機械產(chǎn)品多學科協(xié)同設(shè)計優(yōu)化建模理論和技術(shù)研究.pdf

1、該文提出"機械產(chǎn)品多學科協(xié)同設(shè)計優(yōu)化建模理論和技術(shù)".并對這一理論和技術(shù)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(shù)相融合,研究了常微分方程的并行算法,并將重積分問題轉(zhuǎn)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(shè)計意圖方向作了一些拓展工作.在優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域,近年來出現(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(chǎn)品多學科協(xié)同設(shè)計優(yōu)化建模技術(shù).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(shè)計優(yōu)化建模進程理論,即:需求分析→描述建?！鷶?shù)學建?！山鈹?shù)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(shè)計意圖.該文從優(yōu)化設(shè)計的角度出發(fā),對參數(shù)優(yōu)化過程中的設(shè)計參數(shù)的選擇、數(shù)學公式的捕捉進行了較為系統(tǒng)的探討.提出參數(shù)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(chǎn)品需求樹;"一表"是指參數(shù)表(包括設(shè)計函數(shù)表),它是產(chǎn)品需求樹向?qū)W科樹映射的產(chǎn)物.在綜合運用層次分析法和集合論等知識的基礎(chǔ)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(shè)計意圖用參數(shù)符號和公式固定下來,形成數(shù)據(jù)庫.使得設(shè)計者從盲目搜索中解放出來.對數(shù)學建模的功能進行了擴充.數(shù)學函數(shù)的表達、任務分解、參數(shù)分配和耦合變量分析等操作過程都被認為是數(shù)學建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié).在多學科設(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(chǎn)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(shù)學模型.最后,討論了任務分解條件下目標函數(shù)的構(gòu)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(quán)重分配方案.實踐上,首先在實施多學科協(xié)同設(shè)計優(yōu)化建模思想的過程中,分階段依次實現(xiàn)描述建模、數(shù)學建模和可解數(shù)學建模三大建模思想,自動生成與OPB2.0算法庫的接口函數(shù).其次,在FDT表理論基礎(chǔ)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(shù)系統(tǒng)、積分問題作深入研究,開發(fā)出一系列可解數(shù)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(shè)計