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（1517）

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. 清洁切削专辑

中国机械工程 2022, 33 (05): 1-.

摘要（321）

PDF （126975KB）（1066）

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16. 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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17. 一种基于深度学习图像超分的环形靶标稳定检测方法

崔海华, 徐振龙, 杨亚鹏, 孟亚云, 王宝俊

中国机械工程 2021, 32 (23): 2861-2867. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.010

摘要（441）

PDF （5820KB）（527）

为提高远距离、大倾角条件下环形靶标的识别率与定位精度，提出了一种基于深度学习图像超分的环形靶标稳定检测方法。通过真实图像与合成图像的混合数据集来构建多角度、多距离的图像空间集合，采用像素损失与感知损失来改进图像超分辨率模型的损失函数，从而实现图像的高分辨率重建，丰富靶标轮廓的图像细节，利用已训练好的图像超分模型重建图像，最后使用传统的检测算法识别与定位环形靶标。实验结果表明，环形靶标识别率可提高40%，靶标定位精度可提高8.47%。

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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（673）

PDF （6455KB）（506）

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. 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（836）

PDF （6051KB）（503）

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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20. 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（622）

PDF （5466KB）（496）

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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21. 基于组合优化算法的6R机器人逆运动学求解

吉阳珍, 侯力, 罗岚, 罗培, 刘旭槟, 梁爽

中国机械工程 2021, 32 (10): 1222-1232. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.011

摘要（496）

PDF （1672KB）（491）

针对逆运动学求解存在的多解、精度低及通用性差等问题，提出了一种适用于各类6R工业机器人求逆解的组合优化算法。根据经典D-H法建立了机器人运动学模型，以最小化位姿误差为目标，结合运动平稳性原则构造了逆解问题的目标函数，以线性加权和法设计了适应度函数。通过混沌映射初始化种群、收敛因子非线性更新、自适应惯性权重位置调整及引入模拟退火策略等4种措施得到了一种改进的鲸鱼优化算法，并用于逆运动学求解。组合算法将鲸鱼算法求解的结果作为初始值，再利用Newton-Raphson数值法迭代出满足精度要求的运动学逆解。仿真试验结果表明：改进后的鲸鱼算法求解性能得到了较大提高,相比于直接利用鲸鱼算法进行逆运动学求解，组合优化算法具有求解速度快、稳定性好、精度高的特点，证明了该算法求逆的可行性与有效性。

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22. 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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23. 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（689）

PDF （7675KB）（487）

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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24. 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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25. 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（751）

PDF （3281KB）（481）

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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26. 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（558）

PDF （4907KB）（469）

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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27. 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（569）

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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28. 基于多传感器信息融合和多粒度级联森林模型的液压泵健康状态评估

单增海, 李志远, 张旭, 黄亦翔, 李彦明, 刘成良, 张轩

中国机械工程 2021, 32 (19): 2374-2382. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.19.013

摘要（374）

PDF （6055KB）（462）

液压泵健康状态评估对工程设备的运行状态监测有极其重要的意义，现有基于振动信号分析的方法数据来源单一、可靠性低，为此，提出了一种基于多传感器信息融合和多粒度级联森林模型的液压泵健康状态评估方法。通过试验系统采集了不同工作时间下液压泵的压力、温度、流量等信号，分别提取信号的时域特征组成初步特征。使用多个分类器获取初步特征的类别概率向量，将其与随机森林模型选出来的重要特征进行拼接形成最终特征，并使用多粒度级联森林模型进行健康状态评估。试验结果表明，所提方法在仅有5%训练比例的情况下分类精确率仍可达99.5%，可以有效提高液压泵健康状态评估的准确度。

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29. 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（311）

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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30. 航天工业中胶接技术的研究现状分析

郭磊, 刘检华, 张佳朋, 李夏禹, 张秀敏, 夏焕雄

中国机械工程 2021, 32 (12): 1395-1405. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.002

摘要（525）

PDF （5219KB）（452）

针对目前我国航天产品，尤其是航天精密机电产品的胶接装配技术研究不足的现状，介绍了航天胶接技术的应用类型，以及胶接技术在耐超高/低温性、高密封性、多功能性、高稳定性或低蠕变性、低挥发性等方面的应用特点。在此基础上总结分析了胶接装配的机理、关键工艺、静/动态力学性能、疲劳/老化特性等方面的研究进展。最后给出了航天工业胶接装配技术在工艺参数量化、动态力学特性以及先进胶接装备等方面的发展方向。

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31. 硬质合金化学机械抛光工件-磨粒-抛光垫接触状态研究

毛美姣, 许庆, 刘静莉, 袁巨龙, 李敏, 胡自化

中国机械工程 2021, 32 (17): 2074-2081. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.008

摘要（432）

PDF （6792KB）（438）

基于弹塑性力学理论，对工件-磨粒-抛光垫间的接触状态进行理论分析，计算各状态下磨粒压入工件深度，建立接触状态临界条件的数学模型，并进行实验验证。研究结果表明：在硬质合金化学机械抛光过程中，工件-磨料-抛光垫间存在着非接触状态、部分接触状态和完全接触状态三种形式；不同接触状态下磨粒压入深度主要受抛光载荷、磨粒粒径以及工件表面软质层硬度影响，临界条件由抛光垫特性、磨粒质量分数以及抛光载荷共同决定。实验结果表明所建立的数学模型是可信的。

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32. 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（626）

PDF （22261KB）（438）

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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33. 毫米波雷达与视觉传感器信息融合的车辆跟踪

胡延平, 刘菲, 魏振亚, 赵林峰

中国机械工程 2021, 32 (18): 2181-2188. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.18.006

摘要（504）

PDF （4596KB）（422）

为提高车辆前向防碰撞预警系统对前方道路环境感知的准确性，提出一种毫米波雷达与视觉传感器信息融合的车辆跟踪方法。提出的剔除雷达干扰目标算法缩短了对干扰目标的处理时间；提出的对称检测算法可对雷达目标兴趣区域进行对称检测，减小雷达目标兴趣区域的横向位置误差；提出的KCF-KF组合滤波算法可提高跟踪车辆的精度。实车试验表明，该方法可有效跟踪车辆位置信息，像素坐标系下的X、Y坐标跟踪准确率分别超过97.34%与95.19%。

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34. 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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35. 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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36. 基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断

揭震国, 王细洋, 龚廷恺

中国机械工程 2021, 32 (22): 2716-2723. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.008

摘要（457）

PDF （3700KB）（398）

针对生产实际中标注故障数据不足的问题，提出了基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断方法。首先构建域共享的一维卷积神经网络，从故障数据中提取可迁移特征；然后采用多核局部最大均值差异来测量可迁移特征相关子域的分布差异，并将测得的分布差异加入目标函数中训练；最后将训练完成的模型用于目标域健康状态的识别。实验结果表明，所提方法能在无标签目标域数据的情况下得到较高的准确率。

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37. 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（631）

PDF （4818KB）（388）

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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38. 求解资源受限多项目调度的改进遗传规划算法

陈浩杰, 丁国富, 张剑, 阎开印

中国机械工程 2021, 32 (10): 1213-1221. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.010

摘要（422）

PDF （1266KB）（386）

针对优先级规则调度不具备优化能力的缺陷，提出了一种应用于资源受限多项目调度的改进超启发式遗传规划算法以进化出更理想的优先级规则。通过分析现有优先级规则构建出适用多项目调度的归一化属性集和顶层判别编码方式，并结合NSGA-Ⅱ虚拟适应度分配方法对种群进行评估以实现多目标优化。设计了一种多样性种群更新方式，以避免传统遗传规划易陷入局部最优的缺陷和提高搜索能力。通过基于标准数据集PSPLIB所构造的算例和飞机总装装配线的生产实例验证了该方法的有效性和可行性。

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39. 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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40. 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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