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1. 小样本下混合自注意力原型网络的风电齿轮箱故障诊断方法

余浩帅, 汤宝平, 张楷, 谭骞, 魏静

中国机械工程 2021, 32 (20): 2475-2481. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.20.010

摘要（565）

PDF （4907KB）（472）

针对部分风场因有标签故障样本数据稀少而导致风电齿轮箱故障诊断准确率不高的问题，提出了一种小样本下混合自注意力原型网络的故障诊断方法。首先，通过原型网络将振动信号映射到故障特征度量空间;然后采用位置自注意力机制和通道自注意力机制进行矩阵融合构建混合自注意力模块，建立原始振动信号的全局依赖关系，获取更具判别性的特征信息，学习风电齿轮箱各健康状态下的度量原型；最后通过度量分类器进行模式识别，实现小样本条件下风电齿轮箱的故障诊断。实验结果表明，所提出的混合自注意力原型网络故障诊断方法在不同小样本数据集上均能实现风电齿轮箱高精度故障诊断。

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2. 基于多源同步信号与深度学习的刀具磨损在线识别方法

尹晨, 周世超, 何建樑, 孙宇昕, 王禹林

中国机械工程 2021, 32 (20): 2482-2491. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.20.011

摘要（535）

PDF （8009KB）（145）

为提高刀具状态监测系统的实用性、避免实际加工过程中工序变换产生的信号干扰，提出一种基于多源同步信号与深度学习的刀具磨损在线识别方法。该方法利用自动触发的方式实现了机床运行在特定工序时的刀具振动、主轴功率、数控系统参数等多源信号的同步在线采集，保证信号同步性的同时有效避免了因工序变换而产生的信号波动干扰；进一步利用高频振动特征实现了 “切削过程”与“切削间隙”采集样本的准确划分，并基于皮尔逊积矩相关系数筛选出强关联特征，保证了多源监测信号融合样本的可用性；最后基于一维卷积神经网络建立了刀具磨损在线识别模型。实验结果表明，该方法无论从识别精度还是诊断效率，均能实现实际加工过程中刀具磨损状态的在线识别。

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3. 基于组合神经网络的风机轮毂处短期风速预测

马军岩, 袁逸萍, 柴同, 赵琴

中国机械工程 2021, 32 (17): 2082-2089. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.009

摘要（419）

PDF （3638KB）（223）

综合考虑风电机组轮毂处历史风速规律和近期数值气象预报风速变化，对时间尺度为6 h以内的风电机组轮毂处风速进行预测。为提高风速骤变情况下短期风速预测精度，提出一种新的组合神经网络。针对信号分解后的不同频率子序列特点，采用深度卷积神经网络和门控循环递归单元对趋势项子序列进行预测，用建立的Elman循环递归神经网络对细节项子序列进行预测。利用降尺度后的数值气象预报风速来判断风速骤变拐点，采用广义自回归条件异方差模型对非拐点风速预测值进行修正。最后，利用新疆某风电场实际风速数据进行实验，以平均绝对误差、均方误差及平均绝对百分比误差计算确定性预测精度，以覆盖率和区间宽度计算不确定性预测精度，结果验证了所提算法的有效性。

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4. 基于迁移学习的离心鼓风机故障预警方法

李聪波, 王睿, 张友, 蒋立君, 孙皓

中国机械工程 2021, 32 (17): 2090-2099,2107. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.010

摘要（397）

PDF （9592KB）（306）

工厂实际运行环境下，基于实验室数据的离心鼓风机故障预警模型常常失效，且实际运行数据难以支撑高精度预警模型的构建。提出一种基于自编码的迁移学习方法来快速构建适用于实际运行环境的故障预警模型。首先对实验室采集的离心鼓风机监测数据进行加窗重采样，建立融合稀疏限制的自编码模型；然后将工厂和实验室数据输入自编码网络得到低维特征，最小化两者低维特征的最大均值差异，进而采用较小学习率调整自编码模型完成模型迁移；最后，基于调整后的模型与预警指标制定故障预警策略，实现工厂实际环境下离心鼓风机故障的准确预警。在某型号离心鼓风机数据集上的实验结果表明，该方法与其他三种方法相比具有更高的故障预警精度。

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5. 基于轻量级梯度提升机的非对称风险注塑成形产品尺寸预测模型

刘永兴, 唐小琦, 钟靖龙, 钟震宇, 周向东

中国机械工程 2022, 33 (08): 965-969. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.011

摘要（370）

PDF （3332KB）（138）

受温度、气压等环境不稳定因素的影响，注塑成形加工过程中工艺参数发生变化，从而导致产品精度下降，产品降级或报废。针对类似环境不稳定因素影响问题，利用加工过程中的数据进行注塑成形尺寸预测，有助于不合格产品的及时发现，减少不合格品的产生。基于轻量级梯度提升机（LightGBM）框架设计了基于加工过程数据及参数的注塑成形产品尺寸预测模型，通过特征提取、异常数据处理、数据集划分、模型训练、模型验证等步骤，建立了具有非对称风险特征的产品尺寸预测模型。针对产品尺寸超规的非对称风险问题，在模型训练过程中引入了基于尺寸范围的加权修正方法，以提高预测模型对超规尺寸的预测精度。最后利用富士康注塑成形尺寸预测数据集进行了验证，结果表明，该模型对超规尺寸具有更高的预测精度，尺寸预测结果平均误差为0.015 mm，考虑非对称风险的加权平均误差为5×10-6 mm。

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6. 基于支持向量回归积和改进粒子群算法的特定区间盾构机作业参数选取

许哲东, 侯公羽, 杨丽, 黄小军

中国机械工程 2022, 33 (24): 3007-3014. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.24.012

摘要（363）

PDF （3317KB）（113）

为实现特定区间盾构机作业参数更准确的选取，提出了基于支持向量回归积(e-SVR)和改进惯性权重降低速度粒子群优化（IIWDSPSO）算法的盾构机作业参数选取模型。基于e-SVR构建掘进参数、地层参数、几何参数与地表沉降值之间的非线性关系模型，并基于实际盾构施工数据与人工神经网络模型、随机森林模型进行性能对比分析；通过10组仿真实验分析惯性权重降低速度对算法性能的影响，基于分析改进的粒子群优化算法优化特定地层参数和几何参数区间的掘进参数。结果表明，e-SVR模型对盾构施工数据样本具有更好的拟合和泛化能力，所提出的IIWDSPSO算法具有更好的准确性、稳定性和收敛概率。实际工程应用结果也验证了所提模型求解出的特定区间掘进参数能使地表沉降值相对更小，得到的掘进参数能够为实际工程提供更准确和可靠的参考。

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7. 基于实例推理的模具零件加工工艺决策模型构建及应用

夏琴香, 曾伟国, 陈明星, 肖刚锋, 黄国军

中国机械工程 2022, 33 (08): 970-976，985. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.012

摘要（362）

PDF （6737KB）（187）

针对传统模具零件加工工艺依靠人工编制而导致的效率低、设计周期长，无法适应现代模具零件多品种、小批量、高效智能化生产的需求，构建了一种基于实例推理的模具零件加工工艺决策模型。采用粗糙集理论，提出了模具零件特征属性权值计算方法；采用归一化和余弦相似度方法，对数值型和字符型局部相似度进行了准确表征；基于静态及动态相似度阈值相结合的方法，动态获取了系统相似度阈值；提出K-means聚类算法与最近邻（KNN）算法相结合的工艺决策算法，实现了加工工艺文件快速准确智能化生成。企业生产测试结果表明，采用所构建的模具零件加工工艺决策模型，可使得零件模型分析及工艺路线拟定时间缩短64.5%，模具零件加工工艺编制时间缩短40%，工艺设计不合理比例减小82.8%，漏工序加工比例减小69.6%，极大地提高了工艺设计效率及模具零件加工质量。

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8. 采用OPC统一架构的锻造车间能耗数据采集与监管系统

焦瑀阳, 李丽, 聂华, 周丽, 陈行政, 李涛

中国机械工程 2021, 32 (20): 2492-2500. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.20.012

摘要（361）

PDF （14329KB）（186）

针对锻造车间数据多源异构的特点，以及设备间存在信息孤岛且互联互通困难的现状，提出了一套面向锻造车间能耗数据的采集与监管系统。结合车间数据特点分析了系统具体需求，根据实地布局设计了数据感知、传输的网络架构，建立了基于过程控制统一对象模型的信息交互模型。最后以锻造车间为对象，实现了对锻造生产整个过程的能耗数据采集和信息统计监管。

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9. 面向生产过程管控的数据建模、集成与存储技术

孙云, 江海凡, 丁国富

中国机械工程 2022, 33 (03): 356-365. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.012

摘要（353）

PDF （3757KB）（290）

针对生产过程管控系统在实施过程中存在的统一数据模型缺乏、多种通信接口难以维护、传统存储架构性能低下等问题，在分析生产过程数据特性的基础上，基于EXPRESS-G图构建了车间统一数据模型，基于通信适配层实现了多种通信协议的集成与维护，基于Redis-MongoDB-HDFS架构实现了大规模生产数据的高性能存储。以某柔性制造单元生产管控系统的实施为例，验证了所提方法的有效性和可行性。

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10. 多域融合的高速列车维修性设计知识图谱构建

郭恒, 黎荣, 张海柱, 魏永杰, 戴钺滨

中国机械工程 2022, 33 (24): 3015-3023. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.24.013

摘要（341）

PDF （4815KB）（187）

为了实现非结构化高速列车多域数据的知识抽取、融合及结构化存储，研究了多域数据融合的高速列车维修性设计知识图谱构建方法，详细分析了高速列车维修性设计知识图谱模式层本体模型概念要素组成、数据层构建及知识融合过程，展示了基于Neo4j图数据库开发的转向架知识图谱平台及知识检索系统。所研究的知识图谱构建技术不仅有效地实现了高速列车领域多源、多域数据知识的融合，还能很好地辅助设计人员进行产品可维修性设计，提高产品质量。

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11. 工序关联下考虑主体心理感知的复杂产品设计变更决策优化

邢青松, 梁闯, 梁学栋

中国机械工程 2022, 33 (03): 366-377. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.03.013

摘要（315）

PDF （1741KB）（227）

基于设计结构矩阵的工序耦合分析难以有效地解决复杂产品设计变更中工序关联解耦、设计再调整、设计资源再配置等多主体决策优化问题，且将主体作为完全理性行为人的决策优化理论与具体实践亦偏差较大。对此，提出了工序关联下考虑主体心理感知的复杂产品设计变更决策优化方法。运用前景理论构建以设计主体对工序重复执行和设计变更延期心理感知扰动最小为目标函数的复杂产品设计变更决策优化模型；采用工序与设计主体相结合的双层编码方法，提出了基于事件与周期的自适应多目标动态调度算法；最后，通过算例仿真的对比实验及结果分析，验证上述决策模型与方法在不同情况下的合理性和有效性。

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12. 运行机理与数据双驱动的风电齿轮箱系统故障预警

蒙康, 滕伟, 彭迪康, 向玲, 柳亦兵

中国机械工程 2023, 34 (12): 1476-1485. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.010

摘要（249）

PDF （9342KB）（187）

传统基于机器学习的风电齿轮箱故障预警模型往往仅从数据着手分析数据与故障的映射关系，在参数和模型结构选择上缺少物理依据，导致模型的可解释性和泛化能力不强。从风电齿轮箱的结构和实际运行控制方式出发，分析了运行机理与对应的数据采集与监视控制系统数据的关系，定性地给出了齿轮箱典型故障发生时运行数据的变化趋势，然后根据数据分布变化规律选择参数和模型，建立了一系列基于单分类支持向量机的风电齿轮箱系统故障预警模型。实验结果显示各模型能够准确定位风电齿轮箱系统故障，具有清晰的物理意义。

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13. 基于判别性特征提取和双重域对齐的轴承跨域故障诊断

董绍江, 周存芳, 陈里里, 徐向阳

中国机械工程 2023, 34 (15): 1856-1863. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.010

摘要（214）

PDF （4455KB）（177）

针对不同工况下采集的滚动轴承振动数据特征分布不一致且噪声成分难以去除的问题，提出一种基于判别性特征提取和双重域对齐的深度迁移学习故障诊断方法。首先，将带标签的振动信号和未带标签的振动信号通过固定长度的数据分割方法制作成数据集；其次，为了减少实际工况中噪声信号的干扰，采用通道注意力机制SENet（squeeze-and-excitation networks）及判别损失项来辅助特征提取器提取具有区分度的特征；再次，为了解决数据特征分布不一致的问题，采用最大均值差异来对齐源域和目标域的全局域分布，并采用条件对抗方法来对齐两域的子领域分布，实现双重域对齐。最后，在两个公开变工况滚动轴承故障数据集上进行试验验证，结果表明，所提方法平均识别准确率达到98%以上，并将其与不同诊断方法进行了对比分析，证明了所提方法的有效性与优越性。

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14. 面向CAM数控编程领域的知识图谱构建方法

方喜峰, 柳大坤, 龚婵媛, 王楠, 张胜文, 汪通悦

中国机械工程 2023, 34 (12): 1486-1494. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.011

摘要（201）

PDF （14144KB）（99）

为提高CAM数控编程领域的知识表达、管理和挖掘能力，提出了CAM数控编程知识图谱构建方法。分析了CAM数控编程阶段的信息表达形式，构建了CAM信息模型；采用概念到关系、局部到整体的本体构建模式并引入语义规则,实现了知识图谱模式层的构建。以某船用柴油机企业历史CAM编程案例库为数据源，构建了特征操作信息单元模型库，采用本体映射的方式完成了知识图谱数据层的构建，并通过知识融合、知识推理等手段扩大了知识规模，提高了知识质量。最后，开发了CAM知识图谱Web平台，验证了所提方法的有效性。

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15. 基于SHO-NSGA混合算法的飞机油舱管路自动布局方法

屈力刚, 苏岩, 邢宇飞

中国机械工程 2023, 34 (15): 1864-1872. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.011

摘要（173）

PDF （10667KB）（55）

针对飞机油舱内部管路路径规划问题，提出一种基于改进斑鬣狗算法的飞机油舱管路自动布局方法。为了提高斑鬣狗算法的全局搜索能力以及收敛速度，在种群进化过程中引入扩散搜索机制对迭代过程中最优解进行扩散，以达到提高全局搜索能力的目的；在算法迭代后期引入深度包围机制，使其在最优解中随机搜索以提高算法的收敛速度。采用栅格法构建敷设空间数学模型，以管路路径最短为优化目标，以管路路径不与障碍物发生干涉、管路折弯角度及管路折弯半径为约束，建立管路布局优化数学模型。进一步，考虑管路的支臂布局问题，以支臂总长和支臂姿态作为支臂布局双目标优化函数，运用遗传算法NSGA-Ⅱ对管路支臂布局方案进行编码生成初始个体，设计交叉、变异规则，求解管路支臂布局的Pareto解集，进而获得管路支臂布局方案。最后，通过数值算例及管路敷设仿真验证所提方法的有效性。

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16. 云仿真驱动的列车动力学协同可视化分析

王力霆, 唐兆, 黎荣, 辜铮, 胡玉炜, 李岳洪, 张继业

中国机械工程 2023, 34 (18): 2248-2256. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.012

摘要（165）

PDF （8180KB）（47）

为应对传统列车动力学仿真分析过程中场景构建自动化程度不足、多角色多用户协同不便、分析时效性差、客户端硬件需求高等挑战，提出了一种云仿真驱动的列车动力学协同可视化分析框架。设计了面向列车动力学的仿真分析场景搭建框架、远程可视化交互框架、面向实时分析的求解器集成模型，分别实现了多维度可视化分析场景搭建服务化、多角色多组协同的远程可视化分析、模块高效联通与节点弹性扩展。基于所提框架构建了软件系统，并在项目中得到了验证，验证结果表明：该框架与系统在保证精度的同时具有优秀的可视化性能与并发求解能力。框架的成功应用也表明云仿真在列车动力学可视化分析中有较大应用潜力。

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17. 大跨距复合材料结构弯曲载荷监测及定位方法

闫东东, 胡宇博, 郎利辉, 秦成伟, 张三敏, 李勇

中国机械工程 2023, 34 (18): 2257-2267. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.18.013

摘要（146）

PDF （9179KB）（52）

针对复合材料构件服役过程中载荷监测需求及其面临的实时监测问题，将光纤光栅（FBG）传感器粘贴于碳纤维复合材料表面，用于测量碳纤维复合材料应变,通过建立应变与载荷大小、加载位置理论模型，实现了碳纤维复合材料所受弯曲载荷大小及加载位置的监测，为复合材料服役过程超载警示提供方法与技术支撑。在复合材料构件弯曲载荷作用下，首先对比了有限元分析应变值与理论计算应变值，验证了有限元分析模型的有效性，然后对比了FBG传感器监测应变值与理论计算值之间的误差，最后结合FBG监测应变值计算出复合材料所受弯曲载荷的大小及位置。结果表明：中心载荷作用下，FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过16.22%，载荷大小误差最大不超过10.37%，载荷位置误差最大不超过2.83%；偏心20 mm载荷作用下，FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过10.69%，载荷大小误差最大不超过13.89%，载荷位置误差最大不超过5.70%。

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Apache Tomcat

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