機(jī)械工程博士論文精選(九篇)

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第1篇：機(jī)械工程博士論文范文

關(guān)鍵詞：工程博士教育；規(guī)范管理；特點(diǎn)；課程體系

中圖分類號(hào)：G72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

工程博士專業(yè)學(xué)位研究生教育是適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)高層次工程技術(shù)人才需要而設(shè)置的，是將高層次的人才培養(yǎng)與國(guó)家重大需求相結(jié)合的一種新型專業(yè)學(xué)位。工程博士專業(yè)學(xué)位的設(shè)置對(duì)提升學(xué)校專業(yè)學(xué)位辦學(xué)層次、完善學(xué)位授權(quán)體系結(jié)構(gòu)具有極其重要的意義。面對(duì)這種新型的專業(yè)學(xué)位類型，華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“學(xué)院”）試圖探索行之有效的工程博士培養(yǎng)質(zhì)量保障體系。

一、加強(qiáng)培養(yǎng)過(guò)程的規(guī)范化管理

對(duì)于培養(yǎng)單位來(lái)說(shuō)，規(guī)范管理主要是在工程博士教育過(guò)程中明確培養(yǎng)目標(biāo)，建立科學(xué)的管理體系，從而達(dá)到不斷提高教育質(zhì)量的目的。學(xué)院秉承“育人為本、創(chuàng)新是魂、責(zé)任以行”的辦學(xué)理念，針對(duì)工程博士教育的特殊性，制定了一系列的管理規(guī)章制度，有效保證了工程博士的教育質(zhì)量。

（一）從學(xué)術(shù)方面到實(shí)際應(yīng)用能力，明確工程博士的培養(yǎng)目標(biāo)

知識(shí)方面：應(yīng)該具備機(jī)械工程領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)寬廣的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)深入的專業(yè)知識(shí)；

能力方面：要具有科技開(kāi)拓創(chuàng)新精神和獨(dú)立研究的能力，對(duì)新技術(shù)具有敏銳的洞察力；能夠引領(lǐng)企業(yè)在技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新中不斷前進(jìn)，持續(xù)推動(dòng)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步；

素質(zhì)方面：具有相對(duì)專業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)能力、組織能力和溝通能力，團(tuán)結(jié)并能領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的組織創(chuàng)新；具有對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力以及對(duì)企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的改革能力。

成果方面：在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和工程技術(shù)進(jìn)步方面要做出創(chuàng)造性成果。

（二）從硬件到軟件，注重導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的建設(shè)

目前，學(xué)院擁有數(shù)字制造裝備與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、制造裝備數(shù)字化國(guó)家工程研究中心、國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、國(guó)家CAD支撐軟件工程技術(shù)研究中心、教育部制造技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究中心等5個(gè)國(guó)家級(jí)研究平臺(tái)；擁有國(guó)家工科機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地、國(guó)家機(jī)械實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心等2個(gè)國(guó)家級(jí)基礎(chǔ)教學(xué)平臺(tái)；擁有2個(gè)國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)和擁有機(jī)械基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)中心、機(jī)械學(xué)科專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)中心、先進(jìn)制造與裝備技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)中心等3個(gè)教學(xué)科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

除此之外，學(xué)院教師隊(duì)伍中有20多人次分別擔(dān)任國(guó)家“973”項(xiàng)目首席科學(xué)家、“863”重點(diǎn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、重大專項(xiàng)負(fù)責(zé)人。學(xué)院專門(mén)從這些專業(yè)教師中選聘承擔(dān)過(guò)國(guó)家重大專項(xiàng)的教授、博導(dǎo)擔(dān)任工程博士的導(dǎo)師。無(wú)論是硬件還是軟件環(huán)境，學(xué)院都為工程博士的教育質(zhì)量保駕護(hù)航。

二、探索建立適應(yīng)工程博士教育特點(diǎn)的課程體系

博士生的課程學(xué)習(xí)階段擔(dān)負(fù)著夯實(shí)基礎(chǔ)、拓寬視野的重要作用，是博士生進(jìn)行后續(xù)課題研究、論文寫(xiě)作的前提和基礎(chǔ)。學(xué)院根據(jù)培養(yǎng)對(duì)象的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)了個(gè)性化的工程博士專業(yè)學(xué)位課程體系，實(shí)行多學(xué)科交叉培養(yǎng)。學(xué)院為此特開(kāi)設(shè)了以下學(xué)位要求課程：先進(jìn)制造工程學(xué)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)學(xué)、現(xiàn)代優(yōu)化方法及應(yīng)用、計(jì)算制造工程學(xué)、現(xiàn)代管理理論與方法。學(xué)生在其課程學(xué)習(xí)期間， 除校級(jí)公共必修課程與跨一級(jí)學(xué)科選修課程外， 在自己的專業(yè)領(lǐng)域從學(xué)院設(shè)置的學(xué)科課程中選修2～3門(mén)專業(yè)課程進(jìn)行學(xué)習(xí)。

依托高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備、極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝等國(guó)家重大專項(xiàng)招收的先進(jìn)制造工程領(lǐng)域工程博士生，必須實(shí)質(zhì)性地參與國(guó)家科技重大專項(xiàng)的研究，是為了服務(wù)國(guó)家重大專項(xiàng)需求。學(xué)院專門(mén)為工程博士開(kāi)設(shè)了《先進(jìn)制造工程學(xué)》課程，該課程強(qiáng)調(diào)信息學(xué)科與傳統(tǒng)機(jī)械制造學(xué)科的融合，要求教師以精密技術(shù)和自動(dòng)化為核心，以制造學(xué)科為基礎(chǔ)，以數(shù)字化裝備、汽車工業(yè)及信息產(chǎn)業(yè)為支撐， 加強(qiáng)先進(jìn)制造技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)、生命科學(xué)、環(huán)境工程等領(lǐng)域中的應(yīng)用及教學(xué)， 并要求逐步加大應(yīng)用性案例教學(xué)的比重。典型科研案例講座關(guān)鍵在于注重學(xué)科交叉，著眼于科研方法的創(chuàng)新、研究思路的拓展， 這種案例教學(xué)法近年來(lái)在國(guó)外的一些博士課程中廣泛采用， 并已證明有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的形成，從而提高工程博士生的綜合科研素質(zhì)。特色課程《先進(jìn)制造工程學(xué)》不僅涵蓋了學(xué)院的優(yōu)勢(shì)與特色專業(yè)領(lǐng)域，而且依托學(xué)院在機(jī)械制造學(xué)科發(fā)展上的經(jīng)驗(yàn)和探索，凝煉了眾多學(xué)科專業(yè)博士生導(dǎo)師多年科研成果和學(xué)科經(jīng)驗(yàn)，使得該課程成為工程博士專業(yè)學(xué)習(xí)逐步向科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)化的橋梁。

工程博士各專題課程的設(shè)置是根據(jù)學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)變化的，具體內(nèi)容由各授課教師策劃。近年來(lái)，數(shù)字制造及微納制造技術(shù)已成為先進(jìn)制造領(lǐng)域的熱門(mén)，這在授課教師開(kāi)設(shè)的專題講座上也得到了充分體現(xiàn)。例如，學(xué)院在《先進(jìn)制造工程學(xué)》博士生專業(yè)課程中設(shè)置的專題講座有：數(shù)字化制造與智能控制類專題講座、微納制造類專題講座、其它先進(jìn)制造類專題講座。這些學(xué)術(shù)專題講座主要突出一個(gè)“新”字，包括本學(xué)科最新科研動(dòng)態(tài)、學(xué)科領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展或前沿性問(wèn)題的新發(fā)現(xiàn)、新學(xué)說(shuō)，以及教師本人的最新科研進(jìn)展。該課程對(duì)學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新思維培養(yǎng)是具有一定效果的。

由于工程博士的培養(yǎng)目標(biāo)是要培養(yǎng)引領(lǐng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的工程技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人才，因此與學(xué)歷博士生相比，工程博士的課程體系還專門(mén)增加了15個(gè)學(xué)分的實(shí)踐環(huán)節(jié)，其中，專業(yè)課程實(shí)習(xí)實(shí)踐4個(gè)學(xué)分、專業(yè)設(shè)計(jì)3個(gè)學(xué)分、工業(yè)實(shí)習(xí)8個(gè)學(xué)分。為工程博士量身定置的實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)年限要求不少于3年，單從時(shí)間上看，這在工程博士培養(yǎng)年限中占了相當(dāng)大的比重，更凸顯出工程博士在培養(yǎng)過(guò)程中注重工程實(shí)踐能力的拔高。

三、嚴(yán)把工程博士學(xué)位論文關(guān)

工程博士的培養(yǎng)實(shí)行學(xué)校與企業(yè)的雙導(dǎo)師制，由雙方組成指導(dǎo)小組共同指導(dǎo)工程博士生的學(xué)位論文。與學(xué)歷博士相比，工程博士更注重實(shí)際科研能力的培養(yǎng)，而工程博士學(xué)位論文是這種能力的綜合體現(xiàn)，并且最能反映工程博士培養(yǎng)質(zhì)量的高低，所以，學(xué)院擬從以下3個(gè)方面保證學(xué)位論文的質(zhì)量：

（一）學(xué)位論文的選題與開(kāi)題

學(xué)位論文的選題應(yīng)在課程學(xué)習(xí)階段后期或結(jié)束時(shí)啟動(dòng)。校、企導(dǎo)師組根據(jù)學(xué)員的自身?xiàng)l件、企業(yè)的實(shí)際需求以及企業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向，指導(dǎo)學(xué)生正確選題；學(xué)生在對(duì)學(xué)位論文的選題進(jìn)行調(diào)研和可行性論證的基礎(chǔ)上，形成書(shū)面開(kāi)題報(bào)告。開(kāi)題報(bào)告由培養(yǎng)單位組織導(dǎo)師及來(lái)自企業(yè)的專家進(jìn)行審議，重點(diǎn)考察學(xué)員擬進(jìn)行的學(xué)位論文研究是否有可能達(dá)到機(jī)械工程領(lǐng)域工程博士專業(yè)學(xué)位論文的水準(zhǔn)。

（二）學(xué)位論文中期考核

論文中期考核安排在開(kāi)題報(bào)告后約一年左右進(jìn)行。學(xué)員根據(jù)論文研究進(jìn)展完成如下內(nèi)容的考核報(bào)告：論文研究進(jìn)展情況、存在問(wèn)題分析、擬作調(diào)整的內(nèi)容及方案、工作計(jì)劃調(diào)整等等。在研究過(guò)程中允許對(duì)論文研究范疇作適當(dāng)調(diào)整或補(bǔ)充，凡對(duì)開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容不存在顛覆性的改變，則可繼續(xù)論文研究工作，否則應(yīng)重新開(kāi)題。

（三）學(xué)位論文的評(píng)審

為了保證和提高博士學(xué)位論文質(zhì)量，學(xué)院經(jīng)過(guò)多年的探索和實(shí)踐，從1999年開(kāi)始就在院系一級(jí)試行博士學(xué)位論文雙盲預(yù)審制度。博士學(xué)位論文雙盲預(yù)審指的是評(píng)閱人、論文作者及與作者相關(guān)的一些信息均予以匿名，然后在博士學(xué)位論文正式提交審核之前，所在學(xué)院的研究生主管部門(mén)對(duì)論文所做的最后一次把關(guān)。多年的探索充分證明了推行雙盲預(yù)審制度確實(shí)對(duì)提高博士學(xué)位論文的質(zhì)量起到了非常有效和不可低估的作用。因此，學(xué)院決定沿用博士學(xué)位論文雙盲預(yù)審制度來(lái)控制工程博士的學(xué)位論文。

四、結(jié)語(yǔ)

與學(xué)歷博士相比，工程博士的答辯增加了論文評(píng)閱專家、答辯委員會(huì)成員，這在一定程度上提高了工程博士最后答辯管理的監(jiān)控力度。總之，學(xué)院從工程博士的招生到培養(yǎng)以及最后的學(xué)位授予，都建立了一系列切實(shí)可行的培養(yǎng)質(zhì)量保障管理?xiàng)l例。盡管如此，工程博士專業(yè)學(xué)位是我國(guó)研究生教育領(lǐng)域的一個(gè)新生事物，亟待提高與完善，以便工程博士培養(yǎng)更適應(yīng)企業(yè)的需要和社會(huì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]程宜.《先進(jìn)制造工程學(xué)》博士生特色課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].理工高教研究，2009，（5）.

[2]范巍.中國(guó)博士發(fā)展質(zhì)量調(diào)查[J].學(xué)位與研究生教育，2011，（1）.

[3]程宜.博士學(xué)位論文盲預(yù)審制度的實(shí)踐與探索[J].理工高教研究， 2009，（1）.

第2篇：機(jī)械工程博士論文范文

關(guān)鍵詞：三維建模 脊柱 機(jī)械簡(jiǎn)化模型

0引言

脊柱作為人體骨骼的重要部分，起著"承上啟下"的作用，它支撐著頭部，又連接著人體的盆骨，是整個(gè)人體的中軸支柱，因此其結(jié)構(gòu)特征和作用顯得極其重要[53]。脊柱主要具有支撐體重、傳遞載荷、運(yùn)動(dòng)、保護(hù)及造血等功能[54]。脊柱主要由椎骨、椎間盤(pán)、小關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)囊等組成。隨著脊柱疾病的日益年輕化及嚴(yán)重化，脊柱疾病的研究顯得十分必要，通過(guò)查閱文獻(xiàn)可知，采用有限元法，研究脊柱力學(xué)特性，是可行的。建立完整的脊柱模型是有限元法的前提，但脊柱的結(jié)構(gòu)及外形相對(duì)復(fù)雜， 要獲得準(zhǔn)確的有限元模型比較困難，由于脊柱在結(jié)構(gòu)及各部位之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系都與機(jī)械零部件有相似之處，因此，本文根據(jù)人體脊柱的數(shù)據(jù)，將脊柱的各個(gè)部位簡(jiǎn)化成一個(gè)個(gè)機(jī)械零件，利用Solid edge軟件，建立脊柱的機(jī)械簡(jiǎn)化模型。

1脊柱的解剖結(jié)構(gòu)特征

脊柱處于人體背部中間位置，主要由7塊頸椎、12塊胸椎、5塊腰椎、5節(jié)融合骶椎和3-4節(jié)融合的尾椎以及連接各椎骨的椎間盤(pán)、處于椎骨后方的小關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)囊、韌帶和肌肉組織等組成。

1.1椎骨的結(jié)構(gòu)特征

人體脊柱主要由頸椎段、胸椎段、腰椎段和骶椎段組成。脊柱的每塊椎骨組成是一致的，都是由一塊椎體和一塊椎弓組成的，椎弓通過(guò)椎弓根與椎體連接在一起，椎弓根部分一般比較細(xì)，椎體和椎弓之間形成的孔為椎孔，脊柱從上之下的每一個(gè)錐孔依次連接，形成椎管，保護(hù)著脊髓。

1.2小關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)特征

脊柱的每?jī)蓧K椎骨之間通過(guò)上面椎骨的下關(guān)節(jié)突和下面椎骨的上關(guān)節(jié)突連接起來(lái)，構(gòu)成處于椎體后部的關(guān)節(jié)囊關(guān)節(jié)，臨床上又名小關(guān)節(jié)。

1.3椎間盤(pán)的結(jié)構(gòu)特征

除了小關(guān)節(jié)之外，椎間盤(pán)也是連接相鄰椎體不可或缺的結(jié)構(gòu)，椎間盤(pán)位于上下椎骨的椎體之間，正常人體一般有24塊椎間盤(pán)，高度約占人體脊柱總高度的30%。由上下軟骨終板、纖維環(huán)和中間的髓核構(gòu)成，軟骨終板通常由透明軟骨構(gòu)成，厚度小于1mm；纖維環(huán)由膠原纖維構(gòu)成的25個(gè)同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)組成；

1.4關(guān)節(jié)囊的結(jié)構(gòu)特征

關(guān)節(jié)囊是指生長(zhǎng)在小關(guān)節(jié)周圍的結(jié)締組織，由外面的纖維層和里面的滑膜層組成，纖維層由結(jié)締組織構(gòu)成，堅(jiān)硬而不乏韌性，具有良好的延伸性，滑膜層能夠分泌一定的滑夜，對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)起著一定的作用，可以減小摩擦，減低小關(guān)節(jié)的損傷率。

1.5肋骨的結(jié)構(gòu)特征

肋骨作為人體整個(gè)胸腔的構(gòu)架，起著保護(hù)肝臟、心臟及肺部等重要器官的作用。正常人體共有12對(duì)肋骨，左右對(duì)稱。肋骨后端與胸椎骨連在一起，前端借助軟骨與胸骨長(zhǎng)在一起的第1-7根肋骨稱為真肋；第8-12根肋骨叫做假肋，其中第8-10根肋骨借肋軟骨與上一根肋骨的軟骨相連，形成肋弓，第11、12根肋骨前端游離，又稱浮肋。

2 Solid edge軟件介紹

Solid Edge是美國(guó)EDS公司的中端CAD-PDM產(chǎn)品，具有強(qiáng)大的功能模塊和廣泛的適用范圍，是目前最優(yōu)秀的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件之一。其卓越的性能、優(yōu)異的實(shí)體和曲面造型功能、專業(yè)化的設(shè)計(jì)環(huán)境和有口皆碑的易學(xué)易用性，贏得了業(yè)界廣泛的贊譽(yù)。Solid Edge功能強(qiáng)大，方便易用，物美價(jià)廉，可以說(shuō)是中小企業(yè)進(jìn)行計(jì)算機(jī)三維機(jī)械設(shè)計(jì)的首選。Solid Edge主要功能模塊包括：零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、焊接設(shè)計(jì)、工程制圖、管道與線纜設(shè)計(jì)、干涉分析及測(cè)量工具、運(yùn)動(dòng)模擬、 虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、INSIGHT PDM、二次開(kāi)發(fā)接口、CREAT 3D（二維轉(zhuǎn)三維）、工程設(shè)計(jì)手冊(cè)、網(wǎng)絡(luò)、特征識(shí)別等。因此，本文選用Solid Edge建立脊柱的機(jī)械簡(jiǎn)化模型。

3脊柱機(jī)械簡(jiǎn)化模型的建立

根據(jù)上述部分的真實(shí)結(jié)構(gòu)，保持各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的連接關(guān)系和相對(duì)位置，查閱成年男性脊柱腰骶段外形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，將椎骨、椎間盤(pán)、關(guān)節(jié)囊和肋骨簡(jiǎn)化，表1為成年男性脊柱結(jié)構(gòu)參數(shù)。在Solid edge軟件界面下，圖1為椎間盤(pán)及關(guān)節(jié)囊的機(jī)械簡(jiǎn)化模型、圖2為肋骨與椎骨的機(jī)械簡(jiǎn)化模型，且保持了肋骨與椎骨之間的連接關(guān)系，由于人體脊柱不同節(jié)段結(jié)構(gòu)幾乎相同，考慮到工作量及電腦性能，本文建立了脊柱部分結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型。圖3為本文建立的脊柱部分結(jié)構(gòu)的機(jī)械簡(jiǎn)化模型。

表1為成年男性脊柱腰骶段結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1 椎間盤(pán)及關(guān)節(jié)囊的機(jī)械簡(jiǎn)化模型

圖2 椎肋骨及椎骨的機(jī)械簡(jiǎn)化模型

圖3 脊柱部分結(jié)構(gòu)的機(jī)械簡(jiǎn)化模型

參考文獻(xiàn)：

[1]趙迪.成人退變性脊柱側(cè)凸有限元模型的建立及后路三維矯形生物力學(xué)研究[博士論文].湖南，中南大學(xué)，2010

[2]Hooper.Orthopaedics（第2版）.天津：天津科技翻譯出版公司，200

第3篇：機(jī)械工程博士論文范文

關(guān)鍵詞：車輛；碰撞；吸能；減震

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.058

0 前言

目前，車輛碰撞安全性問(wèn)題也成了一大隱患，主動(dòng)安全防護(hù)措施已難以提供充分的安全保障，小型輕量化的被動(dòng)安全防護(hù)裝置例如吸能器也越來(lái)越受到人們的重視，車輛在事故發(fā)生的瞬間通過(guò)吸能減震裝置將巨大的撞擊動(dòng)能耗散，從而最大可能地保護(hù)乘員生命安全的目的。該技術(shù)的發(fā)展對(duì)于提高我國(guó)軌道車輛的安全性能具有不可忽視的現(xiàn)實(shí)意義。

1 吸能器技術(shù)原理

交通車輛碰撞時(shí)常發(fā)生，顯然，應(yīng)該設(shè)計(jì)出能夠忍受碰撞沖擊的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)輕量化和高的吸能減震能力已經(jīng)成為當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)，所以各種吸能器相繼產(chǎn)生。目前，車輛用吸能器主要分為以下幾類：（1）薄壁金屬管吸能器，薄壁金屬管是傳統(tǒng)的吸能結(jié)構(gòu)，其主要是通過(guò)圓形管道消耗動(dòng)能的常見(jiàn)方法就是通過(guò)兩個(gè)板之間的圓形管道的塑形變形來(lái)吸收沖擊能的，這取決于金屬管的幾何物理特性、加載條件等因素。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)；（2）切削式吸能器，其是一個(gè)非常復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和物料消耗的非線性過(guò)程，切削式吸能器就是利用這一原理吸收車輛碰撞能量的；（3）脹管式和縮管式吸能器，其是由兩種不同的圓環(huán)組成。將外部沖擊的能量轉(zhuǎn)換為脹環(huán)或縮環(huán)的彈塑性變形及摩擦熱能，從而達(dá)到緩沖吸能的目的，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緩沖力平穩(wěn)、適應(yīng)工作環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；（4）金屬蜂窩吸能器，對(duì)于金屬蜂窩吸能器主要是應(yīng)用金屬蜂窩的塑形變形從而達(dá)到緩沖吸能的目的。金屬蜂窩吸能結(jié)構(gòu)具有工作可靠、質(zhì)量輕、壓縮變形能力大且變形可控等優(yōu)點(diǎn)，在各種防撞結(jié)構(gòu)中有廣泛的應(yīng)用；（5）泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)吸能器，對(duì)于泡沫狀材料是蜂窩狀材料的三維形式，最近泡沫金屬作為一種新型高級(jí)的材料，具有密度小、耐熱性好、抗沖擊、良好的剪切和斷裂強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在吸能方面上有很大的潛能，（6）碳纖維吸能器，碳纖維吸能器是利用編織纖維的強(qiáng)韌性吸能的，具有緩沖吸能效果優(yōu)良、緩沖吸能效率高、工作可靠等無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，其吸能效率甚至高于金屬材料4-5倍，目前碳纖維吸能器在賽車領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。

2 車用吸能器專利基礎(chǔ)狀況分析

2.1 全球范圍車用吸能器專利分析

2.1.1 各國(guó)申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)與分析

在SIPOABS對(duì)分類號(hào)F16F7/12下的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到關(guān)于車用吸能器位居前10名的各國(guó)專利的申請(qǐng)量，如圖1所示。從圖1可以看出，該技術(shù)在德國(guó)的申請(qǐng)量最大，此外，除了車輛吸能器，德國(guó)在車輛其它結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)基本上都是屬于世界領(lǐng)先的，其次為歐洲、美國(guó)，而我國(guó)車輛技術(shù)研究相對(duì)較落后，中國(guó)的申請(qǐng)量排在第9位。

2.1.2 申請(qǐng)人所在國(guó)申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)與分析

在SIPOABS對(duì)分類號(hào)F16F7/12下的專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到關(guān)于車用吸能器專利的申請(qǐng)人所在國(guó)的申請(qǐng)量，如圖2所示，德國(guó)的申請(qǐng)量是最大的，其次依次為美國(guó)，日本和法國(guó)，該四強(qiáng)在國(guó)際上都屬于汽車技術(shù)研究大國(guó)，且遙遙領(lǐng)先于其它國(guó)家。

2.1.3 申請(qǐng)量發(fā)展趨勢(shì)

在SIPOABS中，對(duì)上述F16F7/12分類號(hào)下的有關(guān)車輛專利采用年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到專利申請(qǐng)量隨年份的變化趨勢(shì)，如圖3所示，在1995年到2004 年十年間該項(xiàng)技術(shù)呈現(xiàn)發(fā)展的黃金時(shí)期，申請(qǐng)量也達(dá)到了高峰，隨后的2005年至今，申請(qǐng)量下降很快，說(shuō)明該技術(shù)已經(jīng)基本成熟，需要在更廣的思路上對(duì)其進(jìn)行探索。

2.1.4 主要申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)與分析

在SIPOABS中，對(duì)上述分類號(hào)下的專利依據(jù)申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取前10位排名如圖4所示，其中美國(guó)的ENERGY ABSORPTION SYSTEM INC公司的申請(qǐng)量最大。其次為日本的豐田和本田公司，除了該三個(gè)公司，其它公司的申請(qǐng)量上下波動(dòng)并不是很大，相對(duì)較為平穩(wěn)，由此可見(jiàn)，美國(guó)的ENERGY ABSORPTION SYSTEM INC公司對(duì)該方面的投入較大。排名第二和第三的分別為日本的本田和豐田汽車集團(tuán)，該兩家汽車集團(tuán)的汽車產(chǎn)量和規(guī)模也名列世界十大汽車廠家之列，屬于全球化名牌企業(yè)，其技術(shù)研發(fā)實(shí)力也不容小覷。

3 總結(jié)

通過(guò)前面章節(jié)對(duì)車輛吸能器的相關(guān)技術(shù)原理、專利分布的分析，一方面對(duì)其現(xiàn)有的技術(shù)有了整體的把握，對(duì)吸能器的研究具有重大的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖昌s，汽車懸架系統(tǒng)磁流變阻尼器研究[D].重慶大學(xué)博士論文，2001，重慶大學(xué)，P21-34.

第4篇：機(jī)械工程博士論文范文

[關(guān)鍵詞]3D打印技術(shù)；鋼鐵行業(yè)；沖擊；措施

中圖分類號(hào)：F104 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）40-0072-01

一、概述

3D打印技術(shù)，誕生于20世紀(jì)80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀，根據(jù)零件或物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)，被認(rèn)為是近20年來(lái)制造領(lǐng)域的一個(gè)重大成果。它集機(jī)械工程、CAD、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一身，可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵瑥亩鵀榱慵椭谱鳌⑿略O(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供了一種高效、低成本的實(shí)現(xiàn)手段。

3D打印機(jī)的原理：3D 打印機(jī)可以根據(jù)零件的形狀，每次制做一個(gè)具有一定微小厚度和特定形狀的截面，然后再把它們逐層粘結(jié)起來(lái)，就得到了所需制造的立體零件。每個(gè)截面數(shù)據(jù)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的一張CT 像片；整個(gè)制造過(guò)程可以比喻為一個(gè)"積分"的過(guò)程。當(dāng)然，整個(gè)過(guò)程是在電腦的控制下，由3D打印機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成的。

二、國(guó)內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀

目前在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了成功的商用模式。如在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以以較低的成本、較高的效率生產(chǎn)小批量的定制部件，完成復(fù)雜而精細(xì)的造型。另外，3D打印技術(shù)獲得應(yīng)用的領(lǐng)域是個(gè)性化消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)。如紐約一家創(chuàng)意消費(fèi)品公司Quirky通過(guò)在線征集用戶的設(shè)計(jì)方案，以3D打印技術(shù)制成實(shí)物產(chǎn)品并通過(guò)電子市場(chǎng)銷售，每年能夠推出60種創(chuàng)新產(chǎn)品，年收入達(dá)到100萬(wàn)美元。當(dāng)前，國(guó)際3D打印機(jī)制造業(yè)正處于迅速的兼并與整合過(guò)程中，行業(yè)巨頭正在加速崛起。

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校開(kāi)展了3D打印技術(shù)的自主研發(fā)。清華大學(xué)在現(xiàn)代成型學(xué)理論、分層實(shí)體制造、FDM工藝等方面都有一定的科研優(yōu)勢(shì)；華中科技大學(xué)在分層實(shí)體制造工藝方面有優(yōu)勢(shì)，并已推出了HRP系列成型機(jī)和成型材料；中國(guó)科技大學(xué)自行研制了八噴頭組合噴射裝置，有望在微制造、光電器件領(lǐng)域得到應(yīng)用。但總體而言，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)研發(fā)水平與國(guó)外相比還有較大差距。

三、經(jīng)典的應(yīng)用案例

（一）3D打印汽車

2011年，世界上首款應(yīng)用3D打印技術(shù)的汽車“Urbee”在經(jīng)過(guò)15年的艱苦研制后在加拿大亮相，這輛名為“Urbee”的汽車包括玻璃嵌板在內(nèi)的所有外部組件都是通過(guò)大型3D打印設(shè)備生產(chǎn)。 2012年8月，世界上第一輛3D打印賽車“阿里翁”，在德國(guó)霍根海姆賽道完成測(cè)試，最高時(shí)速達(dá)141公里。從設(shè)計(jì)到打印，“阿里翁”車身的出爐僅用時(shí)3周，所使用的3D打印機(jī)，能打印最大尺寸達(dá)到210×68×80厘米的零部件。

（二）3D打印飛機(jī)零件

北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院王華明教授是國(guó)內(nèi)激光成型技術(shù)的領(lǐng)軍人物。王教授提出“激光熔覆多元多相過(guò)渡金屬硅化物高溫耐磨耐蝕多功能涂層材料”研究新領(lǐng)域，研制出迄今世界最大、擁有核心關(guān)鍵技術(shù)的飛機(jī)大型整體鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形工程化成套裝備，制造出中國(guó)最大的大型整體鈦合金飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)件，并通過(guò)裝機(jī)評(píng)審。我國(guó)成為目前世界上唯一掌握飛機(jī)鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用的國(guó)家。

四、技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)和對(duì)鋼鐵行業(yè)的影響

（一）3D打印技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.個(gè)性化、定制化。

3D打印這種全新的生產(chǎn)工藝，以及在線制造協(xié)作服務(wù)的普及，使得生產(chǎn)方式像輪子一樣兜了個(gè)圈又回到了原點(diǎn)，從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)到更加個(gè)性化的生產(chǎn)定制方式。“這種新型的生產(chǎn)方式是“社會(huì)化制造”，當(dāng)它得到廣泛運(yùn)用，每個(gè)人都可以是一家工廠。”

2.節(jié)省勞動(dòng)力。

3D打印技術(shù)會(huì)使傳統(tǒng)的，以廉價(jià)勞動(dòng)力取勝的制造業(yè)發(fā)生根本性變化。一種可能的趨勢(shì)是，過(guò)去為追逐低勞動(dòng)力成本轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國(guó)家的資本，會(huì)很快移回到發(fā)達(dá)國(guó)家中去。傳統(tǒng)工廠需要大面積的車間，大量的工人，可未來(lái)，這些也許會(huì)被十幾臺(tái)3D打印機(jī)和幾名工人代替。一些專家樂(lè)觀表示，隨著3D打印技術(shù)的普及，有望緩解制造業(yè)用工荒的難題，甚至中國(guó)、印度等國(guó)所擁有的低成本勞動(dòng)優(yōu)勢(shì)也會(huì)隨之減弱。

（二）3D打印技術(shù)的不足之處

1. 打印材料。

3D打印技術(shù)難點(diǎn)主要在于硬件，最典型的就是打印材料。目前，不同品牌的3D打印機(jī)能支持不同的材料，樹(shù)脂、尼龍、石膏、塑料使用較為普遍，隨著業(yè)界研發(fā)的進(jìn)步，支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)。不過(guò)，大多數(shù)個(gè)人桌面級(jí)3D打印機(jī)只能使用易加工、便于回收的塑料，其他只限于工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)使用。對(duì)于工業(yè)級(jí)打印機(jī)來(lái)說(shuō)，所用材料既要滿足打印精細(xì)度，還要滿足強(qiáng)度，這類材料的研發(fā)成本至少是千萬(wàn)元級(jí)別。

2.打印精度。

由于3D打印工藝發(fā)展還不完善，特別是對(duì)快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用，不能作為功能性部件，只能做原型使用。

3. 打印速度。

現(xiàn)階段，3D打印機(jī)無(wú)法作為大規(guī)模生產(chǎn)的手段，只能作用于原型開(kāi)發(fā)或者單件制造。在生產(chǎn)效率上，3D打印技術(shù)雖發(fā)端于“快速成型”，耗時(shí)還是得以小時(shí)來(lái)計(jì)，尚難滿足批量生產(chǎn)的要求。無(wú)論是性能雖好但價(jià)格高昂的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，還是性價(jià)與之對(duì)立的個(gè)人桌面級(jí)打印機(jī)，要真正革傳統(tǒng)工業(yè)的命，還有很長(zhǎng)的路要走。

4.機(jī)械強(qiáng)度。

以Stratasys公司3D打印車為例，車子固然能“打印”出來(lái)了，但是否能在路上順利跑起來(lái)？使用壽命又有多長(zhǎng)？從現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)看，尚有差距：由于采用層層疊加的增材制造工藝，層和層之間的粘結(jié)再緊密，也無(wú)法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄而成的零件相媲美，這意味著在一定外力條件下，“打印”的部件很可能會(huì)散架。

五、結(jié)論

3D打印技術(shù)可以使金屬粉末按設(shè)計(jì)圖精確成型，形成各種復(fù)雜精密的結(jié)構(gòu)，但對(duì)其內(nèi)部的組織性能卻無(wú)法保證。與鑄造技術(shù)相比，3D成型技術(shù)在機(jī)械性能及組織結(jié)構(gòu)上還是有一定差距的。鋼鐵產(chǎn)業(yè)的下游為家電、汽車、造船、建筑、機(jī)械制造等產(chǎn)業(yè)，以造船為例，其制造方式為將高性能的中、厚板采用焊接的方式組裝起來(lái)，這樣操作簡(jiǎn)單，成本低廉。若將3D打印技術(shù)引入造船行業(yè)，不僅龐大的3D打印機(jī)難以制造，但就從經(jīng)濟(jì)角度上講也是不可取的。同樣，對(duì)于建筑上的鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁，鋼結(jié)構(gòu)的房屋等，3D打印技術(shù)也不適用。

現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要特點(diǎn)是批量化和規(guī)模化，處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，主要為下游產(chǎn)品提供原材料。3D打印技術(shù)的主要特點(diǎn)是小批量和個(gè)性化，主要是生產(chǎn)終端產(chǎn)品，位于產(chǎn)業(yè)鏈的末端，與鋼鐵行業(yè)的定位不同。因此，從生產(chǎn)的特點(diǎn)與產(chǎn)品的定位來(lái)講，3D技術(shù)的發(fā)展對(duì)鋼鐵行業(yè)沖擊較小。

但從另一個(gè)角度考慮，當(dāng)3D打印的產(chǎn)品為金屬制品時(shí)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)需為其提供原材料――粉末金屬。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，3D打印材料尤其是粉末金屬材料的研發(fā)與制造將成為一個(gè)炙手可熱的課題，也將是鋼鐵企業(yè)一個(gè)新的高附加值產(chǎn)品，一個(gè)新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企事業(yè).2012（9）.

第5篇：機(jī)械工程博士論文范文

關(guān)鍵詞：蟻群算法；物流配送；路徑優(yōu)化；數(shù)學(xué)模型

DOIDOI：10.11907/rjdk.161974

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2016）011014004

基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：袁文濤（1993-）男，安徽馬鞍山人，上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別與智能系統(tǒng)；孫紅（1964-）女，上海人，上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別與智能系統(tǒng)、 控制理論與控制工程、企業(yè)信息化系統(tǒng)與工程。

0 引言

解決組合優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)化求解算法有多種現(xiàn)代人工智能算法方案，優(yōu)化算法用來(lái)處理問(wèn)題最優(yōu)解的求解，該問(wèn)題通常由多個(gè)變量共同決定。當(dāng)前，求解最短路徑問(wèn)題是圖論研究中的一個(gè)典型求解組合優(yōu)化算法問(wèn)題，旨在尋找圖表（由節(jié)點(diǎn)和路徑構(gòu)成）中兩節(jié)點(diǎn)或多節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑。常用的最優(yōu)化路徑求解方法有Bellman-Ford算法、Dijkstra算法、A*算法和蟻群算法。這些算法都有自身的優(yōu)點(diǎn)和不足。在對(duì)不同算法作出比較后，可以得出蟻群算法在解決網(wǎng)絡(luò)路由和城市交通系統(tǒng)的問(wèn)題中是相對(duì)有利的。

就目前研究來(lái)看，隨著實(shí)際組合問(wèn)題的變化，基本的智能算法已經(jīng)不能滿足解決這類組合優(yōu)化問(wèn)題，同時(shí)其優(yōu)勢(shì)也在減弱[1]。本文采取改進(jìn)后的組合優(yōu)化蟻群算法以彌補(bǔ)傳統(tǒng)蟻群算法易陷入局部最優(yōu)解的不足，加快了求全局最優(yōu)解的構(gòu)造速率。

蟻群算法（Ant Colony Optimization， ACO），是一種模擬螞蟻群體智能行為的進(jìn)化仿生類優(yōu)化算法，在求解性能上具有強(qiáng)魯棒性、優(yōu)良的分布式計(jì)算能力、便于與其它算法相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)[2-3]。通常作為一種用來(lái)在多變量組合優(yōu)化問(wèn)題的多候選解中尋找最優(yōu)化路徑的機(jī)率型算法。它由Marco Dorigo于1992年在其博士論文《Ant system： optimization by a colony of cooperating agents》中首先提出，其靈感來(lái)源于通過(guò)對(duì)蟻群社會(huì)的長(zhǎng)期跟蹤觀察后發(fā)現(xiàn)，雖然單個(gè)螞蟻沒(méi)有視力、智慧程度低、工作方式簡(jiǎn)單，但它們卻有強(qiáng)大的執(zhí)行能力和協(xié)同工作能力，依靠復(fù)雜群體的自組織協(xié)同能力發(fā)揮出超出單個(gè)個(gè)體累加的智能，是一種超個(gè)體（superorganism，又稱超有機(jī)體）存在現(xiàn)象。蟻群是在這樣的超個(gè)體案例中最有名的例子。雖然蟻群算法的嚴(yán)格理論基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用尚未成熟，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究暫處于實(shí)驗(yàn)階段，但這并不妨礙人們對(duì)蟻群算法的研究已經(jīng)由當(dāng)初單一的解決商旅問(wèn)題（TSP）發(fā)展到解決調(diào)度問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)通信等多個(gè)方向的最優(yōu)化求解應(yīng)用。

目前，蟻群優(yōu)化算法已廣泛應(yīng)用于多種求組合最優(yōu)化問(wèn)題，在面臨路例如作業(yè)安排調(diào)度問(wèn)題和路由車輛的二次分派問(wèn)題上表現(xiàn)出了良好的性能，也經(jīng)常被用來(lái)求旅行推銷員問(wèn)題的擬最優(yōu)解。它在圖表動(dòng)態(tài)變化情況問(wèn)題的求解上相比螢火蟲(chóng)算法和遺傳算法具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)：蟻群算法的最大優(yōu)點(diǎn)在于可以連續(xù)運(yùn)行并適應(yīng)實(shí)時(shí)變化；缺陷是在處理較大規(guī)模和復(fù)雜數(shù)據(jù)問(wèn)題時(shí)，容易存在運(yùn)算耗時(shí)長(zhǎng)、收斂速度慢、得不到全局最優(yōu)解等問(wèn)題。

在求最優(yōu)解的歷次迭代中，單個(gè)螞蟻會(huì)根據(jù)給定的規(guī)則和限定條件選擇從一個(gè)城市（節(jié)點(diǎn)）轉(zhuǎn)移到另一個(gè)城市（節(jié)點(diǎn)）：它必須對(duì)所有城市訪問(wèn)一次，而相對(duì)距離越遠(yuǎn)的城市被選中為下一個(gè)訪問(wèn)點(diǎn)的機(jī)會(huì)越少（能見(jiàn)度低）；相反，在兩個(gè)城市（節(jié)點(diǎn)）邊際的一邊形成的信息素越濃烈，則該邊際作為路徑被選擇的概率越大；在較短路程情況下，短時(shí)間內(nèi)更多螞蟻會(huì)在所有走過(guò)的路徑上留下更多信息素，在每次迭代更新后，信息素軌跡濃度會(huì)按百分比揮發(fā)從而反饋給下一只途經(jīng)的螞蟻并影響它作出路徑選擇。

1 車輛路徑問(wèn)題

傳統(tǒng)的車輛路徑問(wèn)題也叫VRP（Vehicle Routing Problem）問(wèn)題，是關(guān)系到現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中物流配送系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，屬于NP難題。一直以來(lái)，該問(wèn)題也是管理科學(xué)和物流運(yùn)輸方面的重要課題[4]，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

VRP問(wèn)題描述如下：在一些由于經(jīng)濟(jì)或者地理限定的條件約束下，組織一個(gè)車隊(duì)，從一個(gè)或者多個(gè)初始點(diǎn)出發(fā)，規(guī)定達(dá)到多個(gè)不同的地點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)成本最小、路程最短的路線集，使得：① 每個(gè)城市只能被一輛車訪問(wèn)，只訪問(wèn)一次；②所有送貨車輛必須從起始點(diǎn)出發(fā)再回到起始點(diǎn)；③某些特定的約束條件需要被滿足。

VRP的數(shù)學(xué)模型表示如下：一共有k個(gè)客戶，第i個(gè)客戶的貨物需求為gi，配送中心派出車輛承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)，其載重為q。設(shè)gi

如果前提有約束條件用于車輛本身，即容量限制和總長(zhǎng)限制，則稱為有能力約束的車輛路徑問(wèn)題（Capacitated Vehicle Routing Problem）。此模型是車輛路徑問(wèn)題的基本模型，這類VRP問(wèn)題叫作CVRP問(wèn)題[5]。

設(shè)每個(gè)客戶點(diǎn)只允許被訪問(wèn)一次，車輛所訪問(wèn)的客戶點(diǎn)的需求總和不能超過(guò)車輛的負(fù)載能力，且總行駛的路程也不得超過(guò)其最大的行駛距離，達(dá)到用最少的車輛最短的路徑完成既定任務(wù)。

。

2 可約束蟻群算法實(shí)現(xiàn)

2.1 算法實(shí)現(xiàn)方式

當(dāng)前蟻群算法領(lǐng)域存在MPDACO局部更新和MPDACO全局更新兩種方式。前者指當(dāng)單個(gè)螞蟻從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)完成轉(zhuǎn)移后就立刻更新螞蟻通過(guò)路徑時(shí)所留下的的信息素，后者是當(dāng)螞蟻遍歷完所有給定節(jié)點(diǎn)后再更新整條路徑上的信息素，不再是對(duì)所有的螞蟻，而是僅對(duì)全局最優(yōu)的螞蟻得到的路徑使用。從兩種更新方式得到的結(jié)果作對(duì)比可以得出，全局信息素更新方法雖然可以加快收斂速率，但是存在著一定的缺陷和不足，易使路徑更快地集中于單一解，易陷入局部最優(yōu)，這些缺點(diǎn)限制了它的廣泛傳播及應(yīng)用。

本文綜合上述兩種更新方法的優(yōu)點(diǎn)和不足，列出了一種新的組合疊加更新方法：在路徑搜索的前十次循環(huán)中，采用局部最優(yōu)解更新，十次固定循環(huán)結(jié)束后，再采用全局最優(yōu)解進(jìn)行更新，這種更新方式可以有效避免蟻群搜索得到的路徑沉入局部最優(yōu)解中，有利于發(fā)現(xiàn)更多較優(yōu)解。

2.2 算法實(shí)現(xiàn)步驟

根據(jù)改進(jìn)的蟻群算法，將優(yōu)化后的蟻群算法應(yīng)用于CVRP問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）參數(shù)初始化。設(shè)迭代次數(shù) Nc=0；每條路徑上的信息素濃度Δτij（0）=c（c為常數(shù)），并且Δτij=0；隨機(jī)將m個(gè)螞蟻放置到初始點(diǎn)上。

（2）更新迭代（循環(huán)）次數(shù)，即Nc=Nc+1。

（3）初始化禁忌表，螞蟻禁忌表的索引號(hào)k=1。

（4）更新螞蟻數(shù)目k=k+1。

（5）判斷路徑是否在搜索熱區(qū)內(nèi)。按照式（a）～（f）計(jì)算出每只螞蟻應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)移至下一個(gè)城市（節(jié)點(diǎn)）的概率并完成移動(dòng)。

（6）當(dāng)螞蟻從i城市（節(jié)點(diǎn)）出發(fā)到達(dá)j城市（節(jié)點(diǎn)）時(shí)，對(duì)其所經(jīng)過(guò)的路徑上的信息素進(jìn)行更新，并修改禁忌表，將禁忌表指針按照當(dāng)前狀況進(jìn)行修改，即將新城市（節(jié)點(diǎn)）j置于禁忌表tabuk中。

（7）執(zhí)行步驟（b）～（f），直到所有螞蟻都找到了一條包含所有城市（節(jié)點(diǎn)）的可行路徑解。

（8）在新生成的所有可行解中找到一條最短路徑作為本次迭代中的最優(yōu)路徑解。

（9）判斷循環(huán)次數(shù)是否小于十次，若小于十次，則對(duì)螞蟻找到的最優(yōu)路徑按照本次迭代最優(yōu)值進(jìn)行信息素更新；若循環(huán)次數(shù)超過(guò)十次，則按照全局信息素進(jìn)行更新。

（10）對(duì)所有螞蟻經(jīng)過(guò)的路徑，按式（1）進(jìn)行一次全局更新。

（11）循環(huán)執(zhí)行（b）～（j），直到連續(xù)多次的迭代中得到的解已收斂或循環(huán)次數(shù)Nc的值已經(jīng)達(dá)到給定的最大迭代次數(shù)的情況下選取當(dāng)前輸出值作為本次最優(yōu)解。

3 實(shí)驗(yàn)仿真

設(shè)存在一個(gè)物流中心有4輛運(yùn)輸車， 單輛車最大載重為1 000kg， 現(xiàn)需要同時(shí)向7個(gè)隨機(jī)分布的客戶點(diǎn)派送貨物， 蟻群算法的初始化參數(shù)為： 螞蟻總數(shù)為20只， 算法的最大迭代數(shù)為100次， α和β分別為1，2， 信息素的揮發(fā)速度為0.75， 實(shí)驗(yàn)重復(fù)運(yùn)行100次， 求得的平均結(jié)果為最終結(jié)果。同時(shí)初始時(shí)刻各邊上的信息痕跡為1，殘留信息的相對(duì)重要度為1，設(shè)置預(yù)見(jiàn)度為5。原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理結(jié)果分析如圖3所示。按本文提出的優(yōu)化蟻群算法求解CVRP后的處理仿真結(jié)果如圖4所示。

觀測(cè)圖3、圖4的收斂曲線，可以知道蟻群算法優(yōu)化后的結(jié)果相比之前的行車路徑有大幅度優(yōu)化[810]，如圖5所示。針對(duì)每個(gè)收斂的點(diǎn)結(jié)合數(shù)據(jù)可以看出，傳統(tǒng)蟻群算法的平均路徑在迭代次數(shù)為45時(shí)可以得到最優(yōu)解，而改進(jìn)后的蟻群算法可以在第5次左右得到最優(yōu)解，相當(dāng)于收斂速度提高了近80%。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論計(jì)算機(jī)科學(xué)的領(lǐng)域中，組合優(yōu)化（Combinatorial Optimization）是在一個(gè)有限的對(duì)象集中找出最優(yōu)對(duì)象的一類重要課題，屬于運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)重要分支。在很多組合優(yōu)化問(wèn)題中，窮舉搜索/枚舉法是不可行的。組合優(yōu)化問(wèn)題的特征為可行解的集是離散或者可以簡(jiǎn)化到離散的，并且目標(biāo)是找到最優(yōu)解。解決組合優(yōu)化問(wèn)題一般采用智能算法，而這些算法都有自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。組合優(yōu)化的難處，主要是加進(jìn)來(lái)拓?fù)浞治觯诓煌耐負(fù)湫螒B(tài)下，算法也需隨著不同部分的約束關(guān)系作出相應(yīng)調(diào)整。從目前研究來(lái)看，隨著實(shí)際組合問(wèn)題的變化，基本的智能算法已不能解決這類組合優(yōu)化問(wèn)題。

蟻群算法作為一種仿生類進(jìn)化算法在求路徑最優(yōu)化解方面具有很好的效果。本文首先引出蟻群算法可以用于解決這一類問(wèn)題，然后介紹了約束車輛路徑問(wèn)題，也即CVRP問(wèn)題，說(shuō)明了其約束模型；接著研究了基本的蟻群算法步驟，并對(duì)其中信息素更新和改進(jìn)了啟發(fā)因子，解析并改良了蟻群算法應(yīng)用于CVRP問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)步驟和處理方法。

本文提出的組合疊加更新方法可有效克服傳統(tǒng)蟻群算法收斂質(zhì)量低、耗時(shí)長(zhǎng)、易陷入局部最優(yōu)解等缺陷，使蟻群算法的全局優(yōu)化能力得到大幅度提高。對(duì)比實(shí)驗(yàn)前數(shù)據(jù)可以看出，蟻群算法找到最短路徑的收斂速度比傳統(tǒng)方法快了80%左右，確實(shí)是一種求解最短物流配送路徑的有效算法。

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