分布式制造模式因多工厂/车间协同生产而使其制造环境存在多样性和多变性。研究了考虑零件加工前的动态准备时间的分布式柔性作业车间调度问题(Distributed Flexible Job Shop Scheduling Problem, DFJSP)。针对缸体零件加工阶段存在多工位零件装夹定位、拆卸和换刀等动态准备时间的实际生产情况，建立了以完工时间、碳排放和订单拖期为目标的DFJSP模型；提出了一种混合麻雀算法(Hybrid Sparrow Search Algorithm, HSSA)对上述模型进行求解。HSSA算法根据模型特点，采用了三层编码方式和多种群初始化策略，设计了一种三层变邻域搜索结构，引入了POX、PMX交叉算子和高斯变异算子来完成交叉、变异操作，同时设计了一种基于支配关系的精英选择策略。通过仿真及与其他算法的对比分析，验证了HSSA算法的优越性和可靠性。

针对现有单向环形设备布局方法不考虑需求变化的影响，导致所得方案在不确定需求下造成零件运输次数增多等问题，提出一种考虑不确定需求下的单向环形设备动态布局方法。以产品重载入运输成本和设备重布局费用综合最小化为优化目标建立数学模型，并提出一种改进遗传光学算法。在算法中，根据问题特点设计多阶段随机键编码和多阶段排序解码策略，采用阶段内和阶段间交叉算子，并在原遗传光学算法基础上，增加莱维飞行以提高算法寻优能力。通过实例计算，验证了所提算法的有效性，结果表明所提动态布局方法相比静态布局方法可节约68.73%的成本。

针对云制造服务组合问题中广泛存在的不确定性，研究了一种基于服务质量(Quality of Service, QoS)感知的云制造服务组合区间多目标优化方法。该方法采用区间数来描述QoS属性的不确定性，考虑相邻子任务间的联结关系，构建以服务时间、服务成本和评价质量等QoS属性为优化目标的服务组合区间多目标优化模型，以微型多目标遗传算法为框架，引入佳点集改善初始种群，利用区间非支配分级方法，实现了对云制造服务组合区间多目标优化问题的直接求解，其求解效率也在工程示例中得到了验证。

针对大部件喷涂轨迹优化问题，以机器人最小关节变量为优化目标，提出了一种冗余轴工业机器人系统基于改进粒子群算法的大部件喷涂轨迹优化方法。采用了改进DH参数法建立冗余轴工业机器人喷涂模型，通过闭环伪逆法进行机器人逆解计算；根据机器人喷枪末端位置对机器人外部轴位置进行线性插值，提出一种基于线性插值的粒子群初始化方法，提高算法效率；采用非线性权值递减策略以提高局部寻优能力；提出一种改进的位置更新方式规避无可达解的情况；通过对典型轨迹的优化，工业机器人关节5的最大速度由44.327 4 (°)/s降低到22.663 2 (°)/s,降低了48.87%,验证了方法的可行性和有效性，为大部件的喷涂轨迹规划提供了方案。

针对桶装水码垛机器人关节空间最优运动控制问题，提出一种基于改进萤火虫算法的超螺旋滑模控制策略。首先，利用DH参数法建立码垛机器人运动学模型，并通过Lagrange方程推导出其动力学模型；接着，采用三次多项式将码垛机器人在笛卡尔空间中的位姿转换成光滑连续的关节空间运动轨迹；进而，设计超螺旋滑模控制器实现各关节对参考轨迹的快速精准跟踪；同时，以综合时间与绝对误差为目标评价函数，引入改进萤火虫算法来整定所设计控制器中的参数，实现关节空间最优运动控制；最后，通过典型仿真算例验证了所设计控制方法的有效性和优越性。仿真结果表明，所设计控制器的响应速度、跟踪精度及调整时间要优于积分滑模控制器，并能有效抑制系统抖振。

针对传统蚁群算法在二维栅格地图中规划路径时存在的能耗高和收敛速度慢的问题，提出基于多目标优化的改进蚁群路径规划算法：建立路径长度与转弯次数的多目标函数，减少移动机器人的能耗；在启发函数中添加目标影响因子以增强目标点的引导作用；采用自适应调整信息素和启发函数的影响权重系数的方法改进状态转移概率计算公式，以降低算法陷入局部最优解的概率；在信息素更新规则中，动态调整信息素挥发因子，以提高算法收敛速度。在多种栅格地图下的试验结果表明，该改进算法能够有效减少机器人规划路径的转弯次数，提高机器人的行进效率。

扣件组件拆装是铁路维护与检修的重要环节之一。针对铁路扣件组件具备装配关系约束、非规则外轮廓和狭小操作空间的问题，设计了一种用于扣件组件整体抓取的异型两指机器人手，利用多个接触指端、手掌和手指开合动作对部分扣件组件形成主动包络，将扣件组件整体抓取问题转换为单个组件的力封闭抓取问题。建立稳定静力抓取模型，利用拉格朗日乘子法求解摩擦锥非线性约束条件，并通过调节法向力权值系数求得满足力封闭抓取条件的手指接触力。实验结果表明，异型两指机器人手能够实现扣件组件的部分主动包络，并有效保持扣件组件装配关系。基于力封闭抓取成功率为90%,相较于主动包络抓取提高30%。

由于汽车碰撞安全法规的升级以及轻量化的需求，对汽车碰撞关键件的优化提出了更高的要求。基于混合元胞自动机法，给出了汽车开发详细设计阶段在复杂工况下实现非线性拓扑优化的流程。首先，将整车模型根据工况特点简化为等效模型；然后，基于等效模型开展非线性拓扑优化设计；最后，将等效模型优化结果应用于整车模型中进行验证，完成轻量化设计，其中，对于侧面柱碰撞工况动力电池的防护，以门槛梁为优化对象，在原有优化结果的基础上通过设计使重量减小了12%。针对《中国保险汽车安全指数测试评价规程》(2023版征求意见稿)中侧面碰撞工况后的车门侵入过大问题，采用非线性拓扑优化对C柱钣金进行设计，使重量减小了13%。

为提高分布式驱动电动汽车的横向稳定性，旨在通过协同控制车辆的主动前轮转向系统与直接横摆力矩控制系统来实现。首先，基于整车线性二自由度模型，根据质心侧偏角-质心侧偏角速度的相平面描述的稳定区域边界设计上层控制器，再由相平面策略确定下层控制器中的主动前轮转向控制器和直接横摆力矩控制器的协调控制系数；然后，通过变结构滑模控制的下层控制器计算所需的附加前轮转角和附加横摆力矩来调整车辆驱动力矩分配；最后，分别进行双移线工况和阶跃工况下的硬件在环试验分析，试验结果表明，协同控制分布式驱动电动汽车的主动前轮转向系统与直接横摆力矩控制系统能更好地提高其横向稳定性。

为了探究并改善某型龙门铣床横梁结构在承受最大载荷时的静动态性能，利用有限元方法对龙门铣床横梁结构进行了静动态性能分析，并进行了铣床横梁筋板结构的尺寸优化。采用正交试验方法确定初始变量值，采用中心复合设计和Kriging插值法构建响应面模型，通过多目标遗传算法对横梁筋板布局和尺寸进行了优化设计。优化结果表明，采用质量最轻方案，质量减幅可达1.98%;采用最大总变形量最小方案，最大总变形量减幅可达2.13%。研究结果可为实现铣床横梁筋板结构尺寸最优配置提供仿真参考。

为实现具有对称结构、阵列结构特征零件的高效、高精度加工，提出了同步驱动双线电极微细电火花切割方法，并研制了实现该加工方法的加工装置。线电极张力的变化以及双线电极的张力一致性是影响零件加工精度的重要因素。以控制线电极张力为目的，探究了收/供丝侧电机转速差、线电极运丝速度以及摩擦轮副正压力对线电极张力变化的影响。试验研究发现收/供丝侧电机转速差是影响张力变化的直接原因，同时影响张力建立斜率、张力形成点和平均张力大小，其对线电极张力波动的影响最大；而摩擦轮副正压力通过影响最大静摩擦力来改变线电极平均张力和张力形成点；并得到了在给定试验条件下，同步双线电极微细电火花切割线电极张力趋于稳定的最优参数。

不锈钢关节轴承是航空领域应用最广泛的关节轴承之一。但是由于航空关节轴承转速较慢，不利于形成动压润滑，极易造成磨损，因此，设计了一种圆锥形和阶梯形复合型变幅杆，并搭建试验装置对304不锈钢进行超声波滚压强化试验。通过对比试验，探究了滚压次数和不同预处理方式对材料表面质量的影响。试验结果表明：滚压3次后，表面粗糙度Ra值达到0.08μm,达到了最佳效果；滚压第4次表面显微硬度为最佳，达到473.0HV,提高了近40%;效果较好的预处理在一定程度上可以给滚压后的试件表面带来质量提升；通过X射线探伤，在材料内部并未发现硬化分层缺陷，有效提高了材料的使用寿命，可以为航空关节轴承的表面强化工艺提供参考。

当前流固耦合拓扑优化方法的研究突显了在流体和结构力学两套截然不同的控制方程之间交替使用的困难，即在分离的流体和固体域之间施加耦合边界条件的困难。为了解决流固耦合拓扑优化面临的流固界面表达难题，基于流固耦合拓扑优化问题的整体模型，采用多孔介质模型进行材质插值，建立了流固耦合问题的拓扑优化模型，进而通过连续伴随方法获得模型的伴随灵敏度，以及数值求解Navier-Stokes方程和线弹性力学控制方程，实现所建立拓扑优化模型的求解；通过雷诺数1～500的二维悬臂梁和二维通道流固耦合拓扑优化仿真结果，验证了建立的流固耦合拓扑优化模型。

活塞杆是工业设备上技术含量较高的关键部件，但目前为止对其表面缺陷的检测还是以人工检测为主。针对人工检测方法准确性差、效率低下的情况，提出了一种基于改进YOLOv5s的活塞杆表面缺陷检测技术。首先，在Backbone部分引入SE和CBAM双注意力机制，其中CBAM注意力机制与C3模块相结合形成了新CBAMC3模块，提升算法对于缺陷信息的提取能力，从而进一步提高算法精度；其次，改善激活函数为GELU函数避免梯度消失，使算法有较好表现；最后，使用GSConv卷积模块代替Neck部分中的Conv卷积模块，降低计算成本，并且引入VoV-GSCSP模块，减少算法参数量，在轻量化算法的同时保持精度。试验结果表明，改进的YOLOv5-CSGGV算法总平均精度达到了81.1%,较原YOLOv5s算法提升了6.3%,算法参数量相比YOLOv5-SC算法减少了14.7%,使检测速度和精度达到了更好平衡，满足活塞杆工业生产过程中缺陷检测的要求。

针对纯电动机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmission, AMT)动力中断时间长、换挡性能差等问题，基于典型换挡过程构建了以摘挡、调速过程时间最优为目标的方法，提出了换挡过程中时间重叠的控制策略，以优化换挡控制方法。基于换挡过程理论分析确定了控制策略方案并通过台架试验进行了验证。结果表明：当变速箱位置传感器信号脱离设定的在挡位置时，永磁同步电机便可以降扭矩从而缩短时间；永磁同步电机在调速过程中进行部分进挡，进挡位置点控制在同步点附近，从而在挂挡时缩短进挡行程，有效缩短挂挡时间。换挡控制方法优化后纯电动AMT换挡时间缩短了28.2%,提高了纯电动AMT的换挡性能。

在高铁制造过程中铝合金材料占比越来越高，铝合金型材表面的质量控制和管理是生产作业中极其重要的一环。采用YOLOv5算法对铝合金型材表面缺陷检测进行实验研究。实验数据集源于阿里云天池大数据创新大赛提供的铝合金型材表面缺陷数据集，为提升样本数据的质量和数量，进行了数据增强研究。此外，网络模型训练时初始锚框的选取决定了网络反向学习的有效性，影响模型的检测精度，为此提出将K-Means++算法应用到自适应锚框算法中，解决聚类过程中初始中心点的选取问题。实验证明，经过数据增强和自适应锚框算法优化之后，YOLOv5算法表现出了良好的性能，检测速度快，同时提升了检测精度，解决了小目标以及狭长目标召回率低的问题，为高铁车身铝合金型材质量检测提供了技术支撑。

为实现移动作业液压机械臂的可折叠存放和较大工作空间的作业需求，针对液压机械臂俯仰关节设计了由直线油缸驱动的复合连杆机构，并通过多目标优化设计减小了直线油缸的最大驱动力，同时保证了机构的紧凑性；基于螺旋理论构建了六自由度液压机械臂的正向运动学模型，并推导出解析形式的运动学逆解；在ADAMS软件中建立液压机械臂的虚拟样机模型，并在MATLAB软件中规划了液压机械臂末端的运动轨迹，通过运动学逆解得到关节空间中的轨迹曲线，导入ADAMS软件中作为机械臂各关节的运动驱动，进行机械臂的动力学仿真，得到了关节驱动油缸的输出力曲线，证明了优化后的复合连杆机构可以满足机械臂驱动需求。

应用故障诊断树分析法对纯电动汽车电机驱动系统中电机本体和控制器故障进行研究，建立电机本体运行过热、电机运行异常故障树模型，对故障产生原因进行定性分析。以纯电动汽车永磁同步电机定子相间短路故障为例，逐层分析和排查，建立权重判断矩阵仿真模型，进一步确立故障因素。并基于J1939协议设计电动汽车电机实时监控诊断系统，制定电机驱动系统故障码规则和诊断通信协议。结果表明，基于多层次故障树分析法的诊断方法可以快速精准查找故障成因，并形成一套优先诊断程序，在线诊断大幅度提高诊断效率，为电动汽车电机系统故障的诊断提供重要的参考依据。

针对铝基碳化硅材料采用普通钻削加工难以达到预期加工精度的问题，设计一款满足加工精度要求的超声变幅杆。基于超声变幅杆设计理论，建立变幅杆的数学模型，计算得出变幅杆的基本尺寸；根据基本尺寸，使用Abaqus/CAE软件建立超声变幅杆模型并进行模态分析和谐响应分析，对计算结果进行验证；添加刀具和大端螺纹进行模态分析和谐响应分析，调整尺寸参数优化变幅杆模型，得到优化后的变幅杆尺寸及节点位置；在节点位置添加法兰盘进行模态分析，验证参数的准确度。

为提高水下管桩切割作业的自动化程度，降低劳动风险和成本，设计了一种切割装置，用于切割内径为800～1 000 mm的管桩。使用SolidWorks软件对该切割装置进行了三维建模，分析了该切割装置各部分组成及工作过程。使用ANSYS Workbench软件对水下管桩切割装置切割机构的框架结构进行了静力学分析和模态分析，得到了切割机构的变形量、应力、固有频率、临界转速和振型等特性。在保证切割装置的刚度与强度条件下，以切割装置质量最轻为优化目标，对中心轴的内径、走线孔圆倒角进行优化设计，并对优化前后装置的性能进行了比较，结果表明，中心轴优化后，装置整体刚度、强度不变，中心轴质量相比优化前质量减少了32.8%,优化效果较好。

为提高高压气刀吹扫能力，增强气流的集束性和均匀性，降低气刀能耗，针对现有高压气刀结构和表面吹扫工况，综合分析供气压力、出口狭缝结构对目标表面射流冲击力的影响规律，建立吹扫能力评价模型，实现高压气刀的结构优化。分别对高压气刀内、外流域进行参数化建模，采用分块网格法对内、外流域网格进行加密处理，基于Fluent软件仿真分析了0.4～0.6 MPa供气压力下，不同出口狭缝尺寸的流场变化及相互影响规律；建立包含滞线平均压力、滞线压力标准差、压力半值宽和耗气量的吹扫能力评价模型。以正交试验和极差分析进行优化设计，仿真分析和试验结果表明，在供气压力为0.5 MPa,吹扫距离为80 mm工况下，出口狭缝高度为1.4 mm,出口收缩角度为12°时吹扫性能最佳。