类比设计的目标在于将其他领域的设计知识转移到目标领域，因此能够有效提高新产品设计的效率.按照类比源的不同，将类比设计分为基于人造系统的类比设计、基于生物系统的类比设计和基于规则的类比设计，并针对第2类类比设计进行研究.基于类比设计的过程，提出基于通用属性和通用操作的生物和技术功能的形式化描述方法，总结出通用属性特征集和通用操作特征集，并提供了一种定量化计算生物系统与产品系统之间相似程度的方法，归纳了将生物原型转化成为技术系统的流程.最后，以一种婴儿体温测温降温仪为例进一步验证本方法的有效性和实用性.

产品创新包括模糊前端、新产品开发、商业化三个阶段，而创新设想产生是模糊前端阶段的关键步骤.为向企业开发新市场破坏性创新（newmarket disruptive innovation， NDI）产品提供技术支持，通过对新市场用户及其需求的创造，将产品设计由被动状态转变为主动状态，提供了面向模糊前端的NDI设想产生过程模型.由设计驱动创新方式的视角，给出了对TRIZ超系统资源的分类及分析方法；通过提取超系统资源的属性特征并对其进行变换，为NDI产品开发创造“设定用户”或“设定环境”，提供了3种NDI设想产生驱动模式；建立了设想产生过程模型.自动取款机的NDI设想产生验证了该方法的有效性.

针对舰船装备可靠性分配工作中具有多种影响因素且部分影响因素较难定量分析的问题，提出了一种基于AHP、模糊综合评判和区间分析的可靠性模糊综合分配方法.采用模糊综合评判构建了系统的可靠性分配模型，并设计出分配的技术路线；综合分析了8种影响可靠性分配的因素及其量化方法，并采用AHP构造了系统的可靠性分配递阶层次模型；采用区间数代替单一数值来表达模糊信息，并将定量分析与定性分析相结合，合理利用专家经验和相似系统的可靠性数据来确定判断矩阵和各影响因素的权重，从而有效解决了舰船装备可靠性模糊综合分配过程中的不确定性问题.最后，以某型舰电力系统可靠性分配为例，研究表明：该方法可操作性强、分配合理有效，具有较好的工程实践指导意义.

针对全断面硬岩隧道掘进机（TBM）存在推进系统压力控制不精准、支撑系统高压撑紧时冲击剧烈的问题，在直径2.5 m TBM试验台上设计了支撑推进液压系统.在AMESim中搭建了系统模型，仿真分析了推进系统在随机负载下的压力响应及支撑系统中关键部件在不同设置参数下的系统响应.结果表明：推进系统压力控制精准，支撑系统中节流口直径在1~3 mm内减小时，油缸稳态输出力无变化，系统冲击减缓，响应时间随之增加；背压阀压力增大时，油缸稳态输出力减小，撑靴速度更稳定，对系统压力响应影响小.节流口直径为1.5 mm、背压阀压力为7 MPa时，冲击平缓，撑靴运动速度稳定，系统同时获得较快的响应速度.所设计液压系统可实现支撑系统响应速度较快、撑靴速度稳定、冲击平缓和推进系统压力控制准确.

以船携式溢油回收机围油栏布放驱动控制系统为研究对象，针对双马达速度同步控制问题，提出以可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）为控制核心的电液比例阀控马达主从速度同步控制方案.建立其速度同步控制系统数学模型，利用MATLAB/Simulink软件进行稳定性、输出速度与速度同步误差分析；为提高系统稳定性同时减小速度同步误差，引入PID控制环节.仿真结果表明，控制系统引入PID整定环节后，其稳态性能明显提高，马达输出速度稳定性与同步性均有满意的设计效果.在同步精度要求不高的情况下，基于PLC的主从同步控制策略是切实可行的.

为掌握矿用液压吊装机变幅机构动力学性能，进而为其控制设计和结构改进提供依据，以某新型矿用液压吊装机为研究对象，在对其变幅机构工况进行系统分析的基础上，基于等效元素法结合ADAMS仿真软件，对其变幅机构进行了动力学仿真分析.结果表明：吊臂起升角速度在初始阶段较为平稳，但随着变幅液压缸驱动力的增大，其跳动量会在某一时刻突然增大，并对起升平稳性造成影响.针对此，利用MATLAB曲线拟合方法对驱动函数进行反求，获得了匀速变幅驱动修正函数，使起升角速度跳动开始时间明显延迟，跳动量降低，吊装机起重性能得到改善.同时通过变幅液压缸驱动力仿真分析，确定了危险工况，使吊装机结构优化设计更有针对性.研究结果为矿用液压吊装机设计与完善提供了新的思路.

为解决老年人和残疾人出行不便的问题，提出了一种平地楼梯两用的助行机器人设计方案，采用轮足式结构实现爬楼梯功能.用R. Morales方法进行正、逆运动学分析，计算出机器人质心及各关节位移轨迹.用Roberson-Wittenburg方法推导出系统的动力学方程，将逆运动学解代入动力学模型中求得各关节所需的驱动力矩.同时在ADAMS中建立虚拟样机模型，进行运动学和动力学仿真，得到的机器人质心位移轨迹和各关节驱动力矩与MATLAB的计算结果一致，验证了设计方案的可行性和理论推导的正确性.

研究阻尼板黏弹减振优化方法，为阻尼板设计奠定一定基础.建立了阻尼板运动方程及其求解模型，推导出模态阻尼比敏度算式；构建了以多模态复合模态阻尼比最大、黏弹材料用量及频率变动最小为约束的阻尼板优化模型，采用拓扑渐进法求解优化模型；引入绕单元敏度均化技术解决优化迭代中的棋盘格问题；在引入虚拟单元及逻辑删除技术基础上，编程实现了渐进优化算法；对任意四边形板进行了优化仿真，实现了该板复合阻尼比最大化设计；引入阻尼比体积密度评析拓扑优化效能.研究表明，在阻尼板设计时若实现其多模态阻尼比最大化，则能使板获得良好减振效果.

为研究双折线卷筒收绳速度的变化对起升系统的影响，建立了考虑速度变化激励的岸桥起升机构动力学模型.并以40 t单大梁岸桥起升机构为研究对象，模拟了电机从启动到匀速最后减速到停止的起升过程，得到了起升系统中支撑结构、吊物的振动位移响应和钢丝绳张力的变化，在此基础上对双折线卷筒的螺旋区相位和半径变化幅值的大小对动载特性的影响进行了研究.结果表明，双折线卷筒收绳速度变化的影响会增加钢丝绳张力的波动，且波动幅值随着螺旋区相位和半径变化幅值的增大而增大.这为起升机构的动态性能优化和可靠性设计奠定基础.

考虑到综掘巷道液压迈步式超前支护装备的工作原理，以及超前支护在过渡阶段中的降架过程的实际工作特点，以减小超前支护装备降架过程对顶板扰动影响为控制目标，基于体积平均释放规律，研究比例节流阀阀芯位移与降架过程时间的关系，从而确定适合超前支护降架过程的阀芯位移控制曲线.为验证控制方法的性能，将其与以直线、指数、对数曲线控制阀芯开度的方法相比较，对其作用效果进行理论分析和试验研究.分析与实验结果表明，基于体积平均释放规律曲线的降架控制方法能够将超前支护装备降架过程的支撑力平稳地卸载，比较其他控制方法，在相同降架时间内控制效果最优，对顶板扰动影响最小.该种控制方法为综掘巷道液压迈步式超前支护装备的研发及控制策略的研究提供了理论依据.

山区铁路选线方案评价具有定性指标多的特点，传统铁路方案评价方法未考虑到定性指标中不确定性因素的影响，并且当定性指标与定量指标出现交叉时，缺乏相应的评价方法.首先利用云模型弥补了传统层次分析法在确定主观权重时对专家意见的不确定性考虑不足的缺点；再通过构建一种新的权重融合模式来计算指标的组合权重，以使指标权重达到主、客观统一；然后根据云模型的不确定性推理原理，在专家采用语言变量对定性指标进行评价的基础上，通过使用云发生器实现定性指标的有效量化; 最后引入投影法进行方案优选.建立了综合考虑定量及定性指标的山区铁路选线方案评价模型，并通过一个原则方案的比选实例说明了模型的可行性和实用性.该研究为山区铁路选线设计的线路方案定性、定量综合评价提供了新的思路和手段.

在传统的齿轮纵向振动系统中，齿轮与变幅杆耦合处振幅较小，导致齿轮端面输出振幅偏小，满足不了齿轮超声加工的要求.基于非谐振设计理论和全谐设计理论，设计了一种新型齿轮纵向振动系统，该振动系统由齿轮与圆柱杆耦合振动单元、换能器、半波长圆锥形变幅杆组成，齿轮与变幅杆耦合处振幅较大，增大了齿轮端面的输出振幅.圆锥变幅杆形状参数固定时，齿轮分度圆直径和圆柱杆直径对齿轮端面的输出振幅没有影响，减小圆锥变幅杆小端直径可以增大齿轮端面的输出振幅.通过有限元分析和谐振特性实验验证这种新设计方法的可行性.研究结果为齿轮振动系统提供了一种新的设计方法，对齿轮超声加工工艺的工程应用具有重要意义.

针对综掘迎头及巷道冒顶事故频发、掘进效率低，迈步式超前支护装备在过渡过程中支撑力不稳定、破坏顶板等问题，为满足对迎头顶板支护平稳、高效、可靠的要求，达到超前支护在过渡过程形成有效支护的目的，采用电液比例控制技术，设计了主、副支撑油缸组支撑力的控制方案，利用换向阀阀芯位移控制支撑油缸组的支撑力．根据系统的组成和原理，建立控制系统的数学模型和仿真模型，利用AMESim软件对系统进行仿真研究，得到比例换向阀阀芯位移、支撑力随时间的控制曲线．仿真结果表明，不同阀芯控制曲线对支撑力的控制效果有明显区别，基于体积增量的阀芯位移控制曲线符合实际工况要求．同时，将仿真数据与实验结果相比较，表明控制系统设计是合理的．

采用微分方程法分析了带腰绳起重机吊臂的平面外稳定性.通过吊臂失稳临界状态下的弯曲微分方程，引入边界条件及适当的变形协调方程，得到带腰绳吊臂平面外失稳特征方程的解析表达，算例的计算结果与ANSYS计算结果吻合.随后探讨了失稳特征方程在单拉杆及双拉杆吊臂两种极限情况下的退化形式，并对3种形式臂架的稳定承载能力进行对比.结果表明：带腰绳吊臂稳定承载能力介于单拉杆及双拉杆吊臂之间，腰绳结构在增强吊臂刚度的同时也提高了吊臂的稳定承载能力，且吊臂系统仍为静定结构.

波形弹片是电机减振的重要部件之一，理想的波形弹片可以大大减少电机正常运转过程中的振动，延长电机的寿命.为设计出满足规格的波形弹片，利用有限元分析方法对波形弹片的受压过程进行分析，研究弹片有限元分析所得到的载荷—挠度曲线，发现3个比较明显的拐点，再将这些拐点与对应弹片压缩情况下的应力图以及理论公式联系起来分析，找出拐点产生的原因.并将所得到的载荷—挠度曲线与客户所提供的规格进行对比，然后根据曲线对比产生的差异以及有限元分析曲线的特点，再按理论公式有针对性地修改模型几何参数，对新模型再次进行有限元分析，直至修改的模型计算结果比较理想为止.最后将该理想模型有限元分析的载荷—挠度曲线与试验测试所得的载荷—挠度曲线进行对比，发现两者吻合非常好.这证明了有限元分析方法在波形弹片设计中的可靠性.