基于SysML的多学科设计建模与优化

目的 基于系统建模语言SysML,分析多学科设计建模与优化过程,在理解多学科设计与优化数学模型的基础上,构建系统设计优化模型。方法 通过分析多学科设计优化的数学模型,利用SysML语言对多学科优化对象模型进行元模型表征,将生成的SysML模型进行模型转化,转换成XML格式以便优化求解器进行求解。结论 提出了一种用于多学科设计建模与优化的SysML扩展优化建模方法。通过SysML系统建模语言的扩展版型,添加多学科优化相关的优化目标、优化约束、优化变量等优化元素的模型内容。提出了SysML优化信息的提取方法,以XML为中间格式,将提取的优化模型与优化求解器进行集成。通过系统设计与系统优化的集成求解为产品系统架构设计人员提供有效的决策支撑。

面向正向概念设计的车身T型接头快速优化

在车身概念设计阶段,提出了面向正向概念设计的T型接头的快速优化方法。该方法不依赖CAD模型,直接利用接头截面信息,快速建立由隐式参数驱动T型接头更新的全参数化模型,并建立了自动的T型接头多目标优化流程。以某车型B柱下接头为例,在满足强度、刚度要求的约束条件下,快速设计出以侧面碰撞性能和质量较优为目标的T型接头结构。优化结果根据冲压工艺和造型要求进行适当调整后,应用到实车中。

我国煤炭企业安全效率评价及其优化

为合理配置煤炭企业安全投入,优化企业安全结构,提高煤炭企业安全效率,结合我国煤炭企业发展实际,采用不变替代弹性(Constant Elasticity of Substitution,CES)生产函数分析方法,对2005—2011年我国煤炭企业安全效率进行评价与分析,进而利用最小二乘法估计最优CES生产参数,并对煤炭企业安全效率进行优化。结果表明,我国煤炭企业安全效率投入中的研发费用、从业人数、煤炭产量和安全投入比例为1.39∶1∶2.73∶2.28,而优化后的最优投入比例为5∶1∶8.09∶4.82。将CES优化结果与6家安全效率较高的煤炭企业比例(4.68∶1∶7.64∶4.35)相比较,发现二者十分接近,从而论证了该方法的实用性与有效性。研究表明,我国煤炭企业资源利用率低,人员冗余度高,人均安全投入和研发费用严重不足。

单腿八连杆机构足部轨迹与受力研究

探讨了四足步行机器的行走问题。在Pro/MECHANICA Motion环境下对单腿八连杆机构进行了运动仿真,并且以机构的JFI为优化目标,建立了满足约束要求的数学模型,得到了优化的杆件参数。

基于多目标决策的CO_2排放权初始分配方法研究

CO2排放权的分配问题不仅是构建碳交易市场的起点,还是排放权交易中最具争议和最为核心的问题。为科学、合理地实施企业CO2排放权初始分配,从经济最优性、分配公平性、生产连续性三方面的综合决策角度出发,构建了一个以企业环境经济效益最大化、CO2减排费用和综合基尼系数及CO2排放方差最小化为目标的CO2排放权初始分配多目标决策优化模型,并将该模型应用于既定企业的CO2减排任务分摊中,对环境决策者的目标决策选择行为进行敏感性分析。结果表明:减排成本较小、经济发展规模较好及公平性指标值较高的企业更有可能承担较大的减排任务;企业决策者对不同目标的选择,有利于挖掘具有高减排潜力的企业,以实现整体减排分摊的优化;该分配方法既克服了单目标分配的缺陷,又兼顾了各企业的实际差异,是一种较为理想的分配方式。

超、特高压交流变压器出线绝缘结构的设计和应用

高压出线绝缘结构是超、特高压交流变压器主绝缘结构的重要组成部分,直接影响变压器整体的电气性能、制造成本、生产周期和装配的工艺性等多个方面。因此超、特高压变压器出线绝缘结构的研究和优化设计、国产化制造对于提高变压器的绝缘可靠性、经济性和整体制造水平有着重要的工程应用价值。为此,在介绍大型变压器出线绝缘结构的基础上,采用有限元法进行绝缘出线结构电场分析计算,给出优化设计结果和工程应用实例,长期安全运行及产品试验结果验证了优化设计的可靠性和可信性。针对国内1700、750和500 kV变压器出线装置的研发过程进行了深入的探讨,分析了超、特高压变压器出线装置国产化的可行性及其今后的发展趋势。

基于Drools规则引擎的柔性化钣金产线优化排程

针对柔性化钣金产线加工订单呈现离散化特征所导致的人工排程不能满足需求的问题,在订单按时交货的基础上以最小化综合成本及最低综合设备损耗为目标,基于Drools规则约束引擎,研究适用于柔性化钣金产线的快速寻优排程方法。以钣金生产为例,分析排程规划问题的求解过程,通过分析多目标求解的问题提出结合Drools规则引擎的求解方法。根据钣金产线实际生产需求列出规则约束,并以此建立数学模型。结合三级评分模型及寻优机制求解优化排程方案。通过模拟生产排程应用,分析寻优结果最优排程方案的甘特图及得分明细,验证了排程方法的有效性。

新的无线传感器网络覆盖控制算法

首先,设计了节点自适应传感半径调整算法(AASR,adaptive adjustment of sensing radius),通过节点自适应选择最佳的覆盖范围,有效地进行节点覆盖控制,减少节点能量虚耗,提高覆盖效率。其次,从调整效果、能量消耗和覆盖冗余度3个方面对节点自适应传感半径调整算法进行了模拟实验和分析。仿真结果表明,AASR能够有效提高节点生存时间,减少能量消耗,提高覆盖率。

道路工程土石方优化调配模型与工程应用

对于道路工程路基施功来说,土石方优化调配是不容忽视的一个关键点。在调配关系当中的运输距离计算以土石方调配坐标体系来进行,可以最大程度的减少优化计算所需要的数据量,使得模型的实用性更加强大。

基于交通预测的多态交通流信号控制

为解决现有信号控制方法对多态交通流交叉口适应性不足的问题,通过在交叉口设置多功能进口车道和车辆检测器、车道控制器等硬件设施,进行了短时交通流预测基础上的多态交通流条件下交叉口信号配时优化研究。根据交通量预测数据,建立信号控制延误估计模型,以交叉口总延误最小为优化目标选取多功能车道流向,根据每相位最大排队长度逐步优化绿灯时长并实施信号控制。短时交通预测以小波分析为基础,采用RBF神经网络及Markov链分别预测交通流的稳态与随机部分。使用VISSIM软件对设置多功能车道的交叉口多态流信号控制方法进行了交通仿真。分析结果表明:该方法可有效降低行车延误,提高交叉口服务水平。

一种改进的快速收敛多学科设计协同优化方法

为解决协同优化(CO)方法计算量过大、收敛速度较慢的问题,提出了一种面向复杂工程系统多学科设计优化的改进的快速收敛协同优化方法(IFCCO).首先,将系统优化的全部设计变量分为全局设计变量和局部设计变量两个部分,在系统级添加各子学科内与全局设计变量相关的约束条件,使得系统级优化只控制全局设计变量,而学科级则只控制局部设计变量,从而消去辅助设计变量;然后,基于学科状态方程,在系统级和学科级同时构建耦合变量的一致性约束条件,保证更严格的耦合变量一致性求解,并赋予各子学科完全的自治权.通过两个典型的MDO算例检验了IFCCO方法的计算特性,结果表明:该方法在严格保证耦合变量一致的前提下,计算量大大减少,收敛速度得到很大提高.

混凝土泵高低压切换阀典型管网液流特性

针对混凝土泵泵送过程中高低压切换阀压力损失的严重问题,采用计算流体动力学(CFD)方法,结合油液流动特性对阀块管网结构进行优化设计。以混凝土泵高低压切换阀内典型的"∏"型孔道为研究对象,在Fluent中对流道结构进行建模和仿真,通过数值模拟得到了流道内压力、速度等参数的分布和变化规律,分析了刀尖角方向和工艺孔属性对管道压力损失的影响。同时在HBT80S1813型拖泵上用改进前后的2种阀块做了对比试验。仿真结果表明:液流方向正对刀尖角时管道压力损失较小;管网阻力随工艺孔通径的增大而减小,超过最大工艺孔通径后压力损失不再明显变化;工艺孔有效长度大于1.5倍工艺孔通径时,管网压力损失随工艺孔有效长度的增大而增加;工艺孔冗余腔的长短对管网压力损失没有明显影响;按仿真结果优化后的阀块压力损失明显减少,系统发热得到改善,证实了理论分析和仿真结果的正确性,研究结果可为阀块流道的结构设计及优化提供理论依据。

基于遗传算法的冷锻压力机广义肘杆机构的多目标优化

建立了冷锻压力机广义肘杆机构的向量化运动模型,并以此为基础确定了由曲柄存在条件、极位传动角条件、摆杆限位条件、滑块侧向力不换向条件、下连杆最大偏角条件、下死点直线传力条件、工艺性条件和行程限定等组成的约束方程组。提出了"产品经济性"、最大扭矩、工作区速度和最大加速度等指标相结合的优化适应度函数,使用遗传算法计算得到了杆系参数的工程最优解。与原参数相比,最优解的综合性能提升了2.94%。