采用新编码GA的工艺规划与车间调度集成优化

为了实现以完工时间最短为目标的工艺规划与车间调度集成优化,提出了基于新编码遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的集成优化方法。对工艺规划与车间调度集成优化(Integrated Process Planning and Scheduling optimization,IPPS)问题进行了描述,并建立了完工时间最短的集成优化模型;设计一种具有最大柔性空间的染色体编码方法,从编码角度保证了集成优化问题的最大柔性度;根据IPPS问题特定约束改进了交叉变异方法,保证遗传操作前后均为可行解,使算法迭代均为有效迭代;进而制定了基于新编码遗传算法的IPPS问题求解流程。经Kim算例验证可知,与现有先进算法两阶段混合算法(Two-stage Hybrid Algorithm,THA)、改进蚁群算法(Enhanced Ant Colony Algorithm,EACA)和混合遗传算法(Hybrid Genetic Algorithm,HGA)相比,新编码GA在小规模、大规模生产情况下集成优化方案的完工时间均最小(分别为343、344、372、320、427及432 min),实验结果验证了新编码GA在IPPS问题求解中的可行性和先进性。

欢迎订阅2024年《现代制造工程》月刊

《现代制造工程》创刊于1979年,是机械制造领域科技-学术期刊,国际标准大16开本,目前是中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科技论文统计源期刊等。主要栏目有:试验研究,机器人技术,增材制造,新材料及其制备技术,工业工程,企业信息化,数控加工技术,车辆工程制造技术,制造技术/工艺装备,设备设计/诊断维修/再制造。

基于干膜掩模的群柱体织构电解加工技术研究

微织构广泛运用于摩擦磨损、热能交换、关键零/部件密封和生物医学等众多领域,柱体织构作为微织构的一种,其在增摩方面起到至关重要的作用。利用电解加工效率高、无残余应力等优势,提出了一种基于干膜掩模电解加工群柱体织构的方法。选用了高黏附性的MS系列干膜制备掩模板,进行流场、电场和稀物质传递的多物理场耦合分析,研究了不同模板厚度对加工区域电解液流速、气泡率以及电导率的影响。分析结果表明,50μm厚度的模板能够带来工件表面更高的电解液流速,加快产物及气泡的排出,工件表面的电导率更高。通过试验研究了加工电压、加工时间和脉冲占空比对群柱体织构尺寸的影响。试验结果表明,在加工电压为25 V、加工时间为15 s的条件下,可以获得定域性较好的群柱体织构;此外,脉冲电解加工时,在脉冲占空比为20%、脉冲频率为4 kHz的条件下,不溶性电解产物、气泡及电解液的传质过程得到进一步改善;最后,在加工电压为25 V、加工时间为15 s、脉冲占空比为20%和脉冲频率为4 kHz的优选加工参数下,在TC4表面加工出直径为320.48μm、高度为15.06μm以及侧向腐蚀系数EF=1的群柱体织构阵列。

铁道车辆主动直接反馈与全状态反馈控制方法设计优化与仿真

为解决高速列车高运行速度、长运行距离下动力学性能恶化、运行平稳性下降等问题,设计提出了一种主动直接反馈与全状态反馈控制方法。基于Simpack仿真平台建立整车非线性模型,以模拟车辆真实运行状态与真实传感器采集信号;基于MATLAB平台建立整车垂向线性模型,采用Kalman滤波器,参考整车垂向线性模型建立状态观测器,依据设定数量与类型的传感器信号实时还原整车全状态量;分别采用基于主动直接反馈的天棚控制方法以及基于全状态反馈的线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)控制方法与H∞控制方法,设计整车垂向全状态反馈控制算法,实现车辆二系垂向主动控制。针对直线运行工况和失效工况,利用SIMAT联合仿真方法对信号采集—状态观测—主动控制回路进行仿真分析,对比各方法的有效性。仿真计算结果表明:状态观测器能实现较为准确的整车全状态观测。配合状态观测结果可知,3种控制方法均能够在正常运行工况下提升车辆运行平稳性,车体平稳性指标最多降低了19%,最大加速度最多降低了54%;在前转向架空气弹簧失效工况下,主动控制方法能够在一定程度上保障车辆继续安全运行,采用H∞控制方法时,仿真时间内最大点头角降低了83%。

基于融合A^(*)-蚁群优化算法的移动机器人全局优化

针对传统蚁群算法在室内移动机器人全局路径规划中,存在的搜索效率低下、路径不够平滑、易陷入局部最优及死锁状况等问题,设计出一种融合改进A^(*)算法的双向搜索蚁群优化算法。首先利用改进A^(*)算法在栅格环境中快速收敛得到初始路径,构建初始信息素矩阵,并引入障碍物因子来减少蚂蚁死锁状况的发生;其次设定双向搜索蚁群优化算法规则,并改进双向搜索中的启发函数模型,引入精英蚂蚁搜索策略和自适应信息素挥发因子策略;最后利用三阶贝塞尔曲线对路径进行平滑处理。通过Pycharm平台仿真结果表明,该算法融合了A^(*)算法全局搜索能力强及蚁群算法正反馈的特性,使得融合改进后算法比传统蚁群算法和麻雀算法在路径长度上优化12.85%和7.76%,搜索时间上优化38.17%和23.46%,迭代次数上优化67.71%和54.41%,全局路径优化效果较明显。

面向动臂势能再生的主动式储能元件控制策略

主动式储能元件是一种针对现有液压蓄能器不足而提出的新型气-电混合型储能元件,但其存在着液压能、压缩气体能和电能间的能量耦合问题,导致其工作时抗干扰能力较差,降低了工作液压系统的节能效率。为了解决其存在抗干扰能力差的问题,针对液压挖掘机动臂液压回路的工作特点,提出了利用主动式储能元件实现动臂势能再生的系统架构,并设计了一种自抗扰控制策略及其参数优化方法,通过设计扩张状态观测器来解决干扰和参数不确定性等问题。为验证控制策略的可行性,首先介绍了主动式储能元件的结构;其次,设计了以主动式储能元件为控制对象的自抗扰控制器。建立了基于主动式储能元件的动臂势能再生系统仿真模型,并进行了试验验证。研究结果表明,蓄能器模式、普通控制模式及自抗扰控制模式的回收效率分别为42.81%、56.76%和58.60%;再利用效率分别为96.01%、97.06%和95.81%;再生效率分别为41.1%、55.1%和56.1%。仿真试验验证结果也表明,以主动式储能元件为对象提出的自抗扰控制策略有效地改善了控制性能,增强了系统压力稳定性。

数字孪生驱动的堆垛机模型可视化设计与实现

针对堆垛机研发周期长且其工作过程中信息采集率和工作效率低等问题,提出了基于数字孪生的堆垛机模型可视化设计方法。结合数字孪生技术,基于数字孪生五维模型,利用进程控制对象连接(OLE for Process Control,OPC)统一架构技术搭建堆垛机模型的虚拟调试平台,实现了堆垛机物理模型与数字模型的实时通信和数据交互。通过对堆垛机物理模型工作状态的数据采集,实现了堆垛机工作状态的可视化监测和工作效率的优化,验证了基于数字孪生的堆垛机模型可视化设计方法的可行性。可为堆垛机的研发设计和透明化作业提供参考。

基于深度迁移学习的再制造零/部件可靠性预测方法

可靠性是反映再制造零/部件质量及其稳定性的重要指标。相比于新产品零/部件,影响再制造零/部件的可靠性因素多、机理关系复杂,且毛坯剩余价值高,难以开展大量的可靠性试验,使得可靠性数据样本量少,导致再制造零/部件可靠性预测精度低。为此,提出一种基于深度迁移学习的再制造零/部件可靠性预测方法。首先,分析制造阶段个性化工艺过程对再制造零/部件可靠性的影响,结合服役阶段运行数据对可靠性进行预测,通过引入新产品与同一产品不同型号零/部件服役阶段运行数据、制造阶段工艺质量数据进行样本扩充,利用主成分分析法获取影响可靠性的运行时间、状态信息及加工精度等关键特征数据并构建源域数据集;其次,采用卷积神经网络构建源域关键特征数据与可靠性之间的深度学习模型,以再制造零/部件数据为目标域数据集,通过自适应梯度算法将模型迁移应用到再制造零/部件可靠性预测中,以提高预测精度;最后,以某数控机床需要再制造的零/部件为例,对所提出预测方法的有效性进行验证。

基于预瞄LMPC的港口AGV路径跟踪控制

路径跟踪控制是港口自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)的一项关键技术,现有路径跟踪控制方法存在难以在U型弯道等具有较大幅度曲率突变的参考路径上保持较高精确性以及实时性较差等问题。为此以无预瞄线性模型预测控制(Linear Model Predictive Control,LMPC)为基础,将传统展开点改为AGV前方的预瞄展开点,提出了基于预瞄LMPC的港口AGV路径跟踪控制方法,并通过联合仿真将其与非线性模型预测控制(Nonlinear Model Predictive Control,NMPC)、无预瞄LMPC进行了对比。仿真结果显示,预瞄LMPC精确性较高,位移误差不超过0.0602 m,精确性与NMPC相当,显著优于无预瞄LMPC,相同工况下该指标减小幅度可达93.25%;预瞄LMPC的实时性较好,每个控制周期内解算时间均不超过6.0203 ms,实时性与无预瞄LMPC相当,显著优于NMPC,相同工况下该指标减小幅度可达72.52%。

考虑混合车队的预拌混凝土配送调度研究

在预拌混凝土(Ready-Mixed-Concrete,RMC)车辆调度中,部分工地会派出自带的搅拌车,搅拌站需要考虑混合车队的预拌混凝土配送调度,然而目前还没有相关研究。为解决这一问题,首先分析了国内外的研究现状,通过仿真算例描述考虑混合车队的预拌混凝土配送过程;然后在此基础上以厂商和工地总成本最小为目标函数,在网络流模型的基础上建立了考虑混合车队的混合整数规划模型;最后在仿真的基础上利用遗传算法分别对仿真算例和实际算例进行求解。研究结果表明,优化后2个算例的总成本分别降低了8.8%和34.0%,工地的总等待时间分别降低了26.71%和60.86%,算法大幅度地减少工地和搅拌站的等待时间,保证供应的混凝土质量,降低双方成本。

欢迎订阅2023年《现代制造工程》月刊

《现代制造工程》创刊于1979年,是机械制造领域科技-学术期刊,国际标准大16开本,目前是中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科技论文统计源期刊等。主要栏目有:试验研究,机器人技术,虚拟制造技术,新材料及其制备技术,工业工程,企业信息化,数控加工技术,车辆工程制造技术,制造技术/工艺装备,设备设计/诊断维修/再制造。

表面微结构对材料性能影响的研究现状与展望

生物体表微结构具有提高减摩减阻性能、改变表面浸润性及形成结构色等功能,对生物体表面微结构的研究为微结构材料的发展提供了导向和依据。常用的微结构制造方法有激光加工、刻蚀、压塑成型法及超声振动辅助加工等,通过在材料表面制备微结构进而改善材料的减摩减阻性、表面浸润性、密封性及承载能力等。超声振动辅助加工技术通过产生高频振动冲击在材料表面制备出具有一定参数的微结构,振幅、频率、相位角等超声参数以及进给速度、主轴转速及切削深度等加工参数决定了微结构形貌,超声振动辅助加工技术具有可与各种传统加工技术复合、成本低廉、简单高效及不污染环境等优势。

基于RW-YOLOv3的输送带表面损伤实时检测

针对输送带表面纹理复杂且缺乏边缘设备实时准确识别损伤的现状,提出一种基于RW-YOLOv3的输送带表面损伤实时检测算法。首先,采用结构重参数化RepVGG网络替换YOLOv3算法原主干网络DarkNet53,实现输送带表面损伤快速精准检测;然后将交并比(Intersection over Union,IoU)损失、分类置信度损失和SIFI相似度加权求和构建预测框与目标框,并进行匹配生成代价矩阵,再通过计算最小代价矩阵,找到最优Wasserstein传输距离实现最优标签分配,从而减少正负样本不平衡造成的误差;最后,基于多尺度检测和结果融合,完成输送带表面损伤实时准确检测。实验结果表明,提出的算法较YOLOv3算法,检测精度均值提升了8.36%,检测速度提高了51.36 FPS,与其他算法相比,所提算法精度高、速度快,满足高带速下输送带表面损伤实时检测需求。

全向移动机械臂的混合视觉伺服与参数优化

面向全向移动机械臂的视觉控制任务,研究了一种基于混合视觉伺服的控制律设计方法,并采用蝙蝠算法(Bat Algorithm,BA)实现了运动轨迹优化。首先,为实现全向底盘和六自由度机械臂的同时控制,建立了全向移动机械臂整体的速度级运动学模型;进而,根据眼在手中的相机配置方案,分别推导了位置误差和图像误差的雅克比矩阵,在联合了机器人运动学模型的基础上,设计了全向移动机械臂的混合视觉伺服控制律;进一步设计了基于蝙蝠算法的控制器参数优化方法,使机械臂末端能够沿着尽可能短的路线到达期望位置;最终,通过稳定性证明和系统仿真实验说明了该算法的有效性。

高速圆柱滚子轴承保持架动态特性分析

基于Adams软件建立了考虑润滑作用的高速圆柱滚子轴承动力学模型,采用正交试验法对轴承结构参数进行了多目标优化设计,研究了不同工况及轴承结构参数对轴承保持架动态特性的影响。结果显示:内圈转速对保持架打滑率的影响最大,引导间隙对保持架打滑率的影响最小;引导间隙对保持架运转稳定性的影响最大,滚子个数对保持架运转稳定性的影响最小。经过优化设计获得了保持架打滑率及运转稳定性的轴承结构参数最佳组合。保持架打滑率随内圈转速及引导间隙的增加而增加,随径向载荷、滚子个数及径向游隙的增加而减小。保持架运转稳定性随内圈转速及引导间隙的增加而增强;随径向游隙的增加而降低;存在合理的径向载荷及滚子个数使保持架运转稳定性最好。

《现代制造工程》入编2020年版《中文核心期刊要目总览》

依据文献计量学的原理和方法,经研究人员对相关文献的检索、统计和分析,以及学科专家评审,《现代制造工程》入编《中文核心期刊要目总览》2020年版(即第9版)之“机械、仪表工业”类的核心期刊。该书由北京大学出版社出版。书中按《中国图书馆分类法》的学科体系,列出了78个学科的核心期刊表,并逐一对核心期刊进行了著录。著录项目包括:题名、并列题名、主办单位、创刊时间、出版周期、学科分类号、ISSN号、CN号、邮发代码、编辑部地址、网址、电子邮箱、内容简介等。

基于价值流的转向架维修流程精益改善

针对机车转向架检修流程效率低下的问题,从瓶颈节点轴箱检修入手,考虑到维修状态不同其维修时间也会不同,以价值流为主线,绘制价值流现状图发现维修过程中存在的浪费。根据ECRS原则提出改进方案,然后绘制出未来价值流图,并运用PDCA方法进行持续改进。通过这几种方法的综合应用,实现了维修线的平衡,缩短了轴箱检修周期,提高了增值比率及维修生产效率,为企业实施精益维修提供了改善思路。

单侧边垂直驱动式压电振动给料器设计与试验

压电式振动给料器作为自动化装配中不可或缺的一环,使物料输送更加平稳、高效及噪音更低。针对矩形压电振子以垂直驱动式进行驱动上的动力不足、有效驱动频率区间小等问题,设计了一种单侧边垂直驱动式压电振动给料器,分析了给料器的工作原理,建立振动力学模型,分析了影响固有频率和料斗振幅的主要因素。制做了振动给料器样机,并进行了试验,试验结果表明,当电压为100 V时,样机的有效输送频率范围为116~134 Hz,在共振点处物料拥有最大的输送速度,分析了流经给料器的电流与阻抗之间的关系,得出样机的固有频率为122 Hz。当样机共振时,随着电压的升高,给料器对物料的输送速度呈线性增长。与同类型的压电给料器相比耗能明显减少。

模糊分布式柔性作业车间调度优化

针对考虑工件加工时间不确定性的模糊分布式柔性作业车间调度问题(fuzzy Distributed Flexible Job Shop Scheduling Problem,fDFJSP),将加工时间用三角模糊数表示,以最小化最大模糊完工时间为优化目标,提出一种改进的人工蜂群算法进行求解。针对fDFJSP的分布式特点,设计了基于车间-工序-机器的三层编码方式,针对不同编码层,采用多种混合搜索策略,以提升算法的邻域和全局搜索能力。为测试算法的性能,设计了2组实验对5个算例进行测试,并与代表性算法进行对比。结果表明,所提算法结果总体优于其他对比算法,能够有效求解具有模糊加工时间的模糊分布式柔性作业车间调度问题。

某电动商用车车架轻量化改进

商用车车架是整车各总成以及零/部件的承载基体,而车架纵梁又是车架最主要的承重部件,为使商用车轻量化,从而满足市场对汽车低能耗、高效率的需求,以某电动商用车车架为研究对象,建立了车架有限元模型,采用结构设计的方法,对车架纵梁结构进行了重新设计。并对改进车架进行了尺寸优化设计,以车架纵梁和横梁的厚度为设计变量,以1阶模态频率、弯曲工况下加载点的最大位移和扭转工况下加载点的最大位移为约束条件,以车架质量最小为目标函数,对车架进行了尺寸优化。对传统车架和改进车架进行对比分析,分析结果表明,改进车架质量减少了174.40 kg(27.60%),在保证车架安全性能的同时实现了轻量化。