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。     

复杂产品多学科设计优化的视图建模

针对复杂产品学科分划困难以及多学科设计建模中存在的视图一致性问题,提出了以主模型为导向、多学科并行建模的技术路线。介绍了产品的多学科设计优化方法,论证了设计对象功能行为的不同表达是多学科视图模型形成的基础;讨论了多学科视图模型之间协调一致的保证体系。将该方法应用于汽车车身的多学科设计优化,真正实现了设计信息的共享和动态交互,有效改进了产品设计水平。     

面向产品族设计全过程的聚类分析方法

产品族设计是大批量定制设计的关键和核心。分析了模糊聚类分析方法在产品族设计中的应用。按照公理设计理论将产品开发过程划分为需求、功能和结构三个状态空间,依次讨论了聚类分析方法在区分顾客共性需求与个性需求、识别平台元素与非平台元素、划分核心模块与个性模块方面的具体应用。     

基于满意度原理的多学科协同优化

由于多学科设计优化涉及众多复杂因素，各个学科需要满足的约束是不同的，而系统级通常采用一致性约束来保证学科级共享、耦合变量及目标值的一致,在很多情况下共享、耦合变量及目标值满足了约束，但是各个学科获得的并不是本学科的最优解．本文采用满意度原理设计协同优化的系统级目标函数，综合考虑了学科级优化解的满意度和共享、耦合变量及目标值对于一致性约束的满意度，以增强协同优化的综合处理能力．齿轮变速箱优化实例表明该方法是可行有效的．     

零件设计过程多学科协同优化

基于传统零件设计与优化遵循顺序过程无法达到面向载荷—结构—工艺的全局最优,对轴类零件的过程设计多学科优化进行研究;以质量为系统级目标函数,以集中载荷截面的弯矩和扭矩、安全系数变化、切削加工去除材料总量为学科目标函数,建立过程协同优化模型,以遗传-粒子群算法进行求解,并以某电动助力转向器(EPS)输出轴为研究对象进行优化计算.研究结果表明:输出轴质量减小5.5％,在300N·m扭矩或80N·m助力转矩2种状态下优化后最大变形分别减小4.2％和9.6％,最大应力分别减小4.4％和10.1％.     

产品族设计框架及其关键技术研究

分析了典型产品的开发过程，以及产品族设计与单一产品设计的主要区别，提出一种适合于大批量定制生产模式的产品族设计框架，并对其中的顾客需求空间、功能原理空间和结构空间进行了形式化描述．采用聚类分析、结构树、功能技术矩阵和产品功能矩阵等分析方法，对相应的关键技术，如顾客需求的表示与聚类、产品族功能空间的表示及其与顾客需求空间的映射、结构空间的表示及其与功能空间的映射等进行了深入研究．该框架为实现产品族设计中的产品族市场定位、提高零部件可重用性和产品族平台规划提供了系统的分析方法，为企业实施产品族设计提供了理论指导．同时，结合实例对提出的相关方法进行了说明．     

基于多学科设计优化的共轨管设计优化

基于多学科设计优化方法,以某型高压共轨柴油机匹配的共轨管容积最佳、压力波动最小、质量最小和进油口位置最佳为目标函数建立共轨管多学科设计优化体系,并在充分考虑各学科间耦合作用的基础上,采用模拟退火算法对多学科设计优化模型进行优化求解。研究结果表明:共轨管的容积由原设计值21.991 cm3减少到21.756 cm3,减小了1.07%;总质量由1.250 kg减少到1.165 kg,减小了6.8%;压力波动幅度由6 MPa降低至5 MPa,降幅为16.7%;优化后共轨管的整体性能得到提高,能够满足高压共轨燃油喷射系统的要求。     

多学科设计优化在建筑工程设计中的应用

针对传统建筑设计阶段重信息执行、轻信息评价的现象,采用多学科设计优化技术,通过分析建筑设计阶段涉及的各学科特性及学科间的耦合关系,建立参数化建筑信息模型,在各局部最优解空间中快速搜索整体优化解.以简单长方形教室为算例,将系统划分为几何、结构、能源和经济4个子模块,给出设计参数与约束条件,并对结构和能源模型的优化做了分析,采用遗传算法加快优化方案的搜寻速度,表明多学科设计优化能有效地促进建筑设计整体的综合性能达到最优.     

基于多学科设计优化的通用涡旋型线形状优化

针对传统单一涡旋型线难以达到最优压缩特性的缺陷,提出了多学科设计优化方法,利用该方法进行了涡旋型线结构参数的设计优化,建立了基于泛函的通用涡旋型线多学科设计优化数学模型,对基于泛函的通用涡旋型线进行了形状优化,最后给出了涡旋型线形状多学科设计优化方法实例分析.得出了一组能满足多性能较优要求、形状性态良好的涡旋型线,与传统的基圆单一涡旋型线相比,其压缩性能均有显著提高,体积利用系数和压缩比分别提高了15.73 %和22.79 %.     

航空发动机多学科设计优化技术研究

多学科设计优化（MDO）是为实现复杂产品设计方法升级换代的最佳技术途径。针对先进航空发动 机设计面临的各学科间耦合关系复杂、指标冲突严重等困难,按零件、部件和总体方案设计３个阶段对MDO的 各项关键技术开展了研究、开发及应用工作,提出了基于MDO技术的航空发动机一体化设计方法。给出的５个 工程应用实例表明,该方法与传统设计方法相比,能大幅提高航空发动机设计水平,具有广泛的工程应用前景。     

双气室缓冲气囊多学科设计优化

针对某型着落装备着落工况的一种双气室新型缓冲气囊,基于ISIGHT多学科设计优化平台和HYPERMESH,LS-DYNA有限元分析软件以及FORTRAN语言编写的程序,通过组合优化策略对双气室缓冲气囊进行了多学科设计研究.以气囊体积为优化目标,以上气室的高度、初始充气压力和下气室的高度、初始冲气压力、排气压力、排气孔面积、气囊底面积、着落装备过载和最小离地距离等多学科要求同时为约束条件进行了设计优化.结果表明:通过多学科设计优化,在着落装备过载和最小离地距离满足设计要求的同时,气囊体积达到了最小,减小设计周期和减少试验次数,降低研制成本.     

多学科优化设计在柴油机设计上的应用

多学科设计优化方法是一种新的针对复杂工程系统设计的获得整体最优设计方案的方法.本文研究如何在柴油机的设计中采用协调优化方法对系统进行建模和多学科综合设计优化,并通过实际的设计应用,证明协调优化方法可以通过合理配置设计参数,实现柴油机的优化设计,综合提高柴油机的经济性、技术性能、可靠性及使用寿命.     

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.     

面向MC的产品族设计方案衍生及评估机制

面向大规模定制的产品族设计平台,由于产品品种繁多导致零部件增多、成本难以控制问题的出现,针对现今产品族设计的缺点,从概念设计开始就考虑大规模定制,使产品族设计具有衍生性,并通过评估机制来判定衍生方案的优劣性,使产品族设计方案达到成本控制和客户满意度一致的要求。最后通过一个电脑主板实例证明这种产品族设计方案衍生及评估的可行性。     

面向MC的产品族设计优势方案选择研究

为评价面向大规模定制(MC)的产品族设计方案,建立优势方案选择模型,并对模型进行求解,根据各设计方案与理想模糊解的贴近度确定优势方案的选择,从而实现方案评价及提高客户满意度的目的.最后,用一个自行车产品族设计的优势方案选择实例.说明这种模型建立及求解的可行性.     

基于定制因子的产品族规划方法

提出定制因子概念来表达产品族模型中与客户的定制需求紧密相关的可变产品属性.基于定制因子的产品族规划过程如下1以客户需求的工程指标分析为基础,划分客户群;2根据产品(或单元)属性与客户定制需求相关程度(即定制指标)的高低识别候选定制因子;3改变候选定制因子的值,使产品的性能分别满足不同客户群的工程需求向量,同时通过对候选定制因子变化的控制考虑整个产品族的模块化和标准化;4根据候选定制因子在约束和目标满足过程中的表现,确定产品族的定制因子及其变化范围,确定产品族的核心公共参数及其最优值.对二甲醚发动机的实例研究表明,所提出的产品族规划方法是可行的.     

控制学科在环的主动悬架多学科设计优化

基于多学科设计优化的思想,提出一种控制学科在环的多学科设计优化方法,将控制学科纳入系统的优化回路内,可以充分考虑系统的结构设计和控制学科之间的协同作用,以实现更好的整体优化效果.以主动悬架的设计优化为例,建立了1/4车辆主动悬架模型和LQG控制器模型,并基于多学科可行法的优化框架,进行多学科分析,对结构参数和控制器参数同时进行优化.优化结果表明,该方法能协调悬架动力学和控制学科之间的耦合关系,获取整体最优解.优化后的主动悬架在保证悬架工作空间和轮胎变形在一定的范围内,且不消耗更多能量的前提下,使车身加速度均方根值降低了27%.      

动态规划在产品家族替换策略中的应用

提出如何适时地选择和启动新模块以替代、更新产品家族中现有模块的系统算法.依据由模块更新引起的利润变化的独立性等假设,通过建立动态规划模型,将产品家族的优化问题分解为多个较小的模块组的子优化问题,并利用相互独立模块组的集合和模块群的概念,减小动态规划中所需的状态空间和计算空间.所提出的动态规划算法,依据整个产品家族和单个产品模块间的相互关系,最终实现了设定时间内产品家族的利润最大化.饮水机产品家族的实例表明,所提出的算法可以有效地优化产品家族构架.