社会进化下的设计——浅议设计进化论

设计进化同时推动社会的进化,社会的进化影响设计的进化。社会进化受到的设计影响在于人们对于符号元素的社会认知程度的确实化和具体化,成为人们心中具有普遍典型象征意义的社会符号和设计符号。设计的目的会随着社会的发展变化,而设计的目的也会影响甚至改变社会的状态。设计的审美在进化的过程中的优胜劣汰在于社会背景赋予的时代精神的不同而产生的观念差别。设计的发展总是促进设计的进化,而设计的进化又同样反映了设计的发展。

交互式进化设计中的思维固化及改进策略

目的 探讨交互式进化设计(IED)中设计师思维固化现象的发生和成因,并提出改进策略。方法首先,解构IED中设计师思维固化现象,阐明人的视觉搜索机制和IED算法机制对交互式进化过程中设计师思维固化的影响,对应提出“信息刺激”“增大种群数量”及“增大变异概率”策略;其次,基于豪斯多夫距离算法,提出产品形态交互式进化设计中思维固化的量化方法,以中式花瓶轮廓为例,在MATLAB软件平台下开发了产品形态交互式进化设计系统;最后设计对比实验进行验证。结果 实验结果表明所提策略在缓解交互式进化过程中设计师的思维固化具有显著性。结论 提出的改进策略有助于提高交互式进化设计方案输出的创新性,为交互式进化设计中设计师认知特征提供新的研究视角。

家具设计的进化与动态拟合

本文从物种进化论角度对家具设计的动态发展及其内部与外部的拟合予以了诠释;以十年为一个时间刻度,对当代中国家具设计的角色变化做了明确的界定;对设计的标准和自由、系统和局部、无机与有机、静态与动态的概念进行了哲学思考。

产品多意象造型进化设计

为解决消费者对产品造型的多意象需求,在分析产品造型进化设计整体流程的基础上,提出产品多意象造型进化设计的模型、实现方法和关键技术。确定了多意象目标需求和产品样本造型参数,建立了意象造型神经网络评价系统,利用非支配排序遗传算法建立了多意象造型进化设计系统。该算法的非劣分类、拥挤度计算和修剪运算等技术保证了多意象造型进化设计的多样性和高水平性。以汽车侧轮廓设计为对象进行实例研究,结果表明该方法可有效应用于产品多意象造型进化设计。

产品意象造型进化设计研究进展

在分析产品造型情感化设计的基础上,总结了产品意象造型进化设计的流程和常用技术,重点讨论了遗传算法、群智能算法、交互式进化算法和混合算法应用于产品意象造型设计的思想、主要步骤和实例等,比较了其优缺点和研究案例。最后提出了产品意象造型进化设计研究的未来发展方向。

基于共生进化原理的功能结构设计

从生物的共生进化模式得到启发,从设计认知的高度,系统地总结了基于共生进化原理的共生功能之间的关系,包括“提供作用条件”关系,“消除有害副作用”关系和“消除有害环境影响”关系三类。这些关系为系统地解决创新设计中基于可行原理解的功能结构设计问题奠定了基础。在此基础上提出了集成原理方案设计和功能结构设计的计算机辅助概念设计的进程模型。该进程模型能根据实际创新设计环境以及候选原理解的作用条件、副作用和环境影响,在求解过程中动态地生成待求产品的功能结构,符合设计师的思维习惯。最后给出了模型应用实例。

集成环境下创新产品进化设计技术研究

从创新性与重用性相结合的角度探索集成环境下创新产品设计概念和设计过程的发展规律,系统地提出了基于语义单元的创新产品进化设计理论和方法,深入地研究了产品运动进化设计、装配进化设计、结构进化设计和重用进化设计中的关键技术,并结合企业具体应用,将上述理论应用于实际产品开发中,取得了良好的效果。实例研究结果表明,该设计方法可使设计者更直观自然地在高层次的语义层上表达产品设计信息,实现了对计算机辅助创新设计的支持。

基于功能构造的复杂产品进化设计基因模型

针对现阶段进化设计方法在设计理论上的不足,探索对进化设计模式以及进化设计系统进行完整描述和统一表达,给出了一种面向功能需求适应性设计模式的框架结构。以设计产品的功能构造为核心,利用功能矩阵将其需求进行数字化和形式化描述,对功能基因进行统一表达,通过模型协议规范复杂产品进化设计的相应过程,建立起进化设计的基因模型,并实现对织布机开口机构的设计。

基于多目标遗传算法的模拟电路进化设计方法

提出一种面向电路进化设计的多目标自适应遗传算法,利用均匀设计技术合成多个适应度函数以提高搜索方向的空间均匀性,利用基于元件标称值的网表形式高效编码方案来支持电路结构自动生成和提高设计结果的实用性,利用基于均匀设计的多个体交叉算子来提高交叉操作的效率和采样均匀性,利用跟随遗传进程并区别不同基因位的遗传概率调整策略来提高进化效率和全局收敛率.实验结果表明,该方法可用较小的运算量获得符合设计目标的多种设计结果.

零件结构的联动式进化设计方法

零件结构是几何元素与附着于几何元素之上设计意图的综合体,如何有效地实现两者统一表示是零件结构进化设计技术研究的一个重要问题。在以联结单元定义实现结构联结约束抽象表达基础上,采用联结语义关联图给出面向进化设计的零件结构模型表示,提出了面向过程进化的联结单元运算操作方法,将进化运算和结构进化模型重构的联动式进化算法相结合,实现零件结构进化模型动态编辑。

基于改进遗传算法的形状进化设计及其三维图形生成

由于进化设计中生成解的不可预测性,人们常常通过人工选择最优解;针对这一问题,提出一种改进的遗传算法——蔓延遗传算法;根据客户需求确定满足约束条件的可行解,通过遗传运算,将属于可行解的个体逐渐在群体中蔓延,使群体中充满满足需求的可行解;再通过关键点的选取方法,结合非均匀有理B样条方法绘制三维图形;从而在进化设计中可以通过适应度选择生成解并且自动对形状进行可视化。实例分析表明这种蔓延遗传算法收敛速度快,具有较好的在线性能与离线性能,能够选择出满足顾客需求的生成解。

基于单层进化的产品客户化设计

为了满足客户的个性需求进行产品设计,提出了基于单层进化的产品客户化设计方法。在产品平台的基础上,利用进化技术中的遗传、变异和交叉等方法进行产品设计,产生更多的变型产品设计方案。产品的结构和参数在一个个体中得到表达,在个体结构部分存储其节点号码列,在参数部分存储所选择模块相应的参数,在进化过程中产品的结构和参数同时得以确定。通过适应度函数的评价,使进化后的设计方案满足客户的定制需求。通过蜗轮蜗杆减速器的进化设计来说明以上方法。

机构运动的变换式进化设计

现有的基于几何约束关系的CAD系统不能很好地解决面向方案设计的机构运动模型表示这一问题,为此提出了一种新的基于功能语义的运动进化建模方法.以功能单元的定义实现机械产品功能运动约束的抽象表达,研究了在机械产品运动进化建模过程中功能语义的表达、功能运动约束的进化模式以及机构运动综合技术.建立了功能运动约束与机构组合约束间的进化关系,实现了由语义层向几何约束层传递运动意图.将功能语义与运动功能综合求解的变换式进化过程相结合,实现了对设计者功能意图的映射转化.结合企业具体应用将上述理论应用于实际产品开发中,取得了良好的效果.

面向定制产品进化设计的优势种群产生策略

为了提高个性化定制产品进化效率,提出了一种在相似实例等距布种的基础上进行等位基因多样化阈值控制的优势种群产生策略。阐述了个性化定制产品优势种群的特征,认为精英个体应同时具有定制需求宏观上的相似性和种群基因微观上的多样性两大特征。在产品基因建模的基础上,采用夹角余弦作为聚类统计量,提取具有相似定制基因组的历史实例作为优势种群的初始解;基于加权的闵科夫斯基距离,对初始解成员进行等距采样,形成差异化精英个体候选队列,以实现种群的均匀布种;采用杰卡德距离度量候选个体承载的基因组与当前初始基因库两者间差异度,提出了等位基因阈值矩阵,构建了多样化等位基因生成算法。给出了产品适应度评价函数,基于评价反馈对优势度低的初始种群进行改进。以桥式起重机为例,对提出的策略进行了验证。实验结果表明,该策略能同时兼顾进化效率和进化质量,有助于避免早熟收敛现象的发生,适合个性化定制产品的进化设计。

树型模型中进化设计的一致性维护技术的研究

基于文本操作转换算法已经广泛的应用于协同应用中,但是之前基于文本编辑的协同研究大部分都是基于文本的插入,删除操作,而且研究的对象大多为线性的文档模型,对于新的文档模型和新的操作之前的协同算法已经不适应.本文对基于树型文档模型的遗传操作(包括交叉操作和变异操作)进行了一致性维护研究.对比分析了之前多种协同设计方案的优劣,建立了基于树型文档模型,描述了遗传操作实现的过程,设计和冲突检测和冲突消解算法,提出了一致性维护的流程.最后模拟了协同编辑的场景,并把算法应用于协同编辑,从理论上证明了算法的收敛性和方案的正确性.

逻辑电路的进化设计与在线评估

简要介绍电路进化设计的基本原理 ,提出并讨论基于最小项表达式的染色体编码方案和以 RAM查找表为核心的函数级 FPGA原型 ,以及相应的内部进化实现方法 .理论分析和进化实验结果表明 :文中的编码方案与 FP-GA结构相配合可显著地减少运算量 ;基于相应的实验平台进行适应度在线评估 ,可显著提高进化速度、规模和成功率 .

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。

基于动态评价方法的多态电路进化设计

针对传统多态电路进化设计算法有效性问题,提出了基于动态评价方法的多态进化设计算法。在进化算法适应度评价阶段,利用适应度评价扩展对于不同模式下的电路分别进行评价,采用比较选择进行电路最优结构配置,防止了潜在解的丢失。将多态门与普通门混合使用,进行了Multiplier/Sorter及Majority/Parity两种多态电路的进化设计实验。实验结果表明,与传统多态电路进化算法相比所提算法进化代数减少了31.2%-77.7%,成功概率提高了11%-52%,具有进化迭代次数少、成功概率高的优势,提高了算法有效性。

双线程螺旋导向式产品进化设计

为适应动态变化的需求市场,将生态学的食物链关系引入产品概念设计,从设计认知的高度,系统地总结了产品间的关系,提出了产品分级规则,并构建了产品进化链和产品共生环,为实现双线程螺旋导向奠定了基础。在分析动态进化的产品信息的基础上,提出了以竞争与合作双线协作对产品进化进行导向的双线程螺旋导向式进化模型,同时提出了双线程螺旋导向式产品进化系统体系结构,实现了从产品进化触发机制、系统化建模2个角度来研究产品进化设计。系统构架和产品信息动态进化理论共同构成了双线程螺旋导向式产品创新设计方法,以粮食干燥机为例对该方法的使用过程进行了验证,结果可为产品进化设计进一步的系统化及计算机实现提供参考。

基于适应度评价扩展自适应遗传算法的门级电路进化设计

针对遗传算法适应度评价阶段指定输出单元容易丢失潜在解的问题,该文提出了一种基于适应度评价扩展的电路进化设计方法。该方法将每个逻辑单元的输出都视为一个潜在的解处理,得到一个最优适应度评价值,避免了潜在解的丢失,有效地提高了自适应遗传算法的性能。通过多种电路的进化设计实验比较了该文方法与传统自适应遗传算法设计的性能,结果表明,该文方法具有收敛速度快、迭代次数少、获得最优解成功概率高的优点。