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（2065）

PDF（pc）（4622KB）（1487）

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. 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（2344）

PDF（pc）（8557KB）（1358）

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. 基于Hertz接触理论的整体叶盘百页轮抛光材料去除深度建模研究

张军锋, 吴晓君, 史耀耀, 蔺小军

中国机械工程 2023, 34 (06): 668-676. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.005

摘要（554）

PDF（pc）（5074KB）（1136）

为了揭示复杂曲面百页轮抛光的材料去除机理，假设磨粒凸出高度服从正态分布，通过Hertz接触理论得到了接触区的抛光压力分布模型，然后基于弹塑性接触理论进行单颗磨粒受力分析，结合百页轮表面磨粒凸出高度分布函数建立了磨粒切入深度模型。在此基础上，综合主轴转速、进给速度和磨粒切削沟槽形状等确定了单颗磨粒的材料去除体积，并通过沿抛光轨迹积分的方法建立了材料去除深度模型。实验结果表明，材料去除深度的预测值与实验值的最大偏差和平均偏差分别为4.85%和2.95%，验证了所建材料去除深度模型的正确性和有效性。

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4. 基于自适应增量Kriging模型的多目标稳健优化设计方法

田宗睿, 智鹏鹏, 云国丽, 郭新凯, 官毅

中国机械工程 2023, 34 (08): 931-940. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.007

摘要（514）

PDF（pc）（9011KB）（982）

提出了一种自适应增量Kriging模型的多目标稳健优化设计方法。依据结构特征及优化目标，构建了增量Kriging代理模型，并提出混合加点采样策略，提高增量Kriging代理模型的自适应性；提出了柯西变异多目标粒子群优化(CMMOPSO)算法，通过改进惯性权重因子、个体学习因子和社会学习因子，同时引入柯西变异策略，提高优化模型求解的效率和精度；构建以结构相关参数为设计变量、性能指标标准差为目标、3σ变量缩减区间为约束的优化模型，综合CMMOPSO算法和灰色关联分析获得多目标稳健优化最优解。算例分析结果表明，所提方法不仅能够以较少的性能函数调用次数获得高精度结构优化模型，而且优化结果与传统方法相比，收敛速度更快、稳健性更好。

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5. 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（1067）

PDF（pc）（2658KB）（934）

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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6. 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（910）

PDF（pc）（3924KB）（915）

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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7. 考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制

闵德垒, 童汝亭, 危银涛

中国机械工程 2023, 34 (21): 2521-2530. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.001

摘要（567）

PDF（pc）（7794KB）（882）

基于非线性轮胎模型提出横摆角速度的一种准确计算方法，并将其用于车辆稳定性控制。轮胎的非线性采用刷子模型进行表征，通过摄动分析得到等效稳定性因数，进而得到稳态横摆角速度的精确解析解。对解析解存在性的分析表明轮胎非线性会对车辆稳定性产生影响。实车试验和基于车辆模型的控制仿真表明，考虑轮胎非线性可有效提高作为目标参量的稳态横摆角速度的计算精度，提高车辆稳定性的控制效果。

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8. 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（859）

PDF（pc）（2858KB）（863）

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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9. 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（797）

PDF（pc）（6637KB）（834）

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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10. 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（818）

PDF（pc）（5702KB）（832）

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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11. 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（856）

PDF（pc）（50387KB）（825）

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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12. 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（1213）

PDF（pc）（5220KB）（786）

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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13. 不同梯度变化方式的不规则多孔结构设计与力学性能分析

汤永锋, 路平, 刘斌, 江开勇, 颜丙功, 刘嘉伟, 韩伟,

中国机械工程 2022, 33 (23): 2859-2866. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.23.010

摘要（821）

PDF（pc）（9383KB）（786）

基于Voronoi图设计了4种不同梯度变化方式的不规则多孔结构，通过光固化成形工艺制备了这4种梯度多孔结构。对这4种梯度多孔结构分别进行了纵向（载荷方向平行于梯度方向）和横向（载荷方向垂直于梯度方向）压缩实验，研究其变形特点和力学性能。结果表明，梯度多孔结构在横向压缩时的变形特点与均匀多孔结构相似，纵向压缩时则表现出逐层坍塌的变形特点。在孔隙率相近的情况下，不同的梯度变化方式能够影响纵向压缩时的力学性能，对横向压缩的力学性能基本没有影响。降低梯度多孔结构的平均孔隙率可以提高结构力学性能。最后通过等应力复合模型和Voigt模型预测了梯度多孔结构纵向和横向压缩的弹性模量，预测结果与实验结果的相对误差基本都在10%以内。

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14. 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（1298）

PDF（pc）（17216KB）（758）

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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15. 流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

李荣启, 闫涛, 何智成, 米栋, 姜潮, 郑静

中国机械工程 2024, 35 (03): 487-497. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.011

摘要（778）

PDF（pc）（5000KB）（730）

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热力耦合或者流热耦合的设计，且大多局限于简单结构，未考虑流热力三场共同作用下的设计，限制了结构性能的提升。针对流热力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战，提出了一种流热力耦合拓扑优化方法，以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程，对计算域的流固材料进行统一表征；然后以最小化平均温度为目标，以流动能量耗散和结构柔度为约束，建立了流热力耦合的拓扑优化模型，并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析；最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计，得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

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16. 考虑设备预维护的特种车辆白车身试制车间绿色调度优化方法

李西兴, 周文龙, 唐红涛, 吴锐,

中国机械工程 2023, 34 (15): 1832-1847. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.008

摘要（387）

PDF（pc）（9794KB）（716）

综合考虑最长完工时间、设备总能耗以及总烟尘排放，构建了典型柔性作业车间多目标绿色调度优化模型，并设计了一种改进人工蜂群算法对其进行求解。首先，根据激光设备功率会发生周期性衰减的特点，提出了一种区分激光设备和普通机械设备的预维护策略，以减小最长完工时间并降低设备故障发生频率。其次，设计了一种基于设备分配和功率选择的变异方式以增强算法局部搜索能力，并在跟随蜂阶段引入基于拥挤距离的选择方法进行种群更新以获得优质个体。最后，扩展现有通用测试集并开展对比实验，同时以某汽车装备制造企业的特种车辆白车身试制车间为实例，进一步验证了模型与算法的有效性和可行性。

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17. 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（848）

PDF（pc）（2935KB）（705）

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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18. 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（1026）

PDF（pc）（5879KB）（704）

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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19. 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（562）

PDF（pc）（5241KB）（700）

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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20. 含Ni量、渗氮层深度及喷丸强化对42CrMo齿轮弯曲疲劳性能影响研究

武忠睿, 陈地发, 吴吉展, 杨玉典, 刘怀举

中国机械工程 2024, 35 (03): 394-404. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.002

摘要（385）

PDF（pc）（9652KB）（695）

针对不同含Ni量、渗氮层深度和喷丸强化组合的42CrMo齿轮开展弯曲疲劳试验，探究了不同工艺组合的齿轮弯曲疲劳极限提升效果，为齿轮抗疲劳制造提供工艺指导。基于随机森林算法分析了不同工艺组合齿轮的表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量对弯曲疲劳极限的贡献度，采用多元回归建立了考虑表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量的齿轮弯曲疲劳极限预测公式。预测值与试验值相比，最大误差可以控制在7.80%以内，为工程应用中快速、低成本评估齿轮弯曲疲劳极限提供了理论依据。

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21. 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（1015）

PDF（pc）（6537KB）（651）

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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22. 多轴车辆线控液压转向系统设计及转角控制

刘俊, 石朝欢, 林贝清, 黄鹤

中国机械工程 2022, 33 (14): 1741-1750. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.013

摘要（723）

PDF（pc）（6050KB）（639）

为减小多轴转向车辆货厢部位的第三轴转向轮转向磨损，要求该车轮与驾驶室部位的前转向轮转角关系满足阿克曼转向原理。针对某型号8×2四轴重型车辆，设计出一种第三轴线控液压转向系统，并建立其动力学模型，设计了基于指数趋近律的滑模控制器对第三轴转向轮转角进行控制，选取典型工况对所设计的控制器进行了仿真分析，并进行实车试验验证。研究结果表明：基于指数趋近律的滑模控制比基于比例切换函数的滑模控制及开环控制响应更快速、趋近目标值时间及超调持续时间更短、稳态差值更小；与采用机械液压转向系统相比，安装基于该控制器的线控液压转向系统不仅能显著提高第三轴轮胎的转向抗磨损性能，同时也改善了整车的转向性能。

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23. 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（592）

PDF（pc）（6293KB）（628）

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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24. 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（874）

PDF（pc）（4473KB）（610）

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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25. 湿式双离合器拖曳力矩算法及其应用

刘波, 张新桂, 石兴磊, 余子林, 钟振远, 李佳

中国机械工程 2022, 33 (15): 1882-1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.015

摘要（729）

PDF（pc）（5896KB）（606）

以某湿式双离合器总成为研究对象，分析了湿式双离合车辆在空挡（N挡）、驻车（P挡）怠速、蠕行过程中，离合器的输出扭矩变化机理；通过搭建输出扭矩的数学模型，得出了离合器片间隙润滑油膜的当量半径、峰值力矩、临界转速的理论计算公式，阐明了三者相互影响的动态关系；结合实验数据，论证了该模型的准确性，运用该模型可减小输出端扭矩波动、拖曳力矩和临界转速。

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26. 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（803）

PDF（pc）（6100KB）（599）

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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27. 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（878）

PDF（pc）（6394KB）（594）

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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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（787）

PDF（pc）（3792KB）（591）

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. 水陆两栖六足机器人的设计与性能评估

王宇, 周爽, 李亚鑫

中国机械工程 2022, 33 (17): 2079-2086. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.009

摘要（805）

PDF（pc）（7080KB）（590）

为提高机器人两栖环境下的运动性能，同时降低其运动机构在水陆间切换的机械复杂性与控制难度，提出了一款复合运动肢的水陆两栖六足机器人。对机器人进行陆地和水下的运动规划，解决了机器人适应不同坡度斜坡地形的稳定性问题；通过配置矢量推进器的位姿，实现了机器人多自由度的水下运动。ADAMS下机器人爬行运动的仿真结果在验证机械设计合理的前提下也表明机器人在不同坡度的斜坡爬行具有较好的稳定性。为进一步评估机器人的运动性能，搭建了机器人样机，在测试机器人斜坡爬行性能的同时，验证了机器人在水下可实现包括直行、旋转、上浮和下潜的多自由度运动。实验结果表明，机器人在陆地与水下均具有良好的运动性能。

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30. 一种仿蝗虫弹跳机器人的设计与制作

王铠迪, 陈岁繁, 唐威, 秦可成, 李其朋, 杨展, 刘阳, 邹俊

中国机械工程 2023, 34 (24): 2946-2951. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.006

摘要（656）

PDF（pc）（3896KB）（588）

为了提高小型机器人的机动性，增加运动步态的多样性，基于蝗虫的身体结构和运动机理设计了一款仿蝗虫弹跳的跳跃机器人，机身主体采用3D打印制作而成。为了复现蝗虫的弹跳动作机理，在机器人主体的连接处安装了扭转弹簧来模拟蝗虫的SLP机构（半月形储能机构），当机器人遇到障碍物时，扭转弹簧将储存的弹性势能释放，产生地面反作用力，实现机器人的弹跳从而越过障碍物。经实验验证，该机器人具有良好的跳跃性能，其跳跃距离可达100 cm，跳跃高度可达120 cm，约为自身身长的15倍。

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31. 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（694）

PDF（pc）（2405KB）（587）

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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32. 智能制造中的人-信息-物理系统协同的人因工程

杨晓楠, 房浩楠, 李建国, 薛庆

中国机械工程 2023, 34 (14): 1710-1722,1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.008

摘要（872）

PDF（pc）（5740KB）（582）

人信息物理系统(HCPS)的智能制造理论体系明确了人在智能制造系统的中心地位。从智能制造人机协同的需求出发，基于人机交互鸿沟理论，在行为、意图、认知三个层面讨论了人因工程在“人本智造”中的研究重点。围绕虚实融合场景、多模态人机交互及认知量化等方法，阐述了人因工程在促进HCPS智能融合的重要作用。最后，从实现HCPS集成的智能制造系统出发，提出了“人本智造”的研究方向和学科发展建议。

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33. 多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法

陈东宁, 胡彦龙, 姚成玉, 王宽通, 马雷,

中国机械工程 2022, 33 (19): 2340-2346. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.008

摘要（726）

PDF（pc）（4440KB）（579）

贝叶斯网络分析方法是可靠性分析的重要方法，但传统贝叶斯网络分析方法局限于分析单因素影响，当系统可靠性受多因素影响时会产生较大分析偏差。为此，提出多维动态贝叶斯网络分析方法，借助单位阶跃函数与冲激函数进行贝叶斯网络时间连续化构造，建立根节点受多因素影响时系统的失效概率分布函数。在此基础上，对传统重要度分析方法进行多维扩展，提出多维动态贝叶斯网络重要度分析方法。通过对斗轮机张紧机构液压系统进行工程实例分析，并与离散时间贝叶斯网络分析方法分析结果对比，验证了多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法的可行性和优越性，为系统改进与薄弱环节识别提供了更为准确的量化依据。

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34. 无人直升机六足式起落架设计与控制算法

刘昊林, 刘小川, 任佳, 王计真, 董久祥, 方正

中国机械工程 2023, 34 (04): 421-430，439. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.006

摘要（630）

PDF（pc）（8838KB）（547）

无人直升机在作战、巡逻、反潜、救援、运输中发挥极其重要的作用，但是传统起落架形式对起降环境要求较高。针对复杂地形自适应起落、恶劣海况舰面起降和停放以及应急坠撞高生存力等问题，提出了一种基于多连杆机构设计的无人直升机仿生腿式起落架系统，并完成了控制算法研究和建模仿真。首先从仿生腿数量、分布形式、腿部自由度配置和需要完成的功能等方面对仿生腿式起落架机械构型进行分析，并完成了六足式起落架运动学和动力学分析。然后针对仿生腿式起落架自适应着陆过程，完成着陆缓冲和地形建模算法的研究。最后，基于控制算法搭建虚拟样机仿真模型，完成了多种地形的仿真分析和样机测试。研究结果表明，所设计的仿生腿式起落架结构和控制算法可完成动态自适应着陆，实现着陆过程的平稳缓冲。

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35. 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（557）

PDF（pc）（6340KB）（547）

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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36. 面向增材制造的航空发动机外部系统支架拓扑优化设计

孟亮, 仲明哲, 李文彪, 夏凉, 高彤, 朱继宏, 张卫红,

中国机械工程 2022, 33 (23): 2822-2832. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.23.006

摘要（746）

PDF（pc）（8396KB）（540）

分析了严酷载荷工况下航空发动机外部系统支架的力学性能，以两种极限载荷工况下的支架柔顺度为目标函数，采用增材制造材料横观各向同性模型，开展了面向增材制造的外部系统支架拓扑优化设计与性能校核。金属激光增材制造样件的力学试验表明：面向增材制造的支架设计较初始结构质量减小约15%，刚度增大约20%，一阶固有频率提高约15%，结构强度显著增大。该方案实现了1个外部系统支架、2个管路支架和4颗铆钉的一体化增材制造，有效提升了发动机装配质量和效率，顺利通过地面静载和发动机点火试验。

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37. 融合脑电-肌电信号的人机协作装配意图识别方法

董元发, 蒋磊, 彭巍, 周彬, 方子帆

中国机械工程 2022, 33 (17): 2071-2078. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.008

摘要（667）

PDF（pc）（7217KB）（535）

针对人机协作装配场景下基于单源生理电信号识别协作意图准确率不高、稳定性不好的问题，首先采用支持向量机方法分别从脑电信号和肌电信号识别单源协作装配意图，然后采用D-S证据理论对多源协作装配意图识别结果进行融合，提出了一种融合EEG-EMG信号的人机协作装配意图识别方法。实验结果表明，所提方法可以有效提高人机协作装配意图识别的准确率和稳定性。

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38. 轮腿式可变形车轮设计及整车控制研究

耿雪晴, 吴孟武, 华林,

中国机械工程 2023, 34 (12): 1446-1452. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.007

摘要（589）

PDF（pc）（6422KB）（534）

针对当前复杂地形与路况对整车机动性及越障能力的需求，设计了一种轮腿式可变形车轮结构，该车轮结构可在不同地形与路况下进行轮式与腿式的状态转换。介绍了可变形车轮的设计原理并对结构参数进行了计算与优化，分析得到了轮腿式可变形车轮最大变径比。设计了一套简单有效的轮腿式可变形车轮智能变形控制系统，并据此开展整车布局设计，分析整车运动过程。制作并搭建了样车平台，通过实验测试了整车的机动性与越障能力。结果表明该变形车轮可在轮式与腿式状态下快速智能转换，使得整车系统可同时在结构化与非结构化路面稳定行驶，具有较高的机动性与越障能力。

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39. 基于增材制造各向异性的强度约束拓扑优化

何智成, 杨丁丁, 姜潮, 伍毅, 江和昕

中国机械工程 2022, 33 (19): 2372-2380，2393. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.012

摘要（762）

PDF（pc）（6452KB）（529）

增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能，为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求，提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数，通过权重因子构建了包含失效系数约束的目标函数。详细求解了优化灵敏度公式，并采用敏度归一化等数值方法稳定优化历程。典型算例表明，所提方法可有效抑制高失效风险区域以保证结构强度，且在材料各向异性强度假设下可获得更优于von-Mesis应力相关设计的结果。此外，优化结果高度依赖于各向异性程度与材料堆叠角度参数的变化，因此合理的调整将有助于优化结构性能。

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40. 基于数据挖掘的注塑产品质量在线故障检测及预测

陈昱, 项薇, 龚川

中国机械工程 2023, 34 (14): 1749-1755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.012

摘要（682）

PDF（pc）（1793KB）（517）

注塑件的尺寸精度与注塑工艺参数、注塑过程中各阶段实时条件及实时工况的变化都有关联。开发了一个基于数据挖掘的工件质量诊断模型，利用模内温度、压力、位移等高频传感器采集到的实时数据构建了高维时序特征集，采用三段式特征选择法确定了关键特征子集，并将其用于训练基于LightGBM分类器的质量在线检测模型。基于卷积神经网络长短期记忆网络（CNN-LSTM）的时序模型预测了各特征的未来值，结合分类器完成了产品质量的事前预测。验证结果显示在线检测宏的平均召回率达到89.1%，事前预测宏的平均召回率为81.6%。

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