機械產品多學科協(xié)同設計優(yōu)化建模理論和技術研究.pdf

1、該文提出"機械產品多學科協(xié)同設計優(yōu)化建模理論和技術".并對這一理論和技術作了橫向和縱向拓展.在橫向上,將微積分與多學科協(xié)同優(yōu)化技術相融合,研究了常微分方程的并行算法,并將重積分問題轉化為微分問題進行處理.在縱向上,把優(yōu)化建模工作向捕捉設計意圖方向作了一些拓展工作.在優(yōu)化設計領域,近年來出現了分級優(yōu)化、分層優(yōu)化和多學科協(xié)同優(yōu)化等新思想.這些方法都是針對優(yōu)化設計過程中一個或幾個方面發(fā)展起來的新理論.歸納起來,主要體現在任務規(guī)劃和并行計算兩個

2、環(huán)節(jié).該文則力求較全面研究機械產品多學科協(xié)同設計優(yōu)化建模技術.力求在理論上和實踐上有所創(chuàng)新.從而,形成該文的多學科協(xié)同設計優(yōu)化建模進程理論,即:需求分析→描述建?！鷶祵W建模→可解數學建模.描述建模揭示了人類智能的潛意識,力圖用文字、符號和圖形等來捕捉工程師的設計意圖.該文從優(yōu)化設計的角度出發(fā),對參數優(yōu)化過程中的設計參數的選擇、數學公式的捕捉進行了較為系統(tǒng)的探討.提出參數優(yōu)化建模的"兩樹一表"策略.所謂"兩樹",是指按學科的層次性建立的學

3、科樹和在學科樹的指導下建立的產品需求樹;"一表"是指參數表(包括設計函數表),它是產品需求樹向學科樹映射的產物.在綜合運用層次分析法和集合論等知識的基礎上形成該文的描述模型,即需求一理論映射.這一模型從客觀上將人類設計意圖用參數符號和公式固定下來,形成數據庫.使得設計者從盲目搜索中解放出來.對數學建模的功能進行了擴充.數學函數的表達、任務分解、參數分配和耦合變量分析等操作過程都被認為是數學建模的關鍵環(huán)節(jié).在多學科設計優(yōu)化建模過程中,這些

4、環(huán)節(jié)都應當受到重視.該文求解多目標優(yōu)化設計的一個基本出發(fā)點是將多目標問題通過任務分解等方式轉化為單目標問題或者單目標問題的組合(如多學科協(xié)同優(yōu)化).為此,文章對任務分解和耦合變量的處理作了重點討論.并以抽油機為實例闡明了FDT表與DDT表的應用和耦合變量(包括系統(tǒng)變量和連接變量)的捕捉過程和處理方法.同時,對抽油機的產品模型進行了分解,形成一個帶有系統(tǒng)層和兩個子系統(tǒng)的并行數學模型.最后,討論了任務分解條件下目標函數的構造方式.并開發(fā)出一

5、種適用于二層模式多學科協(xié)同優(yōu)化的權重分配方案.實踐上,首先在實施多學科協(xié)同設計優(yōu)化建模思想的過程中,分階段依次實現描述建模、數學建模和可解數學建模三大建模思想,自動生成與OPB2.0算法庫的接口函數.其次,在FDT表理論基礎上,為建模工具Model開發(fā)任務分解功能.然后,對常微分方程(組)、微分代數系統(tǒng)、積分問題作深入研究,開發(fā)出一系列可解數學模型.另外,作者還參加了華中科技大學CAD中心的國家自然科學基金資助項目"機械系統(tǒng)廣義優(yōu)化設計