面向機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)的進(jìn)化設(shè)計(jì)原理和方法的研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)全球一體化導(dǎo)致市場競爭愈加激烈，提高產(chǎn)品質(zhì)量與縮短產(chǎn)品研發(fā)周期是提升產(chǎn)品競爭力的有效手段。機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)是眾多機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自上而下、順序決策的方式，延長了設(shè)計(jì)周期降低了效率；設(shè)計(jì)的局部修改也會產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使得設(shè)計(jì)柔性與敏捷性相對不足，因此傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以從根本上滿足復(fù)雜產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求。借鑒生物進(jìn)化趨優(yōu)機(jī)制，通過對生命現(xiàn)象與規(guī)律的泛化，提出一種面向機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)的進(jìn)化設(shè)計(jì)原理與方法，以提高設(shè)計(jì)的柔性、靈

2、活性、快速響應(yīng)能力和自動化水平，滿足新產(chǎn)品開發(fā)的需要。 在吸收和采納已有理論和方法的基礎(chǔ)上，對該方法進(jìn)行系統(tǒng)研究：闡明了復(fù)雜構(gòu)型設(shè)計(jì)的進(jìn)化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)原理，明確了進(jìn)化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的概念涵義，規(guī)范了進(jìn)化設(shè)計(jì)的相關(guān)定義及其表述，給出了進(jìn)化設(shè)計(jì)的一種統(tǒng)一表達(dá)式，將進(jìn)化設(shè)計(jì)的核心問題歸結(jié)為進(jìn)化設(shè)計(jì)路線的獲取和設(shè)計(jì)基因的進(jìn)化操作，從而建立了該進(jìn)化設(shè)計(jì)方法的概念框架體系。 提出了基于約束網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化設(shè)計(jì)路線獲取策略。將設(shè)計(jì)視作約

3、束滿足問題，對設(shè)計(jì)過程中的各種約束進(jìn)行劃分、歸類和表達(dá)，建立設(shè)計(jì)約束系統(tǒng)；通過約束關(guān)系連接獲得進(jìn)化設(shè)計(jì)的約束網(wǎng)絡(luò)，由設(shè)計(jì)基因參與的約束網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算得到設(shè)計(jì)約束鏈，借助于設(shè)計(jì)知識進(jìn)行約束鏈解析，從而獲得進(jìn)化設(shè)計(jì)路線。上述方法可通過構(gòu)建不同的約束網(wǎng)絡(luò)獲得不同的有效約束鏈，使進(jìn)化路線具有多樣性，可為設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新提供多重選擇路線。 鑒于演化的不同需求，給出了設(shè)計(jì)基因的兩種進(jìn)化操作方式：進(jìn)化設(shè)計(jì)基因模型和基于MAS環(huán)境的進(jìn)化機(jī)制。前者以方案

4、設(shè)計(jì)的功能構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置為核心，對功能需求進(jìn)行形式化描述，建立設(shè)計(jì)的功能構(gòu)造矩陣，對功能基因進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá)，給出了基因操作機(jī)制，建立起進(jìn)化設(shè)計(jì)基因模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的自組織功能。后者以方案演化設(shè)計(jì)問題為核心，探討了基于分布式人工智能的多Agent技術(shù)與進(jìn)化設(shè)計(jì)原理上的相似之處，給出Agent類型與功能模型，進(jìn)一步明確了面向復(fù)雜設(shè)計(jì)的MAS工作原理和基因Agent的相關(guān)進(jìn)化規(guī)則。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了面向機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)基因選

5、取、進(jìn)化路線選擇、進(jìn)化操作等功能模塊。 對進(jìn)化設(shè)計(jì)的兩個相關(guān)問題進(jìn)行研究。連桿曲線的進(jìn)化識別方法通過將圖譜匹配轉(zhuǎn)換為模式識別，通過遺傳算法對曲線特征進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)構(gòu)圖譜的有效識別；進(jìn)化設(shè)計(jì)的混沌控制從理論上分析了設(shè)計(jì)中混沌現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，給出了利用局部動力學(xué)對設(shè)計(jì)中的混沌現(xiàn)象進(jìn)行控制的方法，以推動進(jìn)化設(shè)計(jì)演化向期望方向發(fā)展。 以飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)為例，利用上述進(jìn)化設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了剪切機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)，該實(shí)例