基于模糊折中规划的稳健多目标优化设计

针对稳健设计目标函数与波动之间的冲突及协调问题,提出了一种基于模糊折中规划的稳健设计多目标优化方法.该方法在考虑工程稳健设计中大量存在的模糊因素的前提下,建立目标函数以及波动的隶属度函数,利用模糊偏好分配每个目标的权重从而均衡目标函数值和波动之间的平衡.该方法将决策者的偏好充分体现到决策过程中,从而得到决策者所期望的折中解.从实例结果可以看出,模糊折中规划适合于求解稳健优化设计问题.

基于模糊时间序列的投资组合折中规划

通过建立证券价格为梯形模糊数的模糊时间序列预测证券价格,并以预测值与购买价格的比值衡量投资收益,以预测收益低于期望值的半绝对偏差计量投资风险,建立二目标投资规划模型,采用折中规划的方法求解,与均值-绝对偏差模型投资组合效果进行对比.对15只上证50指标股进行实证分析表明:折中规划可以根据市场的运行趋势进行投资决策,并且可以避免均值-绝对偏差二目标规划在严格数据约束下的无效解问题.

基于模糊折中规划的运输通道节点布局评价方法——以波罗的海——亚得里亚海通道为例

为合理选取运输通道上的节点城市,更科学地开展运输通道布局工作,参考波罗的海—亚得里亚海通道的节点城市选取原则,归纳出城市定位、人口和面积、产业分布、交通发展4个指标;从这4个层面查阅、分析该通道上21个节点城市的现状条件,并基于模糊折中规划方法量化布局指标;将指标进行归一化处理后,结合模糊偏好思想计算权重,得出波罗的海—亚得里亚海通道21个节点城市的综合得分并给出重要度区间。结果表明:华沙、维也纳、布拉迪斯拉发以0.97, 0.92, 0.81的高分位列前三,为一级重要节点;拉韦纳得分0.2,分数最低,为四级重要节点;其他17个城市分列二、三等级。分析得出:综合得分大于等于0.2是成为节点城市的必要条件,首都和省份的首府是运输通道节点的必然之选,交通枢纽和产业发展强劲的大城市也是通道覆盖的重要对象。

支撑结构多目标拓扑优化设计研究

以支撑结构为对象,研究了多工况下结构材料的最优布局和结构固有频率最大化的多目标优化问题。在基于变密度连续体结构拓扑优化方法的基础上,采用折中规划法研究多工况下多目标优化函数问题,建立了支撑结构的拓扑优化模型,利用分析层级法确定了各子目标的权重,进行了多目标拓扑优化,得到了材料的优化布局方案,减轻了结构质量,提高了结构固有频率。研究表明拓扑优化方法适用于板壳类结构的优化设计。

灌区多目标种植结构优化模型研究

建立了以扶余灌区经济效益、节水效益和生态效益为目标的作物种植结构优化模型,提出了灌区种植结构的不同调整方案。模型建立后,采用模糊折中规划方法将多目标函数转化成单目标函数,运用MATLAB软件进行求解。结果表明,该灌区在优先考虑灌溉成本兼顾其他目标时,旱田与水田的种植面积比例为1.53∶1,旱田全部种植玉米;优先考虑节水效益兼顾其他目标时,灌区全部种植玉米;优先考虑生态效益兼顾其他目标时,旱田与水田的种植面积比例为1.48∶1,玉米与大豆的种植面积比例为0.99∶1。

考虑人均延误和人均排放的信号配时优化模型

为将绿色交通、公交优先等理念融入交叉口信号配时优化的建模策略当中,建立以交叉口人均延误、人均CO排放为优化指标,以各相位有效绿灯时间为自变量的多目标信号配时优化模型.在人均延误公式中引入公交折减系数,用以避免公交绝对优先对社会车辆通行效率的负面影响.模型求解过程中运用模糊折中规划方法使量纲不同的两个目标函数实现无量纲化,令其取值在(0,l);采用模糊偏好方法计算两个目标的隶属度函数的权重值,进而将多目标函数转化为单目标函数;然后利用自适应惯性权重和异步学习因子相结合的优化粒子群算法,基于MATLAB软件平台实现单目标函数的求解;最后将模型应用于实际案例,对各目标值进行比较分析.结果表明:优化后人均延误下降了0.94 s,下降幅度为3.87%.人均CO排放量下降了1.25 g,下降幅度为12.74%.说明优化后的信号配时方案对于延误和排放具有优化作用,验证了模型的有效性.

某SUV车架多目标拓扑优化设计

为得到同时满足刚度和动态要求的SUV车架,基于SIMP材料插值方法,分别以刚度最大和低阶模态固有频率最大作为优化目标建立拓扑优化模型,利用折中规划法建立多工况下刚度和低阶固有频率多目标优化模型,通过拓扑优化迭代得到新的SUV车架;对新车架进行仿真分析,得到其位移和应力分布及前4阶固有频率.其静态特性满足材料要求且有很大提高,第1阶固有频率提高到30.3 Hz,新车架质量减轻到193.3 kg.计算结果表明该方法能够很好地解决多目标下的结构优化问题。

生态农业——生态旅游业耦合产业混合经济产出的最优化设计及评估

具备可持续发展特征的生态农业——生态旅游业耦合产业能够产生更大的经济效益,但同时也受到有限的资源(如土地)容量的约束。为了克服因最终经济产出的市场价格缺失而造成的评估困难,文章使用了一种基于有限土地资源约束的折中规划模型,对不同规模的经营组合所产生的收益变化进行刻画和分析。然后与传统的优化算法进行比较,得出最终的优化设计方案。

生态农业——生态旅游业耦合产业混合经济产出的最优化设计及评估

具备可持续发展特征的生态农业——生态旅游业耦合产业能够产生更大的经济效益,但同时也受到有限的资源(如土地)容量的约束。为了克服因最终经济产出的市场价格缺失而造成的评估困难,使用了一种基于有限土地资源约束的折中规划模型,对不同规模的经营组合所产生的收益变化进行刻画和分析。然后与传统的优化算法进行比较,得出最终的优化设计方案。

基于改进BESO方法的多工况船体开孔孔形优化

以船体梁腹板开孔为研究对象,考虑船体复杂受力工况,基于含满意度权重因子的折中规划法,对传统双向渐进结构优化(Bidirectional Evolutionary Structural Optimization,BESO)算法进行改进,将体积减轻比作为优化目标,孔边应力作为约束,提出一种适用于船体结构孔型的优化方法。在此基础上,基于ANSYS软件,通过二次开发编写改进BESO算法优化程序,对船体梁腹板的腰圆开孔进行优化设计,得到应力分布均匀且减重明显的开孔型式。优化结果表明,在满足结构强度的条件下,船体梁腹板减重30.01%,达到轻量化的目的。研究成果可为船舶结构设计优化提供参考。

生态农业—生态旅游业耦合产业结构调整和结构负熵计算——以合川地区为例

产业结构的调整受到有限的资源(如土地)容量的约束。为了克服因最终经济产出的市场价格缺失而造成的评估困难,使用了一种基于有限土地资源约束的折中规划模型,对不同规模的经营组合所产生的收益变化进行刻画和分析,并与传统的优化算法进行比较,计算反映产业结构有序度的结构负熵,得出最终的优化设计方案。

基于多准则妥协解排序法的安徽省矿业城市水土生态安全评价

[目的]探究矿业城市生态安全状况,厘清制约生态安全发展因素,为安徽省矿区可持续开采提供科学依据。[方法]以安徽省9个矿业城市水土生态安全为例,构建基于经济—环境—社会的综合评价指标体系,通过乘法归一化法结合优化后的G1和CRITIC赋权法实现主客观赋权,再运用多准则妥协解排序法(VIKOR)模型,基于折中规划考虑了群体效应和个体妥协,兼顾不同权重指标实测值的差异性,利用障碍度模型对其进行障碍因子诊断。[结果]多指标交互作用下的G1-CRITIC-VIKOR综合模型与实际数据匹配良好,安徽省矿业城市水土生态安全水平由高到低排序为池州、宣城、滁州、铜陵、马鞍山、宿州、亳州、淮北和淮南地区;其中工农就业人员比例、水土资源匹配系数、人均用水量、土地垦殖比例、城乡人均可支配收入是制约安徽省矿业城市水土生态安全水平的关键因素。[结论]安徽省矿业城市应积极进行生态文明建设,努力把经济向集约型经济转变;实施植树造林,做好受损矿区生态修复、重建工作,保障其在水土生态安全的基础上科学合理地开采煤矿资源。

变载荷铣削力影响下的加工中心床身结构优化设计

针对加工中心工作过程中变载荷铣削力对床身结构性能的影响问题,对加工中心床身的材料密度分布以及构成床身的基本结构单元尺寸进行了研究。提出了以床身低阶固有频率和最小柔度为目标,体积分数为约束条件的多目标拓扑优化设计方法;采用折中规划法结合平均频率法,构建了变载荷铣削力影响下的多目标拓扑优化数学模型;依据变密度法拓扑优化指导的材料去除方案,获得了加工中心床身的最佳结构布局;同时结合经过优化的拉丁超立方采样,构造了单元标准二阶响应面,使用多目标遗传算法对床身进行了多目标尺寸优化。研究结果表明:优化后床身固有频率增加16.9%,床身质量减少17.4%,最大变形量降低14.4%,最大应力降低18.8%;该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理,实现了轻量化设计。

基于工况风险评估的叉车门架多工况拓扑优化

以某3T型内燃叉车的标准门架为例,实现了典型工况下门架系统的整体非线性有限元分析;基于工况数据(工作时长、结构应力及形变位移),提出了工况风险评估方法及工况风险指标(RI)的概念;依据工况风险指标,提出了一种分配多工况拓扑优化权重系数的方法;采用折中规划法,以多工况下门架加权柔度最小为目标函数对门架结构进行拓扑优化;根据优化结果对门架结构进行改进设计,并进行了有限元分析。研究结果表明:风险评估法较传统平均分配法能得到更优的目标值;与原门架结构相比,新门架结构在3种典型工况下的最大应力分别减小10.05%、10.25%和1.58%,最大位移分别减小13.17%、12.93%和8.28%,质量减小7 kg。