中国机械工程

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1. 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（1518）

PDF （4622KB）（1085）

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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2. 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（854）

PDF （17216KB）（700）

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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3. 极端环境表面工程专辑

中国机械工程 2022, 33 (12): 1-.

摘要（374）

PDF （181211KB）（586）

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4. 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（651）

PDF （72652KB）（573）

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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5. 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（1758）

PDF （8557KB）（529）

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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6. 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（671）

PDF （5220KB）（489）

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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7. 船舶柴油机状态监测及预测性维护研究及应用

陈冬梅, 赵思恒, 魏承印, 陈亚杰

中国机械工程 2022, 33 (10): 1162-1168. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.10.004

摘要（548）

PDF （3080KB）（487）

从热工、油液、振动、缸压4个维度开展数据采集和特征提取工作，提出了OCSVM异常检测算法联合Fisher判别分析进行柴油机状态监测的一种方法，采用累计和/参数均值比进行参数变点检测，采用D-S证据理论及证据加权分配合成方法进行多源信息融合，并利用LSTM对柴油机滑油的剩余使用寿命进行预测，解决了传统柴油机状态监测方法早期预警率低、动态工况下模型适应性差等问题。

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8. 轴承沟道表面完整性研究进展

王东峰, 袁巨龙, 王燕霜, 程勇杰, 吕冰海

中国机械工程 2022, 33 (18): 2143-2160. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.001

摘要（570）

PDF （5702KB）（464）

改善沟道工作表面完整性是解决轴承可靠性寿命低、摩擦功耗高、振动噪声不稳定等技术难题的有效手段。在综合调研国内外学者对广义表面完整性研究的基础上，提出了轴承沟道表面完整性特征参数的定义和内涵，阐述了特征参数的意义及对轴承性能影响的机理，简述了轴承沟道表面加工技术的发展现状，详细分析了锻造、车削、热处理、磨削、超精加工等不同加工工艺对轴承沟道表面特征参数的影响规律，给出了相应的控制措施。最后，介绍了提高轴承工作表面完整性的新技术、新工艺、新方法，并对提高轴承沟道工作表面完整性技术进行了总结和展望。

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9. 超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

黄云, 黄建超, 肖贵坚, 刘帅, 林瓯川, 刘振扬

中国机械工程 2024, 35 (01): 2-26. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.001

摘要（313）

PDF （50387KB）（453）

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差，因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素，因此，首先基于超疏水表面作用机制，对超疏水表面织构进行了归纳，旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题；然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结，从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施，为拓展超疏水表面加工体系提供思路；进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段，并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法；最后，展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景，以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。

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10. 机器组成概念从近代到现代的演变

张策, 杨廷力, 刘建琴

中国机械工程 2023, 34 (10): 1135-1139. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.001

摘要（423）

PDF （2405KB）（422）

随着生产力的发展，机器在发展，“机器组成”的概念也在演变。现代社会对机器的要求逐步提高，而复杂的机器来源于对传统机器的改造，了解机器的演变是对传统机器进行改造的必要过程。马克思在《资本论》中描述了机器的组成，当时适逢第二次工业革命开始，但其后不过数年，控制系统就加入到机器中，马克思的“机器组成说” 开始被突破；20世纪下半叶，在第三次科技革命中，机电一体化概念出现，电子技术、控制技术和传感器技术等被融入到机械系统中。通过机械的发展历史说明了机器组成概念的演变过程，并提出了更准确的现代机械系统的定义，从而给人以启发，增加对机器本身的了解，对现代机械产品设计者具有指导意义。

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11. 集成强化学习算法的柔性作业车间调度问题研究

张凯, 毕利, 焦小刚

中国机械工程 2023, 34 (02): 201-207. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.010

摘要（528）

PDF （4473KB）（402）

将柔性作业车间调度问题转化为马尔可夫决策过程，提出了集成5种深度Q网络（DQN）优化的算法D5QN。构建马尔可夫过程中，提取一组特征来表述状态，通过调度规则的组合设计出三组动作，通过直接和间接两种方式共同描述奖励。与基于规则、元启发式和其他强化学习算法的比较证明，所提方法可进一步缩短求解时间，并具有可行性和有效性。

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12. 基于运动性能分析的仿人机械臂尺度优化

孙鹏, 李研彪, 张聪, 单晓杭, 岳义, 韦宝琛

中国机械工程 2022, 33 (19): 2331-2340. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.007

摘要（445）

PDF （10626KB）（378）

针对多关节串联机构耦合影响末端执行器运动性能的问题，分析了串并混联机构的运动特性，提出了实现可视化设计的多参数平面模型。基于旋量理论，分别建立了串联、并联关节的运动传递矩阵，并设定了相应性能指标。在此基础上，根据多参数平面模型，通过三维可视化图形，进一步揭示了参数尺度、关节转角空间、性能指标之间的耦合关系，最终确定了参数取值、关节的优质转角范围和指标分布情况。优化结果表明：肩关节、腕关节的全域性能指标分别为0.78、0.67，肘关节的全域条件数为2.38。该混联构型具有与人体手臂关节相类似的功能，可充分发挥串联、并联机构的综合优势。

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13. 数字孪生车间机器人虚实驱动系统构建方法

刘怀兰, 赵文杰, 李世壮, 岳鹏, 马宝瑞

中国机械工程 2022, 33 (21): 2623-2632. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.21.011

摘要（521）

PDF （2935KB）（376）

针对目前数字孪生车间构建中工业机器人等虚拟实体建模复杂、开发周期长等问题，提出了一种数字孪生车间工业机器人虚实驱动系统的模块化构建方法，即将虚实驱动系统分为设置模型参数的交互层和按功能需求设计配置的控制层，然后将实体工业机器人等抽象为单功能原子模型耦合而成的仿真模型。模块化分层构建虚实驱动系统的方法能快速有效地实现工业机器人等数字孪生虚拟实体的建模，以及工业机器人在虚拟空间中的仿真运行模拟和虚实同步运行。

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14. 极端环境表面工程及其共性科学问题研究进展

常可可, 陈雷雷, 周若男, 肖雪莲, 王方明, 王立平

中国机械工程 2022, 33 (12): 1388-1417. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.001

摘要（499）

PDF （51339KB）（373）

“三深一极”(深空、深海、深地、极地)典型极端环境的多因素强耦合作用，导致材料腐蚀、磨损、疲劳、断裂等多模式损伤失效共存，给机械系统的高精度、高可靠性和超长寿命服役带来了严峻挑战。表面工程技术是最有效的表面强化和延寿途径之一，相关方法和基础科学问题的研究是极端环境高安全、高可靠机械工程装备结构优化和材料设计的重要支撑。介绍了常用的表面工程技术方法及其在极端环境相关领域中的应用，分析了极端环境表面工程的共性基础科学问题，着重探讨了理论计算方法在解决问题中的实践，评述了极端环境表面工程的发展方向。

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15. TiVN涂层的耐磨性与切削性能的关联研究

范庆波, 杨帆, 关晓艳, 李浩, 樊小强, 朱旻昊

中国机械工程 2022, 33 (12): 1493-1503. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.011

摘要（368）

PDF （27231KB）（373）

通过多弧离子镀沉积技术制备了TiN和TiVN涂层，对比了两种涂层在不同工况下的摩擦磨损性能和切削性能，并指出影响刀具涂层服役性能的主要因素。结果表明，V元素掺杂有效提高了TiN涂层的硬度和结合力、减小了TiN涂层的摩擦因数和低温下的磨损率，但V容易氧化的特性导致500 ℃及以上温度TiVN涂层产生较高的磨损率。切削测试表明，在麻花钻的主切削刃和横刃区域两种涂层发生明显的剥落，而在后刀面涂层未发生明显剥落，TiVN涂层较高的膜基结合强度和耐磨性能使得它对刀具的防护效果更佳；刀具涂层的服役性能与其耐磨性能和膜基结合强度有关，刀具的主切削刃和横刃区域对涂层的耐磨性能和膜基结合强度有着苛刻的要求，且切削刃尖端温度较高，对涂层的高温耐磨性能和膜基结合强度要求也高。

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16. 航空涡轮轴发动机复杂转子的动力学建模方法

王龙凯, 王艾伦, 尹伊君, 金淼, 衡星

中国机械工程 2022, 33 (13): 1513-1520. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.001

摘要（454）

PDF （6544KB）（367）

为建立涡轮轴发动机复杂转子的动力学模型，基于有限元法和分段线性拟合，采用子结构法对复杂结构进行建模，在对系统自由度进行缩减后，推导出转子系统的运动方程。采用理论分析和试验验证了模型的有效性，分析了燃气发生器转子的振动特性。研究结果表明：建立的模型能显著降低整个系统的复杂度，在保证求解精度前提下，可大幅缩短求解时间。

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17. 工业机器人能耗预测研究

庹军波, 彭秋媛, 张贤明, 李聪波

中国机械工程 2022, 33 (22): 2727-2732,2740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.010

摘要（415）

PDF （2858KB）（364）

针对工业机器人传统能耗预测方法存在的模型复杂、操作繁琐、测量成本高等问题，从机器人末端动作模式和运动轨迹角度出发，提出了一种基于元动作的工业机器人能耗预测方法。首先分析工业机器人静态和动态运行时的元动作和能耗特点，建立轴移动、轴转动等动态元动作的能耗描述函数及静态元动作的能耗描述函数；然后基于所建元动作库对目标过程进行元动作分解，并构建各元动作的能耗计算模型；最后结合各元动作能耗描述函数和能耗计算模型，实现工业机器人目标过程的能耗预测。应用所提方法，只需事先测试元动作功率并构建能耗描述函数，就能通过分解目标过程实现能耗预测，具有较广阔的应用前景。

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18. 行人与自动驾驶汽车的交互研究

吕伟, 郭伏, 刘莉, 张泽宇, 王天博

中国机械工程 2023, 34 (05): 515-523. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.002

摘要（473）

PDF （3924KB）（346）

从行人汽车环境系统视角出发，探索道路交通系统中行人安全设施、自动驾驶汽车让行行为、驶近方向以及外部人机界面（eHMI）等因素对行人与自动驾驶汽车交互过程的影响。基于洞穴式自动虚拟环境（CAVE）仿真平台，使用Unity 3D软件设计、开发了自动驾驶汽车的驾驶场景，招募38名志愿者参与行人与自动驾驶汽车交互实验，并记录交互过程中行人的决策时间、决策结果和交互体验等数据。利用生存分析对38名行人被试的实验数据进行了统计学分析，结果表明：在有自动驾驶汽车的交通环境中，行人安全设施、自动驾驶汽车的让行行为和eHMI能够显著缩短行人决策时间、提升交互体验、提高交通效率。但行人安全设施对行人决策与行为的影响主要体现在过街间隙出现的早期，汽车让行行为的影响相对滞后，同时光带式eHMI用于传达自动驾驶汽车让行意图的效力和清晰度有限。

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19. 增材制件内流道精整加工技术研究进展

王磊, 邬宇梁, 赵纪元, , 卢秉恒,

中国机械工程 2023, 34 (07): 757-769. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.001

摘要（355）

PDF （17271KB）（345）

金属增材制造技术在航空航天领域具有复杂内流道的构件成形上具有广阔的应用前景，然而具有复杂内流道的增材制件的精整加工是工业应用的瓶颈问题。分析了内流道机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的加工原理、关键技术及国内外研究进展。针对增材制件内流道精整加工需求，分别研究了机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的适应性问题及探索方向。针对增材制件内流道精整加工关键技术发展趋势提出了展望：①研究针对功能梯度材料、多金属材料的增材制件内流道精整加工技术；②研究针对具有复杂几何形状、内部复杂分叉、渐变毛细结构、拓扑结构等复杂内流道的复合精整加工技术或组合加工技术；③研究针对内流道精整加工质量的高精度检测方法和几何误差的三维重构技术。

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20. 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（582）

PDF （6537KB）（333）

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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21. 基于人工侧线的履带装备水阻力计算方法

吴家雄, 申焱华, 杨舒迪, 冯志鹏

中国机械工程 2022, 33 (10): 1135-1141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.10.001

摘要（557）

PDF （7590KB）（331）

针对水下装备的水阻力无法实时测量的问题，提出了一种基于人工侧线的履带装备水阻力计算方法。通过履带装备模型的人工侧线系统，提取不同来流速度和来流角度的传感器压力值，应用压力值的分布规律对履带装备模型的局部流场信息进行感知。通过履带装备模型水阻力拘束实验结合计算流体动力学（CFD）仿真的方式对水阻力系数进行辨识，建立履带装备模型的迎流面外形与黏性水阻力系数的函数关系。将人工侧线的流场感知结果作为输入，实时计算履带装备模型的水阻力。履带装备模型的人工侧线和水动力验证结果表明，人工侧线的压力分布特性可以有效地识别流场的来流速度和来流角度，履带装备模型的水阻力计算误差在工程应用可接受范围内。

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22. 纳米精度在位测量系统测头误差校正方法

郭曦鹏, 徐闻, 王定文, 李蓉, 尹韶辉

中国机械工程 2022, 33 (09): 1084-1089. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.010

摘要（429）

PDF （3606KB）（331）

针对超精密机床两轴联动接触式在位测量过程中测头误差影响测量精度的问题，提出了一种测头半径误差及形状误差校正方法。进行了在位测量实验，比较分析了测头误差未校正、测头半径误差校正及测头形状误差校正三种情况的测量结果，并分别与Taylor Hobson PGI840离线测量结果进行对比，以验证测头形状误差校正方法的有效性。测头形状误差校正后，面形精度PV值由420nm变为370nm，与离线测量PV值380nm的差值为10nm。结果表明，该在位测量系统测头误差校正方法有效，能够提高在位测量精度。

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23. 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（746）

PDF （2658KB）（331）

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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24. 小轴交角面齿轮副齿面展成与啮合特性分析

周如传, 吴文敏, 冯曼曼, 郭辉, 蔺彦虎

中国机械工程 2023, 34 (06): 631-640. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.001

摘要（536）

PDF （6100KB）（328）

为了增强直升机传动系统中小角度齿轮传动副的啮合性能，对小轴交角面齿轮副进行齿面几何与啮合特性研究。建立了小轴交角面齿轮副展成坐标系，并基于齿轮啮合原理推导了其齿面方程。基于蜗杆推导了拓扑修形的圆柱齿轮齿面方程，并将该圆柱齿轮应用到小轴交角面齿轮副中。进行了轮齿接触分析，并研究了安装误差对啮合的影响规律。为评价小轴交角面齿轮副的传动性能，进行了应力计算分析，并与锥形渐开线-圆柱齿轮副进行了对比。研究结果表明：相对于圆柱齿轮齿向修形，拓扑修形可有效避免小轴交角面齿轮副的边缘接触，减小接触应力和弯曲应力；相同参数下，小轴交角面齿轮副的接触应力和弯曲应力均比锥形渐开线齿轮-圆柱齿轮副小约27%。

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25. 轮毂电机驱动越野车原地转向控制

付翔, 刘泽轩, 刘道远, 李东园,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1251-1259. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.015

摘要（260）

PDF （6293KB）（327）

针对基于阿克曼转向的越野车最小转弯半径大、转向机动性不足的问题，利用轮毂电机驱动车辆转矩独立可控的优势，开发了路面自适应的原地转向控制策略。构建整车七自由度原地转向动力学模型，阐释原地转向过程中纵横向耦合运动轮胎力的演变规律，建立原地转向阻力矩和横摆力矩随车轮滑转率、路面附着系数变化的量化模型。以转向动力响应性为优化目标设计了不同附着条件下的横摆角速度期望轨迹，并以各轮滑转率安全阈值作为稳定性约束以减小转向中心偏移量，执行层基于模型预测算法进行横摆角速度的跟踪控制，同时引入自适应滑模控制器反馈调节车轮滑转率以确保纵横向运动的稳定性。仿真测试与实车试验表明，开发的原地转向控制策略在高、中、低附路面下均实现了期望原地转向轨迹的精确跟踪，并将转向中心偏移量限制在500 mm以内，提高了越野车原地转向灵活性和横向稳定性，实现了“既快又稳”的原地转向。

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26. 交叉簧片柔性铰链设计

吴昊, 李宗轩, 张德福, 李清雅, 李云峰,

中国机械工程 2022, 33 (10): 1203-1209. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.10.009

摘要（395）

PDF （4097KB）（321）

针对某光学仪器对光学元件柔性支撑的要求，提出了一种新型交叉簧片型柔性铰链，利用卡氏第二定理研究了设计方法。首先，利用卡氏第二定理推导交叉簧片型柔性铰链的柔度计算公式，确定铰链的轴向刚度与转动刚度，分析了直梁长度、直梁高度和空心圆柱壁厚对其刚度的影响；然后，进行了实例设计，并利用有限元软件进行了分析；最后，搭建光学测试平台，对实例进行了转动角度和转动刚度的测量。结果表明：解析解、仿真解和实验测量数据一致性较好，最大相对误差为8.7%。使用卡氏第二定理作为设计工具，设计者可根据交叉簧片柔性铰链的刚度与结构应力等要求确定几何参数，而且交叉簧片柔性铰链的设计为其他铰链的结构形式提供了新的思路。

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27. 基于SAO的专利数据驱动产品创新设计

林文广, 刘晓东, 肖人彬

中国机械工程 2023, 34 (15): 1765-1777. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.001

摘要（324）

PDF （5241KB）（318）

借助大数据挖掘技术，提出基于主语-谓语-宾语（SAO）的专利数据驱动产品创新设计方法。首先通过语义依存句法挖掘专利文本数据库中的SAO结构，获取产品元件之间的作用关系信息；其次构建面向产品系统的复杂网络知识模型，并引入结构洞理论计算复杂网络中元件约束性系数，以此确定创新目标元件，并借助Word2Vec计算元件语义相似性系数，利用SAO相似性算法计算功能相似性系数；在此基础上，融合推荐算法以及组合矩阵，分别围绕结构创新、功能创新以及功能优化三个方面实现产品创新。最后以具有典型代表性的卫浴花洒产品为例，对所提方法进行了详细的演示，充分证实了所提方法的有效性和先进性。

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28. 受生物启发的扑翼飞行器弹跳机构概念设计

马东福, 宋笔锋, 薛栋, 宣建林

中国机械工程 2022, 33 (15): 1869-1875，1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.013

摘要（446）

PDF （3792KB）（317）

针对扑翼飞行器自主起降能力缺失、严重影响其适用场景的问题，开展了仿生弹跳机构设计研究。对鸟类跳跃起飞过程中典型的运动状态进行分析，结合其各阶段的后肢骨骼结构、重心、力、速度等运动变化规律，对扑翼飞行器弹跳起飞动态过程进行了设计。基于鸟腿的骨骼解剖学结构，设计了闭链齿轮-五杆仿鸟腿弹跳机构，并基于D-H法推导出弹跳机构运动学方程，利用拉格朗日方程建立了弹跳机构起跳阶段的动力学方程。对弹跳机构进行了详细结构设计，采用ADAMS对简化的弹跳模型进行了仿真分析。仿真结果显示，借助该仿生弹跳机构，扑翼飞行器系统质心速度达到8.4 m/s，大于“信鸽”飞行器起飞所需的速度7.9 m/s，具备弹跳起飞的可能性。

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29. 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（615）

PDF （2807KB）（314）

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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30. 机械传动系统运动精度优化分配新方法

李健, 冉琰, 张根保, 王勇勤

中国机械工程 2022, 33 (09): 1034-1043. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.09.003

摘要（490）

PDF （2446KB）（314）

为对机械传动系统的运动精度进行合理分配，结合元动作理论，提出了一种机械传动系统运动精度优化分配新方法。首先利用“功能-运动-动作”结构化分解树对机械系统进行结构化分解，得到基本的元动作和元动作链；然后以元动作链为研究对象，分析运动精度形成机理，建立运动误差传递模型；考虑成本因素和运动误差灵敏度因素，建立了成本函数和鲁棒性函数。在此基础上建立了元动作链运动精度优化分配模型，得到了元动作运动误差。工程实例证明了该方法的有效性。

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31. 电场驱动喷射微3D打印的高性能纸基电路制造工艺研究

张勇霞, 张广明, 周龙健, 周贺飞, 许权, 兰红波

中国机械工程 2022, 33 (10): 1244-1259. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.10.014

摘要（434）

PDF （6248KB）（311）

提出了一种基于电场驱动喷射沉积微尺度3D打印制造高分辨率纸基电子的新方法。阐述了该方法的基本原理与工艺流程，通过实验揭示了主要工艺参数（电压、气压、打印速度）对三种纸质基材上打印银线的质量和精度影响及其规律。利用自主研发的电场驱动喷射微3D打印机，使用含银量75%和动力黏度35 Pa·s（25 ℃）的低温纳米银浆，并结合优化工艺窗口，在纸质基材上通过多层堆叠打印实现了高分辨率、大高宽比微纳结构，其中在RC相纸上堆积15层后，其线宽可保持在10 μm、高宽比增至6.33，电阻下降了94.8%。最后，在不同纸质基材表面制作了柔性电磁驱动器、复杂导电图案等样件来证明其打印能力。结果表明，采用电场驱动射流沉积微尺度3D打印技术新方法，并结合高黏度低温烧结纳米银浆，可为高性能纸基电子制造提供有效途径。

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32. 激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响

周嘉利, 程延海, 陈永雄, 梁秀兵, 白成杰, 杜望

中国机械工程 2022, 33 (12): 1418-1426，1434. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.002

摘要（481）

PDF （13411KB）（308）

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化，进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题，对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层，并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布，探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明：涂层表面和内部为残余压应力，在涂层基体熔合线处残余应力发生突变，热影响区表现为残余拉应力；激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响，当激光扫描路径为轮廓偏置式、激光功率为1.8 kW、扫描速度为0.02 m/s时，涂层具有最优的残余应力分布和成形质量；残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。

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33. 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（596）

PDF （5879KB）（308）

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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34. 基于强化学习算法的水下滑翔机路径跟踪研究

石晴晴, 张润锋, 张连洪, 兰世泉,

中国机械工程 2023, 34 (09): 1100-1110. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.011

摘要（304）

PDF （6340KB）（308）

针对洋流影响下水下滑翔机实际路径与预定路径偏差较大的问题，在传统的长短期记忆网络模型的基础上引入注意力机制，建立了具有长短期记忆与注意力机制的神经网络洋流预测模型；利用深度神经网络生成水下滑翔机运动的动态Q表，并通过强化学习算法选择最优运动姿态，同时考虑洋流的影响，构造了基于深度强化学习的水下滑翔机路径跟踪算法。结果表明，基于注意力机制的长短期记忆网络相较于传统的整合移动平均自回归模型与长短期记忆网络，其洋流预测具有更小的均方误差与均方根误差，具有良好的预测能力；相较于传统的PID控制，深度强化学习模型可使水下滑翔机轨迹均方根误差降低50.9%，显著提高了路径跟踪精度。

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35. 基于仿真数据驱动和领域自适应的滚动轴承故障诊断方法

董绍江, 朱朋, 朱孙科, 刘兰徽, 邢镔, 胡小林

中国机械工程 2023, 34 (06): 694-702. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.008

摘要（497）

PDF （6394KB）（307）

针对实际工业环境中较难获取大量的高质量滚动轴承故障数据，智能诊断模型泛化性能差的问题，提出了一种基于仿真数据驱动和领域自适应的故障诊断方法。首先，建立仿真数据驱动故障诊断所需的物理模型，并根据轴承的型号及相应工况模拟不同故障形式，获得丰富的仿真数据；其次，采用迁移学习的方法解决仿真与实际故障数据存在数据特征分布不一致的问题，通过残差通道注意力机制网络提取不同领域的迁移故障特征，采用考虑了源域与目标域数据特征的条件分布差异的条件最大均值差异度量准则进行网络训练过程中不同领域的自适应操作；最后，在人为损坏和加速寿命实验损坏的轴承数据集上进行了不同迁移模型的实验验证，结果表明所提方法能在目标域小样本监督情况下获得较高的识别精度。

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36. 碳纤维增强碳/碳坩埚预制体柔性缠绕成形系统设计与实验研究

王征, 董九志, 陈云军, 蒋秀明,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1184-1190,1198. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.007

摘要（272）

PDF （5668KB）（305）

为解决目前手工增强缠绕碳/碳坩埚预制体无法保证产品一致性及生产效率低下的问题，设计了一种碳纤维增强坩埚预制体柔性缠绕成形系统。基于非测地线法提出了适用于一端平面封头一端椭球封头特殊回转体结构坩埚芯模的线型设计流程，介绍了计算机辅助线型设计的各个模块及实现方法，并对设计线型进行了仿真；根据缠绕特性设计了四自由度专用缠绕机运动机构，基于可编程控制器和触摸屏设计了四自由度缠绕机控制系统，并进行了碳纤维增强缠绕实验。实验结果表明：缠绕机运行稳定，纤维可连续稳定地缠绕在芯模表面，所设计的系统可实现碳纤维增强碳/碳坩埚预制体的自动化缠绕。

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37. 基于改进非支配排序遗传算法的多目标柔性作业车间低碳调度

姜一啸, 吉卫喜, 何鑫, 苏璇

中国机械工程 2022, 33 (21): 2564-2577. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.21.006

摘要（483）

PDF （6637KB）（303）

为解决以设备能耗、刀具磨损和切削液消耗为碳排放来源，能耗和人工费用为加工成本的多目标柔性作业车间低碳调度问题，建立以最小化碳排放量、最长完工时间和加工成本为目标的低碳调度模型，提出一种改进带精英策略的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）并进行求解。首先通过基于Tent混沌映射的编码与融合了层次分析法（AHP）的贪婪解码来动态调整染色体组成，提高初始种群质量；然后提出了一种基于遗传参数的自适应遗传策略，根据种群进化阶段与种群非支配状态动态调整交叉、变异率；最后设计了一种基于外部档案集的改进精英保留策略，提高了算法后期的种群多样性并保留了进化过程中的优质个体。通过标准调度算例与实际案例验证了改进算法的有效性。

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38. 磁流变测量系统的控制滞后与动态响应

吕靖成, 危银涛, 邬明宇, 何俊祥, 梁冠群, 尹航

中国机械工程 2022, 33 (17): 2017-2023. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.001

摘要（389）

PDF （6330KB）（303）

磁流变系统的控制效果依赖于系统建模，因此对滞后与动态响应特性的建模尤为重要。通过分析磁流变系统受控制信号激励时各部分的滞后，得到了系统研究各部分动态行为的方法；通过施加直流加交流的激励，测试与研究了磁流变测量系统的动态响应特性。结果表明，无偏置简谐电流激励下电流-剪切应力关系为蝶形曲线，经分析可知其由响应滞后所致，而曲线光滑的上下沿分别由滞后和系统的非线性导致。最后，通过引入滞后时间较好地描述了各种情况下电流与剪切应力间的动态响应关系，其值为23.1 ms。

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39. 一种平面闭链腿式机构的尺度参数优化设计

王仙业, 刘海涛, 黄田

中国机械工程 2022, 33 (11): 1261-1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.001

摘要（428）

PDF （6330KB）（299）

以Theo Jansen机构输出的足端轨迹为目标，对一种新型平面闭链腿式机构的尺度参数进行优化。利用基本杆组法建立了该新型机构的运动学模型，根据新型机构和Theo Jansen机构的结构特点，利用曲柄摇杆机构的极限位置条件，将设计变量数目减少为一个；以两机构的足端轨迹偏差最小为目标，以各尺度参数间的几何关系为约束，建立了单目标优化问题，并利用一维搜索法得到优化结果。在此基础上，设计了一种八足移动机器人并搭建实验样机，验证了设计结果的可行性。

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40. 工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法

卢成伟, 钱博增, 王慧敏, 项四通

中国机械工程 2022, 33 (14): 1646-1653. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.002

摘要（509）

PDF （5495KB）（293）

提出了工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法，将复杂工件进行特征分解，通过灵敏度分析辨识工件分特征下的关键几何误差并补偿，从而提高工件整体加工精度。以某一复杂工件为例，首先，将其分解为平面、斜面、圆柱和圆锥台四个典型特征；然后，基于灵敏度分析分别辨识出各典型特征对应的关键几何误差；最后，分特征地进行误差补偿。在AC双转台五轴数控机床上进行了实验验证，实验结果表明，辨识得到的关键几何误差灵敏度系数之和占比均大于90%，补偿后工件四个典型特征的加工精度提高了20%~30%。研究结果表明，所提方法能有效辨识不同工件分特征下的关键几何误差，从而提高复杂工件的加工精度。

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