关键词： 地铁列车   股道运用   列车运营计划   自动收发车   柔性作业车间调度   灰狼算法   果蝇算法  

摘要： 随着城市轨道交通的迅猛发展,地铁系统的高效性与安全性日益成为公众关注的焦点,地铁车辆段在保障列车高效、安全运行方面扮演着至关重要的角色。车辆段的传统操作模式受限于人工干预和分散的管理系统,已难以满足现代地铁网络高效率、高安全性的需求。因此,本论文基于智能优化算法提出一种地铁车辆段列车自动收发车计划一体化编制模型,从股道运用、列车运用以及一体化收发车三个方面进行了深入研究。 在股道运用方面,将转场调车回库的列车按回库时间分别编入早、晚回库计划中,以最少调车次数和最小检修走行距离为目标函数,基于改进灰狼算法开发一种先对单个独立回库计划(早回库、转场调车回库、晚回库)进行规划再对所有回库计划通盘规划的股道运用优化模型,在满足地铁回库列车洗车、检修、次日发车、转场调车计划需求的基础上实现回库列车股道运用的最优化编排。以北方某城市地铁某号线车辆段的股道运用计划为算例验证所建立股道运用方案优化模型的有效性和可行性,实验结果证明了所提方案的可行性与优越性。 在列车运营计划编制方面,针对地铁单车辆段列车运营计划编制问题,本论文基于改进果蝇算法开发了一种地铁单车辆段列车运营计划编制模型,在满足列车检修周期内行驶路程要求、列车均衡运用的基础上,将车辆段的所有列车与车次任务综合规划,根据列车与车次的匹配关系,将列车运营计划编制的问题转化为柔性作业车间调度问题。以列车-车次匹配成本最小为优化目标,以北方某城市地铁某号线单车辆段的列车运营计划为算例,验证所建立的单车辆段列车运营计划编制模型的有效性和可行性。在此基础上,进一步提出针对地铁双车辆段的列车运营计划编制模型,使列车在规定时间内能完成检修规定里程数,前往不同车辆段完成对应检修任务;为修改人工编制的不合理检修日期,提出一种检修日期自动更新方案;以北京地铁某号线车辆段的列车运营数据为算例,验证了地铁双车辆段列车运营计划编制模型的有效性。 为探讨地铁列车的自动化管理策略,提高地铁运营效率与安全性,本论文将列车运营计划的车次安排与回库阶段的股道运用问题相结合,基于智能优化算法设计了一种自动收发车计划一体化编制模型。模型能够依据列车自身的情况,将列车自动调整到合适车次任务和股道上,确保列车按时、安全地进出车辆段,使列车能够实现均衡运用、检修和车辆调度等需求。此外,本论文还探讨了模型在实际应用中的优化策略,如工作日与周末、股道占用冲突、运营计划相互衔接等。在此基础上,以北方某城市地铁某号线车辆段的数据为算例,对所构建的模型进行了系统的实验验证和数据分析。研究结果表明,所建立的地铁列车自动收发车计划一体化编制模型能够显著加强列车均衡运用和提高股道与列车的运用效率,从而提升地铁系统的运营效率和服务质量、增强了地铁运行的安全性。 本论文不仅为地铁系统的智能化升级提供了有力的技术支撑,也为未来城市轨道交通的自动化、智能化发展提供了重要的参考和借鉴。

关键词： 叉车   货梯   机械设计   优化策略  

摘要： 在工业生产中货梯是重要的设备，为使设备能够高效运转，垂直运输都需要使用货梯，并由此带来货梯需求的增加，其中对更大载荷载重货梯的需求更是日益增长。很多货梯使用场合经常会使用叉车进入轿厢装卸货物，货梯轿厢在进入叉车作业工况中存在着一定过度扭转和倾斜的问题，对其进行机械设计和优化，以便使其达到最佳的使用效果。文章结合相关理论知识，分析了大载重货梯的机械设计与优化方法，以期为相关人士提供借鉴。

关键词： 精益生产   车间布局优化   柔性作业车间调度   遗传算法   灰狼算法  

摘要： 近年来,我国制造业面临着多重挑战,如经济逆全球化、新冠肺炎疫情等,对生产供给、物流畅通以及消费需求都带来了不确定性,迫使制造业企业亟待转型升级。纺织行业是传统制造业的代表,它在我国的经济增长和社会进步中发挥了积极的作用。然而,由于生产模式和管理模式的滞后,很多纺织企业面临着人力、资源约束、科技创新不足、产业利润偏低等问题,制约了其市场竞争力。而精益生产则成为帮助企业应对市场变化、提高效益的可行方案。 基于全员改善,精益生产旨在消除生产制造过程中的无效劳动与不必要的损耗。从全球范围来看,精益生产被普遍运用到各个行业。特别是在一些发达国家的生产改进实践中被证明可以促进生产能力的提升、生产过程中的浪费现象的改善、生产活动的非增值性减少、生产效率的提高以及增强生产线稳定运行能力。此外,精益生产的实践还有助于贯彻精益思想,使企业能够更快速地适应多品种小批量的生产模式,提高竞争力。 针对F公司的生产管理现状,本论文通过搜集生产线基础数据,分析所存在的问题,并运用精益生产管理的工具和方法提出了一系列优化方案。针对物流搬运效率低下的问题,运用SLP方法对物流关系、非物流关系、综合关系等进行了分析,并提出了一个新的车间布局方案。此外,建立了柔性作业车间调度数学模型,采用改进灰狼遗传算法求解,优化后的调度方案有效缩短了订单交付周期,确保按时交付订单,以解决企业生产效率低下、订单交付延迟等问题。本论文通过精益生产的理念和方法提出了一系列改进提升方案,旨在增强公司的生产能力、提高生产效率,使企业在面对市场竞争时具备更强的应变能力。通过这一改善与提升,F公司有望在纺织行业取得更为显著的竞争优势,顺应市场需求变化,实现可持续发展。

关键词： 离散元法   山药收获机   力学性能试验   仿真分析   EDEM  

摘要： 山药在中国有着悠久的种植和食用传统,且分布广泛。目前种植面积较少的农户的收获方式主要以人工挖掘为主,种植面积较多的农户的收获方式为机械挖沟和人工挖掘相结合的收获方式,挖沟机先在山药带旁边开出沟槽,再由人工挖掘刨出山药,由于山药生长于地下深处,且生长路径存在偏差,挖沟机在工作时易伤到山药表皮,影响山药收获完好率。本文基于目前山药收获机的收获缺陷,研发了一种既能提高山药收获效率、降低人工劳动强度又能满足山药破损率低,对于小型和大型种植农户都适用的经济型山药收获机。主要研究内容如下: (1)查阅参考文献,并对河南焦作市温县的铁棍山药种植农艺、生长特性和收获方式进行实地调研,初步确定整机结构方案和作业参数。对收获机中的关键部件(螺旋松土装置和振动松土装置)进行结构设计和参数确定,明确关键部件的工作机理。 (2)通过对铁棍山药进行力学性能试验,分别得到三点弯曲、径向压溃和轴向压缩极限压力值。通过离散元法建立铁棍山药模型,使用Design-Expert设计试验对铁棍山药粘结参数进行标定,得到法向刚度、切向刚度、临界法向应力和临界切向应力。 (3)对机具的关键部件螺旋松土和振动松土装置进行设计计算,并进行运动学和动力学分析,得到螺旋叶片作业时的临界转速与螺旋结构参数的关系;对螺旋叶片的受力和作业功耗分析得到了前进速度,旋转速度和螺旋的结构参数对螺旋松土装置的作业功耗有重大影响;对振动松土装置进行分析得到:曲柄的长度影响振动铲的振幅、角速度和角加速度,并通过ADAMS仿真得到振动铲的工作效果最佳时的曲柄长度。 (4)通过离散元法对关键部件作业过程进行仿真数值模拟,对机具所受合力,扭矩,土壤颗粒速度,土壤间bond键断裂数和铁棍山药所承受的力进行深入解析,将影响土壤破碎效果的各项作业参数设定为研究的影响变量,选取铁棍山药受力均值和土壤间bond键断裂数作为反映试验结果的响应指标进行试验,通过优化设计最终求得的最优作业参数组合为作业速度为0.042m/s,振动铲的振动幅度为7.2°,振动频率为6Hz时土壤间bond键断裂数达到最大14876,铁棍山药受力值最小1.1N。最后整机作业试验,铁棍山药完好露出地面,收获效果良好。 (5)根据振动式山药收获机械的结构和参数配置,完成螺旋和振动铲的制作并进行田间试验;根据土壤松散情况和铁棍山药出土状态判断机具合理性和离散元仿真模型准确性。结果表明,土壤松散效果良好且山药无损伤顺利出土,和仿真结果一致,机具符合收获要求。

关键词： 柔性作业车间调度   AGV   联合调度   多目标优化   改进麻雀算法   MIoT.VC仿真  

摘要： 为了实现生产过程的自动化、减少人工成本,在传统柔性作业车间中引入智能化技术,是企业向智能化转型和发展的关键。自动搬运小车(Automated Guided Vehicle,AGV)作为安全高效的智能运输设备,在车间中可以负责物料运输,实现自动出入库和搬运等功能,提高了车间整体的灵活性。但是由于车间内存在多种作业类型,需要多辆AGV和机器之间协调配合。因此在柔性作业车间生产过程中考虑AGV运输的联合调度问题是现代智能车间运行的重要环节,合理的调度方案有利于提高车间生产效率。 首先,分析了智能车间中各系统间的关系,从总体设计、技术设计、通讯设计、数据采集和存储方式设计等方面进行了AGV调度系统的框架设计,实现加工机器、AGV等设备之间的信息互通,为智能车间提供一种AGV调度系统的设计思路。第二,分析多AGV在车间内的作业流程,综合考虑到机器加工时间和AGV搬运时间,构建多目标优化数学模型。第三,提出一种改进麻雀算法,该算法引入Tent混沌映射提高初始种群多样性,通过改进发现者位置更新公式提高求解性能,并提出一种自适应参数调整策略,根据迭代情况调整安全阈值(ST)、发现者比例(PD)和警戒者比例(SD)。针对AGV与机器联合调度问题特征,采用三层编码方式,并结合遗传算法的交叉变异操作进行求解。第四,设计并开展了基于标准案例(小规模和大规模共15个案例)、文献案例和工程实际案例的三个实验。结果表明,在解决该类问题中,改进麻雀算法的稳定性和寻优能力优于传统麻雀算法和其他算法,能有效减少AGV完成所有搬运任务的时间和工件的最大完工时间。最后,通过将工程实际案例中得到的调度方案在***软件中进行仿真模拟,验证了调度方案的合理性。 本文设计了AGV调度系统的框架,考虑系统内生产与物流之间的关系,建立AGV和机器联合调度模型,并运用改进麻雀算法对该模型求解。结果表明,本文提出的改进麻雀算法能得出最优调度方案,在保证生产效率的同时使得AGV利用率均衡。本研究对相关领域的研究和应用具有一定的参考价值。

关键词： 信息技术   机械设计制造   自动化探索  

摘要： 在信息技术飞速发展的时代背景下，机械设计制造及其自动化面临着新的机遇和挑战。信息技术的广泛应用，如大数据、人工智能、物联网等，为机械设计制造带来了更高效、精准和智能化的解决方案。本文主要介绍信息技术背景下机械设计制造及其自动化的基础内容，阐述了机械设计制造及其自动化的应用，通过对现阶段机械设计制造及其自动化发展中存在的问题进行分析，来探讨信息技术背景下机械设计制造及其自动化发展的策略和方向，旨在充分发挥信息技术作用，改变传统的机械设计制造模式，提高机械设计制造自动化水平，从而实现机械设计制造效益最大化，推动机械设计制造行业的可持续发展。

关键词： 柔性作业车间调度   差分进化算法   立方混沌   自适应  

摘要： 在科技与制造行业急速发展的现今,生产调度问题长期以来一直是制造系统的热门问题,其理论研究也是最为艰难跨越的障碍之一。调度的任务是通过确定生产目标和约束条件,来为工件明确合适的加工时间、路线、器械和顺序等。该研究不仅能改善效率,提高企业竞争力,同时还能降低能耗,实现制造业的绿色发展。柔性作业车间调度问题(flexible job-shop scheduling problem,FJSP)作为传统车间调度的扩展,更加符合实际生产中的制造环境,增强了生产调度的灵活性。同时FJSP比传统作业车间调度问题更为复杂,不仅需要对工序加工的顺序进行排序,还要给工序分配机器,因此被归为NP-hard类问题。 差分进化算法(Differential Evolution Algorithm,DE)作为快捷有效的智能优化算法,通过个体间差异进行搜索,受控参数少、鲁棒性强,具有较强的全局收敛能力和稳健性。但是差分进化算法在柔性作业车间问题中,寻优的速度较慢,而且比较容易陷入局部最优解中,因此本文将围绕差分进化算法改进及其在FJSP中的求解应用展开,主要研究内容及创新点如下: (1)针对差分进化算法的初始种群质量低,局部搜索能力不强,容易陷入局部最优值而过早收敛以及受控参数敏感等问题,提出了一种基于阶段自适应的混沌差分进化算法SACDE(Stage Adaptive Chaos Differential Evolution Algorithm)。该算法通过立方混沌初始化的方式,使初始种群在解空间的分布更均匀,从而加快定位最优解的方向,提高初始种群质量;同时对变异操作进行改进,使变异向着最优的个体方向进行发展;以及采用参数的阶段自适应化,使算法在前期注重多样性,增强全局搜索能力,后期注重局部搜索能力的同时,提高算法的效率;由于提高了算法在后期的搜索速度,因此为了防止算法在后期陷入局部最优解中,融入模拟退火算法中的退火操作,允许算法在一定概率下接受非最优解,以此跳出局部最优区域,探索更广阔的解空间。以上改进策略在保持算法高效搜索的同时,增加了对全局最优解的搜索机会,提高了算法的全局搜索能力和解的质量,展现出了更强的鲁棒性和适应性。最后通过CEC2013测试集中的28个函数对该算法与其他算法展开对比测试。实验证明,SACDE算法的总体性能最优。 (2)针对FSJP优化问题,将通过本文提出的SACDE算法进行求解。首先对FJSP建立其数学模型,以最小化最大完工时间为优化目标。然后为了算法能适用于FSJP中,根据FJSP的关键信息特征,采用双层编码机制,将编码分为工序码和机器码两部分;同时针对双层编码的特殊形式,对应改进优化其初始化方式;并通过向量转换和修复机制保证本文算法能适用于求解FJSP这类离散型问题。最后通过两个标准测试算例集对算法的应用进行验证,并选取六种不同文献中的优化算法进行对比分析实验。实验证明,本文提出的算法在寻优能力和稳定性上,都优于对比算法。 (3)最后以某轮胎制造车间为原型背景,设计开发了调度系统。通过将本文提出算法集成到系统中,并正确求出最优调度分配方案,证明本文算法的有效性和实用性。 总体而言,本研究提出的基于阶段自适应的混沌差分进化算法(SACDE)在解决柔性作业车间调度问题(FJSP)方面效果显著。不仅丰富了智能优化算法的理论研究,也为制造业调度问题提供了新的解决方案,具有重要的理论和实践意义。

关键词： 太阳能加热   秸秆预处理   机械设计   控制设计   性能试验  

摘要： 秸秆高值化与资源化利用是中国2030年前碳达峰行动方案中的重要内容,但受限于木质纤维素致密的结构,对秸秆的直接利用效率较低。为了破坏木质纤维素结构,增加纤维素可及性,多种预处理方法已被研究利用。其中,水热预处理技术因其环境友好、技术简单等优点备受关注,但因其较高的能量投入,经济效益并不理想。针对水热预处理高能耗的问题,结合当地太阳辐射条件和秸秆预处理的工艺参数要求,本文设计研发了一种基于太阳能加热的秸秆水热预处理装置,为秸秆的水热预处理提出了一种新型的能源利用方式。具体研究内容与结论如下: （1）装置采用槽式太阳能集热器作为集热机构,通过螺旋进料方式完成秸秆进料与传输,在装置出料端设置固液分离机构,通过水泵控制水解液回流以循环利用。设计槽式太阳能加热机构的抛物线方程为y2=1200x,开口宽度1200 mm,长2000 mm,太阳能集热管内径为40 mm,长2000 mm。采用超镜面反射铝作为反射镜,保持对太阳光高反射率的同时降低装置重量,反射镜以集热管轴线为回转中心转动选择性接收太阳光。采用固液分开进料的方式,以控制预处理时的固液比,秸秆进料速率为95 g/min。对螺旋轴的强度与形变校核表明,其在危险截面处的最大弯曲正应力为4.59 MPa,自由轴端最大形变为0.05 mm,满足使用要求。利用ANSYS Fluent 2022 R1软件对集热管内部的温度仿真计算表明:升温时下部温度略高于上部温度,除边缘部分,温度分布较均匀;温度保持时集热管内部温度分布均匀。 （2）对装置控制系统进行设计,完成测温与调向模块的硬件选型与电路连接,利用PLC控制装置的进出料与反射镜的追光调节。预处理时,热电偶将集热管内部温度信号转化为电信号传输到温度变送器,温度变送器将此电信号转化为可被PLC接收的标准电信号后传输到PLC控制器。若集热管内实际温度低于设定温度,则按照程序设定追光加热,若集热管内实际温度高于设定温度,则PLC控制步进电机背光调节,以控制集热管内温度在设定误差范围内波动。此外,利用TIA Portal V16软件进行硬件组态与程序编写,通过添加触摸屏与设计用户界面,使对装置运行的监控与操作更加形象与便捷。 （3）实物试验验证装置的可行性与性能。对预处理时集热管内部温度的监控表明,升温阶段装置加热速率在7℃/min,温度保持阶段的温度最大偏差为2.9%,满足使用要求。加热时由于太阳能集热管的末端损失,端部物料温度达到设定温度的时间较中部稍有延后,但并不影响预处理效果。通过对预处理后固体秸秆的理化性质分析表明,其组织结构受到明显破坏,半纤维素得到大量去除,在180℃、40 min条件下,所得固相中纤维素含量为62.19%。热分析表明,预处理后小麦秸秆热值提高了14.54%,且热量的释放更加集中且迅速。高温下（180℃）所得预处理液中含有大量以乙酸为主的有机酸,可用于厌氧消化直接被产甲烷微生物利用。对集热效率的分析表明,装置的集热效率在30%～45%之间,预处理温度越高,集热效率越低。