基于多种群协同进化采煤机概念设计选题计划表开题报告.docxVIP

硕士研究生学位论文选题计划表研究生姓名：　指导教师：　专业：机械工程所属学院： 机械工程学院2016年8月4日研究生姓名专业机械工程导师姓名研究方向现代设计方法毕业论文题目基于多种群协同进化的采煤机概念设计方法研究论文类型理论研究应用研究用于生产其它√选题目的和意义：国内外关于采煤机的现代设计方法研究中大部分是利用CAD、CAE软件对采煤机的零部件进行建模、仿真分析与优化设计，关于采煤机的创新设计理论与方法研究较少，尤其是未能与设计过程相结合提高整体解决方案和创新设计能力；另外，采煤机设计过程中需要考虑三机协同设计问题，如采煤机割煤能力与刮板输送机能力的协调、液压支架升降及拉移速度与采煤机速度的协调等，已开发的采煤机智能设计系统大都未考虑三机配套设计参数之间复杂的耦合关系等问题，导致系统的适用性差、采煤机设计知识孤立、未形成综采装备产品设计联盟等弊端。国内外研究对基因工程理论进行了探讨并将其应用于产品设计中，但在复杂产品设计过程中存在各子系统之间的耦合性、产品种群内部和种群之间作用关系分析困难以及进化不平衡性等问题，优势基因的获取和重组等关键技术有待继续解决，将基因进化理论应用于复杂产品创新设计方法还需进一步探索和研究。针对上述问题借鉴生物基因进化思想，利用产品与生物生态系统在组成结构与发展规律等方面的内在相似性，以电牵引滚筒式采煤机为研究对象，面向采煤机概念设计过程，研究采煤机多种群协同进化概念设计方法，解决产品优势基因获取、基因形式化表达、基因进化驱动设计等关键技术，在基因工程与机械设计的学科交叉领域，探索概念设计方法的创新。并开展计算机仿真实验研究验证该方法的可行性与有效性，为采煤机概念设计的协同化、智能化提供新的解决方案与技术支撑。具有重要的现实和理论意义：多种群协同进化的采煤机设计方法面向采煤机概念设计过程，将生物基因进化理论应用于采煤机概念设计研究领域，解决采煤机基因获取、基因表达和基因进化问题，实现采煤机创新设计过程的智能化与自动化。采煤机同质种群竞争的自进化和与刮板输送机、液压支架的异质种群合作的共进化创新设计新方法，通过产品基因的变异、重组等演化过程将已有产品的优势基因进行集成进化形成采煤机新产品方案，实现多层次的产品创新设计。多种群协同进化设计方法结合了基因工程技术，以其在仿生学上的优势，非常适合解决传统方法难以解决的问题，更好的对设计知识进行获取和表达，并且对提高设计方案的创新性，高效性，缩减成本和设计周期有很大的帮助。基于多种群协同进化设计方法的采煤机概念设计可以充分考虑到采煤机、刮板输送机和液压支架在井下相互协作，相互配合，整合三机配套设计知识，提高各种群之间信息交流。国内外研究动态：一、多种群协同进化设计方法在机械产品设计中的应用研究现状与发展趋势2003年张向军等以内燃机低摩擦功耗设计为目的，以满足各项摩擦学性能指标为约束,提出并建立了基于基因模型的混合进化设计方法，结果表明，利用该模型和方法可在设计空间中获得优选方案的种群[9]。2011年为了避免汽车车身设计后期的反复修改，刘宝越等开发了车身结构概念设计系统(VC D-I C AE) 的多目标优化模块，从而为概念设计阶段实现车身轻量化提供依据，节约时间和成本[11]。2013年石长云针对具有多层次的机械产品方案设计的特点，改进了遗传算法，提出多层次遗传算法，结合 CAXA 造型技术，建立了数控车床智能设计系统工具，把数控机床拆分成具有多层次结构多个子构件，建立了完整的数控机床方案设计系统工具[12]。二、多种群协同进化设计方法的研究现状与发展趋势1. 优势基因获取方法2007年台立钢等提出了一种新的产品基因表达和获取方法。有助于设计知识的规范化、累积和重用. 结合遗传算法，能够实现自动化方案演化设计，从功能、原理和结构等多方面多层次优化设计方案，提高产品方案设计创新性[14]。2012崔亚等将生物学中的遗传规律及基因工程原理与机械产品的变型设计理论进行有机结合，提出了基于基因模型的产品变型设计，系统地提高了科学的设计方法和开发技术[15]。2014年杨琨等为了有效挖掘海量知识内在映射关系和调用规律，以实现利用此类隐性设计知识驱动产品概念设计的目的，通过分析多层次设计知识间多对多的映射关系以及设计过程往复迭代的求解特点，构建知识网络模型，为设计知识选择提供有序的推荐[19]。2015年刘伟等为提供产品功能原理层的变形设计方法，结合产品基因相关概念与物理学中物理信息的表达与推理过程，提出物理单位描述的产品基因表达方法， 推导了基于物理推理的产品技术系统构建过程，形成了基于产品基因与物理表达的变型设计模型[20]。2.产品实例种群模型及基因库构建2009年赵秀燕等为了进行快速的变型设计，需要一个合理的产品结构设计模型，据此提出一种基于产品基因的新的变