产品创新设计需要大量知识的支持,针对产品设计过程对于产品专题知识的需求,提出了一种面向产品专题设计的知识库构建及应用方法.通过分析专题知识在设计过程中的作用,建立了专题知识的结构与表示方法,设计了一种混合式知识检索模型,并在此基础上开发了面向特定产品的专题知识库原型系统,从而有效辅助设计人员开展产品创新设计.以数控压力机离合器为例验证了该方法和系统的有效性.

可适应设计是为适应用户需求不断变化、降低资源消耗而提出的一种新的设计方法,对产品的可适应性进行评价是其关键技术之一.在分析可适应设计原则及实现途径的基础上,给出了一种基于价值工程的产品可适应性的评价方法.该方法将产品的资源消耗总量、产品性能以及用户的使用环境等因素综合考虑,将用户使用产品后获得的效益与在完成这一系列任务时所消耗的资源量的比值作为评价产品可适应性的指标.通过该方法,可以选择使用户在产品的全生命周期内资源消耗量最少的产品设计方案.最后,将该可适应性评价方法用于高效圆柱齿轮机床的设计中,验证了该方法的有效性.

SPC-EPC集成是一种控制和提升产品质量的有效方法,目前在传统SPCEPC集成的研究中通常使用线性时间序列模型来描述过程的动态自相关关系,但线性模型难以对更加复杂的非线性自相关关系进行有效描述．针对这一问题,提出了使用一类非线性时间序列模型,即门限自回归模型(TAR)来描述系统的动态自相关关系,并依此建立最小均方误差控制器,并进一步建立SPCEPC集成控制体系．针对在生产过程中常见的以阶跃形式存在的过程失控,首先通过例子研究了控制器在单独使用以及集成控制方法下的控制效果并且与线性控制器相应的结果进行了对比,之后通过模拟研究进一步验证和分析了这一集成控制方法的控制效果．结果表明，基于非线性时间序列的集成SPCEPC控制方法可以针对含阶跃形式失控的复杂的非线性自相关过程进行有效的控制．

为了利用系统内故障部件维修的机会,考虑部件之间在维修方面存在的相关性情况,提出了将机会维修信息融入系统预防性维修的优化模型．该模型在比较按机会预防性维修和按计划预防性维修期望效益的基础上,以系统内故障时机为优化变量、部件维修费用率最小化为目标进行系统预防性维修优化,使确定部件在不同的故障来源时机可提前预防性维修的阈值．最后通过算例,表明不同故障的机会维修阈值对部件预防性维修效果的影响差异,为系统预防性维修决策提供有力的支持．

针对目前半闭环车床加工内球面精度低、误差大的现状,研究进给系统刚度对加工误差的影响并提高内球面的加工精度.利用赫兹接触理论对进给系统刚度进行分析,建立了刚度的数学模型．分析了半闭环车床加工内球面的工艺过程,并推导了切削曲面过程中进给系统受力状况,给出了误差表达式．通过对加工误差模型的仿真研究,结果表明进给系统刚度所产生的加工误差与刀位点和母线圆弧形状有关,所产生的误差可通过增发运动脉冲补偿．提出了一种引进补偿机制的插补运算方法,为提高内球面加工精度提供了理论上的指导．

为了改善汽车麦弗逊前独立悬架的运动学特性,从而解决轿车前轮胎磨损较严重的问题,将遗传算法与机械系统动力学自动分析软件ADAMS相结合,根据悬架空间结构建立了麦弗逊悬架理论模型,利用ADAMS/View建立了该轿车的麦弗逊前悬架虚拟样机模型,利用ADAMS自带OPTDESGRG算法和用户自定义的遗传算法,选择对轮距变化影响较大的悬架结构参数作为设计变量,分别对该轿车的麦弗逊前悬架虚拟样机模型进行优化设计.经过2种算法的优化,悬架的运动学特性得到了不同程度的改善；而且通过2种算法优化结果的比较,得出了遗传算法和ADAMS软件相结合的优化设计方法在汽车悬架参数优化问题中的优越性、可行性.

针对火炮动力学模型是多部件、强非线性的系统,直接在ADAMS环境下对火炮结构参数进行优化,可能存在实现难度大、迭代次数过多、优化效果不明显等问题,提出了基于ADAMS与CPSO算法相结合的火炮结构参数优化设计方法．在利用Pro/E与ADAMS建立火炮虚拟样机并进行仿真试验的基础上,采用混沌粒子群算法对火炮结构参数进行优化,从而获得火炮结构参数和炮口扰动优化结果．根据优化值与初始值的对比分析,证明了文中所提优化设计方法合理可行．

海底犁式挖沟机是一种用于海底管道开沟铺设的专用水下作业设备,抱管组件是其中一个关键部件．它由提升机械手和导向装置组成,其主要功能是抓取和提升管道,并在犁铲挖沟时抱住管道,为挖沟机沿管线前进提供导向作用．对抱管组件进行了详细的结构设计,并对关键部件进行了力学分析和校核计算,验证了结构设计的合理性；然后对主要运动部件进行了动态仿真分析,证明抱管组件在开合过程中冲击较小；最后进行了犁式挖沟机试验样机的陆上试验,当牵引力为330 000 N,挖沟速度为0.06 m/s时,前后辊子的受力在理论值范围内．试验验证了犁式挖沟机抱管组件理论设计分析的正确性, 为进一步工程优化设计提供了依据．

为了拓宽消声频带、提高消声量,克服传统串并联腔体结构安装空间大等缺点,研究了一种新型耦合共振型进气消声器．利用一维平面波理论探究了Helmholtz消声器的消声机理；为准确模拟消声器突变结构处的高阶次声波,建立了并联共振腔结构和新型结构Helmholtz消声器的声学有限元计算模型；计算、分析、比较了各结构的消声特性,重点研究了新型结构尺寸参数对其共振频率与传递损失的影响．计算结果表明：由于腔体间空气耦合共振作用,两腔耦合共振型Helmholtz消声器具有3个共振频率；两共振腔连接管的长度与直径是影响该结构消声性能的关键尺寸,减小连接管长度或者增大直径都可以拓宽消声器的消声频带,提高消声性能．这将为主动、被动耦合共振型进气消声器的设计提供重要参考．

为了探求WN齿轮传动的强度机理和失效原因, 依据WN齿轮负载传动时齿面的三维几何接触特征和弹性变形理论建立了接触强度分析模型,提出了基于WN 齿轮啮合特征的接触强度分析方法．根据啮合过程中齿面接触载荷、啮合齿轮副和接触点数的变化,利用有限元分析进行了各种状况下的齿面接触应力计算,明确了WN齿轮接触强度设计中的螺旋角、中心距误差、齿宽及重合度对最大接触应力的影响结果．研究发现，当中心距和重合度及螺旋角等变化时,WN齿轮与渐开线齿轮呈现出了完全不同的载荷特征和强度机理．

平面二包环面蜗杆具有许多优点,实体建模有助于其设计与分析.通过分析齿轮啮合原理,推导出平面二包环面蜗杆齿面方程及平面方程.利用微增量原理,求出蜗杆的交线方程.利用VB，Matlab和Solidworks软件结合所推导公式进行联合编程开发,建立了平面二包环面蜗杆的实体参数化建模系统.同时推导误差解析法计算公式,对软件建模实例进行误差分析,结果证明该建模方法是有效、可行的.该方法使得平面二包环面蜗杆复杂的建模过程简单化,提高了设计效率,有利于平面二包环面蜗杆的推广使用.

构造了一种新型中医推拿机器人末端执行器的结构形式．通过坐标变换,建立了机构的运动学模型,并进行了反解分析．针对推拿机器人的手法要求,探讨了结构参数对该并联机构工作空间的影响规律,为工作空间的综合提供了依据．基于蒙特卡罗原理,通过MATLAB编程对此并联机构的工作空间进行了数值解的描绘．并利用Pro/E建立末端执行器机构的三维模型,导入ADAMS就其运动轨迹进行模拟和分析,仿真结果表明中医推拿机器人末端执行器的设计符合推拿要求,验证了机构设计的正确性．推拿机器人末端执行器的工作空间内部工作点密集且分布均匀,满足推拿动作高效作业的要求,为中医推拿机器人的实用化提供了理论依据．

为优化仿人机器人手臂设计,基于Jourdain变分建立了刚柔耦合动力学模型；通过假设模态法对动力学方程进行解耦；编写了自适应变步长求解算法；在ADAMS虚拟样机和MATLAB上对水平面内的柔性手臂运动进行了仿真,人体手臂的运动仿真在虚拟样机进行．以人体手臂运动为参考,对比分析了变截面和等截面手臂的柔性变形,比较6种不同材质手臂运动中的末端横向变形量．仿真结果表明：等截面的仿人手臂运动可以近似等效为人体手臂的运动；柔性仿人手臂末端轴向变形量远小于横向变形量,对要求不高场合可以适当忽略柔性手臂的轴向变形；ABS材质的仿人机器人手臂柔性和人体手臂较为接近；改变ABS材质手臂的截面高度,可使得仿人手臂末端柔性和人体手臂一致,且振动主频和人体手臂固有频率不同．

在车辆主动避撞技术中,路径跟随是一项必不可少的技术．以TMS320F28335 DSP为核心控制模块,以多传感器系统为路径识别模块,搭建了10∶1的主动避撞智能小车模型．通过获取实时路径信息和小车的状态信息得到前方道路的曲率．根据分段式控制方法,使小车能够自动根据路径的曲率调整预瞄距离和行驶速度．通过建立合适的预瞄跟随驾驶员模型,使小车能够跟随道路行驶．通过PWM波驱动舵机和电机,以及PID控制,实验结果表明,小车能够按照规划的路径稳定行驶,且跟随误差小．这证明所建立的预瞄跟随驾驶员模型是正确的,且能实现路径跟随的功能．

为解决传统雕刻机数控内核封闭而导致加工对象受局限的问题,将新型数控雕刻机运动控制系统采用NC嵌入PC型开放式构架,把PC机的海量运算能力与运动控制器实时控制能力有效结合起来．上位机PC利用VC调用运动控制器的动态链接库函数实现了加工过程智能化控制、CAD/CAM集成等人机交互功能，下位机利用GE-400-SV运动控制器的强大的实时控制能力实现了雕刻机的三轴联动伺服、高速电主轴控制以及硬件层智能安全保护．该控制系统为提升数控雕刻机的系统集成化程度和柔性加工能力提供了一条有效解决途径．

为了解决目前租赁式轮椅存在的诸多问题,如用户需求不明确、人机尺寸不合理、忽略租赁的独特性等,对租赁式轮椅进行设计研究．应用产品设计方法,通过分析用户群体的不同特性,明确了可折叠、通用性、简易性、耐用性四个设计点；通过提取在轮椅设计中人体工程的坐姿尺寸,结合设计点,经筛选得出了一种可折叠型的租赁式轮椅．确定了设计方案的结构尺寸、材质及加工工艺,工程建模输出后的产品模型与最初的设计点吻合．租赁式轮椅作为公共场所特殊人群临时使用的交通工具,具有一定的需求性．