面向機構構型設計的進化設計原理和方法的研究.pdf

1、經濟全球一體化導致市場競爭愈加激烈，提高產品質量與縮短產品研發(fā)周期是提升產品競爭力的有效手段。機構構型設計是眾多機械產品創(chuàng)新設計的關鍵步驟，而傳統(tǒng)設計采用自上而下、順序決策的方式，延長了設計周期降低了效率；設計的局部修改也會產生鏈式反應，使得設計柔性與敏捷性相對不足，因此傳統(tǒng)設計方法難以從根本上滿足復雜產品創(chuàng)新設計的要求。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，提出一種面向機構構型設計的進化設計原理與方法，以提高設計的柔性、靈

2、活性、快速響應能力和自動化水平，滿足新產品開發(fā)的需要。 在吸收和采納已有理論和方法的基礎上，對該方法進行系統(tǒng)研究：闡明了復雜構型設計的進化設計方法的基礎原理，明確了進化設計在設計領域內的概念涵義，規(guī)范了進化設計的相關定義及其表述，給出了進化設計的一種統(tǒng)一表達式，將進化設計的核心問題歸結為進化設計路線的獲取和設計基因的進化操作，從而建立了該進化設計方法的概念框架體系。 提出了基于約束網(wǎng)絡的進化設計路線獲取策略。將設計視作約

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

4、設計的功能構造和結構的優(yōu)化配置為核心，對功能需求進行形式化描述，建立設計的功能構造矩陣，對功能基因進行統(tǒng)一表達，給出了基因操作機制，建立起進化設計基因模型，實現(xiàn)了設計的自組織功能。后者以方案演化設計問題為核心，探討了基于分布式人工智能的多Agent技術與進化設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雜設計的MAS工作原理和基因Agent的相關進化規(guī)則。在此基礎上，開發(fā)了面向機構構型設計原型系統(tǒng)，包括設計基因選

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