非标自动化设备项目初期的设计环节在整个项目管理过程中占据重要地位，对其设计时间的精准预测是有效实施项目调度的基础。基于非标设备设计和制造特点，选择客户协同程度、造型难度、设计相似程度、订单规模和团队参与程度5个因素，探究其对设计时间的影响。考虑非标产品样本数量较少的特点，提出一种遗传算法与向量机回归(GA-SVR)混合方法，即在向量机回归模型(SVR)预测方法的基础上，结合十倍交叉验证与遗传算法对预测模型进行参数寻优。最后，选择高斯过程回归(GPR)方法进行对比，从预测精度和稳定性两个方面验证了GA-SVR混合方法的有效性。

粉末冶金高温合金FGH96的切削加工性极差，加工过程中刀具磨损严重，直接影响零件的加工表面质量和疲劳寿命。采用涂层刀具车削FGH96试件，研究刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响规律。结果表明，随着刀具磨损量(刀具后刀面磨损量)的增加，试件表面粗糙度Ra会随之增大，加工表面显微硬度则逐渐减小；加工表面残余应力均表现为残余压应力状态，且残余应力绝对值随着刀具磨损量的增加而增大；加工表面塑性变形层深度则随着刀具磨损量的增加而加深。同时，当刀具磨损量VB≤0.15 mm时，在试件表面完整性的综合影响下，试件的疲劳寿命下降幅度较小；当刀具磨损量VB>0.15 mm后，试件的疲劳寿命则急剧下降；因此，为保证FGH96试件车削加工后的疲劳寿命，车削刀具的磨损量VB应控制在0.15 mm以内。

针对当前柔性作业车间机床和搬运机器人单独调度存在的不匹配问题，以车间完工时间为目标，提出基于多代竞争强进化遗传算法的机床与机器人联合调度方法。对多工件、多工序、多机床、多机器人的柔性作业车间联合调度问题进行了描述；考虑了机床生产和机器人搬运的时序约束，建立了最小化车间完工时间的优化模型；使用工序链、机床链及机器人链缠绕的染色体编码方式，将联合调度问题转化为算法优化问题；在遗传算法中引入多代竞争机理和强进化算子，其中多代竞争机理增加了优秀染色体的遗传概率，强进化算子具有保留优秀基因片段和强制差基因进化的能力。经生产实验验证，在15个工件44道工序的调度中，该算法的车间完工时间比标准遗传算法缩短了14.75%;另外，在不同规模的工件生产调度中，与克隆选择算法和标准遗传算法相比，该算法的迭代次数最少、车间完工时间最短。上述实验结果充分证明了多代竞争强进化遗传算法在柔性作业车间生产联合调度中的优越性。

在预拌混凝土(Ready-Mixed-Concrete, RMC)车辆调度中，部分工地会派出自带的搅拌车，搅拌站需要考虑混合车队的预拌混凝土配送调度，然而目前还没有相关研究。为解决这一问题，首先分析了国内外的研究现状，通过仿真算例描述考虑混合车队的预拌混凝土配送过程；然后在此基础上以厂商和工地总成本最小为目标函数，在网络流模型的基础上建立了考虑混合车队的混合整数规划模型；最后在仿真的基础上利用遗传算法分别对仿真算例和实际算例进行求解。研究结果表明，优化后2个算例的总成本分别降低了8.8%和34.0%,工地的总等待时间分别降低了26.71%和60.86%,算法大幅度地减少工地和搅拌站的等待时间，保证供应的混凝土质量，降低双方成本。

针对航空用端框钻模实物量值传递中尺寸体积大、易磨损、传递路线长和检定效率低等问题，提出了一种基于三维点云的端框钻模数字化模型误差分析方法，同时进行模型比对分析。首先，对设计标准模型制造的端框钻模实体进行高精密测量扫描，获取三维点云集并进行相应点云算法处理，建立钻模的数字化模型；然后对数字化模型的钻模孔径进行误差建模，定量分析孔径的总体误差；最后通过对端框钻模设计标准模型和数字化模型进行最佳拟合比对，验证数字化模型的品质。结果表明，数字化模型的总体误差和重建质量都在允差范围内，证明端框钻模数字化模型误差分析方法的正确性。

针对传统盒装产品装箱封箱生产线集成度低、装箱封箱效率低和人力成本高等问题，设计了基于工业机器人的盒装产品全自动装箱封箱生产线布局、组成及工作流程，研制了工业机器人专用夹具、物料输送机、物料翻转机构、推料机构和进箱机构等关键机械部件，并基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)实现了多机构之间的协调控制，从而设计出盒装产品全自动装箱封箱生产线。实验表明，所设计的全自动装箱封箱生产线可以实现盒装产品的自动装箱封箱等工序，并节省空间和人力，有效地提高了盒装产品的装箱封箱效率与自动化水平。

针对离散车间生产能耗数据多源异构，干扰因素间关联关系不易分析的问题，根据离散制造能耗机理分析结果构建多源能耗数据挖掘模型(Multi-source Energy-consumption Data-mining Model, MEDM),提出一种面向离散车间的频繁模式增长(Frequent Pattern Growth for Discrete Workshop, FP-Growth-DW)算法。首先，应用关联视图、分箱处理和多源异构统一编码方法，对离散车间多源异构海量数据进行预处理；然后，采用分区并行策略和3种剪枝技术优化候选项集以构建频繁模式树(FP-Tree),并提取强关联规则合并存储到规则库中。最后实例验证表明，该算法在离散车间多源异构数据挖掘分析上具有可行性和有效性，算法效率提升了68.8%。

针对纳米金刚石薄膜在光学、电学和医学等方面的广泛应用，设计了一款新型单螺杆挤出型3D打印机，用于制备纳米金刚石薄膜。为了保证纳米金刚石浆体流速和提升打印质量，首先利用Polyflow软件仿真3种不同的单螺杆挤出装置。对比分析了挤出过程中的压力场、剪切速率场以及速度场。结果表明在相同转速下，恒定螺距的最大建压能力为3.571×107 Pa,局部剪切速率最高为10 m/s,且轴向速度较为稳定，说明恒定螺距单螺杆能够提升浆体在输送过程的有效停留时间及混合度；然后使用最小二乘法对恒定螺距的螺杆转速与螺杆挤出口平均流速进行数据拟合，得到转速与挤出口平均流速的数学方程为y=0.001 85x+0.000 131,表明恒定螺距螺杆挤出装置的转速能够规律性地调节挤出口平均流速；最后通过恒定螺距螺杆挤出装置进行打印验证。实验结果表明，该挤出装置在满足打印效率以及精度的前提下，成功制备了纳米金刚石薄膜。

臂架结构是破拆机器人重要的工作装置，为提高破拆机器人臂架结构的性能，综合考虑整个臂架结构的静态特性以及动态特性指标，对其进行多目标优化。首先，确定了臂架结构最危险的工作姿态，并对其进行了静力学分析、模态分析以及谐响应分析；其次，建立了臂架结构总质量、最大等效应力、最大变形及臂架端部Y向最大频率-位移响应的代理模型；最后，使用NSGA-Ⅱ算法对建立的代理模型进行了多目标优化。优化结果表明，在臂架结构总质量不变的情况下，臂架结构的静强度、静刚度及动刚度均得到了改善，破拆机器人臂架结构的综合性能得到了提高。

针对机器人力控磨抛系统在作业时与不确定环境接触的接触力控制问题，提出了一种基于Q-Learning的变阻抗控制算法。首先，根据获取的系统输入检查Q函数的迭代评估控制策略并沿Q函数的梯度更新参数集至收敛，获得近似Q函数；然后，对近似Q函数求导得到最佳的阻尼系数；最后，通过阻抗控制调整力控打磨平台，从而对接触力进行实时准确控制。仿真实验表明，基于Q-Learning的变阻抗控制算法具有响应速度快、超调量低和稳定性好等特点，此外对于环境变化能快速调整适应并对期望接触力进行准确跟踪，可以有效提高机器人力控磨抛系统的接触力控制性能。

采用碳纤维铝蜂窝复合材料替代原铝合金材料，对汽车的保险杠横梁进行轻量化设计，并利用Abaqus CAE软件对比分析铝合金(6082-T6)、T300和T700碳纤维以及T300碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁的力学性能。利用碳纤维铝蜂窝复合材料结构方面的可设计性，探索碳纤维铝蜂窝复合材料面板的厚度、铝蜂窝的边长尺寸以及铝蜂窝的壁厚等结构参数对碳纤维铝蜂窝复合材料保险杠横梁性能的影响规律，通过调节结构参数获得最优性能的碳纤维铝蜂窝复合材料汽车保险杠横梁。结果显示，设计的H4碳纤维铝蜂窝复合材料的保险杠横梁的抗冲击性能优于传统铝合金，并且能减重50%左右，满足使用要求且轻量化效果显著。

对某12V柴油机单侧排气歧管进行模态试验得到试验模态参数，使用ABAQUS软件计算排气歧管的自由模态并与试验结果进行对比。首先，分析了排气管在膨胀连接处干涉偏移量设置和接触刚度对固有频率的影响，结果表明膨胀连接处接触刚度对固有频率的影响较为显著；其次，采用局部到整体的策略，通过调整材料属性和接触设置修正排气歧管有限元模型，修正后的有限元模型振型与试验振型一致，固有频率相差小于10%,得到了满足工程计算需求的有限元模型；最后，开展温度和接触刚度双因素下的排气歧管模态分析，确定了排气歧管连接刚度随温度的修正策略。

采用UG/Open二次开发工具，将注塑模热流道喷嘴按照一个整体实体特征设计，应用动态链接库技术将UG/Open API和Visual Studio2010这2个不同模块进行连接，通过用户界面输入热流道喷嘴主要参数即可快速获得典型热流道喷嘴模型，从而实现热流道喷嘴的快速设计或修改。

搭建铣削力与工件表面粗糙度铣削试验系统，设计正交试验方案，对难加工金属TC4钛合金进行铣削试验。利用三向力测力仪采集铣削力信号，用表面粗糙度测定仪测量工件表面粗糙度，并提取特征值。对特征值进行3种正态性检验。研究结果表明，特征值均不满足严格的正态分布。基于Spearman相关性分析，得到三向铣削力与表面粗糙度相关系数均介于0.7～0.8之间，属于极强相关，可以用于构建表面粗糙度预测模型。基于响应面法，分别以铣削工艺参数、铣削力及铣削工艺参数-铣削力组合为连续因子，以表面粗糙度为响应因子做响应面分析，建立了3种表面粗糙度预测模型。通过对模型参数、表面粗糙度拟合值与实测值的对比曲线及残差散点图的分析可知，铣削工艺参数-铣削力组合预测模型的预测精度最高，多元相关系数值为0.917 3,修正的多元相关系数值为0.855 2,远高于其他2种模型，可以较好地预测TC4钛合金的表面粗糙度，证明了采用多因子组合的方法提高模型精度的可行性，提供了一种可靠的提高钛合金铣削表面粗糙度预测精度的方法。

精益六西格玛方法是精益思想与六西格玛管理方法的有机结合，其本质是消除浪费和减少变异，提高质量和效率。基于精益六西格玛方法、DMAIC-Ⅱ模型和DMAIC-Ⅱ模型改进的5个阶段，利用因果图、方差分析等分析手段，准确地找出封堵板位置、封堵板密封圈厚度和泄漏检测机管路是影响缸盖泄漏检测第一次通过率(First Time Through, FTT)的3个关键因素。采用精益六西格玛方法对这3个关键因素进行了优化和改善，该方法的运用不仅将缸盖泄漏检测FTT从90.5%提高到了96.5%,而且节省了20万元/年的人工返修费用，提高了生产效率，降低了生产成本，增强了企业的核心竞争力。

针对装载机动臂孔组尺寸大、距离远、现有的测量仪器和检测方案难以满足长距离异面通孔同轴度在线检测等问题，设计了基于机器视觉的装载机动臂孔组同轴度视觉检测系统。首先，根据装载机动臂孔组的结构特点建立动臂孔组同轴度误差模型，确定检测方案；然后，对工业相机进行标定，通过机器视觉联合伺服运动获取装载机动臂孔组图像，对获得的图像进行处理，得到装载机动臂孔组的边缘轮廓及圆心空间坐标，并计算装载机动臂孔组的同轴度；最后，通过企业实机验证，证明装载机动臂孔组同轴度视觉检测系统的检测精度和稳定性均达到检测要求，且在检测效率和自动化程度等方面均优于传统检测方案，满足流水线在线检测需求。

圆筒混合机托辊发生点蚀破坏是一种常见的失效形式，针对某Φ5 m×24 m的圆筒混合机短时间内产生点蚀的托辊进行载荷分析、材料力学性能分析、硬度试验分析、金相组织试验分析及点蚀扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)形貌观察，研究托辊点蚀失效的原因。研究结果表明，外界载荷和托辊材料本身性能并不是引起托辊短时间内产生点蚀的主要原因，托辊表面硬度不足是引起托辊短时间内点蚀的主要原因，因此，托辊更易产生点蚀、剥落和掉块，最终导致失效。

为解决往复式牵引装置速度波动的问题，分析引起往复式牵引装置速度波动的原因并提出解决方案。首先，对往复式牵引装置的伺服直驱液压系统进行研究，建立永磁同步电机及液压部分的数学模型，在AMESim软件中建立控制系统仿真模型；其次，为提高往复式牵引装置的控制效果，提出一种基于光滑fal(e,α,δ)函数和前馈扰动补偿的改进自抗扰控制器；然后，通过接口将AMESim软件与MATLAB-Simulink软件进行联合仿真研究，以0.2 m/min阶跃速度作为输入信号，得到控制系统响应时间为0.35 s,稳态精度为0.001 5 m/min,相比改进前的控制系统响应速度更快、稳态精度更高；最后，通过实验平台对改进自抗扰控制器进行实验验证，结果表明实验曲线与仿真曲线较为吻合，验证了控制系统仿真模型的正确性，并将改进自抗扰控制器用于往复式牵引装置的速度控制，解决了往复式牵引装置速度波动的问题，提高了牵引出的管材制品的表面质量。

设计了一种双十字轴对称式力传感器，该力传感器由2套垂直交叉分布的励磁磁芯和2套垂直分布的感应磁芯组成，整体呈现十字轴式结构，可同时检测2个方向上的受力，对称分布的励磁磁芯也可同时检测2个位置上的受力，更加符合实际工况。分析了力传感器工作原理，推导了受力时磁通量及磁导率变化情况。通过试验分析了该力传感器与传统的力传感器的动态性能，试验结果显示，双十字轴对称式力传感具有更好的动态性能，更加适用于现代农业机械装备。

医用自锁紧式缝合线具有免打结的优点，正逐步替代传统缝合线，在医学手术中得到了广泛应用。目前，加工该产品的装置大多依赖进口，国内加工装置存在生产效率低、精度不高等问题。为实现医用缝合线倒刺的高效、高精度加工，设计了可实现倒刺加工工艺的装置，并考虑加工过程中医用缝合线横向振动引发的生产效率低和加工精度不高的问题。采用虚拟样机仿真建模，求解并分析了医用缝合线在加工过程中的横向振动特性，通过结构优化实现了横向振动的抑制。试验结果表明，设计的加工装置可靠性高，所加工的医用缝合线倒刺几何参数与设计参数之间误差较小，可实现不同直径医用缝合线倒刺的高效与高精度加工。

针对控制系统PID参数难以寻优的问题，提出一种金豺优化(Golden Jackal Optimization, GJO)算法。该算法受金豺家族狩猎过程的启发，以PID的3个参数组成金豺的位置坐标，根据金豺的狩猎规则更新公豺和母豺豺对的位置，使其向最优解迭代。为了验证算法的效果，将该算法分别与Z-N临界比例法、粒子群优化算法和灰狼优化算法进行比较。仿真结果表明，采用金豺优化算法控制系统的PID参数，系统具有调节时间短、上升速度快和超调量小等优点，为PID参数优化提供了参考。

传统的轧辊设计方法经验化，设计结构体积较大、成本高，且以静态设计为主，忽略了辊系动态特性。当前在“碳达峰”“碳中和”的双碳背景下，为实现节能减排，以轧机辊系结构轻量化为目标，考虑轧机辊系的动态特性，建立了轧机辊系结构轻量化优化数学模型，采用MATLAB软件优化工具箱中的fmincon函数对轧辊进行优化求解。结果表明：优化后辊系体积降低了38.8%,辊系二阶固有频率提高了2.5%。研究成果有助于指导轧机辊系的结构设计。

针对白车身制造中手工焊接设备容易出现漏焊、错焊等质量问题，设计了一种基于FreeRTOS操作系统的白车身焊点计数系统。通过采集焊接控制器焊接完成信号和安装在焊接夹具上的传感器信号实现对有效焊点的检测，并进一步实现针对人工焊接设备焊点防错的检测及报警，还可通过网络接口进行设备组网，实现与上位机的连接。采用了国产Cortex-M3内核芯片和FreeRTOS操作系统，在降低系统软件开发复杂度的同时保证了系统的稳定性和实时性，还可方便移植到其他智能仪器的设计中。