一种基于区间模型的多学科不确定性设计优化方法

提出了一种解决多学科优化中目标函数和约束不确定性的方法。该方法采用区间模型描述不确定性变量,基于区间数的序关系方法将不确定性目标函数转化为两目标的确定性目标函数;通过改进的满意度方法将不确定性不等式约束转换为确定性不等式约束;采用罚函数法将约束问题转化为无约束问题进行求解并将多学科可行方法作为优化方法。测试函数和工程应用实例验证了该方法的有效性。

考虑不确定性的多学科设计优化分解方法

为提高不确定性情况下多学科设计优化分解的合理性,研究不确定性因素对分解目标的影响,提出了考虑不确定性的多学科设计优化分解方法。首先将布尔型函数关系矩阵扩展为"相关性-规模"两层函数关系矩阵,给出了规模矩阵元素与设计变量不确定性的定量关系。然后针对该矩阵提出了任务规模、任务平均度和任务耦合度的概念,给出了三者的计算方法。在此基础上分析确定了优化目标、约束条件、优化变量,建立了整数规划模型,并应用遗传算法进行求解。最后以齿轮减速器为例进行分解,分解结果证明了本方法的合理性与先进性。

多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究

通常船舶多学科设计优化仅考虑确定性的影响,忽视设计中不确定性因素的存在,显然优化结果无法真正保障船型方案的可行性和航行性能的优良性。目前,不确定性船舶多学科设计优化主要集中在一维不确定性分析。为了得到船舶设计优化的最优方案,以多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题为例,通过分析考虑随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存分布状况,提出了一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials多项式为基础的多维多项式混沌方法,并以海洋平台支持船为对象构建多维不确定性量化模型。通过对多维随机不确定性因素对船舶优化方案的影响分析完成了船舶多学科稳健设计优化研究,有效地减少和避免船舶设计优化方案失效的可能性。

随机与区间不确定性下基于BLISS的多学科可靠性设计优化

为了提高多源不确定下多学科设计优化的效率,提出一种基于两级一体化策略的多学科可靠性设计优化方法。该方法采用一种单级概率可靠性设计优化与基于响应面的BLISS进行集成的策略,将传统嵌套循环的确定性多学科设计优化和多学科可靠性分析进行解耦、形成顺序执行的两个模块,减少了多学科可靠性分析次数和多学科分析调用频率,提高了多学科可靠性设计优化的效率。在多学科可靠性分析模块,采用一种序列化方法进行概率和非概率多学科可靠性分析。最后通过一个实例验证了方法的有效性。

考虑不确定性的多学科设计优化方法研究综述

目的研究多学科不确定性设计优化中多学科设计优化方法、不确定性建模与传递、不确定性设计优化的相关理论。方法通过研究并分析国内外相关文献,总结归纳考虑不确定性的多学科设计优化中的耦合系统解耦方法、参数和代理模型不确定性的建模方法,以及高效的不确定性传递和设计优化方法。结论系统探讨了在面对复杂多变的外界环境时,多学科设计优化对不确定性量化与传递的需求,提出多学科设计优化不仅要考虑确定性的系统,而且需要考虑由于外界环境变化导致的系统响应的不确定性。针对现有的多学科不确定性设计优化方法的理论研究,提出提高计算效率的关键在于将传统的三层嵌套循环计算框架解耦成单层循环。研究结果表明,考虑不确定性的多学科设计优化将成为复杂多学科系统设计的有力支撑,能显著提高系统的可靠性和稳健性,提高使用寿命,同时能够加快产品的更新换代设计。

分离模块航天器不确定性多学科设计优化

为了在分离模块航天器研制过程中充分考虑各类不确定性因素的影响,以此对全寿命周期成本、收益以及系统稳健性和灵活性进行综合评价和设计优化,本文对新概念航天器———分离模块航天器概念设计阶段的不确定性多学科设计优化(UMDO)进行了研究。首先,对UMDO方法进行了概述,对分离模块航天器UMDO的主要流程进行了介绍。其次,对分离模块航天器系统的体系结构和评价准则进行了定义,对学科模型、成本模型和收益模型进行了建模,并对其不确定性因素进行了提取和建模。最后以虚拟对地遥感分离模块航天器的概念阶段总体设计为例,对其UMDO数学问题进行了表述,采用UMDO优化过程对优化问题进行了组织与求解。优化结果表明,通过UMDO方法进行设计优化,能够有效提高不确定性因素影响下的设计方案期望净收益及其稳健性,验证了分离模块航天器不确定性多学科设计优化的可行性和有效性。

考虑不确定性的3-PRPS并联机器人多学科可靠性设计优化

以3-PRPS并联机构为研究对象,研究该机器人作为减振座椅主体机构运动平稳性指标、灵活性和承载能力的优化问题,考虑到实际加工误差造成机构参数发生的随机不确定性波动对机器人优化设计造成的影响,建立了该机器人考虑不确定性的多学科设计优化模型,基于Isight软件采用DFSS优化算法对模型进行求解使这些性能达到整体最优.研究结果表明,考虑不确定性的多学科设计优化应用在并联机构中是可行的,能为并联机构的优化设计奠定基础.

非概率不确定性及其对船舶坐墩配墩优化的影响

讨论了船舶坐墩配墩设计中存在的非概率不确定性及其描述。提出了一个非概率不确定性条件下船舶坐墩支墩配置优化设计的数学模型。着重分析了船体梁载荷和支墩组合刚度不确定性对设计结果的影响。计算结果表明,考虑参数不确定性后,配墩方案发生了变化,支墩结构重量也有所增加。增加的支墩材料是用于提高结构物抵抗不确定性参数波动变化的能力。相对于船体梁载荷不确定性,支墩组合刚度不确定性对设计结果的影响较大。

基于不确定性MDO的卫星总体优化设计研究

为了提高卫星总体设计质量,对基于不确定性多学科设计优化(UMDO)的卫星总体设计方法进行研究。首先提出了卫星总体的UMDO流程,重点对组织实现UMDO的优化过程进行了深入讨论。然后以某遥感小卫星的总体设计为例,对其UMDO数学问题进行了表述,采用UMDO优化过程对优化问题进行了组织与求解。优化结果表明,通过UMDO方法进行设计优化,能够在提高设计方案目标性能的同时,有效提高方案的稳健性和可靠性,验证了UMDO在卫星总体设计中快速形成稳健、可靠的优化方案的可行性和有效性。

基于区间不确定性的多学科可靠性设计

针对随机可靠性设计和多学科设计直接结合中存在的随机可靠性无法解决不确定性信息量较少及直接结合的嵌套结构计算效率较低的问题,采用区间描述有限信息的不确定性,以非概率可靠性指标衡量多学科系统的可靠性,建立了基于区间不确定性的多学科可靠性设计模型.同时,为了提高计算效率,采用性能测量法来减少可靠性分析的计算量,并引入序列优化与可靠性评估方法将三层嵌套的多学科可靠性设计结构解耦为顺序执行的确定性多学科设计优化和多学科可靠性分析过程,降低了计算复杂性.通过一个算例验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,相比多学科可行法,单学科可行法的计算效率较高.

飞行器多学科不确定性设计理论概述

设计是充分利用设计知识做出智能决策得到最优解的过程,在基于建模与仿真的飞行器设计过程中,由于客观存在的不确定性,产生基于模型预估结果与真实结果的不一致。飞行器传统设计采用基于串行的确定性设计方法,无法得到性能、可支付性、可靠性、鲁棒性等综合平衡的设计。本文旨在建立飞行器多学科不确定性设计理论,介绍解决飞行器多学科不确定性设计相关计算、组织和不确定性科学处理复杂性问题的方法和基本思想。

不确定性分析与稳健设计的研究进展

综合分析了近年来稳健设计的研究成果,重点对不确定性分析、特殊条件的稳健设计、模拟基稳健设计、多学科稳健优化设计和稳健设计应用等方面进行了较系统的归纳和总结,探讨了稳健设计发展规律和有待进一步研究的若干课题。

一种新的多学科系统不确定性分析方法——协同不确定性分析法

多学科设计优化中的不确定性对整个工程系统的设计过程具有非常重要的影响。对现存的不确定性定义进行比较和分类。详细描述多学科系统中的不确定性及其传播过程。在已有不确定性分析方法的基础上,提出一种新的多学科不确定性分析方法——协同不确定性分析法。该方法的基本思想是利用泰勒近似估算耦合变量和系统输出的方差,经过二次优化获得系统的稳健最优解,并对其具体计算过程进行详细描述。算例结果表明,协同不确定性分析法不仅是可行的,而且具有很高的精度,是分析多学科系统中不确定性的有效方法。

随机与区间不确定下基于近似灵敏度的序列多学科可靠性设计优化

为解决复杂系统多学科可靠性设计优化过程中由于存在多源不确定性和多层嵌套而导致的计算效率低的问题,将近似灵敏度技术与两级集成系统综合策略(Bi-level integrated system synthesis,BLISS)和功能测度法集成,提出一种能同时处理随机和区间不确定性的序列化多学科可靠性设计优化方法。基于概率论和凸模型对混合不确定性进行量化,提出一种随机和区间不确定性下的混合可靠性评价指标,并基于功能测度法建立多学科可靠性设计优化模型。采用近似灵敏度信息替代实际灵敏度值,将近似灵敏度技术同时嵌入多级多学科设计优化策略和多学科可靠性分析方法中,避免每轮循环都进行全局灵敏度信息的分析与迭代,提高了计算效率。基于序列化思想同时将四层嵌套的多学科可靠性设计优化循环和三层嵌套的多学科可靠性分析过程进行解耦,形成一个单循环顺序执行的多学科可靠性设计优化过程,避免了每轮循环对整个可靠性分析模型进行迭代分析的过程,减少灵敏度分析和多学科分析次数。以汽车侧撞工程设计为例,验证了该法具有同时处理随机和区间不确定性的能力,并且计算效率较传统方法分别提高了10.98%和23.63%,表明该法具有一定工程实用价值。

基于不确定性的无人机可靠性与性能一体化设计

鉴于可靠性与性能一体化设计有助于缩短无人机设计周期,提高设计水平,根据可靠性与性能一体化设计的三维空间设计思想,对其中涉及的关键技术进行了详细论述和研究。关键技术包括:使用性能参数数学描述可靠性函数和指标;可靠性与性能一体化设计的多学科设计优化;一体化设计中的不确定性分析。通过某无人机系统设计的简要过程,验证了可靠性与性能一体化设计的可行性。该研究为无人机系统设计的理论研究提供了一种宏观框架,为工程实践指出了一种技术途径。

基于区间不确定性的多学科过程分解方法

为了减少基于区间不确定性的多学科设计优化的计算成本,提出了一种面向多学科设计优化的分解方法。建立考虑同一学科多次执行的耗时差异性的过程分解优化模型;基于对学科间的耦合度和各学科复杂度的定义,构造耦合强度设计结构矩阵和学科计算成本矩阵,以评价系统的耦合强度和计算成本;进而构建基于遗传算法的寻求整体计算成本最小分解方案的流程;以飞行器的不确定性多学科设计优化为算例对上述方法进行了验证。通过四个分解方案的对比,说明该方法能够显著减少整体计算成本,且更具普遍性和易操作性。

鱼雷总体多学科不确定性问题研究

现今的设计问题多涉及多学科、多目标和确定性设计,忽视了系统本身的不确定性因素,设计结果通常与实际情况有很大差别。不确定性设计是设计理论发展的一个重要方向。本文综合分析了不确定性的分类、传播和设计,介绍了2种不确定性分析方法--系统不确定性分析方法和并行子系统不确定性分析方法,并对二者做了分析比较。同时指出将不确定性思想引入鱼雷总体多学科设计是鱼雷设计的发展方向。

车辆混合动力系统不确定性传播与参数优化

根据混合动力车辆的工作特性,对不确定下车辆混合动力系统参数优化的多学科设计优化方法进行研究。采用蒙特卡罗仿真估计车辆混合动力系统输入参数的不确定性对系统性能的影响;采用物理规划法构造系统性能目标的综合偏好函数和约束来满足实际需求与设计偏好;利用目标分流法对车辆混合动力系统的参数优化问题进行层次分解及协同优化。最终方案不仅使混合动力系统的功率匹配更加满足设计偏好,还使系统的设计参数达到最优配置。

水下非均匀环肋圆柱壳多学科设计优化

[目的]水下结构对强度、质量和振动噪声等的要求严格,为提高结构整体性能,从多学科角度优化水下结构设计具有重要意义。[方法]首先,采用改进的目标传递方法和代理模型优化水下结构振动声辐射设计,即采用改进的目标传递方法(将拉格朗日对偶原理运用到传统分级目标传递法中)实现对设计问题的分级和不同学科性能下的并行优化,并构建Kriging代理模型来解决水下结构振动声辐射计算耗时的问题;然后,以水下环肋圆柱壳(水下航行器)为例,针对轻量化、强度、振动与声辐射方面的要求,选取6个设计变量,以环肋圆柱壳的质量、应力、共振频率及其所处位置的声功率级作为目标函数,建立并行模型进行多学科设计优化。[结果]结果表明,Kriging代理模型可准确和实时预报空间任一点的响应;改进的目标传递法不仅获得了多学科优化结果,且与传统传递方法相比收敛性提高了30%。[结论]研究表明,基于所提方法得到的多学科设计优化结果更理想且收敛性更好。

飞行器多学科设计优化软件系统

为解决飞行器总体设计的难点 ,介绍了可用于飞行器多学科设计优化的软件 .该软件利用“松耦合”方式 ,以SQLServer 2 0 0 0为数据库管理系统(DBMS) ,与各学科分析程序相结合 .阐述了该系统的功能和软件结构、软件流程、主要模块 .为解决关键技术 ,提出圆环图处理总体与各学科的关系 ,利用模糊理论进行非数值型变量的转化 ,提出无量纲化多目标法进行多目标综合处理 ,构建单一数据库进行数据管理 ,采用三个数据文件作为程序接口 .总结了软件的特点 .