关键词： 双资源约束   柔性作业车间   工人柔性   蜘蛛猴优化算法   绿色生产  

摘要： 人因指标和绿色生产的相关指标对车间生产效率以及绿色发展具有至关重要的影响,本文针对这两个方面,以完工时间、机器总负载、工人成本和总能耗为目标,建立了一个高维多目标的双资源约束柔性作业车间调度问题(Dual Resource-constrained Flexible Job shop Scheduling Problem,DRCFJSP)模型,将机器柔性和工人柔性两个影响车间生产的因素结合考虑。并针对高维多目标的DRCFJSP提出了一种改进的多目标蜘蛛猴优化算法(Multi-objective spider monkey Optimization algorithm,MOSMO)进行问题的求解。在模型的优化目标方面,不仅考虑了车间调度最常用的完工时间指标,还涉及了绿色生产的有关指标,如机器负载、车间能耗和人为因素指标工人成本。并在调度模型中设置工序顺序约束、机器加工约束和工人操作约束,以更好地符合生产规律。在算法方面,采用了一种三层编码方式,可以同时布置工人、机器和工件来生成种群编码,并根据三层编码的特点重新设计了种群交叉和变异的方式。针对加工机器的选择和工序的排序,采用多种初始化规则来提高初始种群的质量。使用贪婪插入式解码方法计算加工时间,充分利用工人和机器的加工间隙。引入了快速非支配排序的方法以及基于参考点的选择算子对种群进行筛选操作,保证种群进化时有足够的选择压力。引进了三种改进的生成邻域解的方式,来提高算法的局部搜索能力,在每次迭代过程中优化最优解集。最后,根据车间调度问题的经典算例,构建了加入工人柔性的20个测试算例,并将MOSMO与其他先进算法进行比较,通过计算最终解集的IGD值和HV值,验证了MOSMO处理DRCFJSP问题的有效性。将MOSMO应用于车间实际生产案例并与单目标算法作对比,证明了该算法处理实际问题的能力。使用属性层次模型与灰色关联度分析法进行最优解集的比较,帮助决策者进行调度方案的选择。

关键词： 柔性作业车间调度   动态调度   遗传算法   强化学习  

摘要： 调度对提高制造业的生产效率起到至关重要的影响。采用恰当且合理的调度方式对制造系统进行调度,使企业具有工期缩短,库存减少,节能减排等优势。本文以阀门车间的生产过程为研究对象,对目标车间进行静态调度以获得车间的事前调度结果,并针对实际生产中可能遭遇的动态事件进行实时调度。主要研究内容如下:首先,从当前阀门车间概况、工件的工艺流程以及调度过程总结出阀门车间的管理效率、信息传输效率、对动态事件鲁棒性均有待提高。得出阀门车间需要一个智能化、实时性的调度系统。将阀门车间调度问题抽象成柔性作业车间调度问题,并搭建阀门车间调度问题的数学模型。其次,对阀门车间的静态调度问题进行分析,建立了阀门车间多目标静态调度模型。提出了Q学习改进的非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行车间的事前调度。关于NSGA-II的超参数选择问题上,常用的方法是使超参数取固定值,这样可能造成算法多样性不足、易于早熟与局部收敛的缺点。针对这个问题,本章采用了Q学习算法,根据Q学习的奖励来完成超参数取值,使得每一个迭代的交叉概率、变异概率和种群分割概率的取值不同。采用Brandimarte标准算例验证Q学习改进NSGA-II算法的性能。再次,针对实际生产中可能发生的动态事件进行实时调度。对阀门车间的动态事件进行分析,以工件随机到达为本章的动态事件,建立阀门车间动态调度模型。通过分析生产环境中工件和机器的实时状态,进行强化学习智能体的状态、动作和奖励的设置。提出一种分布式方法,采用改进的DDQN算法训练机器选择和工件选择两类智能体。选取了12种不同的加工环境,对算法进行仿真研究,证明了算法可以在工件随机到达的加工环境减少总拖期时间。最后,开发阀门车间生产调度系统。对生产调度系统进行了需求分析,进行了调度系统架构设计以及界面设计,并设计了数据库表单和系统模块。通过C#语言的MFC开发框架进行了调度系统的构建,用阀门车间实际生产算例验证调度系统有效性。

关键词： 仿生扑动水翼   机械设计   重叠网格   枢轴位置   截面厚度   泵水性能  

摘要： 为解决平原河网地区水动力不足以及传统水泵无法在超低扬程工况下稳定运行的问题，本课题通过模仿鱼类尾鳍的运动，创新性地利用仿生扑动水翼在超低扬程工况下进行泵水作业，并且在本课题众多成员的共同努力之下，目前已对仿生扑动水翼的运动频率、运动形式等关键运动参数做出了初步研究。但是，扑动水翼的几何参数对其性能的发挥亦是至关重要，且在仿生机械泵领域内尚未有人着重研究，尤其是扑动水翼的枢轴位置以及截面厚度。另外，相较于三维计算，二维计算计算速度更快且完全可以满足课题研究需要。因此，本文基于有限体积法（FVM）和重叠动网格技术，通过利用流体仿真软件ANSYS FLUENT对不同枢轴位置以及截面厚度的扑动水翼的性能进行二维数值仿真研究，并通过实验来验证数值仿真结果的正确性，以期明确仿生扑动水翼的最佳枢轴位置和最佳厚度，从而为课题后续的研究以及相关装置的设计制作提供一定程度上的理论依据。　　首先，本文对刚性扑动水翼泵水作业的内部原理进行了简单的介绍。明确了数值仿真分析时二维扑动水翼的物理模型，包括运动模型以及力学模型。然后对本文所使用的流体仿真软件ANSYS FLUENT以及数值仿真时所涉及到的计算流体力学中的控制方程、湍流模型等相关理论进行了概述。　　其次，根据上述理论对扑动水翼枢轴位置的影响进行数值仿真研究。在数值仿真研究之前，对扑动水翼的仿真模型、求解器模型以及数值仿真所使用到的重叠动网格技术进行了详细阐述，并对时间步长无关性、网格无关性进行了验证。然后，将时间步长无关性、网格无关性所得结果、本文所选取的湍流模型以及求解器设置带入到数值仿真中，并与该领域内较为经典的论文中的实验数据进行对比，从而验证本文的数值仿真计算的可靠性。结果表明：本文所用数值仿真方法可行。　　再次，当数值方法得到充分验证后，通过控制变量的方法，从扑动水翼尾部流场结构、力学特性、效率以及扬程四个角度入手分析了枢轴位置对扑动水翼性能的影响。结果表明：扑动水翼尾迹流场结构呈现反卡门涡街状态，其尾迹涡街偏斜程度、前缘涡的强度以及每个时刻前缘涡的状态变化均受枢轴位置影响;当枢轴位置向水翼尾部移动时，泵水效率先增后减，L=0.2c时效率最佳，相较枢轴位于水翼前缘时，效率可提升2%~5%;扑动水翼的水力特性曲线与传统水泵相似，其最大扬程小于1 m，且随着枢轴位置向水翼尾部移动，其最大扬程呈现减小的趋势，进一步满足了超低扬程工况需求。　　然后，在运动参数、枢轴位置、弦长等不变的情况下仅改变扑动水翼的厚度，研究分析了厚度对扑动水翼性能的影响。结果表明：厚度发生改变时扑动水翼的水力特性曲线不会发生较为明显的变化，但是仍然存在最佳厚度。当对称式NACA翼型的相对厚度为15%时性能最佳，其在平均出口流速、效率、水动力性能等方面都相较于其它厚度的翼型有着更加优越的性能。　　最后，在现有实验台的基础上自行设置流道，并着重针对枢轴位置的影响进行实验验证，结果表明：仿真结果与实验结果具有较好的一致性，进一步证明了本课题所采用的主要研究手段（数值仿真）的正确性以及可靠性。

关键词： 交通行业   机械设计基础   课程思政   建设方案  

摘要： 建设交通强国是党中央赋予当代交通人的历史使命。“机械设计基础”课程是交通类院校机械工程专业的核心基础课程，为培养多学科交叉融合型工程技术人才提供关键支撑。本文基于中国交通教育研究会交通教育科学研究课题和教育部产学合作协同育人教育项目，对“机械设计基础”课程思政教学进行探究，结合教学团队与组织、教学内容与方法、实验实践与展示，提出相关建设方案，旨在为交通强国背景下加强知识育人与思政育人的融合提供参考。

关键词： 柔性作业车间   黑猩猩优化算法   恶化效应   多目标决策  

摘要： 随着制造业技术的不断升级迭代,企业的生产模式发生了重大的变革,柔性作业车间以其高度的适应性、卓越的生产效率和优秀的资源利用率等优点逐渐替代了原有生产方式,成为现今的研究热点。在传统的车间调度研究中,加工时间和加工因素通常被设为定值,对于变化的加工时间研究较少。同时随着绿色制造的推行,在车间生产中推行有效的节能措施变得刻不容缓。因此,针对工件恶化效应下的柔性作业车间调度问题的研究显得至关重要。本文基于柔性作业车间调度模型,针对工件恶化效应带来的影响,同时考虑关机/重启的节能措施,建立了涵盖五个调度优化目标的模型,并根据模型特点对黑猩猩优化算法进行改进,最后采用多目标决策方法进行调度方案决策,取得了良好的应用效果。主要研究内容如下:(1)针对工件恶化效应的影响,以柔性作业车间为研究对象,考虑机器处于不同状态下的车间能耗,建立多种优化目标下的调度模型。提出一种改进的黑猩猩优化算法进行求解,首先在编码阶段采用ROV规则建立连续型算法和离散型问题的转化机制;接着采用GLR的初始化方法提高初始解的质量;然后采用动态权重的个体更新方式和变邻域搜索,避免陷入局部困境;最后引入快速非支配排序和精英选择策略,使其能够求解多目标车间调度问题。(2)在长时间的加工过程中,机器过长的待机时间会产生不必要的能源消耗,因此考虑关机/重启策略这一节能措施,通过比较确定执行策略的阈值时间点。同时提出AHP-EWM的赋权方式,结合TOPSIS法进行多目标问题的综合评价,以此来选择最合适的调度方案。(3)通过扩展的标准算例验证了改进的算法在单目标问题、多目标目标车间调度问题上的有效性,同时也验证了模型的正确性。其次通过算例验证了节能措施能够对碳排放进行有效降低。最后采用某汽车零部件公司的具体生产实例进行求解,同时运用提出的多目标评价方法进行方案选择,验证了决策方法的实用性。

关键词： 基础数学知识   机械设计基础   数学案例  

摘要： 在机械设计基础的课程教学中，为了使机构运动分析中相关特性的讲解更加具体透彻，本文通过融合介绍包含相关基础数学知识和机械设计内容的多层次案例，讲述了平面连杆机构和凸轮机构中有关急回特性、最小传动角和推程运动角的准确分析方法，填补了教材中相关知识点的空缺，构建出了机构运动分析中相关知识点的系统教学方法，并总结通过数学知识来理解机械知识的教学思路和应用前景。教学实践表明，学生对相关知识点的理解和掌握程度得到了显著的提高。

关键词： 机械设计基础   思政教育   线上线下   混合教学  

摘要： 发挥专业课程的思想政治教育功能,是党和政府对高校教师教学工作的一贯要求。上海工程技术大学《机械设计及零件》教学组教师总结教学中思政教育不足之处,深入挖掘课程中的思政育人因素,积极探索专业课程的思政教学模式和方法,通过多种手段全方位提升教师的思政素养,在教学中认真进行改革实践,通过采用线上线下混合教学模式,通过引入合理考核机制,将思政教育贯穿整个学期,促进思政课程与《机械原理及零件》等专业课程中的课程思政同向同行,形成协同育人效应,达到最佳的育人效果。

关键词： 绿色节能   机械设计   设备应用  

摘要： 随着全球环境问题日益突出,绿色节能环保已成为各行各业追求的目标,在工业领域,机械设计与设备应用的绿色化、节能化、环保化已成为一种趋势,旨在为可持续发展贡献力量。本文将对绿色节能环保机械设计与设备应用进行分析,探讨其意义、技术特点,以求为相关行业提供参考。

关键词： 斗轮机   机械设计   自动化设备   安全控制  

摘要： 近年来,随着我国经济的高速发展,我国的机械制造技术取得了重大突破,而我国的机械工业也正处在高速发展阶段。许多工业的发展,都离不开机械设备。为了推动工业的发展,应该选择性能好、性能好、功能齐全的机械装备。由于机械设备的重要地位,对机械的设计提出了新的需求,使得许多的设计工作可以通过自动化的功能来完成要求机械设备能够实现一定程度的自动化运行要求。尤其是对于散料运输行业来说,使用频率最高的斗轮堆取料机,其自动化运行的设计要求越来越高,甚至于要求达到无人值守的运行状态。采用自动化的设计方式,大大提高了机械设计的自动化程度,克服了手工设计的缺陷。在进行自动设计时斗轮机产品机械设计和建立其无人值守系统时,要把安全控制技术运用于工程中,以提高机械斗轮机设备的可靠性,以确保生产人员的人身安全和提高工作效率。