随着消费文化的发展和衍变，产品意义成为消费者购买产品的重要因素。针对现有研究局限于用户需求和技术发展，结合设计者的引导作用，提出基于产品意义、用户需求和技术发展的创新前端机会识别流程。通过划分用户群体，分别研究用户群需求、产品关键技术状态以及产品意义影响因素并确定设计目标，并将上述三方面整理归类为创新机会线索，利用多种创新工具和创新思维将整理归类的机会线索集成转换为创新机会；基于用户需求、产品意义、技术发展这三方面的约束及企业理念、资金等因素，选择更适合企业发展的几个机会点作为机会方案。最后通过射钉枪的机会识别过程，验证了该方法的可行性。该方法实现了设计驱动、市场驱动和技术驱动共同作用的机会识别，在满足用户需求、适应技术发展的同时表达了产品意义，为产品进化升级提供方案。

随着社会和时代的进步，复杂物理系统日益常见，传统的工程分析与设计方法面临着巨大挑战，因此，针对复杂物理系统的诸多参数，研究新的分析方法、提炼海量数据、指导工程分析与设计，显得尤为迫切。从系统分析方法角度，对弹簧滑块系统、直流电路系统、流场压降系统和平板传热热阻系统进行了阐述；对4种物理系统中的重要物理量进行了分析与归纳，提出了含阻系统的设想，其由阻元、过体和势头三个部分组成；在已经具有海量数据的基础上，含阻系统分析方法可通过确立物理系统中的阻元、过体和势头，建立阻元对势头的直接联系，简化物理问题，得到相对准确的结果。同时，采用含阻系统分析方法对先导式截止阀的阀芯设计进行了研究，结果表明，数值模拟和含阻系统分析方法得出的阀芯小孔处的压差和最大汽含率均在2%的误差范围内，这说明含阻系统分析方法可用于指导先导式截止阀阀芯小孔的设计。在海量数据积累的大数据时代，含阻系统分析方法可针对各种类型的复杂物理模型进行工程分析与设计，具有广阔的应用前景。

提出采空区群"短板"单元空区甄别的类框架结构自稳系数分析方法，为采空区群失稳的超前防控提供依据。构建采空区群类框架结构自稳模型，通过建立系统结构的位移法典型方程组，结合岩石强度理论，给出顶柱、间柱自稳系数计算式，引入顶柱、间柱重要度因子α，β，进行采空区群"短板"单元空区甄别分析。以某大型金属矿山4个中段12个单元采空区组成的采空区群为例，开展爆破与非爆破影响两种工况条件下"短板"单元空区甄别研究。结果表明：该方法可以有效甄别采空区群中的"短板"单元，揭示单元空区自稳系数与其赋存深度、位置之间的关系，反映"短板"单元空区的分布情况。现场踏勘及位移监测结果从不同维度验证了分析结果的可靠性。为采空区失稳灾变的超前防控提供了一种新的方法。

软体驱动器是一种由柔软材料组成，并主要通过弹性材料的弯曲、收缩或伸长等来实现运动的执行器。软体驱动器是实现仿生软体机器人运动和动作的关键部分，开发适用的软体驱动器是进行仿生软体机器人研究的前提。为研究能够驱动软体机器人的仿生软体驱动器，基于目前常见的软体驱动器形式，提出并设计了一种多腔体式仿生气动软体驱动器。该气动软体驱动器主体结构采用硅胶材料制作，能够利用3D打印的模具进行成型。该驱动器主体结构加上底面或经组合后，可以分别得到伸长驱动器、单向弯曲驱动器及双向弯曲驱动器，能够实现类似身体柔软类动物的仿生变形运动。分别对上述3种软体驱动器的静态特性进行了测试，结果表明，在15 kPa压力下伸长驱动器的伸长率能够达到40%以上，弯曲驱动器在同样压力下也具有较大的弯曲变形。经实践证明，所设计的多腔体式仿生气动软体驱动器原理可行、制作工艺简单，能够在软体机器人及相关领域中得到广泛应用。

风力机叶片是风力机的关键部件，为了解决叶片受到阵风或随机风作用后振动衰减缓慢、叶片产生较大空间扭曲变形等问题，在叶片中嵌入压电材料，运用变分法、哈密顿（Hamilton）原理和扁壳理论，建立了压电板壳式复合材料叶片结构的机-电耦合动力学数学模型，并应用MATLAB软件对叶片在施加控制电压前后的响应特征进行了数值求解，根据计算结果分析了叶片各方向位移、转角随时间的变化和风载作用下控制电压对叶片振动的抑制情况。分析结果表明：施加控制电压前，叶片在受到阵风或随机风作用后，振动衰减缓慢，在给叶片中压电材料施加控制电压后，在压电材料的逆压电效应下，叶片的振动衰减迅速，在极端风速情况下能极大地提高风力机叶片的气动弹性稳定性。因此，采用压电材料，利用其逆压电效应，根据风载施加控制电压，能够有效抑制极端风载作用下叶片的振动，从而提高其服役周期。

为了给人机界面设计提供有效的评价手段，围绕用户对人机界面的感性需求，提出了基于感性工学的人机界面多意象评价方法。首先运用感性工学方法建立感性指标评价体系，在指标权重分配上，通过将灰色关联分析法引入群层次分析（analytic hierarchy process，AHP）法中，利用改进的群AHP法求取综合权重，解决了传统AHP法主观性过强的缺点；同时根据感性工学评价的模糊性，建立了一种直觉模糊集理论和TOPSIS （technique for order preference by similarity to an ideal solution）法相结合的综合评价模型。结合数控机床人机界面设计方案验证了该评价方法的有效性和可行性。该方法对人机界面感性设计与设计评价具有一定的参考意义。

振动器作为可控震源的核心部件，其性能对可控震源输出信号的质量起着至关重要的作用。为了准确掌握可控震源振动器的模态特性，找到非激励振动的原因，根据有限元模态分析相关理论，建立了振动器-大地有限元模型，利用ANSYS Workbench软件对模型进行预应力模态分析，获得施加预应力后的振动器变形情况和前6阶固有频率以及相应的振型。有限元分析表明：在实际工作频宽内，振动器的主要振动形式是平板以上结构沿长轴和短轴的摆动以及以活塞杆为中心的扭转。针对有限元分析结果，进行了现场试验，试验结果与仿真分析一致，证明了有限元分析的正确性。研究表明，振动器共振会导致非激励性的摆动和扭转，这是振动器输出信号畸变的一个原因。研究结论为振动器结构设计和现场作业提供了理论指导。

为提高差温成形有限元模型的精度，提出自适应SVR-ELM混合近似模型和量子遗传算法相结合用于参数寻优的反求方法。基于镁合金差温成形有限元模型，建立Johnson-Cook本构模型关键参数与成形件温度之间的SVR-ELM混合近似模型，采用启发式算法求解混合模型权系数。基于自适应方法，利用优化过程中的局部解，更新样本库并重新拟合近似模型，通过改进的量子遗传算法寻优以实现镁合金AZ31B差温成形中本构参数的反求。与采用单一近似模型相比，自适应SVR-ELM混合模型精度更好，效率更高。以2011年国际板料成形数值模拟会议（NUMISHEET2011）中提出的十字杯形件差温成形为研究对象，利用该反求模型对本构参数进行反求，基于反求参数进行数值模拟，将获得的温度与试验数据值相比，温度误差为0.39%，说明反求方法有效。研究结果表明利用SVR-ELM获得的本构参数建立的有限元模型能更有效地对实际生产中成形件的缺陷进行预测。

针对PDC钻头布齿设计的多样性与灵活性，为了提高PDC钻头布齿设计的科学性与效率，提出了一种PDC钻头布齿参数逆向设计与优化的方法。以使用效果欠佳的钻头为原型，反求出原型钻头的布齿参数。在反求布齿参数的基础上，根据仿真计算模型的结果以及实际使用情况为钻头的布齿设计提供理论帮助。最后，根据磨损速度优化模型与侧向力平衡优化模型对布齿参数进行优化。研究结果表明：反求的布齿参数精度高，优化设计后的钻头具有更高的钻进速度与更大的钻进深度。布齿参数的逆向设计与优化方法为PDC钻头的个性化设计提供了一种全新的思路。

针对压裂球座锥段处冲蚀磨损严重将影响滑套的开启和压裂施工正常进行的问题，基于固液两相流和冲蚀理论，建立了压裂球座冲蚀模型，分析了球座冲蚀磨损原因。采用控制变量法，分析了压裂液排量、颗粒浓度、颗粒直径、黏度对球座冲蚀磨损的影响。通过分析可知：随着压裂液排量和颗粒浓度的增加，球座冲蚀速率增大；随着颗粒直径和黏度的增加，球座冲蚀速率减小。为减少球座冲蚀磨损，分析了不同锥角和结构形式的球座锥段冲蚀速率；得出锥角在20°~30°范围内最为合理，锥段为凹面结构和双角度结构的球座，其冲蚀速率都较小。分析结果对水平井投球滑套分段压裂技术的改进和现场压裂施工具有指导意义。

为提升冷却风扇性能，改善空气流动状态，结合国内某款平地机建立其冷却风扇三维模型，在虚拟风道内，利用CFD数值仿真方法对其进行分析，并将仿真结果与实验数据进行对比；利用变环量设计法对原风扇进行重新设计，在相同边界条件下对其进行仿真，对比两风扇仿真结果；分析新风扇结构参数对其性能的影响，并通过正交试验对不同结构参数组合下信噪比进行分析。结果表明：原风扇实验值与仿真值在静压、静压效率上的最大误差分别为8.35%，2.34%，均在可接受范围内，验证了仿真方法的正确性；在大部分流量区间，新风扇的静压、静压效率均大于原风扇，表明改进有效；在信噪比分析中，轮毂比对冷却风扇综合性能影响的贡献率为42.25%，叶片数的为35.98%，叶尖安装角的为11.07%，前弯角的为10.7%。研究结果可为冷却风扇的设计与改进提供一定的参考。

周向拉杆转子作为燃气轮机等重大装备的核心部件，疲劳损伤是导致其失效和性能退化的主要原因之一。目前对疲劳损伤的研究均是针对单个元件，而仅从单个元件的损伤依然无法预测整个周向拉杆转子的损伤。以某型燃气轮机周向拉杆转子为研究对象，考虑周向拉杆转子燃烧室损伤和透平端拉杆损伤对周向拉杆转子整体损伤的影响，建立了周向拉杆转子整体疲劳损伤模型。通过对周向拉杆转子轮盘间接触效应的等效，建立了考虑虚拟材料层的周向拉杆转子动力学模型，得到了周向拉杆转子各组成部分刚度及其整体等效刚度；运用损伤力学及有限元分析，提出了周向拉杆转子整体疲劳损伤建模方法，得出周向拉杆转子的整体疲劳损伤及元件损伤与致裂寿命的关系。结果表明：所建立的损伤模型将周向拉杆转子整体损伤和致裂寿命视作一个复杂、非线性的过程，考虑了多元件损伤的影响，可清楚反映多元件损伤与整体损伤的非线性关系。研究结论为周向拉杆转子结构设计和寿命预测等提供了理论参考。

桥式起重机的动态特性直接影响其运行可靠性，而减速器齿轮系统各参数对其综合性能影响较大，因此有必要研究齿轮系统动力学特性随各参数变化的内在机理及变化规律，达到桥式起重机减振降噪的设计目的。利用ANSYS软件建立三支点桥式起重机整体有限元分析模型，在各级齿轮副接触线上施加内部动态激励，基于模态叠加法分析其振动特性，进而实现结构噪声的预估，并通过试验来验证仿真方法的可行性。在保证各级齿轮副中心距不变和总传动比相近的条件下，分析了不同模数、螺旋角、轴承支承刚度、结构阻尼比和负载下齿轮系统的振动特性和结构噪声，得到了系统振动加速度有效值、频谱图和结构噪声随各参数的变化规律。分析结果为桥式起重机相关参数的改进和减振降噪设计提供了理论依据和参考。

针对热熔胶机加热温度存在惯性大、滞后性强、非线性等缺点，且常规PID控制难以达到温控要求，提出了一种基于CPSO-BP神经网络的PID控制器参数自适应调整算法。该算法先用CPSO算法将BP神经网络的初始权值和阈值优化到全局极小点附近，然后用传统BP神经网络学习算法在线调整PID参数。采用MATLAB对设计的CPSO-BP神经网络-PID控制器进行了温控系统仿真分析，仿真结果显示该控制器可实现对热熔胶机温度的精确控制，具有良好的自适应性和鲁棒性；实验测得采用CPSO-BP神经网络-PID控制器的温控系统能够在3.5 min 内达到设定温度，温控精度为±2.5℃。CPSO-BP神经网络-PID控制器作为嵌入式系统的一个控制单元，已投入热熔胶机温控系统实际应用，使用效果表明：温控系统性能稳定，温控精度高，有效实现了热熔胶机加热温度的自动控制，具有良好的实际应用及推广价值。

为了研究复杂工况下采煤机液压拉杠的力学特性，采用液压拉杠固定垫片处设置压力环传感器的方法，对不同截煤工况下采煤机液压拉杠的拉力变化进行实时在线检测，采用无线信号收发模块实现检测数据的实时传输。实验表明：液压拉杠所受拉力的大小及波动与其位置和采煤机截煤工况均有关，其中位于煤壁侧上处的拉力最大，采空侧下处的载荷波动最剧烈；斜切进刀过程中，采空侧下、采空侧上、煤壁侧下和煤壁侧上等4处液压拉杠的最大拉力分别为495.345，379.85，493.294，539.33 kN。研究结果为液压拉杠的设计优化提供重要依据。

针对箱式孵化蛋车装卸时，受蛋车高度和蛋盘尺寸的影响，人工装卸效率低、强度大等问题，设计了一种蛋车自动装卸机械臂。根据蛋车自动装卸机械臂的功能需求，装卸机械臂由升降机构和具有高度差的剪叉式装卸机构组成，剪叉式装卸机构中的刚性传递机构完成蛋盘的抓取，柔性传递机构完成蛋盘的输送。依据种蛋承受的最大冲击力要求，通过对蛋盘装卸过程中升降机构的动力学和静力学分析，研究了种蛋的受力情况，优化了系统的启停控制。样机试验结果表明，蛋盘装卸的垂直定位误差小于1.6 mm，水平定位误差小于0.5 mm，装卸成功率为100%，装卸效率达450盘/h，无种蛋破损现象。研究结果为蛋盘的自动装卸装置设计提供了有效的参考依据，促进了孵化工艺流程的自动化。