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机械产品布局设计与建模方法的研究

作　者: 王惠娟
导　师: 王金敏
学　校: 天津大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 布局启发式算法约束分类分层递阶求解模型模拟退火算法 ObjectARX 面向对象编程
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 208次
引　用: 3次
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内容摘要

布局设计问题在机械工程、航空航天、机器人手臂运动规划、模式识别、交通运输、大规模集成电路的设计、出版印刷、服装、皮革、造船、城市规划和建筑设计等诸多行业的应用十分广泛。尽管人们对布局问题已进行了较为深入地研究，在许多领域中也取得一些进展，然而布局设计问题在机械工程领域方面的研究还比较薄弱。机械产品的布局设计问题属于复杂的三维布局问题。由于机械产品零部件几何形状的多样性和其约束关系的复杂性，机械产品布局设计问题具有不同于其他布局问题的特殊性。本文结合机械产品布局设计问题，提出了有利于解决机械产品布局问题的有效和可计算的布局约束及其分类，建立了分层递阶求解模型和相应的解决策略。利用启发式方法、模拟退火算法及ObjectARX技术，结合Visual C++6.0在AutoCAD2002平台上实现了减速器类产品布局系统，并对算例进行了模拟退火算法的参数分析。全文共分为六章，各章的主要研究内容如下：第一章是绪论部分，论述了国内外布局问题的研究成果以及布局理论在机械产品设计中的实际应用现状等，并提出了本课题的研究内容。第二章阐述了影响机械产品布局设计的需求信息和要求，将这些信息和要求转化为相应的布局约束，并将布局约束进行分类。根据由上而下的设计思想，将机械产品抽象为部件级、零件级、特征级三个层次，并根据产品分层的思想，建立了分层递阶求解模型。第三章论述了模拟退火算法在产品布局设计中的应用。第四章根据面向对象的编程思想，给出了产品布局设计中约束和模拟退火算法的表达形式。这些表达形式既考虑了约束分类，产品分层的思想，又对模拟退火算法进行了改进，从而便于将它们应用到减速器类产品布局设计中。第五章介绍了AutoCAD软件平台上ObjectARX2000的开发技术和VC++的编程技术，给出了减速器类产品布局设计软件开发过程及其应用实例。第六章进行了全文总结，得出了一些有益的结论，并就进一步的深入研究提出了一些设想。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 布局问题的概述  7
  1.2 布局问题的求解方法  7-12
    1.2.1 数学规划法  8
    1.2.2 启发式算法  8-9
    1.2.3 图论求解法  9
    1.2.4 数值优化方法  9-10
    1.2.5 遗传算法  10
    1.2.6 模拟退火算法  10-11
    1.2.7 基于约束的布局求解算法  11
    1.2.8 聚块布局法  11-12
  1.3 布局理论在产品设计中的研究和应用  12-13
  1.4 本文的研究目的和主要内容  13-15
第二章基于约束的机械产品布局模型  15-29
  2.1 机械产品布局设计中的约束分类  15-23
    2.1.1 属性约束  16-19
    2.1.2 行为约束  19
    2.1.3 形位约束  19-21
    2.1.4 产品层次和关联约束  21-23
  2.2 分层递阶求解模型  23-28
    2.2.1 模型概念的定义  23-25
    2.2.2 分层求解模型  25-28
  2.3 小结  28-29
第三章模拟退火算法在产品布局中的应用  29-38
  3.1 概述  29-30
  3.2 算法的退火策略  30-32
    3.2.1 初始温度及终止算法的选取  30-31
    3.2.2 降温策略  31-32
  3.3 算法的目标函数  32-33
  3.4 算法的变动选择策略  33-37
    3.4.1 变邻域搜索策略  34
    3.4.2 模拟退火算法  34-37
  3.5 小结  37-38
第四章采用面向对象技术实现产品布局问题的描述  38-47
  4.1 面向对象的基本概念和C++  38-41
    4.1.1 面向对象程序设计与结构化程序设计的区别  38-39
    4.1.2 C++中的对象、类和消息  39
    4.1.3 面向对象的编程方法的四个基本特征  39-41
  4.2 产品信息的表达  41-44
    4.2.1 约束基类  41
    4.2.2 属性约束  41-42
    4.2.3 行为约束  42
    4.2.4 形位约束  42-44
    4.2.5 关联约束  44
  4.3 模拟退火算法的描述  44-46
    4.3.1 邻域搜索的操作集函数  44-45
    4.3.2 算法的目标函数  45-46
    4.3.3 工程约束满足函数  46
  4.4 小结  46-47
第五章减速器类产品布局的软件开发及其应用实例  47-62
  5.1 机械产品布局的功能需求  47
  5.2 布局软件开发环境  47-49
  5.3 减速器类产品布局系统的体系结构设计  49-52
  5.4 对话框输入和文件流输入  52-54
    5.4.1 对话框设计  52
    5.4.2 文件流输入方式  52-54
  5.5 减速器类产品布局软件介绍  54-57
    5.5.1 加载ObjectARX应用程序  54-55
    5.5.2 减速器类产品布局系统  55-57
  5.6 布局实例及分析  57-61
  5.7 小结  61-62
结论与展望  62-64
参考文献  64-67
作者在攻读硕士学位期间发表及撰写的论文  67-68
致谢  68

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