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基于邻域拓扑重建的人体工学产品定制设计方法 被引量:1
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作者 高铭宇 徐敬华 +2 位作者 张树有 王康 谭建荣 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期597-605,共9页
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... 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. 展开更多
关键词 邻域拓扑重建 人体工学产品 定制设计 深度残差网络 分层增材制造 变形算法
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考虑多源混合不确定性的并联机器人降敏设计
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作者 陶明哲 徐敬华 +1 位作者 张树有 谭建荣 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第11期2229-2236,2247,共9页
针对高性能并联机器人优化设计的难题,提出考虑多源不确定混合扰动的并联机器人降敏设计方法.利用一阶摄动方法进行误差建模,建立概率误差模型.在分析工作子区域所对应的高价值靶目标后,采用多靶分域元启发式迭代获取最优的尺寸设计参数... 针对高性能并联机器人优化设计的难题,提出考虑多源不确定混合扰动的并联机器人降敏设计方法.利用一阶摄动方法进行误差建模,建立概率误差模型.在分析工作子区域所对应的高价值靶目标后,采用多靶分域元启发式迭代获取最优的尺寸设计参数.构建性能敏感度指标,对机器人设计公差进行优化分配.通过建立在役精度性能敏感性模型,计算获取维保效果对于预防性维保策略参数的敏感性,制定得到低敏预防性维保策略.以增材制造并联机器人为例进行分析,结果表明,利用降敏设计方法,能够有效地提高静态设计性能及动态在役精度保持能力. 展开更多
关键词 并联机器人 多源混合不确定性 降敏设计 多靶分域迭代 公差优化分配 预防性维保
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基于锥规划重建的运动关节康复外骨骼定制设计
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作者 屠正欣 徐敬华 张树有 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第10期2005-2013,共9页
为了提升人体工学康复器具与个体关节运动学的匹配性能,提出运动关节康复外骨骼定制设计的新方法.通过医学图像重建骨骼关节,利用锥规划迭代计算形貌特征匹配关系,重建个性化的关节运动姿态,提高重建精度.与分层匹配方法相比,所提锥规... 为了提升人体工学康复器具与个体关节运动学的匹配性能,提出运动关节康复外骨骼定制设计的新方法.通过医学图像重建骨骼关节,利用锥规划迭代计算形貌特征匹配关系,重建个性化的关节运动姿态,提高重建精度.与分层匹配方法相比,所提锥规划重建方法的均方根误差、平均绝对误差和最大误差分别降低了10.95%、12.29%和6.05%.基于重建的运动关节姿态同步推算其瞬时旋转中心轨迹,结合三心定理,以减小瞬时旋转中心轨迹误差为目标,优化康复外骨骼反向双摇杆机构设计,实现运动域中精确的人机协同变瞬心运动.结合增材制造约束进行拓扑优化,通过赫兹接触理论分析外骨骼零件的载荷传递和应力分布,优化材料分布,实现康复外骨骼结构的个性化定制设计. 展开更多
关键词 锥规划重建 运动关节 康复外骨骼 定制设计 载荷传递 变瞬心运动
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基于形体特征层次分析的概念设计原型评价与演化方法
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作者 徐敬华 王林轩 +3 位作者 陈前勇 张树有 谭建荣 费少梅 《机械设计》 CSCD 北大核心 2024年第5期1-12,共12页
为对概念设计原型进行定量评价,实现具有形位公差需求的机械零件成形时间与制造质量之间的均衡,提出一种基于形体特征层次分析(Shape Feature Hierarchical Analysis,SFHA)的概念设计原型评价与演化方法。针对概念设计形体的孔和轴的形... 为对概念设计原型进行定量评价,实现具有形位公差需求的机械零件成形时间与制造质量之间的均衡,提出一种基于形体特征层次分析(Shape Feature Hierarchical Analysis,SFHA)的概念设计原型评价与演化方法。针对概念设计形体的孔和轴的形态特性,采用最大内切圆柱和最小外接圆柱构建特征模型,计算由分层策略所导致偏移的实际轴线位置,推算圆柱度误差大小。进行基于形位公差的自适应分层,在保证圆柱度等公差满足设计需求的情况下尽可能减少所需层数。通过改进粒子群算法进行非凸优化求解,遴选出最优的分层序列。计算特征层次化模型向正平面V(XOZ)和侧平面W(YOZ)的平行正投影面积及绝对梯度变化,实现基于SFHA的概念设计原型特征定量化描述与动态演化。以典型支座零件为例进行验证,采用熔融沉积成形设备进行物理试验,基于高精度结构光三维扫描仪获取原型零件的圆柱度误差,相较于均匀分层方法,所提出的SFHA方法制造时间可减少26.97%。 展开更多
关键词 形体特征层次分析 形位公差 概念设计原型 圆柱度公差 非凸优化
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基于启发式方案演化的数控成形轨迹时序化方法
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作者 徐敬华 陈诚 +3 位作者 高铭宇 王康 张树有 谭建荣 《计算机辅助设计与图形学学报》 北大核心 2025年第7期1138-1149,共12页
为了减少多空隙大尺寸零件的非加工跳转行程,提出一种基于启发式方案演化的数控成形轨迹时序化方法.首先对概念设计方案规划域的每个数控成形面生成轮廓和待填充区域,构建轮廓成形对象和面成形对象并进行分类,采用邻域搜索确定在一个成... 为了减少多空隙大尺寸零件的非加工跳转行程,提出一种基于启发式方案演化的数控成形轨迹时序化方法.首先对概念设计方案规划域的每个数控成形面生成轮廓和待填充区域,构建轮廓成形对象和面成形对象并进行分类,采用邻域搜索确定在一个成形面中不同成形对象的初始连接顺序及其成形起点;然后以深度优先启发式计算对相同类型的成形对象间的连接顺序进行全域演化,建立导向混合图并求解获得新的成形对象连接顺序,以静态链表的形式进行高效存储;再采用局部启发式采样方法进行单次局域演化和多次深度局域演化,对同类型的成形对象的成形起点位置和连接顺序进行问题重构与方案精调;最后连接不同类型的成形对象间的成形轨迹,获得当前成形面的时序化的数控伺服成形方案.采用TPMS流形的实例结果表明,所提方法的跳转轨迹长度优化效率为16.07%,对单成形层跳转轨迹长度的最大优化效果为35.83%;通过机械盘盖类零件对该方法与其他方法进行性能对比,并采用物理实验进行验证,证明该方法可节省制造时间并提升加工效率. 展开更多
关键词 启发式方案演化 数控成形 多空隙大尺寸零件 局域演化 成形轨迹时序化
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复杂定制产品智能化设计与验证协同模式 被引量:12
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作者 吴轩宇 洪兆溪 +6 位作者 刘继红 冯毅雄 曹衍龙 张冠伟 万立 吴薇薇 谭建荣 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期2700-2717,共18页
针对当前复杂定制产品设计面临智能化程度低、设计验证手段缺乏、设计集成研制成效差等问题,以复杂定制产品设计流程为主线,以基于模型的系统工程(MBSE)和基于模型的定义(MBD)为支撑,围绕模型和知识驱动,提出了复杂定制产品智能化设计... 针对当前复杂定制产品设计面临智能化程度低、设计验证手段缺乏、设计集成研制成效差等问题,以复杂定制产品设计流程为主线,以基于模型的系统工程(MBSE)和基于模型的定义(MBD)为支撑,围绕模型和知识驱动,提出了复杂定制产品智能化设计与验证协同模式,详细阐述了模式所涉及的关键技术,包括复杂定制产品方案设计与仿真验证协同、复杂定制产品工艺设计与仿真验证协同和基于数据空间的复杂定制产品设计知识集成。面向航空工业洪都高级教练机研制需求与流程,提出了智能化设计与验证协同应用解决方案与系统体系架构,为未来复杂定制产品智能化设计与验证协同的进一步落地应用提供参考,帮助制造企业缩短研制流程和提高产品质量。 展开更多
关键词 复杂定制产品 智能设计 仿真验证 基于模型的系统工程 基于模型的定义
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《不确定视角下产品结构性能优化设计综述与展望》序言
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作者 冯毅雄 《包装工程》 CAS 北大核心 2021年第24期I0006-I0006,共1页
产品的设计、制造及服役过程,不可避免地存在着与产品结构的材料性质、几何特性、初始及边界条件、测量误差和服役工况等相关的不确定性。这些不确定性虽然在多数情况下数值较小,但其耦合作用可能导致设计出的产品性能产生较大偏差。不... 产品的设计、制造及服役过程,不可避免地存在着与产品结构的材料性质、几何特性、初始及边界条件、测量误差和服役工况等相关的不确定性。这些不确定性虽然在多数情况下数值较小,但其耦合作用可能导致设计出的产品性能产生较大偏差。不确定性产品结构设计已经成为机械工程和制造装备领域的热点问题和前沿问题。本文综述了产品结构性能优化设计的研究现状,系统性地提出不确定视角下产品结构性能优化设计理论体系。首先以解决客户需求数据集结过程中客户重要度分配不合理等问题为切入点,精准提取产品质量特性,进一步明确产品的质量功能要求,为优化产品性能打下良好基础:然后以解决产品功能结构模块化求解过程中无法全面兼顾耦合关联、随机因素与性能均衡等问题为切入点,实现产品功能结构模块化求解从依赖人为主观判断到主观数据与客观数据兼顾、从侧重配置性能满足到多方面性能均衡的良性转变. 展开更多
关键词 结构模块化 产品结构设计 制造装备 需求数据 随机因素 不确定性 机械工程 求解过程
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专题序言 被引量:1
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作者 谭建荣 冯毅雄 《包装工程》 CAS 北大核心 2022年第12期I0008-I0008,I0007,共2页
制造业是国民经济的支柱产业,也是综合国力的重要体现。以电子计算机和互联网为主的信息技术革命,已对制造业产生深刻的影响,使制造业的资源配置向信息/知识密集的方向发展,知识与信息的产生和应用已成为当今社会人类创造财富的主要形... 制造业是国民经济的支柱产业,也是综合国力的重要体现。以电子计算机和互联网为主的信息技术革命,已对制造业产生深刻的影响,使制造业的资源配置向信息/知识密集的方向发展,知识与信息的产生和应用已成为当今社会人类创造财富的主要形式。设计是一切制造行为的起点,在这个起点上,要预先估计和规划实物在全生命周期中的际遇和行为。现代制造业的竞争就是设计的竞争,竞争的焦点是率先引入最新技术、最短研发周期和最小研发成本。智能制造作为制造强国战略实施第一阶段的主攻方向,推进几年来取得明显成效。 展开更多
关键词 支柱产业 主攻方向 资源配置 信息技术革命 现代制造业 智能制造 研发成本 全生命周期
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