开放式结构产品为大批量个性化生产提供了一个持续的产品架构，它具有可持续性、可适应性、可升级性和可扩展性的特点．开放式结构产品由开放式结构的产品平台和通用的接口构成，通过集成源于不同生产商的模块满足用户的个性化需求．建立产品开放指标的数学模型在产品设计阶段评估产品在生命周期中的开放度．从产品的技术因素方面提出了2个关键指标：产品的兼容性（compatibility of the product， COP）和生命周期的模块化（life cycle modularity， LCM），用来描述产品的开放特征和开放程度．最后以工业产品纸袋折叠机作为实例对提出方法进行了验证和分析．

为揭示机械产品突破性创新内在的动态演化机制，提出了一种基于突变理论的机械产品突破性创新耗散结构模型及其评价方法．首先叙述了耗散结构理论与熵变；然后应用发明问题解决理论（TRIZ）中的冲突解决原理分析了机械产品突破性创新尖点突变过程，建立了机械产品突破性创新耗散结构模型，指出了机械产品是在一个非平衡的开放系统中，系统内各技术子系统之间非线性相互作用下，以尖点突变的形式产生的宏观的“巨涨落”，从而形成的一种新的有序的耗散结构；最后基于信息熵理论提出了机械产品突破性创新的评价方法．以中药滴丸机为例，对2种不同状态下的滴丸机进行定量分析，结果较好地验证了该方法的合理性．

为利用TRIZ和仿生技术两类系统化创新方法来提高产品原理解的产生效率，提出一种基于TRIZ和仿生技术的产品创新集成过程模型．整合了基于生物功能的创新原理，结合Matrix 2003冲突矩阵表，应用Matlab软件实现仿生模本寻找的可视化操作，并建立生物原型树形模型及产品仿生耦合模型．利用所提出的产品创新集成过程模型对风扇叶片进行创新设计，对改进前、后风扇叶片的性能进行了Fluent仿真分析．仿真结果表明：仿生创新风扇叶片在监测面和监测点处质量流率提高了6%，A级噪声值降低了78%．风扇叶片的创新设计验证了所建立的集成过程模型的可行性与有效性．
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为了研究零件制造偏差对装配公差的影响，提出了一种面向制造过程的装配公差模型．基于小位移矢量方法建立零件表面公差模型，采用齐次坐标变换方法描述偏差累积，建立了工艺系统各组件的装配公差模型．在满足装配约束条件的前提下，考虑了装配零件的几何变动，利用统计法研究装配体的装配成功率．最后应用一实例对装配体进行了公差分析，验证了模型的合理性．该模型可以用于指导装配规划，避免不可装配性．

为了深入了解拉杆预紧失谐对组合转子动力学特性的影响，建立考虑界面粗糙度的组合转子预紧失谐模型，研究预紧失谐下组合转子动力学特性．在此基础上，分析拉杆预紧失谐对组合转子结构强度的影响．研究结果表明：与预紧谐调相比，正、负失谐均引起组合转子振动加剧；转速越大、拉杆数目越少、轮盘级数越多，转子不平衡响应越大．拉杆预紧负失谐时转子最大应力与预紧谐调时相当，拉杆预紧正失谐对转子强度影响显著，失谐使得轮盘界面的最大应力增加．

针对表面织构可以有效改善相对运动表面的摩擦学性能，建立了均匀分布的微凹坑机械端面密封的理论模型，采用有限差分法对流体动压润滑方程进行求解，获得了密封端面间气膜的无量纲压力分布，并考察了微凹坑形状和复合形式对密封端面的无量纲平均压力p_av的影响．结果表明：微凹坑在相同的形状下，大小尺度不同的复合凹坑比单一凹坑具有更强的动压性能，而以矩形凹坑表现得最为明显，其动压性能效率提高率ξ₃可达6.79%；微凹坑的复合可明显增强密封端面动压性能．

针对海洋漂浮式太阳能发电装置，为分析海浪运动对其光照性能的影响，对比陆地环境下相同面积光伏电池的光照性能，分析两者之间的差距.首先总结了倾斜表面太阳辐射能的计算方法，分析了在海洋环境下应用这一模型的差异性，再将海浪简化，分析浮体在海浪中的运动特性及角度摆动规律，同时运用AQWA仿真软件，对浮体运动进行仿真，以验证浮体摆动角度计算的准确性，最后将静态的太阳辐射能计算模型与动态的浮体角度摆动相结合，得出海浪影响下光伏电池表面所接收到的太阳辐射能.将其与相同条件下以最佳接收角度固定安装的光伏电池所接收的太阳辐射能相比较，得出在海浪影响下浮体及光伏电池所接收的辐射能能够达到陆地最佳接收情况下的87.5%．
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为解决采煤机滚筒截齿排列设计水平低、研发周期长、截割性能差等问题，给出了截齿排列方式及其参数确定方法．利用MATLAB GUIDE语言编程，开发了采煤机滚筒截齿排列参数化设计系统．该系统通过输入设计参数便可设计出滚筒的多种截齿排列方案，利用截割顺序图、切屑图以及滚筒载荷图可判断设计方案的合理性．通过实例，对常用三头螺旋滚筒的2种截齿排列方式进行模拟分析，结果显示：畸变1式截割性能优于畸变2式．研究表明，该系统可提高滚筒设计质量，设计方案直观，设计结果可定性、定量分析，为设计质量好、性能佳的采煤机滚筒奠定了基础．

住宅配电系统谐波主要来源是住宅的非线性用电设备．运用实验方法，对典型住宅非线性用电设备进行谐波测试，提取其特征，建立了典型住宅非线性用电设备的谐波电流源模型．提出了基于谐波幅值特征、反映谐波贡献大小的非线性用电设备谐波等效贡献指标，以及基于谐波相位特征、反映谐波分散效应的非线性用电设备谐波兼容性指标．根据该类用电设备实际使用时的组合方式，对不同用电设备组合的集合谐波特性进行比较分析，得到不同用电设备组合时可能的谐波电流总畸变率变化范围，得出3次谐波是组合谐波总畸变率的主要贡献者的结论．对实际运行的住宅配电系统的监测结果，证明了上述结论的正确性．

城市供水管网的发展符合分形自生长的特性，可以利用分形理论使管网分区与供水管网规划得到有机结合．分析城市未来建筑与市政规划，在此基础上确定城市用水户节点位置及节点流量．运用Kmeans算法对用水户进行聚类后，采用层次分析法确定各聚类区域最重要供水点，保证其优先供水．分区及供水点层次确定后运用Prim算法得到各个分区的供水管网分形自生长结构，最终形成城市供水管网规划方案．供水管网建成后可以直接进行区块化管理．基于分形的城市供水管网规划已在北方某城市得到应用，建成后管网运行与管理效果良好．

卫星质量特性主要包括卫星的质量、质心、转动惯量和惯性积等，是影响卫星精确姿控的一个重要因素．皮卫星能源和姿控能力有限，对皮卫星偏心量和转动惯量提出了相关要求．以“皮星一号A”卫星为例，首先采用三支点称重法和三线摆法测量了卫星的原始偏心量和原始转动惯量，然后采用遗传算法对该卫星配重块个数、尺寸及其安装位置进行配重优化.配重后测量发现：“皮星一号A”卫星偏心量小于0.5 mm，皮卫星转动惯量J_yy>J_xx>J_zz，配重质量约为0.34 kg，在满足姿控系统质量特性要求的前提下实现了配重质量轻量化．皮卫星在轨下传的地球照片说明皮卫星姿控成功．

为了研究精密离心机的风阻力矩，利用RNG k-ε湍流模型与增强型近壁面处理方法对精密离心机的空气流场进行了数值模拟．得到的离心机风阻力矩与测试结果相符，验证了该数值模拟方法的可行性；在水平流场中对不同外型的负载整流结构进行了数值模拟，结果表明锥形整流结构整流效果最好，同时研究了几何参数对整流效果的影响；基于水平流场负载整流优化设计结果，设计了5种离心机负载的整流方案，并对各种方案的风阻力矩及其波动进行了数值计算．结果表明，锥形整流结构能将风阻波动降低为整流前的25%．

为解决多目标IHI摆式飞剪结构参数的优化，依据机构的基本参数，在ADAMS动力学分析软件中建立IHI摆式飞剪机构的数字化虚拟样机，仿真得到了上、下剪刃的动力学变化规律及其超前滞后特性．针对原设计中速度超前和滞后的问题，结合IHI摆式飞剪的组成原理建立了虚拟样机的多目标优化函数和约束条件．利用INSIGHT模块对数字化虚拟样机进行了优化分析．优化后的结构在一定程度上改善了原设计中的超前和滞后问题，更利于剪切和满足工艺需求．基于多目标的虚拟样机的优化分析，对于IHI摆式飞剪的结构参数设计及后期改造具有实际的指导意义．

为了降低护理床的开发周期、实现护理床的订制性设计，基于模块化设计方法，对护理床的机械结构进行了模块划分与功能分析.对下肢运动模块的设计进行了详细阐述，分析了下肢的3种被动运动.提出了护理床下肢机构设计方案，建立了相应的运动数学模型.利用 MATLAB对下肢机构的3种运动状态进行了理论分析，并与ADAMS 仿真结果进行比较，验证了下肢机构设计的合理性.该下肢机构运动性能稳定，结构合理，充分考虑了患者的下肢辅助锻炼和日常生活需求.

液压集成块外部元件布局设计与内部油路连通设计的强耦合效应是妨碍其实现自动设计的核心问题．系统归纳总结了2类元件布局经验知识，即隐含于各类标准、技术规范与大量工程实例中文档化设计知识，以及专家在长期工程实践中积累的经验知识．在此基础上提出了一种基于知识和规则推理的板式阀插装阀混用的液压集成块元件布局设计方法．由于布局经验知识与规则综合考虑了后续油路路径规划，元件的安装、调试与维护等方面的需求，因此极大降低了集成块设计的复杂程度．该方法与虚拟设计技术或智能优化算法相结合，为液压集成块的智能优化设计提供了一条有效途径．

针对无位置传感器直流无刷电机的反电势过零检测法在电机启动时无法准确获取转子位置以致不能正常启动这一问题，设计了一种基于软件升频换相的新型启动策略．通过分析电机转子的启动机理，得到转子升频换相时刻的超越方程．为规避超越方程求解的复杂性，只解出其中若干值，采用最小二乘曲线拟合法将离散的换相时刻拟合成升频换相时间函数，并在实时控制中在线计算各换相时刻及自同步切换时刻，以便完成转子的准确换相和电机的平滑启动．为验证软件升频启动策略的有效性，在simulink中对直流无刷电机空载、轻载、重载三种条件下的启动性能展开研究．结果表明软件升频启动策略在各种负载条件下都能使直流无刷电机正常启动，不会出现堵转、停转等现象．提出的软件升频启动法换相准确、启动性能良好，是无位置传感器直流无刷电机的一种非常可靠的启动策略．
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