Judgement of Design Scheme Based on Flexible Constraint in ICAD

The conception of flexible constraint is proposed in the paper. The solution of flexible constraint is in special range, and maybe different in different instances of same design scheme. The paper emphasis on how to evaluate and optimize a design scheme with flexible constraints based on the satisfaction degree function defined on flexible constraints. The conception of flexible constraint is used to solve constraint conflict and design optimization in complicated constraint-based assembly design by the PFM parametrization assembly design system. An instance of gear-box design is used for verifying optimization method.     

面向柔性装配系统的人机一体优化设计

工程设计过程可看作是一约束确定与满足过程,柔性装配系统的优化设计也是一约束优化问题。遗传算法是一种广泛应用于复杂工程技术系统设计的有效方法,但用遗传算法求解约束优化问题比较困难。在人机一体化概念的基础上,讨论了如何通过优化开始前的约束预处理、优化过程中的约束处理以及建立变异库给变异操作一个进化方向,来将以约束形式表达的领域知识融合到优化搜索过程中,从而提高了遗传算法的优化性能,并在柔性装配系统中成功地实现了人机一体优化设计。     

基于矩形宏模块的片上系统布图规划算法

布图规划和布局是集成电路片上系统物理设计的基本问题之一。总结了作者提出的几个新的布图规划和布局优化算法及其特点。基于随机优化算法 ,提出了角模块序列表示方法和基于这一表示方法的包含各种布图约束的布图规划和布局算法。提出的基于约束图的布图规划表示 ,为研究序列队 (SP)、变形网格 (BSG)、有序树 (O- tree)等表示之间的关系奠定了理论基础。基于“最小自由度优先原则”,提出了迄今最快的确定性布图规划与布局算法。提出了基于解空间平滑的布图规划和布局算法。该算法与基于模拟退火的算法相比性能更加健壮稳定。在解空间平滑中首次考虑了局部平滑效应 ,这是对解空间平滑方法从原理上的重要改进     

Self-organized evolution of mechanism kinetic scheme based on axiomatic design

The self-organized evolution technology of the mechanism kinetic scheme based on axiomatic design is presented.This technology tries to express the constraints between kinetic mechanisms briefly in a semantic form which is more familiar to the designers.Though the mapping process between the kinetic chain unit and the unit instance,the evolution from abstract unit to concrete engineering instance is achieved.The subdivision of unit coupling semantics is studied.and the evolution of semantics is finished.Also.the semantic constraints evolution of unit coupling semantics is described.The product structure models with function and assembly meanings are constructed based on the kinematic chain unit and unit coupling.It provides a basis to realize the inheritance and transfer of constraint information from conceptual design to design for assembly(DFA).As the engineering practice result shows,the method Can help the engineers express their design intension more clearly and naturally in a high semantic level.And the automation,recursion and visualization of the mechanism kinetic scheme design are realized.     

采用混合遗传算法设计最短时间4冲量转移轨道

转移轨道的设计与优化是航天器完成空间任务的基础性工作,研究最短时间转移轨道的设计方法对执行空间快速响应的航天任务具有重要意义.本文通过分析4冲量轨道转移的物理过程,将轨道优化问题转化为参数优化问题,从而建立了多冲量轨道转移的数学模型:而后采用混合遗传算设计最优轨道,设计了串联型和嵌入型两种不同的混合结构,并选择一种具有自适应性的退火惩罚函数策略来处理约束条件;最后通过数值仿真验证了算法的有效性.仿真结果表明,本文设计的两种混合遗传算法能够很好地处理多冲量变轨的优化问题,特别在处理多约束条件时十分灵活、有效.     

多约束下轨道飞行器备件配置方案建模与优化

针对航空类装备携带备件方案的确定需要综合考虑多项约束指标因素的特点,以轨道飞行器飞入太空随行备件携带方案优化配置为研究背景,在费用、质量及体积3项指标约束条件下,以所有备件期望短缺数总和最小为目标函数,建立了备件配置方案的优化模型.通过设置初始因子初值求出备件初始配置方案,同时引入拉格朗日乘子将各项约束因子转化为保障资源约束因子,采用边际效应法求解并对模型进行优化.最后,对6种方案计算结果进行比较得出备件配置最优方案,并通过实例分析,证明了该方案的科学性和有效性.     

货机主货舱多约束条件下集装器装载优化

研究当货机货物装载量确定时,货机主货舱在多约束条件下的复杂集装器装载优化问题。由于主货舱内不同装载区域约束条件的不同,将主货舱分为两个部分考虑,在符合民航货机装载规则的前提下,建立货机主货舱的装载优化模型。不但考虑了货机的重心位置约束、货舱结构约束,还考虑到弯矩、扭矩作用对货机装载的影响。并以实际重心与最优重心偏移量最小为目标,采用遗传算法寻找最优解。以波音777货机为例进行验证,表明了该模型和算法的有效性。通过此货机主货舱装载优化算法,对于货机的安全考虑更加全面,能够在满足多个客观约束条件的基础上,较快的得到最优的装载方案,为今后的航空货运配载工作提供参考。     

用于人机一体化广义优化技术的多智能体系统

分析了人机一体化广义优化技术的需求引入了多智能体系方案，研究了系统的整体结构和阐凶的上层结构，提出了柔性装配系统优化设计的一个实施方案。     

基于混沌粒子群算法的柔性线缆装配序列规划技术

针对复杂机电产品中柔性线缆装配序列自动规划难题,提出了一种基于改进粒子群算法的柔性线缆装配序列规划方法.首先确定了线缆装配的约束条件,在此基础上以线缆装配优先等级、线缆长度、直径、弯曲半径、分支数为综合优化目标,建立了线缆装配序列规划的数学模型;然后对标准粒子群算法进行离散化处理,使之适用于装配序列规划问题的求解;在此基础上分别对装配序列的初始化和算法的搜索策略进行改进;最后将所提算法应用到某型号卫星结构板的线缆装配序列规划过程中,验证了其可行性与计算效率.      

基于杂草算法的DNA编码序列研究

在DNA自组装过程中,DNA序列的设计是影响DNA组装在可靠性和稳定性问题上的重要因素。为降低DNA组装时出现碱基错误匹配的概率,提出了一种用于DNA序列设计的入侵杂草优化(IWO)算法。采用汉明距离约束、相似度约束、连续性约束、发卡结构约束及解链温度约束建立一个多目标函数优化的数学模型,将DNA序列集设计问题抽象为带有约束条件的多目标优化问题。通过将该算法产生的编码序列和其它两种优化算法产生的序列进行对比分析,证实了该算法的有效性,并拓展了算法在离散空间中的应用。     

基于遗传算法的加工方案选择与操作排序综合优化方法

为了得到全局最优工艺计划,提出一种基于遗传算法的可行加工方案选择与操作排序综合优化方法.考虑了特征有多个可行加工方案且其选择概率不同,在每次外层迭代中,由轮盘赌算法选择其一用于操作排序优化.通过内层的遗传算法获取子最优工艺计划,在外层比较各子最优工艺计划来获取全局最优工艺计划.特征的操作优先约束随着加工方案选择的不同而自动改变,并用于约束调整算法来保证解的可行性.实例验证了该方法的有效性,并发现了全局最优工艺计划产生于选择各特征的最大选择概率对应的可行加工方案的规律.     

求解含等式约束优化问题的遗传算法

针对遗传算法较难处理含等式约束的优化问题,在设计变量独立性分析的基础上对等式约束采用了降维处理方法,不仅使等式约束在优化时始终严格满足,而且经降维处理后优化问题仅包含不等式约束;然后,借鉴多目标优化思想,提出了从个体违反约束程度和违反次数2方面同时对种群进行排序,使算法对个体的排序和选择更符合实际.实例验证了该算法的有效性和可行性.     

基于二级多点逼近算法的连续体结构拓扑优化

针对基于变密度法的连续体拓扑优化中设计变量连续性的特点,建立了以结构重量最小为目标,考虑位移和频率约束的连续体结构拓扑优化模型;原拓扑优化问题先转化为具有较高精度的第一级多点近似序列问题,该问题的约束函数由优化过程中历史设计点的临界约束函数值及其一阶导数构造;再通过线性泰勒展开建立可由对偶法快速求解的第二级近似序列问题,以逼近各第一级近似问题的解. 采用敏度过滤技术,避免棋盘格引起的数值缺陷问题,并对低密度区域的单元刚度进行惩罚,以消除频率约束问题的局部模态现象. 优化过程中采用通用有限元程序Nastran进行结构分析和敏度分析. 数值算例结果表明:应用该方法可以有效地解决具有位移和频率约束的连续体拓扑优化问题.      

支持并行协同产品开发的广义鲁棒设计方法

研究了并行协同产品开发过程中的广义鲁棒设计方法.首先,针对并行协同产品开发过程中的不确定性,给出了广义鲁棒设计框架;然后,提出了广义鲁棒性概念,分析了性能鲁棒性和约束鲁棒性;最后,在传统优化设计模型的基础上,考虑产品参数的变化对性能的影响,修改传统优化设计模型的优化目标和约束条件,使它们包含广义鲁棒性指标,建立了广义鲁棒设计模型,并基于遗传算法对模型求解.该方法能有效提高并行协同设计的广义鲁棒性,用一个转向架设计实例验证了其有效性.     

无人机多任务区侦察时间分配模型与应用

为了合理分配无人机对多个任务区的侦察时间,提出了一种包含问题建模、求解和方案决策的无人机多任务区侦察时间分配方法。首先,建立了包含侦察收益和侦察风险两目标的无人机多任务区侦察时间分配模型,该模型属于带约束多目标优化问题;其次,提出了一种改进的基于分解的约束多目标进化算法,该算法具有简单、灵活、无参等特点,可有效求解;最后,利用优劣解距离法从非支配解集中选择最优方案。选择了6种约束多目标进化算法,在3个不同雷达强度指数条件下进行对比实验。Hypervolume指标说明约束多目标进化算法在求解该问题时优于其他算法。实验结果表明：提出的方法在求解无人机多任务区侦察时间分配优化问题中能够实现快速准确决策。     

设备启停过程优化控制的有效算法

为了有效地进行非线性过程优化分析 ,从优化问题的 Kuhn- Tucker条件出发 ,采用 Newton- Raphson迭代方法建立了非线性优化问题的求解方案。并结合高温循环载荷作用下运行过程优化的特点 ,提出了一个新的考虑活动约束集的非线性优化求解方法。对于其中的非线性约束采用活动约束集的概念 ,而对于线性边界约束 ,则按约束优化方法中的梯度投影法作专门处理。实际算例表明 ,采用该算法一方面可以大大减少约束函数的数目 ,另一方面又能够保证很好的收敛性     

静定化假设对结构优化设计解的影响

研究了结构优化设计通常采用的静定化假设对最优解的影响．建立了桁架结构优化的数学模型,分别得到了解析的约束条件和基于静定化假设的约束条件的近似显式表达．以两个超静定桁架为例,分别用相对微分法求解析最优解和近似最优解,比较两者后得到结论：除了仅有应力强度约束的问题,静定化假设对最优解没有影响;在仅有应力强度约束的情况下,静定化假设导致满应力准则设计,从而影响最优解;凡存在全局约束、其他局部约束或稳定约束为最严约束,则静定化假设不影响最优解．     

充填管袋堤坝结构断面优化设计

采用现代设计理论研究充填管袋堤坝结构断面的优化设计问题。构建以充填管袋堤坝结构断面关键几何尺寸为设计变量,堤坝工程造价最低为目标函数,设计高水位、设计低水位以及水位骤降3种工况下的边坡稳定安全系数等为主要约束条件的结构优化设计数学模型,借助FLAC3D软件进行结构分析并验证其边坡稳定性,优化模型求解采用复合形法。实例计算结果显示:优化设计方案与原设计方案相比,堤坝结构工程造价降低22.7%,土工管袋抗拉强度达到临界约束,堤坝结构的受力和变形状态有所改善,优化调整效果明显且经济效益显著。     

多目标模糊优化方法及其在工程设计中应用

应用多目标模糊优化方法,以工程设计中桥式起重机箱形主梁设计为实例,建立了桥式起重机箱形主梁多目标模糊优化设计的数学模型,构造了模糊目标集,确定了多目标函数的模糊性和约束的模糊性,并应用最优水平截集法实现了模糊约束到实数论域上的集合转换,从而用遗传算法寻求到子目标函数在可行域空间的最优解和约束最优值.优化结果表明,在工程设计中应用多目标模糊优化方法是可行和有效的.     

耦合约束柔性作业车间调度优化研究

为扩展工艺约束的存在形式,对耦合约束柔性作业车间调度模型构建与调度优化算法设计进行探讨。在沿用链式约束调度的形式化与图形化描述构建耦合约束模型的基础上,对耦合约束邻域结构进行设计,选取禁忌搜索算法为设计框架,围绕算法执行步骤进行设计,并采用耦合约束案例与Brandimarte测试数据验证调度优化算法的适用性与优化性。耦合约束模型构建与调度算法的探讨为多部件系统作业的调度优化提供解决方案,也为调度相关邻域的深入研究拓宽思路。