人机一体化系统与技术立论

在分析人与机器的各自优缺点的基础上，结合思维科学理论，信息科学理论，人工智能技术和机械科学的新进展，在思维、感知和执行三个不同层面上，进一步地对＂人机一体化系统与技术＂思想进行立论讨论。     

人机结合的智能虚拟布局设计关键技术研究

布局问题的研究经历了数百年时间,研究学者们大多采用基于数学规划的方法对布局问题进行建模求解。随着计算机技术的发展,借助于计算机强大的计算能力,人们提出了基于计算智能算法对布局问题进行深入研究。虚拟现实技术的发展,为布局设计提供了崭新的研究方法。基于人机结合系统的交互性、沉浸感,采用智能模拟退火算法构建虚拟布局设计模型,借助虚拟设备对人机结合智能虚拟布局设计关键技术进行研究,结合规则图形布局问题,对相关技术进行验证。     

人机结合蚁群/遗传算法及其在卫星舱布局设计中的应用

卫星舱布局设计问题既存在计算复杂性的组合爆炸,又存在工程的复杂性。许多工程实践表明发挥人机各自特长能有效解决此问题。提出人机结合蚁群／遗传算法HCAGA的求解方法,该算法是将人工方案(人工解)和算法解用统一编码串形式编码,二者结合构成解群,共同参与该算法操作。给出了由计算机自动或人工决定人工方案(人工解)输入时机的两种方式,给出简化的三维卫星布局设计算例。用该算法与并行遗传算法(PGA)和蚁群算法(ACO)进行对比,结果表明该算法在获得工程满意解和计算效率方面较为优越。     

面向人机协同的机械产品创新设计研究

机械产品创新的核心在于构思产品的创新概念。产品概念设计决定性地影响后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。论文采用理论研究与实际应用相结合的方法,围绕机械产品创新设计的相关理论、关键技术、实施方法等进行研究,并且在研究过程中吸纳目前国际上对创新设计的最新进展。     

基于μ综合方法的智能车辆人机共驾的鲁棒横向控制

在大多数智能车辆横向控制研究中,存在未考虑驾驶员误操作的影响这一不足。以人机共驾控制问题为研究对象,将驾驶员操纵转矩和车辆状态作为控制器输入。首先,建立转向系统和车辆二自由度模型,在车辆局部坐标系中,根据预瞄点曲率信息实现虚拟路径的规划,基于车辆状态和目标车道设计上层期望横摆角速度控制器。其次,将侧向风和驾驶员误操作作为干扰输入,以车辆状态中的横摆角速度、转向盘转角、转矩传感器测量值和期望横摆角速度作为控制器反馈变量,考虑车辆参数摄动及传感器测量噪声等影响,设计下层μ综合控制器,使车辆跟踪期望横摆角速度和期望的横向位移,确保车辆能稳定地跟踪目标路径。最后,进行自动换道和车道保持仿真,并基于Carsim/Labview的硬件在环试验台上进行硬件在环试验,仿真和试验结果均表明,提出的横向控制方法能辅助驾驶员更好的跟踪目标车道,且对侧向风和驾驶员误操作均有很好的干扰抑制性能。     

基于人机耦合思想的信息产品设计方法研究

分析了以用户为中心的设计思想在信息产品设计中的重要性,讨论了优秀信息产品设计中用户认知与信息界面存在的耦合关系。从用户认知的角度,提出了针对信息产品设计的人机耦合理论。在认知过程中,用户隐性知识与信息产品中表达的显性知识存在着映射关系,通过考虑映射关系实现信息产品编码设计中的人机耦合,可以实现更好的人机交互。通过案例及试验验证,证明了人机耦合思想指导下的信息产品设计方法的可用性。     

智能制造关键使能技术发展及应用

信息通信技术对传统制造企业产生深远影响,催生智能制造生态系统范式。企业向智能制造范式转型,可从生命周期及价值链、制造层次结构和物理系统功能等三维度部署和实施。智能制造关键使能技术一般涵盖工业物联网、云计算、大数据、计算机仿真、增强现实、增材制造、水平和垂直系统集成、自主机器人和网络安全等九大技术。文章对上述关键使能技术进行梳理与综述,并分析其在智能制造领域应用的最新进展。     

基于人机工程学的智能酒精测试仪设计研究

针对当前酒精测试仪的使用还存在体积大、测试识别不方便等诸多问题,引用人机工程学原理和人体测量尺寸数据进行了深化研究,提出了更便携的、智能化的酒精测试仪改良设计方案。立足手的解剖学特征和立姿静动态尺寸,对酒精测试仪进行了完善,能够更加贴合人手握的舒适感受;在满足有效监测饮酒驾驶的同时,充分考虑了酒精测试仪的交互方式,对手柄、连接结构及各个部件进行了材质选择、色彩搭配等具体设计工作。利用APP客户端,实现了产品的实时数据交接。研究结果表明,该产品的设计创新为提高该类产品的使用舒适性提供了思路。     

一种呼吸机人机异步的识别与改善方法

在治疗和抢救各类呼吸系统疾病患者时,呼吸机起着十分重要的作用;但目前国内外呼吸机在工作过程中都存在不同程度的人机异步,影响患者的治疗效果,造成安全隐患,主要原因是对患者需求认识不足和患者病情变化导致的呼吸参数设置不合理。针对人机异步问题,搭建了压力支持试验平台,基于呼吸波形,引入人机异步事件的量化定义和评价标准,提取6项呼吸波形特征,实现了人机异步事件的自动识别;利用模糊逻辑控制技术,实现了呼吸机吸气触发阈值、呼气切换百分比和呼气末正压的实时调整。经过试验,异步事件识别准确,参数调整适当。     

微细电火花加工装置关键技术研究

围绕微细点火花加工的关键技术,开发出了具有4轴3联动的微细电火花加工装置。阐述了利用该装置实现微细电火花加工的关键技术和实现途径。包括微能脉冲电源的设计实现;通过选择适当的伺服控制策略,解决了伺服机构在小位移进给时所存在的爬行问题;探索了微细电极的在线制作与检测方法,并分析了在线检测方法存在的误差。在该装置上进行了大量的加工试验,试验已加工出最小直径为12 mm的微细轴和25 mm的微细孔,并实现了具有空间自由曲面的,大小为1 mm×0.3 mm×0.18 mm微脸谱雕塑的加工。     

选区激光熔化快速成形系统的关键技术

研究激光、铺粉、扫描三个重要选区激光熔化子系统的技术要点。通过计算成形过程所需激光能量,确定激光器的选用。研究表明成形升降台的连续下降精度、铺粉辊的回转偏心量及径向跳动量都对实现最小铺粉厚度控制有着重要影响。结合扫描速度对比试验,分析扫描系统的扫描特征,认为采用快的扫描速度是选区激光熔化工艺的一个重要特点,此外应采用合适的扫描策略克服热变形。在上述研究基础上,采用铜基合金粉末进行三维金属实体成形试验,试验分析表明,成形实体是一个由等轴晶和枝晶组成,相对密度达95%,具有冶金结合组织的金属实体,尺寸精度为±0.5 mm。所获得的成形实体多层断面构造、铺粉、扫描特征等信息可证实部分技术要点分析。     

人机一体化系统科学体系和关键技术

在研究与建立人机一体化系统科学与技术体系的基础上，讨论人机一体化系统科学与技术学科在现代科学体系中的地位，对该学科进行功能层次上的分析，同时提出人机一体化学科的关键技术和亟待解决的问题，并展望了该学科的研究与应用前景。     

KEY TECHNIQUES OF MULTI-BODY MODELING OF OCCUPANT RESTRAINT SYSTEM OF VEHICLE SIDE IMPACT

Based on multi-body dynamics, the simulation models of auto-side structures and occupant's dynamic responses are set up, using the occupant injury simulation software MADYMO3D. These models include auto-body structure, impact barrier, seat and dummy. Definitions of multi-body and joints and dynamics properties of joints based on FE combination models, of model setup are introduced. Kelvin element of MADYMO is introduced to show the force action between non-adjoining rigid bodies, too. Then all examples of the methods mentioned are given. By the comparison of simulation and real test, the contract curves between simulation and real test for main structures and biology mechanics properties of dummy are obtained. The result shows the accuracy and validity of the models.     

汽轮机低压转子锻件锻造的关键技术

介绍了一种新FM法。由于低压转子锻件的尺寸大,容量相同的汽车轮机低压转子锻悠扬要比高中压转子锻件的制造难度大。大型汽轮低压转子锻件常规生产工艺,在镦粗体（h/d＞1）中心区域存在两向拉应力,在WHF法的拔长体中存在一向或两向拉应力。如果不区分锻造作用的阶段性,前道工序的作用很可能被后续工序消除或减弱,所以应用最新发展的新工艺方法、优化组合进行锻造,才有可能使得各阶段的变形机制得到最佳配合。     

KEY TECHNIQUES IN R＆D OF OUT-SIZE EXTRUSION PRESS WITH OIL-DRIVEN DOUBLE ACTION

A modern design method,in which traditional design formulas are conjoined with numerical simulation and optimization,is successfully used to design the out-size extrusion frame precisely so that the press cost can be saved. A new technology used for decompressing by a multi-steps dynamical mode is put forward,which makes it possible to decompress the large flow-volume high-pressure oil in the main cylinders. In addition,a method for realizing the fixed mandrel process by hydraulic support is proposed and its control equation is established. Pre-tightening frame tests are carried out by over-operating pressure on 100 MN aluminium extrusion press with oil-driven double action,which is developed based on the above key techniques and is the largest press so far in the world,and the results show that the frame structure designed is reasonable and reliable,and the modern design method used is an useful tool for designing large and out-size heavy plastic forming machinery. The results of decompressing curve in main cylinder and noise inspection indicate that multi-steps dynamical mode for decompressing the large flow-volume high pressure oil is valid and reliable. Meanwhile,the fixed mandrel process is well realized based on the control equation. These key techniques have been used in the development of 125 MN aluminium extrusion press with oil-driven double action.     

KEY TECHNIQUES IN R&D OF OUT-SIZE EXTRUSION PRESS WITH OIL-DRIVEN DOUBLE ACTION

A modern design method, in which traditional design formulas are conjoined with numerical simulation and optimization, is successfully used to design the out-size extrusion frame precisely so that the press cost can be saved. A new technology used for decompressing by a multi-steps dynamical mode is put forward, which makes it possible to decompress the large flow-volume high-pressure oil in the main cylinders. In addition, a method for realizing the fixed mandrel process by hydraulic support is proposed and its control equation is established. Pre-tightening frame tests are carried out by over-operating pressure on 100 MN aluminium extrusion press with oil-driven double action, which is developed based on the above key techniques and is the largest press so far in the world, and the results show that the frame structure designed is reasonable and reliable, and the modem design method used is an useful tool for designing large and out-size heavy plastic forming machinery. The results of decompressing curve in main cylinder and noise inspection indicate that multi-steps dynamical mode for decompressing the large flow-volume high pressure oil is valid and reliable. Meanwhile, the fixed mandrel process is well realized based on the control equation. These key techniques have been used in the development of 125 MN aluminium extrusion press with oil-driven double action.     

汽车车身冲压工艺与模具关键技术研究

介绍了作者在汽车车身冲压工艺与模具关键技术研究方面的重要进展,主要包括斜拉延筋工艺方案,模块化模具设计技术和快速模具制造技术等。斜拉延筋工艺方案使拉延筋不仅具有控制材料流动阻力的功能,还有引导材料按期望的方向流动的功能,从而能有效地消除拉延成形中的起皱和拉裂。模块化模具设计技术将车身零件根据其结构特征进行分类,然后对同类零件的模具进行模块化分解,并建立相应的模块化设计数据库以提高设计效率,同时为设计制造过程的并行化提供便利。快速模具制造技术则以CAD/CAM技术为基础,将大型汽车车身模具分成平面组件和曲面组件,并采用专用装备实现这些组件的快速制造,然后用专用装备实现模具组件的组焊。工程应用实例表明,上述技术的综合运用可显著缩短汽车车身模具设计制造的周期,降低成本,并保证中小批量生产的品质要求。     

车门玻璃升降器智能化软件的开发及其关键技术

以轿车车门玻璃升降器为研究对象,阐述了基于知识工程(Knowledge based engineering,KBE)的参数化、智能化车身零部件设计软件的开发过程及其关键技术。玻璃升降器设计系统是在集合最优的UG开发工具和设计方法的基础上,通过二次开发完成的。结合知识驱动自动化、知识熔接技术以及用户定义特征等重要的研究内容, 着重叙述该系统开发的工作流程及其所运用到的相关的关键的UG开发工具(UDU,KF,Wizard UI和UDF)以及有关开发的关键技术。作为基于UG平台而自主开发的车身部件参数化设计专用工具软件,该模块通过设计向导用户界面的设计风格,从实际应用上已经完全实现了车身部件设计的自动化和智能化,从而为车身设计人员提供了专业的智能化设计工具。     

基于样条曲面描述的大变形有限元数值模拟关键技术探索

模具型腔描述、锻件有限元网格划分、界面接触约束是制约三维复杂体成形有限元数值模拟技术应用的3个关键性问题。以3次B样条曲面描述为基础,对三维复杂工具表面离散、变形体三维网格自动划分、变形体边界节点与模具接触状态判断的一体化技术进行了研究。利用B样条曲面的直观性、局部性、通用性、造型灵活性等特点,构造复杂模具型腔曲面及变形体边界,提出三维网格样条生成法、改进的分块样条生成法及接触判断的区域层次搜索技术。