关键词： 机械设计   机械制造   玩具产业  

摘要： 随着科技的进步和市场竞争的加剧，玩具产业对于产品质量、生产效率和创新能力的要求越来越高。机械设计制造技术作为玩具生产的核心环节，其发展水平直接影响着玩具产品的质量和市场竞争力。文章首先对机械设计制造技术进行概述，随后深入探讨了机械设计制造技术在玩具设计、生产、质量控制等方面的应用情况。通过实际分析，旨在为玩具产业的持续创新与发展提供理论支持和实践指导。

关键词： 柔性作业车间调度   运输调度   状态转移图   群体智能   人工多头绒泡菌落  

摘要： 目前,柔性作业车间调度问题受到越来越多的关注,该问题涉及多台机器和车辆。由于车辆的深度参与,柔性作业车间调度问题变得愈发复杂,不可避免的会产生各种冲突问题,例如车间机器的平衡利用率与交货期的满意度会互相冲突,运输调度等待时间与加工等待时间也会互相冲突等。此类柔性作业车间调度的多目标问题显然是NPHARD问题,使用传统算法难以获得最优解。因此,借鉴传统群体智能算法的优点和缺点,本文探索了一种人工多头绒泡菌落来模拟新型的群体智能,通过扩展和收缩来寻找具有运输约束的柔性作业车间调度问题的最优解。 本文主要的研究内容如下: 1.针对交货期的满意度以及车间内机器的平衡利用率冲突的问题,提出考虑车间机器平衡利用率的柔性作业车间调度问题求解。首先,车间机器的平衡利用率越高,交货期的满意度就会越低。针对该冲突问题,本文通过选取最大完工时间、总拖期时间和机器总负荷为目标函数建立了数学模型,约束条件则包括工件加工的先后顺序约束,完工时间约束,加工约束,加工机器约束等。其次,针对该大规模,多约束,条件互相冲突的复杂数学模型,本文选择使用人工多头绒泡菌落对数学模型进行求解,通过多次迭代,所提出的算法能够找到柔性作业车间调度问题的最优解。然后,为了验证人工多头绒泡菌落算法在解决多目标柔性作业车间调度问题的可行性,本文结合了与传统算法的对比实验,人工多头绒泡菌落在实验中表现出了良好的优化求解能力。 2.针对加工等待时间和运输等待时间冲突的问题,提出考虑运输约束的柔性作业车间调度问题优化。首先,针对加工等待时间和运输等待时间互相冲突的问题,建立了一个混合整数线性规划数学模型,主要目标考虑最小化完工时间、最小化平均加工等待时间和最小化平均运输等待时间,约束条件则是调度作业、机器和车辆之间的互相约束。其次,本文选择使用人工多头绒泡菌落对数学模型进行求解,人工多头绒泡菌落将使用多目标函数寻找最优解,并使用迭代计数器0)来计算人工多头绒泡菌落的迭代计算次数,如果解的误差e达到误差阈值eth,或者迭代计数器Ite达到最大值Ite＿max,则可以终止迭代计算并输出最优解。然后,为了验证人工多头绒泡菌落在解决多目标柔性作业车间调度问题的可行性,本文使用Mat Lab对算法进行仿真求解,实验证明人工多头绒泡菌落算法拥有良好的搜索能力和良好的计算效率。

关键词： 柔性车间调度   航空结构件制造系统   重调度   非支配排序   帝国竞争   实际约束  

摘要： 航空航天产业是高端制造业的龙头,是建设制造强国的重要支撑,航空制造企业生产调度的有效优化至关重要。柔性车间调度问题(Flexible job shop scheduling problem,FJSP)是航空结构件生产过程中的一种典型调度问题。该论文针对航空结构件在静态和动态生产情境下的混合柔性车间调度问题,采用了不同的方法:分别构建了多目标混合整数规划模型,对多目标进化算法进行了改进,提出一系列具有创新性的调度优化理论,并设计了多种优化策略和方法,取得的主要成果如下: 1.针对航空结构件生产过程,提炼出带有运输时间、设置时间、设备加工速度等约束的FJSP问题,并建立了数学规划模型。设计了一种三维向量结构的编码机制,在种群初始化阶段,根据编码机制,设计了基于4种启发式规则的混合初始化方法,提出了基于左移规则的动态解码策略,提高了算法的搜索效率;提出了协同搜索策略:三种知识驱动的邻域结构和两种速度策略,进一步加强了算法的全局搜索能力。构建了动态反馈机制,通过衡量帝国改善程度,动态调整变异和交叉概率,加速算法的收敛速度;针对求解问题,提出了结合帝国竞争算法(Imperialist Competition Algorithm,ICA)和非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-II)的混合优化算法框架,给出了结合4种启发式规则的初始化策略和基于邻域结构的协同算法框架。通过运用航空结构件的生产数据,验证了该算法的实用性和有效性。 2.针对航空结构件生产中的重调度问题,综合考虑新工件的随机到达和设备的突发故障,提出了带有双层资源分配机制的NSGA-II优化算法框架(Dual-level Resource Allocation Mechanism NSGA-II,DRANSGAII)。设计了一种综合了设备分配向量、速度分配向量、处理工艺路线选择向量和工序序列向量编码机制,确保了调度方案的可行性和有效性;同时,设计了重调度前和重调度后两阶段解码方案,重调度后,还需要根据重调度策略调整工序的开始时间和完工时间;建立了双重资源分配机制,对于优质解,采用动态扩散的搜索策略(Dynamic Diffusion-Based Strategy,D-DBS),深入挖掘邻近的更优解,舍弃劣质解。对于质量相对较差但具有改进潜力的解决方案,在两种基于关键路径的领域结构的基础上,采用基于静态收敛的策略(Static Convergence-Based Search Strategy,S-CBS)对两种不同目标进行优化。考虑到制造系统的动态和不确定性特性,本章针对新工件到达和设备故障带来的挑战进行了探讨。为了应对这些干扰性事件,提出了两种重调度机制:5种新工件到达重调度策略,2种设备故障重调度策略。最后,验证所提出的优化算法在性能方面显著优于现有智能优化方法。

关键词： 竹   重组   机械自动化   竹复合材   热处理  

摘要： 在国家“双碳”背景下,具有低碳发展意义的生物质材料竹材进入大众视野。竹材结构与木材大不相同,传统竹材单元制备机械加工效率低,连续化自动化程度不高;传统竹单元破坏了竹材原有结构,设计合理性弱。针对竹材自身结构特点,对新型竹单元的制备及其复合材料的性能展开了如下研究:以保留竹材高强纤维为出发点,采用模块化设计思想,利用“Solidworks”软件和“Auto CAD”软件辅助设计一套竹材径向加工机械。该机械基于凸轮机构设计,设计原理是使刀具可在不碰撞的前提下以直线前进、半圆轨迹后退。在切片过程中,刀具旋转45°可保持径向切割,从而确保竹片的均匀性。两侧共有四组凸轮共同工作,效率是单组凸轮或人工切削的400%。该机械与传统的竹刨花板（bamboo oriented strand board,BOSB）刨片机相比,保留了竹材的纵向纹理,减少了刀具磨损。创新性地制备了超长径向竹切片（bamboo ultra-long radial slices,BURSs）,它具有竹薄片和长竹条的优点,包括低树脂含量、高利用率和高单元强度。将几组质量相同的BURSs成团规则排列,压制成密度为0.5、0.6、0.7和0.8 g/cm3的超长径向竹片复合材料（BURS composite,BURSC）。经研究,BURSs很好地保持了纤维的完整性;独特的长而卷曲的结构使其能够成团进行称重并自动化组装,促进了竹产品加工的机械自动化。BURSs间形成的纵横交错的内部结构提高了板材的强度。BURSC的机械强度优异,表面质量好,强重比高,竹材利用率高,是BOSB和竹胶合板的升级产品。利用重组技术制造了一种高品质的夹层结构竹材重组板（bamboo recombina-tion panel,BRP）。BRP的芯层由竹青条和竹黄颗粒混合热压而成,表层由竹中间切片通过热展平处理制成并覆盖在芯层表面。对展平后的竹片和BRP的性能进行了综合评价,结果表明热展平处理成功地改善了竹片的性能,竹片在加工过程中被压缩和致密化,实现了应力释放,动态力学分析结果也表明,竹片经处理后刚性得到了增强;增加了表面硬度、平整度和疏水性;竹片的维管束和薄壁细胞表现出不同程度的收缩;竹片的初始含水率与其压缩率呈现负相关。BRP表现出高质量的展平效果,展平宽度可达竹竿周长的2-5倍。用酚醛树脂和脲醛树脂粘接的BRP,其平均内结合强度和24小时厚度膨胀率均满足国标要求。本研究开发的BURSC和BRP,将为轻质高强竹复合材料的制造提供参考,增大竹产品的利用率,丰富竹产品品类,支持竹材加工往机械自动化发展。

摘要： 《机械设计》1983年试刊号出版,1984年正式创刊,是中国机械工程学会机械设计分会会刊,连续10次入选《中文核心期刊要目总览》。40年来,在广大专家学者、作者、读者及一代代办刊人的努力下,《机械设计》赢得了良好的社会声誉。在主编谭建荣院士的指导下,期刊始终秉承办刊宗旨,为提高我国机械设计水平、加速培养机械设计人才作出了贡献。新年新气象,再创新辉煌!

关键词： 柔性作业车间调度   深度强化学习   演员评论家算法   双延迟深度确定性策略梯度算法  

摘要： 柔性作业车间调度问题(Flexible Job Shop Scheduling Problem,FJSP)是一个经典的NP-Hard问题,其调度方案的优劣直接影响制造系统的运行效率。然而,传统的调度算法在求解FJSP时存在泛化性差的问题,尤其随着FJSP规模增大,面临计算时间过长以及维数灾难等问题。在实际生产环境中,由于机器故障以及其它不确定因素,使得原有的生产调度信息可能会发生变动,这便迫切要求对已确定的柔性作业车间调度方案进行必要的调整。因此,论文围绕基于深度强化学习的柔性作业车间调度问题展开深入研究。研究内容主要包括以下两个方面: (1)在求解静态FJSP时,针对启发式调度规则的短视性、元启发式算法的计算时间长且算法参数较难确定以及传统强化学习方法随着问题规模增大而发生的维数灾难等问题,提出了一种基于演员评论家算法(Actor Critic Algorithm,ACA)的柔性作业车间调度方法。首先,将FJSP建模为一个马尔科夫决策过程(Markov Decision Process,MDP)。然后,构建了一个用于求解FJSP的ACA模型,演员网络负责在不同状态下选择最合适的调度规则,评论家网络负责输出动作的值函数并反馈给演员网络以更好地调整调度策略。实验结果表明,提出的基于ACA的柔性作业车间调度方法在求解质量方面显著优于启发式调度规则和双深度Q网络(Double Deep Q-Network,DDQN)。与元启发式算法和自学习遗传算法(Self-Learning Genetic Algorithm,SLGA)相比,所提出方法在取得同等求解质量的情况下具有更高的求解效率。 (2)在求解动态FJSP时,针对实际生产中存在的机器故障、新工件插入等动态事件,提出了一种基于DIFFormer和双延迟深度确定性策略梯度算法(DIFFormer and Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient Algorithm,DTD3A)的双目标动态柔性作业车间调度方法。首先,将动态FJSP建模为一个MDP,其中以异构图的形式构造状态空间、以最小化最大完工时间和最大化机器利用率为优化目标设计奖励函数。接着,采用DIFFormer对工序节点和机器节点进行编码处理,以更好地捕获节点之间的复杂依赖关系。然后,针对机器故障、新工件插入等动态事件设计了一种自适应重调度策略。最后,采用双延迟深度确定性策略梯度算法进行柔性作业车间调度模型的高效训练。实验结果表明,在求解动态FJSP实例时,提出的基于D-TD3A的双目标动态柔性作业车间调度方法在求解质量上远优于复合调度规则和指针网络调度方法。

关键词： 油气管道   铺设施工   对口设备   焊接平台车   机械设计   液压系统   电气控制系统  

摘要： 随着我国能源需求的不断增加，油气管道的建设规模也在不断扩大。目前在管道铺设施工中，采用吊管机吊起管道的对口方式，存在管道倾斜、摇晃以及对口效率低的问题，导致管道对口操作难度大、施工时间长，进而影响管道对口的质量。因此，设计一款提升稳定性与对口效率的大口径油气管道对口设备具有重要价值。　　针对大口径油气管道焊接平台车，主要在机械结构、液压系统、电气控制系统三个方面进行了设计研究。结构方面，采用焊接平台车的管道支撑架承接管道，管道调平机构与管口对中机构进行管道对口工作，避免了吊管机将管道吊起的工作状态，提高了管道对口的稳定性;管道调平机构根据高精度水平倾角传感器的数据反馈，通过控制系统结合调平策略对调平支撑点进行位置判断以及对各个液压缸的伸出量、运动速度进行计算，能够使管道迅速达到规定的水平精度;管口对中机构配合高精度激光测距传感器的数据反馈，形成闭环控制系统，进行错边量的调整，可使两侧管口快速达到规定的同轴度，提高了对口效率。液压控制系统中的控制元件均采用电信号控制，提高了操作的准确性与效率;所有液压缸均采用伺服阀进行控制，可精确控制液压缸流量，提高其响应能力，能够更好地提高管道调平与对口的精度。控制系统以PLC为主控制器，搭配HMI人机交互界面对设备进行控制;数据采集系统采用RS485轮询通讯的方法实现多个高精度传感器与PLC之间的通讯，将PLC与传感器组成闭环系统，提高了系统的控制精度;采集后的数据经PLC处理后实时显示在人机交互界面上，提高了对设备的监测能力。　　本文结合机电液一体化技术，完成了大口径油气管道焊接平台车的设计，实现了高精度控制，可将管道的水平精度控制在± 0.3°之内，使管口错边量＜1.5 mm，满足精度要求，可将传统的对口调节30 min以上的耗时减少到15 min以下。

关键词： 新工科   机械设计基础   项目式教学   教学改革  

摘要： 为实现新工科背景下机械创新拔尖人才的培养目标，本文进行了机械设计基础课程项目式教学模式探索和实践，针对教改需解决的教学实践问题，详细介绍了项目式教学改革的具体实施，分别为开展混合式教学、基于工程项目创新教学方法、现代设计分析方法与经典理论相结合，最后对学生进行多阶段、多环节、多角度综合考核。教学实践结果表明，本课程实施的项目式教学模式可显著提高学生的自主学习、解决实际工程问题、创新设计等综合能力等。本文的项目式教学改革思路也可为机械类其它课程教学改革提供借鉴。

关键词： 环境友好型   运输机械   设计原则   关键技术   性能评估  

摘要： 本文针对环境友好型运输机械的设计原则、关键技术以及性能评估方法进行了深入探讨。首先，阐述了环境友好型运输机械的概念和设计原则，强调了节能、减排、低噪声等设计要点。其次，重点分析了几种关键技术，包括新能源动力系统、轻量化设计、智能控制等，并讨论了其在实际应用中的优势和挑战。最后，针对环境友好型运输机械的性能评估，提出了一套综合评估体系，涵盖能源效率、排放水平、噪声控制等多个维度，为相关设计和决策提供参考。本文旨在为推动环境友好型运输机械的发展提供有益思路。