基于多目标培养模式的创新实践教学体系研究——以兰州理工大学机电工程学院为例

针对机械类专业普通班、基地班、卓越工程师班、国防生班和2+2国际班的不同培养模式及目标,整体按基础理论与实践、专业知识与实践、综合能力与创新实践三个层次,构建通识教育实践模块、专业大类教育实践模块、专业主干课程实践模块和专业选修课程实践模块四大实践模块。通过探讨多目标培养模式下的创新实践教学体系,重点强调规划创新实践体系平台的层次性、先进性、灵活性和侧重性,从而满足多目标培养模式下工科学生的学习需求,并提高创新能力。

面向工程教育的“互换性与技术测量”教学改革——以兰州理工大学为例

为达成工程教育专业认证标准,按照本校机械设计制造及自动化专业的培养目标,根据“互换性与技术测量”课程特点,调整本课程现有的知识体系和讲授方式,在优化理论教学内容、开展层次化实践教学和完善考核模式三方面进行改革,并通过课程达成度评价形成教学效果闭环评价体系。教学实践效果表明,这项教学改革可以使本课程有效满足工程教育专业认证对创新型人才培养的需要,有助于互换性基础理论向解决复杂工程问题能力的有效转化,达到工程教育专业认证要求的工学结合目标。

工业工程专业课程体系改革探析——以兰州理工大学工业工程专业为例

文章以兰州理工大学工业工程专业为例,结合学校的办学条件和社会需求,分析了课程体系改革的必要性,梳理了当前工业工程专业课程体系中存在的问题和原因,从专业课程设置和实践环节两方面着手,对课程结构进行优化和探索,对创新型人才的培养按照重视基础、加强实践、突出能力、提高素质、注重创新的要求,构建出工业工程专业课程体系,旨在为培养具有适应企业需求、实践能力强、专业知识扎实、具有创新精神的高素质的本科工业工程专业人才提供思路。

头脑风暴法在全国大学生工程训练综合能力竞赛“无碳小车”项目中的应用

头脑风暴是激发创新思维的途径之一,被广泛运用于企业运营管理中。头脑风暴法以会议的形式,引导与会者围绕某个中心议题畅所欲言,独立发表自己的见解。将头脑风暴方法运用到全国大学生工程训练综合能力竞赛项目中,不仅可以帮助项目成员拓展思维,还可以培养成员的协作精神,有效提高项目效率。

基于改进Faster R-CNN的苹果采摘视觉定位与检测方法

针对采摘机器人对场景中目标分布密集、果实相互遮挡的检测及定位能力不理想问题,提出一种引入高效通道注意力机制(ECA)和多尺度融合特征金字塔(FPN)改进Faster R-CNN果实检测及定位方法。首先,利用表达能力较强的融合FPN的残差网络ResNet50替换原VGG16网络,消除了网络退化问题,进而提取更加抽象和丰富的语义信息,提升模型对多尺度和小目标的检测能力;其次,引入注意力机制ECA模块,使特征提取网络聚焦特征图像的局部高效信息,减少无效目标的干扰,提升模型检测精度;最后,采用一种枝叶插图数据增强方法改进苹果数据集,解决图像数据不足问题。基于构建的数据集,使用遗传算法优化K-means++聚类生成自适应锚框,提高模型定位准确性。试验结果表明,改进模型对可抓取和不可直接抓取苹果的精度均值分别为96.16%和86.95%,平均精度均值为92.79%,较传统Faster R-CNN提升15.68个百分点;对可抓取和不可直接抓取的苹果定位精度分别为97.14%和88.93%,较传统Faster R-CNN分别提高12.53个百分点和40.49个百分点;内存占用量减少38.20%,每帧平均计算时间缩短40.7%,改进后的模型参数量小且实时性好,能够更好地应用于果实采摘机器人视觉系统。

基于遗传算法的风电齿轮传动系统参数优化设计

齿轮箱是风力发电系统的重要部件,其体积大、重量高等问题制约了风电清洁能源的发展.以1.5 WM风力发电机组为研究对象,建立齿轮传动系统轻量化数学模型,并采用遗传算法进行优化求解.结果表明,采用遗传算法是可行的,优化后齿轮传动系统体积减少了4.59%,这将进一步减小齿轮传动系统箱体体积和总质量.通过计算行星轮系的传动效率,验证了优化结果的可行性,该研究将为风电齿轮传动系统轻量化设计提供新方法.

基于改进DeepLabv3+的光伏电站道路识别方法

针对移动清洁机器人在光伏电站作业时需要精确快速识别道路的问题,提出一种改进的DeepLabv3+目标识别模型对光伏电站道路进行识别.首先,将原DeepLabv3+模型的主干网络替换为优化的MobileNetv2网络以降低模型复杂度;其次,采用异感受野融合和空洞深度可分离卷积结合的策略改进空洞空间金字塔池化(ASPP)结构,提高ASPP的信息利用率和模型训练效率;最后,引入注意力机制,提升模型识别精度.结果表明,改进后模型的平均像素准确率为98.06%,平均交并比为95.92%,相比于DeepLabv3+基础模型分别提高了1.79个百分点、2.44个百分点,且高于SegNet、UNet模型.同时,改进后的模型参数量小,实时性好,能够更好地实现光伏电站移动清洁机器人的道路识别.

基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇识别与定位方法

花椒树产果量大,枝干纵横交错,树叶茂密,给花椒的自动化采摘带来了困难。因此,本文设计一种基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇的快速识别与定位方法。通过在主干提取网络CSPDarknet的CSPLayer层和Neck的上采样之后增加高效通道注意力ECA(Efficient channel attention)来简化CSPLayer层的计算量,提升了特征提取能力。同时在下采样层增加协同注意力机制CA(Coordinate attention),减少下采样过程中信息的损失,强化特征空间信息,配合热力图(Grad-CAM)和点云深度图,来完成花椒簇的空间定位。测试结果表明,与原YOLO v5相比较,改进的网络将残差计算减少至1次,保证了模型轻量化,提升了效率。同帧数区间下,改进后的网络精度为96.27%,对比3个同类特征提取网络YOLO v5、YOLO v5-tiny、Faster R-CNN,改进后网络精确度P分别提升5.37、3.35、15.37个百分点,连株花椒簇的分离识别能力也有较大提升。实验结果表明,自然环境下系统平均识别率为81.60%、漏检率为18.39%,能够满足花椒簇识别要求,为移动端部署创造了条件。

一种改进的概率霍夫直线检测算法

针对概率霍夫直线检测算法检测速率不高、检测精度易受其他特征和连续间断线干扰的缺点,提出了一种改进的概率霍夫直线检测算法。改进后的算法将注意力集中在直线可能存在的若干个区间,提升了检测速率与精度,在直线检测全过程监控并剔除连续间断线,提升了算法的抗干扰能力。经过100组铝锭边缘线检测的实验验证,改进后算法相较原算法平均检测速率提升至1.77倍,查准率提升至1.45倍,且改进后算法在其他图片上的检测速率和检测效果相较原算法也有明显提升。

聚乙烯醇/ZIF-8复合膜的制备及吸附性能

通过溶液流延法制备了聚乙烯醇/ZIF-8复合膜,采用SEM、FT-IR、XRD、TGA、BET等对聚乙烯醇/ZIF-8复合膜进行表征,并探究了复合膜的水稳定性、机械性能,以及对刚果红(CR)的吸附性能。结果表明:聚乙烯醇与ZIF-8材料复合后能改善聚乙烯醇的热稳定性,增加膜表面粗糙度;吸附过程以化学吸附为主,通过内部扩散控制吸附速率,符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附曲线;ZIF-8质量分数为10%时制备的聚乙烯醇/ZIF-8复合膜,在温度20℃、刚果红溶液质量浓度95 mg/L时,对刚果红的最大吸附量达159.63 mg/g,使用4次后仍能保持93%的吸附效率。

“双一流”建设背景下“机械工程控制基础”双语教学与实践

“机械工程控制基础”是机械类专业的学科基础必修课,目前,国内高校在该课程的双语教学中存在诸如课程体系不完善、双语教学与我国机械学科教育结合不紧密等制约教学效果的因素。为此,开展了“机械工程控制基础”双语教学的探索与实践,从课程体系建设、考核方式和教材建设等方面进行了改革和优化;分析了“机械工程控制基础”双语教学存在的问题,探讨了以问题为导向和以学生为中心的教学模式,提出加强过程考核、融入课程思政元素的实践举措,为推动“机械工程控制基础”双语教学提供了新思路和借鉴。

改进粒子群优化滚珠丝杠进给系统BP神经网络PID控制策略研究

针对传统的BP神经网络PID(BP-PID)控制因其初始权值随机,导致系统的收敛速度较慢、控制前期会有较大误差和BP神经网络初始权值优化等问题,建立了滚珠丝杠进给系统伺服三环模型,设计了BP-PID控制器,提出了一种二阶振荡混沌映射粒子群算法(SCMPSO)优化滚珠丝杠进给系统BP-PID控制器。首先,混沌映射初始化粒子位置,使粒子均匀分布于空间,增加粒子解的多样性;随后,提出一种非线性余弦自适应惯性权重,以平衡算法的全局搜索能力和局部搜索能力;其次,在算法中引入二阶振荡环节,在面对突变多峰干扰时,能及时跳出局部最优解。研究结果表明:当加入外界干扰时,控制策略SCMPSO-BP-PID在正向进给时段的位移平均误差为0.013 mm,相比SAWPSO-BP-PID、LDWPSO-BP-PID、PSO-BP-PID这3种控制策略分别提升约45.8%、55.2%、61.7%;当加入阶跃响应时,SCMPSO-BP-PID的最大超调量仅为0.029,系统调节时间和峰值时间相比3种控制策略均有较大提升,具有较高的控制精度和稳定性。

基于跨模态交叉注意力网络的多模态情感分析方法

挖掘不同模态内信息和模态间信息有助于提升多模态情感分析的性能,本文为此提出一种基于跨模态交叉注意力网络的多模态情感分析方法。首先,利用VGG-16网络将多模态数据映射到全局特征空间;同时,利用Swin Transformer网络将多模态数据映射到局部特征空间;其次,构造模态内自注意力和模态间交叉注意力特征;然后,设计一种跨模态交叉注意力融合模块实现不同模态内和模态间特征的深度融合,提升多模态特征表达的可靠性;最后,通过Softmax获得最终预测结果。在2个开源数据集CMU-MOSI和CMU-MSOEI上进行测试,本文模型在七分类任务上获得45.9%和54.1%的准确率,相比当前MCGMF模型,提升了0.66%和2.46%,综合性能提升显著。

新时代大学生党员发挥先锋模范作用的平台建设和有效途径研究

党的十九大报告提出了中国特色社会主义进入了新时代,大学生党员作为新时代青年群体中具有代表性的先进群体,被寄予的期望值不断增加,新时代对于大学生党员先锋模范作用的发挥也提出了更进一步的要求。当前,大学生党员受到自身,高校、社会环境、网络舆论和多元思潮等方面影响,先锋模范作用发挥不明显,发挥作用的平台单一,有效途径缺乏。在新形势背景下,如何提高大学生党员教育的针对性、实效性,加强党员接受教育及发挥作用的平台建设,持续发挥大学生党员的先锋模范作用,是高校学生党建工作面临的重要课题和难题之一。

基于身份认证的BACnet/IP分析与改进

为了解决BACnet/IP身份认证存在多种可攻击漏洞和密钥泄露带来的安全问题,提出了一种安全增强的BACnet/IP-SA协议认证方案。研究协议身份认证消息流模型,基于着色Petri网理论和CPNTools对身份认证消息流建模,采用Dolev-Yao攻击者模型和形式化分析方法对BACnet/IP进行安全性分析,发现协议漏洞并提出改进方案。BACnet/IP-SA协议使用设备的伪身份来保护真实身份信息,使用PUF响应进行认证,通过多信息集合的验证值来验证端身份的真实性并生成会话密钥。结合BAN逻辑和非形式化方法,对协议的安全性进行了证明。实验结果表明,所提方案能有效抵抗多类攻击和密钥泄露带来的安全威胁,在减少计算开销的同时增强了协议身份认证的安全性。

含运动副间隙的6-RSS并联机器人弹性动力学建模与分析

为了提高空间六自由度并联机器人动力学模型的精度,以6-RSS并联机器人(R:转动副,S:球面副)为研究对象,提出一种将支链弹性变形和运动副间隙随机变化相结合的动力学建模方法。首先,根据几何结构与初始状态,开展理想条件下的运动学分析。利用数理统计原理和符号函数建立含间隙的转动副与球面副运动学模型,进而计算杆件虚长度和各个运动副处的碰撞接触力。然后,将相关参数结合到弹性动力学模型中,建立含运动副间隙的6-RSS并联机器人弹性动力学模型。最后,分析不同状态下支链弹性变形和运动副间隙各自产生误差的原因以及两者综合产生误差的原因。结果表明:改进后的动力学建模方法充分考虑了支链弹性变形和运动副间隙的耦合性与瞬时性,较其他动力学建模方法更加精确。

电动静液作动器的非线性变阻尼积分滑模控制

对于电动静液作动器(EHA),传统滑模控制器存在加速度信息难以获取,参数不易整定和控制信号抖振等问题,从而造成控制器很难应用于实际。针对以上问题,利用奇异摄动理论对EHA数学模型进行合理的降阶,从而使控制器设计避免了使用加速度信息。在此基础上,利用降阶模型设计了一种新型非线性变阻尼积分滑模控制器(NSMC),该控制器可根据位置控制误差实现系统阻尼比由欠阻尼到过阻尼的自适应调节,能有效提高位置阶跃调节性能。设计了一种基于滤波器的不确定项估计器对EHA中存在的参数不确定性和外部扰动进行实时估计并补偿。滑模面积分项的引入和不确定项估计器的使用,一方面使控制器中无需使用切换函数,实现了EHA的无抖振滑模控制,另一方面使系统整个动态过程完全表现为滑动模态,从而可根据EHA控制指标直接整定滑模面参数,大大简化了参数整定过程。同时利用Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统和滑模面的稳定性进行了详细分析。分别与PI控制器、传统滑模控制器(SMC)和传统变阻尼滑模控制器(DVSMC)进行了详细的仿真分析比较,仿真结果表明NSMC能有效提高EHA位置跟踪性能和增强对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。

集料几何学特性对PRMC抗压强度和损伤过程的影响

集料几何学特性是影响颗粒复合材料力学性能的重要因素,也是实现复合材料性能精确设计的理论基础。以颗粒增强树脂基复合材料(particle-reinforced resin matrix composite,PRMC)为研究对象,采用PFC和3D MAX联合创建了精细的数字集料,分析集料综合几何学特性对PRMC动态损伤特性的影响,进一步细化并分离出集料单一几何学特征,通过分级替换不同粒径的圆形集料研究集料单一几何学特性对PRMC力学特性的影响。研究结果表明:集料几何学特性影响原始微损伤的分布,引导裂纹的扩展并最终决定PRMC的压缩破坏模式,并且压缩破坏过程存在典型的随机损伤特性;集料的形状、棱角和纹理通过降低集料间的流动性提高PRMC的抗压强度,而集料骨架系统需要在分形维数、级配级数、最大粒径和最大最小粒径比之间寻求最佳参数组合来提高PRMC的抗压强度。

喷嘴位置对轴承腔内油气润滑两相流的影响

基于气液两相流理论,采用多重坐标系法构建角接触球轴承数值计算模型,分析不同喷嘴位置和转速下轴承腔内油相体积分数、保持架表面及轴承内外圈的油气分布特性。结果表明:在轴承低转速下,正面供油时轴承腔内油相体积分数及其周向分布的波动大于背面供油;正面供油时保持架下表面会产生润滑油的积聚,造成润滑油无法及时通过出口排出,而背面供油时润滑油在保持架表面的油相分布更均匀;正面供油时内圈左面油相体积分数较高,外圈油相分布变化较大,而背面供油时内圈右面、中间面及外圈中间面油相体积分数较高。不同转速下喷嘴位置对腔内油相分布的影响也不同,低转速下正面供油时腔内油相体积分数更高,高转速下喷嘴位置对轴承腔内油相分布的影响较小,润滑油在轴承腔内分布较为均匀,保持架下侧未见明显的润滑油积聚。

Ti元素对Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金性能的影响

以Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)为基础合金,研究了Ti元素添加对合金热稳定性和力学性能的影响。研究结果表明,添加适量的Ti元素能提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)合金的热稳定性和非晶形成能力,随着Ti元素含量(x=0,0.5,1,1.5,2,2.5)的增加,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金热稳定先增大后减小,当x=2时,非晶合金的非晶形成能力最强。Ti的适量添加也有利于提高Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)试样硬度、压缩断裂强度和塑性变形能力;当x=2时,非晶合金的硬度达到533.56,随Ti元素含量的增加,非晶合金强度、塑性先增大后减小;当x=0.5时,非晶合金的断裂强度为2111 MPa,塑性为5.02%,是不添加Ti元素的非晶合金塑性的1.8倍。