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基于形状文法和交互式遗传算法的产品形态创新设计

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:92      更新时间:2019-05-23

                                               朱天燕,周海海,唐敦兵,曾效良
                                     (南京航空航天大学机电学院,江苏 南京〓210016)
摘要:为了快速响应市场,同时保持品牌风格的延续性,并在产品造型风格连续性和创新性之间取得平衡,提出了一种基于形状文法和交互式遗传算法的产品形态推演模型:针对品牌现有产品制定形状文法,将形状文法参数化并进行编码从而引入交互式遗传算法中,在算法中进行形状文法修改性规则的应用,生成不同形状方案并反馈至人工交互界面;在算法中以适应度函数对产品进行功能性约束,在人工交互界面通过人工评价对产品形状直接进行打分,不断进行迭代,最终在获得满意解时停止运算并将参数输出。最后以德玛吉品牌卧式数控车床为例对产品形态推演模型进行了验证。
关键词:形状文法;交互式遗传算法;产品识别;产品创新设计
中图分类号:TB47〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2019)04-0012-06

  随着科学技术的高速发展,技术壁垒渐渐消失使得不同企业的产品日趋同质化。与此同时,消费者已经不再仅仅满足于产品的性能,而是开始注重〖HJ*4/9〗产品的价格、外观、品牌等其他特性。当条件相同时,消费者更倾向于根据产品品牌而非产品技术差异来进行选择。在这种情况下,产品识别将成为增强企业竞争力的重要因素。另一方面,在市场环境、社会文化背景以及消费时尚不断变化的条件下,企业需要迅速做出响应,在较短的周期内产生系列化的设计方案以供消费者选择。
    针对上述问题,文献提出了产品族DNA的概念,从工业设计的角度出发,为延续产品风格的快速设计提供了一定的方法学指导;文献利用形状文法,对品牌以往的产品进行特征提取,并在此基础上生成新的方案,得到了符合品牌特征的新设计方案,并以别克品牌下历史系列车型为例,证明其方法是有效的;文献[6]提出了一种基于形状文法的产品设计DNA推理方法,在生成系列化设计方案的同时保持品牌风格的继承性;文献结合正交分析法设计交互式遗传算法的适应度函数从而进行产品造型设计;文献结合用户意向〖HJ〗研究了交互式遗传算法的评价模式;文献则研究了以交互式进化参数的形状文法生成具有连续性风格的产品设计方法。
在上述研究的基础上,本文提出一种基于形状文法与交互式遗传算法的产品形态推演模型,以辅助实现品牌基因、产品自身功能约束与用户需求或设计师意图之间的融合和推演,指导企业进行产品设计活动。

1〓形状文法
1.1〓形状文法理论
形状文法由麻省理工学院教授George Stiny于1972年提出,根据Stiny对形状文法的定义,形状文法的组成可以分为4个部分:形状的有限集合(S)、符号的有限集合(L)、规则的有限集合(R)、带有〖HJ*5/9〗符号的初始形状(I)。用公式表示即为:SG={S,L,R,I}。
执行形状文法生成新的形状的过程可以简单概括为:在初始形状的基础上,遵循一定的变化规则,得到最终形状的过程,如图1所示。

基金项目:国家自然科学基金资助项目(51575264)
作者简介:朱天燕(1993—),女,硕士研究生,主要研究方向为产品创新设计,zhutianyan_29@163.com.
讯作者:周海海,zhouhaihai@nuaa.edu.cn.

文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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