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%。

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。

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。

基于代理模型辅助NSGA-Ⅱ算法的地铁接驳公交优化

城市轨道交通与地面公交之间的便利衔接是满足居民多元化出行需求,促进城市公共交通系统发展的关键。现有研究在建立公交线路优化模型时缺少对一些重要微观指标的考虑,例如高峰期需等待多班公交的比例和车内拥挤度等。同时对线路运营中随机性和异质性要求的考虑也存在不足,导致其在实际应用中表现欠佳。为解决上述问题,该文从公交的服务过程出发,以乘客出行成本与企业成本最小化为目标,建立考虑运行速度、车辆类型、发车频率、线路票价、车辆拥挤程度、线路线型等影响因素的优化模型,使用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行模型求解,并针对遗传操作部分进行改进。同时为提高求解精度,设计了一种微观仿真算法对解进行评估。在此基础上,采用Kriging代理模型进行辅助计算以提高算法求解效率。最后,以深圳市地铁公交接驳为例,采集地铁与公交IC卡刷卡数据,对提出的算法进行验证。同时,进一步对线路票价、运行速度、运营车型以及客流大小等因素进行了灵敏度分析,依据分析结果提出了运营线路的改善建议。结果表明,该算法相较于传统NSGA-Ⅱ算法能在相同的求解时间下得到更好的线路优化方案,方案平均节省约35.49%的总成本,且迭代速度提高26.94%。由此可见,该文提出的地铁接驳公交优化方法对提升接驳效率与运营水平均具有实际意义。

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.

基于代理模型的超燃冲压发动机燃烧室构型参数优化设计

针对传统超燃冲压发动机燃烧室构型设计中存在的计算周期长、试验成本高等问题,提出一种燃烧室的Kriging代理模型,并使用NSGA-Ⅱ多目标优化算法以实现对超燃冲压发动机燃烧室构型参数高效的优化设计.通过测试,将应用Kriging代理模型的预测结果与CFD计算结果进行对比分析,验证了该代理模型能够较为快速并准确地预测代表燃烧室性能的推力和压力损失系数.以推力和压力损失系数为优化目标,基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法,通过该Kriging代理模型获得了Pareto最优解集;然后,采用灵敏度分析法对设计变量进行排序,成功识别出了显著影响燃烧室性能的关键构型参数;最后,基于控制变量法针对单个设计变量的变化对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响进行研究,分析结果可以指导燃烧室的优化设计.文章研究结果可加速超燃冲压发动机燃烧室构型的优化设计,为其设计提供了一种新的思路和方法,为后续的相关研究提供了有价值的参考和借鉴.

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。

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。

小型船主机齿轮箱轴匹配设计优化方法探究

通过建立小型船主机齿轮箱轴系统的动力学模型,分析齿轮箱轴匹配设计的关键参数对系统动力学性能的影响规律。在此基础上,提出一种基于多目标优化算法的小型船主机齿轮箱轴匹配设计优化方法,并通过实例验证该方法的有效性和可行性。研究结果表明,所提出的优化方法可以有效提高小型船主机齿轮箱轴系统的动力学性能,为小型船主机齿轮箱轴匹配设计提供了一种新的思路。

基于UML的面向对象的图形用户界面设计模型

GUI development is often large, complex and difficult. But there are few methods and tools to describeGUI requirement specifications, GUI layouts and GUI tasks in software design. This article discusses GUI modelingand introduces a UML-based Object-Oriented GUI model composed of Frame Controller, View Model and Core Inter-face(FVI mode), which supports object-oriented requirement specification and provides a layered, modularized and it-erative Object-Oriented GUI design model in terms of GUI Layouts and GUI dynamic interaction tasks. Through aninstance of the model, we demonstrate that utilizing UML to implement Object-Oriented FVI mode incorporates GUIdesign into software process, which improves the integrity and consistence of the software design.

COM及其发展

ＣＯＭ是一种与操作系统和编程语言无关的软件构架，它将功能软件以即插即用的方式集成到应用中，便于软件系统的设计、升级和维护，降低成本，提高效率。这里介绍了ＣＯＭ的内存结构、实现原理、特性及其最新发展成果，并提供了一个ＣＯＭ应用的设计实例。

城市交通仿真实验系统的面向对象开发

依据面向对象软件开发思想,首先对城市道路交通系统进行了实体分析,并由此确定了城市道路交通仿真系统的主要对象类。在此基础上进一步进行了对象建模工作,提出了反映对象类之间静态关系的静态对象模型以及反映仿真系统运转机制和控制结构的动态对象模型。最后,根据对象建模的结果进行了详细的对象设计,确定了各主要对象的属性和功能。