针对现表面缺陷检测方法准确率低、需要进行复杂的特征设计、特征泛化性不强、参数多和识别速度慢等问题，在残差网络卷积模块之后采用自适应全局平均池化，有效降低了分类器的特征维度，减少了信息冗余。将无参注意力机制模块SimAM与ResNet34网络相结合用于缺陷检测，并对不同组合结构进行研究，提出ResNet34＿s＿e和ResNet34＿m这2种混合网络模型，该2种混合网络模型均不增加原始网络参数量。在东北大学钢铁缺陷标准数据集上进行实验，对数据集使用镜像、翻转等数据增广策略，防止模型过拟合。通过对比发现，ResNet34＿s＿e混合网络模型能够有效加快训练过程中误差的下降趋势，提升分类准确率。最后在武汉某制造车间采集的冲压件缺陷数据集上验证该混合网络模型的泛化性能。测试集正确率由88.34%提高到了89.19%,有效提升了车间冲压件缺陷检测准确率。

模块化设计能有效满足大批量定制生产的需要，模块划分是模块化设计的关键技术之一。在模块划分过程中使用智能优化算法，易于计算机编程实现且划分效率较高。首先在粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法中引入遗传算法(Genetic Algorithm, GA)的变异思想，通过C++语言将变异粒子群优化算法进行编程实现，并对粒子类编码、设计结构矩阵生成、适应度函数计算和变异策略技术进行了深入分析研究；然后在减速器的模块划分实例中进行了多次验证，并着重比较了2种变异PSO算法和标准PSO算法的划分效率，结果表明了变异粒子群算法的划分高效性；最后在模块划分过程中详细分析研究了种群规模和变异概率2个参数对模块划分效率的影响，找到了实现最优划分效率的参数组合范围，为产品模块数值划分方法以及关键参数的选取提供了一定的参考价值。

随着工业互联网的蓬勃发展，在新型工业信息系统和工业智能技术的推动下，生产线正向着物理空间与信息空间实时交互融合的方向发展，应运而生的数字孪生技术成为近年来的新兴研究热点。针对数字孪生技术的概念研究、工业生产领域中的应用发展、智能生产线应用领域的参考架构与关键技术及其相关研究进展进行了梳理和探讨。归纳和总结了数字孪生技术在智能生产线中的主要应用，阐述了数字孪生技术在智能生产线领域的相关研究和应用进展，并对数字孪生技术在智能生产线应用领域中的未来趋势提出展望和预测，为离散制造企业推进生产线全生命周期管理与数字化转型升级，实现柔性化的智能制造提供一定指导和启示。

离心泵的生产目前仍以人工手动操作为主，为了提高离心泵生产的自动化程度，降低工人劳动强度，设计并搭建了基于3D机器视觉的离心泵叶轮智能无序上料系统。离心泵叶轮智能无序上料系统采用双目视觉结合结构光技术采集场景中的三维信息，重点研究了工程塑料、铝合金和不锈钢3种不同材料的叶轮在3D机器视觉下的成像表现，通过实验研究得出了光源设计的优化参数，实现了叶轮位姿的识别和抓取。此外，通过实验模拟了叶轮上料过程，在不同摆放条件下的抓取成功率均超过了90%,验证了离心泵叶轮智能无序上料系统的可行性，并分析了随机摆放条件下铝合金叶轮及不锈钢叶轮存在个别无法识别的原因。

针对蚁群算法在大型、复杂环境下全局搜索效率差且收敛速度慢的问题，提出一种改进的蚁群路径规划算法。该算法通过引入目标方向函数作为启发因子，构建距离与目标方向的融合启发函数，以提高算法的收敛速度；采用一种基于有效拐点的路径优化策略，以减少规划路径的转弯次数；在输出路径的基础上采用三次B样条曲线进行路径平滑处理，以提高路径平滑性。通过梯度实验和2种不同规模对比实验表明，该算法与传统蚁群算法相比，2种规模下转弯次数分别减少41.67%和70.18%,最短路径迭代次数分别减少72.73%和63.24%,验证了该算法的优越性与可行性。

为了适应未来小型自动化机器的驱动需求，设计并实现了一种基于单层介电弹性体薄膜的旋转步进柔性驱动器。相对于传统双轴拉伸装置，自制的八爪拉伸装置使介电弹性体薄膜的预拉伸更均匀。测试了不同预拉伸量下介电弹性体驱动器的最大形变量，确定了制作驱动单元所需的介电弹性体薄膜最佳的预拉伸量。最终通过合理的设计将棘轮机构和驱动单元相结合实现了旋转步进柔性驱动。由于介电弹性体驱动器存在迟滞现象，导致驱动器的步进频率会随着负载质量的增大而减小。通过调节驱动信号的频率，可以改变驱动器的负载能力及步进频率。试验结果表明，当驱动电压为4.53 kV,空载时驱动器步进频率最高可达2.3 Hz;负载时，最大负载为263 g,即峰值扭矩为13.15 mN·m,此时步进频率降至0.22 Hz。

机械液压差速转向装置作为一种双功率流转向装置，其参数设计是一个非线性、多目标和多参数优化问题。在对履带式工程车参数设计、目标评价和约束条件理论分析的基础上，提出了一种基于多岛遗传算法(Multi Island Genetic Algorithm, MIGA)和序列二次规划(Sequential Quadratic Programming, SQP)法的组合优化方法。根据组合优化的思想，对履带式工程车机械液压差速转向装置参数进行全局寻优，结合实例样车设计需要，将机械液压差速转向装置参数进行优化，优化后的参数可满足设计需要，表明所给出的组合优化方法可用于工程车机械液压差速转向装置参数设计。

考虑了在电动前移式叉车装载货物转向行驶的情况下，其门架受载变形和货物升降共同引起叉车合成质心位置的变化，进而结合叉车合成质心变化模型和叉车三自由度模型建立了叉车动力学模型。针对叉车合成质心位置变化导致其转向稳定性不足的问题，根据零力矩点(Zero Moment Point, ZMP)理论分析了叉车行驶的稳定条件并得到了侧倾指标来判断车辆的稳定性。通过理想跟踪模型得到理想的叉车横摆角速度、质心侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度，以理想值与由叉车动力学模型仿真得到的实际值的差值为输入，设计了一种基于零力矩点的滑模预测控制(Sliding Mode Predictive Control, SMPC)算法，以调节叉车后轮转角的大小。仿真研究表明，在阶跃工况和双移线工况下，当货物升降速度不同时，与滑模控制(Sliding Mode Control, SMC)和无控制相比，基于ZMP滑模预测控制实现了对理想叉车横摆角速度和质心侧偏角的实时快速跟踪，提高了叉车的稳定性。

大型复杂薄壁壳体的结构复杂、精度要求高且加工效率低，其加工难度大，程序复杂；在数控加工过程中无法人为判断数控程序的正确性，加工易出现碰撞、干涉和超程等问题。针对该问题，对大型复杂薄壁壳体数控仿真加工技术进行了研究，通过三维软件建立了某运载火箭三级尾段数控铣削加工所采用的GSF-5032龙门五轴机床实测尺寸模型，并在数控虚拟仿真加工软件VERICUT中构建该机床的虚拟仿真加工模型，对该三级尾段进行仿真加工，验证了数控程序的正确性，消除了加工过程中的碰撞、干涉和超程等问题，从而减少了试切时间，缩短了开发周期，提高了产品生产效率。最后通过实际加工，有效地验证了该机床的虚拟仿真加工模型以及数控程序的正确性和有效性。

针对剐齿加工过程中切削力变化复杂和对加工精度影响大的问题，根据空间交错轴啮合原理建立剐齿加工运动模型。通过DEFORM软件建立剐齿加工仿真模型，基于剐齿加工仿真模型，通过单因素法与正交试验法研究剐齿切削力与工艺参数的关系。分析结果显示，刀具进给量对剐齿切削力的影响比较大，同时获得了剐齿切削力最小时的工艺参数组合。

为减少多工位多机器人焊接流水线的完工时间、提高各机器人焊接任务均衡度，提出了基于元启发嵌套算法的协同规划方法。以车门为焊接对象，对多工位多机器人的流水线焊接模式进行介绍，建立了以最小化完工时间、最优化焊接任务均衡度为目标的协同规划模型，设计了机器人焊接路径与任务分配的联合优化方案。针对多机器人任务分配问题，提出了有性和无性混合遗传算法的分配方法，实现了元启发嵌套的多机器人任务分配和单机器人路径规划联合优化；使用蚁群算法规划单机器人的焊接路径；基于完工时间均衡对多工位焊接任务进行了分配。实验结果表明，采用元启发嵌套算法方案的完工时间为61.23 s,比遗传与蚁群组合规划算法减少了22.12%,比贪婪迭代算法减少了6.92%;各机器人完工时间最大差值为2.31 s,比遗传与蚁群组合规划算法减小了9倍，比贪婪迭代算法减小了5倍。实验结果验证了所提方法在多工位多机器人协同焊接中的优越性。

为了解决带钢面标识别精度低、时间长等问题，构建了字符分割和识别模型。在分割模型的多阈值分割过程中，通过改进的麻雀搜索算法(Improved Sparrow Search Algorithm, IMSSA)寻优最佳阈值组向量，提升了图像分割效果。IMSSA在算法改进方面，首先采用Tent映射初始化种群，增强种群多样性；然后利用精英反向学习方法提升搜索能力；最后通过改进的高斯扰动策略增强全局和局部搜索能力。字符识别模型改进了LeNet-5卷积神经网络的网络结构，并增强了激活和损失函数。实验表明，IMSSA在三类基准函数的测试中均表现更好，改进的LeNet-5卷积神经网络结构平均测试精度达到95.0%,识别过程仅2.3 s。该模型耗时少、精度高，满足实时与准确性要求。

针对输送带表面纹理复杂且缺乏边缘设备实时准确识别损伤的现状，提出一种基于RW-YOLOv3的输送带表面损伤实时检测算法。首先，采用结构重参数化RepVGG网络替换YOLOv3算法原主干网络DarkNet53,实现输送带表面损伤快速精准检测；然后将交并比(Intersection over Union, IoU)损失、分类置信度损失和SIFI相似度加权求和构建预测框与目标框，并进行匹配生成代价矩阵，再通过计算最小代价矩阵，找到最优Wasserstein传输距离实现最优标签分配，从而减少正负样本不平衡造成的误差；最后，基于多尺度检测和结果融合，完成输送带表面损伤实时准确检测。实验结果表明，提出的算法较YOLOv3算法，检测精度均值提升了8.36%,检测速度提高了51.36 FPS,与其他算法相比，所提算法精度高、速度快，满足高带速下输送带表面损伤实时检测需求。

针对现有目标检测模型参数量大、检测速度慢，难以适应航空发动机孔探检测轻量化应用需求的问题，提出了基于YOLOv4目标检测算法的轻量化航空发动机损伤检测模型。设计了基于深度可分离卷积的轻量化特征融合结构，在YOLOv4的颈部结构(Neck)中，将普通卷积重构为逐通道卷积和逐点卷积的形式，有效减少了网络中的冗余参数；为进一步降低模型参数量，使用MobileNetv3作为特征提取网络。在减少参数量的同时，2种轻量化改进方法有效提高了模型的检测速度；在轻量化后的路径聚合网络(Path Aggregation Network, PANet)中加入卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module, CBAM),通过仅引入少量的参数来提高轻量化网络的损伤检测精度。实验结果表明，改进YOLOv4算法的平均精度均值(mean Average Precision, mAP)为89.82%,模型大小为73.29 MB,检测速度为37.3 FPS。与YOLOv4目标检测算法相比，改进YOLOv4算法以3.55%的mAP损失，使模型参数量降低了约2/3,检测速度提高了1....更多

微细超声加工时，加工区域内的磨粒会被高频振动的工具或工件振出加工区，使加工区域出现无磨粒，导致工具与工件直接作用，影响加工质量与加工效率。为解决上述问题，提出了一种电泳辅助微细超声加工新技术。利用超微磨粒的电泳特性，通过在工具电极与辅助电极之间施加电场，溶液中的超微磨粒泳动到加工区域，甚至是附着或半附着在微细工具上，保证了加工区域磨粒的存在，从而提高微细超声加工质量、加工效率。针对新技术，设计了电泳辅助微细超声加工机床并进行了实验，机床硬件部分包括主轴设计、运动系统硬件设计、电泳辅助微细超声加工工作液槽设计及数据采集系统硬件设计；基于LabVIEW软件开发恒力控制加工控制系统，包括初始化模块、运动控制选择模块、粗对刀模块、恒力对刀模块、恒力控制加工模块以及实时显示模块。开展了微细超声加工与电泳辅助微细超声加工对比实验研究，实验结果表明，在保持其他加工参数相同的条件下，电泳辅助微细超声加工的孔边缘质量更好，微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=3.008μm,而电泳辅助微细超声加工后的孔底表面粗糙度Sa=1.494μm。

某拉链生产设备的去齿机构选用了摆动从动件盘形凸轮机构。为提高设备工作时的稳定性，对凸轮轮廓进行理论分析，依据不同运动规律的运动特性，在推程段选用三段式加速度运动规律，通过解析法推导出从动件运动方程。为选取三段式加速度最佳分段点，以凸轮的负载最小为优化目标、分段点取值为设计变量构建优化模型，采用标准粒子群优化算法对目标函数进行优化求解。依据求解结果，利用Matlab及SolidWorks软件完成优化后凸轮的物理建模，最后采用多体动力学软件Adams得到摆动从动件盘形凸轮的运动仿真曲线。结果表明，该凸轮优化方法有效地优化了凸轮轮廓曲线，一定程度上提高了切刀运行时的稳定性，为实际生产中设备改进提供了可靠的路径。

为了在降低设计难度和提高设计效率前提下实现起重机主梁结构的可靠性优化设计，首先基于变密度方法和概率方法分别构建以起重机主梁结构体积最小作为目标函数的确定性拓扑优化模型和可靠性拓扑优化模型；其次，将可靠性拓扑优化模型中的优化问题经混合法解耦处理后，分解为可靠性分析和当量确定性拓扑优化2个独立子问题；再次，在优化设计过程中使用灰色关联系数法分配各工况的权重系数；最后，再对经过可靠性拓扑优化设计后所得的新型主梁结构进行二次设计。结果表明，同确定性拓扑优化比较，可靠性拓扑优化的迭代次数较少，计算速度较快；经二次设计后，起重机主梁结构的刚度、强度与固有频率均得到了提高；设计结果可为起重机金属结构优化设计提供新思路。

数字孪生(digital twin)作为一种全新的信息物理系统(Cyber-Physical System, CPS)技术，一直备受各行各业关注。近年来，随着物联网、新型传感器和5G等新技术在传统制造业中的应用，数字孪生驱动的智能制造模式的落地应用进程也不断加快。首先回顾了数字孪生的产生背景和概念演化。在此基础上，总结了数字孪生在制造业多个领域中的应用现状。最后阐述了其在制造业的应用趋势。

闭环控制下液压同步系统在工业领域中应用广泛，深入分析了闭环控制下液压同步系统的研究现状和发展趋势。首先，简要介绍了液压同步系统的研究意义和控制理论；其次，对闭环控制下液压同步系统进行了分类和同步误差分析，并给出了一些同步误差解决措施；然后，详细研究了闭环控制下液压同步系统的3种控制方式(主从式、等同式及交叉耦合式)和控制算法；最后，对闭环控制下液压同步系统的发展趋势提出预测和展望，可为推动液压同步技术在未来工业领域的研究和应用提供参考。

消防车作为由多个功能部件组合而成的工业产品，具有通过特征研究推动产品设计开发的特点。造型特征的定义、研究和应用是车辆外观造型设计领域研究的重点。通过文献分析，对造型特征的研究方法进行整理和归纳，探索当前消防车造型特点及限制因素；以举高消防车为例，结合造型特征的研究方法对国内外现有举高消防车的造型特征进行总结分析，并对未来消防车外观造型发展趋势进行探讨；研究成果有助于拓展消防车外观造型设计领域的深度，提高消防车外观造型设计效率，并为未来消防车外观造型设计提供方法依据。