[学科发展]随机不确定性下的可靠性设计优化研究进展

Reliability-based design optimizationhas gained much attention due to the ability of considering the various uncertainty informations. Since reliability-based design optimization played a significant role in the improvement of product reliability and other performances in the full life cycle, it is one of the most popular research topics in the field of engineering design. The state-of-the-art achievements and contributions in the field of the reliability-based design optimization as well as the time-dependent reliability-based design optimization under aleatory uncertainties were reviewed from the perspectives of analytical strategies and surrogate models. Moreover, the existing problems and challenges were discussed, and some research directions in future were concluded.     

航空发动机叶片自适应磨抛定量去除研究北大核心

航空发动机叶片磨抛是叶片加工的最后一道成型工艺,加工质量直接决定叶片的工作寿命。叶片加工后的形状精度在叶片加工质量中起到了关键性作用,传统的恒力恒速度的磨抛工艺仅对余量分布均匀的工件有较好的磨抛效果。针对工件余量分布不均匀的问题,采用“测量-规划-加工”一体化的思路,对加工前的三坐标测量数据采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面进行表面重构,根据规划的理论刀路点信息,计算刀路点的余量信息,根据先验的材料去除率模型信息,规划砂带线速度,以控制每个区域内的表面去除量。为验证所提出方法的有效性,利用机器人与带有力控的磨抛单元开展了实验,结果表明研究所提出的方法可以有效控制磨抛加工的去除余量。     

近似模型聚合在机床立柱优化设计中的应用

建立了某重型机床立柱部件优化问题的数学模型,采用拉丁超立方试验设计生成50个隐式约束的有限元仿真数据样本。使用样本集分别建立Kriging模型、径向基神经网络和二阶多项式响应面模型,通过近似模型聚合方法来替代隐式约束的有限元计算。结合全局优化算法,得到一组可行的立柱尺寸参数组合,使机床立柱的质量减轻,并满足工作载荷下的挠度、应力和油压约束条件。研究表明:近似模型聚合方法很适合解决高仿真代价的隐式约束问题。     

电弧增材制造焊缝建模及尺寸规律研究

电弧增材制造作为一种低成本、高效率的金属零件制造技术,受到了各国学者的广泛关注。然而加工精度低的问题限制了该技术的发展和应用。提出电弧增材制造单层单道半椭圆焊缝模型,通过正交试验建立焊道熔宽、熔高的回归模型,得到了焊缝尺寸与加工参数(焊接电压、焊接速度、送丝速度)之间的关系,从而完善了单层单道模型预测方法。此外,考虑到焊道之间的相互作用及影响,通过试验得出单层多道焊缝理论中心距与熔宽之间的关系,最终改进原有电弧增材制造单层多道模型。实例分析表明,该单层单道及单层多道模型与真实焊缝的截面吻合度极高,验证了上述两种模型的有效性与精确性,有利于提高电弧增材制造零件的加工精度与成型质量。     

机加工表面残余应力及其疲劳寿命评价的研究进展

随着航空、航天、核电、海洋装备、汽车制造行业的蓬勃发展,特别是国家空天深海战略的实施,高腐蚀、高交变载荷等复杂服役环境对零件的可靠性和使用寿命的要求日趋严格。机械加工表面完整性作为零件性能指标的评价标准,得到越来越多的重视。残余应力作为表面完整性的重要参数之一,与零件疲劳寿命和使用性能密切相关,因此有必要对机械加工过程中残余应力的生成机理进行研究。主要介绍了机械加工表面残余应力的定义及其对材料性能的影响,对中子衍射法和X射线衍射法检测残余应力的优缺点进行了比较,从实验方法、解析方法以及有限元方法 3个方面对机械加工过程中残余应力的生成机理进行了总结,分析了切削参数、刀具几何、材料性质对残余应力生成的影响,总结了残余应力与疲劳寿命之间的作用关系。最后,探讨了机械加工表面残余应力生成机理以及疲劳寿命评价研究过程中存在的问题。     

基于强化学习的群体进化算法求解双边多目标同步并行拆解线平衡问题

双碳背景下,工业制造领域朝着绿色、节能的方向转型,对废旧产品进行回收拆解以及再制造有利于推动高质量发展。论文针对大型复杂产品拆解过程中难以改变拆卸方向的问题,并综合考虑实际拆卸过程中任务之间存在的多种约束类型,研究了同步并行模式下的双边拆解线平衡问题(two-sided disassembly line balancing problem, TDLBP)。首先引入双边布局的拆解线模式,定义了与优先和或优先关系,建立了TDLBP的数学模型以优化产线布置、经济效益和安全环保三个方面共六个指标。然后提出了一种基于强化学习的群体进化算法,采用Q-learing利用所学知识选择迭代中的最佳算子,通过拥挤距离筛选Pareto解集,利用精英保留策略加速算法收敛,进而高效获取近似最优的拆解方案。最后通过求解小规模算例并对比分析,验证了所提出算法的有效性和优越性,并进行大规模案例的应用。     

一种面向芯片转移的对心检测方案设计

芯片倒装键合工艺中需要完成的拾取、转移和贴装等过程,对芯片对接转移的对位精度有较高要求,常规对心操作和检测方案并不满足自动化、精密测量工况。提出一种基于单视觉系统的对心检测方案和装置,该方案通过双视角采图和偏差反求的方式,实现芯片对接中两目标对心偏差的求取和补偿。通过RFID标签倒装键合装备实验验证,该对心检测方案在不影响被测对象运动和布局的情况下切实提高了芯片对接转移的对心精度。     

灰模糊积分在多目标决策中的应用

针对带有大量定性指标且指标间存在大量交互作用的多目标决策问题,提出灰模糊积分决策模型.结合g_λ模糊测度和Choquet模糊积分与灰色关联度,将定性指标评价的不确知性和指标间的交互作用很好地体现在评价结果中.专家使用模糊数给被评价对象打分,将模糊数解模糊化为数值并通过灰色关联度法提高打分一致性.使用g_λ模糊测度表达指标间的交互作用,通过Choquet模糊积分将各指标评价值进行非线性集成.以某协作制造企业供应商评价与选择问题为例,与灰色综合评价法进行比较,验证了所提模型的可行性和有效性.     

一种机器人第七轴系统的优化设计方案

针对机器人竖直加工范围较小以及机器人第七轴的弯扭复合变形问题,将响应面法与结构拓扑相结合,提出一种抬高式重载机器人第七轴全局优化设计方案。该方案根据轨道交通车体表面打磨产线的设计需求进行第七轴结构设计,由机器人加工极限位姿建立七轴系统几何模型,并根据单元理论选定单元,建立基于虚位移的线性有限元方程,进行静力分析求解。根据分析结果,将第七轴系统划分为基座与加高座结构件两个模块,分别将其关键尺寸参数化,并通过Box-Behnken方法设计试验采样,建立基于多元二次线性回归方程的二阶响应面模型,结合输出的灵敏度分析结果建立强响应因素3D响应云图,采用遗传算法分别对各模块响应面求最优Pareto解,根据易加工原则,确定关键尺寸,完成尺寸优化。最后对加高座结构件模型进行拓扑优化分析,去除设计域冗余材料,结合实际加工情况,对拓扑结果进行模型重构,得到最优设计方案。     

一种1D-CNN与多传感器信息融合的液压系统故障诊断方法

针对液压信号复杂且难以诊断的难点,提出一种多尺度一维卷积神经网络与多传感器信息融合的深度神经网络模型（MS1D-CNN-MSIF）对液压泵与蓄能器进行故障诊断。在提出方法中,采用不同大小的卷积核对故障信号进行多尺度特征提取;然后使用多传感器信息融合策略将多个传感器的特征信号进行融合,最后使用Softmax进行分类识别。诊断蓄能器压力状态与液压泵泄漏状态的实验结果表明,与支持向量机、堆栈自编码、深度置信网络比较,提出模型具有更好的故障诊断性能,蓄能器识别精度可达99.50%,液压泵识别精度可达99.73%。