基于6Sigma方法的发动机悬置系统稳健优化设计

为提高发动机悬置系统的隔振性能,文章将稳健设计与多目标优化相结合,提出了一种发动机悬置系统多目标稳健优化方法。该方法采用第二代非劣排序遗传算法对悬置刚度进行确定性优化;考虑悬置刚度的不确定性,利用蒙特卡洛模拟方法获得确定性优化方案的可靠性,并利用6Sigma优化方法对悬置系统做了进一步稳健优化;最后以某型轿车的发动机悬置系统优化为例,验证了该方法的有效性。     

多开孔耐压柱壳多目标稳健性优化

为提高多开孔耐压柱壳设计效率,进行了设计变量的灵敏度分析和降维处理.利用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取,对样本点进行了计算、分析及拟合,得到了精度满足工程需要的近似模型.建立了多开孔耐压柱壳确定性多目标及多目标稳健性优化模型,分别进行了确定性多目标优化、3σ稳健性优化和6σ稳健性优化的求解,采用最小距离法确定了相应的优化方案.结果表明:6σ优化与3σ对比,在质量增加的同时,极限载荷有所增加;3σ优化与确定性多目标优化对比,质量和极限载荷增加幅度较大,说明必须增加设计参数值以适应结构稳健性要求的提高,从而导致质量增加,6σ优化所有约束函数和目标函数的质量水平都有了提高,多数设计变量的质量水平提高到了6σ以上.可见6σ的稳健性优化可大幅提高多开孔耐压柱壳的稳健性.     

基于组合算法的碟形水下滑翔机结构稳健优化

为提高圆碟形水下滑翔机耐压结构优化设计方案的可靠性,引入稳健性设计方法进行优化设计.首先,采用拉丁超立方方法进行试验设计,建立了预测圆碟形耐压结构性能的径向基神经网络模型;采用存档微遗传算法(AMGA)和Hooke-jeeves组合优化算法,给出了耐压壳体结构多目标优化方案;然后,应用蒙特卡罗描述性抽样方法对确定性优化结果进行了可靠性分析;在此基础上,考虑工业制造过程中不确定性因素,进行耐压结构稳健性优化求解.优化结果表明:结构质量减少了20.03%,轻量化效果明显;各设计变量和优化目标的可靠度均达到100%,优化结果具有较好的稳健性.     

基于Chebyshev零点多项式区间不确定的可靠性拓扑优化设计

传统的结构拓扑优化分析和设计都是基于特定参数确定性的物理模型。然而,在实际的结构设计中存在着广泛的不确定性,这种不确定性严重影响结构的物理性能。文中基于多椭球凸模型的非概率可靠性来量化结构参数的变化,研究存在不确定但有界的参数的连续体结构的拓扑优化问题。首先,建立变量具区间不确定性的可靠性拓扑优化模型,以结构设计区域质量最小为目标函数;然后,根据可靠性指标的几何意义,应用非概率模型寻求满足目标可靠性指标约束的设计点;在此基础上,应用区间Chebyshev零点多项式逼近归一化随机变量的真实极限状态函数,并利用单环可靠性算法计算相应目标可靠性指标下的最佳设计点值,从而使得非概率可靠性优化问题可以转化为确定性优化问题。两个数值例子说明了方法的有效性。结果表明,与确定性的结构拓扑优化设计相比,考虑变量随机性的可靠性拓扑优化能够获得更加可靠的拓扑结构。     

基于6σ稳健性方法的汽车行驶平顺性优化

建立某轿车11自由度的整车平顺性模型,以各个座椅垂向加速度均方根最小为优化目标,以各个悬架的动行程和各个车轮的相对动载为约束条件,结合蒙特卡罗方法和6σ稳健性优化技术,分别对悬架参数进行多目标确定性优化和稳健性优化,分析设计变量波动对优化结果的影响.优化结果表明:优化后的整车平顺性明显提高;稳健性优化结果比确定性优化结果具有更高的稳健性和可靠性.     

多层框架结构区间优化新方法

多层框架结构的设计参数受测量或加工精度影响往往具有一定的误差或不确定性.针对设计参数具有不确定性的多层框架结构,提出一种区间优化新方法.用区间数表征框架结构的不确定设计参数,通过优化框架结构响应区间值的上界,将区间优化问题转化为近似的确定性优化问题.将结构响应Taylor展开式中的一阶导数也看成区间的,可得到框架结构响应更加准确的变化范围. 选择区间设计参数的中值和半径为优化变量,可以得到比传统确定性结构优化更多的优化信息.对一典型四层框架结构进行了具有频率约束的区间优化.结果表明,区间优化不仅能得到与传统结构优化大致相同的设计参数最优值,还能得到当实际工程问题中设计参数取不到理论最优值而有微小波动时,框架结构响应的变化范围,为框架结构的可靠性分析提供理论依据.     

多层框架结构动态响应的区间优化新方法

针对设计参数具有不确定性的多层框架结构,提出一种区间优化新方法.用区间数表征框架结构的不确定设计参数,通过优化框架结构响应区间值的上界,将区间优化问题转化为近似的确定性优化问题.对一典型四层框架结构进行了具有频率约束的区间优化.结果表明,区间优化不仅能得到与传统结构优化大致相同的设计参数最优值,还能得到当实际工程问题中设计参数取不到理论最优值而有微小波动时,框架结构响应的变化范围,为框架结构的可靠性分析提供理论依据.     

基于近似移动矢量的证据理论可靠性设计优化方法

针对存在认知不确定性的结构优化问题,提出了一种基于近似移动矢量的证据理论可靠性设计优化方法,可有效提升计算效率.该方法通过等面积法将证据变量转换成概率变量,构建等效的概率可靠性设计优化模型,并使用序列优化与可靠性分析方法求解获得近似设计点;开展基于证据理论的可靠性分析求解约束的可信度,构建近似移动矢量和确定性优化模型,求解获得新的设计点;重复概率可靠性设计优化与证据理论可靠性分析组成的序列迭代过程,直到收敛得到最优设计点.本文方法能够将嵌套的证据理论可靠性设计优化问题转换为近似等效的概率可靠性设计优化与证据理论可靠性分析组成的序列迭代过程进行求解,能够有效降低证据理论可靠性设计优化的计算成本.通过算例验证了所提方法的有效性.     

工程机械多学科稳健设计优化

介绍了多学科设计优化、不确定性分析和稳健设计的基本概念和方法。针对工程机械的特点,探讨了一种在多学科设计优化设计框架内进行不确定性分析与稳健设计的新的设计理论和方法:多学科稳健设计优化。它既充分考虑了工程机械系统中各个学科(子系统)之间相互作用所产生的协同效应,使设计能获得系统的整体最优解,同时也考虑了不确定性因素对工程机械质量稳健性的影响,并采用并行设计,有助于提高工程机械的质量及其稳健性和可靠性、缩短产品进入市场周期、降低产品成本。最后,讨论了多学科稳健设计优化的主要研究内容。     

基于可靠性的柔顺微夹持机构几何非线性拓扑优化

为减少因制造过程中的不确定性因素而导致的机构性能下降现象,文中给出了一种基于可靠性的柔顺机构几何非线性拓扑优化设计方法.首先,建立增量形式的平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应.其次,考虑几何尺寸及作用荷载大小的不确定性,建立柔顺机构多目标拓扑优化数学模型.目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求;可靠度的概率约束采用一次可靠度方法计算;目标函数灵敏度分析采用伴随求解技术;拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动渐近方法进行迭代求解.最后,以柔顺微夹钳的可靠性拓扑优化为例进行研究,发现基于可靠性的拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构更合理,说明文中所提方法是正确和有效的.     

基于响应面模型的6σ稳健设计方法

工程优化中常面临以下问题:①随机因素对质量波动的影响;②设计变量与响应之间的非线性隐式关系不利于优化的实施;③优化中设计变量的不断修正导致试验或计算成本显著增加.为解决上述问题提出了基于响应面模型的6σ稳健优化方法,并以悬臂梁结构和筒形件拉深成形为例进行了优化研究.通过与确定性优化和可靠性优化的对比,验证了所提出的优化方法具有良好的优化效果.     

基于集对分析的污水处理工艺设计优化

针对污水处理工艺设计多目标、多指标,以及确定性与多种不确定性共存的特点,将集对分析理论用于污水处理工艺设计的优化决策,拓展了结构函数同异反联系度的概念;在确定权重时引入熵权修正广泛应用的层次分析法的主观权重,一定程度上解决了信息丢失问题;其独特的稳定性分析通过基序分析其稳定区域,判定扩展序的存在,保证了决策的准确性和可靠性.方法的有效性通过实例研究得到了验证.实例考察了某污水处理厂的4种候选方案,即A2/O法、三沟式氧化沟、厌氧单沟式氧化沟和SBR法.结果表明,对该污水处理厂而言,厌氧单沟式氧化沟为最佳方案,综合效益最高.所得排序稳定,不存在扩展序.     

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.     

基于近似模型的机床铣削质量稳健性优化设计

在铣削加工优化设计过程中，设计变量的不确定性通常被忽略，这容易导致优化解违反优化设计约束条件.为此，本文基于近似模型方法，开展铣削参数的多目标稳健性优化设计研究.在该优化设计方法中，采用多项式响应面模型和径向基函数模型近似模拟铣削过程最大铣削力、铣削后工件表面粗糙度两目标函数与铣削线速度、每齿进给量两设计变量之间的隐式关系，采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法结合蒙特卡洛模拟方法对比分析了针对铣削参数的常规确定性优化以及考虑设计变量波动的稳健性优化.结果表明：稳健性优化后的铣削参数有效地降低了铣削加工过程中的铣削力，提高了加工后工件表面质量，同时优化解具有较高的可靠性.     

面向混合不确定性的可靠性设计优化方法研究

针对可靠性设计优化过程中,模型受到不确定性参数的影响而使计算可靠度困难的问题,提出一种面向设计变量和参数同时存在不确定性情况下的可靠性指标计算方法.基于克里金响应面进行估值,计算数据分布特征,拟合数据分布的概率密度函数,形成混合不确定性的统一量化表达形式,根据可靠性理论的应力强度干涉模型,使用联合概率积分法计算得到设计点的可靠度.在此基础上构建基于克里金响应面的可靠性设计优化流程,实现设计变量和参数同时存在不确定性时的可靠性设计优化.通过典型算例进行分析,计算结果表明:与只含有设计变量不确定性的情况相比,该方法可有效应对参数不确定性造成的影响.     

基于可靠性优化设计的客车碰撞安全性

为了提高国内某量产全承载式客车在正面碰撞过程中的安全性,采用有限元法并参考该客车的材料属性要求建立其正面碰撞有限元仿真模型.提出在该客车车身前部安装八边形吸能结构,且将有限元法、试验设计、响应面法、可靠性理论和优化算法相结合,对八边形吸能结构进行可靠性优化设计,并与确定性优化设计所得结果进行对比.结果表明:在客车车身前部安装八边形吸能结构能显著提高该客车在正面碰撞过程中的安全性,且2种优化方法都能进一步提高其正碰安全性能;2种优化方法相比,可靠性优化虽然使得吸能量相对确定性优化减少4.3%,但是使得加速度减少16.05%,且可靠度提升了19.33%,故对八边形吸能结构进行可靠性优化设计能更好地满足该客车在正面碰撞过程中的安全性要求.     

基于主成分分析和代理模型辅助的多目标生产优化方法

多目标优化方法常用于考虑地质不确定性时进行油藏鲁棒生产优化,该方法能够同时优化历史拟合得到的多个概率模型的平均经济净现值和经济净现值的离散程度,从而得到一组权衡多个目标的最优生产方案。然而,多目标优化过程涉及的决策变量规模大,且基于常规数值模拟的目标函数评估计算耗时长。对此,提出了一种基于主成分分析和代理模型辅助的多目标生产优化方法(K-MOEA/D-PCA),采用主成分分析对大规模决策变量进行降维,然后借助基于代理模型辅助的多目标进化算法,通过设计计算高效的近似函数来代替常规数值模拟进行生产优化,最终得到目标油藏的最优生产方案。为验证提出方法的有效性,将其应用到标准测试模型。结果表明,提出的K-MOEA/D-PCA方法,通过降低变量的维数,可以有效解决具有大规模变量的油藏多目标生产优化难题,实现优化效率和方案精度的平衡。     

含分布式储能的主动配电网鲁棒优化经济调度方法

为克服风电输出的不确定性,基于鲁棒优化中的worst-best理论,提出一种主动配电网的鲁棒优化经济调度模型.该模型采用拉丁超立方采样方法生成风电场景集表征风电预测的不确定性.在建模过程中,引入分布式储能的等效运维成本,同时以微型燃气轮机、分布式储能和主动配电网购电/售电调度成本最低为目标函数,采用基于随机变异的粒子群优化算法对模型进行求解,可得到极端场景下运行成本最小的调度方案.仿真结果验证了该模型及求解算法的有效性,得到的调度方案能在风电预测误差范围内满足系统所有约束条件,并给出经济性最优的调度方案.与确定性经济调度方案进行对比可知,本文所提出的调度方案具有更强的鲁棒性.     

考虑材料特性参数误差的某火炮摇架多目标优化

针对火炮摇架多目标优化设计问题,在某火炮上装部分的结构有限元动力学模型的基础上,利用神经网络方法建立优化变量、误差变量与优化目标函数之间的数学模型。采用双层嵌套的优化求解方法,以炮口扰动和质量为目标,对摇架结构尺寸进行不确定性优化,考虑其弹性模量、密度、泊松比等材料特性参数误差。因为用目标函数区间中点值和半径值判断设计变量的优劣,该文方法优化结果大部分略高于现有的火炮结构优化方法,更具稳健性和可靠性。     

基于神经网络的水泥生料配料多目标优化设计方法

为了降低生料成分的不确定性给水泥生料质量控制系统带来的影响,提出了率值补偿的控制策略.分别为三率值创建目标函数,并利用状态空间搜索策略解决多目标优化问题.针对初始样本空间不能覆盖所有样本的问题,提出了基于神经网络的估算模型,对初始样本空间进行拓扑.通过估价函数对状态空间中的状态量进行评价,得到最优的率值状态量;根据率值对原料配比进行调整,最后使率值偏差得到补偿,同时使给配比造成的波动最小.工业实验结果表明,生料的质量合格率由原来的30%提高到50%,该系统能有效地对配料过程进行优化控制.证明了基于神经网络的状态空间搜索策略为水泥生料配料多目标寻优问题提供了一种可行的方法.