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现代制造工程
现代制造工程

徐大湧

月刊

1671-3133

mme666@vip.sohu.com

010-83167135

100053

北京市宣武区核桃园西街36号301A

现代制造工程/Journal Modern Manufacturing EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊重点报道传统制造技术的创新（技巧创新和决窍）和现代制造技术的最新进展、研究与生产应用成果，注重实用性，推介先进性，力促创新性，以我国机械制造技术的理论创新发展和制造企业制造现代化为己任。读者对象为机械制造技术的研究、教学、生产实践的技术人员、教师等。
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    基于干膜掩模的群柱体织构电解加工技术研究

    徐文杰曹自洋张西方朱译文...
    1-8,59页
    查看更多>>摘要：微织构广泛运用于摩擦磨损、热能交换、关键零/部件密封和生物医学等众多领域,柱体织构作为微织构的一种,其在增摩方面起到至关重要的作用.利用电解加工效率高、无残余应力等优势,提出了一种基于干膜掩模电解加工群柱体织构的方法.选用了高黏附性的MS系列干膜制备掩模板,进行流场、电场和稀物质传递的多物理场耦合分析,研究了不同模板厚度对加工区域电解液流速、气泡率以及电导率的影响.分析结果表明,50 µm厚度的模板能够带来工件表面更高的电解液流速,加快产物及气泡的排出,工件表面的电导率更高.通过试验研究了加工电压、加工时间和脉冲占空比对群柱体织构尺寸的影响.试验结果表明,在加工电压为25 V、加工时间为15 s的条件下,可以获得定域性较好的群柱体织构;此外,脉冲电解加工时,在脉冲占空比为20％、脉冲频率为4 kHz的条件下,不溶性电解产物、气泡及电解液的传质过程得到进一步改善;最后,在加工电压为25 V、加工时间为15 s、脉冲占空比为20％和脉冲频率为4 kHz的优选加工参数下,在TC4表面加工出直径为320.48 μm、高度为15.06 μm以及侧向腐蚀系数EF=1的群柱体织构阵列.

    掩模电解群柱体织构干膜模板加工质量

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    考虑技能学习差异的多工人协作柔性车间调度

    李钊温承钦黄维忠朱海强...
    9-15页
    查看更多>>摘要：在考虑工人技能学习差异的基础上,为解决多工人协作柔性车间调度问题,提出了基于稀疏邻域带精英策略的快速非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的调度方法.对考虑技能学习差异的多工人协作柔性车间调度问题进行了描述,以车间工人学习能力为背景改进了 DeJong学习模型,并建立了多工人协作柔性车间调度的多目标优化模型.在NSGA-Ⅱ基础上,引入了邻域稀疏度的选择方法,有效保留了信息丰富和多样化的染色体,并将稀疏邻域NSGA-Ⅱ应用于柔性车间调度问题求解.经实验验证,稀疏邻域NSGA-Ⅱ所得Pareto解集质量高于标准 NSGA-Ⅱ 和自适应多目标进化算法(Multiobjective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition,MOEA/D),最短调度方案的完工时间为127.1 min,该方案满足逻辑和时间等约束.实验结果验证了稀疏邻域NSGA-Ⅱ在柔性车间调度中的优越性.

    多工人协作柔性车间调度技能学习差异改进DeJong学习模型稀疏邻域带精英策略的快速非支配排序遗传算法

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    3D打印废料再生装置设计与实验研究

    邓勇陈超然蔡谊筠卢穗嘉...
    16-23页
    查看更多>>摘要：熔融沉积成型(FDM)技术是当前广泛应用的3D打印技术之一.基于FDM工艺的3D打印在应用过程中容易产生废料.这些废料主要产生在用户端,分布零散,集中回收难,目前没有成熟的简易废料回收再生装置,导致大量废料被丢弃或直接焚烧,造成资源浪费和环境污染.本着节能环保及废物再生利用的理念,设计并制造出一种基于FDM的3D打印废料回收再生装置,实现对废料加热熔化、挤出成型,得到可适用于打印的新耗材,实现了 FDM 3D打印废料的回收再生利用,有助于解决资源浪费和环境污染等问题.对装置进行试运行和再生实验,验证了设计方案的合理性和装置的再生能力.采用控制变量法分别对ABS、PLA、PP、PE、PS 5种材料进行再生实验,得到装置加热温度、电机转速等主要运行参数对再生材料成型质量的影响规律,并得到5种再生材料的最佳运行参数.

    FDM技术3D打印废料材料再生装置材料再生实验

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    基于轴芯材料可切换的同轴3D打印技术及应用研究

    曹艳兵徐嘉文于江云陈鹏...
    24-30页
    查看更多>>摘要：目前,主流的直书写3D打印多材料打印方法是通过设计多个人口挤入汇合到单个出口挤出的喷头,材料按照需要有机地结合在一起,实现不同性能的组合.但是,多材料增材制造需要各材料之间具有优异的黏合强度,同时需要材料参数满足高黏度和剪切变稀的特性以符合3D打印的各项要求.为了实现多材料的连续稳定性打印,通过设计一种轴芯材料具有快速切换功能的同轴挤出3D打印喷头及其打印系统,研究多材料同轴打印原理及打印实验.CCM3D喷头允许不同流变特性的轴芯材料稳定地选择性挤出,实现多材料同轴制造.通过生成多材料G代码进行打印,展示了轴芯两种不同黏性材料之间的快速切换以及2D图像的打印,利用同轴多材料的打印优势,将不同弹性模量的硅胶选择性嵌入同轴线条轴芯,展示了其打印3D模型的能力.

    多材料增材制造CCM3D喷头流变特性2D图案3D模型

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    基于五轴无支撑3D打印的手肘模型位姿调整算法

    刘佳畅张帆涂一文杨肖...
    31-40页
    查看更多>>摘要：骨科急救对支具制造时间具有高度敏感性,3D打印技术为个性化支具快速制造提供了有利条件.由于手肘支具弯曲管状具有大量相对于打印平台的悬空结构,支撑的打印极大影响成型效率.打印底板可旋转的五轴无支撑3D打印工艺为高效打印提供了有效解决方案.但经现场三维扫描的不规则手肘模型位姿需与打印机构适配,才能顺利打印.为解决手肘模型最优位姿适配问题,提出了基于三维手肘模型特征与打印装备结构约束下的位姿调整算法(即五轴无支撑3D打印的手肘模型位姿调整算法).针对三维扫描模型的不规则性,通过对手肘模型中心线的提取、三坐标轴夹角计算和长短轴几何识别等多维度获得模型空间位姿特征;针对打印装备底板旋转角度限制及底面模型生长点坐标位置,进行手肘模型的底面平行、空间朝向和底板贴近等多角度位姿优化调整,以适合3D打印要求.通过仿真对比分析和打印实验,验证了所提手肘模型位姿调整算法的有效性,对无支撑快速3D打印的切片处理提供支持.

    3D打印三维扫描中心线提取位姿调整特征匹配

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    考虑可切换拓扑的网络化多智能体快速原型开发系统

    薛莉玮刘国平胡文山
    41-48页
    查看更多>>摘要：智能制造已经成为推动工业4.0革命的核心动力.随着信息技术手段的不断升级,智能制造不仅要求生产过程本身的自动化及智能化,更对相关开发系统的灵活性、可扩展性和可实验性提出了极高的要求.多智能体系统(MAS)凭借其自治与协同兼备的优良特性,在智能制造的推进中展现出了巨大的应用潜力.然而,传统的多智能体系统开发模式通常有着拓扑结构固定、响应速度慢及实验验证困难等客观难题,这限制了其进一步的发展.针对这一难题,提出一套基于可切换拓扑的网络化多智能体(NMAS)快速原型开发系统,帮助开发者轻松获得目标网络化多智能体的快速原型.所构建的多智能体快速原型开发系统可实现拓扑结构的灵活切换,从而适应不同生产场景的需求.通过引入先进的通信协议及协同算法,能够保障开发系统的高效通信、快速响应及用户交互,从而实现对原型开发系统的快速验证及优化.该系统与智能制造相结合,不仅能够提高生产过程的灵活性及可扩展性,还能极大程度缩短产品的研发周期,全面降低生产成本.

    快速原型智能制造多智能体系统切换拓扑

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    多品种小批量离散制造过程多源异构数据集成与智能运维方法研究

    何帆赵秀栩何梦旗李娇...
    49-59页
    查看更多>>摘要：在多品种小批量离散制造过程中有工艺图样、车间面板记录、机床传感器信号和质检报告单等多源异构工艺信息,如何高效地获取这些来源不一、结构多样的数据,并有效实现数据可视化、挖掘数据的潜在价值是这一类相关制造型企业面临的一个共性问题.传统纸质化工艺信息管理过程中存在信息化程度低、共享性差、获取不实时和安全性弱等弊端.为解决这一问题,研究以齿轮这一典型多品种小批量离散加工产品为对象,提出一种可综合运用图像识别、文字提取、二维码技术和TCP/IP通信等技术的多元异构数据集成方法,设计并开发了可支持文本、图像和传感器数据等多源异构数据集成的智能运维系统,实现了齿轮关键工序的多源异构数据的实时集成获取、轻量化高效管理、价值挖掘及可视化应用.

    多源异构信息离散制造工艺信息集成系统多品种小批量

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    基于改进海洋捕食者算法的电力巡检机器人避障技术研究

    张伟刚周红生
    60-66页
    查看更多>>摘要：针对当前电力系统中机器人巡检效率不高、避障能力不足等问题,提出 一种改进海洋捕食者算法(Improved Marine Predator Algorithm,IMPA).首先,采用基于阿基米德螺旋曲线的螺旋复合路径搜索策略,扩大全局搜索范围,从而提升算法的稳定性.其次,引入非线性凸递减权重来平衡算法的全局及局部性能,以实现捕食者和猎物种群位置的动态更新.此外,结合黄金正弦算法思想更新猎物位置,缩小捕食者种群搜索范围,以提高收敛精度和速度.最后,在配电室及变电站环境下进行实验测试,结果表明,对比基本MPA算法、改进蚁群算法及混合MPA算法,IMPA算法在行驶路程及时间上更占优势,更有利于提升机器人自主避障能力及作业效率.

    智慧电力电力巡检机器人避障海洋捕食者算法

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    锥形螺旋微机器人的结构设计与三维运动控制

    王瀚范增华张坤高军...
    67-71,66页
    查看更多>>摘要：为模拟微机器人在生物体内执行靶向给药、血管疏通等复杂操作,设计了锥形螺旋微机器人.锥形螺旋微机器人主要由圆柱体头部、锥形螺旋尾部和钕铁硼永磁铁组成.针对锥形螺旋微机器人在低雷诺数液体环境中的三维运动控制需求,基于空间矢量叠加原理设计万向旋转磁场发生装置,通过有限元分析方法对万向旋转磁场发生装置的磁场强度及磁场均匀性进行优化.制作锥形螺旋微机器人,并搭建磁驱动系统,进行锥形螺旋微机器人三维运动控制操控实验,实验结果表明,锥形螺旋微机器人在甘油中的最大运动速度为1 mm/s,能够实现稳定的二维及三维运动控制,并完成穿越迷宫的复杂操作.

    微机器人螺旋万向旋转磁场运动控制

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    冗余双驱动拉索检测机器人的爬行力学分析及应用测试

    蒙东龙王晓琳卢迪李剑辉...
    72-81页
    查看更多>>摘要：传统桥梁拉(吊)索表观人工检测方式存在检测效率低下、检测精度不高等问题,同时还会受到安全风险的困扰.现有的轮式拉索检测机器人承载与越障能力及结构轻量化与拆装简易化仍是限制其当前应用能力提升和现场作业效率的关键因素.提出一种轮式拉索检测机器人的设计,该机器人配备4个U形轮和双电机组成的增强驱动系统,满足复杂工况的拉(吊)索表观病害检测.此外,建立了机器人越障静力学模型,进行U形轮在越障过程中的受力试验,并通过室内和室外试验验证机器人在不同条件下的爬行能力.通过试验,验证了所提出的机器人具备6.8 kg的有效载荷能力以及通过高度为6.3 mm以下障碍物的越障能力.最后,机器人在3座桥梁的现场应用中表现良好,能够在倾斜、凹坑、凸起和风雨线等复杂拉(吊)索表面上正常运行,结果进一步证实了所提出的增强驱动系统设计方案的有效性.

    拉索检测机器人拉(吊)索检测越障分析增强驱动系统静力学分析

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