合理的专利布局设计能够使企业全面掌握行业内的技术实力，准确识别竞争对手，抢占技术制高点.专利地图可以将相关专利信息系统化、直观化、图形化，为了解行业动向、指引研发方向，从而进行专利布局提供依据.从专利布局角度出发并结合专利地图知识，将企业专利布局设计流程简化为4种模型，即专利数据采集模型、企业发展状态模型、竞争对手定位模型和技术潜力发展模型，通过对每一种模型的制作和分析，使企业明确自身的发展状态、竞争者的威胁以及行业技术发展潜力，从而有效地进行专利布局设计，提高竞争力.最后以金刚石工具行业中的某企业为例进行验证.

针对目前混镍粉电火花腐蚀制备纳米空心镍球，存在着蚀除电极金属液滴与工作液中的小气泡不能充分结合，形成中空结构的问题，采用创新设计方法及知识库进行解决.根据实际工况，构建问题物场模型，在知识库中搜索多种场，获得相应的解决方案.运用模糊评价法对多种方案进行评价与排序，挑选出最优方案——采用超声波场代替原有的机械场，开发出超声波制备纳米空心镍球装置，较好地改善了原有系统制备空心镍球的质量和效率.

针对医疗临床检验仪器小型化、智能化的需求，设计了一种新型的占用仪器空间小的可直接对标准样品盘进样的三维自动进样系统.根据几何学和运动学相关原理，建立了适合于该自动进样系统的精密定位算法；并通过累加迭代算法计算出驱动脉冲数，进一步减小了该系统的定位误差.基于VS 2010平台，采用多线程技术开发了该系统的操作软件.研究结果表明，该系统能快速精确地对标准样品盘进样，并能够满足临床检验仪器小型化的需求，将具有很大的市场前景.

为了研究不同温度及应变速率下刨链的强度和寿命特征，以变形条件对圆环链临界损伤因子的影响为主要研究目标，确立物理试验与数值模拟仿真相互佐证寻求临界损伤因子的基本思路，完成不同温度和应变速率条件下多组试样的热物理模拟拉伸试验.发现最大损伤值总是出现在圆环链的肩部，损伤软化现象对应变速率较为敏感，临界损伤因子不是一个常数，而是在015~054范围内；对刨链的接触应力点进行统计，采用改进雨流法、线性Miner疲劳累计损伤方法，建立刨链在工作时的应力变化幅值及行程累积损伤模型，并计算出刨链的破碎行程个数及时间．研究结果表明，采用宏细观角度研究刨链的损伤机理可行，该方法对于反映刨链的实际使用工况和预测刨链的使用寿命具有重要的意义.

基于拓扑优化理论，以结构总质量最小为目标，利用SIMP材料插值方法，结合HyperWorks/Optistruct拓扑优化功能对自动化组装设备中常用的多工位转盘进行了拓扑优化．根据优化后的重构模型与原始结构模型的静力学对比分析知，优化后降低了多工位转盘的总质量，提高了多工位转盘的刚度，同时减小了多工位转盘的局部最大应力．数据结果表明本方法对多工位转盘优化设计是有效的．

科学的生产设置布局规划对航空制造业降低生产成本、提高产品质量尤为重要.以某民用航空发动机传动系统的齿轮和机匣综合加工厂房的规划设计为例，根据厂房设施布置的一般原则，以齿轮和机匣的年产量目标、产品加工工艺、单工艺加工面积需求为设计输入，并考虑各加工区的加工特点而带来的位置约束性，采用遗传算法与模拟退火算法相结合的混合遗传算法为优化工具，将特定的功能区固化在基因串特定的位置上来满足位置约束．计算得出优化方案后，以Plant Simulation为仿真平台，建立该综合机加厂房的仿真模型，从产量满足率、设备利用率、在制品库存量和生产线稳健性等多个指标进行了设施布局的仿真评价．结果表明，优化后的系统能够很好满足生产纲领，各关键设备负载比较均衡，同时维持低水平的在制品库存量，且生产线稳健性较好．因此，综合运用混合遗传算法与Plant Simulation仿真可以为生产设施布局问题给出一种有效、直观的解决方案，且由离散事件仿真获取的评价指标能深刻体现方案的优劣．

小波的多分辨分析特性使得我们可以采用逐级嵌套，不断扩大的一系列空间来逼近一个函数，建立一个多分辨的有限元空间.但是，在多分辨的有限元空间中的不同尺度空间之间常常存在耦合项，如何消除这些耦合项以构造更为有效的自适应算法仍然是一个需要深入研究的问题.对于欧拉梁问题，利用小波的消失矩与多项式的正交关系，构造了基于Hermite插值的解耦小波基及相应的小波单元，消除了低分辨逼近空间与细节空间以及各个细节空间之间耦合项，实现了基于空间尺度解耦的自适应算法.数值算例验证了该方法的有效性.

超精密磁悬浮运动控制中，电磁铁铁心及衔铁导轨中存在的磁滞特性是导致电磁力难以实现精确控制的重要原因之一.研究磁滞特性对电磁力的非线性影响规律并建立其非线性模型具有重要意义.通过研究磁悬浮精密运动中电磁铁磁滞特性对气隙处磁感应强度的影响，分析了带气隙磁路磁滞特性建模原理，建立了包含JilesAtherton模型的电磁铁磁浮力非线性模型，并采用粒子群优化算法对该模型参数进行实验验证.结果表明，磁悬浮精密运动中电磁铁磁滞特性不容忽视，采用经参数辨识得到的新模型比采用传统模型计算得到的气隙磁感应强度值更精确、更接近实测值.研究结果为提高磁悬浮精密运动中电磁力的精确控制提供了重要参考价值.

复杂机械产品零部件的强度受多因素影响，且这些影响因素与零部件强度之间的关系非常复杂，常常难以建立其解析的数学模型，这给复杂机械产品零部件强度设计缺陷的辨识带来了困难．以球笼式等速万向联轴器为研究对象，将其内外沟道的接触应力作为强度判断的依据，将历史设计方案中影响零部件接触应力的设计参数作为因变量，建立接触应力与各相关影响因素的回归方程，通过拟合后的回归方程分析各因素对内外沟道强度的影响程度，计算出各影响因素的最大拟合误差值．将新设计方案中影响零部件接触应力的设计参数代入回归方程，求得参数设计值与回归方程的输出值之间的差值，将此差值与回归方程最大拟合误差值进行对比分析，辨识出球笼式等速万向联轴器设计中存在的强度设计缺陷，有效提高了设计质量和效率．

跑偏是铝板带在强压变形下宽度方向逐渐失去横向对称性，中心线偏离并急剧扩大的横向失稳演变过程．跑偏会引起铝带拉断、卷取时不对中、工作辊损伤等，跑偏严重时还会引发安全事故，造成停产．在板带轧制过程中，轧件尾部由于缺少张力控制，容易产生跑偏．针对轧件跑偏，采用回归分析方法，建立轧制力差和跑偏量之间的线性回归模型，得到稳定轧制的轧制力差区间．对于偏离稳定轧制力差区间的轧制过程，给出调整轧机两侧辊缝差进行纠偏的调整模型．通过对工业现场工艺条件和运行数据分析，轧件尾部跑偏以F3，F4机架跑偏较为严重，利用MATLAB软件对F3，F4机架尾部进行仿真，验证跑偏模型的准确性．

为分析渐开线采煤机行走轮与Ⅲ型销轨的动态啮合特性，基于ANSYS/LS_DYNA建立行走机构动态啮合过程数值分析模型，以牵引阻力和行走速度为变量研究行走机构动态啮合特性，得到动态啮合时行走速度波动、节线和齿根受力的变化规律．研究结果表明：牵引阻力对行走机构速度波动和节线及齿根受力规律影响显著，随着牵引阻力增大，啮合点在节线附近时对应齿面应力相对较低，但整个啮合过程中应力波动增大；行走速度变化对速度波动持续时间有较大影响；随着行走速度增大，各项载荷峰值呈现先减小后小幅增大的现象，且到达峰值后衰减加剧．

孪生诱发塑性（twinning induced plasticity，TWIP）钢作为一种具有高强韧性的先进钢铁材料，鲜有文献报道其用于膨胀管的膨胀力学有限元分析．为了获得TWIP钢膨胀管的膨胀过程及膨胀后的力学状态、不同壁厚TWIP钢膨胀套管的理论膨胀极限及壁厚对其膨胀的影响，采用ANSYS有限元分析技术建立了可膨胀套管膨胀过程的力学模型，以TWIP钢作为套管的膨胀模型对象，对不同壁厚的 219.075 mm实体膨胀套管在25 ℃时的不同膨胀率的膨胀过程进行了有限元分析．分析结果表明：壁厚对膨胀前后套管最大等效应力分布的影响不大；不同壁厚膨胀套管膨胀后残余应力沿轴向的分布规律基本一致，残余应力的峰值随膨胀套管壁厚的增加而略有上升；相同壁厚的TWIP钢理论膨胀极限较传统膨胀管用钢大5%～10%．从分析结果可以得出，大膨胀率膨胀管用TWIP钢较其他传统膨胀管用钢（J55钢等）具有较大的优势，因此对TWIP钢膨胀管力学有限元分析具有重要的意义．

为提高对进入电石炉内电能的控制，引入“电石炉炉热指数”的概念．电石炉的炉热指数包含两部分：一部分是炉料配热系数 C ，代表炉内能量分配情况；一部分是高温区的热盈余 q ，代表炉内的热状态．通过对电石冶炼过程的分析，将电石炉分为炉料区和反应区，采用两段热平衡法计算电石炉的炉热指数，并对影响炉热指数的因素进行分析．通过对炉热指数的调节，达到对进入电石炉内电能的控制．

针对凸轮机构线性单质量、单自由度动力学模型的局限性，利用集中参数法提出了一种两质量的动力学模型．以凸轮输出为余弦运动形式为例，分析了两质量动力学模型中从动件的输出位移、输出误差及凸轮与从动件间的接触力，并以一个设计实例进行了求解．结果表明：由两质量模型可以得到机构的运动误差、凸轮与从动件间的接触力及凸轮转速对运动误差和接触力的影响.这些结果对凸轮机构的设计具有一定的指导意义．

为解决民政行业殡仪场所空气污染问题，研制了一种专用于殡仪场所空气净化的消毒机.以滤网过滤技术、活性炭吸附技术、纳米光催化技术为设计基础，应用改进混沌优化算法与智能PID 最优控制算法设计了智能风面控制系统，优化设计了空气消毒机的结构参数，最后制作样机.结果表明，设计的纳米TiO₂光催化空气净化消毒机具有良好的消毒能力且操作简便，对环境空气具有良好的消毒净化功能，可替代紫外线用于殡仪场所空气净化和消毒.

为实现油井动液面的自动连续测量，设计了一套液面远程自动测量装置．装置根据回声测距原理实现动液面深度测量，测量声源则是根据大气压差原理，利用电控式气爆方式产生，和传统人工测量所用声源相比，具有经济、体积小、安全可靠、测量时无需人工干预、能够自动连续测量等优点．利用SIM300DZ无线模块完成远程控制，实现了数据远程收发、监测、控制，智能化程度高，达到了油井动液面自动连续测量的目的，降低了传统人工测试所需劳动成本，具有很高的经济效益．