论文题目: 智能化概念设计的可拓方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 赵燕伟
导师: 张国贤
关键词: 概念设计,方案设计,智能设计,优化设计,可拓学,实例推理,遗传算法,模糊
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文在国家自然科学基金项目(编号:50175103)和国家863高技术研究发展计划(编号:2002AA411110)的直接资助下,从理论到应用对复杂产品可拓概念设计的关键技术进行了深入研究。在全面综述国内外现有概念设计研究方法的基础上,综合运用可拓学理论、模糊理论和优化技术,揭示概念设计上游设计阶段的创造性活动规律,探索一种创新与辨证思维形式化、模型化方法,即概念设计的可拓方法。文中针对概念设计方案表达、分解与综合、优化与求解、推理与评价等方面提出了若干新思想、新原理与新方法,对于解决目前智能设计理论研究与工程实现中的瓶颈问题,具有重要的理论意义和学术价值。 运用可拓学理论对概念设计功能、原理、布局、形状、结构等上游设计知识进行形式化描述,建立定性(基元可拓性等)与定量(关联函数等)相结合的可拓知识表达模型;利用发散树、分合链、相关网、共轭对、蕴含系等可拓方法,表达设计过程中的深层次知识;形成智能化概念设计可拓知识表达方法,为概念设计的辩证思维形式化、模型化和智能化提供了一条有效途径。 论文率先提出一种基于多级菱形思维模型的复杂产品定性定量相结合的概念设计方法。根据发散-收敛-再发散-再收敛这一菱形思维特点,建立了产品设计多级菱形思维模型,根据物元的可拓性进行发散性思维形成多种设计方案,利用真伪信息判别法、模糊意见集中法、可拓关联函数定量计算法对发散后得到的设计方案进行收敛以获取最佳设计方案。通过所开发的加工中心刀库概念设计系统,验证了该方法的可行性。 针对实例推理方法难以描述定量定性相结合设计知识的不足,本文通过对设计信息物元及物元关系的处理,提出一种可拓激励推理算法,从理论上证明了该算法的有效性,给出了可拓设计物元相关性、相似性度量及创建实例库等关键策略,使未知问题转换为已知问题,利用物元的可拓特性,有效的拓展或收敛解空间。根据该方法,建立了机械减速器产品设计规则、约束关系和可拓实例库,实现了可拓实例推理的全过程,验证了可拓实例推理方法的可行性。 针对现有方案优化难以求解上位设计优化问题,本文提出一种复杂机械产品方案设计的模糊物元建模、分析与多目标优化方法,将关联函数规范化并建立与模糊隶属度函数之间的定量关系,用此方法与常规的线性加权法、理想点法、模糊优化法进行比较,通过理论分析和设计实例验证了其可行性和先进性。论文改进了遗传算法操作算子,给出模糊物元多目标优化设计问题的改进自适应宏遗传算法(MAMGA)求解过程,并分别与简单遗传算法(SGA)、自适应宏遗传算法(AMGA)加以比较,证明该算法具有较高的执行效率。将该方法进一步应用于机械传动方案优化设计,详细讨论了传动方案的染色体编码、适应值计算和遗传操作算子等问题,实现了复杂产品方案设计的多目标模糊物元优化;同时,利用该设计方法,在ANSYS平台上对柔性放大机构进行了拓扑优化,从而实现了直线运动放大机构的创新设计。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1．1 课题来源与研究目标
1．2 课题研究背景
1．3 概念设计及其特征
1．3．1 概念设计的内涵
1．3．2 概念设计的特征
1．4 概念设计国内外研究进展
1．4．1 概念设计创新性研究
1．4．2 概念设计建模技术研究
1．4．3 概念设计方案推理研究
1．4．4 概念设计系统研究
1．4．5 当前概念设计面临的问题
1．5 本文的研究内容与组织结构
参考文献
第2章 概念设计的可拓知识模型
2．1 可拓基元与复合元理论
2．1．1 物元及其可拓性
2．1．2 事元及其可拓性
2．1．3 关系元及其可拓性
2．1．4 复合元
2．1．5 关联度
2．2 基于可拓模型的知识表示方法
2．2．1 引言
2．2．2 谓词的基元表示方法
2．2．3 产生式规则的基元表示方法
2．2．4 可拓语义网络表示方法
2．2．5 框架的可拓表示方法
2．3 概念设计过程的菱形思维模型方法
2．3．1 引言
2．3．2 菱形思维模型
2．3．3 产品概念设计发散过程
2．3．4 产品概念设计收敛过程
2．3．5 基于菱形思维模型的刀库概念设计
2．4 加工中心刀库可拓概念设计系统MCACD-1的实现
2．4．1 系统整体结构
2．4．2 系统详细说明及实现
2．5 本章小结
参考文献
第3章 概念设计的可拓实例推理方法
3．1 引言
3．2 概念设计的可拓实例知识表示
3．2．1 实例知识的可拓信息物元网络
3．2．2 可拓实例推理模型分析与简化
3．3 可拓激励推理算法
3．3．1 信息物元的形式化描述
3．3．2 激励推理算法
3．4 基于可拓信息物元的减速器实例推理设计
3．4．1 减速器可拓信息物元关联约束与规则
3．4．2 可拓物元相关模型与相似性分析
3．4．3 减速器可拓实例激励推理的实现
3．5 本章小结
参考文献
第4章 概念设计的模糊物元多目标优化方法
4．1 模糊物元分析理论
4．1．1 模糊物元的基本概念
4．1．2 模糊物元关联分析
4．1．3 模糊物元优化方法
4．2 基于模糊物元模型的刀库方案优化设计
4．2．1 刀库方案模糊物元模型的建立
4．2．2 复合权重物元的建立
4．2．3 计算关联度
4．3 多目标模糊物元遗传算法求解技术
4．3．1 多目标模糊物元优化方法
4．3．2 遗传算法的基本原理及其实现步骤
4．3．3 三种多目标优化算法验证与比较
4．3．4 遗传算子不同改进方法的比较
4．4 机械传动方案的模糊物元遗传算法求解
4．4．1 传动方案的多目标模糊物元优化模型
4．4．2 基于遗传算法的传动方案优化设计求解过程
4．4．3 减速器设计实例
4．5 基于多目标模糊优化的柔性放大机构创新设计
4．5．1 建立多目标模糊优化设计模型
4．5．2 优化设计结果分析
4．6 本章小结
参考文献
第5章 可拓概念设计原型系统
5．1 引言
5．2 系统总体结构
5．3 主要子系统设计
5．3．1 可拓实例推理子系统
5．3．2 模糊物元优化子系统
5．3．3 知识熔接(KF，knowledge fusion)布局设计子系统
5．3．4 可拓评价与决策子系统
5．4 可拓概念设计系统实现
5．4．1 基于可拓CBR的智能化设计方法
5．4．2 基于遗传算法的多目标模糊物元优化方法
5．4．3 基于知识熔接方案布局设计
5．4．4 可拓评价与决策方法
5．5 本章小结
参考文献
第6章 总结与展望
6．1 本文研究成果
6．2 本文创新点
6．3 进一步研究方向
附录1 符号说明
附录2 图表说明
附录3 作者在攻读博士学位期间发表的论文
附录4 作者在攻读博士学位期间获奖
附录5 作者在攻读博士学位期间承担的科研项目
致谢
发布时间: 2005-09-16
参考文献
- [1].基于知识融合的人机协同创新概念设计理论与系统研究[D]. 赖朝安.华南理工大学2003
- [2].有助于产品创新的概念设计理论与方法的研究[D]. 何斌.浙江大学2006
- [3].基于功能的概念设计求解过程研究[D]. 史冬岩.哈尔滨工程大学2006
- [4].基于产品基因的概念设计理论及关键技术研究[D]. 尚勇.山东大学2007
- [5].面向概念设计的定性建模技术研究[D]. 夏文俊.华中科技大学2011
- [6].基于事件模型的产品功能设计研究及应用[D]. 许威.西安电子科技大学2014
- [7].支持机械产品概念设计的功能知识聚类方法研究[D]. 胡晓.上海交通大学2011
相关论文
- [1].基于知识融合的人机协同创新概念设计理论与系统研究[D]. 赖朝安.华南理工大学2003
- [2].基于可拓逻辑的机器学习理论与方法[D]. 何斌.华南理工大学2005
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