不确定视角下产品结构性能优化设计综述与展望

目的 复杂产品在工程装备、航空航天等我国优先发展的战略领域中扮演着不可替代的重要角色,在其结构设计过程中普遍存在着各种不确定性,导致产品结构性能很难实现最优,甚至出现重大故障。方法 针对复杂产品设计过程中的多粒度模糊不确定、随机不确定、不完备区间不确定和高维混合不确定等特点,将不确定性理论与产品结构设计过程相结合,系统地构建了不确定视角下产品结构性能优化设计理论体系,提出了多粒度模糊不确定下产品质量特性精准提取、随机不确定下产品功能结构模块化求解、不完备区间不确定下产品结构方案多属性决策、高维混合不确定下产品关键结构可靠性优化等关键技术,并指出了产品结构性能优化设计的未来发展方向。结论 此设计理论能够充分适应和利用产品设计过程的多种不确定信息,为在结构设计环节切实提升产品性能提供了有力参考。     

机电产品模块划分与综合评价集成设计方法

目的 为了满足机电产品日益多样化、个性化的市场需求,提高产品模块划分的稳定性与模块化方案评价的可靠性,提出产品模块划分与评价集成方法。方法 对产品的功能结构进行分析,构建产品的量化信息模型,合理分配各量化指标的权重,构建描述组件间关系的综合矩阵。采用基于原子理论的聚类算法进行模块划分,通过改变模块粒度,稳定地得出产品模块划分的多个可行方案。通过考虑产品的模块化程度和基于信息熵的模块复杂度,构建模块化方案的综合评价模型,以确定最优的模块划分结果。结论 采用模块划分与综合评价集成设计方法对某小型雕刻机进行模块化设计,并通过对比原子聚类算法与其他模块划分方法所得的模块化结果,验证了所提出设计方法的可行性和高效性。     

忆阻器与神经元突触联系的分析

忆阻器作为"丢失的原件"被华裔科学家蔡少棠提出,是连接磁通和电荷的电学器件。忆阻器的可操控性和记忆功能,类似神经元细胞的性能。应用忆阻器代替现有晶体管的开关功能,是解决信号的通断智能控制的最理想办法,进而实现神经形态计算系统的智能控制。     

激光切割高精度Z轴调高随动控制系统设计

目的 设计一种基于STM32主控制器芯片与FPGA从控制器芯片的激光切割高精度Z轴调高随动控制系统。方法 介绍该控制系统的工作原理、硬件设计、软件设计以及微电容测量电路的仿真实验。同时,针对系统随动过程中存在干扰的现象,提出基于滑动平均值滤波算法的改进滤波算法。结果 经过上机切割测试验证,该随动控制系统动态跟随精度为0.01 mm,最大跟随速度为500 mm/s。结论 该随动控制系统能够使激光切割机床实现高速高精度的切割。     

模拟人脑工作机制的机械产品概念设计行为原理启发求解方法

机械产品概念设计是现代设计理论研究的热点问题,其核心是功构映射,即根据既定的功能需求,以行为效应作为中间载体,求解满足设计约束的原理构件组合。以概念设计的功构映射理论作为基础,利用设计师大脑认知过程的神经机制作为依据,提出模拟人脑工作机制的机械产品概念设计行为原理启发求解方法。分析前额叶-海马体神经回路中设计经验知识的记忆启发机制,并以此为基础构建行为效应重构的记忆启发强化学习模型,利用多巴胺调控的Q学习在状态转移概率和设计环境回报函数未知的情况下实现行为效应的重构认知传递。同时,分析小脑模块化神经结构的反射调控作用,构建以全连接多层感知机和循环神经网络为模块的约束满足神经网络,形成复杂设计约束下的操作性条件反射判断设计空间中的约束可解性,为原理构件的组合求解提供设计依据。以电梯曳引系统的概念设计为例验证所提出方法的有效性和可行性。     

复杂产品不确定性智能设计研究综述与展望

不确定性现象普遍存在于各个设计环节，使得复杂产品的设计过程越来越复杂，正确认识并掌握设计过程中的各种不确定性是复杂产品智能设计取得成功的必要条件。系统梳理了产品设计中的不确定性因素种类与特征，聚焦于不确定性智能设计的设计流程，围绕用户需求不确定性智能分析、功能结构不确定性智能求解、设计方案不确定性智能决策、局部参数不确定性智能优化四个方面，分析了其研究现状与应用场景。针对现有不确定性智能设计中存在的强模糊冗余条件下设计意图难提取、不完全可信条件下功能行为难推理、不完备区间条件下设计方案难决策、混合不确定条件下结构性能难预测等问题，提出了复杂产品不确定性智能设计的未来研究方向。     

设计知识驱动的不规则多边形排样算法及应用

为高效解决实际生产制造中的二维不规则多边形排样问题，提出一种设计知识驱动的启发式算法。利用临界多边形判定多边形之间的相对位置，并建立局部适应度数学模型用于衡量多边形的贴合程度；根据设计知识建立数学模型来评价多边形待摆放位置，利用基于局部搜索的贪心算法完成排样。通过对国际通用基准用例进行实验测试并与现有智能优化算法进行对比，证明了所提算法在排样质量与时间性能上不但具有一定优势，而且稳定性高。通过实际生产中样片数据的实验测试证明了所提算法的实用性。