关键词： 机械设计制造及其自动化   城市轨道   交通运输体系  

摘要： 机械设计制造及其自动化技术的应用能够帮助我国工业建设由传统低效转向自动化高效的发展模式,城市轨道交通运输系统管理人员也应充分重视其技术应用价值。文章分析了机械设计制造及其自动化对制造业的影响、在城市轨道交通运输体系中的应用优势,重点围绕应用现状进行分析,并指出应用的优化路径。

关键词： 柔性作业车间调度   海鸥优化算法   强化学习   非支配排序   多目标优化   动态调度  

摘要： 制造业是国民经济的命脉,对制造产业而言,加深信息技术与制造产业融合,提高资源利用效率是当务之急。因此,对车间调度问题的深入研究也越发重要,制定适合车间加工的调度方案有利于降本增效,提高资源利用率。本文针对制造业中常见的柔性作业车间调度问题展开研究,提出了基于融合强化学习的海鸥优化算法对该问题进行优化求解;进一步考虑了带机器故障的多目标柔性作业车间调度问题,并提出了多目标改进海鸥优化算法和动态重调度框架。本文主要研究内容如下:首先,根据海鸥优化算法的不足,采用混沌映射和反向学习的方式建立初始种群,并设计了基于迭代的自适应局部搜索模型,提出了改进海鸥优化算法(improved seagull optimization algorithm,ISOA)。进一步,在ISOA基础上,通过融合Q-learning算法和非支配排序算法,分别提出了基于融合强化学习的海鸥优化算法(Q-learning fusion seagull optimization algorithm,QSOA)和基于融合非支配排序的多目标海鸥优化算法(multi-objective improved seagull optimization algorithm,MO-ISOA),随后分别对QSOA和MO-ISOA进行了性能测试,验证了两类改进海鸥优化算法的优越性和有效性。其次,使用QSOA求解以最大完工时间最小为目标的柔性作业车间调度问题,通过两组仿真实验对柔性作业车间调度问题进行仿真实验,并对实验结果进行详细的分析。结果表明,在解决柔性作业车间调度问题时,QSOA的求解完工时间小,经过少次迭代即可达到最优解。同时,两组递进的仿真实验证明了QSOA具有通过对部分调度案例训练学习优化经验,进而提高解决一类调度问题的能力。最后,面对车间生产过程中带机器故障的多目标动态调度问题,应用MO-ISOA对其进行求解,并设计了基于事件驱动的动态重调度框架。通过实验证明MO-ISOA算法解决多目标问题的有效性,并在动态调度场景进行了测试,验证了机器故障发生时算法的重调度能力。

关键词： 生产物流   柔性作业车间调度   批处理   不兼容性   邻域搜索算法   约束规划   多商品流  

摘要： 随着作业车间调度难度不断增加,优化调度计划有利于降低生产物流成本。柔性作业车间调度是响应智能制造,应对市场复杂需求的关键,在化学工厂和钢铁产业等有着广泛应用。本文围绕柔性作业车间调度场景,根据机器批处理能力和工件加工的不兼容性约束,开展了以下内容的研究:针对问题进行分类研究:(1)研究了考虑机器批处理能力的柔性作业车间调度问题,构建了此问题的混合整数线性规划模型和多商品流模型,实现对该问题的最优化求解。同时,通过引入2种移除算子和3种插入算子,设计了一种改进的自适应大邻域搜索算法,高效求解了中等规模及大规模问题。大量算例测试验证了算法中最优插入策略和禁忌搜索策略等的有效性。同时,进一步分析了问题规模和机器容量问题特征的影响。(2)研究了考虑不兼容和批处理能力的柔性作业车间调度问题,基于问题一考虑不同工件族工件加工场景,构建了此问题的混合整数线性规划模型。同时设计基于禁忌的最差移除算子和基于最优插入策略的深度贪婪插入算子,提出了改进的大邻域搜索算法优化求解效果。大量算例结果验证了本文提出的模型和算法的有效性,在152个算例中有43个算例求得了最优解,有27个算例启发式算法求得可行解更优。最后,分析了问题规模、机器容量、工件兼容性、机器工序加工比不同问题特征的影响。图27幅,表13个,参考文献106篇

关键词： 机械设计   恒流量控制阀   过流面积   AMESim   稳态特性   动态特性  

摘要： 为研究恒流量控制阀的流量恒定机理，依据某型号阀的实际结构对影响恒流量控制阀特性的阀口过流面积及梯度因素进行分析。首先，建立其数学模型、控制理论模型和动态系统传函框图，定性分析了这些因素对恒流量控制阀特性的影响；然后，建立其AMESim仿真模型，分析了这些因素对该阀稳态特性和动态特性的影响机理，并通过实验验证了仿真模型的可靠性。结果表明：恒流量控制阀结构存在级间负反馈，补偿节流孔两侧压差可降低流量调节偏差；调节压力补偿器阀口过流面积有助于改善恒流量控制阀的稳态特性；调整压力补偿器阀口过流面积梯度可显著改善恒流量控制阀的静、动态特性。

关键词： 蚕豆收获机   脱粒装置   机械设计   离散元法   参数优化  

摘要： 蚕豆是我国重要的经济增收作物，然而目前我国蚕豆收获阶段机械化水平非常低，基本上是采用传统的手工操作，少数地区通过改进的稻麦联合收获机进行收获，蚕豆破碎率较高，无法满足机械收获要求。脱粒装置是组成联合收获机的关键部件之一。脱粒装置对联合收获机的脱粒分离效果有直接影响，而不同的结构参数和工作参数也会对脱粒装置的工作性能产生巨大影响。离散元法能够替代繁琐的田间试验，提高设计效率和质量，降低成本，同时也提供了直观信息和关键数据。目前，针对蚕豆收获机的脱粒装置在我国应用较少且存在规范不统一的问题。因此，使用离散元法设计适用于蚕豆收获机的脱粒装置，对提高蚕豆收获机的性能具有重要意义。　　本文主要对蚕豆收获机脱粒装置各部件进行了设计，对不同脱粒元件的脱粒滚筒进行离散元脱粒仿真试验，通过对比分析蚕豆籽粒在各脱粒滚筒中的受力状况与接触次数，设计了一种组合式脱粒滚筒，通过单因素试验与响应面试验，最终确定适合组合式滚筒的最佳参数组合。　　首先，通过物理试验对蚕豆籽粒的基本物性参数和接触参数进行测定，以蚕豆籽粒休止角为评价指标，确定了影响蚕豆籽粒休止角的显著参数，在此基础上进行响应面试验，确定显著参数的最优参数组合。通过对蚕豆离散元仿真参数进行标定，为蚕豆收获机具的设计与研究提供离散元仿真参数参考。　　其次，设计了纹杆脱粒元件、杆齿脱粒元件、弓齿脱粒元件三种脱粒滚筒以及脱粒装置其他关键部件，利用软件EDEM对滚筒进行离散元脱粒仿真试验，分析了蚕豆籽粒在滚筒轴向方向所受的接触次数、以及在各滚筒中的受力状况对脱粒效果的影响，在此基础上，设计了一种组合式脱粒滚筒。　　最后，分析了影响脱粒装置脱粒效果的影响因素，以脱粒装置的含杂率、损失率为响应值，对优化后的脱粒装置进行单因素试验，初步了解了滚筒转速、脱粒间隙和导向板升角对脱粒性能影响的规律。在此基础上，选择了合适的因子水平进行三因子三水平响应面试验，得到脱粒装置含杂率和损失率的回归模型，并确定了脱粒装置的最佳参数组合。通过对杆齿脱粒滚筒和组合式脱粒滚筒进行田间试验，验证了设计的脱粒装置在最优参数组合条件下的优越性。

关键词： 深度强化学习   多智能体   动态调度问题   柔性作业车间调度  

摘要： 柔性作业车间动态调度问题作为一个强NP难问题,其复杂性随问题规模增加而指数增加。深度学习在求解复杂问题时具有明显优势,近年来,使用深度强化学习求解车间动态调度问题已经被证明是稳定且高效的。为了提高算法处理复杂动态调度问题的能力,本文建立柔性作业车间动态调度模型,研究将近端策略优化算法与调度规则相结合,提出基于近端策略优化的柔性作业车间动态调度算法。 通过现有文献对动态调度问题及调度算法进行分析,建立以最小化总延迟时间为性能指标的柔性作业车间动态调度问题模型,为了表示问题的动态特性,为每个作业都定义一个随机的到达时间,用于表示“作业随机到达”这一动态事件。将调度问题转化为马尔可夫决策过程,建立深度强化学习的算法框架,将调度规则作为被执行的动作,使用作业与机器的状态计算状态特征。 提出一种基于近端策略优化的改进复合规则调度算法用于解决柔性作业车间动态调度问题。设计7个能够有效反映调度环境的状态特征构成算法的状态空间,设计6个自定义的复合调度规则构成动作空间,依据部分状态特征的变化量设计回报函数。通过8组基准调度算例在3种不同紧迫条件下进行仿真研究,结果表明,提出的算法能较好的处理动态调度问题,有效降低总延迟时间,同时在收敛能力、求解速度上均有良好的表现。 为了满足复杂环境下的调度需求,本文在上述问题基础上考虑多目标柔性作业车间动态调度问题,提出一种改进多智能体近端策略优化算法。算法将复杂调度问题分解为性能指标选择问题、作业选择问题和机器选择问题这三个子问题,并基于分层强化学习思想,利用三个智能体通过观察状态特征和其它智能体分别对三个子问题做出决策。在此基础上提出一种自适应剪切参数调整算法,算法能够在趋于稳定时降低参数更新的步长,避免在结果稳定后出现劣化。该算法选取9个状态反映车间调度环境,设计6个作业选择规则和5个机器选择规则作为动作空间,并设计一个回报函数。提出的算法在处理多目标动态调度问题时相比其它算法在所有性能指标中均具有明显优势,且在解决大规模问题时依然具有良好的表现。

关键词： 计算机应用   双资源约束   柔性作业车间调度   Jaya算法   关键路径   局部邻域搜索  

摘要： 考虑工人操作熟练度对双资源约束柔性作业车间调度的影响，提出改进的Jaya算法对其进行求解。与经典柔性作业车间不同的是，双资源约束柔性作业车间调度问题（DRCFJSP）需要同时处理工件排序、设备分配和工人指派3个子问题。通过改进标准Jaya算法以使其适用于求解具有最小完工时间准则的DRCFJSP，具体改进包括设计三维向量编码方案，结合设备、工人和工件的集成特征进行种群初始化，围绕车间调度离散化特点扩展算法更新迭代机制，并设计了基于关键路径的局部邻域搜索策略和接受准则。对扩展后的柔性作业车间测试算例进行求解，并与现有算法进行比较，结果表明：本文算法具有一定的有效性和优越性，表明本文优化调度方法能在有限的资源下实现人员合理配置和工件快速排序。

关键词： 柔性作业车间调度   不确定因素分析   改进头脑风暴优化算法   不确定加工时间   随机机器故障  

摘要： 车间调度是制造业生产过程中重要的组成部分。与传统作业车间相比,柔性作业车间可以更加有效的处理加工设备、工件与生产管理等之间的关系。在实际生产制造过程中,影响加工顺利进行的不确定因素越来越多,致使一些生产数据难以准确的获取,无法按照调度方案顺利加工。故本文通过对柔性作业车间调度问题中存在的不确定性因素进行分析,研究不确定加工时间和随机机器故障下的柔性作业车间调度问题并建立数学模型,通过改进头脑风暴优化算法对模型进行求解,并设计了不确定因素下的柔性作业车间调度原型系统,以期为柔性作业车间调度问题提供了一种有效解决方法。本文主要研究内容如下:在对比分析了作业车间调度类型和特点的基础上,选用柔性作业车间调度作为研究对象,结合柔性作业车间调度不确定性和多目标性的特点,构建了不确定因素下的柔性作业车间调度问题优化体系框架,对其涉及到的不确定因素、模型建立和求解算法等关键技术进行分析。对不确定因素进行分析并建立了考虑不确定加工时间和随机机器故障的数学模型。在对作业车间调度问题中的不确定因素进行分析的基础上,对不确定加工时间和随机机器故障因素进行研究;针对考虑不确定加工时间因素下的柔性作业车间调度问题,结合模糊数理论,建立了考虑不确定加工时间的柔性作业车间调度数学模型;针对考虑随机机器故障因素的柔性作业车间调度问题,利用混合重调度策略和组合重调度方法,建立随机机器故障下的柔性作业车间调度数学模型。设计了柔性作业车间调度优化求解算法。采用了一套求解柔性作业车间调度问题专有编码方式;针对头脑风暴优化算法收敛性速度慢,容易陷入局部最优解的不足,分别提出了面向单目标和多目标问题的改进头脑风暴优化算法,利用测试函数进行仿真分析,验证了所提改进算法可有效提升算法的收敛速度和精度;并利用改进头脑风暴优化算法求解柔性作业车间调度问题,与其他算法进行比较,求解结果表明了改进算法求解柔性作业车间调度问题的有效性,为后续的求解不确定因素下的FJSP优化问题奠定基础。考虑不确定加工时间和随机机器故障的柔性作业车间调度问题优化设计。针对考虑不确定加工时间的柔性作业车间调度数学模型,利用改进头脑风暴优化算法分别进行以满意度、模糊最大完工时间和模糊最大机器加工负载为目标的单目标和多目标优化求解,求解结果表明多目标优化可以更好的平衡各个优化目标之间的关系;针对考虑随机机器故障下的柔性作业车间调度数学模型,利用改进头脑风暴优化算法分别进行以最大完工时间、机器加工能耗和设备负载方差为目标的单目标和多目标优化求解,对重调度方案的加工数据进行分析,求解结果表明了两种重调度策略的侧重点不同,并体现了重调度策略的有效性;针对不确定加工时间下的随机机器故障问题的多目标优化求解结果表明,已经加工完成的工序会对后续重调度方案的生成产生影响,且多目标优化设计的求解更能体现调度方案的准确性。为了便于开发考虑不确定因素的柔性作业车间调度原型系统,采用前后端分离技术,基于Vue和SpringBoot等框架,并通过对系统功能需求进行分析设计了调度系统的功能模块,实现了加工信息管理、重调度方案生成等功能,为考虑不确定因素的柔性作业车间调度生产提供一种解决方法。

关键词： 机械设计基础课程设计   非机械专业   教学改革   设计能力  

摘要： 机械设计基础课程设计是非机械类专业为数不多的机械实践操作环节，是考验学生综合运用所学知识解决和分析问题的关键，是非机械类专业学生动手能力的重要检验。但目前非机械专业学生在课程的认识上存在较大误区，学校在培养学生方面未能充分考虑到课程内容的实际情况，这导致非机械类学生培养效果不好。本文重点对机械设计基础课程设计的教学质量进行教学改进，从而提升非机械类专业学生的机械设计能力，这有助于推进不同专业的交叉融合，提升学生的创新思维。

关键词： 蔬菜移栽机   太阳能   多垄蔬菜   机械设计  

摘要： 【目的】为解决蔬菜移栽工作效率低及成活率下降问题，亟需设计一种节省蔬菜移栽劳动力的机械设备。【方法】研究小组介绍了太阳能多垄蔬菜移栽机整体的设计思路，分析了太阳能多垄蔬菜移栽机关键部件的设置，从机械爪的设计、漏苗圆盘的设计、育秧盘的设计、落苗平土部件等方面逐一论述，阐述了太阳能多垄蔬菜移栽机控制系统的构建方式。【结果】该太阳能多垄蔬菜移栽机转动角的速度为π/s，能够在2 s内转一圈，并完成抓取；在移栽的过程中扎坑锥能够同时开展注水作业，根据栽植的实际需求，添加相应的营养液，提升秧苗的成活率。【结论】该移栽机应用了新型清洁能源，提高了移栽设备的环保性，解决了既往人力移栽过程中所出现的多样化问题，在多垄蔬菜移栽领域有着较好的应用前景与价值。