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    1. 数控机床发展历程及未来趋势
    刘强,
    中国机械工程    2021, 32 (07): 757-770.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.001
    摘要2450)      PDF (11426KB)(1787)    收藏
    从工业化进程和技术发展的角度总结了机床进化史和数控机床发展历程,分析了数控机床核心关键技术演进过程。将我国数控机床发展过程划分为初始发展阶段、持续攻关和产业化发展阶段、高速发展和转型升级阶段,并分别梳理介绍了各阶段技术和产业发展过程以及发展进程中的一些重要事件。列举了全球数控机床领域产业规模和产业结构的相关数据,以及该领域部分先进工业国家的技术发展状况,进一步对数控机床领域涉及的多个方面进行了国内外对比分析。最后分析展望了数控机床的未来发展趋势。
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    2. 超精密加工误差补偿技术研究综述
    陈启迪, 胡小龙, 吝敏, 孙晓霞, 张涛, 周志雄
    中国机械工程    2023, 34 (03): 253-268.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.001
    摘要1693)      PDF (8557KB)(420)    收藏
    超精密加工技术是高端制造领域的一项关键技术,当前超精密加工已进入纳米尺度,掌握超精密加工误差控制关键技术、保障并提高数控机床的加工精度,已经成为提高加工制造水平的研究热点。系统总结了超精密加工误差补偿技术研究现状及发展趋势,重点介绍了对超精密加工影响最大的几何误差、力诱导误差、热诱导误差及其补偿方法。在此基础上,深入探讨了超精密加工在几何误差分离,切削力、热诱导误差测量与补偿等方面存在的一系列问题,进一步指出超精密加工误差补偿技术还应关注其向高效、高精,通用化,模块化,智能化及柔性化的发展方向。
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    3. 面向智能制造的工业工程和精益管理
    齐二石, 霍艳芳, 刘洪伟
    中国机械工程    2022, 33 (21): 2521-2530.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.21.001
    摘要1400)      PDF (4622KB)(1010)    收藏
    回顾了工业工程作为独立的一门工程学科诞生100多年来美日德等工业发达国家的发展路线,探讨了企业管理创新的规律性特征,得到智能制造同样需要工业工程/精益管理(IE/LM)提供管理支持的结论。按照智能制造项目周期,从基础准备、方案选择、融合发展等角度深入剖析了IE/LM在智能制造工程中的作用方式,给出了面向我国企业智能化转型的智能精益管理体系架构,结合案例阐释了智能精益融合的改善思路与方法。最后,结合我国的现实需求给出了面向中国企业转型升级的智能制造管理的关键技术。
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    4. 航空难加工材料切削刀具磨损与剩余寿命预测研究进展
    罗欢, 张定华, 罗明
    中国机械工程    2021, 32 (22): 2647-2666.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.001
    摘要868)      PDF (2230KB)(723)    收藏
    航空制造领域因轻量化、强度等特殊的应用需求,大量使用钛合金、镍基合金等难切削材料,刀具磨损速率快,刀具过度磨损会影响产品质量,在保证产品质量的前提下,为了充分发挥刀具使用价值,亟需监测刀具磨损状态和预测刀具剩余寿命。针对刀具剩余寿命预测的定义、分类和主要预测方法进行了阐述,同时,刀具磨损监测作为刀具寿命预测的基础和先决条件,简述了其重要的流程和常见模型。刀具剩余寿命预测模型主要包括基于物理模型的预测、基于数据驱动的预测和混合预测三大类,对不同预测方法的优缺点和适用场景进行总结,并讨论了刀具剩余寿命预测的未来研究方向。
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    5. 钢轨打磨关键装备及磨石技术发展现状与展望
    章武林, 樊小强, 朱旻昊, 段海涛
    中国机械工程    2022, 33 (19): 2269-2287.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.001
    摘要786)      PDF (17216KB)(685)    收藏
    概述了钢轨打磨策略、钢轨打磨技术,并对国内外砂轮式打磨(主动打磨、高速被动打磨)、铣磨等关键装备进行了综述。同时,对于与砂轮式打磨车相配套且起关键切削作用的磨石(砂轮),从组分、成形工艺、结构设计、磨削性能评价方法等方面进行了详细评述,总结出精细的配方设计、科学的评价体系标准等是高性能磨石研制所面临的主要挑战。最后,从绿色化、智能化、标准化等方面对未来磨石技术的发展方向进行了展望。
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    6. 机器人磨抛力柔顺控制研究进展
    葛吉民, 邓朝晖, 李尉, 李重阳, 陈曦, 彭德平
    中国机械工程    2021, 32 (18): 2217-2230,2238.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.18.011
    摘要784)      PDF (6054KB)(736)    收藏
    低成本、高灵巧度机器人在磨抛领域中的应用越来越广,而对机器人磨抛力的柔顺控制是降低工件表面粗糙度、获得高形状精度和表面完整性的关键。综述了国内外学者在机器人磨抛力主动柔顺控制策略、被动柔顺控制装置、主被动柔顺控制方法等方面的主要研究成果,分析了各种典型控制方法的原理及实现过程,比较了各方法的优缺点,并指出了目前研究存在的问题。最后总结了关键技术难点并展望了发展趋势。
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    7. 负载不平衡下小样本数据的轴承故障诊断
    何强, 唐向红, 李传江, 陆见光, 陈家兑
    中国机械工程    2021, 32 (10): 1164-1171,1180.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.004
    摘要783)      PDF (6051KB)(484)    收藏
    针对轴承振动信号易受负载不平衡干扰以及轴承故障样本量少的问题,提出了一种基于梯度惩罚Wasserstein距离生成对抗网络(WGAN-GP)和自注意力卷积神经网络(SeCNN)的轴承故障诊断方法。对轴承振动信号进行短时傅里叶变换,得到易于WGAN-GP处理的时频谱样本,分为训练集、验证集、测试集;将训练集输入到WGAN-GP中进行对抗训练,生成与训练样本分布相似的新样本,并添加到训练集中以扩充训练集;将扩充后的训练集输入到SeCNN中进行学习,并将训练好的模型应用于测试集,输出故障识别结果。对CUT-2平台负载不平衡轴承数据集进行分析,实验结果表明,所提方法能够准确有效地对轴承故障进行分类。
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    8. 电机散热系统的研究现状与发展趋势
    汤勇, 孙亚隆, 郭志军, 张仕伟, 袁伟, 唐恒, 梁富业
    中国机械工程    2021, 32 (10): 1135-1150.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.001
    摘要774)      PDF (15987KB)(523)    收藏
    高效率的散热系统是抑制电机温升、提高电机运行稳定性和延长电机寿命的重要基础。详细介绍了风冷、液冷和蒸发冷却三种电机常用散热系统的发展现状;分析讨论了各类电机散热系统的优缺点和适用范围,重点综述了目前国内外在提高电机散热系统冷却效率方面的研究进展。结合额外热路增强型电机散热方案和相变散热技术提出了以相变传热器件来提高电机散热效率的新方案,最后对电机散热系统的发展趋势进行了科学预测与展望。
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    9. 基于机器学习和多目标算法的钛合金插铣优化
    翁剑, 庄可佳, 浦栋麟, 丁汉,
    中国机械工程    2021, 32 (07): 771-777.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.002
    摘要749)      PDF (3242KB)(526)    收藏
    针对钛合金的插铣加工过程开展试验和优化研究。以材料去除率和切削力为目标,采用机器学习和多目标优化算法相结合的方法来优化插铣切削参数;以主轴转速、径向切削宽度、切削步距和每齿进给量为试验变量,采用田口方法对试验变量组进行缩减。将机器学习方法与传统一阶和二阶回归方法比较,发现机器学习有很好的预测精度且解集分布更合理。分别采用MOEA/D、NSGA-Ⅱ、SPEA2、NSPSO算法对问题进行求解,并比较它们的性能,结果表明NSGA-Ⅱ综合表现最佳。最后将优化结果与初始参照进行比较,发现优化结果可以显著提高材料去除率并减小切削力,达到了高效稳定加工的目的。
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    10. 2022年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述
    叶鑫, 朱明亮, 黄志权,
    中国机械工程    2023, 34 (04): 379-386.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.001
    摘要706)      PDF (2658KB)(315)    收藏
    介绍了2022年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科(工程科学二处)科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况,阐述了学科在落实科学基金改革、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措,展望了2023年的主要工作。
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    11. 高强钢热冲压结构件三维激光切割回弹规律及精度补偿方法
    李守港, 刘鹏, 刘祥, 胡志力,
    中国机械工程    2022, 33 (22): 2741-2747.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.012
    摘要697)      PDF (7408KB)(103)    收藏
    为了减小高强钢车身结构件三维激光切割过程中回弹缺陷对切割精度的影响,将热冲压后的高强钢车身构件应用于三维激光切割,研究其回弹特性。以某车型的高强钢车身结构件A柱为研究对象,利用有限元仿真软件AUTOFORM与ABAQUS分别建立了热冲压和激光切割有限元模型,通过数值模拟得到回弹值分布图,揭示了车身结构件在切割后轮廓的回弹规律。根据基于回弹预测的直接补偿方法对轮廓进行补偿以确定最佳切割轮廓,对A柱冲压半成品进行切割试验验证,试验结果表明,所提补偿方法能够将轮廓误差控制在公差范围内,轮廓误差减小约28.5%,型面回弹减小约38.3%,验证了该补偿方法的有效性。
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    12. 盾构机关键零部件再制造修复技术综述
    李方义, 戚小霞, 李燕乐, 王黎明, 杜际雨, 许京伟, 孟晓宁
    中国机械工程    2021, 32 (07): 820-831.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.009
    摘要691)      PDF (4769KB)(527)    收藏
    阐述了我国盾构机再制造的发展现状并指出了我国盾构机再制造发展的不足与挑战,综述了盾构机主轴承、刀具刀盘、液压系统、减速机、螺旋输送机等关键部件的损伤形式及目前常用的再制造修复方法。分析了激光熔覆、热喷涂、冷喷涂、冷焊等增材修复技术在盾构机再制造方面的潜能和优势,最后展望了盾构机再制造的发展趋势。
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    13. 水上应急救援关键装备技术现状与发展
    赵杰超, 金浩, 陈健, 潘长城, 张英香, 王吉武, 翁大涛
    中国机械工程    2022, 33 (04): 432-451,458.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.007
    摘要682)      PDF (3281KB)(443)    收藏
    为推进国家应急管理体系和能力现代化,结合我国水上应急救援能力建设现状,深度剖析近年来一些典型水上应急救援案例暴露出的关键问题,指出“体系建设”是我国应急救援装备技术建设亟待加强的核心问题。从“陆海空天”一体化建设的角度出发,瞄准人命救助、环境救助、财产救助和应急抢险打捞四大使命任务,系统性地将水上应急救援关键装备技术按照天基、空基、水面和水下4个维度划分为7大类型。针对每种类型关键装备技术建设现状及存在的问题,综合采用德尔菲法、头脑风暴法和文献计量法针对性地开展发展趋势研判,从七大类关键装备技术中遴选出13项亟需重点关注的关键装备技术,系统分析了每项关键装备技术当前面临的挑战,给出了其在未来5~15年发展目标和核心建设任务的建议。
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    14. 基于修正Preston方程的百页轮抛光材料去除深度建模
    张军锋, 史耀耀, 蔺小军, 吴晓君
    中国机械工程    2022, 33 (22): 2711-2716.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.008
    摘要681)      PDF (4289KB)(167)    收藏
    由于百页轮具有一定的柔性,故实际材料去除深度与名义抛光深度不一致,直接影响抛光效率及表面质量的控制。基于Hertz弹性接触理论建立了抛光接触区抛光压力和切削速度分布函数,并依据修正的Preston方程建立了材料去除深度模型,据此确定了影响材料去除深度的关键抛光工艺参数(磨粒粒度、主轴转速、百页轮变形量和进给速度),获得了百页轮抛光接触区的材料去除深度分布规律和关键抛光工艺参数对材料去除深度的影响规律。最后,通过模拟仿真和抛光实验验证了所建模型和影响规律的正确性,结果表明,该模型可以较好地预测百页轮柔性抛光的材料去除深度。
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    15. 基于长短期记忆近端策略优化强化学习的等效并行机在线调度方法
    贺俊杰, 张洁, 张朋, 汪俊亮, 郑鹏, 王明
    中国机械工程    2022, 33 (03): 329-338.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.009
    摘要679)      PDF (6559KB)(521)    收藏
    针对等效并行机在线调度问题,以加权完工时间和为目标,提出了一种基于长短期记忆近端策略优化(LSTM-PPO)强化学习的在线调度方法。通过设计融合LSTM的智能体记录车间的历史状态变化和调度策略,进而根据状态信息进行在线调度。设计了车间状态矩阵对问题约束和优化目标进行描述,在调度决策中引入额外的设备等待指令来扩大解空间,并设计奖励函数将优化目标分解为分步奖励值实现调度决策评价。最后基于PPO算法进行模型更新和参数全局优化。实验结果表明所提方法优于现有的几种启发式规则,并将所提算法应用于实际车间的生产调度,有效减小了加权完工时间和。
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    16. 蜗杆砂轮磨齿加工参数优化
    王利亭, 赵秀栩, 李娇
    中国机械工程    2021, 32 (17): 2136-2141.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.015
    摘要628)      PDF (1083KB)(272)    收藏
    以蜗杆砂轮磨削加工20CrMnTi齿轮为研究对象,选择均匀设计试验法,研究磨削参数(砂轮线速度vs、砂轮沿齿轮轴向进给速度vw、磨削厚度ap)对齿面粗糙度的影响。采用二级逐步回归方法建立磨削参数与齿面粗糙度的回归模型,构建了以加工效率、齿面粗糙度为多目标的优化模型,采用粒子群优化算法对磨削参数进行了优化。试验结果表明,使用优化后的磨削参数加工可以提高加工效率、减小齿面粗糙度。
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    17. 螺栓连接微观摩擦到宏观动力学研究综述
    曹军义, 刘清华, 洪军
    中国机械工程    2021, 32 (11): 1261-1273.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.001
    摘要627)      PDF (7675KB)(477)    收藏
    螺栓连接作为一种典型的机械装配结合方式,在航空航天、武器装备、能源化工和交通运输等关键机械装备设计和运行中扮演着至关重要的角色,但螺栓连接也引入了刚度和阻尼非线性因素,给装备的动力学性能预测和服役可靠性带来了新的挑战,这些促使螺栓连接研究涉及界面微观摩擦到宏观结构动力学多个学科。总结分析了螺栓连接界面微观摩擦到宏观动力学研究领域螺栓接头摩擦本构模型的分形表征、统计求和模型和Iwan模型的建模方法,归纳了目前国际上螺栓连接的几种实验测试基准系统,概述了螺栓连接宏观动力学问题中涉及的非线性建模、参数辨识、数值仿真技术和结构健康监测等多方面的最新技术进展,展望了未来螺栓连接动力学需要重点开展研究的方向。
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    18. 化学机械磨削技术研究现状与展望
    任莹晖, 周家恒, 李伟, 周志雄, 李陈方
    中国机械工程    2021, 32 (18): 2143-2152.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.18.001
    摘要626)      PDF (6455KB)(485)    收藏
    化学机械磨削能通过化学机械协同过程实现单晶硅、石英玻璃等硬脆材料的超精密高质低损加工,被广泛应用于半导体以及光学等领域器件的平坦化加工。在综述化学机械磨削技术材料去除机理、磨削工艺以及复合加工工艺等方面研究现状的基础上,对上述研究现阶段存在的问题进行了分析讨论。分析表明,从固固相化学反应机制和化学机械协同效应角度揭示化学机械磨削机理,有助于从材料去除机理、磨具结构设计以及复合加工工艺开发等角度创新得到提高该技术加工效率的可行性方法。最后,对化学机械磨削技术在多样化加工对象、较复杂结构加工、多能场复合加工工艺以及智能数据库开发等方向的发展进行了展望。
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    19. 机器人辅助腹腔镜手术中力感知技术的研究进展
    张建勋, 姚斌, 代煜, 夏光明,
    中国机械工程    2021, 32 (21): 2521-2531.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.21.001
    摘要626)      PDF (4488KB)(600)    收藏
    为了推动机器人辅助腹腔镜手术中力感知技术的深入研究和临床应用,综述了其研究进展。针对有传感器的力感知,将其分为基于电信号和基于光信号两类,分析了传感器在手术器械上的位置分布、机械结构、测量范围、测量精度和电磁兼容性等关键指标,并讨论了其优势和局限;针对无传感器的力感知,将其分为基于视觉和基于动力学模型两类,并分析了其实现方法、技术障碍和误差来源。最后,展望了机器人辅助腹腔镜手术中力感知技术的发展趋势。
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    20. 基础装备制造及高档集成数控机床研究进展
    胡涞, 查俊, 朱永生, 位文明, 李东亚, 罗明, 牛文铁, 陈耀龙
    中国机械工程    2021, 32 (16): 1891-1903.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.16.001
    摘要624)      PDF (26502KB)(597)    收藏
    为解决航空航天制造领域面临的关键问题以及提高机床行业的服务能力,机床行业提出建设航空航天制造领域高档数控机床创新能力平台。总结了创新平台的基础装备制造及高档数控机床的四个方面研究进展,包括电主轴单元技术(高速主轴刀柄刀具系统动力分析、数字化仿真和样机模态验证分析)、机床设计(直线轴进给系统刚柔耦合机电耦合动力学、多轴联动与高速五坐标混联加工装备、摆动/回转进给系统的机电耦合动力学模型验证分析、MTC1000镗铣磨复合加工中心结构创新设计)、机床控制(高速启停残留振动抑制技术验证分析)和机床验证(航空航天结构件高速加工现场的数据采集、映射与存储技术分析)。最后展望了基础装备制造和高档数控机床的发展方向。
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    21. 基于混合遗传鲸鱼优化算法的柔性作业车间自动导引车融合调度方法
    李西兴, 杨道明, 李鑫, 吴锐,
    中国机械工程    2021, 32 (08): 938-950,986.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.008
    摘要620)      PDF (8426KB)(289)    收藏
    针对柔性作业车间调度问题,考虑自动导引车(AGV)在车间制造过程中只参与装卸和搬运工作,提出一种实现AGV路径规划与柔性作业车间调度集成优化的融合调度模型。采用基于工序排序与机器选择两个子问题的二维向量编码方案,并在解码过程中提出基于最先服务原则的AGV安排策略。对鲸鱼优化算法进行离散化改进,针对性地设计了多种种群初始化策略,引入遗传算法的交叉、变异操作以提升鲸鱼优化算法的全局搜索能力,并嵌入局部搜索算法以达到全局搜索和局部搜索的平衡,构建了一种混合遗传鲸鱼优化算法(HGWOA)来求解该融合调度模型。通过经典测试算例验证了算法性能,并使用正交试验优化了算法参数。研究结果表明,HGWOA算法用于求解柔性作业车间AGV融合调度问题可以获得较好的效果。
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    22. 基于自适应自相关谱峭度图的滚动轴承故障诊断方法
    郑近德, 王兴龙, 潘海洋, 童靳于, 刘庆运
    中国机械工程    2021, 32 (07): 778-785,792.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.07.003
    摘要616)      PDF (5363KB)(352)    收藏
    自相关谱峭度图通过最大重叠离散小波包变换对信号频谱进行分割,并选取最大峭度值所对应频带内的信号进行诊断分析。针对自相关谱峭度图方法在分割频带时因遵循二叉树结构而导致的频带划分区域固定问题,提出一种基于自适应自相关谱峭度图方法的滚动轴承故障诊断方法。自适应自相关谱峭度图方法以改进的经验小波变换为基础,对原始信号傅里叶谱进行包络与平滑处理后再分割,实现了自相关谱峭度图方法自适应分割频带的目的。通过仿真信号与实验数据分析,并将所提方法与快速谱峭度及自相关谱峭度图方法进行对比,结果表明,所提出方法能够准确地检测到合适的解调频带,同时其故障特征更加明显。
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    23. 20年来齿轮测量技术的发展
    石照耀, 于渤, 宋辉旭, 王笑一
    中国机械工程    2022, 33 (09): 1009-1024.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.001
    摘要614)      PDF (72652KB)(542)    收藏
    推动齿轮测量技术发展的力量有两股,一是齿轮产业发展对齿轮测量不断提出的新要求,二是不断进步的关联技术在齿轮测量领域的渗透。21世纪以来,这两股力量的交汇推动了齿轮测量技术的快速发展。在简要回顾20世纪齿轮精度理论和齿轮测量技术演变的基础上,提出了齿轮广义精度理论的基本要义,从齿轮全信息测量技术、面向生产现场的齿轮在线快速分选检测技术、面向特大齿轮和微小齿轮的极端测量技术、高精度齿轮样板及量值传递等多个方面系统归纳了20年来齿轮测量技术的新发展。齿轮精密测量肇始至今已历经百多年,目前处在第三代齿轮测量向下一代齿轮测量跨越的关键阶段。提出了下一代齿轮测量的整体技术构想,列出为实现下一代齿轮测量必须攻克的基础理论和关键技术问题,展望了未来10年齿轮测量的研究重点和科学问题。
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    24. 数字孪生驱动的数控铣削刀具磨损在线监测方法
    李聪波, 孙鑫, 侯晓博, 赵希坤, 吴少卿
    中国机械工程    2022, 33 (01): 78-87.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.009
    摘要602)      PDF (11516KB)(566)    收藏
    针对数控铣床不断老化导致刀具磨损预测模型误差较大,加工过程中动态数据难以在线采集等问题,提出一种数字孪生驱动的刀具磨损在线监测方法。采用神经网络对加工过程中的多源数据进行特征提取,建立考虑机床老化的刀具磨损时变偏差量化模型,并在此基础上提出数控铣削刀具磨损的在线预测方法;开发了面向刀具磨损的数控铣削数字孪生系统,在线感知加工过程中的动态数据并实时仿真刀具磨损过程;最后,将该方法应用于实际加工中并与其他的预测方法进行了对比,结果表明该方法有效降低了机床老化带来的误差,实现了刀具磨损的精确预测。
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    25. 基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究
    宫燃, 张真宇, 程志高, 徐宜, 张鹤
    中国机械工程    2021, 32 (14): 1639-1646.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.001
    摘要601)      PDF (5466KB)(493)    收藏
    为预测重载越野车辆传动系统中密封系统的流固耦合特征,综合考虑密封环在微小约束空间内的受力状态以及密封间隙流场中的流动特点,建立了密封环双向流固耦合数值模型并提出了求解策略。采用多物理场代码耦合工具MpCCI联合FLUENT与Abaqus软件对旋转密封系统进行双向流固耦合数值计算,获得了旋转密封间隙流场中油液的流动状态。分析了密封环变形对密封系统泄漏量和密封环摩擦转矩的作用特征,通过双向流固耦合的动态模拟考察了传动系统工况对密封环性能的影响。利用车辆传动系统密封环综合性能试验台进行了密封性能的试验测试,对比发现计算值和试验值的变化规律具有一致性,验证了密封流固耦合数值模型及其计算结果的正确性。
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    26. 我国中小企业数字化转型的模式与对策
    王柏村, 朱凯凌, 薛塬, 白洁, 臧冀原, 谢海波, 杨华勇,
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1756-1763.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.013
    摘要598)      PDF (5220KB)(428)    收藏
    推动中小企业数字化转型对我国制造业的全面提质增效具有重大意义。中小企业在数字化转型中存在成本过高、路径模糊、人才短缺等问题,且缺少数字化转型的分析框架与参考范式,因此构建了中小企业数字化转型的分析框架,明确了实现数字化转型关键因素,通过案例研究归纳提出了中小企业数字化转型的四类基本路径模式。基于上述研究,为我国中小企业的数字化转型提出针对性对策建议,以期推动中小企业数字化、智能化发展。
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    27. 微量润滑复合增效技术及其应用研究进展
    杨简彰, 王成勇, 袁尧辉, 袁松梅, 王西彬, 梁赐乐, 李伟秋
    中国机械工程    2022, 33 (05): 506-528.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.05.001
    摘要588)      PDF (22261KB)(429)    收藏
    微量润滑技术具有切削液用量少、润滑效率高等优点,但在特定工况下仍存在冷却性不足以及润滑不充分等问题。微量润滑复合增效技术,如低温冷风、液态CO2等,综合了良好冷却和润滑优势,可有效解决难加工材料清洁切削加工难题。综述了各类微量润滑复合增效技术原理、关键装置及其工艺应用最新研究进展,详细剖析了各类装置性能及其参数调控特性。结合微量润滑复合增效应用形式和作用机制,系统分析了其在钛合金、镍基合金、不锈钢等难加工材料的应用性能,并对各类微量润滑复合增效技术进行了可持续性分析,为清洁切削技术的工程应用提供技术支撑和参考。
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    28. 刚软结合可穿戴手部康复装置设计
    刘冬, 王明昊, 毕聪, 水生财, 丛明, 杜宇
    中国机械工程    2021, 32 (08): 930-937.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.007
    摘要583)      PDF (7531KB)(219)    收藏
    手部康复装置是用于手部功能恢复治疗的装置,刚性装置柔性不足、贴合性差,容易造成二次伤害;软体装置驱动力小,且复杂软体装置不易制作。为克服刚性装置与软体装置的缺点,提出了一种结合软体关节与刚性指节的可穿戴手部康复装置。分析人手的生物结构,设计软体关节结构并分析其弯曲特性,基于刚软结合设计气动手指执行器,并进行有限元应力与变形分析;完成软体硅胶关节模具和手部康复装置的制作;搭建气动手指执行器测试实验平台,测试刚软结合手指执行器的弯曲特性和指尖力,并进行手部康复装置对不同形状物体的抓取实验。结果表明所设计的刚软结合可穿戴手部康复装置可实现手部抓握等运动功能的康复训练。
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    29. 融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法
    戴佳斌, 张洁, 吴立辉
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1640-1646.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.001
    摘要566)      PDF (4600KB)(157)    收藏
    晶圆制造过程中的生产特征数据大规模、特征间复杂关联和特征样本强相关特性导致晶圆加工周期预测效率低与预测精度不高,因此提出了一种融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法。首先,利用Relief-F算法对生产特征数据进行降维处理;然后,基于模糊C均值算法对数据样本进行工艺相似性聚类,并设计并行门控循环单元网络来挖掘晶圆lot特征样本间的强相关特性;最后,设计了双重注意力机制来学习关键特征内部及特征与加工周期的复杂关联信息。实验结果表明,所提出方法能有效缩短预测训练时间,提高预测精度
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    30. 低温液氮冷却下高速切削淬硬钢的切屑形成及刀具磨损
    吴世雄, 张文锋, 刘广东, 王成勇
    中国机械工程    2022, 33 (05): 551-559.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.05.003
    摘要565)      PDF (7443KB)(112)    收藏
    针对低温液氮冷却下淬硬钢高速车削过程中切屑形成及刀具磨损机理尚缺乏相关研究的问题,开展了液氮冷却下的淬硬钢高速切削研究,并与干切进行了对比。分析了切削力、切削温度、切屑特征以及刀具磨损特征,讨论了冷却润滑、切屑形成及刀具磨损机理。结果表明: 与干切相比,各组实验中低温液氮冷却切削的切削温度降低了6.9%~9.9%,因材料硬化使得切削力增大了10.1%~12.8%;低温液氮冷却下,切屑锯齿化程度相比干切明显增大,这与第一变形区应力应变更大、切屑形成存在从热塑性剪切失稳到周期性脆性断裂的过渡有关;低温液氮对切削界面的润滑降低了切削热,液氮强射流吹离了高热切屑,强传热换热能力可迅速置换切削区热量;与干切相比,低温液氮明显减小了黏结磨损,通过冷却增强刀体减缓了刀具微剥落,刀具寿命延长了28.6%~47.1%;低温液氮冷却下,黏结不再是主要磨损机理之一,磨粒磨损、冲击磨损为主要磨损机理,后刀面片状剥落和微崩刃为主要刀具破损形式。
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    31. 基于多模型融合的内河船舶航行轨迹预测方法
    张阳, 高曙, 何伟, 蔡菁
    中国机械工程    2022, 33 (10): 1142-1152.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.10.002
    摘要563)      PDF (2807KB)(283)    收藏
    内河航运是现代综合运输体系的重要组成部分,实时和高精度的船舶轨迹预测方法能够有效规避水上交通事故、增强船舶自动化与智能化监管能力。针对现有内河船舶轨迹预测方法精度不高的问题,以提高船舶轨迹短期预测精度为目标,综合使用待测船舶近期船舶自动识别系统(AIS)数据和历史AIS数据,基于轨迹与航速和航向间的内在联系以及内河航道特点,构建了面向航速和航向预测的时域卷积网络模型、船舶轨迹动力学方程模型、自适应双隐层径向基函数网络等模型,提出了基于多模型融合的船舶轨迹预测方法。实验结果表明,所提方法轨迹预测精度有明显提高,并能满足实时性要求。
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    32. 复合材料预制体成形制造工艺与装备研究
    单忠德, 刘阳, 范聪泽, 汪俊
    中国机械工程    2021, 32 (23): 2774-2784,2931.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.001
    摘要559)      PDF (13069KB)(275)    收藏
    从制造工艺和装备研制的角度总结了复合材料预制体成形技术发展历程,分析了复合材料预制体成形制造工艺的技术特点,列举了国内外复合材料预制体成形制造典型的工艺与装备现状以及存在的问题及差距,并分析展望了复合材料预制体成形技术的未来发展方向及趋势。发展高性能复合材料构件数字化精确成形制造技术及装备,能更好推动我国复合材料技术进步,并实现更加广泛的推广应用。
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    33. 船用混合动力推进系统能量管理系统关键技术研究现状
    孙晓军, 宋恩哲, 姚崇
    中国机械工程    2022, 33 (04): 469-481,495.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.010
    摘要556)      PDF (4818KB)(348)    收藏
    面对能源短缺和排放法规严格的问题,使用新型混合动力系统成为船舶未来发展的重要方向。分析了航运业所面临的挑战,阐述了船舶混合动力优势和必要性,并总结归纳能量管理系统的拓扑结构和实现构架;对能量管理系统研究现状进行剖析,提出了混合动力系统多能源耦合能量管理策略的发展路线;剖析了船舶混合动力系统能量管理策略研发所面临的挑战,展望了未来发展的趋势及深入研究的方向,为船舶混合动力绿色化、智能化的发展提供了研发方向。
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    34. 船用柴油/天然气双燃料发动机模式切换控制策略研究
    宋恩哲, 蒋中州, 姚崇, 赵国锋
    中国机械工程    2022, 33 (04): 388-396.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.002
    摘要553)      PDF (4803KB)(230)    收藏
    船用柴油/天然气双燃料发动机在实际运行过程中,纯柴油模式与双燃料模式之间的切换极易造成发动机转速波动大、运行不稳定等情况,危害发动机的正常运行,此外,一些紧急情况(如天然气燃料不足、负荷突卸等)下,发动机需要快速平稳地完成不同模式的切换。针对这一需求,在控制系统硬件不变的前提下,根据双燃料发动机运行需求和机理,设计了基于规则的双燃料发动机模式切换控制策略,其中,柴油转双燃料模式采用倒逼控制方法,双燃料转柴油模式分为主动切换与被动切换以应对不同控制需求。所设计的切换控制策略根据实验标定数据和软件算法,实现了不同燃料模式的相互切换。最后,搭建了基于YC6K双燃料发动机实验平台,验证了不同运行工况下的模式切换控制性能。结果表明:所设计的切换控制策略满足各工况下的切换控制需求,提高了整机运行性能。
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    35. 采用改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法求解不相关并行机混合流水车间调度问题
    郑堃, 练志伟, 顾新艳, 朱长建, 徐慧, 冯雪晴
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1647-1658,1671.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.002
    摘要551)      PDF (4458KB)(114)    收藏
    针对不相关并行机的混合流水车间调度问题,提出了改进两点交叉算子(ITPX)的自适应遗传算法。首先,利用精确取点方式提高两点交叉算子的求解性能;其次,论证了基于激素调节的自适应选择概率引导种群的收敛趋势;然后,建立优质染色体池和记忆因子来记录种群迭代的优质解,并实现两种不同区域的交叉。实验结果表明,ITPX可节省优化时间,提高求解性能;自适应概率可增强收敛性;改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法(ITPX-IAGA)可缩短40%以上的求解时间,并提高求解性能。
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    36. 基于4-UPS/CPC并联机构的多维调姿隔振平台设计
    张英, 孙豪, 马帅帅
    中国机械工程    2021, 32 (13): 1513-1522,1529.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.001
    摘要547)      PDF (9410KB)(267)    收藏
    提出了一种用于轮腿式机器人载运车的多维调姿隔振平台,该平台以4-UPS/CPC并联机构为主体,辅以弹簧阻尼模块,将调姿与隔振功能相结合,以满足载运车在工作过程中的姿态调整和隔振需求。以并联机构的工作空间、静刚度和灵巧度为目标,进行了4-UPS/CPC并联机构结构参数的优化设计;建立了路面谱模型,使用差分预测算法对载运车在C级路面上行走时保持上平台水平所需的支链长度进行了预测,通过仿真验证了所设计平台调姿功能的有效性;建立了多维隔振系统的振动模型,采用理论及仿真方法研究了系统在受迫振动下的振动响应,结果表明,隔振平台在5个自由度方向的隔振率均在57%以上;设计了隔振平台样机,搭建了实验系统,并进行了X、Y和Z方向的隔振实验,实验结果表明,所设计的多维调姿隔振平台在测试的3个方向上的隔振率均在50%以上,具有良好的隔振性能。
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    37. 管道攀爬机器人非接触变磁隙式永磁吸附机构的设计与吸附性能优化
    郭登辉, 陈原
    中国机械工程    2021, 32 (14): 1659-1668.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.004
    摘要546)      PDF (3267KB)(613)    收藏
    设计了一种能自适应吸附不同直径管道的非接触变磁隙式攀爬机器人。采用矢量磁位法和有限元法建立了吸附机构的磁场分布模型和磁吸附力模型。基于空间力系统的平衡方程建立了机器人的力学模型,得出爬壁机器人需要的最小磁吸附力。基于磁场和磁吸附力的理论模型与Maxwell仿真,通过离散组合法得到了最优磁铁宽度和磁吸附力。通过不同磁场和磁吸附力的对比计算,在最优磁铁宽度为80 mm时,得出近似圆弧机构单位体积的磁吸附力为0.0078 N/mm3,大于矩形磁铁单位体积的磁吸附力0.0047 N/mm3,它产生的磁吸附力满足单个机构所需的最小磁吸附力2100 N的负载要求。最后,通过实验获得了磁吸附机构的磁吸附力特性,证明了磁吸附机构优化设计的可行性。
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    38. 双电机精密传动机构消隙方法研究
    郑杰基, 陈凌宇, 范大鹏, 谢馨
    中国机械工程    2022, 33 (22): 2684-2692.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.005
    摘要546)      PDF (6537KB)(314)    收藏
    针对双电机精密传动机构两路传动链间隙引起的速度波动大与冲击的问题,对系统的间隙消除方法展开了研究。建立了包含行星减速器输出端齿轮与大齿圈啮合间隙的机构动力学模型,通过模型仿真分析了传动链间隙大小对系统特性的影响;在此基础上,提出了基于速度指令的动态偏置力矩和基于差速负反馈的交叉耦合同步控制相结合的复合消隙方法。搭建了双电机精密传动机构实验测试装置,进行了消隙方法的验证实验。实验结果表明,在简单的速度闭环情况下,所提的复合消隙方法不仅能够保证完全消除系统间隙,还可以将系统速度跟踪精度最大提高73.38%,启动阶段的冲击幅值最大衰减76.35%。研究成果为双电机精密传动机构高精度控制方法的进一步研究打下基础,为齿轮传动系统间隙的消除提供了一种参考方案。
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    39. 谐波减速器加速寿命试验方法研究
    王巧, 杜雪松, 宋朝省, 朱才朝, 孙健铨, 廖德林
    中国机械工程    2022, 33 (19): 2317-2324.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.005
    摘要539)      PDF (5879KB)(280)    收藏
    目前,工程中亟需一种谐波减速器加速寿命试验方法来替代全寿命试验,以减少试验周期和成本。基于加速寿命试验原理,提出了一种基于谐波减速器失效特性的恒定应力加速寿命试验方案,以谐波减速器最易发生失效的柔轮为对象,给出了确定失效判定、加速应力、加速系数、加速模型的方法。在小样本试验数据处理中,通过采用极大似然法和马尔科夫蒙特卡洛法得到了更为准确的威布尔分布参数估计。样机的实验结果表明该方案能有效描述谐波减速器的寿命,其基本额定寿命的可靠度评价标准比中位寿命的评价标准高出62%,有效地评估了谐波减速器的寿命指标,研究结果具有一定的工程应用价值。
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    40. 基于耗散性理论的汽车底盘集成非线性鲁棒约束优化控制
    张家旭, 赵健, 施正堂, 杨雄
    中国机械工程    2021, 32 (08): 883-889.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.08.001
    摘要535)      PDF (4376KB)(357)    收藏
    针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统集成控制问题,基于耗散性理论设计了一种非线性鲁棒控制器。将未建模动态、模型参数和反馈信号测量误差作为系统的加性不确定性和乘性不确定性,建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车底盘集成控制模型;基于耗散性理论设计汽车底盘集成非线性L2增益控制律来抑制系统的加性不确定性对系统性能的影响,并采用投影修正法设计自适应律来实时估计和补偿系统的乘性不确定性;采用逐步二次规划法来实现汽车底盘集成非线性L2增益控制律输出的校正横摆力矩约束优化分配。最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的汽车底盘集成非线性鲁棒控制器的可行性和有效性进行了验证。
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