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基于改进灰狼算法的舰载机弹药保障调度优化

系统工程与电子技术 2024年第4期46卷 1264-1272页

作者：刘哲马俊飞陈佳峰马嵩华山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 山东大学机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061 湖南云箭集团有限公司湖南长沙419503

针对航空母舰飞行甲板上舰载机弹药保障面临的调度效率不高的问题,提出了一种改进灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法。根据甲板上多升降机多运输车的场景特点,建立了由多车场出发、向多目标转运的问题模型。融合遗传算法算子交叉... 详细信息

针对航空母舰飞行甲板上舰载机弹药保障面临的调度效率不高的问题,提出了一种改进灰狼优化(grey wolf optimizer, GWO)算法。根据甲板上多升降机多运输车的场景特点,建立了由多车场出发、向多目标转运的问题模型。融合遗传算法算子交叉思想实现了对灰狼种群初始解的初步优化,并通过直线转运路径中间点定义、整数编码、负整数标志分组等方法实现了对GWO算法求解过程的改进。同时,增加了灰狼个体自由狩猎流程,有效克服了结果陷入局部最优和早熟的问题。最终,通过对场景实例的优化求解,验证了所提方法的有效性和可行性。

关键词：灰狼优化算法多车场多目标整数编码标志分组

基于特征自适应融合和集成学习的高性能铣削刀具状态监测

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机械工程学报 2024年第1期60卷 149-158页

作者：王润琼宋清华彭业振刘战强山东大学机械工程学院济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061 山东大学国家机械工程实验教学示范中心济南250061

通过人工智能、工业大数据实时感知切削加工中的刀具状态是实现面向性能的制造的重要技术途径,也是高性能制造的关键内涵。然而,在目前的切削刀具状态监测算法中,特征提取过程多依赖于人工经验,这无疑限制了刀具状态监测技术的在高性能... 详细信息

通过人工智能、工业大数据实时感知切削加工中的刀具状态是实现面向性能的制造的重要技术途径,也是高性能制造的关键内涵。然而,在目前的切削刀具状态监测算法中,特征提取过程多依赖于人工经验,这无疑限制了刀具状态监测技术的在高性能制造中的推广应用。因此,针对高性能加工监测中的自主性和准确性要求,基于特征自适应融合和集成学习技术,提了出一种面向高性能铣削的刀具磨损监测方法。所提出的监测方法能够根据特征的表现自动为其赋予不同的权重从而实现特征的自适应融合,同时利用AdaBoost集成学习算法,在自动融合特征的同时保证了状态监测精度。薄壁件铣削实验表明,监测结果与真实磨损间的RMSE和MAE值最大为10.44,最小可达5.16。所提出的方法能够自主、准确地监测航空类薄壁件铣削加工中的刀具磨损状态,解决了高性能铣削加工刀具磨损监测中的人工经验依赖问题。

关键词：高性能制造刀具磨损监测特征融合薄壁件铣削

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离散制造生产线可配置数字孪生数据系统设计

计算机集成制造系统 2024年

作者：王鑫胡天亮马嵩华孟麒山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东大学机械工程学院山东大学机械工程国家级实验教学示范中心

数据系统为数字孪生系统的运行提供高效、稳定的数据支撑。为解决目前数据系统在构建过程中存在的数据元描述异构、数据系统更新维护困难、数据交互接口多样等问题，本文提出了一种基于可配置思想的数字孪生数据系统柔性构建方法，包括... 详细信息

数据系统为数字孪生系统的运行提供高效、稳定的数据支撑。为解决目前数据系统在构建过程中存在的数据元描述异构、数据系统更新维护困难、数据交互接口多样等问题，本文提出了一种基于可配置思想的数字孪生数据系统柔性构建方法，包括三项关键技术：生产数据规范化建模、数据系统的柔性配置生成和重构以及数据系统交互接口设计。最后，以某活塞生产线为实例进行了数字孪生数据系统的实现，验证了所提方法的正确性和有效性，为离散制造过程中，数字孪生数据系统的实现提供了技术解决方案。

关键词：数字孪生数据系统生产信息建模可配置性交互接口

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基于MRI心脏瓣膜支架建模的比较及分析

中国组织工程研究 2024年第15期28卷 2391-2397页

作者：崔艺文袁泉刘继凯山东大学机械工程国家级实验教学示范中心高效洁净机械制造教育部重点实验室山东省济南市250061

背景:当前心脏瓣膜手术所用的人工瓣膜有生物瓣膜和机械瓣膜,生物瓣膜瓣架的设计与加工决定了生物瓣膜的造型,从而决定了生物瓣膜的使用寿命。目的:根据空间几何方程构建出不同的瓣叶及瓣架模型,通过对比不同瓣叶及瓣架的变形及应力分... 详细信息

背景:当前心脏瓣膜手术所用的人工瓣膜有生物瓣膜和机械瓣膜,生物瓣膜瓣架的设计与加工决定了生物瓣膜的造型,从而决定了生物瓣膜的使用寿命。目的:根据空间几何方程构建出不同的瓣叶及瓣架模型,通过对比不同瓣叶及瓣架的变形及应力分布情况,获得一种较为合理的瓣架模型,再通过3D打印技术得到实体模型。方法:根据心脏瓣叶和瓣架的几何模型和数学模型绘制出抛物与椭圆2种心脏瓣架模型,用三维建模对心脏瓣膜瓣架建模,通过双向流固耦合分析研究瓣架在血液流场中的受力及变形。选择心脏瓣膜支架的打印方式和合适的打印材料,实现心脏瓣膜瓣架的3D打印成型。结果与结论:抛物瓣架与椭球瓣架的变形、最大主应力和最大剪切应力的分布规律相同,椭球瓣架的变形和所受应力都大于抛物瓣架,最大主应力和最大剪切应力都主要集中在瓣架与瓣叶结合的部分,瓣架的总变形、最大主应力和最大剪切应力都随着瓣架直径的增大而减小。

关键词：心脏瓣膜支架双向流固耦合 3D打印技术椭圆瓣架抛物瓣架

基于AdvantEdge的整体陶瓷立铣刀结构参数优化及试验验证

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工具技术 2024年第7期58卷 54-60页

作者：张峥刘玥山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室机械工程国家级实验教学示范中心

通过有限元仿真研究了整体陶瓷立铣刀的不同结构参数(周刃径向前角、周刃径向后角和螺旋角)对铣削力的影响,采用正交试验对刀具结构进行优化,对比分析了结构优化前后整体陶瓷立铣刀的铣削性能,并探究了刀具的磨损机理和失效形式。结果表... 详细信息

通过有限元仿真研究了整体陶瓷立铣刀的不同结构参数(周刃径向前角、周刃径向后角和螺旋角)对铣削力的影响,采用正交试验对刀具结构进行优化,对比分析了结构优化前后整体陶瓷立铣刀的铣削性能,并探究了刀具的磨损机理和失效形式。结果表明,优化后刀具的周刃径向前角为-8°,径向后角为10°,螺旋角为40°,结构优化后的刀具寿命提高42.9%,后刀面磨损量降低37%,工件已加工表面粗糙度降低5.5%;刀具的磨损机理主要为黏结磨损和扩散磨损,失效形式主要为剥落、微裂纹和崩刃,结构优化后的刀具磨损现象明显改善。

关键词：整体陶瓷立铣刀有限元仿真结构优化切削性能

基于改进Bi-RRT算法的机器鱼路径规划方法

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山东大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 74-82页

作者：黄健堃薛钢刘延俊王雨李厚池白发刚山东大学机械工程学院山东济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 山东大学机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061 山东大学海洋研究院山东青岛266237

为提高机器鱼的水下路径规划效率,更好地完成水下工作,提出一种基于改进双向快速搜索随机树(bidirectional rapidly-exploring random trees,Bi-RRT)算法的机器鱼路径规划方法。以研制的混合驱动机器鱼为研究对象,介绍其结构模型和运动... 详细信息

为提高机器鱼的水下路径规划效率,更好地完成水下工作,提出一种基于改进双向快速搜索随机树(bidirectional rapidly-exploring random trees,Bi-RRT)算法的机器鱼路径规划方法。以研制的混合驱动机器鱼为研究对象,介绍其结构模型和运动控制模式,为后续试验验证提供物理样机。针对Bi-RRT算法存在的采样随机、路径冗余、效率不高等问题,融合生长引导机制和连接强化机制改进Bi-RRT算法,加入生长引导机制,改善随机树生长随机、两树连接慢的问题;加入连接强化机制提高算法搜索速度。对搜索路径进行优化处理,通过剔除冗余节点、插入优化节点,改善路径质量,对路径进行平滑处理,使路径更适合机器鱼航行,实现机器鱼路径规划任务。仿真结果表明,与传统Bi-RRT算法及其他衍生快速搜索随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法相比,改进的Bi-RRT算法相较于改进前节点数减少约50.8%,路径长度缩短约19%,搜索时间减少约65.3%。

关键词：机器鱼 Bi-RRT算法路径规划节点简化路径平滑

应力-渗流耦合作用下不同卸荷路径对砂岩损伤特性及能量演化规律的影响研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 325-339页

作者：张培森许大强颜伟张晓乐董宇航赵铭山东科技大学矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590

岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力... 详细信息

岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象,受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响,明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制,针对应力-渗流耦合因素影响下岩石损伤特性及能量演化规律研究较少的特点,采用Rock Top多场耦合试验仪,在应力-渗流耦合作用下对砂岩开展了常规三轴(C组)、不同初始损伤程度常规卸围压(W组)及循环加卸围压(X组)3种应力路径下的岩石损伤特性及能量演化规律试验研究。试验结果表明:岩石能量演化规律与应力-应变曲线具有明显相关性,基于岩石弹性应变能演化特征,将常规三轴压缩(C组)下岩石应力-应变曲线分为5个阶段,并对每个阶段U_(1)、U_(3)、U_(e)、U_(d)及渗透率变化特点进行了详细阐释(U_(e)为弹性应变能,U_(d)为耗散能,U_(1)为轴向应力对岩石做正功转化的岩石应变能,U_(3)为做负功所释放的应变能);常规卸围压过程中,U_(1)、U_(3)演化规律与C组岩石基本一致,但U_(3)负增长更为显著,岩石输入能逐渐从以U_(e)为主导转变为以U_(d)为主导,初始损伤程度对该规律无明显影响,卸围压过程中渗透率呈波动上升趋势,围压与渗透率呈负相关;循环加卸围压过程中,各能量演化规律与W组岩石基本一致,仅因时间效应而导致能量积累量存有差异。整体来看,无论何种应力路径,峰前阶段岩石均以U_(e)为主导,以能量存储为主,峰后阶段则以能量释放及耗散为主,轴向应力加载是U_(e)得以快速积累的主要影响因素,围压改变不足以引起U_(e)发生较大变化,轴向载荷作用为工程致灾的主要影响因素。此外,岩石损伤变量与围压存在明显负相关,围压越大,岩石U_(e)释放比例越小,岩石损伤越小,围压束缚作用可有效提高岩石储能能力并抑制岩石能量的耗散与释放。

关键词：岩石力学应力-渗流耦合卸荷路径损伤特性能量演化

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基于机器视觉的岩块自动化识别检测方法

中国矿业 2024年第6期33卷 129-136页

作者：薛山段岳飞胡天亮马嵩华山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061

在隧道施工过程中,岩体参数的获取是实现隧道掘进机参数调整和智能决策的前提,因此,要对掘进过程中获得的岩块进行采样和检测,而岩块识别和检测目前主要由人工完成。本文针对岩块的自动化识别和检测问题,提出了一种基于机器视觉的岩块... 详细信息

在隧道施工过程中,岩体参数的获取是实现隧道掘进机参数调整和智能决策的前提,因此,要对掘进过程中获得的岩块进行采样和检测,而岩块识别和检测目前主要由人工完成。本文针对岩块的自动化识别和检测问题,提出了一种基于机器视觉的岩块自动化识别检测方法,通过融合岩块区域检测和语义分割算法能够快速准确获取岩块的形心坐标和过形心最小直径。首先,使用YOLOv3网络对岩块进行识别,实现岩块的区域检测。其次,针对每个区域的岩块采用FCN-DenseNet网络进行语义分割和图像处理,并对全卷积神经网络进行改进,减少了语义分割模型的参数量,提高了语义分割效率,提升了岩块轮廓获取的精度和速度。最后,根据获得的岩块轮廓点,计算其形心坐标及过形心的最小直径,为机械臂抓取和岩块点荷载强度的计算提供支持。搭建实验平台,完成机械臂手眼标定和深度相机坐标下岩块图像与岩块点云对齐,获取岩块形心坐标在机械臂坐标下的位置。实验结果表明,本文所提算法能够快速准确地获取岩块的形位参数,对10次实验中的102块岩块识别检测成功率为91.18%,在所有完成识别检测岩块中的吸取成功率为92.47%,可以应用于岩体的自动化检测,提高岩体检测的效率和智能化水平。

关键词：岩块识别区域检测语义分割岩块定位点云对齐

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基于Unity的生产线可视化智能监控系统

组合机床与自动化加工技术 2024年

作者：于盼磊高玉飞袁徽涌赵晓龙马嵩华机械工程学院(山东大学) 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东大学机械工程国家级实验教学示范中心航天轩宇(杭州)智能科技有限公司

针对自动化生产线存在的高效智能监控难题，设计了一种基于Unity的生产线可视化监控系统架构。对虚拟场景搭建、模型随动控制、虚拟生产线可视化等技术进行了论述，提出了一种基于权重的优先通信策略;对设备故障、转运干涉/卡顿、异物... 详细信息

针对自动化生产线存在的高效智能监控难题，设计了一种基于Unity的生产线可视化监控系统架构。对虚拟场景搭建、模型随动控制、虚拟生产线可视化等技术进行了论述，提出了一种基于权重的优先通信策略;对设备故障、转运干涉/卡顿、异物进入等异常状况，基于多源数据的差异进行分析和判断，形成了多源数据驱动下的智能监控方法。对于离散制造生产线上设备众多、数据异构带来的通信延迟问题，提出了复杂生产线的通信优先级和数据同步性，形成一套可行的生产线可视化智能监控解决方案。

关键词：生产线监控 Unity3D 三维可视化实时驱动数据采集