与应用实践相结合是基金成果向生产力转化的关键

在国家自然科学基金及后续配套基金的资助下,开展复杂技术系统优化方法学的研究,取得学术理论与实践应用的双丰收,其主要经验是：立题出于解决工程问题所需执行过程密切结合典型应用实例,研究结果不仅以论著形式发表,更重要的是通过应用实践来检验。     

基于产品基因的概念设计

提出了一种基于特征的、通用的功能表达模型。通过对生物基因工程与产品原理方案设计的系统类比,引出产品原理方案设计中的信息遗传基础“产品基因”的概念,提出了“产品基因”的“转录”、“翻译”、“复制”以及“逆转录”机理,揭示了产品基因在功能设计与原理方案设计之间的桥梁作用。建立了基于产品基因遗传和重组的概念设计框架,并以一种新型硬币分离装置的原理方案设计为例进行验证。结果表明,该框架显然有助于产品概念设计阶段的原理创新。     

基于共生进化原理的功能结构设计

从生物的共生进化模式得到启发,从设计认知的高度,系统地总结了基于共生进化原理的共生功能之间的关系,包括“提供作用条件”关系,“消除有害副作用”关系和“消除有害环境影响”关系三类。这些关系为系统地解决创新设计中基于可行原理解的功能结构设计问题奠定了基础。在此基础上提出了集成原理方案设计和功能结构设计的计算机辅助概念设计的进程模型。该进程模型能根据实际创新设计环境以及候选原理解的作用条件、副作用和环境影响,在求解过程中动态地生成待求产品的功能结构,符合设计师的思维习惯。最后给出了模型应用实例。     

盘式制动器的全性能优化设计

基于广义优化理论，通过对盘式制动器的深入分析，以制动减速度、热衰退率、热恢复率差、材料成本、加工成本为优化目标，全面考虑技术性、经济性和社会性，建立了盘式制动器设计方案全性能优化模型。以实际制动器的设计参数作为初始方案，采用改进的差分进化算法进行优化设计，在保持热衰退率和热恢复率性能不劣化的情况下，制动器的制动性能和经济性能得到显著提高。     

基于虚拟样机的挖掘机器人轨迹规划控制仿真和优化技术研究

阐述了用虚拟样机技术进行挖掘机器人轨迹规划控制的仿真和优化的必要性;提出了轨迹规划控制的实现方案,分析了关键技术及其解决方法,重点研究了用挖掘机器人虚拟样机进行控制系统参数优化和轨迹规划仿真实验的方法,并以动态响应特性的仿真为例,用物理样机的相应实验结果验证了虚拟样机轨迹规划控制仿真实验模型的正确性;借助在虚拟样机上的仿真实验,分析了液压系统流量分配对轨迹规划效果的影响,提出了轨迹规划的改进措施,用以提高轨迹规划的速度和轨迹跟踪的精度。     

基于敏度分析和知识推理的产品协同决策

在对产品设计进程组成元素及其信息关联关系描述的基础上,针对设计中的连续和离散问题,提出基于敏度分析和知识推理的产品协同设计决策方法,给出几种敏度分析和知识推理方法及基于敏度分析和知识推理的产品协同决策进程。提出和实现了基于Agent的软件系统结构,以数控机床进给伺服系统的快速性耦合设计任务和同轴减速器零部件设计任务为例对协同决策进程及软件系统进行了说明。证明上述方法和系统可以快速地实现设计参数、上下游耦合设计任务之间的冲突检测和消解,减少设计迭代,提高机电类产品设计、协商的效率。     

磁流变减振器滞环特性试验及建模方法

由于磁流变减振器数学模型滞环特性描述通常不能兼顾简洁、精确,而限制其实际工程应用,因此,设计用于数学模型,参数辨识和验证的几组不同的连续变化的激励振幅、频率和电流强度,并应用实物磁流变减振器进行动态特性测试。根据测试结果分析无电流输入以及激励位移、速度和电流强度变化时,磁流变减振器的弹性、阻尼、电流饱和等基本特征的动态非线性特性。依据试验分析结合非线性粘塑性模型和简单非线性Bingham模型,提出应用神经网络理论中神经元S型传递函数,实现减振器活塞运动方向发生变化时力―速度特性模型中阻尼力的平滑过渡;同时借鉴非线性滞环双粘性模型以活塞加速度方向的变化,判断压缩屈服和拉伸屈服两个不同过程的方法,建立描述磁流变减振器滞环特性的数学模型。进一步分析所建模型中可控阻尼力部分各个参数的物理意义。通过试验数据对S型滞环特性数学模型进行参数辨识,并重点分析速度―力特性曲线所形成滞环的斜率及宽度相关参数的可控特性,最后以试验数据验证S型滞环模型的正确性。     

基于模糊聚类的零部件重组策略与方法研究

综合考虑基于同构、几何、精度、材料、性能等属性的冗余零部件相似准则，建立了问题的形式化描述模型，采用欧几里德贴近度来计算零部件之间的相似度，提出了基于模糊聚类的重组算法，探讨了重组方案的分析和调整策略。以摩托车液压盘式制动器的制动盘重组为实例，证明了基于模糊聚类的零部件重组策略和方法具有一定的有效性。     

基于成本聚类的产品设计早期阶段成本估算模型

针对产品适应性设计或变型设计早期阶段难以进行精确成本估算的特点,提出大样本条件下基于"成本聚类"的成本估算模型.通过计算参考样本和待估算产品的欧氏距离考察二者的相似度,以欧氏距离集为初始数据分别构造差异矩阵、距离矩阵和相似矩阵,实现对样本的成本聚类分析过程,最终筛选出与待估算产品最相关的样本集合,得到待估算产品成本可能落入的区间.以液压盘式制动器的制动盘零件为实例,验证方法的有效性.试验结果表明,该模型能够有效区分估算样本的相对优劣.     

支持产品设计全过程和全性能的潜模型理论

针对现有产品设计中信息不全和无法满足并行设计渐进的动态需求问题,以传统逻辑论和信息论中的潜模型理论为基础,结合产品设计进程中变量、目标与约束等信息的扩张过程,提出了产品设计广义潜模型与狭义潜模型理论.采用复杂函数的多阶段分解法和置信度建序法,实现了传统函数的潜模型改造,将传统的面向单点的产品信息模型扩展为面向进程的过程模型,并提出了基于敏度分析的设计导向机制与潜模型的有效推理运行机制,为该理论的实际应用奠定了基础.最后,以挖掘机设计目标为例,进行了函数改造说明.