面向機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計的進化設(shè)計原理和方法的研究.pdf

1、經(jīng)濟全球一體化導(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。機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計是眾多機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的關(guān)鍵步驟，而傳統(tǒng)設(shè)計采用自上而下、順序決策的方式，延長了設(shè)計周期降低了效率；設(shè)計的局部修改也會產(chǎn)生鏈式反應(yīng)，使得設(shè)計柔性與敏捷性相對不足，因此傳統(tǒng)設(shè)計方法難以從根本上滿足復(fù)雜產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的要求。借鑒生物進化趨優(yōu)機制，通過對生命現(xiàn)象與規(guī)律的泛化，提出一種面向機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計的進化設(shè)計原理與方法，以提高設(shè)計的柔性、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，對該方法進行系統(tǒng)研究：闡明了復(fù)雜構(gòu)型設(shè)計的進化設(shè)計方法的基礎(chǔ)原理，明確了進化設(shè)計在設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)的概念涵義，規(guī)范了進化設(shè)計的相關(guān)定義及其表述，給出了進化設(shè)計的一種統(tǒng)一表達式，將進化設(shè)計的核心問題歸結(jié)為進化設(shè)計路線的獲取和設(shè)計基因的進化操作，從而建立了該進化設(shè)計方法的概念框架體系。 提出了基于約束網(wǎng)絡(luò)的進化設(shè)計路線獲取策略。將設(shè)計視作約

3、束滿足問題，對設(shè)計過程中的各種約束進行劃分、歸類和表達，建立設(shè)計約束系統(tǒng)；通過約束關(guān)系連接獲得進化設(shè)計的約束網(wǎng)絡(luò)，由設(shè)計基因參與的約束網(wǎng)絡(luò)運算得到設(shè)計約束鏈，借助于設(shè)計知識進行約束鏈解析，從而獲得進化設(shè)計路線。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，使進化路線具有多樣性，可為設(shè)計方案的創(chuàng)新提供多重選擇路線。 鑒于演化的不同需求，給出了設(shè)計基因的兩種進化操作方式：進化設(shè)計基因模型和基于MAS環(huán)境的進化機制。前者以方案

4、設(shè)計的功能構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置為核心，對功能需求進行形式化描述，建立設(shè)計的功能構(gòu)造矩陣，對功能基因進行統(tǒng)一表達，給出了基因操作機制，建立起進化設(shè)計基因模型，實現(xiàn)了設(shè)計的自組織功能。后者以方案演化設(shè)計問題為核心，探討了基于分布式人工智能的多Agent技術(shù)與進化設(shè)計原理上的相似之處，給出Agent類型與功能模型，進一步明確了面向復(fù)雜設(shè)計的MAS工作原理和基因Agent的相關(guān)進化規(guī)則。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了面向機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計原型系統(tǒng)，包括設(shè)計基因選

5、取、進化路線選擇、進化操作等功能模塊。 對進化設(shè)計的兩個相關(guān)問題進行研究。連桿曲線的進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行處理，實現(xiàn)了對機構(gòu)圖譜的有效識別；進化設(shè)計的混沌控制從理論上分析了設(shè)計中混沌現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，給出了利用局部動力學(xué)對設(shè)計中的混沌現(xiàn)象進行控制的方法，以推動進化設(shè)計演化向期望方向發(fā)展。 以飛剪機剪切機構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計為例，利用上述進化設(shè)計原型系統(tǒng)，實現(xiàn)了剪切機構(gòu)方案的設(shè)計，該實例