融合设计过程与设计知识的产品概念设计方法

为了开拓设计思路、产生创新产品方案,将设计知识有效融入产品的概念设计过程中,提出一种融合设计过程与设计知识的产品概念设计方法。定义了基于产品—功能—结构的过程模型和知识模型,利用逐层映射行为、回溯映射行为、检索行为和存储行为支持设计过程和设计知识的融合。在产品域,通过基于组合权重的双层灰色关联分析法得到待改进产品的相似产品集;在功能域,使用功能相似度算法和功能操作方法得到新产品功能架构;在结构域,利用形态学矩阵生成多种概念方案,提出基于粗数的逼近理想解排序法,并定义了综合约束指数,对方案进行定性和定量评价、得到最优方案。利用所提方法获得了一种新型美容补水仪的概念方案,从而验证了该方法的可行性。     

产品设计中基于FBS模型的用户需求分析方法

为研究产品概念设计过程中的用户需求,运用功能-行为-结构(FBS)设计模型对产品进行分析,从而得出用户需求的最优解。运用改进的FBS设计模型对目标产品进行分析,得到模糊需求;结合弹性界限的概念,运用自然交互技术对模糊需求求解,同时结合情境感知对用户需求进一步分析;结合案例验证了文中方法的可行性。结果表明:改进后的FBS设计模型可用于分析用户需求,并能够通过自然交互技术得到用户需求的最优解。     

考虑客户需求偏好的产品创新概念设计方案生成

为提升方案生成的准确性和客户满意度,针对传统的产品创新概念设计方案生成过程未充分考虑终端客户需求偏好的问题,提出考虑客户需求偏好的产品创新概念设计方案生成新方法。该方法运用Kano模型实现对产品创新设计各功能属性的需求偏好分类;将形态学分析的适用范围拓展到概念层,展开产品创新概念设计方案原理解的组合性分析;建立以客户需求偏好满足度、产品创新成本和产品创新度为目标的三目标优化模型,并采用改进的快速非支配排序遗传算法对该优化模型求解,得到一系列基于Pareto解集的最优产品创新概念设计方案。以电冰箱产品创新概念设计方案生成为例,验证了所提方法的可行性和有效性。     

融合语义学的产品概念设计过程模型研究

为改进以往产品概念设计过程模型中忽视人的需求、文化及美学要素的缺陷,在分析研究产品分层结构体系内涵的基础上,从工程学角度重新审视产品语义学这一概念与理论,对功能-行为-结构概念设计过程模型进行扩展,提出一种融合语义学的产品概念设计过程模型(CFBSS)。分析了模型中两个新要素(用户及产品语义)存在的理论依据,并对模型中各要素符号及其子要素符号进行详细定义。建立了涵盖工程设计与工业设计两大领域、普遍适用于工业及消费类产品的通用概念设计过程模型。以咖啡机设计为对象进行实例研究,分析了CFBSS概念设计过程模型的应用。     

钉扣机构的拓扑优化设计

介绍了钉扣机构的拓扑优化设计方法.通过对新产品功能的分解,提出了基于概念设计的机构方案,应用拓扑学理论对机构进行拓扑布局的优化与结构参数优化,取得创新设计最佳方案.通过基于遗传算法的钉扣机产品拓扑优化设计实例,验证了该设计方法在工程实际应用中的可行性和实用性.     

基于随机模型的动车组制动模块稳健优化设计

针对目前产品优化设计中未考虑设计变量随机性和灵敏度指数对产品质量特性的影响及优化求解效率低等问题,提出一种综合考虑灵敏度指数与质量损失函数的稳健优化设计方法。通过假设设计变量的分布类型,得到设计变量的概率分布特征,将设计变量对产品质量特性的灵敏度指数与质量损失函数加权整合,并以此作为优化目标,以设计变量的容差作为约束条件,构建随机稳健优化模型。通过扩大种群数目、改进控制参数及增加惩罚因子的方法对遗传算法进行改进,结合改进的遗传算法对优化模型进行求解,得到优化模型的全局稳健最优解。以某动车组制动模块为例,采用给出的方法对其进行稳健优化设计,验证该方法的有效性与合理性。优化结果表明,该方法能够实现动车组制动模块的稳健优化设计,提高了制动模块的抗干扰能力。     

概念设计中的三维公差与结构同步设计研究

为支持产品概念设计的多结构方案优选和成本优化,提出了在概念设计阶段进行公差设计的思想。给出了指导概念结构设计的生长型设计过程模型,应用旋量对功能表面间的几何约束进行分析;在公差表示模型的基础上,自动选择基准框架,生成三维公差链并进行设计计算;开发了相应的软件系统支持设计过程。应用实例表明,公差与结构同步设计能有效地减少设计方案的反复修改,提高了设计的效率和质量,对CAD/CAM集成具有重要意义。     

基于模糊图论和最优水平值方法的概念设计方案求解

为便于机械产品概念空间的直观描述，将模糊图论引入概念设计，利用模糊与／或树表征产品概念空间。利用模糊设计理论中的最优水平值方法遴选基本功能载体，对功能载体的组合得到备择方案并进行综合评价，达到优化概念设计方案求解过程和提高设计效率的目的。用起重机起升装置的设计实例说明这种方法是切实可行的。     

基于改进的非支配排序遗传算法的模块化产品多目标配置优化研究

在产品族模块化设计的基础上,应用模糊数学评价理论与最小二乘法,构建了以产品性能、成本及出货期为目标函数的配置优化数学模型,并采用基于改进的非支配排序遗传算法对三者进行并行优化.由此获得一系列基于Pareto最优集的配置方案来满足不同客户对产品性能、成本及出货期的要求,解决了客户需求侧重点对产品设计结果的适应性处理.最后,结合项目实施,给出该方法在机床制造业中的典型应用实例,验证了文中提出方法的有效性和适应性.     

功能建模法在橡胶分卷机概念设计中的应用

产品的功能设计是概念设计中极为重要的一环,概念设计过程的实质就是一个产品的功能定义、功能分解、功能组合、功能结构的实现并进行方案优化的过程.产品的功能模型对产品的功能语义和功能行为进行描述和表达,在产品设计和分析中具有重要的作用.对功能、功能结构、功能基、功能建模进行研究,运用功能建模法对橡胶分卷机进行功能分析,使其概...     

基于遗传算法的交互式齿轮优化设计方法研究

常规的齿轮设计方法通常需要花费大量时间，通过数次试算才能得到一个较好的设计结果，采用一般的非线性和线性优化方法注解起来也比较困难。为此，本文以渐开线标准直齿圆柱齿轮为例，提出了一种基于遗传算法的交互式优化设计方法，对于设计原始数据，设计要求及设计过程中的经验型中间结果采用交互式输入，而对其他主要设计变量采用遗传算法进行优化。     

OPTIMIZATION DESIGN OF HYDRAULIC MANIFOLD BLOCKS BASED ON HUMAN-COMPUTER COOPERATIVE GENETIC ALGORITHM

Optimization design of hydraulic manifold blocks (HMB) is studied as a complex solid spatial layout problem. Based on comprehensive research into structure features and design rules of HMB, an optimal mathematical model for this problem is presented. Using human-computer cooperative genetic algorithm (GA) and its hybrid optimization strategies, integrated layout and connection design schemes of HMB can be automatically optimized. An example is given to testify it.     

改进遗传算法在结构优化中的应用

提出了一种组合优化的策略,利用改进的遗传算法在整个可行域中寻找较好的解,然后利用传统优化方法寻找局部最优解,算例表明了该算法的合理性和有效性。     

设计结构矩阵优化算法的研究与比较

分析了设计结构矩阵优化方法的不足,提出了以数字化设计结构矩阵及遗传算法为基础的新优化算法.新算法在优化对象、目标函数、进化方法及优化结果等方面进行了创新和改善,不仅能快速地寻找出最优解,实现设计过程优化,还能优化时间及费用.案例分析表明,新算法能有效地减少复杂产品设计过程中的耦合反馈、设计时间及费用,进而降低设计难度和设计成本.     

卫星天线臂结构优化设计的分级遗传算法

为满足刚度大、强度高、质量小的设计要求,本文针对卫星天线臂的结构优化设计提出了分级遗传算法。首先,依据设计与制造要求,将天线臂结构优化设计分解为拓扑构型与杆件尺寸两级优化问题。然后,将单元材料相对密度作为基因,整体结构的相对密度作为染色体,将刚度与质量转化为适应度函数,形成拓扑构型的遗传算法。其次,在保持拓扑构型不变的条件下,将组成拓扑构型的各杆件的剖面面积作为设计变量,杆件结构的质量作为目标函数,形成杆件尺寸优化模型,通过引入遗传算子,形成第二级遗传算法。最后,给出了某卫星天线臂结构优化设计实例,证实了本文分级遗传算法的有效性。     

基于父子混合选择遗传算法的大型压力机主梁的最优设计

主梁是大型压力机的关键受力构件之一,其最优设计问题是一类很难求解的非线性规划问题.传统的优化方法在解决这类复杂优化问题时显示出自身的一些不足.针对传统优化算法的局限性,提出用简单实用的基于父子混合选择遗传算法,对大型压力机的主梁进行优化设计.并用一个仿真算例验证了该算法的有效性和可行性.     

离散变量桁架结构拓扑优化的混合遗传算法

为了避免结构拓扑优化过程中杆件和节点的增删带来的计算上的麻烦，在对桁架结构受力分析的基础上，提出一种启发式方法，以快速产生符合机动性要求的拓扑结构形式；然后在既定的拓扑结构形式下采用混合遗传算法——拟满应力遗传算法进行截面优化。该方法通过在遗传算法中嵌入拟满应力算子，同时对基本遗传算法采用最优个体保留、最差个体替换和控制种群个体差异等改进措施，有效提高遗传算法求解的效率和质量。算例结果表明，该方法用于离散变量桁架结构拓扑优化是有效的。     

某机动式雷达天线阵面结构优化设计方法研究

文中提出了机动式雷达天线阵面结构正向设计方法,对雷达天线阵面进行了轻量化设计.应用经典力学求解天线阵面在静力学工况下的最大应力和变形,将此作为优化约束条件,将阵面质量作为优化目标,建立天线阵面的数学模型,用遗传算法进行第1次设计优化,得到天线阵面的初始结构参数综合考虑静力学工况与动力学工况,进一步用ANSYS系统的APDL建立参数化有限元模型,进行第2次优化,得到天线阵面的结构参数.文中对某型号的机动式雷达天线阵面进行了正向设计,并将优化结果与该雷达现有设计结果进行了分析对比.结果表明该正向设计方法合理,轻量化效果明显.     

基于遗传算法的摆动活齿传动多目标优化设计

本文建立了摆动活齿传动的优化设计数学模型,提出了优化设计方法。为求得全局最优解,引进了遗传算法。文中对遗传算法提出了一些改进,并用改进前、后的遗传算法分别对该模型进行了优化仿真计算,结果表明改进后的遗传算法优于改进前的遗传算法。     

Evolutionary bi-criteria optimum design of robots based on task specifications

The optimum robot structure design problem based on task specifications is an important one, since it has greater influence on manipulator workspace design, vibrations of the manipulator during operation, manipulator efficiency in the work environment and power consumption. In this paper, an optimization robot structure problem is formulated with the objective of determining the optimal geometric dimensions of the robot manipulators considering the task specifications (pick and place operation). The aim is to minimize torque required for motion and maximize manipulability measure of the robot subject to dynamic, kinematic, deflection and structural constraints with link physical characteristics (length and cross-sectional area parameters) as design variables. In this work, five different cross-sections (hollow circle, hollow square, hollow rectangle, C-channel and I-channel) have been experimented for the link. Three evolutionary optimization algorithms namely multi-objective genetic algorithm (MOGA), elitist nondominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) and multi-objective differential evolution (MODE) are used for the optimum structural design of 2-link and 3-link planar robots. Two methods (normalized weighting objective functions and average fitness factor) are used to select the best optimal solution. Two multiobjective performance measures namely solution spread measure and ratio of non-dominated individuals are used to evaluate the Pareto optimal fronts. Two more multiobjective performance measures namely optimiser overhead and algorithm effort, are used to find computational effort of optimization algorithm. The results obtained from various techniques are compared and analyzed.