APPROACH FOR LAYOUT OPTIMIZATION OF TRUSS STRUCTURES WITH DISCRETE VARIABLES UNDER DYNAMIC STRESS, DISPLACEMENT AND STABILITY CONSTRAINTS

A mathematical model was developed for layout optimization of truss structures with discrete variables subjected to dynamic stress, dynamic displacement and dynamic stability constraints. By using the quasi-static method, the mathematical model of structure optimization under dynamic stress, dynamic displacement and dynamic stability constraints were transformed into one subjected to static stress, displacement and stability constraints. The optimization procedures include two levels, i.e., the topology optimization and the shape optimization. In each level, the comprehensive algorithm was used and the relative difference quotients of two kinds of variables were used to search the optimum solution. A comparison between the optimum results of model with stability constraints and the optimum results of model without stability constraint was given. And that shows the stability constraints have a great effect on the optimum solutions.

面向线束预装配的多约束线束布局方法研究

线束由一组线束段按树状结构连接而成,是飞机汽车等产品中连接各电气设备的接线部件。为提高安装效率,复杂线束需要在线束工装板图上进行预安装,即根据角度、距离、交叉、边界等工艺约束在工装板上摆放线束,是一个多约束下的线束布局问题。通过借鉴图布局算法,将线束布局转换为优化问题,并采用随机梯度下降法SGD每次随机挑选一对线束段进行优化,逐步迭代收敛。因为线束段是长度不变的刚体,所以移动一根线束段时会带动相连的其他线束段,进而导致SGD迭代过程出现震荡,难以收敛。通过提出双向传递的线束段移动算法,在保证线束段能移动到目标位置的同时尽量少相连线束段的变动。使用合成线束案例和某真实飞机线束案例进行有效性验证,结果表明各工艺约束能均能得到满足,符合线束预装配的生产要求。

基于IAGA的多行设施布局优化方法

针对横向和纵向通道位置和数量均不确定的多行设施布局问题,提出一种基于IAGA的多行设施布局优化方法。考虑设施最大纵横比约束,建立以物流成本、搬运设备空载成本及占地面积成本的加权平均值最小化为优化目标的布局优化模型;设计基于柔性隔间结构编码的改进自适应遗传算法(IAGA)对模型进行求解。算法中设计了自适应调整交叉概率、自适应选择交叉算子(双点交叉算子和单亲单点交换算子)及分别针对隔间结构和设施编号排列的基本位变异算子,提高了其收敛速度和搜索能力。最后,通过案例分析验证了IAGA算法的有效性。

考虑不同约束区间的风电场布局分级优化

为了提高风电场布局优化中尾流模型预测精度,以便能够较好预测风机安装台数和最大限度降低度电成本,本文基于改进三维尾流模型,考虑风力机处于不同约束区间,采用分级优化策略对2 km×2 km风电场进行精确布局优化。首先,利用网格法对风电场进行第一阶优化;其次,考虑不同约束区间,采用坐标法对第一级优化结果进行第二阶优化。研究表明:与Jensen尾流模型相比,改进后的三维尾流模型可以更合理地优化风电场布局;考虑收敛速度及度电成本,当约束区域为l_(imit)=150、200 m时,第二阶算法迭代速度较快,优化后其度电成本为0.8498/W,相比第一阶优化结果,降低了3.33%。

多重不确定性条件下长三角地区多行业CCUS源汇匹配模型研究与应用

随着“双碳”目标的提出,长三角地区面临一定的减排压力。合理布局规划碳捕集利用与封存(CCUS)项目对保障长三角地区能源安全,平稳实现区域“双碳”目标具有重要意义。CCUS技术的发展面临诸多不确定性因素,对CCUS未来时空部署形成巨大挑战。然而,现有CCUS源汇匹配研究多采用混合整数线性规划等方法,未充分考虑排放源、技术和政策等因素变化对CCUS减排潜力、宏观布局及成本效益的影响,导致规划结果与实际情况相比可能存在一定的偏差,给CCUS大规模部署带来较大挑战。为解决复杂不确定条件下CCUS源汇匹配问题,通过模糊可能性、随机机会约束和区间线性规划等方法,构建基于区间模糊机会约束规划方法的CCUS源汇匹配模型,应用在中国长三角地区CCUS源汇匹配的实际问题中,探究风险管理和决策支持方案。研究发现:若考虑不确定性,长三角地区CCUS项目总成本将高于确定性模型的评估结果;在违约风险为40%的情况下,长三角CCUS项目源汇匹配总成本最低,平准化减排成本低于30美元/t的排放源占筛选出排放源总数的38.5%,累计厂级碳捕集潜力56.9亿t。因此,将多重不确定性纳入模型综合考虑,探究不确定性条件下的CCUS源汇匹配部署方案,在提高项目经济性、可行性等方面具有重要的实际意义。

考虑工程约束的海上风力机规则排布自动优化研究

针对海上风电场风力机布置应符合多行规则排布形式的特点,提出一套风力机规则排布自动优化方法。该方法首先使用以平行四边形为基本布置单元的规则排布自动寻优算法遍历得到发电量最高的平行四边形排布方案,然后在此基础上进行贴合边界、末位移动和间距微调3步优化,保证行规则性的同时进一步提升风电场发电量。选取实际海上风电项目对提出的风力机规则排布自动优化方法进行验证,并将算法优化结果与人工经验排布方案进行对比。结果显示,算法优化排布方案比人工经验排布方案减小了风力机平均尾流损失0.31%,提高了风电场年上网电量3.84 GWh。提出的优化方法计算效率高,得到的风力机排布方案可实现风电场发电量最大化,且符合实际工程要求。

多目标约束的智能路侧设施优化布设方法研究

研究多目标约束下的智能路侧设施优化布设方法,构建设备成本、平均可靠性、平均管控效果等多目标约束的优化框架,并引入遗传算法结合AHP层次分析法等评价方法,提出多目标约束的智能路侧设施优化布设模型。其次,选用多品牌、多种类智能路侧设施开展案例分析,以遗传算法求解最优解。为验证模型灵敏度,本文还通过灵敏度分析验证了所设计的模型在侧重某一指标的应用效果:相较于专家给定的α、β、γ(平均管控效果、设备成本、平均可靠性对应权重值),侧重平均可靠性指标提升6.67%,侧重设备成本指标降低了27.82%,侧重平均管控效果指标有一定提升。实验结果表明本文模型在面向多品牌、多种类的智能路侧设施选型布设和实际动态需求具有可行性。

数字报版面布局自动生成方法

报纸版面对新闻有一个价值排序合理且美观新颖的展示,让读者面对众多新闻,在短时间获取最具价值的讯息和浏览乐趣。然而,对于排版人员而言,手动制作美观易读的报纸版面布局需耗费大量时间成本。本文结合贝叶斯网络推断和约束规划技术,提出一种数字报版面布局自动生成方法。该方法首先基于历史版面数据驱动和专家经验对数字报版面的结构和属性建立推断模型,使得新生成的版面具有历史特定风格;然后利用推断结果建立混合整数约束规划模型计算版面布局,从而显著减少模型求解空间,提高布局质量。此外,推断模型提供多种可用候选结构为生成结果提供多样性,规划模型具有良好的对齐性能。为了训练和验证模型,本文构建并公开了一个中文版面数据集,包括详细版面新闻属性标签数据。用户研究结果表明版面布局自动生成方法的有效性。

线缆长度驱动的两阶段热管约束组件布局优化方法

针对航天器总体布局设计过程中需要考虑线缆长度的问题,提出一种以线缆长度最小化为目标的两阶段热管约束组件布局优化方法。面向几何、质心、热管散热以及线缆长度等多种复杂约束相互耦合的布局难题,基于分而治之的思想提出将原问题解耦为两个序贯优化子问题,通过构建并求解子问题的混合整数规划模型,实现了综合考虑多条线缆最短化目标下预埋热管舱板组件布局的高效优化设计。数值布局算例结果表明,在包含15个组件、3条有线信息链路的多种优化场景下,本方法均可以找到两级求解框架下的最优布局设计结果,充分验证了方法的可行性和有效性。

多约束下矩形件排样问题的混合求解算法研究

针对板材和玻璃下料过程中存在的矩形件排样问题,提出了一种基于分割匹配算法与改进蚁群算法的混合算法进行求解。建立了以最大化均方利用率和剩余加工时间为目标的排样优化模型;利用蚁群算法作为排样顺序算法确定部分零件的排样顺序以满足零件的加工时间限制,为了提高蚁群算法搜索效率,提出了自适应信息素更新策略,引入基于遗传变异和2-opt变异的混合变异策略来增强局部搜索能力。针对于零件在毛坯上位置的排布问题,为提高毛坯的均方利用率同时又满足一刀切约束条件,提出分割匹配算法进行矩形件排布优化。将改后的算法与其他优化算法用国际标准测试案例和企业实际案例进行对比分析,验证了所提混合算法的有效性。

异形空间钢楼梯结构设计

随着建筑日益向高品质方向发展,各种造型新颖的楼梯应运而生。结合启迪设计大厦六折空间曲桥楼梯和四折弹簧空间楼梯等,介绍了异形空间钢楼梯设计在边界条件的确定、结构布置、受力特性、分析方法、构造细节、中间约束和支座设计、舒适度验算等方面与普通楼梯的区别和特点,以及异形钢楼梯荷载试验,可供异形空间钢楼梯结构设计参考。

数字经济对我国服务业集聚空间格局的重塑——基于区域与行业异质性的分析

数字经济正在成为重塑服务业集聚空间格局的重要力量。从集聚力和分散力视角并结合技术成本约束,构建数字经济影响服务业集聚的理论框架,进而从区域、行业以及双重异质性方面实证检验数字经济对服务业集聚的影响。结果显示,区域异质性下,数字经济显著提升了东部、南方、北方地区的服务业集聚水平,而对中西部地区服务业集聚水平的作用为负;行业异质性下,数字经济与消费性和生产性服务业集聚存在显著正向关系,而与公共性服务业集聚存在显著负向关系;双重异质性下,区域和行业的交互特征使数字经济对相应服务业集聚的影响呈现出较大不同。进一步分析表明,数字经济通过需求赋能和创新赋能影响了服务业集聚的空间格局,这一影响的异质性与行业对需求和创新的偏好相关。据此提出,在通过数字经济的需求和创新赋能效应助力服务业集聚的空间格局优化时,政府也须着力改善地区间的“数字鸿沟”问题,进而缩小数字经济下服务业集聚效益的区域差异。

基于能源互联网技术的电网分布式电源布置研究

电网分布式电源具有小模块化和分散化的特点,获取电源布置约束条件的难度较大,导致不同负荷条件下电网线路损耗较高。提出基于能源互联网技术的电网分布式电源布置研究方法。分析能源互联网技术,并将其应用在电源布置中,获取约束条件;利用约束条件建立电源布置目标函数,优化安装位置优化目标函数、分布式电源优化目标函数、储能系统经济运行容量优化函数等子函数,完成电网分布式电源的布置。实验表明:低负荷或高负荷条件下,所提方法的电网网络线路损耗均最低,分布式电源布置后节点电压的使用效率最高,验证了该方法的有效性强、实用性高。

几何约束条件下海上风电场布局优化方法研究

考虑实际工程需求,开发一种几何约束条件下海上风电场智能布局优化方法。该方法使用Gaussian模型计算风力机尾流区的速度亏损,并以最大化风电场年发电量为目标采用差分进化算法进行优化,可满足海上风电场布局时的各类几何约束。利用该方法分别在3行、4行、7行几何约束下对中国某海上风电场的风力机排布方式进行优化。结果显示,相比于原始布局方案,在考虑海缆铺设成本增加的情况下布局优化方案可提升风电场年发电量2.13%~2.64%。进一步分析表明,布局优化过程中可行解数量的设置需综合考虑智能算法寻优难度的影响。

针对空间锢定效应的北京中心城区无障碍公共服务设施优化策略

当下社会环境与城市发展对残障人群愈具包容性,同时日益增长的残障群体数量也产生了巨大的无障碍环境需求与社会参与需求,但与此并行的有关残障群体服务质量问题始终存在“短板”。文章基于空间锢定效应,结合残障人群公共服务设施所划分的“四级五类”中的“五类”,系统化探索北京中心城区无障碍服务“人本缺位”问题。通过对不同类型设施POI数据进行热点探测分析,获得设施盲点区位,遵循解锢原则,提出无障碍公共服务设施的增补策略,为实现城市存量优化目标提供现实性参考。

考虑碳排放约束的加工中心布局优化

为解决加工中心布局与经济、环境效益之间的匹配问题,笔者在系统布置设计(system layout planning, SLP)方法基础上,对加工中心的物流和非物流相互关系进行了系统分析。考虑碳排放约束对布局的影响,建立了基于搬运成本和碳排放成本最小化、非物流关系以及面积利用率最大化的多目标优化模型;分别应用SLP和遗传-和声算法(genetic algorithm-harmony search, GA-HS)对实际中的加工中心作业区域布局进行优化;最后对2个方案的优化效果进行对比。结果显示:GA-HS布局方案与传统SLP布局方案相比,物料搬运及碳排放成本共节约了29.6%;面积利用率与非物流关系上GA-HS布局方案分别提高了16.2%和2.5%。该研究有效解决了考虑碳排放约束下的加工中心布局优化问题。

小型电机装配车间双排生产线布局优化

生产车间的布局是降低生产成本的最有效手段,经过对小型电机装配车间工艺流程深入的研究,对生产线布局进行认真的分析、思考后构建布局方案,然后对该车间生产线布局进行数学模型的构建。借助vs2010软件,对各功能区的尺寸长度和中心点坐标进行约束条件设置,建立最小物流强度的数学模型,对车间布局进行优化,求解出最优的产线布局设计方案,再和优化前的布局进行物流运量等参数对比,求出最佳物流强度比之前降低30%。此种优化思想不仅对于小型电机装配车间,对类似的制造业生产车间的布局优化都可以具有借鉴意义。

老油田集输管网布局优化技术研究

老油田在滚动开发的过程中,新增油井和阀组会改变原有的管网拓扑结构,使求解难度大幅增加。针对这一问题,以总投资费用最小为目标函数,在考虑压力约束、管径集合约束、连头数量约束和隶属关系约束的前提下,通过分支定界法对目标函数迭代求解,并利用实际案例进行了验证分析。结果表明,整体优化后的管道长度为15.43 km,总投资为605.53万元;分级优化后的管道长度增加了7.19%,总投资增加了14.53%,证明了整体优化可进一步降低管网投资和运行费用。

大型枢纽机场建筑本体规划布局研究

大型枢纽机场的功能构成分为空侧运行、建筑本体及周边交通设施三部分,以符合大型综合交通枢纽定义范畴的民用航空机场建筑本体为主要研究对象,系统介绍建筑内部包括主体设施、换乘设施、商业开发的功能组团,并梳理建筑本体布局的目标、限制因素、布局策略等问题。

基于椭圆约束的风机阵列优化

风电因其清洁且可再生的特性,成为适合大规模开发的重要发电方式之一。风电场规划与设计中,风机阵列优化是重要环节,直接决定风场开发的经济性。风机间距是影响风机阵列优化的关键因素之一。为保障风机安全运行的同时加强风能资源的利用,提出了基于椭圆约束的风机阵列优化模型及相应的算法,在主风向和其他方向考虑了不同的风机间距约束。基于该方法,进一步研究了不同间距约束对风机阵列优化的影响,为风场工程设计提供直接的借鉴。