基于进化模型的建筑设计优化技术研究

为进一步提高建筑设计过程中的空间利用情况,本研究引入遗传算法中的进化模型作为建筑设计优化手段,所得研究结论如下:(1)阐述了遗传算法以及进化模型的重要内容,并将其与建筑设计优化过程进行结合,得到基于进化模型的建筑设计优化方法;(2)采用相关软件建立分析模型,并对算例进行分析,分析结果表明遗传算法中的进化模型能够很好的应用于建筑设计优化工作。本文所研究内容对于后续建筑设计优化工作的开展具有一定借鉴意义。

基于遗传编程(GP)与键合图的机电系统自动设计

提出一种基于遗传编程与功率键合图的机电一体化等多领域系统的自动设计方法。本方法的优点在于其开放式的结构搜索,以及同时进行的参数优化搜索。这种基于进化计算和系统仿真的自动设计方法给传统的机电系统的创新设计提供了新的思路,同时对改进各种现有设计方案也具有广泛的应用潜力。

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。

变胞机构的基因建模理论与构态进化分析

变胞机构的英文首创是'Metamorphic mechanisms'。这一概念借用了生物学中'Metamorphosis',即变形、变拓扑态、可生长并进化演化。基于这一基本概念,并结合机构的基本杆组组成原理,首次提出变胞机构具有生物特性的组成原理,定义变胞元与变胞基因,并基于变胞基本单元建立变胞机构生物特性结构模型,分析基因进化引导的构型综合思想。通过分析变胞机构的构态转化特点,讨论变胞源机构及生成方法与过程,得出变胞机构构态演变过程生物学进化特性。深入研究变胞机构在变胞进化生长过程中构型要素的转化方式与蜕化方法,建立变胞机构学具有生物演变特征的机构组成原理及进化构态建模理论。在此基础上结合传统基本机构进化生成变胞机构构型给出分析示例,并基于工作阶段子机构之间进化为变胞机构过程中不同的自由度跃迁结果,对变胞源机构的进化计算分别进行讨论。

变胞机构的基因进化综合理论

首次引入生物学原理研究机构综合与设计。提出变胞元素(进化单元),探讨基于变胞元素的变胞机构基因进化机制,建立基于基因进化技术的变胞机构创新设计理论。首先深入分析变胞机构的综合过程与构态进化特点,结合变胞机构的机构组成原理与结构构型建模分析,建立基于变胞元素的变胞机构基因建模方法,以基因模型讨论变胞机构的构态演变与进化。针对提出的变胞进化单元,深入研究底层变胞单元的基因进化机制与规律,主要探讨基因聚合进化机制、主动基因进化机制、基因变异进化机制、基因相交进化机制和基因分离进化机制,建立变胞机构基因设计理论基础与构态自动演变计算方法,实现满足多功能阶段设计需求的变胞源机构多构态模式。计算实例中变胞源机构综合过程验证了基因设计理论的正确性,变胞源机构到具体工作阶段机构的可分离蜕化变胞元素求解过程体现了进化综合理论的有效性。

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。

有向图基因表达式程序的电路演化模型

为提高组合逻辑电路的进化速率和成功率,在基因表达式的基础上,结合图形结构提出了有向图基因表达式(GGEP)模型.其中基因表达式包含符号和连接两部分,通过基因显示型映射得到的连接非循环有向图可以很好地描述进化电路,最大正确输出且逻辑门数最少的电路为最优电路;提出了中立变异算法,使变异发生在基因表达式的非编码区域,产生电路进化的中立效果,并分析了该算法的复杂度,测试了中立对电路演化的影响.电路实验结果证明:GGEP模型比其他方法成功率高,演化速率快4～20倍;中立存在的GGEP模型的收敛速率和成功率都要比非中立变异的演化模型高出近一倍.

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.

一种基于遗传算法的创新进化系统实现方法

提出了一种基于遗传算法的交互式创新进化系统实现方法。为了说明遗传算法在开发面向用户的进化系统中的有效性,给出了一个基于遗传算法的创新进化系统,它可以辅助工业设计师完成手机外形的概念设计。实验表明,遗传算法在创新进化系统中有很好的应用前景。

基于遗传程序设计的机构创新设计

遗传程序设计(GP)是在遗传算法(GA)的基础上提出的,是一种借鉴生物界自然选择思想和遗传机制的全局随机搜索算法。机构创新设计的目标是产生符合设计要求的新机构,将GP应用于机构构型创新设计中,进行机构创新设计的研究,探讨机构构型设计的新理论与新方法。

进化设计及其相关技术研究

进化设计是产品设计领域里一种新的且愈来愈被广泛应用的设计方法。文章介绍了进化设计的基本原理和现状,并在此基础上研究了其若干关键技术,包括进化算法、基因模型、进化路线规划及适应度评估等,同时讨论了其待研究问题以及新技术的应用。进化设计是一门综合多学科知识,具有广阔发展前景的产品设计方法,文章最后提出了进化设计方法的展望和今后的发展趋势。

DNA计算在产品创新设计中的应用

将DNA计算应用于产品创新设计的建模过程中。建立经验产品模型库,对产品的功能、结构、外观等因素进行DNA编码。针对用户需求,对目标产品进行编码,利用DNA计算实现联想记忆,构建计算模型。采用进化技术对建立的模型进行杂交、变异、布尔运算等创新操作,产生各种创新产品。通过一个桌子创新设计实例验证该方法的可行性和实用性。

基于遗传算法的产品创新设计

通过分析双层结构编码与二进制编码方式的优缺点,提出一种应用遗传算法进行产品创新设计的方法。在该方法中,双层结构编码方式主要用来对产品部件轮廓线进行造型设计,从而生成造型各异的部件;二进制编码方式主要用来进行部件组装,从而生成不同的组合方案。本文以风筝造型设计为例,阐述了该方法的应用方式与步骤,并以设计实例验证了方法的可行性与实用性。

钢筋混凝土开洞深梁拉压杆模型方法与经验方法试验对比研究

针对不同的洞口尺寸和洞口位置,按拓扑优化中的遗传演化算法构造拉压杆模型和我国规范推荐的经验方法,设计了4组共8个钢筋混凝土开洞深梁试件。通过静载试验对两种方法设计的试件进行对比,结果表明:按拉压杆模型方法设计的试件不仅具有较高的受剪承载力、较充分的裂缝开展和较好的延性,而且有效解决了按经验方法设计的试件纵筋不能充分利用的问题。通过比较实测的受剪承载力和按材料标准值计算的设计受剪承载力,结果表明:拉压杆模型方法可以得到偏于安全的承载力预测值,而经验方法的预测结果偏差较大;开洞深梁的破坏形态,洞口尺寸较小时由"瓶形"斜压杆两侧的斜裂缝开展起控制作用,而洞口尺寸较大时,虽然也由斜裂缝控制破坏,但显现一定的弯曲破坏特征。