为解决交错轴变比齿条变比齿廓建模问题,提出一种数字设计方法。该方法将变比齿轮齿条副中的渐开线斜齿轮,看作无数无限接近且垂直于其轴线的平面与其截交后截交线的集合;定义一条计算直线与变比齿廓固连且平行于变比齿条的长度方向,并在变比齿轮齿条副传动过程中,将该计算直线与遍历的截交线渐开线齿廓所有交点中长度值取得极值的点称为变比齿廓点;基于约束最优数学思想,建立了变比齿廓数字求解模型,开发了求解算法,生成了变比齿廓点云,拟合得到了齿廓实体模型。通过试制样件的传动比和传动稳定性测试,验证了该方法的正确性。

为了科学准确地分析数控电火花线切割加工工艺过程的电能消耗情况,实现对线切割加工工艺过程的准确描述,提出一种基于特征事件的数控电火花线切割加工工艺过程建模方法。根据数控电火花线切割加工工艺过程特性,将加工工艺过程分解为5类典型事件和4类典型特征;结合正常加工时的运动特性,总结了正常加工时的9种基本事件和14种基本特征,并从NC代码中提取工艺过程的事件及能耗特征,实现了对加工工艺过程的建模。在该模型基础上,利用特征事件实现了数控电火花线切割加工工艺过程的能耗计算,为后续优化数控电火花线切割加工工艺奠定了理论基础。结合某典型凸模零件电火花线切割加工工艺过程进行验证,估算了该零件的加工工艺过程能耗。

为实现特定生产条件下贝叶斯质量控制图迅速识别异常的功能,构建了一种将经济性分析与过程仿真相结合的贝叶斯迅速识别控制图。在该控制图中,基于最优经济指标设立最优控制限和操作规则,实现控制图经济性与迅速识别的双向功能;为分析该控制图的统计性能,采用蒙特卡洛仿真模拟技术,以过程失控时的平均运行链差值效率比作为评价指标,与传统休哈特控制图、当前普通贝叶斯控制图和经济性控制图进行对比分析,证实了基于经济性分析的贝叶斯迅速识别控制图不但可以高效地识别过程偏移并报警,而且颇具成本优势。

针对当前低碳产品创新设计难以在设计早期识别进化潜力空间的不足,提出一种应用潜力分析与发明问题解决理论的产品低碳创新设计方法。构建功能—结构—特征的碳排放递归解算模型,并对低碳设计特征表达进行了研究。分析低碳产品演化需求类型及表达方式,基于环境化质量功能配置和粗糙集进行需求映射,通过进化潜力值提取低碳进化设计特征,并将其与发明问题解决理论创新法则、进化路线及设计知识相关联,给出产品低碳设计的进化方向和策略,从而支持面向产品更新换代的低碳设计。通过洗碗机产品的设计案例验证了所提方法的可行性。

为了解决单一BP神经网络模型预测性能不稳定的问题,提出一种集成BP神经网络的数控机床主轴热误差建模方法。采用模糊c均值聚类法筛选温度敏感点,消除了冗余温度变量间的多重共线性。从机器学习的角度出发,分别采用平均法、中位数法和普通最小二乘法将几种具有弱预测性能的典型BP神经网络模型进行集成。以THM6380卧式加工中心为研究对象进行了主轴热误差实验,热误差预测性能分析结果表明,集成模型的预测精度和泛化能力优于单一BP神经网络模型,为机床主轴热误差建模及后续热误差补偿提供了新的思路。

为提高飞机装配效率和人员利用率,根据飞机总装脉动生产线的特点和平衡优化需求,构建多目标多约束的E类飞机总装脉动生产线平衡问题模型,并设计一种结合非支配排序遗传算法、布谷鸟搜索算法和动态搜索算法的混合优化算法进行求解。其中动态搜索算法解决E类装配线平衡问题求解效率低下以及质量不佳的问题;非支配排序遗传算法通过改进个体距离计算方法提高装配序列的优化效果;布谷鸟搜索算法则借助改进莱维飞行距离计算式提高最优站位数量的搜索能力。最后通过基准问题测试证明算法的性能优于相关问题算法,并借助应用实例验证了模型的有效性。

针对传统遗传算法求解自动导引小车动态路径规划易早熟的缺点,提出一种改进遗传算法的自动导引小车动态路径规划算法,针对传统变异算子缺少启发式规则导致变异产生优质解的概率较低和算法早熟的缺陷,基于相连的路径片段组成的三角形建立使路径缩短的启发式变异规则,并提出路径微调算法;为了提高路径的光滑程度便于自动导引小车行驶,提出路径光滑处理算法;为了增加改进遗传算法的局部寻优能力,对每一代的最优解进行模拟退火操作;并且基于MATLAB GUI开发工具开发出自动导引小车动态路径规划仿真平台,以证明所改进遗传算法求解自动导引小车动态路径规划问题的有效性。

为了对回转支承的寿命状态进行研究,以保障机械设备的高效正常运行,提出一种将点密度和模糊C均值结合的算法对回转支承的寿命状态进行识别,解决了传统模糊C均值算法识别速度慢、临界点分类不准确的问题。利用自主研发的回转支承综合性能实验台对某型号回转支承进行全寿命疲劳实验,验证了所提算法的可行性。通过对比所提改进算法与传统模糊C均值算法的识别结果,表明改进算法能够更准确地识别出回转支承的不同运行状态,从而为实时维修奠定了基础。

针对智能优化算法求解自动导引小车路径规划问题效率低且易早熟的缺陷,提出一种用于求解复杂环境下自动导引小车路径规划问题的改进灰狼优化算法。算法引入路径微调算子和邻域变异算子来提高灰狼优化算法的局部开发能力,又引入新的初始解生成算法提高初始种群的质量;采用改进的路径片段与障碍物相交判断算法来提高算法的运行效率,再采用新的避障算子来提高路径片段避开障碍物的效率。基于MATLABGUI开发工具开发了带有多种智能优化算法的自动导引小车路径规划仿真原型平台,并与单种群遗传算法、多种群遗传算法和改进遗传算法进行对比,验证了改进灰狼优化算法求解自动导引小车路径规划的有效性。

鉴于废旧件的原始质量与服役工况不确定,导致其再制造过程波动性大、加工时段不连续等问题,提出一种基于动态、非正态分布指数加权移动平均控制图的再制造过程质量控制方法。根据非参数方法中的Wilcoxon秩和检验的理论知识,应用秩统计量,获得与样本数据分布无关的统计量;在此基础上,通过不断移动控制图数据窗口来更新在线观测点,并利用得分函数获得动态的光滑参数,构建面向动态、非正态分布的再制造过程质量EWMA控制图,实现了动态再制造过程质量的自适应监控。以废旧TPX6113镗床的导轨再制造过程为例,对其再制造过程质量进行动态监控,结果表明,所提方法能够快速监控到质量异常,且相比于其他控制图具有更好的监控性能,证明了该方法的有效性和可行性,为再制造过程实际的质量监控提供了一种有效的途径。