多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化及其不確定性研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域所面臨的工程系統(tǒng)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法已經(jīng)顯示出其局限性。為了解決這個(gè)難題，多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）便應(yīng)運(yùn)而生。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化是一種通過充分探索和利用工程系統(tǒng)中相互作用的協(xié)同機(jī)制來設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的方法論，其主要思想是在復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中利用分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組織和管理復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，其目的是通過充

2、分利用各個(gè)學(xué)科之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，來獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解。本文對現(xiàn)有的幾種常用MDO算法進(jìn)行研究，并采用實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，通過對比來說明這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　對于任何設(shè)計(jì)過程來說，產(chǎn)品的可靠性都是必須要考慮的因素。在傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，對可靠性的研究已經(jīng)取得了巨大成就，也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化領(lǐng)域，由于其具有多目標(biāo)、多學(xué)科、多耦合、計(jì)算量大等特點(diǎn)，所以對于多學(xué)科系統(tǒng)的可靠性研究還存在很多困難。本文正是從

3、傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法入手，在多學(xué)科系統(tǒng)建模過程中引入可靠性指數(shù)（Reliability Index，RI），建立多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型；提出基于單學(xué)科可行法的多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，通過兩個(gè)算例驗(yàn)證了這種方法的計(jì)算效率。
　　在基于工程分析、建模與仿真的設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)知識的缺乏和對設(shè)計(jì)對象的不完全認(rèn)知，產(chǎn)生了基于模型的預(yù)估結(jié)果與真實(shí)結(jié)果的不一致性，同時(shí)對設(shè)計(jì)問題的描述和決策過程也存在模糊性，所有這些構(gòu)成了工程設(shè)計(jì)的不確定性

4、。在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化領(lǐng)域，這些不確定性會隨著耦合變量在各個(gè)學(xué)科之間進(jìn)行傳播，最后導(dǎo)致不確定性累積，因而影響最終設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。為了解決這個(gè)問題，本文提出了一種新的多學(xué)科系統(tǒng)不確定性分析方法——協(xié)同不確定性分析法。這種方法估算設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)模型中不確定性的均值和方差，并在每個(gè)學(xué)科之間并行地進(jìn)行不確定性分析。與傳統(tǒng)的蒙特卡洛仿真方法相比，協(xié)同不確定性分析法能夠顯著地減少系統(tǒng)層的計(jì)算次數(shù)，因而提高了MDO的設(shè)計(jì)效率。最后通過一個(gè)數(shù)學(xué)算例和一個(gè)