针对文化产品的造型设计，将与产品造型相关的设计元素细分为功能、行为、文化、情感和构造法五个方面，结合基于案例的设计（case-based design，CBD）技术、遗传算法以及形状文法知识，建立文化创意产品设计概念原型系统并对文化创意产品进行引导设计。提出产品造型相关设计元素多目标优化模型，对用户需求进行匹配操作。提出文化产品造型设计方法模型，结合产品基因树交叉操作与形状文法知识，将现代类产品与文化器物类产品的设计元素进行交叉重组。通过对产品造型相关设计元素进行深入研究，并在文化创意产品设计概念原型系统中融入基于案例的设计技术、遗传算法和形状文法的知识，辅助设计师对文化产品进行创意设计。以小音箱为例，验证了该方法的可行性，为文化产品设计提供了一种有效方法。

产品开发过程中单输入多输出耦合设计任务间存在复杂的信息依赖关系。采用单阶段方法的任务执行方式时，因所执行的任务数量多并且需传递的信息量大，致使任务间存在的复杂信息关系难以被理清，从而导致任务执行过程中的方案分配不够合理，任务间的迭代返工次数过多，产品开发周期过长。针对这些问题，在深入分析单输入多输出耦合设计任务单阶段迭代模型的基础上，提出了一种任务迭代过程中的信息处理策略，并构建了一种单输入多输出耦合设计任务的二阶段迭代模型及其求解执行时间的数学模型。应用该数学模型，可以计算得到最佳二阶段设计任务分配方案。以某发动机开发项目为例，进行了该方法的应用分析。研究表明，采取二阶段迭代模型，任务迭代执行时间比单阶段短，并且通过合理分配在1，2两个阶段执行的任务，能够获得最短的二阶段任务迭代执行时间。该方法根据任务间不同的信息关系选择合适的任务迭代模型，能够有效缩短产品开发周期，可为产品设计人员在产品开发过程中选择合理的任务执行方式提供一定的理论参考。

为进一步缓解全球气候变暖，从源头降低产品生命周期碳排放的低碳设计日益成为产品设计的重要方向。基于对产品低碳设计过程中决策信息的构成及对应设计策略的研究，构建了一种融合碳足迹的产品低碳设计信息模型，并在分析低碳设计决策信息内涵的基础上提出了一种基于产品结构树和详细设计参数的双重递进碳足迹根源特征定位方法。该方法基于定性/半定量矩阵的简约式生命周期评估（streamlined life cycle assessment，SLCA）法对碳排放关键结构单元进行初筛，并采用赋权关联图方法定位低碳设计的关键特征和设计参数。针对设计参数矛盾，利用TRIZ冲突解决理论进行求解从而实现低碳设计目标。以手持吸尘器作为低碳创新设计案例，对所提方法的可行性和有效性进行了验证。

为提高减振器阻尼力输出的准确性及减振器性能可靠性，定量分析双筒式液压减振器尺寸参数及其公差、油液黏度等对阻尼力的影响。根据阻尼力的产生机理，建立了减振器复原行程中复原阀开启前、后的阻尼力模型和压缩行程中压缩阀开启前、后的阻尼力模型，利用MATLAB仿真得到了其示功图和速度特性图，并通过台架性能试验进行了验证。考虑到阻尼力模型的复杂性，采用ANSYS中的Design Exploration模块，利用响应面法得到了减振器各个参数的灵敏度，并针对油液黏度、阀系开启高度等影响较大的参数，考虑其随机性，利用蒙特卡洛抽样方法得到了减振器阻尼力的分布，从而为双筒式液压减振器的设计提供了依据，为进一步研究减振器的阻尼力退化及寿命评估奠定了基础。

机电耦合涉及机械、电磁学、热学等学科，对产品性能有直接影响。在电子产品机电耦合分析中，不同物理场间的数据传递方法是研究的重点和难点。针对微波天线的机电耦合问题，提出了一种基于模型重构的天线机电耦合仿真方法并开发了相应的仿真平台。在仿真平台中，首先利用ANSYS进行力学分析；然后利用APDL语言编写接口程序，获取并导出由结构分析产生的变形网格，然后基于非均匀有理B样条曲线曲面（Non-Uniform Rational B-Spline，NURBS）理论，将变形网格重构出几何实体；最后将变形实体导入电磁场分析软件（electromagnetic field analysis software，HFSS）中进行天线电磁性能的计算。利用波导缝隙天线进行实验测试，测试结果验证了该方法的正确性。研究表明：机电耦合会影响天线的性能，且所提出的方法可用于天线设计阶段的机电耦合仿真分析。

为了研究固结磨粒磨具的磨料粒度对旋转超声磨削钛合金磨削力的影响，采用随机空间平面切割正六面体的方法构建了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体磨粒，并基于虚拟格子法建立了磨粒在磨具端面随机分布的多颗磨粒磨具模型。使用Deform-3D软件构建了三维旋转超声磨削钛合金有限元模型，采用拉格朗日增量算法获得了多颗磨粒磨具旋转超声磨削钛合金Ti6Al4V的磨削力仿真值，得到了磨料粒度对磨削力的影响规律，并通过试验进行了验证。结果表明，旋转超声磨削钛合金磨削力随着磨料粒度的增大而减小，且试验结果和仿真结果具有一致性，说明了多颗磨粒磨具模型、旋转超声磨削有限元模型具有一定的准确性，为多颗磨粒磨具旋转超声磨削的相关研究提供了新的方法。

为探究电连接器接触件插拔过程中各监测量变化情况，并分析接触件不同结构参数对电连接器插拔特性的影响，利用ANSYS对接触件插拔过程进行仿真，得到了插拔过程中插孔簧片变形、应力分布以及插拔力和接触压力的变化情况，分析了接触件不同结构尺寸时接触压力等参量的变化规律。分析得知缩口量变化对各监测量影响最大，其次是插孔簧片长度和厚度，开槽宽度对接触件的影响很小。结果表明，有限元法能较好地模拟接触件插拔过程中各监测量的变化情况。该方法能为电连接器接触件的设计和可靠性测试提供依据。

由于空气扰动，运煤专用列车途经隧道进出口时会出现大面积落煤现象，针对长距离清理隧道落煤面临的人工清理效率低、成本高等难题，设计了一种由1根主输送煤料管和多根吸煤支管组成的新型铁路隧道落煤吸尘装置，用于清理颗粒小、质量轻的铁路隧道落煤。在对主输送煤料管设计中，首先利用欧拉-拉格朗日法建立了输煤管道中的气固两相流模型；其次基于Fluent有限元仿真研究了煤粒入射角和定长管道上多个支管间距对主输送煤料管内流场的影响，分析煤粒最佳入射角以及主输送煤料管上安装吸煤支管数量的最优值；最后通过现场试验对有限元仿真结果进行了验证。仿真和试验结果表明：煤粒入射角α在小于45°时主输送煤料管压降小，颗粒流可获得较大的水平输送速度；支管间距在750 mm附近时，水平输送速度波动范围小且煤料的输送量明显大于其余各组，更加利于铁路隧道落煤的输送。研究结果对改进主输送煤料管结构形式、提高输送隧道落煤效率以及优化铁路隧道落煤吸尘装置具有重要意义。

为找出三叉式万向联轴器在安装和使用过程中出现振动、噪声的原因，分析采用单、双径向轴承安装三叉式万向联轴器输出轴时联轴器附加弯矩随输入轴转角及偏转角的分布规律。首先建立2种安装方式下联轴器的运动简图，应用空间机构坐标变换技术建立输入轴与输出轴的关系方程，推导出系统存在偏转角时输出轴的运动方程，表明输出轴采用单径向轴承安装时三叉式万向联轴器为准等角速传动，采用双径向轴承安装时其具有等角速传动特性。其次分析这2种安装方式下作用在输入轴和输出轴上的附加弯矩分量，根据虚位移原理确定三叉式万向联轴器输出轴在2种安装方式下系统均出现附加弯矩。通过分析发现：采用单径向轴承安装时，存在偏转弯矩，且一个运动周期内附加弯矩的波动频率是输入轴的3倍，呈正弦曲线变化，且附加弯矩的变化趋势为随偏转角的增大呈直线上升；双径向轴承安装时，偏转弯矩为零，附加弯矩随偏转角的增大而逐渐增大，未出现波动。结果表明：2种安装方式下三叉式万向联轴器上均产生附加弯矩，从而使系统产生振动效应。该结果对研究系统产生振动的原因、确定系统非线性动力学行为具有重要的意义。

风电功率存在较大的随机性、波动性和相关性，这会对风电并网带来极大的挑战。为提高超短期风电功率预测精度，提出一种基于经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）、谱聚类（spectral clustering，SC）和改进型引力搜索算法（ameliorated gravitational search algorithm，AGSA）优化支持向量机（support vector machine，SVM）参数的超短期风电功率组合预测方法。首先通过经验模态分解对风电原始数据进行去噪处理，剔除不规则的数据；然后应用谱聚类对经验模态分解后的子序列进行聚类分析，再应用改进型引力搜索算法优化支持向量机模型对各个子序列进行预测；最后将各子序列的预测结果相加得到最终预测值。以某风电场的实际数据为算例，仿真研究表明，所提出的组合模型能够提高风电功率预测精度，且预测效果较好，同时也证明了所采用方法的合理性。该方法能够用于风电功率的精确预测。

针对四旋翼无人机飞行姿态测量易受干扰、姿态解算和姿态控制输出误差大等问题，以飞行姿态稳定控制为目标，设计了一种基于STM32系列微控制器的X型四旋翼无人机。采用以双处理器、双陀螺仪和双加速度计为主的硬件架构，实时采集无人机飞行姿态信息，并结合基于四元数的互补滤波算法和串级PID控制算法对姿态信息分别进行解算和控制输出。实验结果显示：小角度扰动下，双陀螺仪和双加速度计姿态测量精度高，合理设置双环PID参数后，姿态角输出误差小。结果表明：双传感器硬件架构在姿态测量中的抗干扰性更强，设计的X型四旋翼无人机飞行性能较好，达到飞行姿态稳定控制的目的。研究结果对后续飞行控制系统的深入研究具有一定的指导作用。

起重机主梁生产线中下盖板与Ⅱ形梁组对时，用人工矫正方法矫正腹板波浪变形会在主梁腹板上留下焊疤，并增加没有附加值的打磨操作。为了改善这一状况，并高效配合机器人实施定位焊，采用磁力吸附原理进行腹板变形的自动矫正。首先对Ⅱ形梁腹板变形进行测量，并拟合出变形曲线，不同格子间的变形均为凹变形，最大变形值为24 mm。接着利用有限元方法分析了磁铁布置方式对矫正效果的影响：在同样的磁铁吸附应力和布置方式下，大筋板间的间距越大，矫正效果越明显；而在同样的大筋板间距下，初始凹变形小有利于矫正；对所有的格子间，永磁铁距腹板下边缘越近，矫正效果越明显，同样的磁铁（长宽比大于1），横放比竖放的矫正效果明显。最后研发了自动矫正执行器的物理样机，其由吸附单元、推拉单元、结构单元、传感单元和控制单元组成，并进行了现场试验，测试结果满足矫正工艺的精度要求（±2 mm），同时也验证了有限元分析结果的准确性。主梁腹板变形自动矫正执行器的研制实现了腹板变形识别、腹板临时连接的建立、矫正过程力感知和矫正运动可控。该装置实现了机器人定位焊前的腹板变形自动矫正，对前道工序的焊接工艺优化具有一定意义。

针对焊接精度要求不高的焊接机器人应用场合，设计出一种成本较低、位置控制精度较好的翻转式焊接工作台，以满足中低端产品的焊接工艺要求。在该翻转式焊接工作台中，采用气动马达作动力输出，蜗轮蜗杆大传动比传动系统作高精度分度装置，光电编码器作位置信息获取装置，并通过闭环控制实现高精度翻转运动。仿真结果表明，该焊接工作台最高转速达到14 r/min，能够满足大多数产品的焊接需求。设计的焊接机器人翻转工作台为中低端焊接产品提供了一种经济、有效的焊接机器人应用方案，对降低焊接机器人的应用成本、提高焊接生产效率具有重要意义。

为了有效抑制电动负载模拟系统多余力矩，从而提高系统加载力矩的输出精度，设计了一种自适应抑制位置干扰力矩的控制方法。基于前馈控制与自适应控制原理，使用MATLAB仿真软件对该方法的有效性作了分析，并进行了试验验证。仿真与试验结果表明：该方法能自适应调节系统加载误差，且舵机运动频率越高，系统跟踪误差调节时间越长；当加载力矩和舵机运动幅值相同时，舵机运动频率越高，该控制方法对系统多余力矩的抑制效果越明显；当加载力矩和舵机运动频率相同时，舵机运动幅值越大，抑制效果越明显。该控制方法能够在系统部分参数未知或者渐变的情况下，有效抑制系统多余力矩。研究结果对飞行器电动负载模拟器的设计具有一定参考价值。

为了解决传统RFID定位技术中存在的定位精度差和电子标签功耗高这2个问题，提出了一种基于低频触发的2.4 GHz高精度区域定位系统的设计方案。该方案将低频125 kHz触发信号与2.4 GHz射频信号相结合，采用低频唤醒的方法极大降低了电子标签的功耗，利用可调节触发距离的触发机制将RFID系统的定位精度进一步提高.基于该方案设计了2.4 GHz有源电子标签、125 kHz触发器和2.4 GHz阅读器三个子系统。阅读器与触发器的分离式设计，节约了铺设成本。系统硬件电路设计中加入了可调电位器和数字电压调节器，分别对识别距离和触发距离进行调节，使设备的配置更为方便，增强了系统的实用性。测试数据显示，阅读器与标签的最大通信距离长达120 m，有源电子标签的待机时间约为2 a（年），RFID定位系统能够实现1～5.2 m的可调定位精度。测试结果验证了该方案的有效性。

给出一种H型铲齿凸轮的标准设计方法，用于解决多升程H型铲齿凸轮的优化设计问题。针对传统铲齿凸轮存在的过渡点冲击问题，提出基于H型凸轮从动件运动规律的铲齿凸轮设计方案。以凸轮面积为设计目标函数，以从动件的偏置量和初始位移为设计变量，在凸轮一般设计准则的基础上，考虑理论廓线曲率范围和压力角分布的约束条件，建立H型铲齿凸轮的优化设计模型。多升程H型铲齿凸轮的优化设计问题具有约束条件多、非线性强和计算复杂度高的特点，将多项式变异算子和标准粒子群优化结合，提出多项式变异粒子群优化方法。以此优化方法为基础，通过构造罚函数处理设计约束，分别求解三升程和四升程的H型铲齿凸轮优化设计问题。计算结果表明，提出的标准设计方法可显著降低多升程H型铲齿凸轮的工作轮廓面积，使铲削机构更加紧凑。