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部分拆装线平衡问题的多目标人工蜂群算法

组合机床与自动化加工技术 2024年第10期 181-186+192页

作者：杨琬琳李梓响郑晨昱张子凯张利平唐秋华武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学精密制造研究院

拆卸线广泛应用于拆解报废产品，当前大多数的研究关注于废弃产品的完全拆卸，缺乏对拆卸利润和节省碳排放量等的研究。针对部分拆装线平衡，构建了面向利润、节省碳排放量和线平衡的多目标数学模型。为实现问题的高效求解，设计了改进... 详细信息

拆卸线广泛应用于拆解报废产品，当前大多数的研究关注于废弃产品的完全拆卸，缺乏对拆卸利润和节省碳排放量等的研究。针对部分拆装线平衡，构建了面向利润、节省碳排放量和线平衡的多目标数学模型。为实现问题的高效求解，设计了改进多目标人工蜂群算法。该算法采取操作排序向量和拆卸零部件数量的双层编码，同时设计双层解码以分别处理优先关系约束和节拍约束。该算法雇佣蜂阶段采取邻域操作、跟随蜂阶段采取交叉操作以获得差异化的种群，同时侦察蜂阶段采取从永久帕累托前沿选择一个解来替换抛弃的个体以获得高性能的新解。为了测试改进算法的性能，该算法与原始多目标人工蜂群算法、多目标模拟退火算法、快速非支配遗传算法进行对比。测试结果表明改进策略有效提升了人工蜂群算法的性能，同时改进人工蜂群算法优于对比的算法，可实现多目标拆卸线平衡问题的高效求解。

关键词：部分拆卸线平衡碳排放多目标优化多目标人工蜂群算法

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基于耦合界面键合效应的石墨烯磨损研究

原子与分子物理学报 2025年第6期 72-81页

作者：郑云飞卢艳武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学精密制造研究院

石墨烯作为二维固体润滑材料，其超滑特性不仅是物理作用结果，其化学键结构机制下的摩擦化学现象，是深入理解石墨烯摩擦性能的关键.本文采用分子动力学(MD)方法构建了多重层数石墨烯增强不同粗糙形貌的金属基底模型，实现了其与金刚... 详细信息

石墨烯作为二维固体润滑材料，其超滑特性不仅是物理作用结果，其化学键结构机制下的摩擦化学现象，是深入理解石墨烯摩擦性能的关键.本文采用分子动力学(MD)方法构建了多重层数石墨烯增强不同粗糙形貌的金属基底模型，实现了其与金刚石尖端滑动过程的动态分析，揭示了考虑尖端与石墨烯之间存在界面键时石墨烯层的理化耦合作用下的磨损机理.研究结果表明：当考虑金刚石尖端与石墨烯之间化学键合时，石墨烯发生磨损破裂的临界载荷相对于不考虑界面化学键时的值减小，这是由于界面键的形成会剥离石墨烯导致石墨烯断裂所致；金属基底的粗糙度也是决定石墨烯发生磨损破裂时临界载荷的重要因素之一，当粗糙度增大，临界载荷减小，同时通过增加石墨烯层的层数(增韧)来提高石墨烯发生磨损破裂失效的临界载荷.

关键词：石墨烯层界面键分子动力学磨损破裂

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基于知识图谱的再制造设备资源信息建模方法

武汉科技大学学报 2024年

作者：夏绪辉张缤元王蕾张泽琳郭钰瑶武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学精密制造研究院

针对再制造企业面临的设备资源和功能信息缺乏、且其准确性和一致性低的问题，提出一种再制造设备资源知识图谱生成方法。通过分析主要的再制造环节和设备资源信息，构建各环节统一的再制造设备资源模型，定义设备功能信息；通过采用命... 详细信息

针对再制造企业面临的设备资源和功能信息缺乏、且其准确性和一致性低的问题，提出一种再制造设备资源知识图谱生成方法。通过分析主要的再制造环节和设备资源信息，构建各环节统一的再制造设备资源模型，定义设备功能信息；通过采用命名实体识别和语义标注分析等知识建模方法实现“人-机-物-法-环”等信息的语义关联。整合再制造生产环节、本体信息和资源数据等各层信息模型，构建再制造设备资源知识图谱；以退役汽车发动机的再制造设备资源信息生成与建模为实例验证了该方法的有效性和实用性。

关键词：再制造设备资源信息建模功能信息知识图谱

高压下三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的结构、力学、电子及光学性质的第一性原理研究

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人工晶体学报 2024年第4期53卷 656-668页

作者：吴礼海于普良钟敏武汉科技大学冶金装备及控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,优化了三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的几何结构,研究了高压下三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的结构、力学、电子及光学性质。结构和力学性质研究表明,Ti_(2)AlN的压缩性优于Zr_(2)A... 详细信息

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,优化了三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的几何结构,研究了高压下三元层状氮化物M_(2)AlN(M=Ti,Zr)的结构、力学、电子及光学性质。结构和力学性质研究表明,Ti_(2)AlN的压缩性优于Zr_(2)AlN,弹性常数证实了高压下的力学稳定性。延展性和弹性各向异性随着压力的增加而增强,Zr_(2)AlN对压力更加敏感。电子性质研究表明,两种三元层状氮化物均表现为金属性,共价性随着压力的增加而增强。Ti_(2)AlN和Zr_(2)AlN的多晶体和不同轴上的静态介电函数ε_(1)(0)以及静态折射率n(0)表明光学性质存在较低的各向异性,两种三层状氮化物都表现出较强的光吸收能力和反射率。本文的理论研究阐述了高压下三元层状氮化物Ti_(2)AlN和Zr 2AlN的相关性质,为今后的实验研究提供了比较可靠的理论依据。

关键词： Ti_(2)AlN和Zr_(2)AlN 密度泛函理论第一性原理力学性质电子结构光学性质

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面向增材制造的新型蜂窝夹芯结构拓扑优化设计

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粉末冶金工业 2024年第4期 134-140页

作者：蒋国璋刘朴湧张严段现银谢寒冰武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学精密制造研究院

增材制造是实现蜂窝结构的高效率、高精度制造的新兴技术，然而传统基于设计经验和力学试验的蜂窝夹芯设计方法，难以充分挖掘材料潜力、创新结构构型，导致蜂窝结构承载能力较差。本文提出了一种面向增材制造的新型蜂窝夹芯结构拓扑优... 详细信息

增材制造是实现蜂窝结构的高效率、高精度制造的新兴技术，然而传统基于设计经验和力学试验的蜂窝夹芯设计方法，难以充分挖掘材料潜力、创新结构构型，导致蜂窝结构承载能力较差。本文提出了一种面向增材制造的新型蜂窝夹芯结构拓扑优化设计方法。采用数值均匀化理论预测蜂窝夹芯微结构的宏观等效弹性性能，随后以蜂窝夹芯微结构的剪切模量或体积模量最大化为优化目标，材料用量为约束条件，建立面向增材制造的蜂窝夹芯微结构拓扑优化设计模型；在拓扑优化模型灵敏度求解过程中施加灵敏度信息一致性约束，获得具有截面一致性的蜂窝夹芯结构，便于增材制造的高质量成形；算例结果表明，所提方法设计的新型蜂窝夹芯结构的剪切模量比传统六边形蜂窝和类蜂窝分别提高了58.62%和60.08%，体积模量分别提高了11.91%、31.82%。所提方法通过充分挖掘蜂窝夹芯的设计空间，显著提升了其力学性能，满足了增材制造的工艺要求。研究成果为高承载蜂窝夹芯结构设计和构型创新提供理论参考。

关键词：增材制造蜂窝夹芯微结构拓扑优化数值均匀化

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摆动喷涂机构创新设计及其仿真

工程设计学报 2024年

作者：李新革廖红玉周敏陈萌萌谢良喜中国一冶集团有限公司武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室

针对团队自主研发第一代建筑墙面砂浆抹灰机的喷涂模块结构复杂、运行不稳定及施工效率低的问题，创新设计了一种结构简单、稳定高效的摆动喷涂机构。以砂浆沿墙面匀速喷涂为设计目标，设计出摆动喷涂机构，利用SolidWorks创建了摆动喷... 详细信息

针对团队自主研发第一代建筑墙面砂浆抹灰机的喷涂模块结构复杂、运行不稳定及施工效率低的问题，创新设计了一种结构简单、稳定高效的摆动喷涂机构。以砂浆沿墙面匀速喷涂为设计目标，设计出摆动喷涂机构，利用SolidWorks创建了摆动喷涂机构三维模型，通过直线导轨滑块和丝杆滑台的联动作用，实现了砂浆喷涂摆臂的摆动。随后对摆动喷涂机构进行运动学分析，并使用ADAMS对该机构进行仿真分析，得到了砂浆喷涂摆臂的运动学特性，该特性满足设计需求。再依据摆动喷涂机构运动特性，对砂浆轨迹进行仿真分析，得出砂浆轨迹图。最后制作出摆动喷涂机构样机，并装在抹灰机上进行现场实验，实验结果表明：摆动喷涂机构设计合理，且喷涂机构结构简单、运行稳定，施工效率高；摆动喷涂机构喷涂出的砂浆轨迹连续且均匀，基本趋于一条直线，提高了墙面砂浆喷涂施工质量。

关键词：摆动喷涂机构运动学分析仿真分析砂浆轨迹

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基于超启发式的混装作业车间批量流调度

计算机集成制造系统 2024年

作者：曾宇唐秋华江淦齐航成丽新武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学精密制造研究院中车长春轨道客车股份有限公司

混装作业车间是作业车间的一类现实化拓展，经个性化加工与混流装配完成多类型复杂结构件的共线生产，其两阶段的批量分歧易导致阶段间衔接不畅或库存水平居高不下。针对混装作业车间批量流调度问题，以制造周期、总库存时间、生产切换... 详细信息

混装作业车间是作业车间的一类现实化拓展，经个性化加工与混流装配完成多类型复杂结构件的共线生产，其两阶段的批量分歧易导致阶段间衔接不畅或库存水平居高不下。针对混装作业车间批量流调度问题，以制造周期、总库存时间、生产切换次数最小化为优化目标，建立了包含加工批量、子批加工排序和产品装配排序三类决策的混合整数线性规划模型，并提出一种基于强化学习的超启发式算法（Reinforcement learning-based hyper-heuristic evolutionary algorithm， RLHEA）来求解。针对问题目标提出了基于多重规则的初始化；设计了能够同时探索多维解空间的交叉算子和针对目标的邻域搜索算子；基于目标导向融合算子设计了多套优化策略；提出了基于强化学习的超启发式算法框架，自适应推荐当前场景下最优的优化策略；提出了保留原解部分特性的重启策略，助力算法跳出局部最优。实验结果表明所提算法在多样性、收敛性和稳定性方面显著优于对比算法。所提模型和方法为制造行业提供了混装作业车间运行理论与技术支持，有利于精准调控在制品库存、稳定生产过程。

关键词：混装作业车间批量流混合整数线性规划模型超启发式强化学习

基于图像语义分割与图卷积的选区激光熔融成形过程羽流运动特征分析

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机械工程学报 2024年第12期60卷 168-182页

作者：林昕毛杨坤傅盈西朱锟鹏武汉科技大学精密制造研究院武汉430081 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所合肥230031 新加坡国立大学新国大苏州研究院苏州215123

现有的研究中羽流已被证明与选区激光熔融加工过程有着密切关系且影响了最终成形质量,如何利用羽流等监测信息揭示选区激光熔融成形过程中熔融状态,是选区激光熔融成形过程监测被广泛关注的重要原因之一。为了更加完善地描述羽流信息,采... 详细信息

现有的研究中羽流已被证明与选区激光熔融加工过程有着密切关系且影响了最终成形质量,如何利用羽流等监测信息揭示选区激光熔融成形过程中熔融状态,是选区激光熔融成形过程监测被广泛关注的重要原因之一。为了更加完善地描述羽流信息,采用Deeplabv3+网络对图像进行语义分割,并使用标记图法建立一维的羽流形态特征;同时结合时序信号,构建图卷积自编码器与分类器,提出一种基于图结构的羽流运动特征,并进行聚类,得到熔融状态分类,讨论加工过程中羽流运动特征和熔融状态的关系。采用图卷积编码羽流动态特征,实现特征建立与熔融状态识别,并通过输出图卷积表征值,对图卷积在羽流特征提取中的应用进行可解释性分析。结果表明,提出的羽流特征能够实现五类熔融状态的识别且准确率达到了81.52%,并通过可解释性分析了羽流动态特征与熔融状态的内在关系,为选区激光熔融成形过程中监测信号与成形质量映射关系研究提供了新的思路。

关键词：选区激光熔融图卷积过程监测羽流运动特征深度学习

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一种基于加权拟合的定制家居封边板材尺寸测量方法

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林产工业 2024年第2期61卷 54-60页

作者：盛旺刘怀广周诗洋武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081

板材在流程化加工过程中,会因为辊道的不连续性导致其在运动过程中震动和倾斜,给其尺寸的在线测量带来困难。根据板材的形状特点,提出一种基于加权灰度矩的亚像素边界拟合定位方法,以实现宽度的准确测量。首先利用方向滤波和边缘算子进... 详细信息

板材在流程化加工过程中,会因为辊道的不连续性导致其在运动过程中震动和倾斜,给其尺寸的在线测量带来困难。根据板材的形状特点,提出一种基于加权灰度矩的亚像素边界拟合定位方法,以实现宽度的准确测量。首先利用方向滤波和边缘算子进行边缘筛选,利用最小二乘法拟合边缘点集合得到像素级边缘,再基于离群度的灰度矩加权拟合方法,定位得出板材边缘的亚像素位置,克服了震动和光照造成的边缘离散问题,同时结合线阵相机的单维度标定方法,获得了板材宽度的测量结果。现场测试表明,该方法的测量精度小于0.1 mm,满足工厂测量的要求,且具有较好的鲁棒性。

关键词：板材测量灰度矩亚像素定位直线拟合相机标定

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