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专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法

计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 992-1010页

作者：杨雯丹曹国忠河北工业大学机械工程学院天津300401 河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心天津300401

在生成新产品概念设计方案的过程中,企业常缺乏辅助新产品功能描述、分解及创新的设计知识,且存在功能实现技术检索结果可用性不高、难以有效转化为概念设计方案技术特征的问题。为此,提出一种专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方... 详细信息

在生成新产品概念设计方案的过程中,企业常缺乏辅助新产品功能描述、分解及创新的设计知识,且存在功能实现技术检索结果可用性不高、难以有效转化为概念设计方案技术特征的问题。为此,提出一种专利数据辅助的新产品概念设计方案生成方法。首先,使用文本相似度算法,检索国际专利分类表中与设计任务相关的分类号文本,辅助描述新产品的主功能。其次,引入C-K理论将下级分类号释义视为K空间中的元素,新产品子功能视为C空间中的元素,通过元素间转化辅助完成主功能分解。再次,结合专利技术成熟度分析和功能创新策略,确定新产品的功能创新方向,并依据共现分类号释义预测新产品的集成功能,辅助实现新产品的功能创新。接着,应用专利文献跨域特征分析模型,引入技术领域融合度的概念,量化专利技术的知识广度和流动性,辅助优选功能实现技术,并利用语义解析技术自动提取专利独立权利要求中的技术特征,辅助生成新产品概念设计方案。最后,将该方法应用于重型汽车底盘预装设备领域的新产品开发,证明了方法的有效性。

关键词：概念设计专利数据功能设计专利技术优选语义解析

自适应神经模糊推理系统优化的快速上肢评估方法

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计算机集成制造系统 2024年第5期30卷 1643-1656页

作者：白仲航项钲谭昭芸裴卉宁河北工业大学建筑与艺术设计学院天津300131 河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心天津300401

传统方法对工作相关肌肉骨骼疾病风险评估的输入变量变化敏感性较低,导致风险评估输出结果的精确性和可靠性不足。为更加准确地进行人因工程风险评估,提出了基于自适应神经模糊推理系统的快速上肢评估方法(RULA)。首先,基于卷积神经网... 详细信息

传统方法对工作相关肌肉骨骼疾病风险评估的输入变量变化敏感性较低,导致风险评估输出结果的精确性和可靠性不足。为更加准确地进行人因工程风险评估,提出了基于自适应神经模糊推理系统的快速上肢评估方法(RULA)。首先,基于卷积神经网络对视频中人体工作姿势的关键点进行检测及识别,并计算关节角度;其次,基于自适应神经模糊推理系统对快速上肢评估方法进行改进,搭建工作相关肌肉骨骼疾病风险评估架构以解决评估不同姿势时获得相同评分的问题;再次,随机选取不同工作姿势的关节角度数据对网络进行训练和检测,调整基于自适应神经模糊推理系统和快速上肢评估方法的工作相关肌肉骨骼疾病风险预测模型的最佳参数;最后,选取关节角度数据集里的前15个工作姿势进行相关性验证,将结果与原始快速上肢评估方法的结果进行比较,应用树枝修剪工具的操作过程进行案例分析以实现风险得分的实时动态评估。结果表明,优化后的快速上肢评估方法比原始方法更敏感,验证了利用自适应神经模糊推理系统能够有效改进快速上肢评估方法并实时预测风险得分。

关键词：快速上肢评估法自适应神经模糊推理系统模糊控制关键点检测人因工程风险

3DP工艺中阶梯误差与渗透误差相互作用研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第3期57卷 276-282页

作者：杨伟东马千朝刘志越王媛媛朱东彬河北工业大学机械工程学院天津300103 国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心天津300401

3DP工艺中影响零件成型精度的原理性误差主要来源于阶梯误差和黏结剂渗透误差,并且在误差测量结果中难以区分.本文基于黏结剂在砂床中的流动状态,建立了黏结剂从喷射到渗透过程的数值仿真模型,分析了在二维平面不同角度三角面片打印时... 详细信息

3DP工艺中影响零件成型精度的原理性误差主要来源于阶梯误差和黏结剂渗透误差,并且在误差测量结果中难以区分.本文基于黏结剂在砂床中的流动状态,建立了黏结剂从喷射到渗透过程的数值仿真模型,分析了在二维平面不同角度三角面片打印时理想模型边界和实际黏结砂粒边界之间的位置误差,研究了阶梯误差和渗透误差之间的相互作用.在此基础上,针对不同角度三角面片打印过程中阶梯误差与黏结剂渗透误差相互作用关系也不相同的问题,提出了基于三角面片法向量方向与成型方向夹角的三角面片偏移误差公式用于表达这两种误差对成型质量的综合影响.结果表明:在向上三角面片中,渗透误差与阶梯误差相互补偿,三角面片偏移误差随着斜面与水平面夹角角度的减小而减小;在向下三角面片中,阶梯误差与渗透误差相互叠加,三角面片偏移误差随着斜面与水平面夹角角度的减小而增大.将三角面片偏移误差的公式计算值与其实际测量值进行对比,公式计算误差最大为0.060 mm,最小为0.002 mm,表明三角面片偏移误差公式用于表达阶梯误差与黏结剂渗透误差综合作用的有效性.

关键词： 3DP工艺阶梯误差渗透误差成型精度

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TRIZ裁剪方法研究进展综述

计算机集成制造系统 2024年第7期30卷 2270-2282页

作者：白仲航毕珈宁河北工业大学建筑与艺术设计学院天津300132 河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心天津300401

裁剪作为TRIZ中提高理想化程度的创新方法,目前已经应用在产品创新设计领域,可有效解决产品创新问题。为更好地进行裁剪方法研究,对国内外主要的相关文献进行研究和分析,系统梳理了裁剪相关概念及主要研究内容。首先,介绍裁剪定义、裁... 详细信息

裁剪作为TRIZ中提高理想化程度的创新方法,目前已经应用在产品创新设计领域,可有效解决产品创新问题。为更好地进行裁剪方法研究,对国内外主要的相关文献进行研究和分析,系统梳理了裁剪相关概念及主要研究内容。首先,介绍裁剪定义、裁剪流程等相关概念;其次,基于国内外相关文献关键词共现图谱,结合文献具体内容,总结出现有裁剪研究主要集中在:对裁剪组件选择,确定裁剪组件后搜索资源进行有用功能分配、裁剪流程优化、裁剪方法的软件实现以及裁剪方法的应用;最后,提出现有裁剪方法存在的问题与不足,为未来进行裁剪方法研究和应用提供参考。

关键词： TRIZ理论创新方法裁剪方法计算机辅助创新

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集成可拓学工具的裁剪创新方法研究

计算机集成制造系统 2024年第6期30卷 1936-1947页

作者：白仲航王雯周云漠张鹏河北工业大学建筑与艺术设计学院天津300401 河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心天津300401

为降低裁剪过程中主观影响元件裁剪顺序的程度,减少裁剪后寻找替代资源的随机性,通过建立待改进产品的功能模型,确定产生负面作用的负面元件,引入可拓学中的优度评价方法计算负面元件的裁剪顺序。根据裁剪规则定义,对替代资源的来源进... 详细信息

为降低裁剪过程中主观影响元件裁剪顺序的程度,减少裁剪后寻找替代资源的随机性,通过建立待改进产品的功能模型,确定产生负面作用的负面元件,引入可拓学中的优度评价方法计算负面元件的裁剪顺序。根据裁剪规则定义,对替代资源的来源进行分类,并根据分类求解方案。若替代资源来自现有系统内部,则分配有用功能,将寻找替代解的过程转化为矛盾问题求解过程;若替代资源来自现有系统外部,则利用发散分析、可拓变换等工具寻找替代解。将可拓学中的优度评价、发散分析、矛盾问题求解方法融合到裁剪方法中,增强了裁剪元件选择的客观性,为寻找替代资源提供了方向。以剥线机为例对产品进行改进,验证了所提方法的有效性,为可拓学与裁剪方法结合提供了新思路。

关键词： TRIZ 裁剪可拓学优度评价可拓变换矛盾问题剥线机

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面向增材制造的数字孪生实施方法综述

计算机集成制造系统 2024年第4期30卷 1171-1188页

作者：孟德状杨伟东蔡子行郭智河北工业大学机械工程学院天津300103 国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心河北工业大学天津300401 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司北京100083

增材制造以其全数字化加工方式可为数字孪生模型提供可靠的数据支撑;数字孪生有助于增材制造在设计、制造、服务等过程中充分发挥其不同于传统制造的优势,二者的结合在工业制造领域受到广泛关注。以总结数字孪生在增材制造中的实施方法... 详细信息

增材制造以其全数字化加工方式可为数字孪生模型提供可靠的数据支撑;数字孪生有助于增材制造在设计、制造、服务等过程中充分发挥其不同于传统制造的优势,二者的结合在工业制造领域受到广泛关注。以总结数字孪生在增材制造中的实施方法为目的,介绍了数字孪生的概念和发展历程,分析了增材制造中实施数字孪生的关键技术;基于数字孪生对于增材制造全生命周期过程的应用潜力,从设计、制造、质量检测以及服务4个阶段阐述了国内外相关研究的方法和侧重点。展望了粘结剂喷射工艺中实施数字孪生的挑战,并提出了针对其的一种数字孪生技术路线。最后总结了增材制造中实现数字孪生存在的难题以及未来的发展方向。

关键词：数字孪生增材制造工业4.0 人工智能粘结剂喷射

基于数据融合模型的产品意象造型评价方法研究

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包装工程 2024年

作者：张新新邸宸龙白仲航李玥颖张佳华河北工业大学建筑与艺术设计学院河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术中心

目的为解决在产品意象评价中由于蝴蝶效应的存在而导致评价结果出现偏差、案例库选取不准确等问题。方法提出了一种基于数据融合模型的产品意象造型评价方法。首先确定研究样本和感性意象，基于语义差异法设置调查问卷，进行产品感性... 详细信息

目的为解决在产品意象评价中由于蝴蝶效应的存在而导致评价结果出现偏差、案例库选取不准确等问题。方法提出了一种基于数据融合模型的产品意象造型评价方法。首先确定研究样本和感性意象，基于语义差异法设置调查问卷，进行产品感性意象调查，挖掘用户感性需求；其次通过模拟退火算法优选改进支持度函数参数，构建用户感性需求数据融合模型；然后以用户感性需求数据平均值和数据融合值作为输入进行对比，展开产品意象造型评价，指导最优方案的选取；最后以鼠标为例对所提方法进行实例验证。结果基于数据融合模型的产品意象造型评价方法相较于传统平均值数据分析更为准确和客观。结论可有效把握用户的情感需求，减少产品意象造型评价的误差，指导产品典型案例库的选取。

关键词：产品意象造型数据融合模型用户情感需求支持度函数蝴蝶效应

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公理设计与FAST结合的功能求解方法研究

机械工程学报 2024年

作者：马拓江屏李鑫荣马守洋刘发达河北工业大学机械工程学院河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心

功能求解是产品概念设计的核心部分。在产品设计过程中，由于产品技术要求和用户需求的复杂性，功能求解容易出现偏差和不确定性，导致整个设计质量降低。基于上述存在的问题，利用公理设计功能-结构相邻域间“之字形”映射变换进行了... 详细信息

功能求解是产品概念设计的核心部分。在产品设计过程中，由于产品技术要求和用户需求的复杂性，功能求解容易出现偏差和不确定性，导致整个设计质量降低。基于上述存在的问题，利用公理设计功能-结构相邻域间“之字形”映射变换进行了功能分解以及原理解的确定，以功能独立性公理为依据确定功能求解的正确性，引入功能分析系统技术(Function analysis systemtechnique,FAST)辅助判断功能关联性，建立公理设计矩阵，确定设计类型，最后利用FAST模型表征公理设计功能求解的结果，确定设计方案。以辊压机床作为案例进行求解，利用公理设计和FAST逐层分析求解，得到一个合理的设计结果，验证了上述模型的有效性。公理设计和FAST集成的求解模型结合公理设计求解和FAST分析两者的优点，提高了设计质量和准确性。

关键词：功能求解公理设计映射变化功能分析系统技术

超磁致伸缩致动器非线性动力学的分数阶时滞反馈控制

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振动工程学报 2024年第4期37卷 632-644页

作者：闫洪波付鑫汪建新于均成马庆振杨伯军内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心天津300131

设计了一种分数阶时滞反馈控制器,用于控制单自由度的超磁致伸缩致动器(GMA)的非线性动态响应。考虑到预压碟形弹簧机构引入的几何非线性因素影响,建立了GMA系统的非线性数学模型。利用平均法求解系统在含分数阶时滞反馈控制策略下主共... 详细信息

设计了一种分数阶时滞反馈控制器,用于控制单自由度的超磁致伸缩致动器(GMA)的非线性动态响应。考虑到预压碟形弹簧机构引入的几何非线性因素影响,建立了GMA系统的非线性数学模型。利用平均法求解系统在含分数阶时滞反馈控制策略下主共振的幅频响应方程,根据Routh-Hurwitz准则得到系统的稳定性条件。通过数值模拟研究GMA系统中关键结构参数对幅频响应特性的影响,以及主共振峰值和系统稳定性随每个时滞反馈参数变化的特性规律;通过分岔图和Lyapunov指数图得到外激励幅值对系统混沌运动的影响;最后调节时滞反馈增益和分数阶次抑制系统的混沌运动。结果表明,时滞反馈增益和分数阶次能够有效抑制系统的主共振峰值和不稳定区域,可以将系统响应从混沌运动调整为稳定的周期运动,提高系统的稳定性。

关键词：几何非线性超磁致伸缩致动器混沌时滞反馈稳定性