优化设计。基于变密度法对其进行拓扑优化设计，以其结构柔度最小为设计目标、以其质量为约束条件、以其各单元密度为设计变量进行拓扑优化设计，通过拓扑优化减重约为20%;针对拓扑优化减重孔基于响应面法进行多目标优化设计，建立响应面模型并进行灵敏度分析，合理确定设计变量的取值范围，以质量最小、应变最小及变形最小为目标函数对其进行多目标优化，相较于拓扑优化后模型减重约为15%。将拓扑优化与多目标优化相结合，对拓扑优化结果进行多目标优化设计，进一步提高了零/部件轻量化效果，且保证零/部件的设计要求，对复杂零/部件的深度轻量化优化设计研究具有指导意义。

针对地铁车辆在小半径曲线线路运行时产生的严重轮缘磨耗问题，通过车辆轨道耦合系统动力学分析，确定产生轮缘磨耗的曲线半径范围；基于可评价轮缘磨耗的地铁轮缘磨耗分析模型，确定了影响轮缘磨耗的轨道和车辆转向架关键影响参数(简称车-轨参数);采用代理模型和智能优化算法对遴选出的轨道和车辆转向架关键影响参数进行优化设计。研究表明，轨底坡、轨距、超高、一系钢簧纵向及横向刚度、二系空气弹簧纵向刚度和轴距对轮缘磨耗均有一定的影响。对轨道和车辆转向架关键影响参数进行优化设计可使地铁车辆在小半径曲线线路运行时产生的轮缘磨耗降低10%以上，研究成果可为减缓地铁车辆轮缘磨耗提供理论指导。

非晶合金因其特殊的非晶态微观结构而具有优异的性能，在产品微小型化、精密化方面已经展现出极具诱惑力的应用前景。但是，非晶合金在热力学上为亚稳态，极易因热作用而发生不可逆的晶化，导致其优越性能丢失，而且，大部分非晶合金在室温下硬度高、脆性大且表面极易钝化成膜，这严重限制了它的广泛应用。通过综合国内外文献资料，介绍了非晶合金微小零件超塑性成形、精密/超精密切削、微纳尺度3D打印、激光/微细电火花加工以及微细电解加工的最新研究进展，分析了现有制造技术的优缺点及非晶合金微成形与加工的难点，并指出非晶合金微小零件制造技术未来发展的重要方向。