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《山东师范大学》 2009年
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基于特征函数的产品造型进化设计研究

王吉华  
【摘要】: 设计创新是企业面对激烈市场竞争的最主要策略之一,创新设计方法要为设计师提供广阔的思路,轻松的设计环境,同时,由于创新多发生于概念设计阶段,创新的数据资源也要保证后续设计的重用。针对创新设计的这些要求,本研究探讨了基于特征函数的产品造型进化设计方法。 在逆向设计、实例设计等设计思想的启发下,借助于进化机制不依赖于环境知识和逻辑思维的特点,建立了以基因组、种群、适应函数和进化操作为基础的进化设计方法。相对于其他创新设计方法,本进化设计在激发设计师的形象思维和灵感思维进而开拓设计思路方面发挥了较大作用;能够实现设计自动化,减轻设计负担;用CAD底层几何API(Application Program Interface)表达的产品造型表象特征数据可以在详细设计阶段得到复用。 在充分了解现代设计的技术手段、设计对象及任务、设计活动和思维的背景下,本文围绕产品造型创新设计展开了进化设计方法的研究,主要完成了如下工作。 (1)首先探讨了产品结构模型、功能模型、产品基因组、种群、适应函数、方案评价、进化操作等设计、进化设计领域的概念、方法,指出基因组实际上就是产品模型,主要是产品的表象结构;种群是相似产品实例的集合,是一种蕴含设计逻辑规律的知识库;适应函数是设计方案评价机制的量化模型;进化操作是进化智能设计推理机制的具体体现;这4个方面构成了进化智能设计模型的结构体系。 然后,从这4个层面上分别研究和总结了现代设计、智能设计以及进化设计近年的国内外发展状况。 (2)在产品结构模型和功能模型的基础上,提出了包含结构和功能信息的、用API函数编码表示产品造型表象特征的基因组模型,CAD底层的几何体API函数及其拓扑API函数被用来表示基因组的结构基因和协调基因,这样的基因粒度利于进化方案的多样性,而且又不失几何和工程语义。 多个功能行为组成了功能模型,功能行为用功能表面表示,将结构基因的功能信息存放在属性表里,用于适应度的计算。基因组是结构基因和拓扑基因构成的符号串,根据它们生成次序和空间拓扑关系可排列为有序串,结构基因按照其在基因组的地位和在造型中的作用主要分为主基因和次基因。这样的基因组是一种树形结构,主基因为每个分支的根结点,拓扑基因为子结点,次基因为孙子结点,这样可转化为二叉树形式,以方便对基因及其功能信息的遍历和基因组相似性计算。 (3)种群库是进化设计创新的源泉,提出了根据相似基因组建立种群库的方法。基因组相似性存在两个方面的含义:相同基因块的数量、所有等同基因相似度的平均值。将多数基因组上排列相同的一系列基因符号串定义为基因块,基因块对应于产品结构的形状特征,防止基因块的分裂可以保持该产品的特色,基因块的甄别采用的是串模式匹配算法。 相似度计算的主要工作是参照目标基因组得到一群个体的相似度,根据相似度值的大小分为不同的种群类,这属于基于内容的三维模型检索技术,与其他检索技术不同,主要通过基因符号串的等同比较和匹配来取得相似个体。 种群库是C/S体系结构,可为进化设计模块提供最优良的个体空间。 (4)为了与进化设计的自动性、高速性和方案的多样性相适应,提出了三层次的适应函数用于进化过程中创新方案的评价。第一层为限定类指标,只有满足基本约束条件的造型才能得到高适应度值,这些限制条件主要是重量和尺寸等。第二层是功能类指标,要设计的产品有一些基本的功能必须满足,将这些基本功能以功能表面的方式组成基准功能模型作为参照物,待评价的造型基因组与它比较,以它们的配对功能表面参数向量作为RBF神经网络的输入,适应度为输出。第三层是适宜类指标,由人工评价得到分值,经综合平均得到适应度,这是一种广泛分布、评价人员众多的评价体系,能与高速的进化设计步调合拍。三类适应度之和是基因组用于选择操作的最终适应度。 (5)为了满足大规模创新设计要求,采用多子群免疫进化机制,将初始种群划分为多个子群,每个子群独立运算若干代后,再合并为一个种群进行运算,最后选择出相对最优的设计方案。进化操作中运用了三个操作算子:免疫选择算子、基因块覆盖交叉算子、基因参数变异算子。 建立在ACIS环境下的进化创新平台采用了并行计算模式,为了协调各个运行端的工作,采用了ACIS-HOOPS的通信和消息机制。以某工艺品企业的茶壶类产品进行了从基因组生成、相似度计算、基准功能模型和适应函数建立到最后的进化操作创新等各个进化过程的计算机模拟,验证了基于特征函数、面向造型的进化创新设计方法的有效性,以及创新平台的可行性。 总之,本研究在产品造型进化设计的基因组、种群、适应函数、进化操作算子4个方面提出了一些较新的概念和模型,为概念设计阶段的产品造型创新提供了进化设计这一方法和过程模型。这种进化设计模型对于汽车零部件、家居用品、工艺品等产品的结构和外观造型的创新有着较大的实用价值。
【学位授予单位】:山东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.72

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 苏力;基于遗传算法的桥式起重机结构进化设计[D];武汉理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓益民;郑堤;;机电产品功能与行为表达方法综述[J];工程设计学报;2008年03期
2 何小朝,沈梅,张铁昌;并行CAD/CAM集成中的产品模型表示方法研究[J];航空学报;2000年01期
3 危辉,潘云鹤;从知识表示到表示:人工智能认识论上的进步[J];计算机研究与发展;2000年07期
4 黎荣;王金诺;;基于UG的3D模型相似性评价技术研究[J];计算机工程与应用;2006年36期
5 李书田,郑联语,汪叔淳;集成环境中基于特征顺序的产品建模方法研究[J];计算机辅助设计与图形学学报;1999年05期
6 谭同德,童秉枢,王涛;产品结构设计的数据模型[J];计算机辅助设计与图形学学报;2000年01期
7 陈建国,潘云鹤;基于空间探索的创造性设计方法的研究[J];计算机辅助设计与图形学学报;2000年06期
8 王靖滨,俞杰,耿卫东,潘云鹤;基于FBS的产品创新设计模型[J];计算机辅助设计与图形学学报;2000年11期
9 张三元,孙守迁,潘云鹤;基于产品反求工程的产品创新设计方法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2000年11期
10 郝泳涛,赵卫东,李启炎;基于模式化知识和人工神经网络的智能设计系统框架研究[J];计算机辅助设计与图形学学报;2001年09期
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1 冯力;支持机械创新设计CAD方法的探索[D];西安电子科技大学;1999年
2 余军合;面向全生命周期虚拟产品模型的研究与应用[D];浙江大学;2002年
3 赵文辉;电子产品并行设计方法及虚拟原型仿真环境研究[D];国防科学技术大学;2002年
4 陈亚华;基于快速设计策略的产品概念设计理论及方法研究[D];重庆大学;2002年
5 张勇;基于同步公差设计的概念结构设计优化[D];山东大学;2006年
6 霍志璞;机电系统虚实一体化的创新设计自动化理论与技术研究[D];山东大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张艳林;;民族声乐风格论[J];阿坝师范高等专科学校学报;2009年01期
2 许康;赵爽峰;张晶晶;;试探整合建筑美术与三大构成的实效性[J];四川建筑科学研究;2011年03期
3 周春华;;行政紧急权力及其法律规制[J];安徽大学法律评论;2008年01期
4 薛宏伟;芜湖电厂给水控制和主汽温控制改造[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2005年03期
5 邹建军;周亚芬;;文学地理学批评的十个关键词[J];安徽大学学报(哲学社会科学版);2010年02期
6 郝秀刚;葛明贵;;知识的分类与高校创新型人才培养[J];安徽广播电视大学学报;2007年04期
7 丁亚元;;有效面授的内涵及其设计策略[J];安徽广播电视大学学报;2012年01期
8 甘翠华;;汉英成语修辞特点分析[J];安徽职业技术学院学报;2011年03期
9 王立涛;;论反求工程技术对汽车产业发展的作用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年03期
10 张润梅,龚剑,章曙光;机器人足球队的结构设计研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2003年01期
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1 王立涛;;论反求工程在汽车产业发展中的作用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 刘涛;;公诉专业化相关问题研究[A];第四届国家高级检察官论坛论文集[C];2008年
3 安钊;雷育生;郭红芬;;基于认知特性的IETM界面设计[A];2007年全国第十一届企业信息化与工业工程学术会议论文集[C];2007年
4 郑丽群;季开青;李大卫;;应急物资需求区域中的物资调度模型研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 李庆伟;;建设高校学习型党组织的途径与基本要求[A];科技创新与产业发展(B卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
6 沈霖;吴蕙;张帆;张芸;;提高有限元网格自动剖分成功率的研究[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
7 杨宁;吴志刚;杨超;;燃油对机翼颤振特性的影响及取油优化[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
8 艾翔;;换个符号,美在人间天堂——浅析空间环境艺术设计中的视觉符号[A];首届中国高校美术与设计论坛论文集(上)[C];2010年
9 聂鑫;;艺术设计形式语言在设计中的应用[A];首届中国高校美术与设计论坛论文集(下)[C];2010年
10 童诗婧;;设计的生长性[A];首届中国高校美术与设计论坛论文集(下)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张俊;对《红楼梦》中称呼语的所指和意图的研究:认知语用视角[D];上海外国语大学;2010年
2 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
4 顾远飞;市场化环境下的大学运行逻辑研究[D];华中科技大学;2010年
5 陈韶斌;基于知识推理和视觉机理的遥感图像目标识别方法研究[D];华中科技大学;2010年
6 周红桥;基于模型驱动的制造企业应用集成方法研究[D];华中科技大学;2010年
7 张雪樵;经济行政权法律监督研究[D];华东政法大学;2010年
8 王义文;钢球表面缺陷检测关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 邓建新;挤压铸造成形系统的研究[D];华南理工大学;2010年
10 胡保坤;三维模型内容检索中的相关反馈和长期学习研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周延丽;我国研究生学术道德保障体系研究[D];华中农业大学;2010年
2 吴菲;现代包装设计中仿生设计的应用研究[D];河北大学;2009年
3 曹艺;论汉字体设计中的“形”与“态”之美[D];安徽工程大学;2010年
4 成志新;无气泵动态血压监测系统设计[D];山东科技大学;2010年
5 李松;中日传统家具结构形式比较研究[D];中南林业科技大学;2009年
6 郭明涛;不同水平女排运动员在预判任务中视觉搜索特征的研究[D];上海体育学院;2010年
7 徐晓明;上海市部分小学阳光体育冬季长跑活动开展状况研究[D];上海体育学院;2010年
8 苏甦;从历史发展看中日围棋文化比较[D];上海体育学院;2010年
9 刘圣阳;足球运动员视觉搜索策略研究[D];上海体育学院;2010年
10 杨阳;电视体育谈话节目《体育评书》研究[D];上海体育学院;2010年
【同被引文献】
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1 赖忠喜;王伟麟;;VC++与MTALAB的混合编程的研究[J];福建电脑;2010年03期
2 刘志方,邢国雷;工程实用的遗传算法结构优化设计[J];工程建设与设计;2005年01期
3 王周益;刘继兴;柳长安;;VC++与MATLAB混合编程研究及开发实例[J];计算机应用研究;2006年05期
4 王翔;高亮;邱浩波;;进化设计及其相关技术研究[J];机械设计与制造;2006年04期
5 唐小兵,沈成武,陈定方;神经网络与遗传算法结合在结构优化设计中的应用[J];武汉交通科技大学学报;1999年05期
6 姜涛,朱灯林,王安麟,王石刚;整合规则下的结构拓扑自组织进化设计[J];机械科学与技术;2005年08期
7 曾志华;虞伟建;;ANSYS结构优化技术在机械设计中的应用[J];中国制造业信息化;2009年13期
8 李淑华,李树森;桥式起重机桥架结构的ANSYS有限元分析[J];林业机械与木工设备;2005年06期
9 马元驰,孙国正;神经网络与进化策略在结构优化设计中的结合[J];机械;2004年05期
10 陈仲超,陆金桂,朱伯兴;遗传算法和神经网络的结构优化策略[J];南京化工大学学报(自然科学版);1999年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李洪杰;面向机构构型设计的进化设计原理和方法的研究[D];华中科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 陈飞婷;基于遗传算法的变幅机构的设计[D];武汉理工大学;2004年
2 姜封国;基于遗传算法的结构可靠性优化问题的初步讨论[D];哈尔滨工程大学;2005年
3 曾春;基于ANSYS的桥式起重机桥架结构有限元动态分析研究[D];武汉理工大学;2006年
4 李明星;基于遗传算法的门座起重机变幅系统优化设计[D];武汉理工大学;2006年
5 吴瑞;基于遗传算法的模糊神经网络控制器的优化以及MATLAB与VC数据交换的研究[D];西安理工大学;2007年
6 姚锁宁;基于MATLAB/VC的教学评估系统研究与开发[D];西安理工大学;2008年
7 王凯;一种汽车造型特征设计的进化方法[D];湖南大学;2009年
8 岳亮亮;基于MATLAB和VC++混合编程的汽车动力与传动系统匹配研究[D];武汉理工大学;2010年
9 吴虎;基于MATLAB遗传算法工具箱的组合涡旋型线优化[D];兰州理工大学;2010年
【二级引证文献】
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1 刘成鑫;港口门座起重机四连杆组合臂架结构优化设计研究[D];武汉理工大学;2013年
【二级参考文献】
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1 韩晓建,邓家褆;产品概念设计方案的评价方法[J];北京航空航天大学学报;2000年02期
2 韩晓建,邓家褆;产品概念设计网络求解的评价算法研究[J];北京航空航天大学学报;2000年03期
3 韩晓建,邓家褆;机械产品设计的过程建模[J];北京航空航天大学学报;2000年05期
4 刘鲁,张朝辉,姚忠;信息系统集成方面的若干问题[J];北京航空航天大学学报;1998年03期
5 陈亚华,刘伟,黄茂林,周清涟,范家祥;汽车新产品开发项目策划技术与应用[J];汽车工业研究;2001年06期
6 许小满,孙雨耕,杨山,黄汝激;超图理论及其应用[J];电子学报;1994年08期
7 邓琳,昝昕武,黄茂林,刘伟;基于需求-功能映射分析的概念设计[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年12期
8 何景熙,张根保,赵勇;CAD环境下尺寸链方程组自动生成算法[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年01期
9 孙跃,詹捷,梁锡昌;机电集成设备电气系统三级模块化体系[J];重庆大学学报(自然科学版);1996年02期
10 徐志刚;基于广义映射原理的组合夹具结构设计自动化[J];工程设计;2000年01期
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1 潘翔;三维模型形状分析和检索[D];浙江大学;2005年
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1 梁飞华,邓宇,刘好,邢镇容;UGNX2.0环境下工业产品的逆向工程设计[J];茂名学院学报;2005年01期
2 陈为;产品造型的几种方法[J];计算机辅助设计与制造;1996年02期
3 李高卫,唐新蓬;试论产品造型及CAD系统集成的相关技术[J];青年探索;2002年01期
4 谢英星;;组合投影命令在UG产品造型中的应用[J];机械制造与自动化;2011年01期
5 金铃;工业造型设计法则初探[J];电子机械工程;1999年01期
6 黄双喜,赵海燕,张友良;协同设计环境下的产品造型系统[J];机械科学与技术;1999年02期
7 原霞飞;刘希玉;刘凤鸣;;关于产品外型概念设计方法的研究[J];网络安全技术与应用;2011年02期
8 陈哲;庄苗;;产品曲面造型中仿生学与反求思想的结合运用[J];机械工程师;2009年04期
9 陈为;NURBS曲线曲面的构形原理及其在产品造型中的应用[J];计算机应用与软件;2000年12期
10 胡义刚;快速成型技术在掌上电脑开发中的应用[J];机械工程师;2004年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜立军;;产品造型与创新设计基础课程的创立与实践[A];第十四届全国图学教育研讨会暨第六届制图CAI课件演示交流会论文集(上册)[C];2004年
2 应模华;吴鹏;;包装与食品机械产品造型浅议[A];中国机械工程学会包装和食品机械学会第一届年会论文集[C];1989年
3 江小浦;;论产品造型的科技发展因素[A];第十一届全国包装工程学术会议论文集(一)[C];2007年
4 王绍棣;孙知信;王汝传;;形式化方法在CAD中的应用研究[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议(CIG’2001)和第一届全国虚拟现实技术研讨会(CVR’2001)论文集[C];2001年
5 严国栋;汤翔燕;;产品造型与叙事设计[A];2006年中国机械工程学会年会暨中国工程院机械与运载工程学部首届年会论文集[C];2006年
6 叶德辉;;产品造型发展演变探讨[A];2006年中国机械工程学会年会暨中国工程院机械与运载工程学部首届年会论文集[C];2006年
7 吴勘;陆长德;刘芳;李晓玲;;有限理性建模在造型设计中的的应用[A];2006年中国机械工程学会年会暨中国工程院机械与运载工程学部首届年会论文集[C];2006年
8 王兴元;杨旭;;高科技电子消费品感性工程中的关键意象词汇识别研究[A];中国市场学会2006年年会暨第四次全国会员代表大会论文集[C];2006年
9 宫述之;;谈机械产品造型设计[A];中国机械工程学会物料搬运专业学会第三届年会论文集[C];1988年
10 李培军;G.W.Ehrcnstein;赵树高;;注塑工艺条件对PA6粘结磁体磁性的影响[A];2006年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2006年
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1 谦婷;审美,不疲劳[N];通信产业报;2007年
2 计算机世界评测实验室 崔谦 顾新杰;上书桌、进客厅[N];计算机世界;2003年
3 王征;精致细节 一扫而蹴[N];计算机世界;2005年
4 郄建业 邢昊;调虎离山[N];中国包装报;2006年
5 王君毅 DigiTimes;寻求差异化 液晶电视功能推陈出新[N];电子资讯时报;2007年
6 本版采写 记者 韦莉;TCL 液晶电视获设计奖[N];民营经济报;2006年
7 本报记者 刘笑一;和成:成就时尚“卫浴文化”[N];中国房地产报;2003年
8 本报记者 李燕京;DVD以变化求市场[N];中国消费者报;2004年
9 吴挺;AOC品牌之路不平坦[N];计算机世界;2008年
10 崔谦;银河三款“镖王”机箱[N];计算机世界;2003年
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1 高维;面向情绪设计的产品造型对顾客情绪及行为影响的研究[D];天津大学;2012年
2 张文莉;基于虚拟环境的意图驱动产品造型设计研究[D];南京航空航天大学;2006年
3 王吉华;基于特征函数的产品造型进化设计研究[D];山东师范大学;2009年
4 孔德明;造物的和谐[D];苏州大学;2011年
5 祖耀;功能特征驱动的机械产品概念设计研究[D];华中科技大学;2009年
6 刘新;实事求“适”[D];清华大学;2006年
7 谭征宇;面向用户感知信息的产品概念设计技术研究[D];浙江大学;2007年
8 朱上上;基于知识的产品造型设计技术研究[D];浙江大学;2003年
9 张凌浩;符号学视野下产品设计方法及应用研究[D];江南大学;2010年
10 卢娜;产品设计语意的美学问题[D];辽宁大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘弦弦;基于Web的产品造型意象信息库系统及其应用[D];长安大学;2011年
2 丁寅;产品造型感知意象及其在产品设计中的创新性应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 陈宝亮;产品造型的分割设计研究[D];合肥工业大学;2010年
4 王荣军;优势产品的形态与造型研究[D];太原理工大学;2010年
5 林敬亭;宏茂科技的机床产品造型设计与研究[D];湖南大学;2013年
6 李莎;产品造型视觉界面分析评价方法与软件开发研究[D];西安理工大学;2010年
7 李德耀;城市居民对吸油烟机产品造型的偏好之研究[D];上海交通大学;2013年
8 李军涛;面向工业产品造型创新设计的虚拟社区研究[D];华南理工大学;2013年
9 汤澜;模块化方法论在产品造型上的应用与实践[D];重庆大学;2013年
10 姚可嘉;基于意象的产品造型CAD系统相关技术研究与实现[D];长安大学;2010年
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