一種基于復雜網絡的復雜產品生態網絡建模方法技術

本發明專利技術涉及一種基于復雜網絡的復雜產品生態網絡建模方法，包括以下步驟：1)采用體素構造法建立復雜產品的復雜網絡；2)以產品個體為對象，結合產品個體的環境信息，建立產品元；3)以實現相同功能為分類標準，將一個或多個相同結構特性的產品個體構成一產品種群，結合產品種群的環境信息，建立產品簇；4)以實現特定功能為分類標準，將一個或多個產品種群構成一產品群落，結合產品群落的環境信息，建立產品體；5)基于復雜網絡建立復雜產品的產品生態網絡模型。與現有技術相比，本發明專利技術簡化傳統產品模型設計的復雜度，建立產品生態網絡模型來反應產品元在物質、能量、信息的交換和傳遞，達到智能設計與進化的目的。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機應用、工程設計開發和產品智能設計領域，尤其是涉及一種基于復雜網絡的復雜產品生態網絡建模方法。
技術介紹
在生態學中，生態系統指的是生物及其所在環境兩者相互作用所產生的一個相對穩定的系統。生態系統可通過內部自組織過程適應外界環境變化的復雜系統，具有自組織、自適應的特點。種群是生態系統中重要的組成部分，對于任何一個種群，每一個個體的生存都依賴于外界環境，種群中的每一個個體都在與其他個體(同一種群的，或者其他種群的)，以及無機環境發生著能量，物質的交換或者傳遞。生態系統中種群及種群間的能量傳遞是以食物鏈的方式進行的。所謂食物鏈是指生態系統內不同物種之間在營養關系中形成的一環套一環的鏈條式關系，物質和能量沿著食物鏈，一級一級地從低級物種轉移到高級物種，沿著食物鏈種群個體的數量逐級減少，種群密度逐級降低,繁殖速率逐級減慢。這樣以生物種群的個體數量比較形成了一個底部寬上部窄的生態金字塔。復雜產品(例如：發動機)的進化設計涉及多個零部件，是一個復雜的多變量優化問題，如果采用傳統的遺傳算法，會出現編碼冗長，收斂速度慢，優化效果差的問題。通過對比生態系統，可發現復雜產品和生態系統在功能、結構上具有相似性：它們都由多種個體組成，具有復雜的內部組織結構，系統呈現較高的復雜度；在一定的情況下，系統具有穩定的組織結構，處于能量平衡的狀態；系統通過個體之間的物質交換、能量流動和信息傳遞完成一定的功能。在于復雜產品進化設計上，與生態系統的進化過程也具有相似性：種群個體的變化包括出生、死亡、遷入、遷出、進化等周期，產品個體同時具有產生、進化、淘汰消失的生命周期；生物種群與環境、生物種群間的食物鏈、能量流動關系同樣存在于復雜產品中。產品與環境進行物質、能量和信息交換從而適應環境。在復雜產品中，通過對產品零件的抽取及分解，由體素構造法可定義所有的產品零件，而整個復雜產品是由各個零件組成的復雜網絡。復雜網絡是由節點和邊組成的二維圖。從圖論上看，網絡G＝(V,E)是指由一個點集V(G)和一個邊集E(G)組成的一個圖，并且E(G)中的每條邊有V(G)中的一對點(u,v)與之對應；從統計物理上看，網絡是一個包含了大量個體以及個體之間相互作用的系統，是把某種現象或某種關系抽象為個體以及個體之間相互作用而形成的用來描述這種現象或關系的圖。復雜網絡的復雜性來源于三個方面：(1)節點復雜性。即僅由節點之間的非線性相互作用導致的復雜的系統行為，如分岔和混沌等；(2)結構復雜性。組成復雜系統的元素之間的結構關系既非規則，也非隨機，而是介于兩者之間，而且這種結構關系還可以隨時間變化，并影響系統整體所顯現的功能行為，是系統復雜性的決定性因素之一；(3)各種復雜性因素的相互影響。復雜網絡G＝(V,E)是指由一個點集V(G)和一個邊集E(G)組成的一個圖，并且E(G)中的每條邊有V(G)中的一對點(u,v)與之對應，G＝(V，E)中，V是頂點的有窮非空集合，E是V中頂點偶對(稱為邊)的有窮集。通常，也將圖G的頂點集和邊集分別記為V(G)和E(G)。E(G)可以是空集。若E(G)為空，則圖G只有頂點而沒有邊。對于一個有9個零件的產品，其網絡圖表示圖1所示，圖1中A-J為頂點集V，R()為邊集E。因此，如何將生態系統的概念融入復雜網絡以及復雜產品進化的設計中，實現基于復雜產品生態網絡的產品設計，具有重要意義。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于復雜網絡的復雜產品生態網絡建模方法，簡化傳統產品模型設計的復雜度，建立產品生態網絡模型來反應產品元在物質、能量、信息的交換和傳遞，達到智能設計與進化的目的。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種基于復雜網絡的復雜產品生態網絡建模方法包括以下步驟：1)采用體素構造(CSG:Constructive Solid Geometry)法建立復雜產品的復雜網絡，所述復雜網絡包括產品個體的頂點集和產品個體之間的邊集；2)以產品個體為對象，結合產品個體的環境信息，建立產品元；3)以實現相同功能為分類標準，將一個或多個相同結構特性的產品個體構成一產品種群，結合產品種群的環境信息，建立產品簇；4)以實現特定功能為分類標準，將一個或多個產品種群構成一產品群落，結合產品群落的環境信息，建立產品體；5)基于復雜網絡建立復雜產品的產品生態網絡模型，所述產品生態網絡模型包括產品體、產品元和產品元之間的邊集。所述產品個體之間的邊集與產品元之間的邊集相等，產品個體之間的邊集表示產品個體之間的裝配關系。所述產品元的表達形式如下：PU＝{pui,Sunit,Funit,PEunit本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于復雜網絡的復雜產品生態網絡建模方法，其特征在于，包括以下步驟：1)采用體素構造法建立復雜產品的復雜網絡，所述復雜網絡包括產品個體的頂點集和產品個體之間的邊集；2)以產品個體為對象，結合產品個體的環境信息，建立產品元；3)以實現相同功能為分類標準，將一個或多個相同結構特性的產品個體構成一產品種群，結合產品種群的環境信息，建立產品簇；4)以實現特定功能為分類標準，將一個或多個產品種群構成一產品群落，結合產品群落的環境信息，建立產品體；5)基于復雜網絡建立復雜產品的產品生態網絡模型，所述產品生態網絡模型包括產品體、產品元和產品元之間的邊集。

【技術特征摘要】
1.一種基于復雜網絡的復雜產品生態網絡建模方法，其特征在于，包括以下步驟：1)采用體素構造法建立復雜產品的復雜網絡，所述復雜網絡包括產品個體的頂點集和產品個體之間的邊集；2)以產品個體為對象，結合產品個體的環境信息，建立產品元；3)以實現相同功能為分類標準，將一個或多個相同結構特性的產品個體構成一產品種群，結合產品種群的環境信息，建立產品簇；4)以實現特定功能為分類標準，將一個或多個產品種群構成一產品群落，結合產品群落的環境信息，建立產...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郝泳濤，張偉，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31