基于群集智能的產(chǎn)品共進(jìn)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、現(xiàn)代市場競爭愈加激烈，提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和提高產(chǎn)品創(chuàng)新性是提升產(chǎn)品競爭力的有效手段。由于產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，因此如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)提高傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的效率和質(zhì)量，建立能夠滿足產(chǎn)品創(chuàng)新性要求的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法無疑具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果，將新型的群集智能方法與共進(jìn)化設(shè)計(jì)原理相融合，從機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、公差優(yōu)化設(shè)計(jì)等角度對產(chǎn)品共進(jìn)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究，為產(chǎn)品

2、創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論提供了一種新的研究途徑。
　　 通過對現(xiàn)有的設(shè)計(jì)模型的分析，構(gòu)建了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程的三維空間描述和復(fù)雜設(shè)計(jì)問題求解過程的形式化描述方法，揭示了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中的“問題空間—算子空間—解空間”共進(jìn)化原理。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要，將該共進(jìn)化原理實(shí)例化為“問題空間-解空間”、“算子空間-解空間”和“問題空間-算子空間”三種共進(jìn)化子模式。
　　 在“算子空間-解空間”共進(jìn)化的子模式下，針對機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)問題，首先提出了一

3、種采用進(jìn)化蟻群優(yōu)化算法求解最大結(jié)構(gòu)碼的機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定方法；然后給出機(jī)構(gòu)軌跡曲線的數(shù)字化描述方法，提出了基于蟻群聚類算法的機(jī)構(gòu)軌跡聚類方法和機(jī)構(gòu)軌跡匹配方法；最后分別采用平面10桿機(jī)構(gòu)的同構(gòu)判定和平面4桿機(jī)構(gòu)的軌跡綜合兩個(gè)實(shí)例驗(yàn)證上述方法的有效性。針對公差優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，首先以將加工成本與質(zhì)量損失作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，建立了工藝公差優(yōu)化設(shè)計(jì)的多目標(biāo)模型；再根據(jù)Pareto最優(yōu)性原理提出了一種直接求解該問題的Pareto最優(yōu)解集的多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法；

4、隨后研究了工藝、工序并行的公差優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的建模及其轉(zhuǎn)化，提出了用于該類問題求解的一種混合群集智能算法；最后給出了兩個(gè)公差優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)例。
　　 在“問題空間-解空間”共進(jìn)化的子模式下，提出了基于蟻群優(yōu)化算法的離散變量桁架結(jié)構(gòu)共進(jìn)化設(shè)計(jì)方法。首先將離散變量桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程分為拓?fù)淇臻g(即問題空間)和尺寸空間(即解空間)共進(jìn)化的兩個(gè)子過程，提出了桁架結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化模型和拓?fù)鋬?yōu)化模型及其向標(biāo)準(zhǔn)組合優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化的方法。為尺寸優(yōu)

5、化子過程和拓?fù)鋬?yōu)化子過程分別定制了相應(yīng)的蟻群優(yōu)化算法，并對算法的參數(shù)選擇和收斂過程進(jìn)行了分析和探討。通過對標(biāo)準(zhǔn)的10桿和15桿桁架在不同載荷和位移約束下的共進(jìn)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明該方法具有效率高、全局收斂和魯棒性好等特點(diǎn)。最后將該方法應(yīng)用于某拋物面天線背架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程實(shí)例。
　　 在“問題空間-算子空間”共進(jìn)化的子模式下，通過元胞自動(dòng)機(jī)和結(jié)構(gòu)單元之間的映射關(guān)系，研究在外載荷和約束作用下，連續(xù)結(jié)構(gòu)的單元之間通過局部作用形成最優(yōu)整

6、體拓?fù)涞臋C(jī)理，提出了一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的連續(xù)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法。以標(biāo)準(zhǔn)的二維懸臂梁拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)為例，討論了局部規(guī)則控制參數(shù)組合和元胞鄰居結(jié)構(gòu)對進(jìn)化過程的影響。理論分析和數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度都很低，收斂速度快，適合于大規(guī)模問題求解，且不存在棋盤格和網(wǎng)格依賴等數(shù)值不穩(wěn)定性。最后將該方法應(yīng)用于方形平板散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)和機(jī)翼剖面結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的兩個(gè)工程實(shí)例。
　　 基于上述理論方法研究成果，實(shí)現(xiàn)了所有