中国机械工程

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1. 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（2252）

PDF（pc）（8557KB）（1326）

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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2. 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（1984）

PDF（pc）（4622KB）（1446）

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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3. 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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4. 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（1215）

PDF（pc）（17216KB）（756）

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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5. 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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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（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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7. 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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8. 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（1018）

PDF（pc）（2658KB）（730）

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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9. 基于修正Preston方程的百页轮抛光材料去除深度建模

张军锋, 史耀耀, 蔺小军, 吴晓君

中国机械工程 2022, 33 (22): 2711-2716. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.008

摘要（999）

PDF（pc）（4289KB）（395）

由于百页轮具有一定的柔性，故实际材料去除深度与名义抛光深度不一致，直接影响抛光效率及表面质量的控制。基于Hertz弹性接触理论建立了抛光接触区抛光压力和切削速度分布函数，并依据修正的Preston方程建立了材料去除深度模型，据此确定了影响材料去除深度的关键抛光工艺参数(磨粒粒度、主轴转速、百页轮变形量和进给速度)，获得了百页轮抛光接触区的材料去除深度分布规律和关键抛光工艺参数对材料去除深度的影响规律。最后，通过模拟仿真和抛光实验验证了所建模型和影响规律的正确性，结果表明，该模型可以较好地预测百页轮柔性抛光的材料去除深度。

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10. 高强钢热冲压结构件三维激光切割回弹规律及精度补偿方法

李守港, 刘鹏, 刘祥, 胡志力,

中国机械工程 2022, 33 (22): 2741-2747. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.012

摘要（964）

PDF（pc）（7408KB）（226）

为了减小高强钢车身结构件三维激光切割过程中回弹缺陷对切割精度的影响，将热冲压后的高强钢车身构件应用于三维激光切割，研究其回弹特性。以某车型的高强钢车身结构件A柱为研究对象，利用有限元仿真软件AUTOFORM与ABAQUS分别建立了热冲压和激光切割有限元模型，通过数值模拟得到回弹值分布图，揭示了车身结构件在切割后轮廓的回弹规律。根据基于回弹预测的直接补偿方法对轮廓进行补偿以确定最佳切割轮廓，对A柱冲压半成品进行切割试验验证，试验结果表明，所提补偿方法能够将轮廓误差控制在公差范围内，轮廓误差减小约28.5%，型面回弹减小约38.3%，验证了该补偿方法的有效性。

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11. 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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12. 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（949）

PDF（pc）（5879KB）（669）

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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13. 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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14. 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（921）

PDF（pc）（6537KB）（614）

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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15. 复合式增材制造技术研究现状及发展

熊晓晨, 秦训鹏, 华林, 胡泽启, 纪飞龙,

中国机械工程 2022, 33 (17): 2087-2097. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.010

摘要（894）

PDF（pc）（13696KB）（331）

形性问题制约金属增材制造技术的发展与应用，复合式增材制造在解决制件形性问题方面效果显著。高度概括了复合式增材制造技术分类方式与主体类别；简要总结了增减材复合制造在制件成形精度和表面质量控制方面的研究进展和技术发展状况；重点评述了增等材复合制造技术类别、成形原理、制造特征和关键问题，以及在制件显微组织、应力状态、宏观性能调控方面的研究现状和主体结论；系统介绍了超声、电磁、激光三类特种辅助能场对增材熔池流动、结晶、固态相变的作用机制，以及特种能场作用下，增材层显微组织状态、力学性能、成形精度的演化规律；展望了复合式增材制造技术未来的发展趋势。

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16. 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（884）

PDF（pc）（2807KB）（507）

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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17. 一种基于数字孪生的重型数控机床碰撞检测方法

江雪梅, 袁子航, 娄平, 张小梅, 严俊伟, 胡辑伟,

中国机械工程 2022, 33 (22): 2647-2654，2663. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.001

摘要（870）

PDF（pc）（10716KB）（304）

目前数控机床碰撞检测通常利用系统的仿真功能对加工G代码进行检测，仅考虑数控机床加工过程中加工轨迹上刀具与理想状况下的工作台、夹具之间是否有干涉现象，难以满足开放式重型数控机床动态的加工环境、装夹方式以及刀具尺寸变化等实际情况。将数字孪生引入重型数控机床碰撞检测，构建了感知演化预测反馈的碰撞检测框架，即通过构建数控机床的数字孪生体，动态感知工件、夹具、刀具等加工要素，并感知数据驱动孪生模型演化，从而预测数控机床加工过程中潜在的干涉现象，提高了机床加工效率，避免加工过程的潜在危害。将所提方法应用于重型数控龙门镗铣机床ZK5520的碰撞检测，证明了其有效性与可行性。

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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（848）

PDF（pc）（3924KB）（897）

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. 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（841）

PDF（pc）（3080KB）（590）

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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20. 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（831）

PDF（pc）（5495KB）（493）

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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21. 碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料摩擦磨损性能及抗摩擦静电特性研究

逄显娟, 岳世伟, 黄素玲, 谢金梦, 王帅, 宋晨飞, 岳赟, 刘建, 李栋

中国机械工程 2023, 34 (03): 277-286. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.003

摘要（827）

PDF（pc）（16300KB）（258）

利用真空热压烧结技术制备了不同碳纤含量的碳纤维/聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料，采用热导率分析仪和热重测试仪对材料的热学性能进行表征，并利用多功能摩擦磨损试验机、三维形貌轮廓仪、扫描电子显微镜和摩擦静电计对材料的摩擦磨损性能和抗摩擦静电性能进行分析。分析结果表明：随着CF添加量的增加，复合材料摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压先降低后升高，当CF添加量（质量分数）为20%时，摩擦因数、磨损率和摩擦静电电压达到最低，分别为0.247、5.6×10-6 mm/(N·m)和3.3 V,证明此种方法制备的20%CF/PEEK材料具有优异的摩擦磨损性能和抗静电性能。CF/PEEK复合材料磨损机理以黏着磨损为主，并且伴随着轻微的磨粒磨损。

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22. 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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23. 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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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（816）

PDF（pc）（4473KB）（592）

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. Gyroid结构力学性能及数值收敛性研究

蒋创宇, 张保强, 陈云, 王存福, 罗华耿, 胡杰翔, 曹龙超

中国机械工程 2022, 33 (23): 2790-28000. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.23.003

摘要（802）

PDF（pc）（14171KB）（191）

为了更好地揭示三周期极小曲面（TPMS）结构设计与力学性能参数之间的对应关系，研究了螺旋二十四面体Gyroid结构（GCS）不同网格参数的数值收敛性和不同排列方式的力学性能。设计了体积分数和胞元尺寸固定的GCS试件；基于单元参数变化的体素化模型，使用有限元方法对GCS进行收敛性分析；通过试件拉伸试验验证了仿真的正确性；最后以拉伸和弯曲工况研究了GCS在不同排列形式时的力学性能差异。研究结果表明：仿真分析与试验之间的抗拉强度、极限载荷误差在1.5%以内；基于体素化方法，调整雅可比参数值可显著降低收敛时的单元数量。对变厚度GCS力学性能做了定量分析，拉伸工况中，针对4×4×4结构，其等效弹性模量沿厚度方向变化最大可达14.41%；弯曲工况中，针对20×4×4结构，等效弹性模量最大差距为21.25%。

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26. 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（800）

PDF（pc）（6394KB）（571）

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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27. 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（795）

PDF（pc）（2935KB）（676）

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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28. 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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29. 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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30. 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（783）

PDF（pc）（2858KB）（840）

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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31. 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（778）

PDF（pc）（5702KB）（807）

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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32. 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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33. 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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34. 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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35. 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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36. 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（762）

PDF（pc）（6100KB）（560）

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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37. 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（758）

PDF（pc）（9383KB）（424）

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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38. 抗水氧腐蚀致密环境障涂层研究进展

董琳, 杨冠军, 张小锋, 刘梅军, 周克崧, 李璞, 朱昌发, 徐向毅, 刘坤

中国机械工程 2022, 33 (12): 1459-1467. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.12.007

摘要（751）

PDF（pc）（8550KB）（277）

环境障涂层（EBCs）涂敷在碳化硅陶瓷基复合材料（SiC-CMCs）表面，能够有效隔绝发动机腐蚀环境，避免基体的快速腐蚀失效，成为SiC-CMCs材料在航空航天发动机热端部件应用的关键。然而，涂层内不可避免地存在贯通孔隙，导致EBCs在发动机高温水氧环境下快速腐蚀失效。从EBCs材料特性、制备工艺及工艺参数等方面总结了国内外研究进展，阐述了孔隙结构对涂层抗高温水氧腐蚀性能的影响规律，分析了等离子体法制备的涂层中孔隙的形成机制，总结了提高涂层致密性的方法，并展望了获得高抗水氧腐蚀的致密EBCs的后续重点研究方向。

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39. 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（747）

PDF（pc）（7080KB）（581）

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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40. 具备温度感知的船用智能水润滑尾轴承设计及性能验证

薛恩驰, 郭智威, 袁成清,

中国机械工程 2022, 33 (14): 1639-1645. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.001

摘要（744）

PDF（pc）（3728KB）（393）

提出了一种船用智能水润滑尾轴承的创新设计方法，以此辅助船舶尾轴系统在苛刻环境下的运行状态监测与性能预测。基于微型嵌入式自供电监测系统和水润滑轴承结构与材料设计，实时采集与分析船舶航行中水润滑轴承的关键性能参数，实现其运行状态辨识、评估与寿命预测。以苛刻工况下轴承内部温度变化特性及其表征为例，利用CBZ-1摩擦磨损试验机进行智能水润滑尾轴承设计方案的可行性验证。试验结果表明，轴承内部温度可以很好地反映其润滑与工作状态，常温水润滑条件下，其初期升温速度为0.1~0.4 ℃/min、末期升温速度为0~0.01 ℃/min、平稳运行时温度为29~33 ℃，而在干摩擦条件下，以上三项数据分别为0.6~1.4 ℃/min、0.03~0.25 ℃/min、36~45 ℃。不同润滑状态下的巨大差异使得通过温度判断轴承润滑状态成为可能，温度监测的实现将大大提高水润滑轴承的可靠性。

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