布局方案设计的若干理论、方法及其应用.pdf

大连瑗工犬学博士学傲论文摘嚣摘要本文研究基予计算智能和人桃交互的设计理论、方法及其在工程系统布局方案设计中的应溺,其工程背景是课题组承糖的我国航必器舱的布局方案设计和为徐州工程机械黛嚣秀发豹霪繁式怒熬极QuYl50豹籀关毒弱浚诗薅题。求菸复杂王程毒越润蘧豹难煮怒存在计算复杂性酶缀合爆炸藕工程实用他的簸杂性。该谋躐在理论上,篇带性麓约柬盼三维布局问题,涉及航天器设计、机械工程、计算机、数学、力学和系统工程等学科,为交叉学科前沿课燧的基础理论和应用基础研究,具有NP难度;在实践上,具有广泛的工程嶷爰鸷景,热魅天器楚、王卷疑壤、潜艇、疑麓、蠼嶷、拳下悬浮工程、海上键势平台、高速列车、缀合枫床多轴箱、梳器入等的布局方案设计问题。它盼退纯问题为不带性能约束的布局问题,如板树套排等。无论从理论上还嫩工程实践上,这都是一个长久以来人们关注的照待解决而又朱很好解决的重要问题。笺聚王程系统露弱方寰设计翊戆魏毪戆攒标帮约束中,逶卷甄有“宠爱戆”又有“定毪的”。目前解凌这个随题主要肖两条途径:+符号模黧及其人工智能求解;+人机交甄***机结合。前者在实际威用过程中存在一定的豳难,主要问题在于对该工程复杂问题,人工智能方法的知识库、推理瓿耧叁学****援则不骞易建立。特别是割翔靛天器等离科技复杂系统,其稳关数据黟澄辩对外傈密,西蔼建立知谖库等将更为困难。j磁外,完全脱离久酶参与将缀难达到稳关理论和方法的实用化。由此,结含国情。本文采用后者的浆解方法,童簧进行了以下的研究正作。(1)综述了毒麟阋题,尤其怒复杂毒蜀闻题的类型、求聪方法的磅究现状翱发震趋势,表明了研究优秀鹃诗算智髓类舞法,同时掬入入钒结舍袋久枫合作的悉慧,焉殴薛凌工程复杂布局方案设计问题的可行性和有效性。(2)提出了并杼混合蚂蚁免痰算法(PHAIA),用以克服并行遗传算法(PGA)的早熟和收敛熳等嚣大缺陷。它对PGA象要进行了以下渡进:a。剃其l混淹思想产生韧始群体,并依交义帮变异穰攀馕对子群侮逡行分类;b。建立了基予辫蚊算法(ACO)翡基因缀合嚣予模黧,将蚂蚁算法与遗传算法程基因层面上相结合,采用增加蚂蚁组合辣子以及与Powell法相混合的思想来加快收敛速魔;,一鼹由本文给出的免疫逸撵撩终可有效糖止早熟,二是通过基于兔疫记忆的子群体信惠交换娥略可加速收敛;童髯法孛鹃交叉、变异秘弱黢缀合等算予均采雳了鑫逶旋静愚怒。文巾戆算鲷表溪,PHAIA是有效的,优于传统的并行遗传算法。(3)提出了布嬲模式的相关理论。布局模式指待布物间的相对位置关系。它是一个相当熬纂、值得深入研究的闽题。本文以航天器舱豹布局方鬃设计为工獠背景,重点研究了装填奄届模式瓣表这、莰裂、构造窝瘟矮。定义了磊擒、菲丽兹毒鲻模式羁德毒懿茨布髑等价关系等概念,给出了关系矩阵和模戏矩阵及其变抉,描述了布局模式控制隧和非间构度,提出了同构和非同构布局模式的识别及构造方法。同时,本文还改进并熬新给出了同构、非浏擒布局模式猪想(tPc),熙用数值计算的方法验证了窀的合理性a凝箔耄专论了夺两模式酾猪怒懿羞予疲逶。这鏊王律为缓解给宠麓模黪装壤|’掰送求簿簿存农瓣盔整望!大学燥±字位论文摘要缀台爆炸,梅造裹效懿求解冀法提供了瘘发秘借鉴。≤《)壤搬“久辊结合”与“夫穰含豫”弱理念,褒PHAIA翡蒸础主,充分考虑设诗者的知识和缝验,利用W视化(VISC)技术,借鉴钱态勤等提出的人机交互的遗传算法(HCIGA)。输出了可视化交互式蚂蚁免疫算法(V从IA).它可适时地将人设计的方案作为贡献载个体不凝她提供给PHAIA,鼹冀法梅造黪个体一起形成避能群体,群经簿法进毽寻毪,蟊我镛耀,壹至戮这结紊器薹{l。VIAIA筏搜久帮爨器熬翡缝在雾洼罄露上凌台,有利于人机各自发挥其特长,为优质简效地解决艇寐工程布局问蹶提供了方能。VIAIA有下列特点:,可把计算过程中有意义的中间数据,醚进化过程韵态两正确媳显示出来,放露更弯韵予设计者全露把握谤算,秘举、会理媳参与交互;6。镑黯装填布是趣惩,将赣两褥爱等溉念雩;天v】A弧之孛,烫瓣决“天辍会露”在王莛布局设计中的“可操作性”问题提供了有益的尝试。根据非同椅条形图给出的信息,设计者可适时添加与优秀个体同构或非f刚勾的人工个体,以帮助弊法增强局部搜索或跳出局部最优;c瘫交互时体现了不同用户模型鲍个性化瓣释,力求慰予不周农乎黪设计轰,算法露尽焉越遮蒋魂窭较篱瓣性戆;(5)为工猩实用化,本文给出了一个复杂工程系统布局方案设计台勺问题求解策略。它按照从实物模型化到模型实物化的求解路线,采用数学优化和仿舆的复合模型,在人机会作的思想攒导下,综念裂用了本文提出的相关理埝、方法以及骥糊综合弹刿簿方案评徐手段。基予该蘩蝰,本文开发了攘应蕊较箨