基于进化计算的电动跑步机造型设计.pdf

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1、基于进化计算的电动跑步机造型设计口杨溢口郭顺生武汉理工大学机电工程学院武汉430070摘要：进化计算是近年来信息科学、人工智能与计算机科学的研究热点，是人们解决棘手问题的有力工具。通过对进化计算理论的深入研究，结合人机工程学的基本原理给出了一种基于进化计算的产品造型设计方法，并将其运用在电动跑步机三维造型设计上。关键词：进化计算电动跑步机造型设计中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1000—4998(2008)10—0013—0320世纪9O年代以来，随着科学技术的不断发展，市态。本文初步设计的跑步机主要零部

2、件如图1所示。场竞争日趋激烈，社会的消费观念也不断发生变化，产品的功能已不再是决定消费者购买的最主要因素，这种趋势促使企业在着手进行新产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程等的设计提到一个新的高度，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，以提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力。近年来，国外已经有一些将进化计算应用于创新设计的研究。Frazer经过多年的努力，开发了一个进化的设计系统，该系统充分展示了采用进化技术可以生成令人惊讶而且富有灵感的建筑造型¨1。意大利米兰工艺学院的Soddu教授利用计算机模

3、拟技术生成艺术品，如台灯，雕刻等n】。在国内，山东师范大学刘进、刘希玉开发了一个基于遗传算法的创新进化系统，阐明了遗传算法在开发面向用户的进化系统中的有效性，并将其应用在手机外形的概念设计中l【。电动跑步机除了具备物质功能外，还应该具备装1跑步机总体设计方案饰生活环境，体现生活品位的功能。良好的造型可以创随着科学技术的进步、工作节奏的加快以及人们造产品的个性，提高品牌的价值，还能激发使用者的锻生活水平的提高，人们对自身身体越来越关爱。健身器炼热情。电动跑步机是一种通过跑步而获得锻炼的健材作为进行健身运动的重要工具之一，

4、越来越受到人身器材，因此造型设计时，必须充分考虑其造型的动态们的喜爱。21世纪是创新设计的世纪，健身器材的生产特性。扶手和立柱采用优美的曲线造型；电机盖轮廓也企业已清楚地认识到良好的产品造型设计可以提高企采用曲线型。流线型的应用改变了产品呆板、冷硬的造业的市场竞争能力，因为它可以创造产品的个性，提升型效果，产生生动活泼富有运动趋势的美感，这种设计品牌的价值，同时也可以激发使用者的锻炼热情和美使产品造型和产品功能得到了很好的统一。化生活空间，因此，企业需要努力改善自己产品的造2进化计算在电动跑步机造型设计中的应用型，提高

5、产品的艺术美感1。普通的跑步机没有动力，跑步时需要用力蹬踏跑2．1进化计算理论步机来完成运动，姿势不够自然，运动难以协调，效果进化计算(EvolutionaryComputation，EC)，又称进并不理想。而应用人机工程学设计的电动跑步机，人们化算法(EvolutionaryAlgorithm，EA)，它是从生物进化在跑步时，感到轻松自如，运动状态更贴近自然运动状的过程中得到灵感和启发，是模拟生物进化的一种仿生计算方法，它也是一种借鉴生物界自然选择和进化收稿日期：2008年5月机械制造46卷第530期2o08／l0回

6、机制发展起来的高度并行、随机和自适应搜索算法。它本文建立了基于进化计算的产品造型设计模型，其流使用群体搜索技术，将种群代表一组问题解，通过对当程如图2所示。前种群施加选择、交叉和变异等一系列遗传操作，从而产生新一代种群，并逐步使种群进化到包含近似最优解的状态。进化算法最初具有3大分支：遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)、进化规划(EvolutionaryProgramming，EP)和进化策略(EvolutionaryStrategy，ES)。20I!t纪90年代初，在遗传算法的基础上又发展了一个分支：

7、遗传规划(GeneticProgramming，GP)。虽然这几个分支在算法实现方面具有一些细微的差别，但它们具有一个共同的特点，即都是借助于生物演化的思想和原理来解决实际问题，都遵从“生存竞争，优胜劣汰”原则[61。2．2进化计算在电动跑步机造型设计中的应用2．2．1基于进化计算的造型设计技术路线从产品创新角度看，创新设计可分为功能创新、原理创新、布局创新、造型创新和结构创新5个方面的创新。以造型创新为例，到目前为止，虽然国内外很多学者提出一些造型创新方法，但是这些方法多以人工绘2．2．2基于进化计算的电动跑步机造型

8、设计方法实制草图为前提，设计者必须通过勾画草图来实现他们现的设计思想，进而进入详细设计等后续环节，设计基本进化计算的基本思想是随机产生一个适合于给定上是设计者的脑海“灵感”的计算机绘制。如何为设计环境的初始种群，然后依据达尔文适者生存的原则，用者提供更多的选择余地，以及如何为他们提供人脑所遗传算子处理得到高适应度的个体，产生下一代