仿生管理学研究的对象与规范

仿生管理学是通过研究生物系统的结构和性能,为社会组织管理提供新的思想观念及工作原理的一门学科。仿生管理学研究在我国尚属起步阶段,探讨研究的对象(基本领域与课题体系)以及研究的规范(科学依据与规范化)是必要的。

基于仿生管理学的输血信息系统架构设计

目的建设便捷、高效、智慧的输血信息系统,提升服务品质以满足临床、管理的需要,将"品质安全"的核心理念通过信息系统加以落实。方法以医院仿生管理学为理论基础,构建输血信息系统架构。结果以仿生管理学为理论构建的输血信息系统完全实现了设计目标,很好地满足了各类用户的需求。结论整体性、自然协调性、生态性、成长性、思想文化性这些仿生管理学特性对医院信息系统的架构设计能够起到较好的指导作用。

常规管理与仿生管理理论在儿科呼吸内科管理中的应用

目的评估儿科呼吸内科管理中采用常规管理与仿生管理理论的应用效果。方法纳入2020年7月—2021年7月该院儿科呼吸内科护理人员62名,根据随机数表法进行分组,每组31名。对照组给予常规管理,观察组采用仿生管理理论,将两组儿科呼吸内科的管理效果进行对比。结果观察组护理不良事件(包含用药错误、静脉渗漏、摔伤、坠床)发生率(0.00%)低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组护理满意度(96.77%)高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组科室管理质量评分高于对照组,包含专业技术(95.46±2.15)分、管理流程(96.15±2.08)分、环境管理(97.12±0.52)分、药物服务(96.79±2.80)分、工作质量(97.85±1.56)分和工作效率评分(98.08±1.11)分均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论儿科呼吸内科管理中采用仿生管理理论的效果优于常规管理,可以降低护理不良事件概率,改善护理满意度,提升科室管理质量。

基于模糊综合评判的企业仿生管理模式选择评价

仿生是一种理念,仿生管理模式是目前一个非常活跃的研究课题。从六个角度建立了企业仿生管理模式评价指标体系,运用模糊综合评价理论,对仿生管理模式进行综合评价,结果表明,专性互利共生的仿生管理模式运行效率最高。

中小型塑料企业仿生管理模式的运用探究——评《企业仿生学》

随着可持续发展理论的不断深入,环境问题与企业经营现状之间的矛盾也逐渐加剧,因此,相关专业的研究学者和企业领导者对企业的成长战略问题进行了深入分析。企业的产生、成长、成熟、衰退以及消亡是一个周期性的过程,与生物的生命过程具有较高的相似程度。所以,想要使企业获得长久的发展,必须要将其作为一个生命体来对待,对其生长中的每一个过程都进行合理规划和安排,从而实现其生命的意义。企业内在的成长过程与依存的外在市场环境系统所呈现出来的生物性,为仿生化的研究提供了众多可能,在此前提下《企业仿生学》一书应运而生。

基于凌阳SPCE061A的仿生管道机器人控制系统

根据仿生管道机器人的功能特点和控制任务,构建了一套完整的直流电机控制系统,实现了机器人各构成模块的有序控制,使机器人能够模拟生物"椎骨-肌肉-椎骨"的形式,配合蠕动式推进方式,在重力、弹簧张力和钢丝拉力的共同作用下,实现机器人在管道中的可靠行进、自主择径和灵活转向,圆满完成了预期的控制任务。

受电弓仿生导流罩对高速列车横风气动特性影响研究

横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全。受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为重要。以鞘翅目生物形态为原型,构建受电弓仿生导流罩几何外形,并以8车编组高速列车为基准,建立4种不同的计算模型:原始模型(模型Ⅰ)、仅受电弓Ⅰ加装导流罩(模型Ⅱ)、仅受电弓Ⅱ加装导流罩(模型Ⅲ)、受电弓Ⅰ和Ⅱ均加装导流罩(模型Ⅳ)。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,分析不同方案下高速列车整车以及受电弓区域的横风气动性能。研究结果表明:安装受电弓导流罩后,气流更为平顺地越过受电弓区域,阻滞效应减小,下游车体顶部和受电弓Ⅱ(升弓)区域的气流速度有所增加,同时造成列车背风侧的流场结构改变。相比原始模型(模型Ⅰ),导流罩模型(模型Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)均可减小列车气动横向力和倾覆力矩,其中模型Ⅱ和模型Ⅲ的横向力分别减少9.65%、4.18%,倾覆力矩分别减少11.47%、4.37%;受电弓Ⅰ与受电弓Ⅱ均被包裹的模型Ⅳ效果最为显著,8车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少11.39、16.81%。研究成果可为横风环境下新一代高速列车受电弓区域优化设计提供参考。

茶园仿生往复式开沟松土机设计与试验

丘陵山区茶园土壤板结、石砾较多,使用传统旋转或移动式开沟机会出现打石跳刀、刀具无法入土、开沟不深、作业阻力大的问题。为此,依据人工铲土具有自发性以最低功耗完成最优作业路径的特点,设计仿人工铲土动作的曲柄摇杆式开沟装置,并研制小型茶园往复式开沟松土机。通过分析人工使用铁锹铲土的动作,建立入土、切土、抛土的运动模型,基于Matlab软件分析得到人工铲土时铁锹锹尖运动轨迹的拟合方程,以此方程为基准,建立曲柄连杆机构的目标函数,结合约束条件解出曲柄摇杆机构结构参数,同时对开沟铲进行开沟阻力分析,确定开沟铲的结构参数。建立Recurdyn和EDEM耦合的开沟铲-土壤互作仿真模型,并进行三因素三水平正交试验,对作业和结构参数进行优化,得到最优参数组合:机器前进速度v为0.06 m/s、曲柄转速n为42 r/min、入土倾角φ为80°。田间试验结果表明,茶园往复式开沟松土机作业平均开沟深度为211.5 mm,开沟功率为0.119 kW,沟深稳定性系数为90.9%,相较于传统旋转式开沟机,开沟功率降低6.3%,沟深稳定性系数提高3.1个百分点,整机作业质量满足茶园农艺要求。

基于蜂窝仿生流场的质子交换膜燃料电池的性能研究及优化

为了增强质子交换膜燃料电池(PEMFCs)内部燃料分布的均匀性与水管理能力,本文研究了一种新型的基于仿生结构的蜂窝仿生流场。首先,根据蜂窝结构特征,搭建出三维多相流非等温几何模型并确立PEMFC的数学模型;其次,采用计算流体动力学Fluent软件对模型进行无关性与有效性验证,并对蜂窝仿生流场和常规平行流场的电池性能和燃料分布进行了模拟分析;最后,对比极化性能、气体流速分布、燃料与液态水组分浓度和电流密度分布,验证了蜂窝仿生流场设计的有效性。研究结果表明:采用蜂窝仿生流场的电池峰值功率密度比常规平行流场高15.6%,其内部水管理能力和燃料分布均匀性均强于平行流场;左端进气的蜂窝仿生流场比采用上端进气的蜂窝仿生流场在气体通路内具有更均匀的气体压力,可有效避免流道内产生局部涡流,其峰值功率密度可以达到0.3933 W/cm2。

氧化石墨烯辅助仿生矿化原位合成羟基磷灰石

羟基磷灰石(HAp)是一种与人体骨骼成分类似的无机材料,具有良好的生物相容性。本文以氧化石墨烯(GO)为模板,通过模拟体液(SBF)仿生矿化原位合成了HAp纳米粒子。通过SEM、XRD、EDS和拉曼光谱等测试分析研究了矿化时间、SBF/GO体积比对矿化产物物相组成、形貌和结构的影响。结果表明,矿化处理后的GO表面形成了大量均匀分布的类骨HAp。随着矿化时间延长和SBF体积占比增大,矿化产物的尺寸及数量增大,GO层间距逐渐扩大。本研究验证了GO辅助合成HAp的可行性,拓展了仿生矿化法的应用领域。

仿生正形尾鳍结构微通道流动与传热特性数值研究及结构优化

基于鱼类尾鳍在流动过程中的重要作用,仿生设计并建立了正形尾鳍结构微通道物理模型,研究了仿生尾鳍肋间距对微通道综合传热性能的影响,提取了尾鳍结构凹陷长轴相对长度Dt/Wch、决定尾鳍结构最大宽度的bt/Wch以及决定尾鳍结构最大高度的张角αt三个结构参数,数值分析了结构参数对仿生微通道平均摩擦因数、平均Nusselt数、综合性能因子以及热阻和泵功的影响规律;并通过均匀试验分析回归拟合和遗传算法多目标优化得到了正形尾鳍结构参数的最优解。结果表明,综合性能因子随着仿生肋间距的增大而减小,当间距为4 mm时,正形尾鳍结构微通道的综合性能因子变化范围为1.74~1.89,综合传热性能明显优于矩形光滑通道;随着Dt/Wch的增加、bt/Wch的减小或αt的增加,尾鳍结构微通道的综合传热性能提升,其中凹陷长轴相对长度Dt/Wch和高度张角αt影响较大。结构参数为Dt/Wch=0.476、bt/Wch=0.135、αt=146.96°时,微通道性能有较大提升。

侧喷射流的仿生鱼表面减阻优化研究

为了研究射流孔结构参数对水下射流减阻的影响,以金枪鱼为仿生对象建立仿生鱼模型,通过模拟鲨鱼鳃在仿生鱼模型侧面添加射流孔建立了射流模型.采用数值模拟方法,分析主流场速度及射流孔的形状、高度、位置、高宽比等单因素对仿生鱼表面减阻的影响规律.通过Design-expert软件对射流孔的结构参数进行响应面多目标参数优化,进一步分析了不同射流孔的结构参数在相互作用时对仿生鱼表面减阻的影响,最终确定了在距离鱼首5 mm处添加形状为后三角形,高度为6 mm,高宽比为4的射流孔时能够达到比较理想的减阻效果,此时模型的总阻力为2.51021 N,相应的减阻率为6.49%.本文通过深入分析射流孔结构参数的影响,为水下射流减阻技术提供了重要的理论基础和实验指导,为仿生技术在水下流体力学领域的应用拓展了新的可能性.

基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法

针对传统三维打印采用的诸如网格、三角等均匀同构介观结构填充存在结构效率低、与承载零件应力场不协调等问题,受自然生长的木纹可提高木材整体性能的启发,提出基于图像识别仿生木纹的三维打印路径规划方法,旨在借鉴木材的纤维排布以改善零件的机械性能。通过木材铣削分层,依次提取各层图像木纹并生成对应打印路径,并逐层打印出仿生木纹试件。拉伸试验结果表明:相比同质量的网格填充、三角填充、直线填充三种传统均匀同构填充试件,基于仿生木纹的非均匀异构打印试件最大拉伸载荷分别提高了115.03%、72.89%、64.39%,证明了基于仿生木纹的非均匀介观填充结构能够显著提高打印件拉伸强度。

仿生六足折纸机器人结构设计与运动分析

针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下,该机器人单足具有2个自由度,此时将机器人腿部顶点等效为关节,轴线折痕等效为连杆,建立机器人腿部的平面连杆等效模型,并以折面夹角为运动变量,通过仿真计算得出机器人足端的理论运动范围.利用楔形面板技术对折面增厚并避免相邻折面发生物理干涉,建模得到折纸仿螃蟹六足机器人的三维模型.基于平面连杆的等效模型,分析折面夹角与足端运动之间的联系,设计确定机器人的足端运动轨迹与运动步态.利用3D打印技术设计并制作折纸仿生六足机器人试验样机,基于STM32单片机控制实现了机器人三横向角步态运动.结果表明,该折纸仿生机器人可以实现平面构型到仿螃蟹构型的转换,在6条腿的协同运动下,机器人可以平稳地左右横向移动.

仿生太阳能驱动界面蒸发器的进展与挑战

太阳能驱动界面蒸发(SDIE)作为一种高效、可持续的水资源获取方法,近年来受到了广泛的关注。基于仿生原理设计的太阳能驱动界面蒸发器在提高能源转换效率、降低盐结晶和抗污染等方面展现了巨大的潜力,在解决淡水资源紧缺和能源短缺等问题上发挥重要作用。该文梳理了近年来的仿生学在SDIE领域的应用,对比了仿生太阳能驱动界面蒸发器的结构、性能和仿生机理,探讨了不同类型仿生太阳能驱动界面蒸发器的优缺点,分析了仿生太阳能驱动界面蒸发器所面临的共性问题,并提出了未来的研究挑战。

吸气预冷发动机预冷换热芯体仿生结构设计发展趋势与展望

现有超高声速飞行器预冷组合循环发动机空气预冷器内部一般由多组微细管束组成,工作过程中存在流致振动大、加工要求高等问题,因此,有必要对预冷器换热芯体进行改型设计,并对其开展进一步的流动换热研究。本文首先分析了基于仿生分形的预冷器换热芯体改型需求;然后梳理了仿蜂巢分形、树状分形与生物表面混合结构在新型预冷芯体强化换热上的应用,以及仿生物体凹凸表面结构、疏水结构在降低预冷芯体内通道表面流阻、抑制结霜上的应用,给出了3种可适用于空天领域的“筒状”仿生预冷换热芯体设计案例;最后总结并展望了仿生微通道换热结构与预冷器换热芯体设计结合的发展前景。

增效型无土相仿生油基钻井液技术的研究与应用

针对深井超深井钻井过程中钻遇高温高压、井壁失稳及井下复杂情况的难题,基于仿生学、超分子化学以及岩石表面润湿性理论,通过优选仿生增效剂、仿生提切剂及仿生降滤失剂,配套相关处理剂,最终形成了一套适用于深井、超深井地层钻探的增效型无土相仿生油基钻井液体系。研究发现,建立的增效型无土相仿生油基钻井液体系可抗220℃高温,配制密度为2.4 g/cm^(3),破乳电压大于400 V,高温高压滤失量为3.2 mL,人造岩心在该体系中220℃下老化后的抗压强度达到7.1 MPa,平均渗透率恢复值为93.9%。现场应用情况表明,体系流变性能稳定,平均机械钻速比邻井提高16%,平均井径扩大率仅为1.25%,可有效解决深井超深井钻井过程中出现的井壁失稳难题,为我国深井超深井的钻探提供了技术保障。

气囊仿生助产联合骨盆摇摆运动在高龄初产妇分娩中的应用效果

目的探讨气囊仿生助产联合骨盆摇摆运动在高龄初产妇分娩中的应用效果。方法选取2021年3月-2022年10月于我院分娩的高龄初产妇150例,按随机数字表法分为对照组和观察组,各75例。对照组实施骨盆摇摆运动分娩,观察组予以气囊仿生助产联合骨盆摇摆运动干预。比较两组分娩方式、产程、产后2h出血情况及不良妊娠结局发生情况。结果观察组阴道分娩率高于对照组,剖宫产率、阴道助产率低于对照组(P<0.05);观察组第一、第二、第三及总产程时间均短于对照组(P<0.05);观察组产后2h出血量少于对照组(P<0.05);两组新生儿窒息发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论气囊仿生助产联合骨盆摇摆运动应用于高龄初产妇分娩中,可有效提升阴道分娩率,加快产程进展,减少产后出血量,降低不良妊娠结局发生率。

可持续理念下藤编家具形态仿生设计研究

目的为进一步提升产品的可持续性应用价值,提出了可持续理念下产品形态仿生设计路径,以藤家具为研究对象,探寻藤编家具的可持续设计创新。方法首先,采用文献研究与田野调查相结合的方法,梳理国内外藤编家具的设计研究现状,总结藤编家具行业的现存问题;其次,利用问卷调研法确定用户需求及仿生对象,借助AHP(层次分析法)决策分析原理选择最佳的仿生设计元素,并应用可持续设计策略对藤编家具进行设计创新;最后,采用LCA(生命周期评价)进行设计方案的可持续性评估,确定了综合水平高的方案。结论通过构建可持续理念下产品形态仿生设计路径,提出产品领域应用的可持续设计策略,并应用于藤编家具设计实践,结合用户调查和专家打分,从元素提取、方案设计和方案评估三个方面验证路径的可行性及有效性,为藤编家具的可持续创新提供新思路。