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2015年 第26卷 第5期    刊出日期：2015-03-10
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版权页和目次
2015, 26(5):  0. 
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机械基础工程
低温喷雾射流铣削Ti40阻燃钛合金的刀具耐用度
吕东升, 徐九华, 傅玉灿, 丁文锋, 严凯
2015, 26(5):  569-574. 
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为研究低温喷雾射流对铣削Ti40阻燃钛合金过程中刀具磨损的改善效果，通过油冷浇注以及低温喷雾射流冷却润滑方式的对比分析，探讨了铣削过程中涂层硬质合金刀具的磨损行为与耐用度。研究了低温喷雾射流加工过程中气体压力、液体压力、靶距、液体流量对铣削温度的影响，利用响应曲面法建立了刀具铣削温度数学模型，确定了喷雾射流参数的最佳值，并进行了铣削验证。结果表明：低温喷雾射流较油冷浇注冷却润滑方式可更有效地抑制刀具磨损，能够成倍地提高刀具耐用度；建立的刀具铣削温度模型有效度高，误差较小，通过优化低温喷雾射流参数有效提高了刀具耐用度；低温喷雾射流铣削Ti40阻燃钛合金的最佳参数值为：气体压力0.5MPa，液体压力0.5MPa，靶距5mm，液体流量83mL/min。
碟形砂轮加工刀具螺旋槽的磨削参数研究
曾滔, 周志雄, 汤爱民, 肖思来, 左小陈
2015, 26(5):  575-580. 
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基于无瞬心包络原理，建立了刀具螺旋槽的数学模型，推导了螺旋槽磨削参数和设计参数之间的函数关系式；根据数学模型，利用MATLAB开发了用于计算螺旋槽磨削参数和数值仿真刀具槽形的人机交互式界面程序；将刀具仿真槽形与实际槽形进行对比，结果表明两者具有很好的一致性，这证明了数学模型的有效性。另外，初步讨论了设计参数与刀具磨削参数及槽形之间的变化关系。
基于几何非线性有限单元法的温控器用片弹簧优化设计
陈文华, 李小辉, 潘骏, 贺青川, 陈晓英, 王孟
2015, 26(5):  581-586. 
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利用几何非线性有限单元法对温控器用片弹簧参数进行了数值计算，并通过与实际测试结果的对比，验证了基于几何非线性有限单元法求解温控器用片弹簧参数的可行性和正确性。在此基础上，运用MATLAB优化工具，对片弹簧的结构尺寸进行了优化设计。然后建立触头弹跳的ADAMS仿真模型，并利用激光位移测试方法对模型进行了验证。最后利用ADAMS软件对温控器进行触头弹跳仿真分析。结果表明：基于几何非线性有限单元法优化设计的片弹簧能有效抑制动触头的弹跳。

智能制造
基于混沌优化MPSO的移动机器人FastSLAM算法研究
朱奇光, 夏翠萍, 陈卫东, 陈颖
2015, 26(5):  587-591,597. 
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针对移动机器人快速同时定位和地图创建(FastSLAM)中粒子退化问题，提出一种基于混沌优化的中值导向粒子群优化(MPSO)算法。该算法在粒子估计过程中引入观测信息，调整粒子的提议分布，提高位置预测的准测性。混沌优化MPSO算法采用两步优化策略，首先通过中值导向加速度来改进粒子的进化速度，有效地克服粒子退化问题，改善算法的收敛性;然后针对粒子耗尽问题，在MPSO优化算法中引入混沌搜索算法来寻找全局最优位置，驱散聚集在局部最优的粒子群，使其向全局最优位置靠近，扩大解空间的范围，从而保持种群的多样性。仿真和实时数据证明了该方法正确、可行。
四足机器人对角小跑步态动态稳定步行足端非连续约束及动力学建模
雷静桃, 俞煌颖, 王峰
2015, 26(5):  592-597. 
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将四足机器人对角小跑步态周期分为摆动相和支撑相，采用D-H坐标法进行四足机器人运动学建模分析，提出基于质心运动定理分析腿机构处于支撑相的足端非连续约束力，通过力雅可比矩阵建立足端约束力与关节广义驱动力的映射关系。考虑足端与环境间的非连续约束，建立了具有变拓扑机构、非连续约束等特征的四足机器人非线性动力学模型，并通过虚拟样机仿真验证了动力学理论分析的正确性，为提高四足机器人非结构环境的机动性和动态稳定性研究提供了参考。
机械基础工程
基于圆台形热传导模型的慢走丝线切割仿真与试验
王艳, 杨林, 丁成才, 丁成业
2015, 26(5):  598-605. 
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基于放电通道中等离子体的形成机理，根据慢走丝线切割在短脉冲放电加工时放电通道中电子流与离子流散射速度的差异，提出了圆台形热传导模型。采用基于圆台形热传导模型的有限单元法对航空材料Inconel 718的典型工况进行了仿真计算，系统地分析了放电能量对放电通道温度以及放电蚀坑深度的影响规律，并采用声发射检测技术在线监测慢走丝线切割的加工表面粗糙度。通过仿真结果与试验测得工件表面粗糙度Rt值的对比，再结合试验测得的声发射信号波形图特征及声发射信号均方根值发现：仿真计算得到的放电蚀坑深度与表面粗糙度Rt值吻合较好；声发射信号的强度随着放电能量的增加而增强，声发射信号强度随着放电温度变化速率的变小而减弱。最后回归分析得到材料表面粗糙度与声发射信号均方根值的数学预测模型，预测结果与测得的表面粗糙度误差仅为4.4%。
起重机变幅运动吊重防摆控制研究
曹旭阳, 袁靖, 李万里, 丁冲
2015, 26(5):  606-611,619. 
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针对起重机变幅运动过程中吊重摆动造成的就位精度差、工作效率低和作业不安全等问题，提出了一种误差渐进补偿控制方法，以减小吊重摆动。在分析误差渐进补偿控制原理的基础上，设计了误差渐进补偿控制器。采用变补偿系数控制方法，在实现吊绳摆角渐进减小的同时满足了变幅加速度和液压泵排量的要求。运用MATLAB软件对系统进行仿真，仿真结果表明，对于不同的绳长和臂架长度，误差渐进补偿控制具有良好的鲁棒性和控制精度，在起重机开始制动后，吊绳摆角在10s内减小到了0.003rad以下。
浮动平底推杆凸轮机构的第Ⅱ类尺寸综合问题
李延平, 林荣富, 常勇
2015, 26(5):  611-619. 
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将德国进口高速印刷机机构中的滚子推杆推广至平底推杆演化构型，并以此为研究对象,引入“斜交浮动坐标系”、“支撑函数法”和“瞬时一维直线区段”及其投影得到的“瞬时区间套”等概念，进而提出求解推程区间套、回程区间套和整程区间套的方法。给出求解瞬时/整程平底方位线许用选择区域和凸轮基圆半径r0许用取值范围的基本原理，并推导得到其相应的通用解析公式，进而得到其解的存在性和存在性态的解析判据，最后搜索得到平底夹角的取值范围等。较圆满地解决了浮动平底推杆盘形凸轮机构的第Ⅱ类尺寸综合问题。
 
智能制造
基于Pareto优化的离散自由搜索算法求解多目标柔性作业车间调度问题
彭建刚, 刘明周, 张玺, 张铭鑫, 葛茂根
2015, 26(5):  620-626. 
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针对多目标柔性作业车间调度问题搜索空间的离散性和求解算法的收敛性，提出一种基于Pareto优化的离散自由搜索算法来求解多目标柔性作业车间调度问题。在建立基于Markov链数学模型的基础上，证明了算法以概率1收敛；引入首达最优解期望时间来分析算法收敛速度，并分析了算法时间复杂度。采用基于工序排序和机器分配的个体表达方式，在多目标柔性作业车间离散域，利用自由搜索算法在邻域小步幅精确搜索和在全局空间大步幅勘测进行寻优；通过自由搜索算法自适应赋予个体各异辨别能力和Pareto优化概念来比较个体优劣性，不仅保留优化个体，而且使个体寻优方向沿多目标柔性作业车间调度问题Pareto前沿逼近。通过对搜索过程中产生的伪调度方案进行可行性判定，以确保调度方案可行。采用10×10FJSP和8×8FJSP问题的实例进行寻优测试，验证了所提算法的可行性和有效性。
加工时间不确定的柔性作业车间鲁棒调度方法
汪俊亮, 张洁, 秦威, 银莉, 陈定方
2015, 26(5):  627-632. 
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针对中小批量环境下加工时间不确定的柔性作业车间调度问题，采用冗余处理方法构建了以最大完工时间为目标的鲁棒调度模型。为降低算法的搜索规模和提高算法的求解速度，提出了顺序搜索机制，并设计两阶段遗传算法，分阶段获取冗余状态和最优结果。采用某柔性生产线的数据进行正交试验，优化了算法关键参数，并构建了柔性生产线仿真模型，对调度结果的鲁棒性和优化目标性能进行了分析。结果表明，该算法在目标性能和鲁棒性上都显著优于标准遗传算法，能有效处理加工时间不确定的柔性作业车间调度问题。
复杂环境下的装配路径求解与优化
姜康, 胡龙
2015, 26(5):  632-636. 
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针对三维复杂环境下的装配路径规划问题，运用栅格法建立了规划空间模型，基于蚁群算法求解出了一条避开障碍物的初始路径；对求解得到的装配初始路径，提出采用二分法插值优化方法缩短装配路径长度，在规划过程中采用目标零件与障碍物的轴向包围盒进行避障。对装配路径的求解及优化进行了实例测试，获得了一条无碰撞的最短的平滑路径，验证了算法的有效性和可行性。
一种基于单元化制造及时间任务总线的计划调度模式构建
王献红, 史国权
2015, 26(5):  637-640. 
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为解决目前大多数离散制造型企业的计划调度模式存在计划调度多层级、生产管理结构呈金字塔型、生产管理复杂且对市场需求反应能力不强、难以满足市场需要等问题，针对普遍存在的典型制造过程提出了一种新型的基于时间任务总线概念的计划调度模型及计划调度集成优化模型。模型在企业实际应用后的数据统计分析充分验证了该方法先进可行。
机械基础工程
基于组合核函数OSVR算法的起重机减速齿轮箱磨损趋势预测
曹劲然, 冯毅, 陆宝春, 张登峰, 吴建, 石胜征, 关德壮
2015, 26(5):  641-646. 
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针对起重机减速齿轮箱的磨损过程具有非线性与时变性，传统磨损趋势预测方法无法有效兼顾预测精度与执行效率的问题，提出了一种基于组合核函数的在线支持向量机回归（online support vector regression，OSVR）预测算法。OSVR的在线学习算法能够适应时间序列的时变性并提高执行效率，同时可利用不同的核函数性能，通过组合模型提高预测精度。采用实际齿轮箱铁谱数据对预测算法进行验证，结果表明，基于组合核函数的OSVR预测算法具有很好的预测精度和适应性，能有效预测起重机齿轮箱的磨损故障，且相比于单一OSVR算法和灰色神经网络组合算法有更高的效率和预测精度。
智能制造
基于导轨面图像特征雷达图的磨损状况识别
周友行, 喻思亮, 张俏, 周健
2015, 26(5):  647-652. 
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为解决精密机床导轨面磨损缺陷及缺陷程度的识别问题，提出一种基于导轨面图像数据雷达图重心特征的表面磨损识别方法。首先提取导轨面图像数据的灰度均值、歪度、峭度、扁度和投影方差作为磨损状况识别的原始特征；然后采用雷达图技术将特征数据可视化，并提取雷达图的重心特征；最后采用支持向量机技术设计分类器，同时采用雷达图重心特征和磨损缺陷原始特征进行分类,并与实验检测的导轨面磨损数据进行对比分析。计算和实验结果表明: 基于雷达图的图像数据重心特征可有效地识别导轨面是否磨损,并能在一定程度上判别导轨面的磨损程度。
基于人因仿真分析的装配序列评价模型及应用
马红占, 褚学宁, 刘振华, 李玉鹏
2015, 26(5):  652-657. 
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为减少装配作业疲劳，降低动作强度，提高装配质量和效率，提出了一种基于人因工程仿真分析的装配序列综合评价模型。以装配序列的人因性能优劣为目标，创建了包含定量与定性指标在内的综合评价指标体系；提出了装配序列人因工程仿真分析模型，通过虚拟仿真技术与人因分析方法获取人因性能的基础指标属性值。采用客观自适应熵权法和改进模糊层次分析法分别确定各定量指标和定性指标的权重，利用三角模糊数定量化定性评价值，基于Topsis框架得到适合人体作业的最优装配序列。最后结合Tecnomatix数字化仿真平台将该评价模型应用于某航天产品减速器可行装配序列的优选，验证了方法的有效性。
机械基础工程
用GAAA优化多阶段装配过程中的夹具布局
谢伟松, 邓铮, 丁伯慧
2015, 26(5):  658-663. 
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改进了遗传算法与蚁群算法的融合（GAAA）算法，利用它来解决多阶段装配过程中二维刚性零件的夹具布局优化问题，合理选择定位销的位置使得灵敏度指标最小化。通过改变遗传算法的变异算子，变异长度以及交叉、变异在蚁群算法中发生的位置，提高了GAAA的稳定性和收敛性。以汽车侧边装配为例验证了改进算法的有效性，结果表明改进后的GAAA比基本的GAAA和蚁群算法求得的结果要好，且收敛速度更快，稳定性更好。
机电集成电磁蜗杆传动在系统参数激励下的稳定性分析
关雪梅, 郝秀红
2015, 26(5):  663-667. 
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考虑到机电集成电磁蜗杆传动系统的参数振动由外界的激励产生，通过系统内参数的周期性改变间接地实现，推导出描述参数振动的数学模型为周期变系数的常微分方程；通过对系统转动惯量波动进行分析可知系统是稳定的；利用系统参数刚度矩阵和小参数导出系统微分方程，将其正则化得到系统微分方程的通解，进而得到判断因子，从而确定系统的动力稳定状态，并用具体算例进行了验证。
加工中心双悬浮系统支持向量机α阶逆解耦时变滑模控制
刘春芳, 荣刚
2015, 26(5):  668-674. 
摘要 ( )   PDF (700KB) ( )  
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龙门数控加工中心移动机械横梁可采用双电磁悬浮系统共同悬浮来消除摩擦的影响，而这两个电磁悬浮系统存在着一定的耦合关系。当数控机床工作时，由于受力不平衡或者扰动等因素影响，这种耦合的存在会使两个电磁悬浮系统的悬浮气隙受到影响，并降低加工精度。分析得出了横梁发生绕质心旋转和上下平移时两个电磁悬浮系统的耦合定量关系，为了消除耦合的影响，采用支持向量机逼近双电磁悬浮系统的α阶逆系统，将所得到的α阶逆系统串联在原系统前构成伪线性复合系统，从而将原系统解耦成两个独立的SISO伪线性系统。针对解耦后的伪线性SISO系统设计了时变滑模变结构控制器，可使系统在任意初始状态下系统状态变量都能直接到达系统的滑模面上，消除了状态变量到达滑模面的过程，以最短的时间实现了滑模变结构控制，实现了对参数摄动和外部干扰的全局鲁棒性。仿真实验结果表明，该方案不需要被控对象精确的数学模型即可采用支持向量机逼近被控系统的α阶逆系统，可有效地对耦合的悬浮系统实现解耦。解耦后的SISO伪线性系统采用时变滑模变结构控制具有响应速度快和鲁棒性强等特点。
智能制造
保持参数分布状态的有限元变形网格B样条曲面重建算法
李涛, 刘浩, 何纲
2015, 26(5):  675-681. 
摘要 ( )   PDF (628KB) ( )  
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针对变形前后的有限元网格模型及原始曲面模型，提出一种保持参数分布状态的B样条曲面重建算法。在裁剪区域，通过对原始曲面进行平移、延伸、截取及重新参数化等操作，构造初始拟合曲面；在非裁剪区域，在垂直于大曲率边界的参数方向上插入截面线并重新参数化两条大曲率边界，用双向蒙皮的方法重建拟合曲面。然后进入重新参数化网格点和重新拟合曲面的迭代过程，直至满足终止准则。在曲面迭代修改过程中，通过计算基函数的极值点给出一种更精确的欠约束区域判定方法；利用插值四边/三角细分算法细化粗糙网格模型，补充约束条件，提高拟合曲面的光顺性；借助拟合曲面补充边界约束条件，结合网格点插值和形状保持约束，改进裁剪曲面的拟合精度。实验结果验证了算法的有效性。
基于近似动态规划的动态车辆调度算法
李雪, 聂兰顺, 齐文艳, 战德臣
2015, 26(5):  682-688. 
摘要 ( )   PDF (640KB) ( )  
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针对物流配送服务业中，车辆调度问题日渐呈现任务规模大，车辆类型多、属性多，调度实时性要求越来越高等特点，提出了基于近似动态规划的动态车辆调度算法。根据当前的任务需求与车辆状态以及相应的约束条件作出相应的调度，并且对一些样本进行训练，得到了一个近似价值函数。通过该价值函数，即可对任务迅速作出相应的决策。仿真模拟实验证明了该算法的有效性和优越性。
先进材料加工工程
基于应变梯度塑性理论的微塑性成形力学性能
郭幼丹, 程晓农
2015, 26(5):  689-693. 
摘要 ( )   PDF (530KB) ( )  
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不同厚度的T2紫铜试样的单向拉伸、微硬度和微弯曲试验表明，材料的力学行为与内禀的材料特征参数相关：厚度为30μm的板材，其拉伸强度比厚度为150μm的板材提高了28%，平均晶粒尺寸D为50μm的细晶，其拉伸强度比平均晶粒尺寸D为120μm的粗晶拉伸强度提高了33%，拉伸时呈现出“越小越强”的特征；当压痕深度与板材厚度的比值大于0.2时，压入深度越大，压痕硬度越大，呈现出“越大越硬”的现象；回弹角随板料厚度的减小而增大，当材料厚度小于一定值（0.06mm）时，材料的应变梯度硬化效应使得回弹角随板料厚度的变化更为剧烈，这种变化与采用应变梯度塑性理论预测的结果基本一致。
机械基础工程
AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系研究
周梦成, 冯飞, 胡建华, 雷雨, 何鹏, 黄尚宇, 邹方利
2015, 26(5):  694-698. 
摘要 ( )   PDF (533KB) ( )  
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对AZ31B镁合金光滑圆棒和缺口圆棒进行了系列准静态拉伸试验,采用ABAQUS对各试样拉伸过程进行了模拟分析。拟合得到了Johnson-Cook断裂失效模型的部分材料常数，建立了AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到ABAQUS中进行仿真模拟，模拟结果与试验结果基本一致，验证了断裂失效模型的正确性。
纯电动汽车变速器传动比区间优化
赵韩, 冯永恺, 黄康
2015, 26(5):  698-703,709. 
摘要 ( )   PDF (734KB) ( )  
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针对纯电动汽车传统传动比优化所得结果为确定值，而变速器齿轮配齿所得传动比往往偏离该确定值的问题，根据某典型行驶工况，在整车参数已定的情况下，对驱动电机进行匹配选择。以传动比为变量，结合两参数换挡规律，提出一种传动比区间优化方法。优化结果表明，该方法所得传动比的最大可行区间既能解决齿轮配齿问题，又能使电机驱动系统工作在高效区。
DLC涂层改善气门挺柱摩擦学性能的试验研究
李伟军, 李周裕, 王媛慧
2015, 26(5):  704-709. 
摘要 ( )   PDF (698KB) ( )  
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为探求DLC涂层对气门挺柱摩擦学性能的影响，制备了三种不同表面处理的气门挺柱，搭建了配气机构试验台架，对比分析了不同顶面处理方法的气门挺柱在不同转速和缸盖温度下的摩擦功耗；测试了试验前后气门挺柱和凸轮的表面形态，研究了DLC涂层表面特性及其耐磨损特性。试验结果表明，DLC涂层能够减小气门挺柱表面粗糙度，含Si的DLC涂层表面粗糙度极小；气门挺柱与凸轮之间的摩擦力矩随着凸轮轴转速上升逐渐减小，随着缸盖温度上升逐渐增大；相对于传统碳氮共渗气门挺柱，DLC涂层能有效减小摩擦损失，含Si的DLC涂层能减小高达20%的摩擦损失；无涂层气门挺柱和不含Si的DLC涂层气门挺柱的耐磨性较差，含Si的DLC涂层具有极好的耐磨性。
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2015, 26(5):  710. 
摘要 ( )   PDF (85KB) ( )  
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