支持4D打印的可控变形结构设计研究进展

4D打印是结合了3D打印技术和智能材料的一种智能结构增材制造技术。通过几何结构设计、智能材料分布设计,4D打印可以制备具有可调节形状、特性或功能的可控变形结构。可控变形结构通过外界的刺激,按设计好的特定方式发生形状、性能和功能的变化,从而使其满足不同领域的应用需求。对可控变形结构的二维结构设计方法和三维变形设计方法的技术研究进展进行综述,总结了支持4D打印的可控变形结构设计的突出成果以及创新性技术。结合4D打印的概念和支持4D打印的可控变形结构设计的研究现状,对其在机械、生物医学等领域的应用进行了展望。     

提高扫描线渲染器渲染速度方法的研究

本文首先介绍3DS MAX的渲染概念及渲染工具,再讨论3DS MAX默认扫描线渲染器的"通用参数"、"当前渲染器"、"高级照明"等选项卡,详细研究了"高级照明"、"阴影"、"运动模糊"、"光线/采样"等对渲染速度有较大影响的参数,并给出设置方法,从而得到提高渲染速度的目的。     

面向视觉伺服的工业机器人轮廓曲线角点识别

为了解决工业机器人视觉伺服中轮廓曲线角点识别效率低进而影响实时定位准确性的问题,提出面向视觉伺服的工业机器人轮廓曲线角点识别算法. 建立基于Freeman链码的机械爪轮廓曲线编码模型,利用差别码对机械爪轮廓曲线的角度变化特征进行统一编码建模. 通过基于差别码和卷积系数的卷积运算,对差别码进行局部非线性加权,计算机械爪轮廓曲线上各点的曲度精确量化辨识机械爪角点. 基于候选角点阈值、点的最远领域间隔和局部范围最多点数进行获选角点的初步选取. 采用平面轮廓曲线毛刺过滤筛选误识角点,实现机械爪角点的精确识别,为视觉伺服中实时定位提供可靠的位置信息. 通过与已有平面轮廓曲线角点识别算法对比,验证本研究所提方法的准确性和高效性,提取角点过程具有较强的鲁棒性.     

集成迁移学习的轴件表面缺陷实时检测

针对轴件表面缺陷分析过程中存在小样本和实时检测效率低的问题,提出一种集成迁移学习的轴件表面缺陷实时检测方法。首先通过相似领域图片的迁移学习,减少对人工大规模标注数据的经验性依赖,采用主成分分析法完成表面缺陷的降维和关键特征向量提取,建立轴件表面缺陷的特征空间,并利用空间位置求解迁移学习的源领域,降低领域间距离度量的复杂度;其次通过训练源领域图片的特征提取器,将特征提取器的网络权值迁移至YOLO V3目标检测模型中,完成相似领域的知识迁移,建立高速生产状态下的轴件表面缺陷实时检测模型。试验表明,该方法在轴件生产现场的实时检测中具有较高的准确度和鲁棒性,集成后的算法模型各类缺陷正检率达97%以上,平均精度均值的方差值缩小近3倍。     

面向寿命终结阶段的机械产品设计绿色多准则优化

针对机械产品设计过程中通常考虑产品寿命终结阶段(End-of-life,EOL)报废处理过程的可拆卸性、再制造性、环保性等单个绿色质量因素影响,导致机械产品的回收拆解中可重用、回收零部件由于拆解过程费事、费力、经济性差无法回收重用或因回收重用价值不大导致零部件被直接废弃,造成严重的环境污染.从回收拆解作业效率、回收拆解...     

基于解析结构模型的产品模块构建及其优化

针对现有产品模块构建过程中存在的问题,通过建立产品零部件量化关联矩阵,采用扩展的解析结构模型对产品综合关联关系进行分解,形成产品初始模块.以关联矩阵为基础,给出了衡量模块聚合度、耦合度和设计需求趋同度的数值量化计算方法,并用上述指标构造了相应的优化数学模型.同时,应用成组遗传优化算法对初始模块进行优化,得到最优模块划分方案,并提供了模块接口的设计策略.最后,以电除尘器为例,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于牛顿迭代混沌特性的机构综合新方法

为进一步探索混沌理论在解决实际工程问题中的应用,提出了基于牛顿迭代混沌特性的平面四杆机构运动综合问题的快速求解方法.借助计算机代数系统将平面四杆机构的综合问题归结为一元多项式方程的求解,并利用牛顿迭代法的混沌特性快速找出多项式方程的全部解,取其中的实数解代入机构综合的数学模型,即可求出其他机构参数并进行优化设计.由刚体导引的铰链四杆机构和曲柄滑块机构综合的实例证明了该方法具有简单、快速、求解过程可视等优点.     

基于多目标遗传算法的可调节变量产品族优化

为了实现可调节变量产品族的优化设计,在建立可调节变量产品族原理模型及优化模型的基础上,提出基于非支配排序遗传算法（NSGA-II）的产品族优化设计流程.根据产品族优化设计的数学模型,用NSGA-II算法求得多目标优化问题的Pareto集,并使用基于模糊集合理论的方法选择一个最优解.在优化设计的第一阶段中NSGA-II算法独立优化每个产品,依据设计变量的变化率确定产品平台常量集合及平台常量取值.第二阶段用NSGA-II算法优化每个实例产品的可调节变量值,在满足产品族设计要求的前提下,提高实例产品的性能.对通用电机产品族进行优化设计,并与One-Stage-Ps方法进行比较,证明了该方法在工程应用中的正确性与高效性.     

基于基因模型的机构变异方案设计

针对传统机构变异的复杂性,分析了生物基因遗传和变异的机理与机构变异的相似性,总结出由遗传特征、变异特征和联结特征集等特征组成的构件、运动副基因表达式和由构件特征矩阵、运动副特征矩阵和联结关系矩阵等3个矩阵组成的机构基因表达式,并根据机构基因表达式建立了机构的基因模型.为保留机构遗传特征归纳出机构基因变异的3条变异法则,模仿生物的基因突变根据变异法则规定了6种对机构基因模型的变异运算,即自发变异、极端变异、互换变异、反向变异、重组变异和杂交变异等.利用机构的基因模型对由平面六杆机构、平面四杆机构和棘轮机构等组成的原机构进行基因变异运算获得2种变异机构,对基于基因模型的机构变异方案设计的步骤进行了说明,证明了该设计的可行性.     

一种基于符号的产品设计单元重用技术

将符号学方法与产品设计的历史与过程相结合，借助符号单元所具有的形状载体作用及其富有的高层次工程语义来实现产品模型的高层功能描述与低层几何表示的统一，给出了基于符号的产品设计单元表示和符号单元的层次划分，并在此基础上提出了面向可重用的4种常见符号单元演变类型，通过符号单元的演变辅助设计概念的重用和扩展，实现符号单元重用与产品设计过程的结合，给出了基于符号单元重用的产品设计过程模型。