针对车用天窗导轨冲压生产过程中人工操作多、生产效率低和存在安全隐患等问题，设计了由机器人实现导轨上下料与物料姿态转换并结合专用检测装置的天窗导轨自动冲压生产系统。根据天窗导轨生产工艺，确定了系统的布局和工作流程；系统采用PROFINET协议实现主控PLC、机器人、冲压设备和检测设备的通信；设计了检测装置来完成导轨毛坯料和冲压生产过程中的尺寸检测，采用可变位抓取夹具实现工序转换过程中导轨的定位、搬运和翻转等作业功能。经过在企业的实际生产应用，该系统提升了产品的合格率，单位产品耗电量降低32.8%,作业人员减少66.7%。设计方案可同时实现单独运行和连线自动生产功能，通过合理的节拍设计，可提高自动冲压生产的效率并稳定产品的质量。

为解决多工艺路线下的柔性加工系统(Flexible Machining System under Alternative Routes, FMSAR)中加工和运输工序集成调度困难、生产效率低下的问题，以完工时间为目标，考虑工件加工、工件运输、工件批量和多工艺路线的情况，建立了柔性加工系统赋时变迁Petri网模型，该建模方法避免了工件共享资源造成的死锁情况。在此基础上，以可行变迁序列为输入，设计了实际代价函数和启发式预估代价函数，并结合波束搜索框架，只对每个搜索阶段的部分优秀节点进行下一步拓展，减小了可达图搜索空间，提高了算法运行效率。通过实例分析和算法对比，验证了该建模方法的可靠性和优化方法的可行性。

针对最小化最大完工时间的柔性作业车间调度问题(Flexible Job-shop Scheduling Problem, FJSP),提出了一种改进离散麻雀搜索算法(Improved Discrete Sparrow Search Algorithm, IDSSA)。首先，采用了两段式编码方式，针对两段编码分别设计了有效的编码转化方式，实现了麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)连续搜索空间与FJSP离散决策空间之间的映射。其次，设计了一种随机与组合启发规则相结合的初始化方法，在保证了麻雀初始种群分散广度的同时提高了麻雀个体的质量，加快麻雀搜索算法的收敛速度。再次，融合一种基于关键路径的变邻域搜索策略，对发现者进行深度发掘，提高种群引领者的质量。此外，为了维持SSA种群多样性，设计了自适应柯西高斯变异策略，提升算法全局搜索能力和跳出局部极值的能力。最后，使用Kacem和Brandimarte系列12个基准算例与多种算法进行仿真实验，实验结果证明了IDSSA的有效性和求解FJSP的优越性。

面对智能制造模式下，在多品种、变批量的高复杂度制造场景中，存在各工装/夹具、工具/量具和系统用例切换频繁而造成的设备的动态可靠性问题，基于可靠性数字孪生的车间监控系统，通过对车间设备多部件的可靠性问题进行感知、分析和处理，对可能发生的可靠性问题进行预维护来保障设备性能可靠性，提出了可靠性维护时长(Reliability Maintenance Duration, RMD)和可靠性加工系数(Reliability Processing Coefficient, RPC),研究考虑RMD的工序排布，除了保证设备可靠性，同时建立了相应的作业排序策略，构建了引入RPC关键变量的多目标车间调度数学模型，并基于非支配排序遗传算法Ⅱ(Nondominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)实现了某军工装备制造车间调度问题的高效求解，验证了该方法的可行性和有效性。

针对复杂构件装配生产过程中虚实交互困难、装配效率低等问题，提出一种面向复杂构件装配的数字孪生模型建模方法。首先设计了复杂构件装配数字孪生系统架构，然后从几何模型、工艺模型、行为逻辑模型和约束规则模型4个维度构建了复杂构件装配数字孪生虚拟模型，实现了对复杂构件装配物理实体全面真实地刻画与描述。设计并开发了复杂构件装配数字孪生系统，以鲁班锁装配为实例验证了建模方法的有效性，为复杂构件的装配提供了解决方案。

基于变密度方法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型，提出一种多复合材料3D打印制造的拓扑优化方法对四足机器人腿部结构进行优化设计。采用体积约束下最小应力的优化方式，同时引入复合材料的本构矩阵，使得优化结果更加合理。针对四足机器人常见工况进行静力学分析，并对最大位移下的载荷情况进行拓扑优化设计。为了验证优化后腿部结构的强度，分别制备拓扑增强和轮廓增强腿部结构并进行试验分析。试验结果表明，拓扑增强结构最大位移比轮廓增强结构在外摆工况下降低了53.57%。拓扑增强结构承载比在0°和30°外摆工况下比轮廓增强结构分别提升了17.98%和24.57%。通过对四足机器人腿部结构优化前后的试验对比可知，经过拓扑优化设计，四足机器人腿部结构力学性能得到提升，优化设计具有可行性。该拓扑优化方法对于提高产品力学性能，具有一定作用。

机器人关节模组作为机器人的核心零/部件，需要满足高精度、高可靠性的要求，但由于体积、成本的制约，加大了其设计难度。设计了一种高度集成的一体化关节模组及其驱控系统，在满足“轻、薄”的机械结构设计要求基础上，重点进行了驱控系统软硬件设计开发。采用TMS320F28379D芯片为主控芯片，设计了驱控系统硬件电路，在此基础上完成了软件算法的设计。实验结果表明，所设计的一体化关节模组结构紧凑、集成化程度高且运转平稳，可以快速应用于机器人设计开发。

近年来研究者们发现前轮转角速度约束等系统约束对路径跟踪控制的性能存在较大的影响，而常用于解决系统约束影响的模型预测控制存在实时性较差的问题。为此基于计算成本较低的Stanley控制，考虑前轮转角速度约束等系统约束的影响，提出了一种考虑系统约束的预瞄Stanley车辆(无人驾驶)路径跟踪控制算法，并通过MATLAB与Carsim联合仿真对该算法进行了仿真测试。在被控对象有系统约束的情况下，提出的控制方法仍具有较高的精确性和实时性，其中横向误差绝对值不超过0.273 4 m,航向误差绝对值不超过0.113 5 rad,每个控制周期内的计算时间不超过2 ms。仿真结果还表明，该控制方法在精确性方面优于经典Stanley控制、已有的未考虑系统约束的预瞄Stanley控制，在实时性方面优于模型预测控制。

依据驾驶风格对车辆控制参数进行自适应调节，使车辆的经济性、动力性得到改善。考虑与前车交通冲突能提升驾驶风格识别的准确性，故提出了考虑车辆交互的驾驶风格识别方法，并制定了基于驾驶员风格的综合换挡策略。基于车辆交互时产生的特征参数，即车头时距(Time Headway, THW)、碰撞时间的倒数(Inversed Time To Collision, ITTC)和车辆的运动学参数，采用模糊控制算法对驾驶风格进行识别。换挡控制策略根据驾驶员对动力的偏好程度在基础换挡规律的基础上进行修正，针对保守型、激进型和一般型驾驶员，分别匹配经济性、动力性及自适应的换挡规律。通过对实车采集的工况数据进行仿真，结果表明，驾驶风格识别模型能够准确稳定识别驾驶员风格，基于驾驶风格识别的换挡控制策略能够适应不同类型的驾驶员需求，并且在保证动力性的同时也能够兼顾经济性。

空气弹簧作为弹性元件，与传统螺旋弹簧和钢板弹簧相比具有更好的隔振、降噪特性。空气弹簧刚度是空气弹簧的主要性能参数，其主要影响因素是有效面积及其变化率，而空气弹簧的活塞轮廓外径及其变化趋势对有效面积及其变化率的影响显著；因此，活塞轮廓型线是影响空气弹簧性能的主要因素之一。建立了关于约束膜式空气弹簧刚度特性的数学模型，分析活塞轮廓型线对约束膜式空气弹簧刚度的影响。同时，基于气囊卷耳最低点处(窝折点)所在圆的直径即为有效直径这一理论，提出了一种对于任意复杂活塞轮廓曲线，表述空气弹簧位移在任意时刻、任意变化规律情况下对应活塞作用高度及其变化的方法。

自动驾驶智能汽车逐渐普及，其在通过城市路面的沟渠、井盖和减速带等特殊路面时，制动与减速时的稳定性与乘坐舒适性较差，为改善这一状况，对悬架的设计提出了更高的要求。为了提高自动驾驶智能汽车制动与减速时的稳定性，通过融合比例积分微分(Proportional Integral Derivative, PID)与模糊算法，设计了针对这些特殊路面的主动悬架模糊PID控制器，在Matlab/Simulink软件中搭建了半车主动悬架仿真模型，通过惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)实车测量了沟渠路面的路面激励信息，并完成仿真试验。结果表明，当自动驾驶智能汽车在C级路面和沟渠路面行驶时，设计的主动悬架模糊PID控制器较单一算法的控制器更有效地降低了车身垂向加速度、车身俯仰角加速度、车轮动载荷和悬架动行程，改善了悬架性能。

门式起重机主梁是主要的受力部件，在实际应用过程中会因受到外部载荷及自重的作用产生下挠变形。随着使用年限的增加，主梁下挠变形可能会加大，并存在发生塑性变形的可能，进而导致主梁结构静刚度不再满足要求，给作业生产带来安全隐患，对主梁下挠度进行实时检测可以预防因主梁结构静刚度不足导致的危险情况。为此，提出一种基于支持向量机的门式起重机主梁下挠度实时计算方法，建立主梁下挠度回归预测模型，将利用有限元法获得的下挠度作为训练样本，实现下挠度的实时计算，其计算值通过修正即可作为标准值与实时检测结果进行对比，以此来实时评判主梁变形的变化情况。通过算例对比可知，门式起重机主梁下挠度实时计算方法误差小、用时短，验证了该方法的有效性与合理性，为主梁数字孪生系统的研究奠定了算法基础。

锆具有优异的综合性能，在航空航天、医药和化工等领域具有广阔的应用前景。然而，用现有的加工方法对其进行微细加工时，具有刀具磨损严重、加工效率低、加工质量差等缺点。微细电化学加工在金属微结构制造方面具有独特的优势。提出一种新型聚氯化铝溶液(PAC)作为电解液，利用掩模射流电解加工在锆合金(Zr702)表面进行阵列微孔加工。研究了Zr702在不同质量分数聚氯化铝溶液中的溶解特性。通过试验研究了电解液压强、射流扫描速度和脉冲电压等主要加工参数对加工性能的影响，并通过正交试验进行参数优化，加工出了平均直径为163.20μm,平均深度为85.49μm,深径比为0.524,侧蚀系数为2.055,形貌精度较好的阵列微孔。

针对硅片具有反射率高、吸收率低等缺点，为了提高纳秒激光(波长为355 nm)在硅片上打孔蚀除材料效率，设计附加电流场装置，建立单脉冲烧蚀阈值模型，经过实验计算得到硅片烧蚀阈值为1.885 J/cm2。采用电流场辅助激光环切式进行硅片打孔，分别在激光加工次数和附加电流不同时做实验研究，当激光加工次数较少而附加电流较大时，激光加工的微孔入口孔和出口孔直径均显著增加，锥度减小，蚀除材料效率增大；当激光加工次数较多时，施加电流后由于多脉冲的累积效应，微孔直径变化不明显，这是由于附加电流场导致硅片内自由电子增多，更多的自由电子与激光光子发生碰撞，增加硅片对激光能量的吸收。实验表明，附加电流增加了硅片对波长为355 nm纳秒激光光子的吸收率，提高了硅片蚀除材料效率，也为高效率的纳秒激光加工硅片提供一种新方法。

磨粒轨迹均匀性是衡量钎焊金刚石磨抛盘加工表面质量的重要指标。基于磨粒有序排布方式设计了矩形阵列、同心圆、螺旋线和叶序4种磨粒有序排布地貌，利用MATLAB软件得到不同地貌下磨粒的运动轨迹仿真结果，发现矩形阵列与叶序排布方式的磨粒轨迹均匀性较优。采用轨迹分布非均匀性来定量评价磨粒轨迹的均匀性程度，对比分析了磨粒有序排布与随机排布地貌的磨粒轨迹均匀性，得出结论：有序排布地貌的磨粒轨迹均匀性优于随机排布，且叶序排布方式为最佳地貌；提高磨抛盘转速、减小磨抛盘进给速度均能够提高钎焊金刚石磨抛盘磨粒轨迹均匀性。通过磨抛实验对仿真结果进行验证，结果表明：相对于随机排布，地貌优化后的钎焊金刚石磨抛盘材料去除率高，加工表面质量好，加工性能得到提高。

针对当前列车脱轨安全性能分析研究中存在的监控要素难覆盖、历史试验场景难重建、脱轨后动态行为表达不全面以及影像与数据关联性差等问题，提出了一种面向数字孪生的列车脱轨试验监控系统架构。在试验流程分析的基础上，将孪生模型与信息模型相结合，构建了贯穿脱轨试验全过程的融合模型，从动态信息、几何属性和物理属性3个方面实现了脱轨试验全过程的全要素精确映射。针对多源异构的孪生数据特点提出了数据采集传输与数据可视化映射方法，实现了各子系统间的互联互通。依据提出的列车脱轨试验监控系统架构搭建了软硬件系统，并在列车脱轨机理试验台上进行了系统验证，为数字孪生在列车性能分析研究中的应用提供了一定的参考与借鉴。

为了实现对金刚石滚轮石墨型腔的高精度测量，建立了基于激光同轴位移传感器的型腔轮廓测量系统，介绍了系统组成与测量原理、系统坐标系建立及参数标定方法，并提出型腔径向圆跳动与轴向圆弧轮廓度参数的测量计算方法。试验结果表明，径向圆跳动的测量标准差为0.003 3 mm,轴向圆弧半径测量值最大偏差为1.7μm,圆弧轮廓度测量值最大偏差为0.7μm,测量精度高。

当前，喷墨打印在制造电子电路过程中，工艺参数对印制电路的导线线宽和电阻影响尚未明确，这会导致在实际生产过程中难以配置最优工艺参数组合，从而降低产品的最终质量。针对此问题，基于GA-BP神经网络对喷墨打印电子电路的导线线宽和电阻进行了精确预测与优化。首先，通过探究神经网络的神经元个数与模型均方误差的关系，建立了适用于喷墨打印电路导线线宽与电阻的GA-BP神经网络；其次，采用全因子实验的方法，获取基板温度、打印速度、打印层数和延迟时间对印制电路导线线宽和电阻的影响，此外，对比分析BP和GA-BP神经网络对于电路导线质量的预测精度并确定了打印参数对质量的拟合方程；最后，通过遗传算法对导线线宽和电阻进行工艺参数优化，并对二者的优化结果进行实验验证。实验结果表明，导线线宽和电阻的测量值和预测值的相对误差在5%之内，该模型能够准确实现对电子电路质量的预测与参数优化，从而提升电路质量，为产品的研发设计提供了有力参考。

液压柱塞泵是航空装备液压系统的关键部件，对其进行准确的故障诊断是保障航空装备正常运行的重大前提。针对力、热耦合作用条件下某型机高压柱塞泵开展故障检测和诊断研究，提出了一种基于多特征阈值判据融合的故障诊断方法，首先构建了基于信息统计的阈值判据计算模型，在此基础上设计了多特征故障判定策略，最后构建了液压柱塞泵测试系统并开展了实验验证。实验结果表明，所提出的方法能够有效判别液压柱塞泵故障，为航空柱塞泵故障检测与诊断提供依据。

固体推进剂整形是确保最终产品质量的关键工艺环节。针对小型固体推进剂细长胶体棒料人工整形过程中尺寸精度难保证、端面形变大和生产安全等问题，研制了一套能远距离操控且安全隔爆的固体推进剂胶体棒料自动整形系统(小型固体推进剂胶体棒料切断系统)。在分析胶体棒料力学特性以及摩擦感度、冲击感度和静电感度特性的基础上，首先完成了旋转进给机构、切断子系统、送料子系统、夹紧机构以及称重与测距机构的设计；其次，经过对关键部件静力学仿真分析，验证了切割刀架及刀具的强度；再者，设计了控制系统，系统采用S7-1200 PLC作为下位机，工控机作为上位机，二者通过OPC(OLE for Process Control, OPC)技术实现数据交换，上位机运行LabVIEW虚拟仪器开发的监控程序，实现数据的存取和指令的收发，同时系统采用网络摄像机对设备运行状态进行实时监测，应用总线式传感器对切断后的胶体棒料进行长度和重量检测；最后，经过固体推进剂胶体棒料现场切断整形实验，验证了胶体棒料切割长度、端面形变程度、端面表面粗糙度及称重精度等指标均满足技术要求，实现了对小型固体推进剂胶体棒料的自动化整形。