摘要：为了提高人体工学产品的设计效率和舒适度,提出基于邻域拓扑重建(NTR)的人体工学产品定制设计方法.通过结合医学图像邻域拓扑关系进行三维重建,克服传统移动立方体算法的二义性问题,同时避免移动四面体的高耗时问题.基于医学CT图像进行三维重建,得到具有个性化定制信息的复杂曲面构件原始形状,为人体工学产品定制设计提供数据支持.引入深度残差网络,利用神经网络分层提取模型层切面的多尺度特征,分层建立增材制造成本消耗与多尺度特征之间的非线性隐式关系,实现复杂概念设计原型的材料消耗预测与成本优化.根据流形原始形状和基于Laplace-Gauss曲线的变形算法获取手部按握姿态,根据姿态对普通鼠标进行方案演化,对人体工学鼠标进行概念设计.通过物理实验观察到的微观形貌表征了原型产品的高精度特征,预测能耗变化与实际能耗相近.实验结果证明,邻域拓扑重建和变形算法相结合可以为人体工学产品定制设计提供数据支持和实物参考,提高人体工学产品的舒适度.

摘要：为实现在复杂度和数量上急剧增长的产品过程模型和关联知识的重用,提出一种产品变异设计过程的重用方法.对设计系统的模块进行精细化和抽象化,建立具有规范化数据接口的产品结构变异设计的信息模型,用状态空间的带权有序检索树存储变异设计过程;将变异设计语义添加至可移植结构,当发生分割、合并和变换的变异设计行为时,对其抛弃、保持或复制等处理,实现变异设计语义随变异设计行为的继承与变迁;再通过检索变异设计语义不断获得待变异结构,将离散的设计过程关联;深度优先搜索获得把初始状态变换为目标状态的操作序列,执行可行解集,回溯变异设计过程并实现重用.以ACIS为几何造型内核开发自主原型系统,实现涡轮风扇发动机的压气机的转子叶片变异设计过程的重用.结果表明,该方法将设计重用对象由静态的孤立设计结果拓展到动态的连续设计过程,对于准确、快速地实现产品的结构变异设计具有重要意义.

摘要：为实现设计重用,须对已有设计实例进行检索,实例检索中最为困难的是形状的相似性比较,为此提出基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法。生成模型凸包围盒获取机械零件的初始位置并对其进行归一化变换,再生成自适应有界分割面对实体进行分割,检测分割过程中实体的几何和拓扑参数变化,递归建立有序满二叉树,结合工程特征构建特征矢量,比较特征矢量的相似性获得非根结点实体的相似度,按广度优先变权遍历有序满二叉树,通过非根结点实体的相似度比较,获得各机械零件三维形状结构的相似度。将基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法在原型系统中对不同粒度的设计基元进行验证和应用,结果表明,该方法具有较高的计算效率和判断精度,能够快速准确地反映机械零件的总体轮廓形状和局部细节结构,对于实现设计重用提高设计效率具有重要意义。

摘要：为实现已有设计实例的重用,满足对设计基元层次相似搜索的要求,提出了一种三维模型检索方法.在模型B-Rep数据结构基础上,通过构造离散曲面获取三维模型的离散点集.利用正态分布种子作为索引,对离散点集进行随机选取,计算任意两点之间的欧氏距离获得三维模型的欧氏距离序列.通过分治快速排序和概率分布统计获得三维模型的形态分布图,将其作为三维模型的检索索引,并进行了鲁棒性分析.使用BP神经网络对不同模型的形态分布图进行非线性映射,通过比较三维模型的形态分布图获得其形状相似度,实现了设计基元的检索.开发了原型系统,以机械零件的不同粒度设计基元为重点进行验证和应用,实验结果表明,该方法具有较好的可计算性和较高的检测精度,对于实现已有设计重用及提高产品设计效率具有重要意义.

摘要：随着微电子机械系统(Micro electro mechanical systems,MEMS)应用的广泛化与需求的多样化,现有由参数化单元库内的结构组合的设计方法已难以满足非标设计需求。为此,给出一种支持非标结构设计的多粒度宏模型的映射提取与等效近似方法。在多粒度宏建模的MEMS设计层次和流程中,通过MEMS器件的完备有限元模型的节点关联与组合,映射提取描述系统的整体矩阵,获得系统的基于低阶常微分方程组的精确模型。按列一维方式变带宽存储大型稀疏对称矩阵,由拉格朗日多项式拟合和广义极小剩余获取等效近似模型,建立非标结构的系统级保真输入输出关系,连接器件级模型和系统级模型,不断迭代实现产品设计。以ACIS为几何造型内核开发自主原型系统,以数字光处理微镜为例进行验证,结果表明,该方法将局限于单元库内简单器件的设计拓展到支持复杂奇异非标结构的设计,这对于提高MEMS设计质量和效率具有重要意义。

摘要：为实现数控机床各级功能部件的选型优配设计,提出一种多域互用的数控机床模块化配置设计方法。通过机床功能部件的机电液属性池定义模块,根据模块的隶属与层次关系创建产品偏序模板。定义关键模块、相关模块、虚拟模块,以表征各模块的优先级与重要性。根据零部件选型与优配约束,确定模块的实例化规则。由可比属性间的模糊隶属度推算两模块相关性,通过Karhunen-Loeve变换遴选出关键模块,根据支持矢量机多分类实现产品树重构。由布局设计促进模块实例化,由结构变异实现难直接重用零件的互用,根据设计需求输出模块化物料清单与装配体,最终实现多域互用的模块化配置设计。开发了模块化配置设计原型系统,应用于HMS系列某卧式加工中心设计,结果表明,通过'属性—模块—模板'的层级映射将已有的数控机床设计拓展到'布局域—选配域—变异域'多域互用的模块化配置设计,扩大了零部件借用范围,降低了不同布局的产品族间的非标件比率,有利于提高数控机床的设计效率和质量。

摘要：微机电系统设计具有微尺度效应和多物理场耦合的特点,而现有的面向产品宏观结构的CAD系统难以满足微米尺度设计需求,为此提出一种基于Petri网的MEMS柔性设计建模方法.在分析MEMS设计特点、框架和流程的基础上,对已有设计系统进行抽象化和精细化,获得高内聚低耦合的设计模块,并将Petri网与设计系统各模块相互关联,建立了基于Petri网的MEMS柔性设计建模框架;然后通过添加前置库所和带权有向弧调节库所最大/最小标识数,控制设计流的总数;再添加控制库所形成控制回路,使并发变迁有序执行,消解并行设计冲突;最后用Petri网的状态空间求解结果控制各模块运行,满足复杂设计流的多元关系.以ACIS为几何造型内核开发了自主原型系统,以电容式三维硅微梳齿驱动器设计为例进行应用验证,结果表明,文中方法将现有MEMS设计从自顶向下和自底向上及其混合拓展到基于Petri网的柔性设计建模,使产品设计不局限于固定的设计流程,对于提高MEMS设计效率和质量具有重要意义.

摘要：为实现产品原理方案向结构化布局映射,提出产品布局元层次关系网及产品布局多色模型.首先在布局模块及其属性关系网的基础上构建布局元层次关系网;然后应用多色集合的个人颜色、统一颜色,给出产品布局元层次关系网的数学描述,形成产品布局多色模型,并提出推理算法;再利用个人颜色、统一颜色之间的围道布尔矩阵推理原理,进行产品结构布局设计过程中功能—运动分配—布局模块之间映射过程的形式化描述.应用该模型进行结构化布局设计,可有效地支持产品结构布局设计的公理化;最后在Pro/E平台中利用*** 2003工具进行二次开发,并以数控机床结构布局设计为例验证了文中模型和设计方法的可行性和有效性.

摘要：为了实现网络流系统设计更改的响应检测,将响应检测同网络的动态表达相结合,提出一种基于网络流Petri网(NFPN)动态模型的设计更改响应检测方法.用Petri网对网络流及设计更改进行描述,建立网络流Petri网的动态模型.在分析层级网络流特点的基础上,将Petri网完整可达图的构造同设计更改的响应检测相关联.通过多级抽象化简可达图,递归实现网络整体的分析.在配电网改造设计中的应用验证了该方法的可行性和有效性,降低了状态空间的复杂度,可见该方法适用于大尺度复杂网络.

摘要：板翅式换热器是空气分离系统中实现冷凝、液化、蒸发等热量交换的关键装备,具有小温差不稳定传热、二次传热、允许阻力小、多股流物性变化激烈的显著特点。已有设计方法难以解决大型化引起的通道负荷不均、通道偏流失匀、工质流阻增加、换热效率下降问题。为此,提出了一种大型空分板翅换热器性能强化的逐流段设计方法。根据空分工艺流程,按多股流质量流速确定其流道数,沿外侧隔板正向逐通道选择可排流体,通过标准正态分布概率随机预设定初始排列,对反向有限个通道重排实现排列回溯,以累积换热负荷峰值、方差和范数为综合判据,在全通道可行排列集合中,确定多股流通道最优排列,满足了换热器大型化对通道多股流换热高均匀性的要求。在纵向传热与横向传热方向建立热平衡方程组,实现换热器多股流间单叠与复叠传热的逐流段设计,提高了长流道换热器参数的设计精度。进行换热器芯体传热与流阻性能的物理试验,比较不同翅片、不同排列的换热器芯体性能,对冷热流间相互传热的逐流段校核设计方法进行验证。所提出的方法已应用于八万等级大型化空分换热器研制。