关键词： 柔性作业车间调度   NSGA-Ⅲ   多进程技术   仓储管理  

摘要： 本文聚焦于柔性作业车间调度问题(Flexible Job Shop Scheduling Problem,FJSP),通过现场调研某发动机生产企业并结合国内外研究分析,发现目前FJSP研究普遍面临以下三个挑战:(1)大多数研究聚焦于柔性生产线本身的优化,缺乏将柔性生产线、仓储管理和最终组装等多个环节统筹考虑的整体优化方法。(2)传统NSGA-Ⅲ(非支配排序遗传算法Ⅲ)难以控制进化方向也无法实现领域搜索,同时缺少个体间和种群间多样性的定量评估方法。(3)传统进化算法为单进程算法,没有充分利用现代处理器多核心的特点,运行效率较低。 针对这些挑战,本文构建了一个创新性的整体优化模型,并设计了一种支持多进程运行的改进型NSGA-Ⅲ(非支配排序遗传算法Ⅲ),主要的创新点包括(1)构建了一个综合考虑柔性生产线、仓储管理和最终组装的整体优化模型。将柔性生产线作为生产过程中的一部分,同时将仓储压力作为重要约束条件纳入模型,研究其对生产调度的影响。(2)提出了进化方向指示矩阵。该矩阵的核心是一个动态更新的概率矩阵,使算法拥有了领域搜索的能力。本文还设计了一种全新的相似度评估算法。该算法能够有效量化解空间中不同个体、不同种群间的差异,这也是多进程并行探索多个解空间的基础。(3)设计了多进程中个体重分配策略。该策略可以确保多个种群在多进程并行进化时共享解空间,提升整体算法的搜索效率和广度。 实验结果表明,在总种群数量相同的情况下,多进程算法运行速度仅需单进程的27.9%。与传统算法相比,改进算法在质量上也有所提升,特别是订单延迟处罚降和仓储压力值,分别降低了50%和49.15%。

关键词： 柔性装配作业车间调度   多目标优化   学习效应   人工蜂群算法  

摘要： 随着世界制造业产业模式的转变,调度优化的优势愈渐凸显。柔性作业车间调度(Flexible Job Shop Scheduling,FJSP)克服传统生产车间的困难,使得调度过程更加契合真实生产车间。柔性装配作业车间调度(Flexible Assembly Job Shop Scheduling Problem,FAJSP)是以FJSP为基础发展的一种加工与装配相继优化调度问题,存在规模大、问题复杂、求解难等问题。本文充分考虑柔性装配作业车间调度的现实约束,包括工件的准备时间、机床之间的运输时间以及工人的学习效应约束,优化最大完工时间、总能耗和总成本,以FJSP为基础构建数学模型,通过分析问题的特点,设计了多种交叉、变异和邻域搜索算子,提出了多目标优化算法优化目标。本文的主要研究内容如下: (1)研究了带有准备时间和运输时间的柔性装配作业车间调度问题,在FJSP的基础上,以最大完工时间和总能耗为目标函数,建立了MILP模型,并剖析了FAJSP的特性,提出了多目标人工蜂群算法(Multi-Objective Artificial Bee Colony,MOABC)。设计了契合问题的编码解码结构,编码是包含机床选择、工序序列、产品分配的三维向量,通过文献研究,集成多种初始化种群的方案,提高初始种群质量。结合问题的特性,将不同的操作算子融入算法的各阶段,进一步优化种群。最后,通过超体积、反转世代距离指标,验证了该算法的有效性。 (2)针对实际柔性装配作业车间调度的复杂性,考虑了工人的学习效应约束,加工工人由于技能水平的差异性,划分不同的等级,等级越高,证明工人对加工机床的操作越熟练,加工时间也越短,但产生的工人成本会随之增加。故在对问题进行深度分析后,建立考虑考虑学习效应的MILP模型,提出了混合多目标人工蜂群算法(Hybrid Multi-objective Artificial Bee Colony,HMABC)求解该问题。编码方式在之前研究基础上添加了工人序列向量,在HMABC中,采用基于关键路径的变异操作对种群中的个体进行更新,利用模拟退火算法的优势,嵌入特殊的邻域操作,提高HMABC的局部搜索能力。通过与其他算法的对比实验,证明了HMABC算法能够满足多约束FAJSP的需求。

关键词： 运动平台   机械设计   柔性铰链   非线性刚度   精度寿命  

摘要： 高速精密运动平台是电子制造装备和精密检测仪器的关键核心部件之一。如何实现运动平台在长行程下高速运动、高精度定位，以及长精度寿命成为研究的重点。机械导轨式刚性运动平台因其良好的加速性能在电子制造装备等中广泛应用，但受导轨摩擦死区影响，精度提升受限。为解决上述难题，本文提出了一种直线驱动刚柔耦合运动平台，利用柔性铰链的弹性变形补偿摩擦死区，实现速度与精度同步提升。同时，本文分析了机械导轨副的接触刚度和磨损，并对运动平台的寿命进行了优化设计。本研究不仅为摩擦补偿提供了新的途径，也为运动平台的精度寿命提升研究提供了参考价值。主要研究内容如下：　　1.柔性铰链非线性刚度研究。针对柔性铰链刚度非线性问题，采用能量法分析了圆角型和直梁型弹片式柔性铰链的非线性变形，并分别建立了其包含位移耦合影响的非线性力-位移关系模型。基于两类柔性铰链构建单边加强柔性平行四边形导向机构作为研究对象，并建立其非线性刚度计算模型。为验证该模型的准确性，对该导向机构进行了非线性仿真分析和实验测试，结果均表明，所提出的刚度计算模型能够精确预测导向机构的非线性变形行为，为刚柔耦合运动平台的设计提供了重要理论依据。　　2.非对称柔性铰链优化设计方法研究。为解决摩擦死区和工作平台偏心驱动引发的问题，本课题对直线电机偏心驱动下的刚柔耦合运动平台进行了非对称柔性铰链布局优化。该优化提高了平台在工作方向上的位移均匀性，并显著降低了非工作方向的变形。实验结果表明，优化后的运动平台能在长行程下实现高速和高精度的性能要求。　　3.刚柔耦合运动平台中的滚动直线导轨副刚度与磨损研究。根据Hertz接触理论建立了滚珠的法向接触刚度计算模型，并利用Archard磨损理论构建了导轨副的磨损预测模型。仿真和实验结果均表明，相较于传统的机械导轨式刚性运动平台，刚柔耦合运动平台在定位阶段对导轨副的磨损更小。本研究成果为高精度运动平台的设计和精度保持提供了新的研究思路。　　4.滚动直线导轨副的热分析与磨损影响因素研究。根据傅里叶定律和能量守恒定律，建立了导轨副的导热微分方程，并确立相关热边界条件。通过稳态和瞬态热仿真，预测了导轨副由于摩擦引起的温度变化情况。此外，通过响应面分析试验，探究了不同的柔性铰链厚度、行程、速度和加速度对导轨副温度变化速率的交互影响，并建立四因素与温度变化速率的近似回归方程。该研究为导轨副的热分析和磨损研究提供了实际依据，也为高精度运动平台的工况参数选取提供了指导。　　5.刚柔耦合运动平台的长寿命优化设计方法研究。针对电子制造装备的长精度寿命需求，结合柔性铰链的疲劳寿命和导轨副的精度寿命，综合研究运动平台的寿命问题。本文建立了柔性铰链寿命预测模型和导轨副精度衰减模型，并根据寿命设计实例，对柔性铰链的关键尺寸进行了优化。结果表明，该优化设计方法可以延长运动平台的寿命，甚至可实现无限寿命。

摘要： 三维CAD技术的全称是三维计算机辅助设计技术，其本质上是一种基于计算机技术和三维几何数学模型进行设计、制造的工具。目前，该技术已经被广泛应用于三维模型的构建、优化、仿真分析等领域。通过解析三维模型，汽车制造企业能够获得详细的参数信息，并以此为基础调整工业生产。因此，本文围绕汽车机械设计中的三维CAD技术展开分析，旨在助力汽车产业实现高质量发展。

关键词： 超高速电梯   机械设计   优化策略  

摘要： 随着城市的发展和人口的增长，超高层建筑的数量也在逐渐增加。超高层建筑中的电梯系统是保证人们快速、安全、舒适出行的重要部分。为了进一步推动超高速电梯的发展和更广泛的应用，有必要对此类电梯的设计进行深入分析。本文对超高速电梯的主要构件进行了分析，并提出了优化策略，旨在为超高速电梯的优化设计提供参考。

关键词： 人工智能   机械设计制造   自动化  

摘要： 在机械设计的自动化的过程中，利用人工智能技术来实现其优化，包括在机械设计、制造、数据分析及设备故障识别等方面的工作，它能有效地提高工作的效率和精度，并引领各个领域的智能转型。此外，从另一个视角来看，机械设计制造及其自动化也是人工智能技术的实际操作场所，它们相互促进和成长。本研究重点探讨的是基于人工智能的机械设计制造及其自动化的实施情况。