交互式遗传算法在包装机械产品概念设计中的应用.研究

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1、第一章绪论1．1本课题研究的背景第一章绪论工业设计在人类社会、经济、文化日益发展变化的今天，对改变未来生活方式、文化方式、能源方式、环境关系等方面越显其重要性。其中概念设计是产品设计中的关键环节，被认为是最体现人类智能的，决定方案优劣的重要阶段。概念设计将决定性的影响后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略El标的实现。一旦概念设计方案被确定，产品设计的60％．70％也就确定了，而对于结构复杂的机械产品，不仅其产品系统具有更强的模糊性、复杂性、多面性，并且要求概念设计方法学上的理论发展和应用研究

2、的深入。针对结构复杂的大型机械产品概念设计阶段的设计方法研究是当前产品设计领域的一个重要研究方向。将计算智能理论，优化设计方法等先进理论和方法引入到产品设计方法的研究中，并与已有的产品设计理念相结合，能够拓宽概念设计思路，使产品概念设计过程结构化、系统化、可视化(即参数化)，提高概念设计效率，并能够辅助创新。本文所研究的遗传算法在包装机械产品概念设计中的应用，就是产品设计与计算智能结合的一种辅助设计方法，本研究的目的在于探讨一种新的计算智能辅助产品概念设计方法的应用的可行性。1．1．1产品设计工程的造型设计方法分类产

3、品设计的造型过程是一个系统的过程，必须是一个在特定理论指导下，即设计进程的框架下进行的有机的造型过程。随着产品设计理论研究的深入，产品设计方法的理论与实际结合的紧密，而且随着产品设计任务日趋复杂，相关领域知识的关联度不断提高，有机的产品造型方法有逐渐成为主流的趋势。产品设计工程中的造型方法大致分类如图1．1所示。一些为产品造型设计制定了规范形式的方法划归入第一类，主要是基于机械零件编码的设计。因为现在尚未开发出一种可广泛应用子产品设计的编程方法，所以更为可行的选择是目标导向设计，即图1-1中第二类设计方法，这是一种将

4、零件和部件按照功能分类，以功能为导向，生成更高一级的产品的设计方法。图1．1中的第三类遗传模拟是一种产品设计工程的自然系统理论。这个理论假设任何一件产品都可以视作一个基因组，用染色体表示它的组件，基因表示其零件。基因控制算子、决策规则和其它的逻辑规则将支配产品的设计和重新设计。这种基于自然的设计观点可能有很广阔的前景，是本文探讨的重点。第一章绪论图1．1中的第四类产品设计工程的最优化设计方法也是近年来的研究热点。此方法通常选取有限的目标功能用以描述设计的一些片段层面。进而此方法下的描述了不同的设计片段层面的不同模型组

5、成一个集群。在此，这个优化过程不仅是结构上的。一旦一个基础的设计概念建立，随后的开发过程应被视为一个将概念细化成为真正的产品的过程，因此这种“优化"也可以被理解为“细化”。总之，图1．1的第二类，第三类和第四类方法，分别对应着信息结构、进化发展和优化的理念。下文将分别对第二至四分类方法下的计算智能方法进行介绍。图1-1产品设计工程造型方法分类‘111．1．2计算智能方法在工业设计领域研究现状简介计算智能是始于20世纪80年代的，以数字形式表达和模拟智能行为的一门交叉学科。计算智能以数据为基础，使用计算为手段来建立功能

6、上的联系(模型)，从而进行问题求解，以实现对智能的模拟和认识。它的研究内容包括人工神经网络、遗传算法、模糊逻辑等等。计算智能的主要应用领域有：模式识别、优化计算、经济预测、智能控制、机器人学、数据挖掘等。【2】20世纪90年代以来，计算智能在机械设计领域的应用研究逐渐深入，例如遗传算法在机械优化设计方面的研究。同时计算智能在工业设计领域的研究逐渐展开，例如：湖南大学2002年起发表的基于知识的数控机床造型研究的若干论文【3J。国外的计算智能应用于产品设计工程的理论研究近几年来发展迅速，逐步建立了系统的理论框架。1．1

7、．3包装机械产品的特征和发展趋势分析包装机械作为特殊类型的专用机械，与其它机械相比有如下特点：【4】[5】【6】(1)种类多，产品族庞大。由于包装对象、包装工艺的多样化，不同的包2第一章绪论装机械在原理与结构上存在很大的差异。产品族的开发是包装机研发的重要策略，即将功能上相同或相近，结构相近的产品归入一个产品族，针对产品族进行产品外观设计。(2)更新换代快。由于包装机械的高速发展，机械零部件极易疲劳，并且随着社会的进步，对包装机械的要求也日趋严格，为满足市场需求，包装机械更新换代速度很快。(3)控制要求高。由于包装机

8、械结构复杂，包装工艺动作配合要求高，其自动控制又直接影响包装机械的结构、工作可靠性、包装产品质量、生产效率、能量消耗和操作环境等。因此对包装机械的控制要求较高。(4)功能要求高。包装机械是生产数量有限的专业机械，为提高生产效率、适应不同的产品包装要求，包装机械必须以功能为导向且功能上有通用性和拓展空间。有关业内人士认为，未来包装机械产业将配合产