Integrated Building Envelope Design Process Combining Parametric Modelling and Multi-Objective Optimization

As an important element in sustainable building design, the building envelope has been witnessing a constant shift in the design approach. Integrating multi-objective optimization (MOO) into the building envelope design process is very promising, but not easy to realize in an actual project due to several factors, including the complexity of optimization model construction, lack of a dynamic-visualization capacity in the simulation tools and consideration of how to match the optimization with the actual design process. To overcome these difficulties, this study constructed an integrated building envelope design process (IBEDP) based on parametric modelling, which was implemented using Grasshopper platform and interfaces to control the simulation software and optimization algorithm. A railway station was selected as a case study for applying the proposed IBEDP, which also utilized a grid-based variable design approach to achieve flexible optimum fenestrations. To facilitate the stepwise design process, a novel strategy was proposed with a two-step optimization, which optimized various categories of variables separately. Compared with a one-step optimization, though the proposed strategy performed poorly in the diversity of solutions, the quantitative assessment of the qualities of Pareto-optimum solution sets illustrates that it is superior. © 2016, Tianjin University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Quantifying Reusability of Object Oriented Design: A Testability Perspective

The quality factor of class diagram is critical because it has a significant influence on overall quality of the product, delivered finally. Testability analysis, when done early in the software creation process, is a criterion of critical importance to software quality. Reusability is an important quality factor to testability. Its early measurement in object oriented software especially at design phase, allows a design to be reapplied to a new problem without much extra effort. This research paper proposes a research framework for quantification process and does an extensive review on reusability of object oriented software. A metrics based model “Reusability Quantification of Object Oriented Design” has been proposed by establishing the relationship among design properties and reusability and justifying the correlation with the help of statistical measures. Also, “Reusability Quantification Model” is empirically validated and contextual significance of the study shows the high correlation for model acceptance. This research paper facilitates to software developers and designer, the inclusion of reusability quantification model to access and quantify software reusability for quality product.

Feature-based and objectoriented product information model for welding structure

Product information model for welding structure plays an important role for the integration of welding CAD/CAPP/CAM. However, existing CAD modeling systems are not capable of providing enough information for subsequent manufacturing activities such as CAPP and CAM. A new design approach using feature technique and object oriented programming method is put forward in this paper in order to create the product information model of welding structure. With this approach, the product information model is able to effectively support computer aided welding process planning, fixturing, assembling, path planning of welding robot and other manufacturing activities. The feature classification and representing scheme of welding structure are discussed. A prototype system is developed based on feature and object oriented programming. Its structure and functions are given in detail.

基于多目标优化的箱梁渡槽结构设计研究

针对箱梁渡槽所受水荷载远大于同等跨径箱梁桥所受汽车荷载导致槽身纵向受力突出的问题,在渡槽结构设计中统筹考虑箱梁纵向应力储备和造价,构建了以截面尺寸、钢筋用量等6个参数为设计变量,以渡槽边缘正应力和造价为目标函数,以槽身挠度、法向应力等9个验算指标为约束条件的多目标优化模型,并基于支持向量机近似模型和NSGA2遗传算法求解多目标优化模型的Pareto最优解集,然后综合专家打分、COWA算子、博弈论综合赋权与TOPSIS法从Pareto最优解集中选出最佳方案。结果表明:与初始方案相比,最佳方案的渡槽边缘正应力储备提高了17.55%,渡槽上部结构总造价降低8.84%;与有限元分析相比,该方法在保持较高计算精度的同时节省了65.42%的计算时间成本。

基于Kriging插值代理模型的轴流式止回阀多目标优化

基于Kriging插值代理模型,对轴流式止回阀的各项性能进行综合优化,具体的优化目标为:降低正向流阻;减小阀芯振动;提升止回性能。通过试验设计方案找到影响轴流式止回阀正向流阻的主要结构参数因素,并以其作为优化对象,通过Kriging插值法拟合主要结构参数对应的性能样本点,在保证拟合精度的情况下,使用NSGA-II遗传算法同时对3个主要结构参数进行多目标优化,得到了三目标Pareto前沿,经过权衡不同因素对性能指标的影响大小,最终得到了综合性能最优的结构参数为:阀瓣丰满度系数α_(1)=2.199,阀芯长度L=386.322 mm,阀芯半径R=113.997 mm。其对应的止回阀性能为:正向出口流量Q=161.839 kg/s,正向出口流速v=3.30235 m/s,止回阀进口压力p=97632.2287 Pa。相比优化之前,阀门正向流阻减小了1.2%,阀芯振动降低了0.24%,止回性能提升了2.3%。

非共沸工质蒸发式冷凝器多目标优化设计

将蒸发式冷凝器应用于非共沸有机朗肯循环可以有效提高系统的热经济性。建立了蒸发式冷凝器的Kriging代理模型,以R601a组分质量分数、空气流量、喷淋水流量作为决策变量,换热面积和(火用)效率为目标函数,开展了目标函数的影响因素分析,并采用非支配排序遗传算法和TOPSIS决策法开展多目标优化。结果表明,影响因素分析中,空气流量对目标函数的影响程度比喷淋水流量更大,而R601a组分质量分数为0.7左右时,换热面积有最小值且(火用)效率有最大值;Pareto前沿中,R601a组分质量分数对蒸发式冷凝器的设计存在最佳的取值范围,而空气流量、喷淋水流量的取值范围较广,几乎涵盖其整个变化范围。成本低、占用空间小且对可用能的有效利用程度大的方案为:R601a组分质量分数0.725,空气流量81.017kg/s,喷淋水流量58.302kg/s。对应的换热面积为316.883m^(2),(火用)效率为0.428。

TRIZ理论在创意物化的设计教学改革中的应用

提升设计人才的创新能力、工程实现能力。应用TRIZ理论的因果链分析法进行创意物化的痛点与难点分析,构建创意物化关键问题的物场模型,通过物场模型分析找到关键问题的最优解,为创意物化的设计教学改革提供方向。实施“四阶段”TRIZ课程培养计划,建设“TRIZ+设计”教学资源,运用数字化的创意物化流程,组建跨专业的教学团队,实施五步项目驱动教学法,量化创意物化的评价标准。有效地解决了设计教学中创意天马行空、落地难、技术实现难的现状,促进设计创新成果的转化,助力培养制造业急需的设计人才。

多目标意象驱动的梳棉机造型设计研究

目的 为满足用户对梳棉机的多维感性需求,多层次提升纺织机械的造型意象满意度和用户满意度,提出一种多目标意象驱动的梳棉机造型设计方法,并展开设计实践与实验研究。方法 首先,设计感性评价实验,通过焦点小组讨论和问卷调研获取用户对梳棉机的感性意象评价均值;其次,采用形态分析法,对梳棉机造型设计要素进行划分,并对代表性样本的造型类目特征进行编码;基于反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BP-NN),建立梳棉机产品造型要素与用户感性意象评价均值之间的关联映射模型,建立用于造型推荐的样本库,获取单意象维度下的梳棉机造型设计策略;再次,应用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)得到各目标意象维度的权重值,输出多目标意象下梳棉机造型设计策略;最后,结合梳棉机的造型设计实践及感性评价,进一步验证该方法的可靠性和有效性。结果 基于该方法展开设计实践,依据推荐的梳棉机造型设计策略得到的设计方案,在目标感性意象的整体评价得分优于对照样本。结论 该方法有较好的可靠性和有效性,能为企业的新产品开发及设计师的设计实践输出指向具体、操作性强的梳棉机多目标意象设计策略。

基于遗传算法的卧式加工中心阶梯轨式立柱的多目标优化

立柱是影响机床整机刚度的薄弱环节,其性能直接影响卧式加工中心的加工精度,因此文章提出了一种卧式加工中心阶梯轨式立柱的多目标优化设计方法。首先,基于Ansys对整机进行仿真发现立柱是影响整机静动态性能最薄弱的环节,并当主轴箱处于立柱最上沿处时立柱的刚度最差;其次,选择立柱跨距、立柱高度差、丝杠面宽度、上导轨面宽度作为设计变量;再次,以立柱导轨面X向和Z向变形范围、一阶固有频率以及质量作为评价指标,利用多目标遗传算法寻求最优解,基于此通过灵敏度分析对设计变量圆整并进行仿真验证;最后,结果表明,优化后的立柱导轨面Z向最大变形减小了7.37%,Z向变形范围减小了11.57%,X向变形范围减小了2.41%,一阶固有频率提高了1.4%。

景区分时预约策略下的旅游线路优化方法

为提升游客的旅游体验和景区的服务水平,探讨分时预约策略下游客游览决策行为,分析游客拥挤-调适行为对游线设计的影响及其机理.考虑游客分时预约时段选择下入园时间和游览总时间的变化、可游览景点数等约束,以游客总体拥挤感知最小、游线总体满意度最大和景点间总体走行时间最小为优化目标,构建分时预约策略下的多目标景区路线优化模型,并以颐和园为例进行实证和线路优度评价.结果表明颐和园上午预约时段(06:00—12:00)与下午预约时段(12:00—19:00)的推荐游线优度值分别为75.09、69.00,均高于颐和园推荐游线,表明优化模型精度较高.研究可为合理制定景区分时预约等客流调控措施、旅游线路优化设计、均衡景区客流的时空分布提供支撑.

从技术接受模型看设计的包容与排斥

包容性设计发展至今,排斥依然存在并突破了经典的“能力-要求”模型解释范畴,现实社会中存在着广泛的排斥现象亟待解释。本研究从理性行为理论出发,结合社会心理学、管理学和社会学等相关理论,利用技术接受模型交叉分析。发现个人心理层面会因为排斥的存在影响行为意向的产生,通过影响感知因素包括感知自我效能、感知外部控制、设计特征焦虑感以及主观社会规范形成排斥。设计排斥的研究范围包含客观条件层面和个人主观层面。个体特征、情境特征、媒介特征和社会影响4个客观维度影响着个人感知从而在心理层面形成排斥。包容性设计需要从客观条件和心理层面匹配不同用户的差异,使设计更有效地包容多样性。

软件设计模式下装饰模型的研究与应用

软件设计模式有很多种类,当需要通过一些基本功能的排列组合形成大量的功能时,简单地使用继承关系难以实现,针对该问题对软件设计模型进行研究。首先,介绍装饰模式和UML统一建模语言;然后,针对装饰模型设计对句的案例;最后,使用面向对象的Java语言进行实践,丰富装饰模型的应用案例。

寒冷地区模块化钢框架结构多目标优化设计方法

针对寒冷地区模块化钢框架结构节能性与经济性之间的矛盾问题,对模块化钢框架结构能耗和成本两个设计目标进行同步优化研究。根据模块化钢框架结构的特点进行参数化设计研究,提出在不同建筑尺寸下模块化钢框架结构的BIM模型自动建模方法;在Energyplus建筑能耗分析软件计算数据的基础上,采用多种机器学习算法进行建筑能耗预测,建立一种高效精确的建筑能耗预测模型;联立建筑能耗预测模型和建筑成本计算公式,在满足结构承载力的约束条件下,基于NSGA-Ⅱ算法进行模块化钢框架结构能耗和成本的多目标优化设计,生成帕累托最优解集。多目标优化设计方法解决了模块化钢框架结构“能耗+成本”的多目标一体化设计难题,推动了模块化钢框架结构的智能化升级,实现了模块化钢框架结构设计的快速高效化。

基于SuperMap Objects的安庆沿江湿地信息系统的设计与实现

安庆沿江湿地作为长江中下游现存相对完好的内陆淡水湖泊湿地,受到了国内外自然保护组织和专家学者的广泛关注。根据安庆沿江湿地生态环境的实际情况,从信息系统管理开发和软件工程的角度出发,设计了基于GIS的湿地信息系统开发思路,并利用组件式GIS软件SuperMap Objects为开发平台,以VS.NET2008为开发环境,具体编程实现了湿地信息系统的查询和空间分析功能。该系统基本上满足了湿地管理部门进行安庆沿江湿地资源环境的监测分析和决策需求。

基于遗传算法的缓波型立管多目标集成优化

缓波型立管由于设计参数较多且优化目标之间相互影响,设计结果具有很大的不确定性。随着代理模型和智能优化算法的发展,针对缓波型立管的优化可以提出更好的解决方案。以提高力学性能和经济效益为优化目标,采用基于Kriging插值模型和NSGA-II算法的多目标优化策略,对考虑顶部浮体影响的深水缓波型立管进行动力响应分析,并开展线型—截面双目标优化集成设计和线型—浮筒三目标优化集成设计。将处于不同几何尺度的设计变量进行集成,旨在各目标存在相互竞争的情况下,与截面、浮筒设计形成有效互动以提高线型设计的总体性能。结果表明,Pareto最优解集可提供多个选择方案,以满足工程实际需要。将所选最优方案与初始设计进行对比,并以疲劳性能和成本估算作为优化的校核指标,取得了理想的优化效果。

某型柴油机活塞销孔型线多目标优化设计

针对柴油机向高功率密度方向发展对活塞销孔承载能力提出越来越高的要求,提出了活塞销孔型线多目标优化设计方法。首先,建立1/4活塞连杆组热–机耦合模型,通过对比仿真模型的销孔接触压力分布与台架试验下活塞销孔磨损情况,验证了仿真模型的准确性。随后,选取销孔型线参数为设计变量建立活塞销孔型线参数化模型,以活塞销孔峰值接触压力和销孔、内冷油腔、燃烧室喉口的最大等效应力为优化目标,在设计空间内进行优化拉丁超立方采样,结合响应目标值建立Kriging代理模型,并使用决定系数验证其精度。最后,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对销孔型线进行多目标优化,获得了销孔型线优化设计参数。结果表明:在保证活塞其他重要部位应力取得较小值的情况下,优化后的销孔峰值接触压力降低了24.5%。

磁保持型航天电磁继电器性能提升与质量一致性设计

磁保持航天电磁继电器具有灵敏度高、发热小、功耗低、体积小等优点,广泛应用于运载火箭、卫星和空间站等航天装备,其性能与质量一致性直接影响航天装备的研发与服役进程,因此性能提升与质量一致性优化引起了广泛的关注。磁保持航天电磁继电器性能参数的计算精度和多性能互相制约下的寻优迭代效率,是影响磁保持航天电磁继电器优化效果的重要因素。该文针对最为典型、复杂的双磁钢差动式产品性能特征存在过零点、计算精度低、寻优收敛性差且效率低等特点,提出一种可适用于各类磁保持航天电磁继电器建模与迭代寻优的设计方法,即基于斯通纳-沃尔法斯模型和Preisach模型得到的非线性永磁体局部磁滞曲线,进而建立继电器虚拟样机模型,实现该继电器性能参数的准确计算。基于虚拟样机模型,使用模糊混沌展开得到代理模型的基函数,使用径向基函数方法修正实测结果与基函数计算结果之间的误差,建立性能特征代理模型,实现该磁保持航天电磁继电器性能参数的精确高效计算。在此基础上,揭示磁保持航天电磁继电器设计参数与性能特征之间的作用规律,改进差分进化算法,形成自适应最优种群迭代策略,提升寻优效率和寻优稳健性。以双磁钢差动式磁保持航天电磁继电器为例,验证所提方法的有效性。

基于BOPPPS改进模型的混合式教学设计实践——以“平面构成”课程为例

混合式教学设计是“互联网+教育”形式的实践应用,在BOPPPS模型的基础上提出了改进方案,基于改进模型在课前环节、课中环节、课后环节全面融入信息化资源和信息化教学手段,增加了“前测”与“后测”对“参与式学习”的反馈,对“参与式学习”与“后测”进行单元化循环,强调反馈路径的畅通和“教学”“测评”的多重循环。教学设计实践应用于“平面构成”课程中,促进课堂由以教师为主向以学生为主转变,在实践教学和思政目标上都取得了良好的教学效果反馈。

重大工程设施抗爆韧性设计的思考

分析了工程设施抗爆韧性设计的必要性,提出了重大工程抗爆韧性的概念与设计目标。针对民用关键基础设施、军事防护工程,从提高鲁棒性、降低间接损失、迅速恢复等方面讨论了相应的韧性实现技术。结合韧性与经济性关系,建立了基于预期总损失与工程总价值之比的韧性指数计算模型,综合考虑韧性指数与建设、恢复成本,可用于韧性设计方案决策优化。最后提出发展建议,包括加强针对重大工程抗爆韧性的技术支撑体系研究;加快工程抗爆韧性定量评估方法研究;加快重大工程抗爆韧性数据决策平台建设;选择典型重大工程并开展抗爆韧性设计示范应用,推进相关标准规范制定。

新型中央分隔带护栏多目标优化设计

鉴于目前中央分隔带护栏常发生立柱绊阻现象,设计了一种新型中央分隔带护栏。采用显式非线性有限元模拟对新型中央分隔带护栏的碰撞安全性进行评估,分析了乘员碰撞速度(v),乘员碰撞后加速度(a),驶出角(exit angle,EA),车辆离去距离(d)以及最大横向位移(maximun lateral displacement,MD)等碰撞后动力学响应。综合考虑,选择乘员碰撞y方向加速度(a y)、车辆离去距离(d)作为目标函数,通过构建RBF(radial basis function)代理模型以减少计算成本;最后使用多目标遗传算法进行优化,获得护栏最佳设计参数;在小型客车、中型客车、大型货车碰撞下,新型中央分隔带护栏显示出良好的导向能力。有限元模拟结果表明,该护栏可有效预防立柱绊阻现象,车辆离去距离仅为2.06 m,乘员碰撞y方向加速度为118.2 m/s 2,满足SB级护栏防护要求。