基于目标级联分析和变可信度近似的复杂机械产品多学科设计优化研究

复杂机械产品的综合性能设计是一个多学科耦合、多系统交互的整体优化过程，随着各种系统仿真和数值逼近技术的发展，迫切需要一种同时具有结构灵活性和计算经济性的多学科设计优化方法来促进优化性能的提升。本研究以具有多重耦合效应的装备类复杂机械产品作为研究对象，综合应用目标级联分析理论、物理规划和多参数建模理论、近似模型拟合理论等，尝试构建一种兼顾近似精度和计算效率平衡的分布式多学科设计优化体系，系统地研究此环境下面临的一系列关键问题，有针对性地提出与之相适应的新理论、新方法、新策略。重点探讨考虑实际设计偏好的耦合系统分解协调策略及均衡稳定性特性、复杂机械系统设计空间探索和降维方法、以及变可信度模型近似策略和迭代求解理论，并在此基础上构建相应的多学科设计优化支撑算法集合，研究算法的实现方法，构建集成一体化的多学科设计优化工具平台，促进多学科设计优化向更高层次发展。

本项目拟针对多学科设计优化中求解效率不高和近似精度不足的关键问题提出一系列有针对性的理论和方法，采用目标级联分析和变可信度近似的思想促进多学科设计优化效率和精度的进一步均衡。经过四年的研究，本课题初步建立了目标级联分析与变可信度近似相结合的多学科设计优化方法体系架构，在多学科设计系统建模策略方面提出了面向物理规划、重复聚合以及变可信度近似的目标级联分析系统建模方法，在多学科设计系统均衡不确定分析方面提出了基于纳什均衡与非线性分析的系统稳定性分析策略，在设计空间降维策略方面提出了基于粗糙集的设计空间缩减策略以及基于神经网络和模糊聚合的多层设计空间探索方法，在变可信度优化方法方面提出了基于输出映射的变可信度标度策略和基于目标导向的PLCB序列优化策略。在这些理论方法的支持下，基于Matlab工具和Ansys仿真平台开发了目标级联分析和近似模型相结合多学科设计优化软件包，部分研究成果在武汉重型机床集团和武昌造船厂得到了应用验证，在部分型号产品上取得了显著的应用效果。课题共发表论文合计21篇，包括SCI/EI论文20篇，其中SCI 论文发表15篇，EI 论文发表5篇，获得软件著作版权1项，较好地完成了研究任务。