李洪杰[1]2004年在《面向机构构型设计的进化设计原理和方法的研究》文中提出经济全球一体化导致市场竞争愈加激烈,提高产品质量与缩短产品研发周期是提升产品竞争力的有效手段。机构构型设计是众多机械产品创新设计的关键步骤,而传统设计采用自上而下、顺序决策的方式,延长了设计周期降低了效率; 设计的局部修改也会产生链式反应,使得设计柔性与敏捷性相对不足,因此传统设计方法难以从根本上满足复杂产品创新设计的要求。借鉴生物进化趋优机制,通过对生命现象与规律的泛化,提出一种面向机构构型设计的进化设计原理与方法,以提高设计的柔性、灵活性、快速响应能力和自动化水平,满足新产品开发的需要。在吸收和采纳已有理论和方法的基础上,对该方法进行系统研究:阐明了复杂构型设计的进化设计方法的基础原理,明确了进化设计在设计领域内的概念涵义,规范了进化设计的相关定义及其表述,给出了进化设计的一种统一表达式,将进化设计的核心问题归结为进化设计路线的获取和设计基因的进化操作,从而建立了该进化设计方法的概念框架体系。提出了基于约束网络的进化设计路线获取策略。将设计视作约束满足问题,对设计过程中的各种约束进行划分、归类和表达,建立设计约束系统; 通过约束关系连接获得进化设计的约束网络,由设计基因参与的约束网络运算得到设计约束链,借助于设计知识进行约束链解析,从而获得进化设计路线。上述方法可通过构建不同的约束网络获得不同的有效约束链,使进化路线具有多样性,可为设计方案的创新提供多重选择路线。鉴于演化的不同需求,给出了设计基因的两种进化操作方式:进化设计基因模型和基于MAS 环境的进化机制。前者以方案设计的功能构造和结构的优化配置为核心,对功能需求进行形式化描述,建立设计的功能构造矩阵,对功能基因进行统一表达,给出了基因操作机制,建立起进化设计基因模型,实现了设计的自组织功能。后者以方案演化设计问题为核心,探讨了基于分布式人工智能的多Agent 技术与进化设计原理上的相似之处,给出Agent 类型与功能模型,进一步明确了面向复杂设计的MAS 工作原理和基因Agent 的相关进化规则。在此基础上,开发了面向机构构型设计原型系统,包括设计基因选取、进化路线选择、进化操作等功能模块。对进化设计的两个相关问题进行研究。连杆曲线的进化识别方法通过将图谱匹配转换为模式识别,通过遗传算法对曲线特征进行处理,实现了对机构图谱的有效识别; 进化设计的混沌控制从理论上分析了设计中混沌现象产生的原因,给出了利用局部动力学对设计中的混沌现象进行控制的方法,以推动进化设计演化向期望方向发展。以飞剪机剪切机构的构型设计为例,利用上述进化设计原型系统,实现了剪切机构方案的设计,该实例运行结果验证了本文提出方法在理论上的可行性和实践中的有效性。
徐敬华[2]2009年在《面向变异设计的移植单元检索与融合过程进化技术》文中研究表明当今世界,科技进步日新月异,市场竞争日趋激烈。经济全球化步伐加快,产品的研发周期缩短,客户需求日趋多元化,制造企业处在一个动态多变的市场与生产环境中,设计创新势在必行。在产品设计过程中,随着设计因素的变化和设计深度的增加,产品过程模型及关联知识在复杂度和数量上都急剧增长,而此类时变资源却难以在目前的CAD系统中得到重用和共享,造成隐含在设计过程中的知识大量流失,为此,提出了面向变异设计的移植单元检索与融合过程进化技术。将设计因素变化的设计定义为变异设计,根据设计对象、设计目标和设计尺度的变化将变异设计分为叁类:结构变异设计、目标变异设计和尺度变异设计。通过构建叁维模型的检索索引,快速定位相似模型,实现面向结构变异设计的移植单元检索。通过融合贯穿设计过程的资源、规则、知识等因素,使设计朝更优的方向发展,实现融合过程进化。变异设计中的进化技术,在设计因素变化和设计深度增加中推进设计正向演化,显着提高设计效率和质量,体现了当代设计的高级需求。本文研究工作围绕五个方面展开:叁维模型形状相似性检索;贯穿过程的设计片段重用;融合过程的时变知识获取;复杂多目标的表达与求解;微米尺度的产品设计建模。取得五项创新:发展了叁维模型形状相似性检索技术,实现了以节点资源重用为显着特征的进化设计;发展了贯穿过程的设计建模与重用技术,实现了以过程片段重用为显着特征的进化设计;发展了融合过程的知识获取及其主动导航技术,实现了以时变知识融合为显着特征的进化设计;发展了面向目标变异的空间机构优化设计技术,实现了以复杂多目标的表达与智能计算为显着特征的进化设计;发展了面向尺度变异的微米产品柔性设计技术,实现了微观尺度中以柔性设计流为显着特征的进化设计。本文的组织结构为:第一章,阐述了面向变异设计的移植单元检索与融合过程进化技术,综述了国内外相关研究及应用的现状,指出目前产品数字化设计研究的不足,介绍了研究内容和论文结构。第二章,提出并实现了面向结构变异的移植单元检索技术。发展了基于形态分布图与BP神经网络的叁维模型检索方法,将现有的形状线性索引拓展到具有更强描述能力的非线性索引,实现了基于递归分割的机械零件叁维形状结构检索。第叁章,提出并实现了面向结构变异的产品设计过程重用技术。发展了基于关联与回溯的产品变异设计过程重用方法,该方法将设计重用对象由静态的孤立设计节点拓展到动态的连续的设计过程。第四章,提出并实现了面向结构变异的时变知识获取与主动导航技术。发展了融合产品变异设计过程的知识颗粒获取与主动导航方法,该方法将动态导航的决策依据由静态的孤立设计状态拓展到动态的连续设计过程,可更柔性地适应于不同的设计者和结构变异设计的不同阶段。第五章,提出并实现了面向目标变异的操作臂运动学优化设计技术。发展了面向可辨轨迹的操作臂运动学优化设计方法,将现有基于轨迹的尺寸综合拓展到基于轨迹和运动学的多目标设计。第六章,提出并实现了面向尺度变异的微米产品柔性设计技术。发展了基于Petri网的MEMS柔性设计建模方法,该方法将现有MEMS设计从自顶向下和自底向上及其混合拓展到基于Petri网的柔性设计建模,使产品设计不局限于固定的设计流程。第七章,介绍了面向变异设计的移植单元检索与融合过程进化平台。在自主原型系统中,以多种复杂机械产品作为应用实例。第八章,总结了本文的研究成果,并指出了今后研究工作的方向。
许红[3]2007年在《遗传程序设计及其在机构创新设计中的应用研究》文中认为遗传程序设计(GP)是在遗传算法(GA)的基础上提出的，是一种借鉴生物界自然选择思想和遗传机制的全局随机搜索算法。由于GP通过智能搜索可实现自适应寻优，因此得到了广泛的研究和应用。本文首先对GP理论知识进行深入研究，针对简单遗传程序设计(SGP)算法存在的一些缺陷，提出几种改进方法：采用平均生成法得到质量较高的初始群体，加快寻优过程，改善GP的收敛性能；建立基于模糊因子函数的适应度函数，使对个体的评价更合理；引入个体强制变异、局部补差等操作算子，以克服随机性大、收敛速度慢等缺陷；引入化简操作算子，限制个体规模爆炸，控制个体树生长。通过曲线拟合的实例验证了改进GP的有效性。利用GP拟合曲线的优势，将GP应用于凸轮轮廓曲线设计中，将凸轮机构从动件的运动规律曲线离散为数据点对，用给定的数据点对与设计曲线的数据点对的距离作为原始适应度，采用GP拟合凸轮轮廓曲线，并能得到凸轮轮廓曲线的解析函数，实现凸轮轮廓曲线的自动设计。机构创新设计的目标是产生符合设计要求的新机构，在机械产品设计的第一阶段，即总体方案设计能打破传统设计方法，从选型设计转向构型设计。因此，本文将GP应用于机构构型创新设计中，进行机构创新设计的研究，探讨机构构型设计的新理论与新方法，并开发基于GP的机构创新设计软件系统。首先将机构表示成树的分层结构型式，生成初始机构树群体，其次对群体中的个体机构树执行遗传操作，利用加权系数评分法对遗传进化过程中产生的各机构进行评价，得到满足设计要求的优秀机构树，并画出优秀机构树对应的机构简图。该创新方法用生命进化机制模拟机构的演变，实现机构型式的突破，产生符合设计要求的机构型式，解决了人工构型的片面性和对设计经验的依赖性等问题，实现机构选型在计算机上的自动化。将该方法应用于机构创新实例中，均得到了满足设计要求的机构构型。
王冬梅[4]2006年在《基于知识的计算机辅助机构设计支持技术研究》文中指出现代机构设计包括功能原理设计、方案设计、尺寸综合、运动、动力学分析及评价决策等阶段，具有复杂性、不确定性、创造性、高精度性、综合性、跨学科性等特点，这个过程是个基于经验的设计过程，现有的计算机辅助机构设计一般局限于机构的尺寸综合阶段，仅能满足机构的计算、绘图、叁维建模等方面的工作，并且设计精度有待于提高，设计者还需要具备大量的、全面的经验和创新设计方法。如何运用现代设计方法，面向机构整个设计过程，将设计经验、知识形式化、数字化并以显示的方式保存下来并且采用符合设计思维的知识模型和知识处理技术以延伸、启发和提高设计者的设计能力，进行计算机辅助机构设计，是现代机构设计研究的重要内容。本文针对现代机构设计技术研究存在的问题，将现代设计方法融入机构设计过程进行计算机辅助机构设计技术研究，重点研究了机构知识资源的分类、描述、知识资源库的构建、层次结构、应用技术以及功能原理求解、方案设计求解及尺寸综合求解的关键技术，开发了基于知识的计算机辅助机构设计支持系统，本文的研究成果和特色如下：(1)分析了基于知识的计算机辅助机构设计支持系统的功能需求，提出了由知识资源应用分系统、知识管理分系统、机构设计过程分系统、设计过程管理分系统、信息交换分系统所组成的计算机辅助机构设计支持系统的软件功能模型，建立了面向机构设计过程的智能化设计平台。(2)对机构知识按照设计过程、精确性、表现形式、描述方式进行多维度的分类，提出了多维机构知识分类模型，并分析了机构设计知识的特点，提出了基于知识元的设计知识统一描述方法和面向机构设计过程的知识资源库的构成方案，并研究了基于MOP和TOPS方式的实例库组织方式及基于多层次的抽象实例库组织模型的实例聚类算法、规则库的组织形式和形式化描述、模型库组成和存储的层次结构，建立了知识资源库的管理模型，探讨了知识资源的应用技术。(3)提出了在功能原理设计阶段用自然语言描述法进行功能描述的方法，在知识推理阶段用基于功能基的功能信息模型精确描述功能的方法，并且建立了功能及行为信息模型，综合了几种功能原理设计方法，提出了以功能-行为-结构方式为主，功能-工艺动作过程-动作-执行机构为辅的功能原理求解方式。此外，建立了功能抽象和功能分解的求解过程模型，建立了功能分析工具库以支持功能原理设计，并对机构输入、输出运动约束、及运动特性进行了编码。(4)机构选型和构型是机构方案设计的两个阶段，机构选型设计大都依赖于设计实例和基本机构类型，因此本文研究了基于实例的推理技术原理，提出了叁级检索选型流程的方法。研究了基本机构功能载体库的信息模型和实例的信息模型建立方法，探讨了实例的推理步骤、冲突消解策略及基于归纳法和最邻近法的实例检索机制，研究了基于选型方案设计的重用层次、设计需求语义元符号串表达、设计方案的树形结构及符号化表达、方案结构树重建等重构技术。(5)机构的参数化设计是方案设计确定了基本型式后，对于结构型式相对固定的机构进行精确、具体的参数设计，本文分析了传统的参数化设计的不足及知识融合的参数化设计技术的特点，研究了基于知识融合参数化技术进行机构参数设计的关键技术：知识约束模型的建立方法，并应用于滑动螺旋机构进行了软件的开发。(6)平面连杆机构的尺度综合问题可归结为满足给定轨迹要求与满足给定位置或运动规律的要求，目前计算机辅助连杆尺寸综合的关键问题是优化算法的确定，本文分析了平面连杆机构的特点和几种优化算法的特点，提出了运用遗传算法进行优化综合的求解策略，并以可调五杆机构轨迹综合问题为例，建立了优化模型，运用遗传算法进行尺寸优化综合，最后给出了优化综合实例。
任云鹏[5]2009年在《大型锻造操作机系统动态特性分析及其若干设计问题的研究》文中提出大型锻造操作机是万吨锻造压机的重要配套设备,也是国家经济建设急需的重大机械装备之一。大型锻造操作机与加工设备协调作业,可以极大地提高大型锻件的制造能力,提高制造精度、生产效率和材料利用率,降低能耗。掌握大型锻造操作机的核心设计制造技术,是目前我国重型机械制造行业的重要任务。大型锻造操作机工作载荷大、惯量大、自由度多、具有复杂的机械结构形式、运动学和动力学特性,设计难度很大。本文结合国家自然科学基金项目和企业攻关课题,对大型锻造操作机的机构原理、机构形式的选择、主要工作系统的运动学和动力学特性分析等关键设计问题进行了研究,建立了大型锻造操作机的虚拟样机模型,进行了动力学仿真和机构优化设计,力求设计出综合性能好且适合我国国情的大型锻造操作机,具有重要的理论意义和工程价值。论文在综述大型锻造操作机研究现状基础上,提出了大型锻造操作机设计中的关键问题。对平行连杆式和摆动杠杆式两种典型形式的锻造操作机进行机构运动学对比分析,给出详细的工作空间和运动范围。根据基本运动功能的要求,讨论了两种机构的结构形式和结构参数的合理性,结合操作机的技术要求比较了该两种机构方案的优劣,最终选定平行连杆式锻造操作机为合理的机构形式。对平行连杆式锻造操作机进行初步设计,进行整机机械结构的叁维实体建模。然后进行虚拟装配,并进行约束和干涉的检查,得到合理的操作机叁维装配模型。建立了锻造操作机的虚拟样机模型。设置合理的运动约束和驱动,对锻造操作机进行运动学仿真,得到不同工况下的锻造操作机的工作空间范围。根据实际工作需求,设置合理的工作载荷条件,对锻造操作机的上下平移和上下摆动两种典型的运动形式进行了动力学仿真,分析了这两种运动工况下的机构刚体系统动力学特性。根据锻造操作机的臂架系统的构件刚性小,对整机的动态性能影响大的特点。将后推臂与钳杆之间的连接件进行柔性化处理,建立了锻造操作机的刚柔混合模型。在刚柔混合模型基础上进行典型运动的动力学仿真,并将仿真结果与刚性仿真结果进行了对比。刚柔混合模型能够更好的模拟操作机的工作性能。在锻造操作机设计过程中,掌握关键零部件的固有动特性对整机系统十分重要。利用有限元对主要零部件进行模态参数计算,对锻造操作机整机结构系统进行模态匹配分析。得到锻造操作机的模态匹配图。钳口夹紧机构是锻造操作机的主要机构之一,钳口夹紧力的计算和夹紧机构的设计对操作机的整体设计是十分重要的。论文介绍了大型锻造操作机的结构和工作原理,论述了钳口夹紧力的计算方法,以保证钳口夹紧力要求条件下夹紧缸作用力最小为优化目标,建立了夹紧机构优化设计的数学模型,采用遗传算法对钳口夹紧机构参数进行了优化设计,显着减小了夹紧缸推力。论文将现代设计理论和方法应用于大型锻造操作机的设计,对大型锻造操作机功能设计和机构选型研究、刚柔体混合建模及虚拟样机仿真、关键零部件模态匹配分析及钳口夹紧机构优化设计的研究,已在新一代大型锻造操作机系统的开发工作中得到应用,为大型锻造操作机的设计提供了依据。
参考文献：
[1]. 面向机构构型设计的进化设计原理和方法的研究[D]. 李洪杰. 华中科技大学. 2004
[2]. 面向变异设计的移植单元检索与融合过程进化技术[D]. 徐敬华. 浙江大学. 2009
[3]. 遗传程序设计及其在机构创新设计中的应用研究[D]. 许红. 景德镇陶瓷学院. 2007
[4]. 基于知识的计算机辅助机构设计支持技术研究[D]. 王冬梅. 四川大学. 2006
[5]. 大型锻造操作机系统动态特性分析及其若干设计问题的研究[D]. 任云鹏. 东北大学. 2009