第1章 现代设计：从优化走向自治 1
1.1引言 1
1.2设计研究的发展过程 2
1.3设计研究方法 3
1.3.1优化：从参数优化到多学科协同优化 3
1.3.2功能结构匹配：从归纳工程实践到探究自然原理 7
1.3.3生物激发的设计 15
1.3.4设计模式 18
1.3.5设计表述 21
1.3.6设计代理 23
1.3.7基于代理的多学科协同优化 26
1.4研究对象：物理结构→虚拟→智能 28
1.5技术工具 30
1.6设计进化 30
1.6.1系统进化理论 30
1.6.2未来的设计需求：开放＋个性＋通信＋自治 32
1.6.3设计系统进化 32
1.7总结 34
第2章 生物激发的设计 36
2.1生物激发的设计 36
2.2生物激发设计的基本方法 37
2.3发育设计 39
2.3.1发育设计起源和基本思想 39
2.3.2基于细胞自动机的发育设计 39
2.3.3发育设计研究内容和研究方法 40
2.4总结 41
第3章 宏设计框架 42
3.1设计定义 42
3.2设计的科学属性 44
3.2.1设计是人工科学 44
3.2.2设计作为创制科学 44
3.2.3设计方法学与科学研究方法 45
3.2.4设计过程与科学研究过程 46
3.3设计的三重性 47
3.3.1人工制品二重性 47
3.3.2设计的三重性 47
3.4设计作为创制科学的内涵 48
3.5一般设计过程分析 50
3.6作为创制科学的宏设计框架 51
3.7概述和结论 52
第4章 发育设计理论基础 54
4.1协同学基本思想 54
4.1.1系统相似性 54
4.1.2序参量的概念 54
4.1.3序参量的数学描述 55
4.2物理系统和生物系统的相似性和序参量 56
4.3生物胚胎发育的基本要素 58
4.3.1胚胎发育过程 58
4.3.2胚胎发育特点 62
4.3.3胚胎发育机制 63
4.4生物神经系统特点 64
4.4.1神经系统简述 64
4.4.2神经系统特点 64
4.5设计早期阶段与胚胎发育过程相似性 67
4.6生物胚胎发育对设计过程建模的启示 69
4.6.1全能结构—多能结构—专能结构的演化 69
4.6.2诱导 70
4.6.3基因逐渐补充 70
4.6.4创造性设计 70
4.7生物神经系统对控制模型的启示 71
4.8设计过程建模 71
4.8.1设计过程建模原则 72
4.8.2神经模型建模原则 72
4.9生长型设计模型 74
4.9.1生长过程 74
4.9.2发育模式 75
4.9.3结构级层 76
4.9.4遗传和转决定 76
4.9.5序参量 77
4.10总结 77
第5章 基于代理阶段的功能—特性映射 79
5.1功能阶段 79
5.1.1功能 79
5.1.2功能分解和功能结构 79
5.1.3基本功能结构 80
5.1.4功能阶段表述和发育模式 81
5.2代理阶段 82
5.2.1代理阶段依据 82
5.2.2代理阶段的概念 82
5.2.3界面特性的提取 82
5.2.4代理阶段表述 85
5.3人工制品基因 86
5.4诱导 86
5.4.1产生式系统基本结构 87
5.4.2基本术语 87
5.4.3诱导基本原则 88
5.4.4子结构诱导规则 89
5.4.5计算机实现 91
5.4.6神经诱导—控制设计 92
5.5特性阶段 94
5.5.1表述 95
5.5.2原基分布图和自治程度 95
5.5.3与一般功能—行为映射模式的比较 95
5.6实例 95
5.6.1支撑载荷 96
5.6.2运动控制 97
5.6.3振动控制 100
5.6.4程序设计 102
5.7总结 103
第6章 特性—结构映射 104
6.1定型阶段 104
6.2部件特性 108
6.3神经网络模型 109
6.4反射运动 110
6.4.1反射弧结构 110
6.4.2神经反射弧神经网络数理模型 110
6.4.3反射弧神经网络模型 111
6.4.4学习算法 112
6.5 4回路控制网络 113
6.5.1神经元分类 113
6.5.2神经网络 114
6.5.3原型网络 116
6.5.4变形网络 116
6.5.5神经元数理模型 116
6.5.6网络学习和训练 117
6.5.7网络特点 118
6.6特征阶段 121
6.6.1子结构特征表述 121
6.6.2建立映射关系 122
6.6.3构型和材料设计方程 122
6.6.4博弈论基本概念和模型 123
6.6.5结构和材料博弈模型 124
6.6.6连接特征 126
6.7参数阶段 126
6.8总结和讨论 127
第7章 发育设计建模：数学表述和特点 128
7.1图论基本概念 128
7.2代理阶段和特性阶段表述 128
7.3测试平面性 129
7.4特征阶段—对偶图 130
7.5子结构迁移 132
7.6子结构特征表述 133
7.7多功能结构表述 133
7.7.1点边赋权图 133
7.7.2点边面赋权图 135
7.8参数化模型表述 137
7.9发育设计特点 138
7.10序参量分析 140
7.11与其他设计模型的比较 140
7.12总结 142
第8章 小卫星结构系统发育设计 143
8.1小卫星多学科设计特性 143
8.1.1小卫星技术发展对多学科设计的需求 143
8.1.2定义 144
8.1.3基本组成 145
8.1.4运行环境 147
8.1.5小卫星主要失效形式 149
8.1.6在支持技术方面 150
8.1.7小卫星材料和Smart结构 150
8.1.8多学科设计 152
8.2发育设计过程 153
8.3产品特性分析 154
8.4功能阶段、代理阶段和特性阶段 155
8.4.1运动控制 155
8.4.2振动控制 156
8.4.3特性阶段 157
8.5定型 160
8.5.1刚度特性计算 160
8.5.2振动信号处理器转换系数计算 161
8.5.3姿态信号处理器转换系数计算 165
8.5.4效应器能量转换系数计算 171
8.5.5感受器能量转换系数计算 173
8.5.6传感结构和致动结构特性计算 174
8.5.7连接刚度特性计算 174
8.5.8驱动特性和能源特性计算 174
8.6特征阶段 175
8.6.1子结构和特性连接关系的消失和衍生 175
8.6.2对偶图表征特征 176
8.6.3子结构迁移形成初始布局 179
8.7赋权图 179
8.7.1面权 179
8.7.2边权 186
8.7.3面权 187
8.7.4点权 187
8.7.5布局图 188
8.8参数化模型 189
8.9总结 190
第9章 发育设计系统框架 191
9.1设计属性 191
9.2设计空间 192
9.3数学模型 193
9.4发育过程 194
9.5发育机制算法 195
9.5.1基于规则的诱导 196
9.5.2基于规则和推理的基因转录 197
9.5.3仿生算法 199
9.5.4基于对偶理论的基因转录 206
9.5.5定型 210
9.6设计过程宏观变量 212
9.7设计过程控制 216
9.8总结 218
第10章 总结与展望 219
10.1总结 219
10.2研究概述 220
10.3本书特点 221
10.4展望 222
参考文献 226
附录A 博弈论基本概念和术语 242
A.1效用 242
A.2博弈论基本术语 242
附录B 图论基本术语 246
B.1图论基本术语 246
B.2平面性算法 247
附录C 单纯形法 249
附录D 名词汉英对照 251
附录E 名词英汉对照 257