锅炉智能CAD的技术和方法研究

从设计方法学角度描述了锅炉方案设计问题，将锅炉方案设计活动分解为“方案创造”、“方案分析”、“方案评价”和“方案调整”四项子活动.基于面向对象的知识表示方法，建立了由属性空间、关系空间、规则空间、约束空间、案例空间和方法空间构成的锅炉智能计算机辅助设计（CAD）的设计对象模型，并解释了运用该模型进行锅炉智能CAD的主要过程.提出了锅炉智能CAD的总体技术方法，即基于案例知识的智能化方案创造、基于确定性过程知识的智能化方案分析、基于约束知识的智能化方案评价，以及基于规则知识的智能化方案调整.开发了锅炉智能CAD系统的总体框架原型，并已将部分功能应用于工程实践.实践表明，上述技术和方法符合实际需求，可有效支持锅炉智能CAD系统的开发.     

河流健康评价的模糊层次与可变模糊集耦合模型

为定量评估河流现状、加强河流的可持续管理及维护区域生态环境,建立河流健康评价指标体系及其评价等级标准,以模糊层次评价法确定河流健康系统各级指标的权重,引入可变模糊集理论,建立河流健康评价的模糊层次与可变模糊集（FAHP-VFS）耦合模型,并以京杭大运河杭州段作为样本进行实例研究.计算结果表明：河流在“岸绿”和“景美”2个一级指标上属于Ⅱ类“健康”状态,在“流畅”的一级指标上属于Ⅲ类“亚健康”状态,在“水清”的一级指标上属于Ⅳ类“不健康”状态,总评价特征值为2.849,运河健康评价综合指标属于Ⅲ级“亚健康”状态.模型充分利用评价指标样本值与评价标准等级及各指标隶属度的评价信息,物理概念清晰,计算结果合理,建模过程直观简便,为河流健康评价以及其他复杂系统的体系评价提供了新的参考方法.     

云计算环境下改进的能效度量模型

针对大规模计算的能效问题,提出改进的能效度量模型,通过“能源”和“效率”2种度量来综合评价系统能效.在“能源”方面,考虑计算机、网络和附属设备的能耗;在“效率”方面,考虑CPU、内存、磁盘以及网络的情况.提出的能效度量模型描述了改进后的能效度量的定义和数学表达,通过实验验证了该模型的合理性.基于该度量模型,评估并分析了MapReduce环境中CPU密集型、I/O密集型和交互型计算的能效,总结了MapReduce环境中的能效规律.     

基于用户心智模型的手持移动设备界面设计

以用户模型内部表征的视觉化为基础，对用户的心智模型与操作绩效进行了认知人机实验研究.16个典型被试参与了实验，实验材料为2套基于“格式-格式”和“格式-栏式”心智模型设计的手机界面.实验结果表明，空间一致性良好的“格式-格式”心智模型比空间一致性不良的“格式-栏式”心智模型所对应的交互绩效高；虽然任务属性的强弱导致了心智模型的强弱，但空间一致性强的系统在交互绩效方面仍然比空间一致性弱的系统表现优秀，这表明心智模型的逻辑一致性是影响界面可用性的一个重要因素.在此基础上，提出了以心智模型为基础的界面交互设计思路，并以手机界面设计为案例得到了验证.     

基于故障树和G2的航天器故障诊断系统开发

在航天器故障诊断系统的开发方面提出了一些新观点.首先,提出了航天器故障诊断的层次诊断结构,给出了4类诊断框架,即系统级诊断框架、分系统级诊断框架、部件级诊断框架和零件级诊断框架.其次,提出了一个层次诊断模型,该模型有4个层次组成,即传感器层、功能层、行为层和结构层,这些层协同工作以实现故障报警、故障诊断和故障定位.再次,提出了面向故障树的基于框架和广义规则的混合知识表示方法及相关的推理策略.最后把故障树和专家系统开发工具G2结合起来并给出了一个航天器电源系统的诊断案例.     

具有积分环节多变量系统的双层结构预测控制

针对双层结构预测控制面对一阶积分过程时无法形成稳态优化模型的问题,基于一阶积分过程的稳态特性,提出“临界稳态”的概念,给出了“临界稳态”状况下的“点”模型,以及“临界稳态”的成立条件(稳定性条件),由此建立积分过程的稳态优化数学模型.双层结构预测控制分为上层稳态优化和下层动态控制.上层稳态优化通过求解稳态优化数学模型得到最优稳态输出目标,下层动态控制使用基于模型的控制方法实现最优稳态目标的跟踪控制.将稳态优化问题求解过程中划分为两个阶段:可行性阶段与最优化阶段.在可行性阶段针对积分过程稳态优化模型中的稳定性条件给出相应的可行性判定与软约束调整算法,从而确保了最优化阶段解的存在性.仿真中,将所提出的积分型双层结构预测控制算法应用在一个多变量积分过程上.该优化控制系统一方面可以计算出系统的最优稳态输出目标,另一方面实现了对该目标的快速跟踪控制.     

基于振动可视化的机械系统级故障诊断方法

基于振动可视化技术与系统级故障诊断理论,提出复杂机械系统故障诊断方法.对于复杂机械设备的振动信号,通过振动可视化技术补充和完善常规监测手段振动信息,同步反映设备多测点在时间和频率上的变化;利用局域波时频分析法处理不同测点振动信号所包含的特征信息,作为系统级故障诊断模型的输入量.首先以功能简单的运动部件为对象研究可视化技术应用的可行性;对复杂机械系统以多通道振动信号分析结果作为输入量,将其应用于系统级故障诊断,建立测试图与诊断图,并利用集团算法求解故障源位置信息.应用结果表明,基于振动可视化技术的机械系统级故障诊断方法能够有效地简化复杂机械系统故障源的确定过程.     

机械系统的故障演化测试性建模及预计

采用部件级及系统级的分层建模思想,提出基于故障演化的测试性建模方法.在部件级,分析系统的故障演化机理,建立描述系统故障与征兆参数的定性相关性矩阵;在系统级,使用键合图的分析方法,建立系统中部件故障与子系统以及系统参数间的能量传递关系,进而获得征兆参数与测试间的动力学关系.在考虑故障可检测率、故障可隔离率的基础上,以故障可预测率以及故障可跟踪率分别描述系统对故障的检测、隔离、预测和跟踪的测试性水平.案例分析结果表明:故障与征兆参数的定性关系以及征兆参数与测试的动力学关系能准确刻画机械系统中故障演化与测试的关系,在此基础上提出的测试性预计方法能够有效评估机械系统对故障的检测、隔离、跟踪和预测能力,有助于提高机械系统对故障演化的跟踪和对失效的预测水平.     

车间生产精益驾驶舱数显参量设计与计算

基于车间生产精益驾驶舱的管理思想,设计了精益驾驶舱仪表盘.在分析仪表盘设计参量指标内容和选取原则的基础上,构建仪表盘参量指标体系.结合工位信息模型、车间工位级实时数据采集以及现场生产管理仪表盘参量指标体系,分析从可采集的车间生产现场数据到生产系统运作参数设计过程,提出驾驶舱参量指标的计算模型——“数据-参量转换公式组”.以某玩具机器人装配生产过程为例开展了实例研究,从而验证了指标体系结构的合理性和计算模型的有效性．     

通讯访问约束下的线性系统参数可辨识性

考察了线性离散时间随机系统在访问约束下的模型参数在线辨识问题.对于参数的变化为Gauss Markov过程描述的时变线性多变量系统,将其输入输出模型转化为状态空间模型,即可使时变参数的在线辨识问题转化为系统状态估计问题.对于系统中存在的因访问约束造成的有限通讯,采用一个二值向量函数描述系统中各个信号的通讯状态,其中“1”表示该信号被传输,“0”表示通讯中断.运用信息论的测度和方法,根据由互信息定义的可辨识性概念,讨论了线性时变系统的参数在线可辨识性问题,得出在输出检测信号传输存在访问接入约束情况下的参数可辨识性条件.理论分析和仿真结果表明：在通讯访问受限的条件下,系统存在合理的通讯接入策略,使其保持模型参数的可辨识性.     

基于传动可供性评价的机械系统方案设计方法

针对基于功能的设计方法无法将非功能性作用融入机械系统方案设计阶段的问题,提出传动可供性评价的机械系统方案设计方法. 给出传动可供性定义;构建设计需求、传动类型、传动元件、传动可供性的关联关系模型;以设计需求为统一颜色、传动类型为个人颜色、传动件为元素、传动可供性为约束、传动可供性性质为约束统一颜色,建立机械传动系统多色模型. 通过设计需求与传动类型、传动类型与传动件围道推理及合取规则,获得传动类型组合方案粗糙集. 考虑机械传动件约束统一颜色评估为设计准则,以功能可供性信息量最小、非功能可供性理想度最大为综合评价目标,建立传动元件配置优化多目标0-1线性规划模型. 借助跳跃路径二进制位置更新机制和多样性测度维护的布谷鸟算法求解最优传动系统配置方案. 以实例验证该方法的有效性.     

A mechanical system to predict wet grip potential of pavements

A precise friction model is essential for the prediction of tyre wet grip performance and optimization of pavement surface texture design. A mechanical system for predicting the wet grip potential of asphalt pavement was systematically presented using an extended rubber material model by a time step integration scheme. This analytical approach was transferred to a 2D numerical multi-body system consisting of interconnected masses, coupling spring and elementary rubber element of a generalized Maxwell model of rubber tyre tread. The system consists of two basic modules with the same program structure and algorithm, considering the frequency-, temperature-, and strain-dependency behaviors of the complex dynamic modulus of rubber element. The dependence of penetration depth and friction coefficient on the velocity was simulated and validated. It can be concluded that this system can be used for predicting the wet grip potential of asphalt pavements.     

面向机械创新设计的概念结构模型

在机械创新设计中,结构设计是一个不同抽象层次结构的演化过程,但目前基于特征的机械结构模型还难以适应结构演化的需要。文中从结构抽象与演化特征出发,提出了面向机械创新设计的概念结构模型,将结构信息统一用逻辑方法在概念模型中表示为精调而装配模型、零件模型和几何模型则由概念模型产生。该模型所具有的动态性使其既满足多抽象层次表示机械结构的需要,又符合设计思维的要求。     

Research on generalized optimization process for mechanical product

The generalized optimization process for mechanical product is proposed which includes functional optimization phase, conceptual design optimization phase, technical design optimization phase (that is further divided into product modeling phase, optimization process scheduling phase, optimization modeling phase and multi-computer collaborative optimizing phase), and result analysis and evaluation phase. The characteristics of the generalized optimization are incarnated such as oriented to the design of entire system, whole process and overall performance of a product and combined with human intelligent and artificial intelligent optimization. The functions and the achieved strategies of each key phase in the generalized optimization process are discussed. A prototype of the generalized optimization supported system for mechanical product is preliminarily established.     

一个新的广义彩色视觉密码方案

视觉密码方案具有在译码阶段不需要计算的优点．改进的视觉密码体制在译码阶段只需要少量的计算．基于改进的视觉密码体制,提出一种新的广义(k,n)灰色视觉密码方案,该方案将256个颜色的灰色图像隐藏在多个不同的彩色图像当中;同时针对计算机系统还给出两种无条件安全的广义(k,n)彩色视觉密码方案．     

高可靠多阶段任务系统可靠性仿真的高效方法

Markov模型法和直接仿真法在分析高可靠多阶段任务系统（phased mission system,PMS）的可靠性时都存在局限性。首先给出了多阶段任务系统的描述模型,并剖析多阶段任务系统可靠性分析过程的实质。而后,介绍了一般高可靠任务系统可靠性仿真的高效方法——结合强制法和失效偏倚法,从理论上证明了结合强制法和失效偏倚法对高可靠多阶段任务系统的可靠性仿真同样是适用的,并针对多阶段任务系统变结构的特点详细给出了多阶段任务系统仿真结果统计的流程。通过案例,验证了结合强制法和失效偏倚法在多阶段任务系统可靠性分析中的正确性与高效性,并探讨了其在不同高可靠量级下的多阶段任务系统的适应性。     

考虑损伤累积的圆钢管本构模型力学行为特点与数值分析

由于单层网壳结构主要以圆钢管为主,因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为。为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响,本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象,通过与Prandtl-Reuss材料本构模型在屈服准则、弹性刚度矩阵、弹塑性刚度矩阵、加载准则、流动法则及应力跌落等方面的对比,分析其力学行为特点,给出其数值积分格式,并基于有限元软件ANSYS开发了考虑损伤累积的用户材料子程序,采用该子程序研究了单层网壳在强震作用下的动力响应。结果表明：Prandtl-Reuss材料模型高估了单层网壳结构的抗震性能,考虑材料损伤累积的结构失效时,结构动力极限荷载相比于P-R模型降低了12.24%,绝大多数杆件全截面屈服,形成大量塑性区带;损伤累积效应一方面会降低结构的动力极限荷载,扩大损伤分布,加深损伤程度,加速结构破坏进程,另一方面也将造成结构的失效模式由动力失稳向强度破坏转变。本文基于有限元软件ANSYS开发的考虑圆钢管损伤累积的材料子程序具有较高的计算精度,且其数值积分策略及用户材料子程序有效、可行,能够为单层网壳结构的抗震性能提供更加精确的分析与工程设计。     

超声振动主轴关键部件设计与动力学分析

为实现超声振动钻削加工,需设计超声振动主轴系统。而主轴系统中声振部件是最关键的部件。本文首先提出了一套用于微细孔加工的轴向超声振动钻床主轴的关键部件的设计方案,通过分析超声振动钻削主轴的基本工作原理,确定了主轴关键部件的结构选择和设计方法,进一步对主轴关键部件的连接进行改进。随后对主轴关键部件建立动力学模型,并应用Ansys Workbench软件对其进行了动力学分析,得到了关键部件的模态和谐响应特性,动力学分析验证了设计的可行性,最后通过钻削实验实现了难加工材料的微细孔振动钻削。     

机械设计专家系统的分层动态知识库及回溯策略

本文结合作者在IMB-PC机上开发的用于机床主轴部件设计的专家系统ESMTSPD,描述了ESMTSPD系统的分层结构,并在此基础上,提出了机械设计专家系统的分层动态知识库(HDKB)模型以及使用该模型时的推理策略。本文还描述了目标回溯策略,该策略为常规型机械设计专家系统实现再设计提供了一种有效的方法。     

基于信息公理的设计方案模糊评价方法研究

针对现有模糊信息公理方案评价方法在指标确定和隶属函数选择方面存在的不足,提出了一种改进的设计方案评价方法. 首先根据公理设计原理,建立了目标域与指标域间之字形映射模型,确定了产品设计方案综合评价指标体系;其次根据指标值与设计范围的关系不同,将评价指标划分为不同类型,并采用正态模糊分布曲线描述各自隶属度,提出了相应的指标信息量计算方法;最后给出了基于信息公理设计方案模糊评价方法流程. 通过机械式停车设备的方案评价验证了该方法的可行性和有效性.