多学科设计优化算法研究综述

随着多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)技术的发展,它将成为优化设计的大趋势.为了能够更好地运用MDO来解决船舶设计优化问题,本文对近年来发展的MDO算法进行系统梳理和分类,对发展已较成熟的几种算法进行简要介绍,对新发展的几种特殊算法应用环境、性能特点进行重点介绍;最后,对MDO算法研究存在的不足和今后发展趋势提出了若干建议.     

多学科设计优化研究应用现状综述

多学科设计优化是一种通过充分探索和利用系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论。综述了多学科设计优化研究和应用领域的当前进展,并针对多学科设计优化发展的两大难题——计算代价和组织复杂性,介绍了多学科设计优化的主要内容。然后分别介绍了当前处理多学科设计优化的两种方法——试验设计和多学科优化算法。船舶和海洋工程结构物设计也是一个涉及到多个学科的系统工程,然而多学科设计优化的应用却很少,因此实现船舶与海洋工程结构设计的多学科设计优化也必将具有十分广阔的前景。     

多种多学科设计优化方法的比较研究

多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)是一种通过充分探索和利用系统间的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论.随着多学科设计优化方法在船舶与海洋工程中的广泛应用,多学科设计优化方法越来越受到重视,目前已经发展出了多种不同的具体算法.该文的主要目的就是对这些现有的算法开展比较研究,为后续的应用选择奠定基础.论文首先介绍了MDO算法的分类和发展,对各种MDO算法的优缺点进行了比较分析,最后再通过具体算例来显示这些方法的差别.     

多学科设计优化算法比较及其在船舶和海洋平台设计上的应用

多学科设计优化(Multidiseiplinary Design Optimization,简称MDO)是一种通过充分探索和利用系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论.多学科设计优化算法是其核心部分,也是研究最活跃的领域.文中首先介绍了MDO算法的定义、分类和发展,然后从算法的来源和目的、优化过程、优缺点、改进方法和应用情况等五个方面对四种基于分解技术的MDO算法进行了综述,进而对比了这四种算法的异同点.最后,针对船舶和海洋平台设计的具体特点,归纳了适合于船舶或海洋平台多学科设计优化的MDO算法所需要具备的特征,并建议使用基于近似模型的协同优化算法或BUSS 2000算法进行船舶和海洋平台的多学科设计优化.     

多学科设计优化:载人潜水器设计的一种新工具

多学科优化作为一种新的设计方法,已经成功地应用在很多领域,如飞机制造,太空船,汽车制造等.传统的载人潜水器设计并不是一种最优的设计方法,并且在载人潜水器的设计过程中所要涉及多种技术学科.将多学科优化方法引进载人潜水器的设计,从而可以实现真正的设计优化.本文介绍了多学科优化的基本理论和方法,整体构架,并介绍了探索设计空间的算法.在对多学科优化设计方法理解的基础上,提出了在载人潜水器设计中如何应用的初步考虑.     

水面舰船多学科设计优化

多学科设计优化(MDO)被认为是目前处理海洋结构物设计的有效方法.中国船舶科学研究中心也开展了将多学科设计优化应用于船舶设计的研究.上一篇文章从船舶设计研究人员的角度出发对多学科设计优化的理论进行了介绍并且对一条发表了的国外舰船的模型进行了优化.在本文中,作者对国内的一艘实船的概念设计建立了多学科设计优化模型,该模型包括快速性、操纵性和船中剖面的总纵强度分析,它有37个设计变量,9个约束和两个目标.iSIGHT9.O被用来集成这些模块并执行优化,最终找到的优化设计不仅提高了该船的快速性,同时减小了船中剖面的截面积.     

多学科设计优化在舰船设计中的应用

多学科设计优化是一种通过充分探索和利用系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论,该法已广泛应用于现代工程设计。舰船设计是一个涉及到多个学科的工程问题,传统设计采用螺旋设计法,割裂了学科之间的相互影响,其设计结果的好坏往往决定于总设计师的经验。本文通过采用多学科设计优化方法,对美国弗吉尼亚理工大学公布的导弹驱逐舰DDG设计模块进行优化设计,对多级多学科设计优化方法在舰船设计方面的应用展开探索。     

一种新的多学科协同优化方法及其工程应用

本文提出了一种新的多学科设计协同优化方法,并将其应用于潜艇分舱设计中.该方法在系统级通过学科级耦合变量的折中来得到系统级耦合变量,采用各学科级目标函数加权和来综合评价设计的优劣,避免了系统级优化过程,解决了标准协同优化算法系统级优化前期不收敛的不足,从而改善了数值稳定性,同时减少了总的计算迭代次数;在学科级目标函数中构建一致性惩罚函数,最终实现耦合变量之间的协调;在约束条件中实施变精度控制,逐步达到预期的精度要求,从而提高收敛性,并减少计算量.本文给出了新算法所得全局最优点即为所求原问题全局最优点的理论证明,并针对典型减速齿轮箱多学科设计优化问题,通过与标准协同优化算法在数值实验中的对比分析,验证了本方法在计算结果的收敛性、数值稳定性及可靠性等方面有优越性,最后通过在潜艇分舱设计中的应用体现了其工程实用价值.     

CGX巡洋舰多学科设计优化模型的再分析

传统的设计螺旋方法由于割裂了学科间耦合,得到的设计往往是满足设计要求的设计而不是最优的设计.多学科设计优化(MDO)方法正是一种能得到最优设计的新设计方法,MDO目前被广泛应用于复杂工程系统的设计中.文中对多学科设计优化的理论进行了简要综述,在此基础上为了演示MDO方法应用于舰船设计,采用iSIGHT对国外的CGX巡洋舰概念设计的13个模块进行了集成,建立了MDO模型并优化,得到了较好的优化解.在此基础上采用神经网络重新建立了该MDO模型,将优化结果和原MDO模型优化结果进行了比较.     

多学科设计优化方法用于船舶设计

为了提供更好地满足不断提高的军方和商业市场需求的产品.现代船舶设计需要获得真正的最优设计.它需要综合考虑所有学科以及它们之间的相互关系.船舶设计中涉及到的学科数目是如此众多,它们之间的相互关系是如此复杂以至于需要寻求一种新的设计技术来替代传统的设计螺旋方法.多学科设计优化(MDO)方法正是一种新的广泛应用于复杂工程系统的设计方法.在本文中,我们主要介绍了中国船舶科学研究中心将MDO应用于船舶设计的研究情况.我们应用iSlGHT软件集成美国弗吉尼亚大学公布的CGX设计模块来演示将MDO方法应用到船舶设计的整个过程,获得了比他们更优化的解.CGX模块也用来说明我们提出的子系统划分的概念.最后,基于我们的研究经验,我们也总结了一个在船舶设计中应用MDO方法的一般应包括的内容.     

多学科设计优化技术在舰船设计中的应用

介绍多学科优化设计的主要基本理论、研究和应用状况及发展前景,根据舰船设计特点进行舰船多学科设计优化分析,重点分析舰船结构设计中的多学科设计优化问题,建立优化数学模型是多学科优化设计的重要内容,并对数学模型进行了分析。     

舰船多学科综合优化设计计算环境研究

多学科综合优化设计（MDO）是当前复杂系统设计研究中一个最新、最活跃的领域,而多学科综合优化设计计算环境是MDO体系中较为活跃的研究内容之一。在对多学科综合优化计算环境特点分析的基础上,结合国外舰船研制领域中MDO的典型应用,提出了适合我国舰船研制模式的MDO计算环境体系结构,可为舰船MDO的研究方向提供有力的参考。     

鱼雷总体设计中的MDO方法应用研究

鱼雷总体设计是一项复杂的技术,其中涉及到了多个学科领域的知识,本文根据目前最新发展的多学科设计优化(MDO)技术,给出了鱼雷总体设计的一种MDO模型,可以有效地处理其中的耦合因素,提高总体设计的效率。     

潜水器多学科设计中的多目标协同优化方法

针对潜水器设计中涉及多个学科的耦合以及数据信息量大、数据关系复杂的问题,文章介绍了一种新的多目标协同优化算法.该方法将Pareto遗传算法(PGA)引入协同优化框架,二者的有机结合充分发挥各自的优势,该方法利用协同方法的分解协调机制将复杂系统的设计问题分解为一个系统级优化问题和几个学科级优化问题.采用PGA作为系统级优化器,不仅可以得到能够反映多目标优化问题实质的、客观的Pareto解集,而且,由于PGA是无需梯度信息的直接搜索算法,从而从根本上消除了协同优化由系统层一致性约束条件引起的收敛困难问题.在PGA与协同优化框架结合的过程中,采用目标函数的归一化处理、分级罚函数法、浮点数编码、群体分级和Paveto解集过滤器等技术提高算法的计算效率和可靠性,并通过一个数学算例和一个载人潜水器的例子证明了多目标协同优化算法的有效性.     

产品多学科集成设计方法研究

通过运用多学科设计、分析、优化工具对产品进行数字化设计,提出了虚拟产品多学科设计的总体框架,阐述了总体框架的构成及功能,并对软件框架进行细致的分析,初步探讨了虚拟产品设计中多学科集成优化设计的理论和方法,具有一定的参考意义。     

基于多学科设计优化的UUV总体组合优化方法

无人水下航行器(UUV)是多学科交叉的复杂耦合系统,采用多学科设计优化(MDO)可以大大缩短UUV研发周期,提升UUV总体性能。针对UUV的总体设计,开展模块化学科划分,建立各学科分析模型。由于UUV总体系统属于多变量高维空间,单一的优化方法并不能得到全局范围的最优解,采用序列二次规划法结合自适应模拟退火法以及序列二次规划法结合多岛遗传算法的组合优化设计方法,基于协同优化策略,开展以UUV总重量为主优化目标的多学科设计优化,并利用仿真分析对优化后的UUV结构强度与稳定性进行校验。由优化设计的结果可以看出,UUV满足各个子系统约束的前提下,有效地减小了UUV总重量。     

全局优化算法在船舶结构优化设计中的应用

为了提高船舶龙骨结构在受力过程中应力分布的均匀性和提高材料的利用率,本文采用Hypermesh软件建立了龙骨结构有限元模型,并结合其MORPH功能定义筋板形状变量,建立形状优化模型。随后,将全局优化算法与形状优化模型相结合,对船舶龙骨结构进行优化设计。结果表明,在筋板交错位置增加筋板高度能够有效提升龙骨结构整体刚度,其余位置可以采用较小的筋板高度。本文研究可为船舶龙骨结构改进设计提供参考。     

基于多学科设计优化的深海空间站总体设计方法研究

系统地回顾了兴起于航空航天领域的多学科设计优化方法,重点介绍了分布式多学科设计方法的求解思路、算法特点及最新研究动态;结合深海空间站总体设计的特点,讨论了多学科设计方法在深海空间站设计中的应用前景.