中国机械工程

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1. 基于监督降维和自适应Kriging建模的高维不确定性传播方法研究

宋周洲1, 2, 张涵寓1, 2, 刘钊3, 朱平1, 2

中国机械工程 2024, 35 (05): 762-769，810. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.001

摘要（1395）

PDF（pc）（3068KB）（221）

高维不确定性传播目前面临维度灾难和小样本的问题，难以利用有限的样本资源获得高精度的分析结果，针对此问题，提出了一种基于监督降维和自适应Kriging模型的高维不确定性传播方法。利用改进充分降维方法将高维输入投影到低维空间中，并利用Ladle估计器确定低维空间的维度。将降维投影矩阵嵌入Kriging核函数中以减少待估计超参数的数量，提高建模精度和效率。最后，创新性地定义了投影矩阵留一交叉验证误差，并基于此提出了相应的Kriging自适应采样策略，可以有效避免模型精度在自适应采样过程中发生较大波动。数值算例与工程案例的结果表明，相比现有方法，所提方法能够以较少的样本点获得高精度不确定性传播结果，对复杂装备结构的不确定性分析和设计具有一定参考作用。

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2. 区间过程激励下刚柔耦合系统动态不确定性分析的序列模拟方法

刘延浩, 倪冰雨, 田万一, 姜潮

中国机械工程 2024, 35 (05): 770-783. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.002

摘要（1153）

PDF（pc）（9281KB）（125）

针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学问题，提出了一种基于区间过程模型的动力学不确定性序列模拟方法，旨在通过区间过程序列抽样及刚柔耦合动力学序列模拟计算结构振动与机构运动等系统动态响应的上下边界。介绍了中心刚体柔性梁刚柔耦合系统动力学方程的构建与数值求解方法。针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学分析，引入区间过程模型及其区间K-L展开对动态不确定性进行了度量和高效表征，提出了一种求解系统机构运动与结构振动等动力学响应上下边界的序列模拟方法。该方法利用序列模拟策略识别当前模拟序列中对动态响应上边界或下边界具有贡献的区间过程参数样本集，作为下一模拟序列中的局部加密抽样中心，可有效避免直接蒙特卡罗模拟在计算动力学响应上下边界时因过多无效抽样模拟而导致的低效收敛问题。最后，通过三个算例对所提方法的有效性进行了验证。研究结果表明，对于刚柔耦合系统大范围运动及振动响应上下边界的求解，序列模拟方法相比于直接蒙特卡罗模拟方法具有更好的计算效率和计算精度。

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3. 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（1082）

PDF（pc）（5220KB）（751）

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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4. 膜片式微通道预冷器换热微细管束振动分析与可靠性评价方法

王正, 马同玲, 王博文, 顾美丹

中国机械工程 2024, 35 (05): 869-876,885. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.012

摘要（1081）

PDF（pc）（3506KB）（67）

针对预冷吸气式组合发动机的膜片式微通道预冷器换热微细管束振动可靠性问题，建立换热微细管固有振动特性计算方法与数学模型，研究预冷器换热微细管在高速气流冲击下的振动模式，给出综合考虑旋涡脱落激振、紊流抖振和弹性激振等多种共振模式的预冷器换热微细管束振动可靠性评价模型，揭示预冷器换热微细管振动可靠度的变化规律。研究结果表明，预冷器换热微细管的固有振动频率与换热微细管外径、壁厚、相邻支撑间隔板之间跨度以及材料特性等参数密切相关，其振型具有正弦函数的特征；预冷器换热微细管在高速气流冲击作用下存在旋涡脱落激振、紊流抖振、弹性激振等共振模式；预冷器换热微细管振动可靠度随外侧被冷却工质流速的增大呈现出先降低后提高并趋近于某一数值的变化规律；为防止预冷器换热微细管发生共振损坏，在结构设计中要充分结合工作剖面、流动换热特性等，合理设计换热微细管束结构参数。

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5. 基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法

刘竟飞1, 姜潮2, 倪冰雨2, 汪宗太3

中国机械工程 2024, 35 (05): 792-801. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.004

摘要（951）

PDF（pc）（4472KB）（111）

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题，提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点，对输入变量进行一次性采样，从而构造初始训练样本集。采用贝叶斯深度神经网络初步构建高维多输出问题的代理模型。贝叶斯深度神经网络能够同时求解多个预测输出响应的不确定性估计，基于该特点发展了一种针对高维多输出问题的主动加点策略，通过主动学习的方式进一步构建具有较高精度的高维多输出代理模型。然后，利用蒙特卡罗采样方法以及高斯混合模型求解多个输出响应的联合概率密度函数。研究结果表明，所提方法不仅能够避免分别对多个输出响应进行独立求解的复杂过程，而且能够利用多个输出响应之间的关联，主动筛选关键样本点进行建模，在一定程度上提高了高维多输出问题的求解效率。最后，通过几个数值算例验证了所提方法的有效性。

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6. 大口径火炮弹协调器机构可靠性优化设计研究

闫利军1, 李广岐1, 刘勤2, 高景洲1, 宋华斌1, 骆小平1

中国机械工程 2024, 35 (05): 877-885. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.013

摘要（931）

PDF（pc）（3107KB）（95）

为提高弹协调器的交弹效率，同时保障协调交弹动作具有高可靠度，开展某弹协调器机构的可靠性优化设计。考虑主要几何尺寸、制造误差、重要构件弹性变形等影响因素，建立某弹协调器的参数化刚柔耦合动力学模型，通过参数化动力学分析，复现协调器的协调交弹动作失效，并建立相对应的功能函数及协调器可靠性优化设计模型。针对协调器可靠性优化模型，为提高优化设计的效率和精度，构建新的Kriging模型自适应更新策略，并与序列二次规划（SQP）方法、功能函数度量法（PMA）/可靠度指标法（RIA）结合，提出协调器机构可靠性优化设计方法。研究结果表明，在协调交弹可靠度满足要求的情况下大幅提高了某协调器的协调效率，也验证了所提方法的有效性和工程价值。

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7. 电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型的加速试验验证与评估

钱萍, 陈驰, 陈文华, 吴山奇, 郭明达

中国机械工程 2024, 35 (05): 886-894. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.014

摘要（817）

PDF（pc）（4553KB）（58）

针对电连接器用聚氨酯胶密封件在长贮条件下的寿命评估问题，从机理层面分析了聚氨酯胶密封件内聚破坏和边界破坏导致性能下降的原因。依据从机理层面建立的电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型，利用聚氨酯胶密封件温湿度综合应力加速退化试验数据，综合应用粒子群优化算法和回归分析、AD检验及拟合优度等检验方法，从数据统计层面验证了电连接器用聚氨酯胶密封件失效物理方程和退化轨迹模型的合理性。利用扫描电镜和能谱分析验证了失效机理分析的正确性。最后，利用所建模型评估了电连接器用聚氨酯胶密封件在贮存环境下的可靠寿命。

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8. 曲线焊缝的机器人焊接轨迹规划与高频控制

吴超群, 赵松, 雷艇

中国机械工程 2023, 34 (14): 1723-1728. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.009

摘要（817）

PDF（pc）（6070KB）（437）

机器人实时焊缝跟踪系统中，轨迹规划时间及控制延迟过高会影响跟踪精度和焊接质量。针对这一问题，结合B样条曲线插补算法和外部引导运动模块，提出一种用于曲线焊缝的分段式实时轨迹规划与控制方法。首先根据插补时间最优原则将轨迹分段，然后采用三次非均匀B样条插补每段轨迹并得到插补点，最后设计了机器人高频控制器，利用外部引导运动模块以4 ms为周期将插补点依次发送给机器人，引导机器人运动。试验结果表明，该方法在100 ms内即可完成正弦曲线焊缝的规划并引导机器人焊接，跟踪精度控制在±0.2 mm以内，实现了轨迹的快速规划和高频控制。

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9. 基于深度时间卷积神经网络与迁移学习的流程制造工艺过程质量时序关联预测

阴艳超, 施成娟, 邹朝普, 刘孝保

中国机械工程 2023, 34 (14): 1659-1671. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.003

摘要（793）

PDF（pc）（13154KB）（206）

针对流程生产多工艺参数时序耦合导致的生产质量难以准确预测的问题，提出了基于深度时间卷积神经网络与迁移学习的生产质量快速高效预测方法。借助序列到序列的学习框架，采用深度时间卷积神经网络和时序注意力机制构成的编码器提取多源关键时序特征，采用残差长短期记忆神经网络构成的解码器挖掘质量时序信息，引入迁移学习解决预测模型对生产质量在线预测适应性的问题。实验表明所提方法的预测精度与稳定性优势显著，且在小样本数据预测时具有较高的预测精度和计算效率。

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10. 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（793）

PDF（pc）（5740KB）（539）

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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11. 一种基于AK-MCS-K的失效概率函数估计方法

宋海征1, 2, 周长聪1, 2, 李磊1, 2, 林华刚1, 2, 岳珠峰1, 2

中国机械工程 2024, 35 (05): 784-791. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.003

摘要（775）

PDF（pc）（4039KB）（103）

针对可靠性优化设计中失效概率函数求解复杂、计算量大等问题，提出一种求解失效概率函数的高效方法。所提方法的基本思路是利用自主学习Kriging方法构造输入变量全空间在失效边界处的局部代理模型，进而通过该局部代理模型结合Monte Carlo模拟法计算在指定分布参数样本下结构的失效概率，然后基于Kriging方法拟合分布参数样本点与对应结构失效概率之间的函数关系，最终建立用Kriging模型表达的失效概率函数的隐式函数。为了检验所提方法的精度和效率，给出了两个算例，对比了所提方法与已有的求解失效概率函数方法的计算结果。算例结果表明，所提方法适用于求解复杂的功能函数问题，并在满足精度要求的基础上显著降低了计算量。

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12. 融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法

戴佳斌, 张洁, 吴立辉

中国机械工程 2023, 34 (14): 1640-1646. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.001

摘要（765）

PDF（pc）（4600KB）（351）

晶圆制造过程中的生产特征数据大规模、特征间复杂关联和特征样本强相关特性导致晶圆加工周期预测效率低与预测精度不高，因此提出了一种融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法。首先，利用Relief-F算法对生产特征数据进行降维处理；然后，基于模糊C均值算法对数据样本进行工艺相似性聚类，并设计并行门控循环单元网络来挖掘晶圆lot特征样本间的强相关特性；最后，设计了双重注意力机制来学习关键特征内部及特征与加工周期的复杂关联信息。实验结果表明，所提出方法能有效缩短预测训练时间，提高预测精度

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13. 采用改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法求解不相关并行机混合流水车间调度问题

郑堃, 练志伟, 顾新艳, 朱长建, 徐慧, 冯雪晴

中国机械工程 2023, 34 (14): 1647-1658，1671. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.002

摘要（764）

PDF（pc）（4458KB）（226）

针对不相关并行机的混合流水车间调度问题，提出了改进两点交叉算子(ITPX)的自适应遗传算法。首先，利用精确取点方式提高两点交叉算子的求解性能；其次，论证了基于激素调节的自适应选择概率引导种群的收敛趋势；然后，建立优质染色体池和记忆因子来记录种群迭代的优质解，并实现两种不同区域的交叉。实验结果表明，ITPX可节省优化时间，提高求解性能；自适应概率可增强收敛性；改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法（ITPX-IAGA）可缩短40%以上的求解时间，并提高求解性能。

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14. 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（764）

PDF（pc）（50387KB）（791）

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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15. 多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

关存贺1, 2, 许高斌1, 2, 蒋京奇1, 2, 王焕章1, 2, 陈兴1, 2, 马渊明1, 2

中国机械工程 2024, 35 (05): 860-868. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.011

摘要（707）

PDF（pc）（3137KB）（81）

针对多负载环境下微电子机械系统（MEMS）微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题，提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程，分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲击载荷次数以及器件在振动负载下的疲劳退化过程，完成了微加速度计在广义极端冲击、广义δ-冲击和广义混合冲击条件下的可靠度建模。对比分析了三种模型预估的可靠度随时间的变化规律，分析得出，广义混合冲击模型的可靠度计算结果更具有指导意义。进一步对广义混合冲击模型进行参数敏感性分析，研究结果表明，冲击强度与冲击次数对微加速度计的可靠度具有显著影响。

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16. 大功率风机主轴滑动轴承研究现状及发展趋势

朱才朝1, 张荣华1, 宋朝省1, 谭建军1, 杨亮2

中国机械工程 2024, 35 (10): 1711-1721. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.001

摘要（687）

PDF（pc）（4422KB）（415）

风电机组大型化步伐加快，核心零部件的可靠性对风机运行的影响越来越大。滑动轴承具有高承载、长寿命、易维护、可扩展、小体积等优点，对风机主轴承关键零部件的国产安全可靠替代水平提高具有显著作用和很大潜力。分析了大功率风机主轴滚动轴承存在的问题与主轴应用滑动轴承的优势，并详细论述了风机主轴滑动轴承设计、材料、润滑、试验验证等多方面的技术方法和应用现状，总结了大功率风机主轴滑动轴承存在的问题及未来的发展趋势，为大功率风电主轴承数字化设计与产业发展提供参考。

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17. 基于集成学习和改进粒子群优化算法的流程制造工艺参数优化

刘孝保, 严清秀, 易斌, 姚廷强, 顾文娟

中国机械工程 2023, 34 (23): 2842-2853. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.008

摘要（670）

PDF（pc）（12172KB）（272）

针对流程制造过程中工艺过程复杂、多工序耦合严重、工艺参数优化困难等问题，提出一种基于长短期记忆（LSTM）神经网络、极限梯度提升（XGBoost）算法和改进粒子群优化（IPSO）算法的多工序工艺参数融合优化方法。基于LSTM神经网络建立了数据预处理模型，通过LSTM神经网络提取流程工艺数据的时序特征，进而实现了对工艺数据中异常值的处理。在此基础上，通过XGBoost算法拟合工艺参数与质量指标间的非线性关系，并结合粒子群算法构建了PSO-XGBoost质量预测模型，再将预测模型的输出作为适应度，调用改进粒子群算法反向搜索全局最优工艺参数，得到各工序的最优工艺参数组合，从而实现了流程制造加工质量的融合优化。以某企业的一条流程生产线为例，验证了多工序工艺参数融合优化模型的有效性。

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18. 基于Preston-PSO算法的多方向机器人磨抛轨迹生成方法

李佳璇, 李论, 周波, 赵吉宾, 朱光, 王正佳,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1729-1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.010

摘要（659）

PDF（pc）（13506KB）（203）

针对机器人磨抛加工过程中的纹理现象，提出一种基于Preston公式和粒子群优化算法的多方向性机器人磨抛加工轨迹生成方法，获得能自适应曲面模型的光顺无拐角、覆盖均匀且具有多方向性的磨抛加工轨迹。仿真与实验证明，与方向平行轨迹的加工效果相比，此算法生成的轨迹能有效抑制表面条形加工纹理的产生，减小加工表面粗糙度，提高表面质量，获得良好的镜面加工效果。

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19. 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（649）

PDF（pc）（5000KB）（690）

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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20. 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（636）

PDF（pc）（2405KB）（580）

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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21. 光伏跟踪支架檩条结构高刚性轻量化设计

董小虎, 王士涛, 周德淳

中国机械工程 2023, 34 (10): 1207-1213. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.010

摘要（624）

PDF（pc）（5559KB）（487）

在太阳能光伏跟踪支架系统中，冷弯型檩条结构被用于支撑光伏板，安装位置介于主梁与边框之间。首先构建以结构柔顺度最小为设计目标、单元相对密度为设计变量、体积与一阶固有频率为约束的拓扑优化数学模型，基于SIMP法获得檩条结构的最优布局构型，在此基础上，对拓扑优化构型进行工程化设计，并制造加工出相关结构。然后根据太阳能光伏跟踪支架实际服役于不同风速荷载下的环境，设计分步测试载荷工况，分别对优化前后的檩条结构进行静动态仿真分析，由仿真结果可知优化后的檩条结构在抗弯、抗扭性能以及固有频率方面均得到了提高，从而验证了优化设计方法的有效性。最后采用实验测试方法对优化设计后的檩条结构性能进行验证。研究结果表明，在机械性能明显增强的前提下，檩条结构实现了减重8.8%。

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22. 高锁螺母收口、装配及松动过程有限元分析

张京东, 邓博, 桂学文, 李健, 廖日东

中国机械工程 2023, 34 (12): 1387-1394，1406. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.001

摘要（618）

PDF（pc）（12625KB）（354）

针对UNJ螺纹高锁螺母开展了有限元建模方法研究，编写了可生成结构化网格的建模程序，并建立了精细的有限元网格模型。对高锁螺母的收口过程、装配过程及受到横向载荷下的松动行为进行了有限元仿真，并通过拧紧试验对仿真得到的锁紧力矩值进行了验证。仿真结果表明：在一定收口量范围内，高锁螺母的最大径向位移量以及锁紧力矩均与收口量近似满足线性关系，且随着收口量的增大，最大径向位移量与锁紧力矩均增大；高锁螺母的锁紧力矩越大对应防松性能越好，然而收口量对防松性能存在最优值，当收口量超过最优值后，继续增大收口量对防松性能的提升效果并不显著。

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23. 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（615）

PDF（pc）（1793KB）（485）

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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24. 薄壁构件渐进式电磁成形技术研究进展

程啸1, 李瑞2, 邹贵生2, 林俊峰1, 3, 于海平1, 3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2092-2105. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.001

摘要（614）

PDF（pc）（12617KB）（125）

随着我国高端制造业的发展，航空航天等众多工业领域对薄壁构件的需求急剧增加。传统的电磁成形凭借其高速率成形特性，已成功应用于某些关键轻质材料薄壁构件的生产制造中，但受到成形线圈和放电设备的限制，难以加工大尺寸、结构复杂的零件。近十几年来，渐进式电磁成形技术逐渐被开发，并应用于大型薄壁构件的加工中，在此期间大量研究成果也随之涌现。在简述电磁成形技术原理及特点的基础上，按照工艺形式将现有渐进式电磁成形技术划分为两大类：渐进式电磁复合成形和渐进式电磁直接成形；针对每类工艺从基本原理、技术方案以及应用成果等方面进行了研究现状阐述；分析了渐进式电磁成形技术目前存在的主要问题，并对渐进式电磁成形技术的未来发展前景和研究方向进行了展望。

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25. 无传动间隙的3K行星齿轮减速器设计

王慰军, 杨桂林, 杜庆皓, 陈庆盈,

中国机械工程 2024, 35 (01): 36-44,55. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.003

摘要（579）

PDF（pc）（10399KB）（357）

3K行星齿轮减速器的啮合齿轮副存在齿侧间隙，使得传动链中引入了传动间隙，导致传动精度降低以及换向冲击。为消除3K行星齿轮减速器的传动间隙，利用3K行星齿轮传动中行星架不参与力矩传递的特性，提出了一种柔性行星架以消除传动间隙，并通过仿真分析验证了所提消隙机构的有效性。通过配齿及效率优化实现了高效的正向和反向传动。研制样机并进行了传动精度、滞回特性、正弦响应误差、正向传动效率、反向传动效率以及反向启动扭矩测试，结果验证了所提柔性行星架对消除3K行星齿轮减速器传动间隙、提高传动精度和传动效率以及提高反向传动性能的有效性。

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26. 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（571）

PDF（pc）（3896KB）（569）

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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27. TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素

王瑞, 赵志敏, 黄晶, 刘鑫, 冀相云, 苏春建

中国机械工程 2023, 34 (10): 1230-1240. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.013

摘要（570）

PDF（pc）（11513KB）（133）

为探究TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素，进行Gleeble热模拟实验，获得了TA2、Q235B材料在不同工况下的真实应力与应变。采用数值方法确定了TA2和Q235B的JC本构模型参数，并结合温度、外载荷等边界条件建立了去应力退火的有限元仿真模型，采用热处理实验验证了所建立模型的准确性。结果表明一定的张力载荷可改善应变分布状态，但过大的张力载荷会导致残余应变局部集中，复合比与总厚度均会影响应力分布进而影响应变状态。

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28. 复杂视觉测量系统的标定参数优化及精度评估

孙家乐, 罗晨, 周怡君, 王伟, 张刚

中国机械工程 2023, 34 (14): 1741-1748,1755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.011

摘要（561）

PDF（pc）（3739KB）（298）

复杂视觉测量系统存在多种标定误差，且误差的相互耦合直接影响系统测量的精度，因此提高系统标定参数的准确性是保证系统测量精度的关键。提出了一种基于多维角点误差补偿的标定参数优化方法。首先定义多维角点误差函数，建立相应的优化模型，并利用LM算法求解最优的标定参数；然后以系统标定误差优化率来评价参数优化方法对系统标定优化的效果。实验结果表明系统标定误差优化率可达48%，系统测量精度较高，满足测量需求。

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29. 钛合金超声冲击强化研究现状及发展趋势

查旭明, 袁智, 秦浩, 袭琳清, 张涛, 姜峰

中国机械工程 2023, 34 (19): 2269-2287. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.001

摘要（553）

PDF（pc）（36447KB）（307）

梳理、介绍了钛合金超声冲击强化技术的工艺原理与研究进展；统计分析了不同超声冲击工艺参数（静压力、超声振幅和滚压次数）对钛合金表面层性能的影响规律，结果表明不同工艺参数的择优对钛合金性能强化有重要影响，同时各工艺参数也会存在优化临界值，超过临界值反而会降低其服役性能；总结了现阶段超声冲击强化技术在工程应用上面临的难点，并结合智能制造提出超声冲击强化技术未来发展方向。

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30. 一人多机模式下考虑相似学习效应的车间调度问题

张维存, 顾洪羽

中国机械工程 2023, 34 (14): 1701-1709. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.007

摘要（552）

PDF（pc）（4248KB）（296）

考虑作业相似性和人员学习效应的影响，建立了一人多机生产模式下多目标作业车间的调度模型，并设计了基于网格筛选外部档案的遗传算法（GFEAGA）对其进行求解。采用两阶段的编解码方式和改进的N6邻域搜索方法以提高求解效率。为平衡人员负荷，设计了人员的选派方法。基于网格排序筛选非支配个体，以提高解集的多样性。实验验证了GFEAGA求解的高效性和优越性，分析了模型中相似性和学习率的灵敏性。

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31. 需求扰动作用下的供应链库存系统优化模型

吴迎年, 张晶, 李庆奎, 焦帅,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1672-1682，1700. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.004

摘要（539）

PDF（pc）（7177KB）（165）

针对需求扰动作用下的供应链库存系统，设计了一种改进型滑模控制器与扰动观测器相结合的供应链库存系统优化模型。基于供应链系统产品运营逻辑关系建立了三级网状供应链系统的动态库存模型；设计了基于自适应指数趋近律的改进型滑模控制器和扰动观测器相结合的优化模型。在保证系统稳定的前提下，该优化模型能抑制需求扰动对供应链库存系统的影响。仿真对比实验验证了优化模型的有效性。

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32. 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（538）

PDF（pc）（6422KB）（514）

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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33. 分子动力学模拟纳米颗粒添加剂对边界润滑的影响

潘伶, 林国斌, 韩雨晴, 余辉

中国机械工程 2023, 34 (10): 1140-1156. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.002

摘要（524）

PDF（pc）（12614KB）（221）

通过试验和模拟的方法研究了不同压力条件下纳米铜颗粒添加剂在正十六烷基础油中的边界润滑行为。建立具有正弦曲面粗糙峰的边界润滑模型，采用分子动力学分别模拟了在25，50，100，200 MPa 4种压力下，含纳米铜颗粒与不含纳米铜颗粒时润滑油沿膜厚方向的密度分布。在润滑体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度，计算出壁面原子与铜颗粒原子的应力、固液界面摩擦力、正压力和摩擦因数。采用微纳米划痕仪测量了含铜颗粒润滑剂的摩擦因数。结果表明：不同压力下两种润滑体系中的十六烷基础油均出现分层现象；纳米粗糙峰直接接触时，接触界面仍存在少量的正十六烷分子，且分子主链的排列方向与剪切方向相同；在200 MPa时铜颗粒使固体壁面的最大应力减小35.3%，提高了润滑体系的承载能力；不含铜颗粒润滑体系润滑油膜在50 MPa时破裂，含铜颗粒润滑体系润滑油膜在200 MPa时破裂；模拟计算的边界润滑状态下两种润滑体系的摩擦因数符合试验测量值。

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34. 分布式多柔性装配作业车间调度问题研究

魏光艳, 叶春明

中国机械工程 2023, 34 (20): 2442-2455. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.20.007

摘要（522）

PDF（pc）（4457KB）（319）

针对分布式柔性装配作业车间环境，综合考虑了调度过程中的机器选择柔性、工人安排柔性和工序顺序柔性，构建了以最小化最大完工时间和最小化总能耗为优化目标的分布式多柔性装配作业车间调度问题（DMFAJSP）的数学模型。为求解DMFAJSP模型，提出了一种以分布估计算法为全局搜索组件、以邻域搜索算子为局部搜索组件的多维模因算法（MDMA）。最后，将所提出的算法与其他算法进行了对比试验，结果表明MDMA算法在求解DMFAJSP模型方面具有显著优势。

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35. 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（510）

PDF（pc）（7794KB）（726）

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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36. 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（504）

PDF（pc）（5241KB）（679）

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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37. 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（495）

PDF（pc）（6293KB）（610）

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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38. 摆线针轮多齿啮合特性与承载接触分析方法

王永强, 魏冰阳, 徐家科, 杨建军

中国机械工程 2023, 34 (10): 1151-1158. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.003

摘要（494）

PDF（pc）（4467KB）（464）

采用包络法推导了摆线轮齿廓方程并进行了齿面接触分析，获得了齿面接触参数；提出侧隙几何学分析的精确算法，解决了传统侧隙算法只能针对等移距修形的缺陷；采用逐齿消隙法求解变形协调方程，避免了常规啮合分析的误差与不确定性，提高了承载接触分析的计算精度和计算效率。给出了齿面接触分析到承载接触分析的完整计算流程，获得了任意转角位置、不同修形方式的精确载荷参数。

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39. 机翼蒙皮铺层顺序和材料布局协同优化

彭翔, 江浩浩, 郭玉良, 李吉泉, 易兵, 姜少飞,

中国机械工程 2023, 34 (12): 1415-1424,1435. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.004

摘要（489）

PDF（pc）（11856KB）（137）

为了实现机翼蒙皮的轻量化和减振设计，将混杂复合材料引入到机翼蒙皮中，提出了机翼蒙皮铺层顺序和材料布局协同优化设计方法。将机翼蒙皮的铺层顺序和材料布局作为优化设计变量，建立了以成本为约束，蒙皮质量和位移最小化、频率最大化为目标的协同优化模型，利用搭建的通用化机翼蒙皮优化设计框架，使用非支配排序遗传算法-Ⅱ（NSGA-Ⅱ）实现了蒙皮内部结构的优化设计。与铝合金机翼蒙皮、初始结构方案蒙皮的性能对比表明，协同优化后的机翼蒙皮结构在不增加成本的条件下，综合性能显著提高，验证了方法的有效性。

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40. 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（487）

PDF（pc）（9342KB）（412）

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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