柔性车间生产资源与物流资源关联性越来越强，各资源独立调度无法实现系统的高效率运行。针对此问题，提出了基于二维度自适应遗传算法的车间生产资源与物流资源联合调度方法。明确了AGV系统组成、工作模式和分配策略，建立了柔性车间的栅格地图模型；以车间完工时间最小为目标，建立了生产资源与物流资源联合调度模型；从时间和空间2个维度设计自适应算子，提出了基于二维度自适应遗传算法的联合调度方法。经合作企业某车间生产验证，二维度自适应遗传算法联合调度方案的完工时间为68 min,小于遗传算法和自适应遗传算法调度方案；经参数敏感性分析可知，二维度自适应遗传算法鲁棒性好，对不同情况下的车间调度问题都具有较好的性能。

针对柔性作业车间调度问题，提出了一种将模拟退火算法和莱维(Levy)飞行扰动策略引入传统遗传算法(Genetic Algorithm, GA)的改进混合遗传算法。基于传统遗传算法，增加了自适应交叉概率和变异概率，生成初始种群后，对优秀个体进行保护，对性能较差的个体进行模拟退火和Levy飞行操作，克服了传统遗传算法的“早熟”和易陷入局部最优解的问题。通过仿真对比实验的测试，证明了该算法的有效性和优越性。

针对柔性加工系统中零件发生特征重构的工艺路线规划问题，结合异步优势演员-评论家(A3C)算法的并行、异步、响应速度快以及决策经验可复用性、可扩展性的特点，提出了基于A3C算法的特征重构工艺路线规划方法。在零件发生特征重构的背景下，基于马尔可夫决策过程定义了状态、动作空间和奖励函数。针对A3C智能体在选取机床、刀具和进刀方向时可能会陷入局部最优，提出了随机贪婪策略，以扩大解的空间、提高解的质量，且为了避免A3C智能体在零件发生特征重构时陷入大量的试错中，提出了快失败策略，以加快智能体规避特征约束的能力，提高响应速度。仿真实验证明，所提方法能有效解决零件发生特征重构的工艺路线规划问题，且相比基于遗传、蚁群和模拟退火算法的工艺路线规划方法，所提方法在零件发生特征重构时响应速度更快，解的质量更高。

随着卫星、弹箭等产品向复杂化、精密化方向发展，产品装配性能保障越来越困难，对装配的要求也越来越高。针对军工复杂离散装配过程多品种、小批量、柔性化、以手工装配为主及注重追溯的特点，提出了一种适用于军工柔性化手工离散装配过程的数字化集成方法。首先基于以手工装配为主的工艺流程和无线体特征的生产模式构建了双轮驱动数据模型，在此基础上围绕数字化构架、制造资源接入组网、智能工艺关系和数字孪生4个方面进行设计，形成了数字化集成构架和孪生看板模型。基于上述方法设计并开发了数据采集监控系统，并已应用于某线缆装配车间，验证了该方法的可行性和有效性。

3D打印技术是利用计算机对目标产品进行设计，并将设计模型转变成实物。然而，在打印过程中，由于多方面原因，常常产生加工误差。基于RGBD与MVS三维重建技术的3D打印机逆反馈系统依靠RGBD深度摄像头以及携带旋转升降机构的3D打印机对在打印零件实现全方位的扫描。采用RGBD与MVS算法进行2次三维重建，将三维重建后的扫描模型与含支撑材料的设计模型进行对比，以实现对在打印零件的加工误差检测，提高3D打印工作的工作效率和可靠性。

为优化工业机器人装箱与码垛的作业效率，结合数字孪生技术，在Visual Components软件中搭建了数字孪生模型，完成了基于Siemens S7和Modbus协议的信息物理融合系统架构设计，实现了物理实体与数字模型的实时链接。采用遗传算法规划了工业机器人装箱与码垛最优路径，利用Visual Components软件完成了编程与数字孪生同步验证。利用搭建的数字孪生模型对动力辊道线和机器人的参数进行优化后消除了码垛机器人的怠工状态，同时将装箱与码垛工作站的工作效率提高了13%。该研究可对装箱与码垛工作站提供参考和理论依据。

在机器人搬运场景中，经常会出现货物实际姿态与预期不一致的情况，这时往往需要人工协作进行调整，工作效率和节拍因此受到影响。为解决以上问题，设计了一种自主移动运输机器人，可全向移动且具有新型摩擦轮-夹爪复合式取物结构及货物姿态调整结构，其控制系统采用同步定位与建图(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)等技术。通过pitch轴和yaw轴货物姿态调整实验确定了关键工作参数的最优值。最后进行了自主导航实验，结果表明该机器人在室内环境可实现自主导航。

针对传统蚁群算法在移动机器人路径规划中存在收敛速度慢、易陷入局部最优和规划路径不平滑等问题，提出一种用于移动机器人路径规划的改进蚁群算法。首先在状态转移概率中引入平滑函数，使蚂蚁在进行路径节点选择时，考虑路径的平滑性。然后在对路径信息素更新时，引入多目标评价函数；同时提出一种基于熵权的分段信息素更新方式，每次迭代规划路径按多目标评价函数数值进行排序并分段，对不同的分段，引入不同的信息素强度放大系数，提升了算法的收敛速度。最后对规划路径进行二次优化，即先对路径节点进行优化，减少不必要的转弯节点，减小了路径转弯角度以及路径长度；再利用贝塞尔曲线对节点优化后路径的转弯拐点处进行平滑。在20×20的简单和复杂栅格环境中进行仿真实验，结果表明，改进蚁群算法规划出的路径长度更短、转弯角度更小和路径更加平滑，同时改进蚁群算法的迭代收敛速度更快，验证了改进蚁群算法在移动机器人路径规划中的优越性。

为了提高分布式电驱动汽车列车的横向稳定性，提出了一种基于线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)的极值优化驱动力矩控制策略。建立了三自由度理想汽车列车模型，通过基于LQR的附加横摆力矩控制器得到附加横摆力矩，运用极值法合理分配驱动力矩，采用TruckSim与MATLAB/Simulink联合仿真平台分别进行了中速双移线和高速单移线工况仿真。仿真结果表明，中速双移线工况下，所设计的极值优化驱动力矩控制策略相比于平均分配控制策略，其牵引车的质心侧偏角峰值降低了22.78%,牵引车与挂车的横摆角速度峰值分别降低了5.46%和2.86%;高速单移线工况下，其牵引车与挂车的质心侧偏角峰值分别降低了22.85%和17.19%,横摆角速度峰值分别降低了10.40%和8.16%,提高了分布式电驱动汽车列车中高速行驶时的横向稳定性。为验证极值优化驱动力矩控制策略在实时系统中的控制效果，进行了硬件在环测试，结果表明硬件在环测试结果与仿真结果一致。

基于热-位移瞬态分析法，利用ABAQUS有限元软件建立盘式制动有限元模型，研究车辆在制动过程中制动片和制动盘的温度分布特性和振动行为。同时，在制动片摩擦面设计出3种不同分布的沟槽结构，研究沟槽分布对制动器热机耦合特性的影响。结果表明，制动片上设计沟槽能够降低摩擦面的温度，其中三沟槽制动片降温效果最好，双沟槽和三沟槽制动片通过形成多个高温区，可改善摩擦面局部过热。此外，制动片表面沟槽结构也能抑制系统的摩擦自激振动，装配双沟槽和三沟槽制动片的制动器制动全程没有产生摩擦自激振动，单沟槽制动片表现为低频摩擦自激振动，而装配光滑制动片的制动器各零件的振动在高频处发生了耦合，整体发生了强烈的摩擦自激振动。

针对钛合金自锁螺母小直径内螺纹加工容易出现刀具磨损、排屑较难等问题，在直槽和螺尖2种丝锥SolidWorks软件建模基础上，基于ABAQUS软件建立了钛合金TC4攻丝过程有限元仿真模型。考虑到攻丝过程有限元仿真网格数量过大，采用工件局部模型。当工件高度略大于一个螺距P时，对工件圆心角分别为90°、15°和1.5°的攻丝过程有限元仿真进行了对比，结果表明，工件圆心角为15°时的仿真牙型精度高，能避免工件出现缺陷现象。对实际攻丝获得的切屑形态及内螺纹区域金相分析，验证了有限元仿真模型的有效性。通过仿真获得的内螺纹区域应力应变、主切削力(切向分力)和扭矩解释了内螺纹牙底容易出现不连续及过切缺陷的原因。

降低车辆碳排放是实现碳达峰和碳中和的重要任务，轻量化设计是实现这一目标的关键技术手段。为了减少典型工程机械叉车的CO2排放量，原创性地将尺寸优化和自由形状优化技术进行融合，提出一种面向高维设计空间的叉车货架轻量化设计。建立叉车货架有限元仿真模型，通过静力学分析得到应力和位移数值，并将其作为联合优化过程中应力和位移约束条件的设置基准；采用基于试验设计的灵敏度分析方法，研究叉车货架质量、位移和应力等试验指标对各设计变量变化的影响；结合所提出的联合优化模型与灵敏度分析，构建设计变量的高维设计空间，综合应力和位移约束，进行叉车货架轻量化设计。优化结果表明，与常用的逐步优化技术相比，尺寸和自由形状联合优化技术具有更大的优化求解空间，同时可以以更小的刚度和强度性能损失，实现更优的轻量化效果。

为解决自动化弯管CAD/CAM系统中弯管数字化模型到加工坐标参数之间的转换问题，提出了基于Open CASCADE的弯管参数提取与参数化建模的方法。通过开源三维几何引擎Open CASCADE读取弯管数字化模型并提取弯管的几何参数信息，然后通过弯管几何参数信息到加工坐标参数的转换方法获得弯管加工坐标参数。根据弯管加工原理通过弯管加工坐标参数使用Open CASCADE来建立弯管数字化模型。根据以上参数提取和参数化建模方法，开发了弯管参数提取与参数化建模软件系统，实现了弯管数字化模型与加工坐标参数的相互转换。该系统能应用于弯管的设计与制造过程，为实现自动化弯管CAD/CAM系统奠定了基础。

以具有复杂曲面特征的三元流叶轮点云为对象，以Matlab和UG/NX为平台，通过改进滤波算法对点云数据进行优化处理、模型型值点提取及复杂曲面拟合等过程实现叶轮的逆向重构。基于CC截面法结合短电弧加工特性，生成适用于短电弧加工的无干涉刀路轨迹，并最终在五轴短电弧数控机床上得到验证，获得了叶轮粗加工、半精加工阶段最优的工艺参数。

为了满足在煤系地层模拟试验过程中的实时监控任务，设计并开发了一种实时数据采集与监控系统。该系统分为硬件和软件两部分，硬件部分由工控机、西门子PLC-1200系列设备、NI信号采集仪、以太网交换机及试验平台仪器设备等构成，软件部分由LabVIEW软件、组态王软件及博途软件构成。装载LabVIEW软件的工控机1作为数据采集与显示平台，装载组态王软件的工控机2作为实时监测与控制平台。试验结果表明，所设计的数据采集与监控系统能够实时、有效地采集并传输设备数据，实现对试验平台设备远程操控的功能，且具有低耦合、多设备及高集成等特点，提高了试验平台的自动化程度。

空港物流地面暂存区爆仓和配送车辆装载率低的问题一直亟待解决。基于航空公司暂存区货物入库和出卡流程，考虑航班的到达时间、货物目的地、货物件数和货物重量等信息，以货物在暂存区的滞留时间成本和配送车辆运输成本之和最小化为目标建立混合整数规划模型，并设计了聚类算法。基于MU航空公司的真实数据生成算例进行模拟计算，并与该航空公司实际分拨配送方案进行对比，验证了所提方法的有效性。结果显示，优化后货物分拨配送方案的货物在暂存区的平均滞留时间减少了32%,配送车辆装载率提升了32%,总成本降低了31%,为解决空港物流地面暂存区爆仓问题提供了决策支持。

为解决传统刚性夹持器适应性差和软体夹持器夹持范围较小的问题，提出了一种刚柔结合柔性夹持器的设计方案，其中刚性的曲柄滑块机构采用铝合金材料制作，柔性的气动软体驱动器则由乳胶气囊以及纤维布两部分组成。通过滑块平移带动夹爪转动，实现夹爪张开和闭合，再通过调整供气气压控制夹持范围。基于ADAMS软件对刚性机构进行运动学分析，再仿真并结合实验，研究气动软体驱动器的动态特性，确定其最佳尺寸。最后，对样机进行实验测试，实验结果表明，设计的夹持器自适应性好、夹持范围较大。

以轮胎成型机辊压支架为研究对象，提出一种结合Kriging模型和多目标遗传算法(Multi Objective Genetic Algorithm, MOGA)的轻量化优化方法。首先对辊压支架进行静态特性分析，对比稀疏网格模型和Kriging模型的计算精度及收敛情况，得出Kriging模型的收敛效果更好；以辊压支架质量为优化目标，以应力和变形为约束条件建立优化数学模型，运用最优空间填充(Optimal Space Filling, OSF)设计抽样方法获得初始样本点，使用Kriging模型建立响应面；最后使用MOGA搜索全局最优解，分析应力、变形和质量的优化过程。与原模型相比，优化后的辊压支架质量减轻了4.96%,该方法可为轮胎成型机其他零/部件轻量化优化设计提供参考。

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试，并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型，对焊缝区域进行应力应变分析；结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正，再根据有限元分析结果，使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明，有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命；位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比，局部应力应变法中，2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内，而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内，Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近；缺口应力法中，部分试件预测结果较好，误差在2个因子之内。

由于参数不确定、系统非线性以及外部未知干扰等因素的影响，常常导致液压伺服系统难以获得较好的动态性能，针对此问题，提出将自抗扰控制技术应用于液压伺服绞车的速度控制。首先，介绍了液压伺服绞车的工作原理，建立了液压伺服系统的数学模型，并推导出液压伺服系统的状态空间方程；其次，根据液压伺服系统的状态空间方程，设计五阶线性扩张状态观测器和线性误差反馈控制律，并构建四阶线性自抗扰控制器；然后，根据液压伺服系统在快速接近工况时的速度变化要求，规划了S型速度曲线作为液压伺服系统仿真模型的输入信号；最后，在Simulink软件中搭建了液压伺服系统仿真模型，并将四阶线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)和比例积分微分(Proportion Integration Differentiation, PID)控制器引入液压伺服系统，对比研究了2个控制器对液压伺服系统动态性能的影响。仿真结果表明，相比于PID控制器，液压伺服系统在四阶LADRC的作用下，响应速度更快，跟踪精度更高，抗外界干扰能力更强。

对一种用于复杂型腔激振抛磨的水平双质体振动设备的动力学特性进行了研究。首先建立了该设备的动力学模型，运用Lagrange方程推导其运动微分方程，并求解得到双质体的稳态位移响应；其次采用Runge-Kutta算法进行数值仿真，得到的幅频响应规律与计算结果基本一致，即双质体振动设备在38～40 Hz时出现反共振点、在45 Hz以上时设备发生共振；随后分析了结构参数对设备动力学特性的影响，结果表明，参振质量、激振力和主振弹簧刚度对水平双质体振动设备的运动特性产生较为明显的影响；最后对样机进行了实验测试，并采用FIR低通滤波处理了测得的振动信号，实验结果进一步验证理论分析与数值仿真的有效性。研究结果对不同型号机匣型腔的激振抛磨提供了工作参数选择，同时也为相关振动设备的研发设计提供了理论基础与方法。