东非黑黄檀是典型的难加工木材,铣削加工时刀具磨损很快。采用响应曲面法研究了东非黑黄檀铣削参数对铣削力的影响,并构建了铣削力的二元非线性回归预测模型。实验表明,主轴转速对铣削力的影响最大;回归模型对铣削力的预测值与实际值具有很好的一致性。该模型有助于对东非黑黄檀铣削参数进行优化。

介绍了定型机的工艺原理。针对拉幅张力动态性能差和抑制干扰能力弱的问题,设计了数字滤波型二自由度PID控制算法,使系统的超调减小至1.3%、调节时间缩短至5s,以及稳态误差控制在(80±1.1)kN;针对拉伸张力初始偏差过大导致积分累积使系统产生振荡或发散的问题,设计了积分分离式PID控制算法,使定型机拉伸张力最大误差控制在工艺要求的20N之内,有效减少了拉伸张力的超调,前、后锭轴位置最大同步误差控制在20mm之内,实现拉伸张力与同步的耦合控制。

为有效求解第一类混流双边装配线平衡问题,提出一种改进型教与学优化(Improved Teaching-Learning-Based Optimization,ITLBO)算法。该算法在传统教与学优化算法基础上,利用随机键方法进行初始化,并在“教”与“学”阶段后增加自学习阶段,增强算法的局部搜索能力。同时,结合混流双边装配线的特点,提出新的启发式解码方法。该解码方法考虑操作相关空闲时间,并在解码中减少其空闲时间;在解码中考虑两边工位的负载均衡,保证负载平衡;提出新的最后成对工位处理策略,进一步减少工位的数量。利用该算法对混流双边装配线平衡标杆问题进行求解,并与6类不同的算法进行对比。对比试验表明,所提出的启发式解码方法能有效减少空闲时间,所采用的算法优于其他对比算法。

为了满足智慧车间管理系统对数据采集与信息交互的高要求,以LabVIEW为上层软件的开发平台,通过无线传感网(WSNs)和串口通信相结合,利用调用动态库技术,实现多路数据的并行采集,并通过实验验证了该数据采集方法的可行性。研究结果表明,基于LabVIEW的环境监测、生产状态监控和设备故障诊断的车间信息感知与分析系统能快速有效地对各路数据进行处理、分析、实时显示和存储,该方案对未来智慧车间管理系统的优化具有一定的参考价值。

为实现网络环境下分布零件资源的集成管理,并满足企业在知识层面上对零/部件信息共享和重用需求,提出基于本体的零件资源库集成架构;基于此研究本体驱动的分布式零件资源库构建方法,并给出基于共享本体的零件资源库自动集成算法及实例;为尽可能全面地发现零件资源,采用基于本体的零件资源语义检索方法;最后开发原型系统验证上述方法的可行性,通过给设计用户提供一个基于语义的零件资源检索和应用集成入口,可进一步提高现有零件资源的利用率和重用程度。

设计了一种轮辐式机器人关节扭矩传感器,主要用于实时监测机器人各个关节处的扭矩,进而利用力矩传感器实现机器人的柔性控制和人机协作。为了研究机器人的扭矩传感器,首先进行了力学分析,确定了应变片的粘贴位置;然后对应变片的变形进行了分析;进而运用有限元分析软件对扭矩传感器进行了材料的选择和本体的优化;设计了信号处理电路;最后利用标定装置对传感器进行了静态标定,通过分析获得传感器的灵敏度、线性度和迟滞等性能指标。

自动引导车(Automated Guided Vehicle,AGV)路径生成是AGV系统实现的关键环节,其主要目的是为AGV行驶提供平滑的路径。借用缓和曲线的概念,利用四次方曲线作为缓和曲线设计行驶路径,论证了对称四次方曲线可以作为缓和曲线,解决了已知路径起终点的平滑路径绘制的问题,并以差速AGV为例,简要分析了其在该曲线上的最大速度和力学性能。该算法有助于提高AGV的柔性,并为AGV的路径生成提供了重要参考。

针对将传统蚁群算法引入到移动机器人的路径规划当中会存在收敛速度慢、效率低下、容易陷入局部最优,甚至出现死锁等缺陷,提出一种改进的蚁群算法,以栅格法建立机器人工作环境,改进信息素的更新方式,设置信息素浓度的阀值,引入死锁处理策略,改进状态转移概率,增加解的多样性。在栅格环境下对移动机器人的路径规划进行仿真测试,仿真结果表明,改进的蚁群算法能缩小对最优路径的搜索范围,降低迭代次数,提高对最优解的搜索效率,能获得全局最优无碰撞的路径。

低投资情境下,工作研究是提高制造企业核心竞争力的有效途径。基于5W1H方法与ECRS原则,运用方法研究对DAHT公司的空调截止阀总装线流程进行改善优化,在缩人减时的情况下生产线平衡率由原来的68.58%提高到现在的92.35％,在制品数量从40~60件降低为16件,工人数量减少了8~10人,总装空间与物流均匀合理。

针对3D打印批次规划问题,提出一种考虑打印件排布的3D打印批次规划方法。根据3D打印工艺特点,批次规划目标设定为总打印批次及各批次内打印件高度差值最小化。采用顺序编码方式对打印件进行编号,由全部打印件编号组成的整数序列构成问题的可行解集。解码时根据编码顺序将打印件排布于打印机工作台面,当前台面再无法排入时开始下一打印批次排布,从而得到打印批次方案及优化目标函数值。通过预先求得各打印件水平面投影形状的最小包络矩形,将二维形状排布问题简化为矩形排布问题。采用最低水平线法和Bottom-Left规则进行矩形排布,排布过程中重复寻找并更新已排件区域最高轮廓线中的最低水平线段。使用遗传算法搜索问题的最优解,通过算例验证了所提方法的有效性。

针对客车车身骨架基于静态荷载设计优化的不足,提出了基于动态峰值力设计优化客车骨架的方法。该方法是建立车辆多体动力学模型和路面模型,仿真计算骨架的动态峰值力,基于该动态峰值力进行骨架有限元分析以及设计优化。以某款客车为例,基于动态峰值力对客车骨架进行设计优化,质量减轻8.84%。骨架优化后强度和刚度满足要求。结果表明骨架基于动态峰值力设计优化的方法是可靠的。该方法可直接应用于任何车辆、任何工况下的结构设计优化,无须具体考虑各工况条件动载系数的试验研究问题,缩短了设计时间,节省了研发费用。

针对如何有效缓解驾驶员的驾驶疲劳问题,设计了一种结构简单、新颖的人工-智能双模式离合控制系统。该系统包括离合器机械总成、人工控制离合器装置、智能控制离合器装置及控制系统4部分。根据系统的结构特点,构建了智能控制模式下的数学模型,并利用Matlab/Simlink仿真软件,结合建立的系统控制模型和Mamdani法模糊控制策略对双模式离合控制系统进行仿真。装车试验结果表明,当系统处于智能控制模式时,从踩下离合器至接合完成共需2.7s,与仿真时间相比相差0.4s,试验结果与仿真结果基本一致。此外,系统能有效降低离合器接合过程中的冲击,提升了汽车行驶平顺性。

为有效抑制车辆振动,提出一种列车主动悬挂H_∞鲁棒控制器的设计方法。通过合理简化,建立车辆垂向振动动力学模型,同时,考虑到名义对象的不确定性和系统的性能要求,选用合适的权函数,设计出基于混合灵敏度PS/T广义模型的输出反馈式H_∞鲁棒控制器,并运用DGKF法给出控制器存在的充分条件。仿真结果表明:混合灵敏度H_∞鲁棒控制器能有效抑制车体的垂向振动,保证列车的乘坐舒适性和运行平稳性。

通过建立电动助力转向系统与汽车二自由度模型。考虑系统摩擦干扰、道路颠簸以及系统建模不完全等因素建立电动助力转向系统模型,并提出一种基于干扰观测器的电动助力转向系统动态面滑模控制。将系统的外界干扰、系统建模不完全等因素看作是一个广义的外干扰系统,对系统可观测干扰进行观测,通过参数的设计使观测误差指数收敛。对引入干扰观测器后的系统,利用Lyapunov稳定性原理逐步反演设计出动态面滑模变结构控制器,避免积分膨胀。考虑道路颠簸等随机干扰的影响,针对包含有汽车二自由度模型的电动助力转向系统进行仿真研究。仿真结果表明,该控制器对方向盘输出转矩在干扰作用下的输出稳定性很好,鲁棒性很强,同时在一定程度上也提高了系统的轻便性。

针对适用于车载环境初级加固服务器的综合防护设计进行了探讨,介绍了其设计方案,重点介绍了抗振动设计、散热设计、电磁兼容设计以及降噪设计的设计思路。在每一项设计中均给出了实现方法和主要结构示意图。所设计的加固服务器已经成功应用于工程中,其性能良好,达到了应用于车载环境所要求的各项性能指标,可作为类似工程设计的参考。

以电弧加工数控系统为研究对象,通过智能化控制,运用旋转电极、超声振动和电磁激励多种因素共同作用来实现高效、高精度的电弧加工。为协调各个模块高效运转,研究设计超声辅助电磁激励调制高效电弧加工平台和数控系统,加工平台采用X、Y、Z三轴外加旋转轴联动机床,数控系统是基于PC-工控机的开放式主从控制系统,运用LabVIEW软件进行控制主界面的设计。通过该平台的搭建和数控系统的设计,可以实现旋转超声辅助电磁激励调制电弧加工,为特种加工提供一种经济、高效和高精度的加工设备。

对一维尺寸链公差累积分析的局限性以及三维尺寸链公差累积分析的优点进行了分析。采用公差分析软件3DCS对底盘中的空调系统管道与前副车架总成之间的间隙进行3D尺寸与公差分析。通过比较分析结果中的主要贡献因子,找出引起装配干涉的不合理零/部件,进而优化产品结构和公差,改进装配工艺。实践证明该方法能有效地进行装配公差累积分析,评价可装配性。

在以设计模型为核心的信息传递模式下,根据工艺设计过程的信息定义、信息传递和信息管理要求归纳出工艺模型基本属性,包括工艺过程信息定义、工艺设计意图表达和工艺信息数据载体3个方面。以参数化为主要方式规范地定义了整个工艺设计过程中工艺设计依据、工艺规划、详细工艺设计、工艺文件导出和工艺审批与管理等环节相关数据。指出CAD系统中可应用于工艺模型建模的5种关联机制,并根据工艺模型集成化特点设计出File Link和Capture/Resource Link两种新的关联机制。在基于模型定义(Model Based Definition,MBD)技术的参数化与三维标注表达方式基础上设计了几何元素引用、捕获视图关联与文件关联表达方法,丰富了MBD技术的表达方式。最后给出了工艺模型在三维CAPP系统集成环境下的设计流程与建模实例。

以平面凸轮机构为主要研究对象,选用三维设计软件SolidWorks作为凸轮轮廓线参数化CAD系统开发平台,利用SolidWorks API函数库结合Visual Basic 6.0的编程环境,通过对凸轮轮廓线的校核分析,在SolidWorks软件中精确地生成了凸轮轮廓线,并在VB窗体输出其运动线图及自动校正后的凸轮基圆半径,成功实现了盘形凸轮的参数化建模。运用SolidWorks软件自带的Motion模块对其所建立的凸轮装配体进行运动仿真,验证系统的可靠性。

采用黏弹性阻尼技术抑制叶片振动,对黏弹性阻尼块-叶片进行动力学特性的理论分析,其中黏弹性阻尼材料采用复模量本构方程,将黏弹性阻尼块-叶片简化成单自由度模型,获得了该结构的固有特性和频域下的谐响应。首先,建立叶根部位施加黏弹性阻尼块-叶片的动力学模型,其中黏弹性阻尼块以无质量复刚度弹簧形式引入到单自由度模型中。然后,基于单自由度假设,采用复特征值法对方程进行固有频率、损耗因子和共振响应的求解。最后,针对某叶片实测并进行模型简化,在给定叶片前三阶固有频率的条件下进行解析分析,并与实验结果进行对比。结果表明:黏弹性阻尼可以有效地降低叶片的振动,理论解析结果与测试结果趋势一致,验证了所建模型的适用性。

汽车装配工序中含有较多的重复动作,为提高制定标准工时的效率,以含有较多重复动作的“安装左侧尾门线束树至左侧尾门”的装配工序为例,提出一种新的标准工时设计方法,即模块化设计方法。基于标准工时分析方法MTM-UAS,将装配动作分为常量动作要素和变量动作要素,将含有重复动作的工序作为一个模块,形成模块的标准工时计算公式。将此方法应用于汽车“铺设线束”类装配的5道工序中,以每一道工序作为一个模块进行设计,得到5个模块的标准工时计算公式。通过对比发现,用此新方法对工序进行工时分析,得出的标准工时与MTM-UAS分析得出的标准工时相同,但分析速度有很大的提高,表明该方法具有可行性,可推广到所有含有较多重复动作工序的标准工时设计中。

全三维模式下,产品数据传递的主要载体是带有制造信息的三维设计模型。通过大量调研及转换测试发现,为避免在不同CAD/CAM平台之间传递出现障碍,全三维模式下机械模型应当具备4个要素才能满足制造信息的完整性。提出基于主模型(设计模型)的并行传递模式,解决了设计模型四要素在制造阶段的完整表达;并利用主模型派生出轻量化模型和各类工艺模型的转换方法,实现了产品在全三维模式下生产,为数字化设计制造打下了坚实的基础。

单元数的确定是单元构建问题的关键。基于模糊C均值算法,分析已有聚类有效性函数的缺陷,针对单元构建问题的特征,提出新的聚类有效性函数和确定最优单元数的算法。新的聚类有效性函数和算法考虑了单元内的设备数、零件数及成组功效,反映了单元构建的实质,能够排除单元内只有零件没有设备的不可行分组方案。通过多组文献数据测试比较,验证了算法的有效性。

由于薄壁结构具有低成本和高能量吸收效率的特点,被广泛地应用在汽车车身上。在碰撞载荷作用下,薄壁结构有3种变形形式,即渐进压溃、欧拉变形和混合变形模式,其中最利于吸能的变形形式是渐进压溃,一般在纯轴向载荷中出现。实际交通事故情况复杂,斜向撞击更为普遍,由此导致的欧拉变形时常发生。研究目的就是提高薄壁结构在轴向和斜向碰撞下的耐撞性。首先选取7种不同截面型式薄壁锥形梁,通过改变斜向冲击的夹角,计算得到不同结构型式的比吸能(SEA)。对7种截面型式的薄壁结构进行夹角为0°、15°和30°载荷工况的碰撞仿真,对比其性能表现,选取耐撞性最佳的结构。在此基础上,以SEA为优化目标,以碰撞峰值力F_max为约束,通过0°、15°和30°的工况的有限元仿真,利用代理模型的方法寻找该结构的最优参数,最终得到的优化结构斜向耐撞性得到大幅度提升。

针对传动装置改进后的柔性石墨纸轧制装置,利用ANSYS Workbench软件建立了柔性石墨纸轧制装置辊子的有限元模型,考虑轴承支承刚度在一定范围内变化时,研究轴承支承刚度与辊子固有频率的变化规律,得出辊子的一阶、二阶、三阶等固有频率的范围。在此基础上,利用RecurDyn建立了柔性石墨纸轧制装置的多体动力学系统模型,得出从动辊子所受力矩的时域、频域波形;将频率成分与辊子的固有频率进行对比:最高频的齿轮啮合2倍频率与二阶、三阶固有频率有27%以上裕度,柔性石墨纸轧制装置可以平稳运行。最后,通过实测的柔性石墨纸厚度数据验证了装置的平稳运行。

产品质量是企业效益的源泉,针对螺旋伞齿轮,首先分析其生产工艺流程;然后,应用统计过程控制(SPC)理论与方法,确定质量改进关键点,并分析其过程能力,制定质量改进措施与方案;最后,对关键工序热处理进行回归分析和全因子试验设计,以寻求影响热处理因素:渗碳温度、渗碳保温时间、淬火温度、回火温度、回火保温时间等的最优组合及其各因素对齿面硬度的影响趋势。通过此项目的成功实施,降低了螺旋伞齿轮的不合格品率,提高了顾客满意度,效果显著。

经编机卷取机构由蜗杆蜗轮减速箱和链轮传动组成,使用过程中,蜗杆蜗轮减速箱中的蜗轮在寿命期内出现磨损现象。由于卷取力无法精确计算,为分析磨损原因,利用无线扭矩测试系统,对蜗杆蜗轮减速箱蜗轮的输出轴进行了扭矩测试,得到了蜗轮的扭转载荷信号图谱,分析了该图谱所示的载荷特性,得到了蜗轮工作时的载荷数据,分析了蜗轮磨损失效原因,提出了明确有效的改进设计方法及结构改进措施。

旋转机械故障诊断研究中,采用BP神经网络容易陷入局部极小点而无法得到全局最优解,导致对耦合碰摩故障分类识别率不高的问题。研究了经验模态分解方法和BP-AdaBoost方法,结合二者优点,提出了一个故障识别的新方法,首先为了去除背景信号和噪声信号,选用经验模态分解方法来分解转子的振动信号,得到转子系统碰摩信号的主要故障特征,然后用BP-AdaBoost模型对3种不同工况进行识别。基于实验数据的分析表明方法的识别率要优于BP神经网络。