傳統(tǒng)設(shè)計方法主要考慮產(chǎn)品功能及性能,較少考慮美學(xué)等其他因素,難以滿足綜合要求的提升。為解決這一問題,提出多因素的融合設(shè)計方法,實現(xiàn)基于美學(xué)、人體工學(xué)及性能的智能化融合設(shè)計。首先確定多個因素的評價方法,包括依據(jù)美學(xué)計算原理的多個美學(xué)維度的計算公式,以及人體工學(xué)和性能的評價公式。結(jié)合粗糙層次分析法確定的各因素權(quán)重系數(shù),得到多因素的綜合評價,建立尋優(yōu)模型。采用自適應(yīng)邊界的遺傳算法求解模型,實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計兩種模式的設(shè)計,最后由NX10.0的參數(shù)接口生成設(shè)計模型,實現(xiàn)智能化的融合設(shè)計。通過自行車整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計案例對所提方法進行檢驗,得到了明顯優(yōu)化的和具有創(chuàng)新性的設(shè)計方案。結(jié)果表明,該方法可快速生成滿足多因素綜合要求的優(yōu)化方案或若干優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)新方案,有效解決設(shè)計因素單一的問題。 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2020,56(21)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【圖文】：

多因素融合設(shè)計方法流程確定設(shè)計參數(shù)

徊娌僮髦饕?促進優(yōu)勢個體在種群中的擴散，在保留精英個體后，直接交換部分參數(shù)，提高算法收斂性。變異操作主要增強算法的廣域搜索能力，容易產(chǎn)生非可行解，因此采用自適應(yīng)邊界的方式，保證算法高效運行。2.4設(shè)計模型生成與檢驗根據(jù)設(shè)計方案，在CAD平臺如SiemensNX10.0下快速生成三維模型。建立設(shè)計對象模型模板后，由平臺的集成化參數(shù)更新接口導(dǎo)入?yún)?shù)值，自動生成三維結(jié)果，便于后續(xù)檢驗和分析。3自行車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計案例3.1自行車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)自行車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)共25個，見圖4。參數(shù)定義見表1。圖4自行車整體結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)表1自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)定義取值范圍坐墊高度H1/mm[100,1000]車把高度H2/mm[100,1000]車輪直徑D1/mm[400,800]輪轂內(nèi)徑D2/mm[400,800]曲柄長度L1/mm[100,400]車輪中心距L2/mm[200,1200]前叉長度L3/mm[100,1000]前通管長度L4/mm[0,400]前輪曲柄距離L5/mm[100,1000]立管長度L6/mm[100,1000]后叉長度L7/mm[100,500]車把長度L8/mm[100,400]車頭長度L9/mm[0,400]上叉位置L10/mm[0,500]下叉位置L11/mm[0,500]前叉傾角/(°)[10,90]立管傾角/(°)[10,90]上叉截面直徑d1/mm[10,80]下叉截面直徑d2/mm[10,80]立管截面直徑d3/mm[10,80]后叉截面直徑d4/mm[10,80]前叉截面直徑d5/mm[10,80]車把截面直徑d6/mm[10,80]輪胎寬d/mm[10,30]車架類型T{0,1,2,3}，有無上叉、下叉四種組合3.2自行車整體結(jié)構(gòu)綜合評價美學(xué)上,考慮比例、平衡、規(guī)律3個維度。其中,比例?

/211/2121/321B1(31)1CR0.02870.1（滿足一致性）(32)結(jié)合上述各因素的評價結(jié)果和權(quán)重系數(shù)，由式(25)計算綜合評價值。表3各因素權(quán)重系數(shù)因素"iw"iiPM[0.556,0.845]0.7000.196BM[0.475,0.966]0.7210.202RM[0.452,0.972]0.7120.199EM[0.509,0.918]0.7130.200CM[0.451,1.000]0.7260.2034案例結(jié)果分析與檢驗4.1優(yōu)化設(shè)計取交叉概率0.6，變異概率0.08，種群大小20，進行遺傳算法求解。初始方案及優(yōu)化后方案的三維模型見圖5，各因素評價值見表4。圖5優(yōu)化設(shè)計模型表4優(yōu)化方案評價結(jié)果方案PMBMRMEMCMOM初始0.730.780.470.390.840.64優(yōu)化0.980.9310.890.840.93與初始方案相比，優(yōu)化方案具有明顯優(yōu)勢，尤其在美學(xué)和人體工學(xué)上有較大提升。分析兩方案美學(xué)上的差異。優(yōu)化方案的整體長寬比為1.618，整體長高比為2.236，后叉三角形近似為等腰，底邊與腰的比為0.618，均為特殊比例。前叉和立管、下叉和后叉平行。各構(gòu)件間或具有特殊比例、或相互平行，故呈現(xiàn)出良好的美感。而初始方案沒有接近特殊值的比例，下叉和后叉、上叉和下叉不平行，兩后叉長度不一致，故美感較差。分析兩方案人體工學(xué)的差異。標(biāo)準(zhǔn)騎行姿勢建議上臂與軀干夾角為55，軀干與下肢夾角為130。初始方案中，上臂與軀干夾角為130，軀干與下肢夾角為120.61。而優(yōu)化方案中，上臂與軀干夾角為58.07，軀干與下肢夾角為130。優(yōu)化方案明顯更加符合標(biāo)準(zhǔn)騎行姿勢的要求。通過專家問卷法檢驗優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。試驗參與者均為交互設(shè)計、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域的研究人員，共20人，其中男女各10人。

【參考文獻】：
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本文編號：3226403