面向復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的綜合集成研討廳問題求解過程與方法研究.pdf

1、綜合集成研討廳(Hall for Workshop of Metasynthetic Engineering，HWME)是我國科學(xué)家提出的處理復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)造性成果，它指導(dǎo)人們在處理復(fù)雜問題時(shí)，把專家的智慧、計(jì)算機(jī)的高性能和各種數(shù)據(jù)、信息有機(jī)的結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的、強(qiáng)大的問題求解系統(tǒng)。目前，HWME系統(tǒng)已經(jīng)在地理和環(huán)境、工程、醫(yī)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、軍事等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是由于HWME系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和現(xiàn)有支撐技術(shù)的限制，構(gòu)建一個(gè)面

2、向復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的HWME系統(tǒng)仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。
　　 系統(tǒng)的功能與其結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，HWME作為一個(gè)處理復(fù)雜性問題的系統(tǒng)平臺，如何合理的搭建它的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)對這一平臺的性能有著至關(guān)重要的意義。本文以某復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)為背景，從問題求解的角度，對綜合集成研討廳從問題求解過程與求解方法的角度進(jìn)行了研究，包括復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的問題求解過程建模，問題的分解和分配、問題的求解及多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)等理論與方法，旨在為應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品概

3、念設(shè)計(jì)的HWME系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。
　　 首先以綜合集成理論為指導(dǎo)，探討并深入研究了在HWME中進(jìn)行復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的求解過程和方法；借鑒當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者采用進(jìn)化計(jì)算求解經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等復(fù)雜問題的思路，提出了HWME中問題求解過程的數(shù)學(xué)形式描述，建立了基于進(jìn)化計(jì)算的HWME問題求解過程模型，利用進(jìn)化計(jì)算在綜合集成研討廳的定性和定量空間中搜索，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)結(jié)合、專家群體創(chuàng)新思維激發(fā)、多領(lǐng)域?qū)＜胰后w之間協(xié)同及其群體論證的綜合集成。
　

4、　 問題分解是任何復(fù)雜問題求解的基礎(chǔ)，同樣在運(yùn)用綜合集成研討廳來進(jìn)行復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中，也需要首先對所求解問題(即研討問題)進(jìn)行分解。當(dāng)前許多研究人員對復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中涉及的問題分解技術(shù)進(jìn)行了研究，但并不存在一種通用的方法。本文在研究綜合集成研討廳中進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)問題分解的特殊性基礎(chǔ)上，提出了基于專家群體研討問題的分解模型，并提出了一個(gè)采用遺傳算法與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣相結(jié)合來解決復(fù)雜問題分解的智能方法，以解決一般意義上的復(fù)雜系統(tǒng)問題求解

5、中的問題分解。實(shí)踐證明，該方法能夠避免大規(guī)模修改的發(fā)生，并加速復(fù)雜系統(tǒng)分解過程中問題結(jié)構(gòu)化的尋優(yōu)效率。
　　 在復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中，隨著待求解問題的規(guī)模及復(fù)雜度的增加，如何協(xié)調(diào)各個(gè)求解主體，調(diào)度求解資源，使整個(gè)復(fù)雜問題的求解流程更加合理和有序，是綜合集成研討廳系統(tǒng)問題求解過程中需要解決的關(guān)鍵課題。以往的HWME中復(fù)雜問題研討求解的流程是一種經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的工作流規(guī)范。作為一種人機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)，HWME需要計(jì)算機(jī)對其提供智能化的支持。

6、本文通過對HWME中復(fù)雜問題求解過程與蟻群算法相似性的分析，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，提出了復(fù)雜問題求解過程中進(jìn)行任務(wù)動(dòng)態(tài)分配的智能蟻群算法，收到了較好的效果。
　　 通過概念的生成和選擇形成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，是復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的一個(gè)核心任務(wù)。在綜合集成研討廳中專家群體經(jīng)由群體論證，獲得復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案的過程中面臨著如何在合理的時(shí)間內(nèi)獲得滿意/優(yōu)化解、提高求解效率的挑戰(zhàn)。從復(fù)雜決策問題求解的角度，結(jié)合當(dāng)前的人工智能技術(shù)，本文提出了

7、一種基于改進(jìn)的交互式遺傳算法模型的群體論證方法。改進(jìn)的人機(jī)交互式遺傳算法充分發(fā)揮了人機(jī)各自的優(yōu)勢，對于求解復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的問題，對人機(jī)合作的“可操作性”問題及實(shí)現(xiàn)從定性到定量的有效轉(zhuǎn)換這類HWME中的難點(diǎn)問題，提供了一種有效的方法或途徑。此種方式相比于研討廳中傳統(tǒng)的意見共識和思維收斂方法，不僅容易達(dá)成群體意見一致、有著更高的求解效率，而且更符合綜合集成研討廳在線研討的實(shí)際，可以方便的進(jìn)行多次循環(huán)論證。
　　 復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)在

8、形成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案的過程中，設(shè)計(jì)人員需要全面的考慮各種約束條件和設(shè)計(jì)目標(biāo)，經(jīng)常遇到需要使得多個(gè)目標(biāo)在給定的可行區(qū)域內(nèi)盡可能最優(yōu)的問題。本文提出了一種新的協(xié)同進(jìn)化算法和交互式遺傳算法相結(jié)合的復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)多目標(biāo)優(yōu)化方法。利用協(xié)同進(jìn)化算法的多個(gè)種群協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中多目標(biāo)方案的生成，在方案的評價(jià)過程中，通過交互式遺傳算法根據(jù)參與者的評價(jià)直接獲得隱式性能指標(biāo)問題的適應(yīng)度值，將設(shè)計(jì)人員的偏好、直覺、經(jīng)驗(yàn)等主觀因素和創(chuàng)造性知識融合