云制造环境中面向设计知识资源序列化组合的量子和声搜索算法

针对云制造环境下中小企业设计知识散乱无序、创新能力薄弱的现状,为将设计知识组合成有序的知识资源序列,提出知识资源的服务能力评估模型和知识资源序列化组合的数学模型,并设计了求解该模型的量子和声搜索算法。该算法通过引入量子化编码及量子门变换,提高了全局搜索能力。以模具中小企业设计知识资源组合优化问题为例,根据数学模型,用该算法求解出了成本与质量综合约束下的最优设计知识资源序列化组合。

众包设计理论及关键技术发展研究

开放式创新作为知识经济时代制造业加快创新速度和提高产品竞争力的主导模式,一直蓬勃发展。为解决开放环境下分布式设计资源聚集难、任务与资源匹配精准度低、设计过程不确定性高导致的产品设计生态趋于恶化的问题,突破现有设计理论和方法的局限性,提出一种基于群体智慧协同创新的众包设计理论。从产品设计过程的微观层面和群智聚集作用的宏观系统层面探索建立众包设计理论体系,对设计过程动态变化机理及众包设计中各项活动进行全面细致分析,并提出关键问题的理论模型和解决方法,为产品众包设计实践提供理论参考。

基于RS与AHP的中小企业云制造模式下多服务主体信用评价体系构建

云制造模式下中小企业制造服务交易模式呈现出多主体、动态的特点,各服务主体信用评价也较B2B等电子商务模式不同,具有更高的复杂性与不确定性。为此,基于信用风险理论与服务科学理论建立云制造模式下中小企业信用评价指标体系,包括中小企业平台接入信用资质评价与面向服务交易的信用资质的实时动态评价;引入粗糙集和层次分析法混合评价方法,构建全面、科学、有效的多主体信用评价体系。指导开发了中小企业云制造服务平台信用评价模块,面向汽车模具产业链上的中小企业信用评价实例,验证了方法的科学性与有效性。

基于用户体验角度的老年人交互性产品设计研究

目的关注老龄化人群用户,重视老年人群顺应时代发展的潜在需求,提早一步为老年人考虑交互产品设计,消除老年人接触新产品时的陌生感、无力感,使老年人能够享受科技产品带来的快乐。方法从我国社会老龄化的时代背景下老年人产品设计的现状,分析和了解老年人这一特定的群体所具有的较于其他群体更为显著的心理与生理特点。结合交互设计的开放性设计思维,从用户体验层面进行设计研究。结论通过分析研究,提出未来用户体验角度进行老年人产品研发的4个关注点,并结合案例分析对其进行解读。

基于iSIGHT的机床整机结构方案设计与集成优化

机床整机结构方案设计是机床设计的关键环节.在早期设计阶段,实现整机及基础大件性能优化可显著减少后续详细设计的重复率,提高设计效率.基于多学科优化设计软件i SIGHT,搭建了机床整机结构方案设计及集成优化系统框架,有效集成参数化建模知识、仿真分析知识;综合利用实验设计、响应面拟合及多目标优化算法,形成了以结构件关键设计参数为变量、静动态特性及质量为目标的优化技术流程.以某框中框结构卧式加工中心为例,优化后整机质量下降6.38%,,整机最大变形降低3.24%,,工件-刀具相对变形降低5.68%,,首阶固有频率提高1.15%,.优化结果验证了所提出方法的可行性.

基于生态位的云制造生态系统主体竞争合作演化模型

为分析云制造生态系统参与主体间竞争合作关系及其对个体发展的影响,了解系统平衡性和稳定性,提出一种基于生态位的个体竞争合作演化模型。根据云制造生态系统中参与者的角色和地位,定义了个体生态位的概念,讨论了生态位宽度和重叠度的计算方法;在此基础上,构建了个体间竞争合作关系演化发展的动力学模型。仿真分析表明:生态位宽度和重叠度对个体发展影响巨大,具备宽的生态位和低重叠度的个体具有更好的适应性和发展空间;初始状态对个体前期发展有重要影响,在后期则影响不明显;竞争环境的变化对新生个体具有显著影响,在一定程度的竞争环境下,具有不同竞争能力的个体能够共存;合作有利于个体间的共存,合作关系越强,个体获利越大。

基于知识融合的汽车覆盖件模具设计方法研究

针对产品设计过程中,分散异构知识融合不足导致知识检索准确性不高、知识重用效率低等问题,提出一种知识融合模型。利用知识需求模型传递知识需求信息,采用知识元对各类异构知识进行统一表示,通过概念本体对语义概念进行有序组织,与知识元之间形成映射关系。通过语义距离计算获取候选知识元集,并采用基于贝叶斯和遗传算法的知识融合方法将分散的关联知识元融合成知识单元,实现知识重用。以覆盖件模具结构设计为案例验证了所提出方法的可行性和有效性。

颅骨组织工程复合支架动态灌注装置的设计

为了解决颅骨组织工程支架中存在的中心处细胞存活率低的问题,针对具有血管嵌入的颅骨复合支架研制动态灌注培养装置,为多孔支架内部细胞提供营养物质以提高细胞存活率,使复合支架达到体内整合的要求.基于颅骨复合支架结构特点,设计双通道循环分别对多孔支架和血管进行灌注,为颅骨复合支架中成骨细胞和内皮细胞提供物质传输,气体循环为循环培养液提供氧气、二氧化碳,保证了培养液氧气充足和pH稳定;模拟人体自然颅骨组织中机械刺激,建立多孔支架、血管流体模型,根据灌注室和血管入口流量计算流体所需的剪切应力,据此确定流体流量和压力的控制范围与精度,为复合支架提供合适的流量;设计三因素三水平正交试验对灌注室的结构尺寸进行优选,确定关键部位灌注室的结构,通过硅胶管连接灌注室、储液瓶、蠕动泵形成循环系统,实现动态灌注装置的总体结构安装;建立流体仿真分析有限元模型,分析不同流速的流体培养液分别对颅骨多孔支架和血管结构的影响,结果表明灌注室和血管结构内流体速度、剪切应力、压力分布均匀,满足骨组织和内皮细胞的培养生理环境,验证了装置设计的合理性.该装置可用于骨组织体外细胞的动态培养,为骨组织工程支架体外构建及血管化奠定了基础.

云环境下产品设计知识推送机制研究

为了解决产品设计复杂性、设计难度和设计成本加剧的问题,云设计模式应运而生。云设计环境具有设计知识依赖性更强、设计者水平难以界定且参差不齐的特点,设计知识已经成为重要的服务资源,并逐渐成为云设计模式存在和发展的关键性因素。为此,文章提出了面向任务需求的知识推送方法,构建了复杂产品设计人员能力评价体系,并从五个维度来对知识进行分类,有效地缩短了推送和检索的工作量。实现了云环境下知识与设计者的快速交互。最后,以汽车模具关键设计为例验证了文中方法的有效性。

群智设计发展趋势及分析

目的 通过文献计量分析方法,研究当前众包模式下,以群体智慧协同为主要设计方式的产品设计新范式。方法 以群智设计的概念为基础,采集2000年以来国内外知名的数据库相关研究文献进行统计分析,梳理群智设计的关键要素及典型特征,探讨其与其他产品设计理论与方法之间的异同,总结群智设计的发展趋势,概述群智设计研究存在的挑战。结果 众包模式下的群智设计执行机制灵活、设计创新高效、知识技能广泛,能够应对海量个性化用户需求的挑战,适应现代产品的发展要求。结论 群智设计的关键要素和典型特征区别于现有的典型产品设计方法,阐明了群智设计的本质;群智设计的3个类型和层次模型,概括了群智设计的发展要求;随着众包模式的不断应用,开放平台、用户需求、设计群体三元融合发展,群智设计的研究更加广泛、健全,逐渐从需求、平台和群体等方面向任务分解、群体组织、过程管控等方向发展。

基于元胞自动机模型的复杂产品设计知识研究

复杂机电产品是拥有整体功能的庞大复杂系统,涵盖了多个技术领域,其设计过程涉及机、电、液等多学科、多部件、多源、多过程的耦合。作为产品设计的核心部分,复杂机电产品设计过程中的知识资源涉及多设计目标关联、多设计参数、多领域等,导致传统的知识管理体系与设计方法不能有效获取产品设计知识及实现知识重用。文中针对复杂产品设计过程,综合分析研究了设计知识资源跨学科的协同设计,提出基于元胞自动机模型的复杂产品设计过程的知识资源自组织聚类方法。运用该方法对水轮机设计过程中存在的设计知识进行聚类分析,结果表明其可以有效地将复杂产品设计知识资源依据各自领域进行合理分类,这对复杂产品的研究提供了帮助。

基于超图的产品设计知识四维空间分类方法研究

产品设计知识的存在复杂性、动态性和多样性的特点,设计知识的有效分类是影响设计知识重用的重要因素。本文针对产品设计知识的复杂特点,在对知识分类相关文献研究的基础上,从产品设计流程,设计知识类型,知识存在形式,知识学科领域四个维度构建设计知识分类模型。基于超图与广义表实现知识分类模型的结构化描述与表示。基于本文提出的知识分类模型,面向典型微力测量系统——高精度多量程电子天平,开发了设计知识分类管理原型系统,以陶瓷架结构设计为例验证了分类方法的有效性。

铣齿机有限元建模及优化设计

针对螺旋锥齿轮铣齿机结构进行了Y向静刚度实验和模态实验,且由切削实验验证了实验1阶模态频率。基于结合面法向解析刚度及模态实验结果建立了床身立柱结合面有限元仿真动力学模型,而且由实验静刚度建立了整机Y向静刚度有限元模型。鉴于铣齿机笨重,分别对床身和立柱单件进行了轻量化设计,发现在前3阶固有频率削弱小于5%的情况下,质量分别减轻了18.86%和27.4%,且对应整机模型固有频率和刚度均提高。进一步分析了结合面参数动态灵敏度,并用坐标轮换法确定了最优的结合面刚度参数,为导轨选型提供了一种实用方法。为设计类似机床提供了依据,也为更加实用的动力学建模、更加有效的筋板参数优化及结合面动态性能优化提供了依据。

移乘背抱护理机器人舒适性生物力学模型分析

为探索移乘背抱护理机器人人机交互力学特性与被护理人舒适性感受的潜在关联,研究显性的人机接触力相对于人体生物力学特性的映射关系,揭示影响被护理人舒适性的主要作用肌群,提出了舒适性测试试验与AnyBody背抱运动人体生物力学模型相结合的方法.从被护理人的肌肉激活程度入手,对移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征进行了分析.首先,介绍了移乘背抱护理机器人典型结构工作原理并进行了运动学分析,在此基础上搭建了舒适性测试试验系统,基于主观舒适性评分规划了服务于试验的基础运动轨迹,并通过试验得到了人机主要接触部位力学信息.然后,以试验数据为边界条件构建了基于AnyBody的背抱运动人体生物力学模型,依托逆动力学仿真分析得到了肌肉激活程度,并对比舒适性测试肌肉激活程度验证了仿真模型的有效性.最后,结合人机主要接触部位受力、肌肉激活程度及主观舒适性评分综合分析了移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征,明确了影响被护理人舒适性的主要作用肌群.结果表明:影响被护理人舒适性的主要作用肌群有7个,且被护理人胸部压力与腋下压力值大小分别与影响其躯干和上肢舒适性的肌肉激活程度呈正相关.可通过建立胸部压力与腋下压力值相关的加权函数有效描述不同被护理人整体舒适性特征,为移乘背抱护理机器人舒适性运动控制提供了理论依据.

基于DLP 3D打印的高给药效率微针制备工艺

载药微针可以实现一次性快速药物递送,无需二次药物涂敷与输送过程,但其不佳的载药量与刺入率造成了给药效率差的问题。研发了一种基于数字光处理(DLP)3D打印技术的高给药效率微针(HDMN)制备工艺。通过在载药微针上构建锯齿状针体结构与阶梯状载药结构来提高载药微针的刺入率与载药量,进而提高给药效率。实验结果表明使用环氧丙烯酸酯(EA)打印微针时,当曝光时间为700 ms、打印层厚为30μm时,打印出的微针实际尺寸与理论尺寸平均误差最小为9.2%。利用旋涂法在微针表面交联聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)以改善微针生物相容性。显微镜观察发现,当交联层数为1层时,PEGDA均匀地覆盖在微针表面。石蜡膜穿刺实验结果表明,HDMN穿透了2层石蜡膜,而相同实验条件下的传统载药微针仅穿透了1层。药物释放实验结果表明,HDMN相对于传统载药微针在猪皮内留下的模拟药物浓度提升了61%。该研究为后续通过改善微针结构来优化微针性能研究提供了有益借鉴。

群智创新社区用户创新能力分析

群智创新社区是信息化条件下一种新的创新载体和媒介,可以为企业开展产品研发活动提供大量创新创意。为了更好地管理群智创新社区和用户,选取Local Motors社区作为研究对象,通过对不同用户行为进行数据采集与分析,运用聚类分析,从用户创新能力的角度,对不同创新能力的用户进行识别和划分,得出4种不同创新能力的用户类型,并对每种类型的用户进行了社区影响作用分析。科研成果既可丰富相关理论研究,也可为社区管理者提供实践方略与运营建议,有效提升社区管理水平与创新效率。

基于领域本体和CBR的案例知识检索方法

为解决汽车覆盖件模具设计经验依赖性强、隐形设计知识重用效率低、案例知识检索条件要求高、精确度低等问题,针对结构设计知识多源、异构、动态的特点及现有CBR方法的不足,建立了覆盖件模具设计知识的领域本体模型,构建了各本体概念之间的逻辑关系,并提出一种新的案例设计知识检索重用方法。该方法引入基于语义距离、节点深度和节点密度的数学模型,利用语义相似度计算和CBR原理结合(S-CBR)的方法,实现了设计案例知识的双层检索和快速重用,提高了检索效率和准确率,并开发了模具设计支撑系统。最后,以模具结构设计为例验证了所提方法的可行性和有效性。

基于Anybody的自行车骑行运动仿真与试验分析

以人体肌肉疲劳程度为评价标准,基于人体生理学、人机工程学和仿真试验技术,研究一种自行车结构参数设计的有效方法。以某自行车厂生产的一款公路自行车为例,在Anybody生物力学软件环境下建立人-车耦合系统模型;通过肌电信号试验及心肺功能测试,对人-车耦合系统模型进行了试验验证,确保仿真系统可靠;借助验证后的仿真系统进行了一系列仿真试验,以人体下肢肌肉受力为主要研究对象,分析了相同骑行速度、负载下鞍座位置与人体肌肉受力之间的映射关系。结果表明:对于同一骑行者,自行车鞍座位置对于其肌肉受力值的影响很大,即对其疲劳程度影响很大。分析方法与结果为自行车车架结构设计提供了依据,为自行车设计提供了新思路。

基于质心Voronoi结构的自由曲面布点策略

借鉴已有质心Voronoi结构网格规划的技巧,将自由曲线曲面的曲率函数作为生成质心Voronoi结构中的密度函数,并以成本函数收敛性作为算法结束的准则,提出了一种新的基于质心Voronoi结构的采样方法。采用本文方法实现了采样点的自适应分布,并通过仿真实验与传统采样方法进行了对比验证,结果表明,本文方法相对于一般自由曲面来讲是稳定的、高效的。

基于CAE热分析的机床结构工作空间热误差建模

在机床设计阶段,首先运用CAD软件建立几何模型;然后生成中间文件并导入CAE软件,进行机床结构热分析,通过后处理提取出运动轴导轨位置处的结构热变形误差;最后利用多体理论将结构热变形引起的单轴热误差转化为机床工作空间的热误差,进而预测由于机床结构热变形而引起的机床末端刀尖点-工件的相对位姿误差.仿真分析算例表明该方法具有可行性,对机床热平衡设计具有指导意义.