基于目标级联法和遗传算法的多学科设计优化研究

目标级联法是一种有效解决复杂工程系统优化问题新型的多学科设计优化方法,而遗传算法是一种基于生物自然选择与遗传机理的智能型全局搜索算法,为此,将遗传算法应用于目标级联多学科设计优化中,形成一种新型的GA-ATC优化算法,并以齿轮减速器优化设计为例验证该算法的有效性.     

多学科设计优化方法的研究及其优化系统的构建

为提高对复杂系统的优化设计效率,构建了针对复杂系统的多学科工程设计优化系统MEDOS.MEDOS系统主要由用户界面、驱动系统、前处理、算法库、数据库及后处理模块组成.MEDOS系统能够对复杂系统进行分解、建模,调用相应的通用算法和专用算法完成优化设计,不仅能够求解一般的工程优化问题,而且对于涉及离散、随机的优化问题也有很强的求解能力,具有友好的用户界面,为应用多学科设计优化方法提供了便利.     

云环境下的多学科设计优化研究

多学科设计优化(MDO)在实际应用中面临计算量庞大而复杂的困难,而云计算为解决这种困难提供了手段。利用云计算整合优化资源方面的优势去解决多学科优化过程的难题,按云服务理念,将MDO作为一种服务,搭建了面向MDO的云优化平台,以目标级联法作为MDO的典型代表,对MDO问题进行层级分解,将复杂的工程系统分解为相互联系的若干子系统,降低了原优化问题的求解困难,以几何规划问题和汽车燃烧室的优化设计为例,探讨了云环境下MDO求解的有效性。     

几种新型多学科设计优化算法及比较

归纳和评述了二级集成系统综合法、分级目标传递法和子空间自主式优化方法3类基于系统分解的新算法及其改进算法,阐述了3种算法的基本思想、结构体系及其特点,讨论了它们对优化对象的适应性,并从分解标准、级数、收敛性和代理模型等方面对它们进行了比较.     

多学科设计优化研究进展

多学科设计优化是一种基于学科分析和优化的集成的系统设计方法论,是解决航天器设计等复杂工程系统问题的有效手段。综述了多学科设计优化的研究进展及其在航天器设计中的应用。重点介绍了系统数学建模、分解与组织技术及多学科设计优化算法等关键技术,讨论了多学科设计优化目前存在的问题和发展趋势。     

复杂产品设计与多学科设计优化综述

开展复杂产品(系统)设计理论和方法研究有助于提高复杂产品的设计水平,也是当前产品设计研究领域中的热点和难点.多学科设计优化(MDO)作为解决复杂产品(系统)设计难题的一种最新、最有效的理论和方法,受到越来越广泛的关注.在分析产品设计活动的基础上,论述了复杂产品(系统)的概念,分析了复杂产品及其设计的复杂性.系统研究了多学科设计优化的提出、定义、主要思想、国内外研究与应用现状、主要研究内容和关键技术等问题,讨论了国内广泛并深入开展多学科优化设计研究和应用的必要性和紧迫性.     

基于6σ的多学科设计优化

在实际的工程问题中,总是不可避免地遇到一些不确定因素,导致许多优化策略无法用数学模型来体现这些不确定因素,从而造成结果分析错误或不全面．因此引入面向6σ概率设计(DFSS,σ为随机变量的标准偏差)方法,对其算法原理进行了阐述和分析,并且采用多学科设计优化(MDO)高层优化算法框架来支持DFSS设计,从而可以有效避免DFSS在处理复杂问题时串行处理的缺点,将涉及多学科的复杂系统问题逐步分解为各个单学科来并行地进行概率设计．最后,在理论研究的基础上结合轴承座这个工程实例,给出了其具体实现,证明了将二者结合进行复杂问题的概率设计是可行的．     

复杂产品多学科设计优化技术

针对复杂产品设计过程中存在学科组成多、学科高度耦合、复杂产品不能进行全面优化设计的问题,指出在复杂产品设计中应用多学科设计优化(Multidisciplinary design optimization, MDO)方法的必要性.阐述MDO的国内外发展现状及其基本概念.分析MDO的知识体系,总结出MDO研究应包括理论和应用两大方面,前者主要包括数学建模、系统分解、优化框架、近似模型、灵敏度分析和优化算法等理论方法,后者主要涉及软件集成、数据转换、设计数据管理、可视化、项目管理和并行计算等技术,并指出这些理论方法与应用技术间的关系.结合实际情况,建议我国应在理论创新、集成平台开发和技术推广等方向开展MDO研究工作.     

多学科设计优化方法及其在水下航行器设计中的应用

运用多学科设计优化算法(MDO)对鱼雷系统进行总体设计,是目前水中兵器领域的一大拓展。传统的鱼雷总体设计不能很好地实现各个子系统之间的协同效应,所取得的最终设计结果往往不是系统的全局最优解。这里基于MDO方法的鱼雷总体设计分析就在很大程度上解决了该问题。     

多学科协同与设计优化关键技术研究

传统的设计优化一般主要受到某一个性能或学科的影响,因此造成整体设计优化的结果不理想,甚至互相矛盾,这就使设计优化必然走向系统和总体的设计优化.随着计算技术的发展,人们开始尝试将多学科的设计综合在一起,进行多学科协调优化.本文分析了多学科协同与设计优化关键技术,并提出了协同设计优化的方法,对探讨多学科协调优化有一定的参考价值.     

Variable fidelity metamodel-based analytical target cascading method for green design

Along with the increasing attention on the environment and resources, green design and green manufacturing has become a tendency nowadays. In order to mitigate the computational burden when solving green design problem of the complex engineering system, a variable fidelity metamodel-based analytical target cascading framework (VFATC) is developed to explore the application of variable fidelity (VF) metamodels in analytical target cascading (ATC). In this VFATC framework, a VF approximation modeling method is developed, which employs both computationally efficient simplified (low fidelity, LF) and expensively detailed (high fidelity, HF) information. To efficiently integrate the LF and HF information, kriging is enhanced to scale LF model (LFM) to HF model (HFM). Then, the scaled LFM is used as an approximation model to replace the analysis models in VFATC. The effectiveness of VFATC framework is applied into a lightweight design problem of cantilever beams and a ship design problem with the objective of oil consumption reduction. Overall results show the VFATC methods introduced in this paper provide an effective way of improving computational efficiency of multidisciplinary green design optimization problems based on complex HF simulation models.     

Lightweight design of an electric bus body structure with analytical target cascading

Lightweight designs of new-energy vehicles can reduce energy consumption, thereby improving driving mileage. In this study, a lightweight design of a newly developed multi-material electric bus body structure is examined in combination with analytical target cascading (ATC). By proposing an ATC-based two-level optimization strategy, the original lightweight design problem is decomposed into the system level and three subsystem levels. The system-level optimization model is related to mass minimization with all the structural modal frequency constraints, while each subsystem-level optimization model is related to the sub-structural performance objective with sub-structure mass constraints. To enhance the interaction between two-level systems, each subsystem-level objective is reformulated as a penalty-based function coordinated with the system-level objective. To guarantee the accuracy of the model-based analysis, a finite element model is validated through experimental modal test. A sequential quadratic programming algorithm is used to address the defined optimization problem for effective convergence. Compared with the initial design, the total mass is reduced by 49 kg, and the torsional stiffness is increased by 17.5%. In addition, the obtained design is also validated through strength analysis.     

Extensible multi-agent system for optimal design of complex systems using analytical target cascading

Analytical target cascading (ATC) has emerged as an integrated approach and methodology for optimal design of complex hierarchical systems with good convergence. It facilitates collaborative design problem solving and enables distributed computing to extend both the capability and capacity. ATC is very powerful yet requiring comprehensive understanding and efforts in setting up specific projects. This paper presents a generic and extensible information infrastructure called atcPortal in the form of a web portal where the ATC analyst defines the ATC problem using a special-purpose XML-based language called atcXML, conducts the ATC analysis, and obtains the analytical results. atcPortal not only reduces the overheads for analysts to set up the projects for practical applications, but also allows the researchers to experiment and extend the ATC methods under different system structures and/or different ATC strategies.     

新型陀螺经纬仪的研究与应用

根据陀螺理论的基本规律及陀螺运动特性,建立陀螺元件的力学模型进行定量结果的分析,得出高速旋转的陀螺转子在地球自转角速度影响下的运动规律;通过先进的CCD光电测控技术对其进行采样和数学计算,从而得出被测点子午线的真北方向,实现系统的定向过程;通过经纬仪实施对导弹的瞄准,确定待发射导弹的坐标方位角,使定向和瞄准一体化,为新一代采取机动发射的武器系统提供一种新颖的陀螺经纬仪结构方案。该系统具有成本低、精度高、作业时间短等优点。特别适合军事领域应用的需要。     

光谱仪器及其应用的发展和展望

本文以使用最多、覆盖面最广的常规光谱仪器(紫外可见分光光度计-UVS、原子吸收分光光度计-AAS)为代表,综述了光谱仪器及其应用的发展概况;指出了常规光谱仪器的发展方向;提出了光谱仪器发展中应该打破误区、注重可靠性等重要问题。     

尺寸约束冲突延迟方法及其在变型设计中的应用

针对产品变型设计过程中零件实例重用引起的尺寸约束冲突,提出尺寸变化需求在入度尺寸之间分配的冲突延迟方法。分析了产品多样化与参数化变型实现模式,提出零件主模型重用和零件实例重用相结合的产品变型设计方法。分析了零件实例重用引起的尺寸约束冲突形式,构建了五元组的尺寸约束网络图,定义了尺寸之间的变化概率矩阵,在此基础上给出尺寸变化需求转移、延迟策略,设计了基于启发函数的尺寸变化概率分配模型,并以零件为对象构建了尺寸冲突决策模型,将变型设计需求快速聚集到少数零件对象上。通过一个实例对上述原理和方法进行了验证。