文摘
提出了一种基于免疫优化算法的新方法的建模和设计工业陶瓷产品。基于模糊规则和隶属函数参数的联合编码,一种改进的免疫优化算法被用来实现工业陶瓷产品的同步优化建模。过热蒸汽温度控制系统为例进行仿真测试。结果表明,单位体积的比值的边长是在0和1之间,被称为网格的质量。零是最差的质量,一个是最好的。元素纵横比和失真度也基本检验指标。真空玻璃是0.86的平均质量,长宽比为1.71,和元素变形程度为0.13,表明网格划分质量好。证明了使用改进的免疫遗传算法来优化模糊控制能克服传统遗传算法的缺陷,确保更快和更稳定的搜索最优规则库和隶属函数。
1。介绍
今天的先进工业陶瓷产品设计通常指的是一个设计团队。该组织的所有成员设计在设计平台。设计平台是一个计算机生成的数字3 d产品模型。设计师一起工作来得到最好的设计产品。科学技术的快速发展为设计师提供了一个广泛的设计空间和科学和技术人员1]。特别是,优秀的计算机工业设计软件的出现使得它可以充分发挥他们的想象力在产品设计的过程和设计优秀的工业陶瓷产品。设计是一种创造性活动,设计的本质是创造和创新。创新是设计的灵魂,创新设计是产品的基本方式和保持竞争优势。目前,对创新设计的研究主要集中在以下几个方面:(1)研究各种创新技术的应用如比喻、分解、组合,和探索的过程中创新设计;(2)基于专家系统技术在人工智能领域,研究基于智能设计专家系统的创新设计方法;(3)研究基于创新设计创新设计理论等发明问题解决理论(相);(4)开展相关研究如何激发创新思维,以促进创新的设计方案,例如各种形式的设计知识库的建立与应用,如科学效应基础和产品基因基础,和产品创新设计基于自然语义;(5)产品进化创新设计方法的研究和应用基于进化设计;(6)产品创新设计方法基于功能; and (7) innovative technical methods for product conceptual design [2]。结构健康监测是指使用现场,无损,结构和环境信息的实时采集,分析各种结构响应的特点,和采集环境因素造成的结构性变化,损坏,或退化。一个好的传感器布局方案应符合以下要求:(1)在一个嘈杂的环境中,可获得全面、准确的结构响应信息通过使用尽可能少的传感器。(2)测量结构响应信息应该能够与数值分析的结果。(3)关注收集感兴趣的振动响应数据。(4)监测结果有良好的可见性和鲁棒性。(5)设备成本的输入、数据传输、结果处理监控系统可以最小化。
传感器的最优布局是一个典型的背包问题的计算变量的增加呈指数增长,及其解决方案仍然是许多学者的方向。近年来,一些随机的智能优化算法,如模拟退火,遗传算法,蚁群算法和粒子群优化算法,已经逐渐出现。因为他们可以更好地解决组合优化问题的约束条件,不容易陷入局部最优的特点,他们取得了快速发展领域的传感器优化布局,如图1。
与网络和计算机领域的不断发展,智能算法已逐渐被研究人员发现,包括神经网络技术、遗传算法、模糊算法,DNA计算,人工免疫算法。免疫系统和神经网络类似,是一种方法受计算机的结构映射框架,它提供了一个可持续发展的驱动力智能设计的产品(3]。目前,免疫系统涉及许多领域,包括人工智能、计算机科学、自适应系统、控制理论和生物计算。在产品设计中,迫切需要一种有效的方法提高设计的效率和准确性。李等人建立了用户需求模型,分析产品的功能层次结构模型,结合概念设计过程。后掌握的主要因素如质量、性能、价格,他们建立了UGNX平台和实现了仿真开发的产品(4]。南达和加戈建立了一个分析模型分析用户的潜在需求的产品创新设计的理论。筛选后,感应和演化,模型最终决定了用户的潜在需求,为产品创新设计提供了理论指导5]。湾,面对制造业的快速发展,进一步的绿色设计在实际工程生产的概念,建立了一个更完美的绿色产品创新设计的理论体系,并进一步发展绿色制造的企业创新设计软件系统。通过验证了该方法的设计洗衣机为例(6]。Liu x问:提出一个标准的添加剂山姆(添加剂模型)模糊系统从映射的角度(7]。模糊模型的参数调整一步一步使模型更加准确。因此,提出了一种基于免疫优化算法的新方法。基于模糊规则和隶属函数参数的联合编码,一种改进的免疫优化算法被用来实现工业陶瓷产品的同步优化建模。在过热蒸汽温度控制系统为例,仿真实验证明,使用改进的免疫遗传算法来优化模糊控制能克服传统遗传算法的缺陷,确保更快和更稳定的搜索最优规则库和隶属函数。
2。产品创新设计框架基于免疫算法
产品创新设计框架构造基于人工免疫系统。AIS产品创新设计框架由四层:支持理论,方法和技术(基本层);免疫创新计算模型(计算层);免疫创新设计方法(方法层);和免疫的应用创新设计(应用层)。
2.1。支持的理论、方法和技术
支持的理论、方法和技术是由AIS的原理和技术,创新的计算理论,创新设计理论和方法,构成了产品创新设计的基本层框架基于AIS。AIS的原理和技术主要指AIS的仿生机理和各种AIS AIS的解决从仿生算法映射机制。创新的理论计算是一种普遍和通用计算理论和方法创新,主要包括心理和认知理论的创新,创新计算的模型,创新计算的评估标准。创新设计的理论和方法主要包括两个方面:一个是通用和创新为代表的一般理论和方法创新的心理学、创造性思维、创造性原则和创新技术。另一方面是关于创新设计的各种理论和方法,如相结合理论和进化创新设计方法(6,8]。
2.2。AIS-Based产品设计模型
免疫算法是遗传算法的改进方法;模拟免疫系统中现有的抗体生成新的过程中,有一个记忆机制:即算法在解决问题完成后保持一定数量的最优解,算法,接受同样的问题可以将保留一个解作为初始解,从而提高算法的计算效率。在迭代过程中,可以实现全局收敛性的前提下保留上一代最好的个人。因此,在产品设计(它有一个很好的优势9]。
2.2.1。抗原编码模式
抗体和抗原编码算法包括二进制、角色,和实数编码。这里,第一个代码是用于编码抗体和抗原, 抗体人口和等位基因(10]。抗体之间的海明距离
根据信息理论,信息j的基因
假设抗体的免疫系统组成与基因(11]。
所有的平均信息熵(数量)抗体多样性
2.2.2。抗体和抗原的亲和力计算
取 从信息熵的概念,得到:任意两个抗体的亲和力和是
2.2.3。一般的算法
有效的抗体分为记忆细胞的搜索过程,且只有一个当应用于优化问题的最优解。改进的免疫算法使用浓度的概念来计算记忆细胞和抑制细胞的分化,实现细胞分化在搜索过程中,模拟了免疫系统的抗体生产机制,并计算抗体的促进和抑制生产用期望值(12]。该方法可用于解决多目标优化问题。改进的免疫算法的流程图如图2。
算法的具体流程算法所示1。
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3所示。数值验证的产品基于免疫优化算法
优化设计完成后,它仍然需要测试是否节能的产品满足客户的需求。数值模拟的方法可以大大缩短产品的测试周期,因此采用数值模拟的方法验证真空玻璃的节能特性,也就是说,绝缘性能。数据显示,建筑行业的年度能耗占总能耗的30%的整个社会。因为富人的表达式的玻璃材料在建筑、广泛推广开发的体系结构。真空玻璃产品中空玻璃的基础上发展起来的。真空玻璃与普通玻璃相比,有更多优秀的保温,防凝结,弗罗斯特,隔音、和其他属性。绿色节能真空玻璃工业的发展趋势。
网格是有限元法中最重要的一部分。网格预处理软件ANSYS WORKBENCH可以处理网格生成操作,所以现有的模型可以通过这个模块mesh-generated。
网格的数量将直接影响计算的大小规模和计算结果的准确性。与网格的数量的增加,计算结果的准确性将会改善,和计算规模也会增加,从而增加负载。因此,规模和精度应考虑在确定网格的数量。
3.1。转换扩展方法
如果对象划分是一个表面,形状比较规则,可以使用转换扩展的方法。转换扩展的方法从节点,扩展线元素,然后扩展到二维平面的元素,然后从二维到三维的元素。生成的网格质量高,速度快。
3.2。德劳内三角形法
这个方法可以使用,如果对象是一个连接区域组成的一个闭合曲线。这种方法使用等边三角形离散化,确保小对象的几何特征不丢失,并适用于局部优化处理
3.3。覆盖方法
如果计算出的对象是一个完整的裁剪曲面边界是修剪曲线,可以使用覆盖方法。啮合的覆盖方法主要使用四边形元素。
3.4。前沿的方法
前沿的方法适用于分割表面,四边形和三角形元素都可以被使用。它主要通过将表面isoparameter转换为二维空间,然后将二维空间映射到三维空间。
3.5。六面体的方法
此法适用于网格对象结构简单、普通的形状,也没有复杂的腔,结构洞,或洞。
六面体的分区方法的优点是简洁的结构,适用于简单的几何形状,和良好的灵活性。定制产品真空玻璃的形状简单,普通,所以这里的六面体的分区方法。结束时的啮合,质量检查是必需的。细胞体积的比值边长,0和1之间,被称为网格单元的质量。零是最差的质量,一个是最好的。元素纵横比和失真度也基本检验指标。相对应的网格质量元素失真度如表所示1。
从表可以看出1真空玻璃是0.86的平均质量,高宽比为1.71,和元素变形程度为0.13,表明网格划分质量好。
4所示。结果和分析
传感器的最优布局有两个方面:一是优化传感器的数量,和一个是优化传感器的位置;本文只是位置的优化。
边界条件完全钢化真空玻璃的热传导模型将按照国家标准GB / t34337 - 2017。应用边界条件的参数如表所示2和图3。
真空玻璃的导热系数组件如图4。
首先,中央单元进行了分析。玻璃的辐射室内侧设置为0.04,与室外侧设置为0.84。
真空玻璃的热通量中央单位7.2807 Wm−2。
根据定义, 真空玻璃传热系数的中央单位在优化的例子是0.26 Wm−2K−1。之间的差异系数和优化函数模型的结果不是重要的,和整体误差小于5%,验证中央单元传热模型的准确性。通过加载相同的边界条件对整个模型的真空玻璃,整个模型的温度分布云图真空玻璃。
真空玻璃的热传导主要取决于微支持和边缘材料,和温度在边缘密封材料快速转移。
真空玻璃的总热通量模型18.065 Wm−2。
同样,它可以获得:
根据公式,模型的传热系数是0.84 Wm−2K−。
上面的结果和计算结果之间的误差的数学模型在5%。
数值模拟的结果是0.84 Wm−2K−1。这表明优化示例实现客户定制产品的节能和进一步验证的准确性基于人工免疫系统的产品设计模型性。这种方法可以提供参考和指导的设计定制的模型产品小批量生产。
5。结论
本文提出一种基于免疫优化算法的新方法。创新设计可以用来计算理论和方法;通过计算的方式和方法研究实现AIS提供了一种新的计算模型和计算方法;它有强大的信息处理和解决问题的能力,和许多优秀的特性,比如非常符合设计要求的创新可以为创新设计提供有力支持;首先,真空玻璃的结构和组成进行了分析,和辐射传热的数学模型,支持,残余气体,边缘密封真空玻璃传热的关键部分。通过有限元法、整体几何模型建立,模型的温度云图转移和相应的热通量的结果和传热系数是通过CAE软件的操作,如啮合和施加边界条件。通过比较仿真分析结果与模型计算结果,证明理论结果和模拟结果之间的误差在5%之内,表明基于AIS产品设计模型可以满足客户的特定需求。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这个项目得到了湖南省哲学社会科学基金(项目号18 yba103)。