复杂系统测试性设计与故障诊断策略研究进展

测试性设计是提高系统可靠性、安全性、维修性、保障性的重要前沿技术,决定了系统故障检测率和隔离率,直接影响系统的维护(测试)成本。系统测试性设计包含结构化设计、模型化设计、数据驱动设计等多种设计策略。其中,数据驱动设计于近年逐渐兴起并成为重要发展方向之一,该类方法通过对系统测试与故障之间的关系进行建模,依据测试结果进行故障推理,形成故障诊断方案。首先,简要回顾了系统测试性设计的发展历程;其次,重点介绍了测试性设计的研究进展,分析总结了结构化、模型化、数据驱动3类测试方案;然后,介绍了测试性诊断策略构建,根据测试方案中的建模方法确定诊断策略的构建技术,并总结归纳了每类技术的研究特点和适用性;最后,探讨了当前复杂系统测试性设计面临的挑战性问题和可能的未来研究方向。

技术与商业驱动的群智创新设计

目的结合人工智能时代下社会面临的新问题及现代设计的新使命,提出了技术与商业驱动的群智创新设计思维。方法以设计全球化、新一代人工智能及数字化生存现状为时代背景,阐述了群智创新设计在新时代下的创新本质,并从技术和商业的多元视角阐述了群智创新设计的多元内涵。结果构建了以设计为牵引,技术与商业驱动的群智创新设计模型,并结合具体案例阐述了群智创新设计的优势。结论群智创新设计注重智能技术和群体智慧的结合,是一场复杂系统层面的螺旋式创新演化。以设计为牵引、技术为支撑、商业为激励的群智创新设计方法借用现代网络平台优势及大数据、人工智能、区块链等信息技术赋能,利用群体智慧的协同作用,聚集社会中更多、更好的知识源,以助力创新创造,为社会创造共赢价值。

高职“机械设计基础”课程混合式教学改革创新路径研究

基于“机械设计基础”这门课程的特点和高职学习者学情,探索“学做研创”专业基础课程改革路径,通过设计不同的产品结构设计主题,以机械产品设计为主线,有机融入“机械原理设计→机械结构设计→机械产品评价”教学方式,创新实施基于成果导向的“1+1+N”线上线下混合式教学模式,以宿舍为单位组建学习型组织,团队协作完成不同难易程度的机械作品以检验学习成果,实现“教与学、学与做、做与创”深度融合,让“学习者成为课堂主体”“教师成为课堂主导教练员”,打造高效优质金课堂。

新医科背景下医学生的Python课程教学设计与实践

在新医科背景下,分析医学生开设Python编程课程的重要意义。针对在医学生Python教学中存在的挑战,从课程组织、教材选择、课程设计和教学模式等方面,将医学数据管理与Python编程教学深度融合,设计并实践了新的Python课程教学方法。经过4年多的教学研究实践,将Python的代码实现与医学知识相融合,启发学生通过实际医学项目应用他们所学的知识,培养学生的问题解决和数据分析能力。通过设计调查问卷和形成性评价的形式对课程实施效果进行评价,课程在增强学生学习Python编程兴趣和提高Python应用能力方面收到了很好的效果。课程组以高质量教育培育高水平、高素质、高融合医科人才为目标,通过医学信息数据处理案例为中心组织课堂,紧跟人工智能、深度学习等新技术,培养新医科人才,服务于“健康中国”大目标。

数据驱动的鞋楦设计现状及发展综述

鞋楦是制鞋成型过程中的模具,是链接足与鞋的重要纽带,传统的鞋楦设计囿于楦师手工和经验,难以实现高效准确的大规模个性化定制。鉴于此,本文结合数字智能化技术的发展,对比国内外鞋楦设计的研究现状,明确当今鞋楦设计的趋势和我国在该领域面临的挑战;提出了数据驱动的鞋楦设计内涵、优势及新特点;介绍了数据驱动的足-楦一体式设计流程,为鞋楦领域研究人员提供参考与借鉴。

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。

旋翼无人机仿生栖息机械臂设计

为满足旋翼无人机执行林区内定点监测、侦查等任务,通过对鸟类栖息过程研究及腿足仿生研究,设计一种仿生栖息机械臂。对整机进行模块化设计及运动学分析,腿部模块使用机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,ADAMS)进行运动学轨迹仿真,爪部模块使用D-H(Denavit-Hartenberg)参数法取得趾尖运动学方程,通过MATLAB仿真得到爪部模块趾尖的工作空间点云分布。制作样机搭建试验系统,分别对趾部活动范围以及整机栖息能力进行试验验证。该设计结构简单,易操控,可完成试验室阶段的栖息行为。

设计介入非遗助残行动者网络的策略研究

保障残疾人就业是共同富裕的重要体现。目前手工艺类非遗项目与残疾人结合的方式得到了广泛的关注,但项目可持续性、多方人员的参与程度等方面还存在欠缺。在前期调研的基础上,通过多个非遗助残案例的综合分析,以行动者网络理论为框架,对利益赋予、征召和动员3个环节作了重点研究,指出其不足之处表现为教学模式落后、产品形式单一、体验空间缺失等。从设计的角度出发,依据行动者网络的运行流程提出了非遗助残行动者网络构建的策略。

剪力墙结构智能化生成式设计方法:从数据驱动到物理增强

建筑结构的智能化方案设计是智能建造的重要内容。既有研究提出了基于深度神经网络的剪力墙结构生成式设计方法框架、智能设计算法、设计性能评价方法等,完成了从数据驱动到物理增强的智能化设计方法的发展,但目前尚未有研究针对不同设计条件下数据驱动和物理增强方法的设计能力进行详细对比,且基于计算机视觉与基于力学性能的评价方法尚未有明确的关系,难以有效保证计算机视觉评价方法的合理性。基于深度生成式算法对比和算例分析,开展数据驱动和物理增强数据驱动方法的详细对比,并进一步验证基于计算机视觉评价与基于力学分析评价方法的正相关性。结果表明:数据驱动的方法易受到数据质量与数量的约束,而物理增强数据驱动的方法设计性能更加稳定,基本摆脱数据质量和数量的约束;基于计算机视觉综合评价指标SCV的合理性阈值为0.5,对应力学性能差异约为10%。

基于Robotstudio的工业机器人课程教学设计与实践

阐述工业机器人实训课程教学实践,将Robotstudio软件融入课程教学中,探讨以实例项目驱动的教学内容设计,以虚实结合手段提升课堂教学效果的教学模式,从而实现教学与实践的统一。

模拟集成电路设计课程实验项目驱动式教学改革

基于高校模拟集成电路设计课程实验项目分散且教学目标不明确,缺乏系统性和工程应用性,提出了项目驱动式教学改革。以与企业合作的工程项目为基础设立实验项目,并分解成由易及难的多个实验题目,分阶段、分步骤完成实验内容,最终完成模拟集成电路设计全流程实验,以“带隙基准电压源芯片全定制设计实验”为例阐述了实施步骤。课程实验项目采用驱动式教学加深了学生对课程内容的理解,有助于培养学生扎实的工程实践能力。

一种新型足底驱动式康复机器人的设计与分析

针对当前下肢运动障碍患者较多,不同康复阶段的患者,康复训练需求存在差异性的现状,设计了一种运动轨迹和幅度都可以调节的足底驱动式下肢康复机器人。该机器人包括一个靠背角度、椅面高度可调的座椅和一组运动轨迹、幅度可设定的五杆运动机构,能够适用于不同身高和不同康复期的患者。首先,依据患者的下肢训练需求完成了康复机器人的结构设计;然后,建立了足底驱动式康复机器人和人体联合运动的模型,并对该模型进行了运动学正分析,从而证明所设计的足底驱动式康复机器人有实现个性化下肢康复训练的可能性;最后,分析了下肢运动轨迹,结果表明该机器人可以实现正常的步态运动。

以3D增材制造项目为牵引的项目驱动式教学改革探讨——以汽车车身结构与设计为例

为了更好地提升教学效果、培养学生综合能力,文章基于汽车车身结构与设计课程内容与课程目标,提出了一种以3D增材制造项目为牵引的项目驱动式教学改革模式,该模式以“高阶性、创新性与挑战度”为要求,以3D增材制造项目为牵引,构造出具体的结构设计及优化理论与制造实践相结合的教学项目,构建了“设计-优化-制造-测试-应用”全过程的项目驱动教学内容体系。在教学课程实施过程中,学生可充分接触产业前沿,自主探究学习先进理论,并充分锻炼学生解决复杂问题的综合能力,培养出满足产业发展的高素质高能力工程人才全面提升学生能力。

智能时代学习设计创新:理念、着力点与关键技术

教育数字化战略背景下教学模式变革的核心是学习设计创新。如何助力和支持智能时代学习设计创新是当前研究热点。本研究采用系统性文献综述法分析国内外学习设计领域的314篇高质量文献,发现学习设计领域的发展正进入智能时代学习设计阶段。智能时代学习设计创新以数据驱动的学习设计生态为核心理念和目标导向,包括三大理念、五个着力点和三类关键技术。本研究能够为我国数字化转型背景下学习设计创新研究与实践提供参考。

基于数据驱动的车身结构智能设计与分析

概念设计作为汽车设计流程的重要阶段,需要快速地进行方案设计和方案评估。目前一般采用参数化设计和CAE相结合的方法,实现基于分析的车身结构概念设计。随着机器学习和深度学习算法的发展和成熟,智能设计方法将成为车身结构设计主要创新技术。本文使用数据驱动和优化设计相结合的方法,自主研发了车身结构智能设计软件工具(S-iVCD)。首先,基于残差网络和热力图回归算法提取车身结构特征点,实现车身结构概念模型的自动化建模。其次,基于高斯过程采样收集车身结构数据集,采用全连接神经网络模型构建了车身结构网络模型,通过将车身各部件参数输入训练好的网络模型,实时得到车身整体性能的结果。最后,将数据驱动计算与移动渐近线算法结合,快速实现考虑质量、弯曲刚度和扭转刚度的车身结构多目标优化设计。通过与有限元实例对比,计算结果的误差在允许范围内,优化计算时间大为缩短,轻量化率达到了7.4%。由此表明基于数据驱动的车身结构优化设计方法对于汽车概念设计阶段提高效率是有效的。

绳驱动刚-柔-软耦合机器人的设计与分析

狭窄空间、复杂结构环境等应用场景要求机器人具有较高的柔顺性、灵活性、适应性、安全性,传统机器人难以满足这些要求。对此,设计了一种绳驱动刚-柔-软耦合机器人。这一机器人由连续型关节和刚性离散型关节串联而成,既具有连续型机器人的柔顺性和适应性,又通过末端离散型关节弥补连续型关节转弯半径大等不足,提高机器人末端灵活性。这一机器人具有刚-柔-软耦合、串并联混合的特点,机器人逆运动学分析较为复杂,难以获得解析解。对此,提出一种基于复合形优化算法的逆运动学求解方法,具有较高的计算效率。在运动学建模分析的基础上,对这一机器人的工作空间进行了分析。

新能源汽车动力电池及管理技术课程教学设计与实施

为培养新能源汽车后市场急需的高素质技术技能型人才,针对新能源汽车技术专业教学过程与生产过程脱节、教学内容与工作内容不匹配的问题,以新能源汽车技术专业核心课新能源汽车动力电池及管理技术课程为例,对该课程进行了整体教学设计并在新能源汽车技术专业中应用。根据岗位能力需求、课程标准、“1+X”证书考核标准确定教学目标,重构课程内容,在分析学生学情的基础上,充分利用校企优势资源因材施教。以企业真实的生产任务为教学载体,基于问题导向,采用任务驱动教学法,通过“三阶段七环节”实施教学。通过多元化、多维度、过程性评价促进学生能力全面提升。

基于全参模型驱动的某皮卡车架性能带宽研究

为实现车型平台化性能开发设计,在概念设计阶段需开展细致的性能带宽研究。基于某皮卡平台车架架构尺寸平台化衍生策略,选定高关注的7项(前悬、轴距、后悬、车高、车宽、前开挡、后开挡)架构尺寸参数开展研究,利用MeshWorks工具建立了车架架构尺寸全参数化模型。通过参数驱动架构尺寸变形和DOE实验设计方法,在给定的设计领域内开展数值仿真寻优,探索了车架架构尺寸-性能-质量三者之间内在联系,建立了概念阶段开展线性工况下架构尺寸与性能规律探寻、性能-质量目标带宽精益化研究等工程技术方法,为项目概念及工程设计阶段开展多学科联合仿真优化的实现及基于有限元基型车模型快速衍生新的架构方案提供了方法。

设计学视角下的数字时尚发展与逻辑

针对设计学视角下传统时尚向数字时尚转型升级路径模糊的关键性问题,采用理论研究、案例分析等方法,对数字时尚的发展现状、表现形式及实践应用等多个方面进行深入的剖析与探讨,详细阐述了设计学视角下数字时尚发展与逻辑研究的必要性;通过分析调研案例,运用START模型框架,归纳总结出社会与空间、科技深度融合、人机共创新范式、虚拟与现实、交易与流通5个维度的具体实践方式。研究表明,设计学学科的不断交叉融合发展不仅是驱动数字时尚的创新力量,也是桥接技术与创意、虚拟与现实、商业与艺术的关键纽带。研究结果为设计学视角下的数字时尚研究提供了一定的理论与方法参考,有助于推进设计驱动式创新时尚产业的积极发展。

设计驱动型创新理论下智能适老化居住空间更新策略研究

为智能适老化居住空间提供创新性更新策略。将设计驱动型创新理论引入适老化居住空间改造的研究中,以老年人居住的生理、心理及居家行为特征为支撑。基于设计驱动型创新理论,梳理智能适老化居住空间意义流程,对适老化居住空间改造提出搭建“诠释者”关系网络、用户推动创新、空间意义重构、空间意义传达更新策略。强调老年人归属感的回归及智能化与适老化有机结合的设计思考,为智能适老化居住空间更新策略带来了创新性启发。